课程设计机械专业

课程设计机械专业Countycontinuationrecordshasexaminedandapprovedthedraft,spirit,believe,comprehensiveYearbookofzhuanglangalreadyprepareddraft,enteredthephaseofevaluation.CivilairdefenseworkCountycontinuationrecordshasexaminedandapprovedthedraft,spirit,believe,comprehensiveYearbookofzhuanglangalreadyprepareddraft,enteredthephaseofevaluation.CivilairdefenseworkCountycontinuationrecordshasexaminedandapprovedthedraft,spirit,believe,comprehensiveYearbookofzhuanglangalreadyprepareddraft,enteredthephaseofevaluation.Civilairdefensework机械设计课程设计2010-2011第2学期姓名：班级：指导教师：成绩：日期：2011年5月目录1.设计目的·············································（3）2.设计·············································（3）3.传动装置的总体设计····································（4）3.1电机选择·········································（4）3.2传动装置的总传动比及分配·························（5）3.3传动装置各轴的运动机动力参数······················（6）传动件的设计··········································（7）4.1V带的设计········································（7）4.2齿轮的设计·······································（9）5.轴及轴上零件的设计···································（10）5.1高速轴及轴上零件的设计、校核·····················（10）5.2中速轴及轴上零件的设计、校核·····················（17）5.3低速轴及轴上零件的设计、校核·····················（24）箱体结构的设计·······································（29）润滑设计·············································（30）密封类型的设计·······································（31）其他附件的设计·······································（31）参考文献············································（32）实验心得············································（33）一、设计目的：带式运输机传动系统中的二级圆柱齿轮减速器1）工作条件要求减速器沿输送带运动方向具有最小尺寸，单向运转，有轻微振动，两班制工作，使用期限10年。