北航机械设计课程设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:机械设计课程设计计算说明书设计题目一级圆柱齿轮减速器自动化科学与电气工程学院ＸXXX班设计者ﻩﻩXX指导教师XX２0１５年５月11日北京航空航天大学ﻬ前言本设计为机械设计基础课程设计的内容,是学习过机械原理、机械设计、工程材料、加工工艺学等课程之后的一次综合的练习和应用。
本设计说明书是对电梯机械部分相关系统设计的说明。
随着社会进步，人们的生活水平的不断提高,高楼大厦已经变得不稀奇，电梯也成为了人们生活必不可少的一部分。
电梯一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。
也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。
服务于规定楼层的固定式升降设备。
它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于1５°的刚性导轨之间。
轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。
曳引绳两端分别连着轿厢和对重,缠绕在曳引轮和导向轮上,曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力,实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。
轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件,对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。
补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化,使曳引电动机负载稳定,轿厢得以准确停靠。
本次设计是使用已知的使用和安装参数自行设计机构形式以及具体尺寸、选择材料、校核强度，并最终确定形成减速器图纸的过程。
通过设计,我们回顾了之前关于机械设计的课程，并加深了对很多概念的理解，并对设计的一些基本思路和方法有了初步的了解和掌握。
ﻬ目录前言 (3)第一章设计任务书 (1)1.1课题题目 (1)1.2传动方案分析及原始数据 (1)第二章传动方案的拟定 (1)2.1整体方案 (1)2.2 减速器说明 (2)第三章电动机的选择 (2)第四章传动系统的运动和动力参数 (4)第五章传动零件的设计计算和校核 (7)5.1 闭式齿轮传动设计 (7)5.2 开式齿轮传动设计 (10)第六章轴的设计计算和校核 (12)6.1高速轴的设计与校核 (12)6.2低速轴的设计与校核 (15)第七章滚动轴承的选择和寿命计算 (19)7.1高速轴轴承的选择 (19)7.2低速轴轴承的选择 (20)第八章键的选择 (21)第九章润滑的选择 (24)9.1闭式减速齿轮的润滑 (24)9.2滚动轴承的润滑 (24)第十章密封形式的选择 (24)第十一章减速器机体各部分结构尺寸其它技术说明 (24)11.1 减速器集体各部分尺寸 (24)11.2其它技术说明及要求 (25)参考文献 (26)ﻬ第一章设计任务书1．１课题题目◆电梯机械部分相关系统的原理与结构设计１．2传动方案分析及原始数据◆设计要求:1)设计电梯曳引系统的传动装置。
2)假设不考虑双向运转带来的冲击，每天工作１2小时，允许速度误差5%,使用期限1０年，可3年进行一次大修。
3)电梯工作要求安全可靠,乘坐舒适，噪声小,平层准确。
◆原始数据:1)额定载质量F：16０0kg2)额定速度v：１m/s3)卷筒中心高D:１20mｍ◆设计任务:1)曳引系统的传动方案设计。
2)齿轮式曳引机的设计。
3)按比例绘制曳引系统的原理方案简图。
4)完成传动部分结构装配图1张（用Ａ０或A１图纸），零件图2张。
5)编写设计说明书1份。
ﻬ第二章传动方案的拟定２.1整体方案根据设计任务书,该方案的设计分成减速器(传动部分)和工作机（执行部分)两部分,如下图所示。
２.2 减速器说明i. 减速器为一级闭式圆柱齿轮和一级开式齿轮组成，以实现在满足较大传动比的同时拥有较高的效率与稳定性、可靠性，同时闭式减速器采用水平剖分、封闭结构,这样有利于在粉尘较大的环境下工作。
ii. 由于齿轮传动承载能力高,结构紧凑，斜齿轮相对于直齿轮啮合性能好,传动比较平稳，闭式传动润滑条件好,可置于高速级,所以采用一级斜齿圆柱齿轮减速器作为高速级。
iii. 直齿轮、开式传动一般放在低速级,结构简单，易于装配。