2）原始数据已知条件号E1E2E3E4E5E6输送带拉力F（N）130013001400170017001800输送带速度v（m/s）0.680.80.750.850.750.8滚筒直径D(mm)3003603503803403653）设计工作量（1）设计说明（2）减速器装配图（3）减速器零件图设计方案：三、传动装置的总体设计3.1电动机的选择设计内容计算及说明结果1、选择电动机的类型按工作要求和工作条件选用Y系列三相鼠笼型异步电动机，其机构为全封闭自扇冷式结构，电压为380V2、选择电动机的容量工作机的有效功率为：F=T/(D/2)=4750从电机到工作机输送带间的总效率为：式中，分别为联轴器，轴承，齿轮传动，卷筒和带的传动效率，由机械课程设计表可知=0.99，=0.98，=0.96，=0.96，=0.96=0.776所以电动机所需的工作功率为：=0.7763、确定电动机的转速按表推荐的传动比合理范围，二级圆柱齿轮减速器传动比=8~60,而工作机卷轴筒的转速为：所以电动机的可选范围为：综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量和价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定使用同步转速为1500r/min的电动机根据电动机的类型、容量和转速，由电机产品目录或有关手册选定电动机的型号为Y100L1-4，其主要性能如下表所示:电动机型号额定功率/kw满载转速/(r/min)Y100L1-42.214202.22.23.2计算传动装置的总传动比并分配传动比设计内容计算及说明结果1、总传动比2、分配传动比Ⅲ考虑润滑的条件，为使两级大齿轮相近，取=2,故：=23.3计算传动装置各轴的运动和动力参数设计内容计算及说明结果1、各轴的转数Ⅰ轴Ⅱ轴Ⅲ轴r/min卷筒轴2、各轴的输出功率Ⅰ轴kwⅡ轴kwⅢ轴kw卷筒轴kw=5.1744kwkwkwkw3、各轴的输出转矩故Ⅰ轴Ⅱ轴Ⅲ轴卷筒轴四、传动件的设计4.1减速器外传动部件V带的设计设计内容计算及说明结果1、带的型号和根数的确定额定功率P=KW取ka=1.1Pc=ka*p=4.7025kw根据功率pc和小带轮转速n1=710r/min查表得带型为普通V带A型普通V带V带A型2、主要参数的选择查表得dmin=75mm取小轮基准直径d1=90mm大轮基准直径d2=mm带速m/s初步确定中心距ao,即0.7（d1+d2）≤ao≥2（d1+d2）189≤ao≥540取ao=300基准长度mm查表得Ld=1000m实际中心距amm考虑到传动的安装、调整和V带张紧的需要，中心距的变动范围为:221mm~257mm小包角>1200即满足条件V带根数查表得Ka=0.98kl=1.06p0=0.3kw△p=0.03kw查表8-3得Y带的单位长度质量q=0.023kg/m,所以：初拉力N作用在带轮轴上的压力FqNd1=90mmd2=180mm6.7m/s=934mmLd=1000mm=333mm=1680Z=6=55.82N=674.6N4.2减速器内传动部件的设计4.2齿轮设计设计内容计算及说明结果1、选择材料、热处理及公差等级（1）选用直齿齿轮（2）大小齿轮均为锻钢，小齿轮材料为45钢（调质），硬度为250HBS大齿轮材料为45钢（调质），硬度为220HBS。选用的精度等级为8级45钢小齿轮调质处理大齿轮调质处理8级精度2、计算传动的主要尺寸2、计算传动的主要尺寸因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行计算，其设计公式为：1）选择材料及确定许用应力小齿轮45钢，硬度为250HBS,，大齿轮45钢，硬度为220HBS,，取SF=1.25SH=1.1ZH=2.5ZE=189.8MpaMpa2）按齿面接触强度设计齿轮按8级精度取载荷系数K=1.5，齿宽系数小齿轮传递转矩=44.2mm齿数取Z1=20,则Z2=4.06*20=81故实际传动比i=81/20=4.05模数mm齿宽mm取b2=45mmb1=40mm按表4-1取m=2.5,实际的mmmm中心距mm验算齿轮弯曲强度:查图得齿形系数YFa1=2.36YFa2=2.28Ysa1=1.68Ysa2=1.77故是安全的4）齿轮的圆周速度m/s对照11-2可知选用8级精度是合适的Z1=20Z2=81b2=45mmb1=40mmm=2.5mm=mm126.25mm1.875m/s五、轴及轴上零件的设计计算5.1高速轴的设计与计算设计内容计算及说明结果1、已知条件高速轴传递的功率p1=1.753kw，转速n1=710r/min，小齿轮分度圆直径d1=50mm，齿轮宽度b1=45mm2、选择轴的材料因