第三章 电动机的选择项目—内容设计计算依据和过程计算结果轴32轴1轴滚电联1.选择电动机类型一般工程上常用三相异步交流电动机，其中Y系列用于非易燃、易爆、腐蚀性工作环境，无特殊要求的机械设备选用Y系列全封闭自扇冷式三相异步电动机,电压380Ｖ2.选择电动机容量(1)电动机所需工作功率(2)工作机所需功率(3)传递装置的总效率(4)电动机所需工作功率(5)电动机的额定功率3.确定电动机转速(1)滚动轴工作转速(2)一级齿轮传动比P d=P wηP w=Fv1000η=η1η2η33η4η5其中,开式齿轮传动效率η1=0.96；闭式齿轮传动效率η2=0.97;滚动轴承效率(三对)η3=0.99；联轴器效率 η4=0.99；传动滚筒效率η5=0.96代入得:η=0.96×0.97×0.993×0.99×0.96P d=Fv1000η=1600×1000×1.010000.859kw因载荷平稳,电动机额定公路P ed略大于P d即可。
通过查询课本《机械设计综合课程设计》第六章表6－164“Ｙ系列三相异步电动机技术数据”取值n w=60×1000vπD=60×1000×1.0π×120m/sη=0.859P d=18.25kwP ed=18.5kwn w=159.15r/minﻬ第四章 传动系统的运动和动力参数(3) 总传动比 (4) 电机转速范围(5) 选定电动机型号i 1为3~4 i′a =9~16n ′d =i ′a n w＝（9~16）×159.15/m ｉn由第六章表６-１64相关资料查得的电动机数据及计算出的总传动比列于下表:n ′d =(1432.35~2546.4)r/min 符合范围的同步转速只有：1５０0r/min选用Y １80M －４型号 额定功率（k ｗ） 同步转速(r/min) 满载转速（r/ｍin) 堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y180Ｍ－４1８．51500,4级14７０2.0 2．2项目-内容设计计算依据和过程计算结果1.分配传动比(1)总传动比(2)分配各级传动比2.运动和动力参数计算(1)０轴(电动机轴）(2)１轴(高速轴）(3)２轴(中间轴）(4)3轴(低速轴）i a=n mn w=1420117.53=12.０８取齿轮减速器高速级的传动比i12＝3则低速级的传动比i23=i ai12=9.243=3.080轴:P0=P d=18.25kwn0=n m=1470r/minT0=9550P0n0=118.56N·m1轴:P1=P0η01=18.25×0.99kw=18.07kwn1=n0=1470r/minT1=9550P1n1=117.39N·m2轴：P2=P1η12=P1η2η3=18.07×0.97×0.99kw=17.35kwn2=n1i12=14703r/min=338.15r/minT2=9550P2n2=338.15N·m3轴:P3=P2η23=P2η1η3=17.35kw×0.96×0.99=16.49kwn3=n2i23=4903.08r/min=159.09r/mini12=3i23=3.08P0=18.25kwn0=1470r/minT0=118.56N·mP1=18.07kwn1=1470r/minT1=117.39N·mP2=17.35kw运动和动力参数的计算结果汇总的到如下表格：n2=338.15r/min T2=338.15N·mP3=16.49kw n3=159.09r/min功率P/ｋw转矩T／N·m转速n传动比效率第五章传动零件的设计计算和校核5．1 闭式齿轮传动设计（注：表中参考图表来自《机械设计基础》第六版第１1章)项目-内容设计计算依据和过程计算结果1.选择材料及确定许用应力(1)小齿轮(2)大齿轮(3)确定许用应力《机械设计基础》第六版1１章由表１1-5,取S H＝1.25,SＦ＝1.６，则：[σH1]=σHlim1S H=5851.25=468MPa[σH2]=3751.25=300MPa[σF1]=0.7σFE1S H=0.7×4451.6=194.7MPa[σF1]=0.7×3101.6=135.6MPa小齿轮用45钢调质,齿面硬度19７～2８6HBS，σHlim1=585Mpa, σFE1=445MPa;大齿轮用45钢正火,齿面硬度156~217HBS，σHlim2=375MPa，σFE2=310MPa大小齿轮均采用软齿面轴名输入输出输入输出／r/min iη电动机轴\ １8.２5 \ 118.561４７０1３3．08０．9９0．960.95１轴1８．０７17.8９117．39１16.2214702轴17．35 17.18 ３３8.1５3３4.7７4903轴1６.４9 1６.33 9８9.８8９79．９８159．092.按齿面接触强度设计(1)选取制造精度(2)参数选择计算小齿轮上转矩初选螺旋角弹性系数计算直径范围齿数实际传动比法面模数中心距实际螺旋角分度圆直径确定齿宽设齿轮按8级精度制造,大小齿轮均采用锻造取载荷系数K=1．