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调制处理45钢，调制处理3、初算轴径才由教材表14-2查得C=118~107，考虑到轴端既承受转矩又承受弯矩故取中间值C=110，则：轴和联轴器之间有一个键槽，轴径轴径应该增大5%，轴端最细处的直径：d1>14.8mm+14.8*0.05mm=15.5mmdmin=15.5mm4、结构设计轴的结构如图所示带轮及轴段I的设计:dmin=15.5mm电动机小轮的轴径为28mm，故大轮应不小于28mm取d=28mmV带与轴配合长度L=70mm为了保证轴承挡圈只压在V带轮上不压在轴的端面上，故轴段I的长度略短取LI=682）轴段II的设计：II段用于安装轴承端盖，轴承端盖的e=7.2mm（由减速器及轴的结构设计而定）。根据轴承端盖的拆卸及便于对轴承添加润滑油的要求，取端盖与II段右端的距离为20mm。故取LII=34，因其右端面需制出一轴肩故取dII=32mm。轴承与轴段III和轴段VI的设计：考虑到齿轮有轴向力存在，且有较大的周向力和径向力作用，选用圆锥滚子轴承。轴段III安装轴承，其直径应即便于轴承安装，又符合轴承内径系列，现暂取轴承为30207，由此查表得d=35mm,外径D=72mm，宽度B=17mm,T=18.25mm,故dIII=30mmLIII=17+17=34mm。通常一根轴上的两个轴承取相同型号，则dVI=30mm.齿轮及轴段IV的设计：该轴上安装齿轮，为了便于齿轮的安装，dv应略小于dIV，可初定dv=40mm，齿轮的分度圆直径比较小，采用实心式，齿轮宽度b1=45,为了保证套筒能顶到齿轮的右端面，该处轴径的长度应比齿轮宽度略短，取Lv=43mm.轴段IV的设计：齿轮左端采用轴间定位，定位轴间的高度：h=(0.06~0.1)dV=1.96~3.2=3mm轴间直径dIV=44mm,LIV=△1=10mm轴段VI的设计：dVI=30mm,LVI=17mmdI=28mmLI=68mmdII=32mmLII=34mmdIII=35mmLIII=34mmdIV=40mmLIV=43mmdv=44mmLv=10mmdVI=35mmLVI=17mm5、键连接轴上零件的周向定位：小齿轮做成齿轮轴的形式带轮与轴之间的定位均采用A型平键连接。查表得：V带选用的键尺寸为b*h*l=6*6*64.A型平键连接V带b*h*l=6*6*646、倒角如图所示，轴的两端倒角C1.5，其余图示。两端倒角C1.5其余图示7、轴的受力画轴的受力分析图，轴的受力分析分析图如图所示：已知：作用在齿轮上的圆周力径向力法相力齿轮的分度圆直径d=50mm作用在轴左端的外力F=744.2N求垂直面的支撑反力：水平面的支撑反力：F在支撑点产生的反力：外力F作用方向与带传动的布置有关，在具体位置尚未确定前，可按最不利的情况考虑，见（7）的计算绘垂直面的弯矩图：绘水平面的弯矩图：F产生的弯矩图：a-a截面F力产生的弯矩为：求合成弯矩图：考虑最不利的情况，把与直接相加MA=+MAF=+41.1=70.1N.mM'A=+MAF=+41.1=62.57N.m求轴传递的转矩：N.mm求危险截面的当量转矩如图所示，a-a截面最危险，其当量转矩为：如认为轴的扭切应力是脉动循环应变力，取折合系数a=0.6，带入上式可得：计算危险截面处轴的直径轴的材料选用45钢，调质处理，由表14-1查得δB=650Mp,由表14-3查得[δ-1b]=60Mpa,则：考虑到键槽对轴的消弱，将d值加大5%，故：d=22.8*1.05=24mm<32mm满足条件MA=70.1N.mM'A=62.57N.m23.58N.m8、强度的校核因a-a处剖面左侧弯矩大，同时作用有转矩，且有键槽，故a-a左侧为危险截面其弯曲截面系数为：抗扭截面系数为：弯曲应力为：扭切应力为：按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数a=0.6则当量应力为：由表查得45钢调质处理抗拉强度极限=640Mpa，则由表查得轴的许用弯曲应力[δ-1b]=60Mpa,<[δ-1b],强度满足要求。