5,齿宽系数Φd=0.8T1＝1１6.22N·m=1１6２２0N·ｍmβ=15°,Zβ=√cos15°=0.983取ZＥ=１８9.9√MPa，u=ｉ12=3d１≥2.32√KT1Φdu+1u(Z EσH)23=97.80mｍ取Z１＝30，Z２=30×3=90i12＝３ｍn=d1Z1cosβ=3.38mma=m n(Z1+Z2)2cosβ=3.5×(30+90)2cos15°mm=217.41mmβ=arccosm n(Z1+Z2)2a=17°20′29′′d1=m n Z1cosβ=3.5×30cos17°20′29′′mm=110.00mmd2=3.5×90cos17°20′29′330.00mmb=Φd d1=0.8×110.00mm=88mmZ1=３0，Ｚ2=９0按标准取m n=3.5mm圆整:a=2２0mmβ=17°20′29′′取b2=89mm,b1=95mm3. 验算轮齿弯曲强度 (1) 齿形系数(2) 应力修正系数(3) 弯曲强度Z v1=Z 1(cosβ)3=34.49Z v2=Z 2(cosβ)3=103.48 查图1１-８得Y Sa1=2.55，Y Fa2=2．２1Y Ｓa １＝1．64,Y Sa2=1.80σF1=2KT 1Y Fa1Y Sa1bd 1m n=28.05MPa ≤[σF1] σF2=σF1Y Fa2Y Sa2Y Fa1Y Sa1=26.68MPa ≤[σF2]弯曲强度是安全的4. 验算齿轮精度齿轮的圆周速度 v =πd 1n 160×1000=π×110.00×147060×1000m s=8.47m/s结合表11-2,选8级制造精度是合宜的小结:闭式齿轮主要传动尺寸列表压力角()n αα 20模数n m 3.5mm 螺旋角β 17°20′29′′分度圆直径dd 1=110.00mm ,d 2=330.00mm中心距a ()2121d d a +=22０mm齿宽b()2115~10d b b d b b mmφ===+b 1=95mm b 2=89mm5.2 开式齿轮传动设计（注:表中参考图表来自《机械设计基础》第11章）项目-内容设计计算依据和过程计算结果1.选择材料及确定许用应力(1)小齿轮(2)大齿轮(3)确定许用应力《机械设计基础》第六版11章由表11-5，取SＨ＝1.２5, ＳF=1.６,则:[σH3]=σHlim3S H=11801.25=944MPa[σF3]=0.7σFE3S F=0.7×7201.6=315MPa小齿轮和大齿轮均用40Cr淬火,齿面硬度48~５５HＲS，σHlim3=1180Mpa, σFE3=720MPa；大小齿轮均采用硬齿面2.按齿面弯曲强度设计(1)选取制造精度(2)参数选择计算小齿轮上转矩齿数实际传动比齿形系数选择计算对象设齿轮按8级精度制造，大小齿轮均采用锻造取载荷系数K=１(表11-3）,齿宽系数Φd=0.22（表１1-6）T3=33４.７7N·m=33477０N·mｍ取Ｚ3=18,Z4= 18×3.08≈56i３4=5618≈3.11Y Fa3=3.02,Y Fa4=2.33Y Sa3=1.54，Y Sa4=1.70因Y Fa3Y Sa3[σF3]=0.0115>Y Fa4Y Sa4[σF4]=0.0098Z３=1８，Z4=56(3) 小齿轮弯曲强度计算 模数分度圆直径 中心距确定齿宽故应对小齿轮进行弯曲强度计算m ≥√2KT 3Φd z 33Y Fa3Y Sa3[σF3]3=4.77mm为补偿磨损，取m=4.77×(1+10%)mm ＝5.25ｍm d 3=mZ 3=5.5×18mm =99.0mmd 4=mZ 4=308.0mma ＝(d 3+d 4)/2=203.5mmb=Φd d 3=0.22×99.0mm =21.78mm按标准取m =5.5mm圆整：a ＝205mm 取b 3=45mm, b 4=40mm3. 验算齿轮精度齿轮的圆周速度 v =πd 3n 360×1000=π×99.0×49060×1000m/s=2.54m/s 结合表11-2，选8级制造精度是合宜的小结：开式齿轮主要传动尺寸列表压力角α 20模数m 5.5mm分度圆直径dd 3=99.0mm ,d 4=308.0mm中心距a()3412a d d =+ 2０3.5m ｍ齿宽b ()4335~10φ===+d b b d b b mmb 3=45mm , b 4=40mm第六章 轴的设计计算和校核6.1高速轴的设计与校核(注：表中参考图表来自于《机械设计基础》第六版第１4、15章) 项目-内容 设计计算依据和过程 计算结果1. 确定最小轴径 材料的选择 材料系数查表14-２选用4５钢,调质处理,硬度21７～255ＨBSC=108已知条件P=17．89kw, n=1４70r/m ｉｎd 1=110.00mm ,51 1.162210=⨯T N mm估算轴径3317.8910824.841470≥==P d C mm mm n考虑到单键槽,取d=(１+3%)×24.84=25.５８ｍm取30=d mm2. 