9、键连接强度的校核V带处键连接的挤压应力为：取轴、键的材料都是钢，查表得[δp]=60~90Mpa,<[δp],强度安全10校核轴的寿命（1）计算轴承的轴向力由表查得：轴承30207的额定载荷Cr=54.2*103NCor=63.5*103N,e=0.37,Y=1.6则轴承1、2内部轴向力分别为：外部轴向力：Fae=502.3Fae+Fd2=502.3+522.3=1024.6>Fd1即：Fa1=Fae+Fd2=1024.6NFa2=Fd2=522.3N计算当量动载荷P即(3)校核轴承寿命查表得：fT=1.0fp=1.1>即满足使用寿命要求满足使用寿命要求5.2中轴的设计与计算设计内容计算及说明结果1、已知条件中间齿轮的功率为1.649kw，转速n2=174.88r/min,大齿轮的分度圆直径d1=202.5mm,大齿轮的分度圆直径d2=50mm2、选择轴的材料因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调质处理材料45钢调质处理3、初选轴径由教材表14-2查得C=118~107，考虑到轴端既承受转矩又承受弯矩故取中间值C=110，则：轴和联轴器之间有一个键槽，轴径轴径应该增大5%，轴端最细处的直径：d1>22.5*1.05mm=23.6mm23.6mm4、结构设计轴的结构如图所示（1）轴段I和轴段V的设计：考虑到齿轮有轴向力存在，且有较大的周向力和，故选用圆锥滚子轴承，轴段I和轴段VI安装轴承，其直径应便于安装，有复合轴承内径系列，现暂取轴承30206查表得：d=30mm,外径D=62mm,宽度B=16mm,T=17.25mm，故取dI=dv=30mmLI=32mmLV=32mm大齿轮及轴段II的设计：该轴上安装齿轮，为了便于齿轮的安装，dv应略小于dII，可初定dII=40mm，齿轮的分度圆直径比较小，采用实心式，齿轮宽度b1=40,为了保证套筒能顶到齿轮的右端面，该处轴径的长度应比齿轮宽度略短，取LII=38mm.（3）轴段III的设计：考虑到高低速轴的配合及大小齿轮的定位取dIII=46mmLIII=32+17+6=55mm小齿轮及轴段IV设计：该轴上安装齿轮，为了便于齿轮的安装，dv应略小于dIV，可初定dIv=40mm，齿轮的分度圆直径比较小，采用实心式，齿轮宽度b1=45,为了保证套筒能顶到齿轮的右端面，该处轴径的长度应比齿轮宽度略短，取LIv=43mm.dI=dv=30mmLI=32mmLV=32mmdII=40mmLII=38mmdIII=46mmLIII=55mmdIv=40mmLIv=43mm5、键连接轴上零件的周向定位：齿轮，带轮与轴之间的定位均采用A型平键连接。查表得：大齿均选用的键尺寸为b*h*l=10*8*38小齿均选用的键尺寸为b*h*l=10*8*43A型平键连接大齿均b*h*l=10*8*38小齿均b*h*l=10*8*406、倒角两端倒角为：1.2*450其余见图两端倒角为：1.2*4507、轴的受力分析已知：作用在齿轮上的大齿轮：圆周力径向力法相力小齿轮：圆周力径向力法相力画轴的受力分析图，轴的受力分析图如下图所示：(2)求支撑反力：水平面上：垂直面上：轴承1的总反力为：画弯矩图：在水平面上：a-a剖面左侧为：a-a剖面右侧为：b-b剖面右侧为：b-b剖面左侧为：垂直面上：合成弯矩图：大齿轮：小齿轮：=8、校核轴的强度因b-b右侧弯矩大，同时有转矩。故b-b左侧为其危险剖面其弯矩系数：弯曲应力：扭切应力：按弯曲合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数a=0.6，则当量应力为：由表查得45钢调质处理抗拉强度极限=640Mpa，则由表查得轴的许用弯曲应力[δ-1b]=60Mpa,<[δ-1b],强度满足要求。轴的强度满足要求9、校核键连接强度齿轮处键连接的挤压应力为：取轴、键的材料都是钢，查表得[δp]=60~90Mpa,<[δp],强度安全键连接强度满足要求10、校核轴承寿命（1）计算轴承的轴向力由表查得：轴承30206的额定载荷Cr=43.3*103NCor=50.5*103N,e=0.37,Y=1.6则轴承1、2内部轴向力分别为：外部轴向力：Fae=Fa2-Fa1=3835.4-947.1=2888.2NFae+Fd2=2888.2+1644.25=4532.45>Fd1即：Fa1=Fae+Fd2=4532.45NFa2=Fd2=1644.25N计算当量动载荷P1和P2即(3)校核轴承寿命因P2>P1故只需校核轴承1查表得：fT=1.0fp=1.1>即满足使用寿命要求轴承寿命满足要求5.3低速轴的设计与计算设计内容计算及说明结果1、已知条件中间齿轮的功率为1.551kw，转速n3=43r/min,齿轮的分度圆直径d1=202.5mm2、选择轴的材料因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调质处理材料45钢调质处理3、初选轴径由教材表14-2查得C=118~107，考虑到轴端既承受转矩又承受弯矩故取中间值C=110，则：轴和联轴器之间有一个键槽，轴径轴径应该增大5%，轴端最细处的直径：d1>20.89*1.05mm=21.9mm21.9mm4、结构设计低速轴轴的结构如图所示：(1)联轴器及轴段VI的设计：轴段VI安装联轴器此段设计应与联轴器的选择同步选择，为补偿联轴器所连接两轴的安装误差、隔离震动，选用弹性柱销联轴器查表得ka=1.3，则计算转矩查表得：LX2型联轴器满足要求，工称转矩Tn=560n.m，需用转速n=4300r/min,轴孔范围20~35由于d>21.9,取dVI=30mm。轴孔长度60mm，J型轴孔，A型键，为了保证轴段挡圈只在半联轴器上，故LVI略短，取LVI=58mm轴承及轴段I和轴段IV的设计：考虑到齿轮有轴向力存在，且有较大的周向力和径向力作用，选用圆锥滚子轴承。轴段I和IV安装轴承，其直径应即便于轴承安装，又符合轴承内径系列，现暂取轴承为30207，由此查表得d=35mm,外径D=72mm，宽度B=17mm,T=18.25mm,故dI=dIV=35mmLI=17mmLIV=17+17=34mm齿轮及轴段III的设计：该轴上安装齿轮，为了便于齿轮的安装，dIII应略小于dII，可初定dIII=40mm，齿轮的分度圆直径比较小，采用实心式，齿轮宽度b1=30,为了保证套筒能顶到齿轮的右端面，该处轴径的长度应比齿轮宽度略短，取LIII=28mm.轴段II的设计：△h=(0.07-0.1)d=2.8-4取dII=42mm,L=10mm轴段V的设计：轴承端盖的总长度为30（由减速器及轴承端盖结构设计而定）。根据轴承端盖便于拆装，取轴承端面与联轴器的距离L=30mm故LV=60mm,dV=33mmdVI=30mmLVI=58mmdI=dIV=35mmLI=17mmLIV=34mmdIII=40mmLIII=38mmdII=42mmL=10mmLV=60mmdV=33mm5、键连接轴上零件的周向定位：齿轮，联轴器与轴之间的定位均采用A型平键连接。查表得：齿轮选用的键尺寸为b*h*l=12*12*42联轴器选用键尺寸为b*h*l=12*12*54A型平键连接齿轮b*h*l=12*12*42联轴器b*h*l=12*12*546、倒角两端倒角为：1.2*450其余见图两端倒角为：1.2*4507、轴的受力分析已知：作用在齿轮上的齿轮：圆周力径向力法相力画轴的受力分析图，轴的受力分析图如下图所示：(2)求支撑反力：水平面上：垂直面上：轴承的总反力为：画弯矩图：在水平面上：a-a剖面左侧为：a-a剖面右侧为：垂直面上：合成弯矩图：齿轮：=8、校核轴的强度因b-b左侧弯矩大，同时有转矩。故b-b左侧为其危险剖面其弯矩系数：弯曲应力：扭切应力：按弯曲合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数a=0.6，则当量应力为：由表查得45钢调质处理抗拉强度极限=640Mpa，则由表查得轴的许用弯曲应力[δ-1b]=60Mpa,<[δ-1b],强度满足要求。