计算齿轮上受力小齿轮圆周力小齿轮径向力小齿轮轴向力 511122 1.1622102113110⨯⨯===t T F N N d 11tan 2133tan 20806cos co 1720'2''s 9αβ︒=⋅==n r t F F N N 11tan 660β⋅==a t F F N 12113=t F N1806=r F N 1660=a F N3. 轴的校核垂直面反力水平面反力11211122110806696602138.97069-=+⨯-⨯==+r a v d F L F F L L N N211667.1=-=v r v F F F N121122111048.91064.1==+=-=t H H t H F L F N L L F F F N1138.9==v F N2667.1=v F N121048.91064.1==H H F NF N反力图垂直面弯矩1119.7==⋅v v M F L N m 22246v v v M F L N m ==19.7=⋅v M N m246v M N m =垂直面弯矩图水平面弯矩111048.90.0773.4==⨯=H H M F L N m N mH M ＝７３．４N ·ｍ水平面弯矩图最大合成弯矩222224673.486.6=+=+=V HM M M N mN m86.6=⋅M N mm合成弯矩图转矩图1117.39==⋅T T N m应力校正系数由于是脉动循环应力,取0.6α=查表14－3得：[]160σ-=bMPa当量弯矩2222()86.6(0.6117.39)111.6α=+=+⨯=eM M TN mN m截面1处是危险面111.6=⋅eM N m当量弯矩图弯扭合成应力校核轴的强度 危险截面处：3126.50.1[]eb M d mm σ-≥=考虑到单键削弱作用，d=(1+3%）×２6．5mm =27.３mm<30m ｍ设计直径符合要求6.2低速轴的设计与校核(注:表中参考图表来自于《机械设计基础》第六版第１4、15章） 项目－内容 设计计算依据和过程 计算结果1. 确定最小轴径材料的选择 材料系数查表14-2选用４5钢，调质处理，硬度21７~25５HB ＳＣ=108已知条件P=17.１8k ｗ, n=４９0r/ｍｉnd 2＝33０mm ，d 3=99mm5152 3.3815103.347710=⨯=⨯T N mm T N mm估算最小轴径3317.1810835.35490≥==P d C mm mm n取45=d mm考虑到单键槽,取ｄ＝(１+3%)×３5.３5mm=36.４１ｍm2.计算大齿轮受力圆周力径向力轴向力511222 3.3815102113330⨯⨯===tTF N Nd11tan2133tan20806cos cos1720'29''αβ︒=⋅==r tF F N N11tan806ta1720'2'n6096'β⋅=︒==a tF NF N12113=tF N1806=rF N1660=aF N3.计算小齿轮受力圆周力径向力2232226763tan2462α====tr tTF NdF F N2267632462==trF NF N4.轴的校核垂直面反力水平面反力223121112213123843652-++==-+=+-=r r avv r r vdF L F L FF NL LF F F F N1233112211352419891+==+=--=-t tHH t H tF L F LF NL LF F F F N123843652=-=vvF NF N1252419891==-HHF NF N受力图垂直面弯矩'111211123281372228v v v a v vr M F L N md M M F N m M F L N m==-=-=-=-=-'11228137228v v v M N m M N m M N m=-=-=- 垂直面弯矩图水平面弯矩'111331388626H H t H M F L N m M F L N m===='11388626H H M N m M N m==水平面弯矩图合成弯矩2211'122222411666V H VHM M M N m M M M N m=+==+=12411666M N m M N m==合成弯矩图转矩图338.15=⋅T N m应力校正系数查表1-4：许用弯曲应力[]160σ-=bMPa0.6α=计算当量弯矩22112222()458()696eeM M T N mM M T N mαα=+==+=12458696eeM N mM N m==当量弯矩图校核齿轮处轴校核轴承处轴校核最小轴径处轴'131330.1[]4581042.4640.160ebMdmm mm mmσ-≥⨯==<⨯''23148.8600.1[]ebMd mm mmσ-≥=<'''33138.3450.1[]ebMd mm mmσ-≥=<设计直径符合要求第七章 滚动轴承的选择和寿命计算7.1高速轴轴承的选择该轴为工作于普通温度下的短轴,故支点采用两端单向固定的方式选用一对深沟球轴承,按轴径初选2尺寸系列的深沟球轴承6209。