轴的强度满足要求9、校核键连接强度齿轮处键连接的挤压应力为：取轴、键的材料都是钢，查表得[δp]=60~90Mpa,<[δp],强度安全键连接强度满足要求10、校核轴承寿命（1）计算轴承的轴向力由表查得：轴承30207的额定载荷Cr=54.2*103NCor=63.5*103N,e=0.37,Y=1.6则轴承1、2内部轴向力分别为：外部轴向力：Fae=3620NFae+Fd=3620.5+590=4210.5>Fd1即：Fa1=Fae+Fd2=4210.5NFa2=Fd2=590N计算当量动载荷P即(3)校核轴承寿命查表得：fT=1.0fp=1.1>即满足使用寿命要求轴承寿命满足要求11、联轴器的选择轴段VI安装联轴器此段设计应与联轴器的选择同步选择，为补偿联轴器所连接两轴的安装误差、隔离震动，选用弹性柱销联轴器查表得ka=1.3，则计算转矩查表得：LX2型联轴器满足要求LX2型联轴器六、箱体结构的设计两级同轴式圆柱齿轮减速器箱体的主要结构尺寸如下表：名称公式数值（mm）箱座壁厚δ=0.025a+3≥88箱盖壁厚δ1=0.02a+3≥88箱体凸缘厚度箱座b=1.5δ12箱盖b1=1.5δ12箱座底b2=2.5δ20加强肋厚箱座m≈0.85δ7箱盖m1≈0.85δ7地脚螺钉直径和数目df=0.036a+12M20n=4轴承旁连接螺栓直径d1=0.72dfM16箱盖和箱座连接螺栓直径d2=0.6dfM10轴承盖螺钉直径和数目高速轴d3=0.4-0.5dfM8n=6中间轴M8低速轴M8轴承盖外径D2高速轴D2=D+5d3112中间轴102低速轴112观察孔盖螺钉直径d4=0.4dfM8df、d1、d2至箱外壁距离dfC126d118d216df、d1、d2至凸缘边缘的距离dfC224d116d214大齿轮齿顶圆与内壁距离Δ1>1.2δ10齿轮端面与内壁距离Δ2>δ10外壁至轴承座端面的距离l1=C2+C1+(5～10)=39定位销直径d7连接螺栓d2的间距l150轴承旁凸台半径16凸台高度h根据低速级轴承座外径确定轴承端盖凸缘厚度e10轴承旁连接螺栓距离s高速轴112低速轴102中间轴112七、润滑设计齿轮采用飞溅润滑，在箱体上的四个轴承采用脂润滑，在中间支撑上的两个轴承采用油润滑。八、密封类型的选择1.轴伸出端的密封：轴伸出端的密封选择毛毡圈式密封。2.箱体结合面的密封：箱盖与箱座结合面上涂密封胶的方法实现密封。3.轴承箱体内，外侧的密封：（1）轴承箱体内侧采用挡油环密封。（2）轴承箱体外侧采用毛毡圈密封。九、其他附件的设计：1、观察孔及观察孔盖的选择与设计：观察孔用来检查传动零件的啮合，润滑情况，并可由该孔向箱内注入润滑油。平时观察孔盖用螺钉封住，。为防止污物进入箱内及润滑油渗漏，在盖板与箱盖之间加有纸质封油垫片，油孔处还有虑油网。查表[6]表15-3选观察孔和观察孔盖的尺寸分别为和。2、油面指示装置设计：油面指示装置采用油标指示。3、通气器的选择：通气器用来排出热膨胀，持气压平衡。查表[6]表15-6选型通气帽。4、放油孔及螺塞的设计：放油孔设置在箱座底部油池的最低处，箱座内底面做成外倾斜面，在排油孔附近做成凹坑，以便能将污油放尽，排油孔平时用螺塞堵住。查表[6]表15-7选型外六角螺塞。5、起吊环的设计：为装卸和搬运减速器，在箱盖上铸出吊环用于吊起箱盖。起盖螺钉的选择：为便于台起上箱盖，在上箱盖外侧凸缘上装有1个启盖螺钉，直径与箱体凸缘连接螺栓直径相同。7、定位销选择：为保证箱体轴承座孔的镗孔精度和装配精度，在精加工轴承座孔前，在箱体联接凸缘长度方向的两端，个装配一个定位销。采用圆锥销，直径是凸缘连接螺栓直径的0.8倍。十、参考文献：杨可桢、程光蕴、李仲生.机械设计基础.北京：高等教育出版社.2006.5王连明、宋宝玉.机械设计课程设计.哈尔滨工业大学出版社.2010.1濮良贵.机械设计.北京：高等教育出版社.2006.5十一、实验心得：前沿两级展开式圆柱齿轮减速器的特点及应用：结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度。高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分地互相抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。高速级一般做成斜齿，低速级可做成直齿。两级同轴式圆柱齿轮减速: 特点及应用：减速器横向尺寸较小，两对齿轮浸入油中深度大致相同。但轴向尺寸大和重量较大，且中间轴较长、刚度差，使载荷沿齿宽分布不均匀，高速级齿轮的承载能力难于充分利用。从性能和尺寸以及经济性上考虑选择两级展开式圆柱齿轮减速.卷筒同输出轴直接同联轴器相连就可以,因为这样可以减少能量的损耗.