机械设计2.doc

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1、沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目：带式运输机的一级圆柱齿轮减速器 系 别 机械系 班级 数控092 学生姓名 张春会 学号 14 指导教师 孙泰鹏、白斌 职称 讲师 起止日期：2011年6 月20日起至2011年7月1日止目 录机械设计基础课程设计任书.1一、传动方案的拟定及说明.3二、电动机的选择.3三、计算传动装置的运动和动力参数.5四、运动参数及动力参数算.6五、传动零件的设计计算.7六、轴的设计计算.121输入轴的设计计算.122输出轴的设计计算.18七、滚动轴承的选择及校核计算.21八、键联接的选择及校核计算.23九、铸件减速器机体结构尺寸计算表及附件的择.24十、润滑与

2、密封方式的选择、润滑剂的选择.25参考资料目录机械设计基础课程设计任书一、设计题目： 用于带式运输机的一级圆柱齿轮减速器带式输送机的传动装置简图1、普通V带传动； 2、电动机； 3、减速器； 4、联轴器； 5、运输皮带； 6、传动滚筒二、原始数据： 组 别运输带牵引力F （N）运输带速度V （m/s）传动滚筒直径D （）第三组13001.55250三、工作条件：连续单向运转，工作时载荷平稳，空载启动，输送带允许速度误差5，二班制工作，使用期限10年（每年工作日300天），小批量生产。四、应完成的工作：1.减速器装配图一张；（A0图,主俯左三视图）2.零件图两张；（A2图，大齿轮、低速轴或齿轮轴

3、，）3.设计说明书一份。五、设计时间： 2011年6 月20日起至2011年7月1日止六、要求1.图纸图面清洁，标注准确，符合国家标准；2.计算正确，论述清楚、文字精炼、插图简明、书写整洁，要装订成册。七、设计说明书主要内容1.封皮2.课程设计成绩评定表3.课程设计任务书4.目录（标题及页次）；5.题目分析，传动方案设计；6.电动机选择及传动装置的运动和动力参数计算；7.传动零件的设计计算（确定带传动及齿轮传动的主要参数）；8.箱体设计及说明；9.轴的设计计算及校核；10.键联接的选择和计算；11.滚动轴承的选择和计算；12.联轴器的选择；13.润滑和密封的选择；14.减速器件设计；15.参考

4、资料（资料的编号 及书名、作者、出版单位、出版年月）；16设计心得体会。机械系实践教学教研室2011.一、传动方案拟定第三组：设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动工作条件：连续单向运转，工作时载荷平稳，空载启动，输送带允许速度误差5，二班制工作，使用期限10年（每年工作日300天），小批量生产。载荷平稳，环境清洁。原始数据：滚筒圆周力F=1300N；带速V=1.55m/s；滚筒直径D=250mm。二、电动机的选择1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机2、电动机功率选择：（1）传动装置的总功率：总=带3轴承齿轮联轴器滚筒 =0.960.9930.970.990.96=0.8587(2)电机所

5、需的工作功率：P工作=FV/1000总=13001.55/10000.8587=2.346 KW3、确定电动机转速：计算滚筒工作转速：n筒=601000V/D=6010001.55/250=118.471r/min 按手册P7表1推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围Ia=35。取V带传动比I1=24，则总传动比理时范围为Ia=620。故电动机转速的可选范围为nd=Ian筒=（620）118.471=7102369r/min符合这一范围的同步转速有2880、1430、960r/min。根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号：因此有三种传支比方案：电机型号额定功率

6、满载转速起运转矩最大转矩100-232880 r/min2.22.3Y1002-3KW1430r/min2.22.3132-63960r/min2.02.2如指导书P203页171表。综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第2方案比较适合，则选n=1430r/min。4、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y100L2-4。其主要性能：额定功率：3KW，满载转速1430r/min，质量38kg。三、计算传动装置的运动和动力参数1、总传动比：i总=n电动/n筒=1430/118.471=12.072、分配各级伟动比（1

7、） 据指导书P7表1，取齿轮i齿轮=3（单级减速器i=35合理）（2） i总=i齿轮I带i带=i总/i齿轮=12.07/3=4.023四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）nI=n电机=1430r/minnII=nI/i带=1430/4.023=355.46(r/min)nIII=nII/i齿轮=355.46/3=118.47(r/min)2、 计算各轴的功率（KW）PI=P工作=2.346KWPII=PI带=2.3460.96=2.25KWPIII=PII轴承齿轮=2.250.990.97 =2.16KW3、 计算各轴扭矩（Nmm）TI=9.55106PI/nI=9.551

8、062.346/1430=15667NmmTII=9.55106PII/nII=9.551062.25/355.46 =60449.8NmmTIII=9.55106PIII/nIII=9.551062.16/118.47=174090.6Nmm 五、传动零件的设计计算1、 皮带轮传动的设计计算（1） 选择普通V带截型由课本P218表13-8得：kA=1.2PC=KAP=1.23=3.6KW由课本P219图13-15得：选用A型V带（2） 确定带轮基准直径，并验算带速由课本P219图13-15得，推荐的小带轮基准直径为80100mm 则取dd1=100mmdmin=80 dd2=n1/n2dd1

9、=1430/355.46100=402mm由课本P219表13-9，取dd2=400mm 实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=1430100/400 =357.5r/min转速误差为：(n2-n2 )/n2=(357.5-355.46)/357.5 =-0.00581200（适用）（5）确定带的根数根据课本P214表（13-3）P0=1.32KW根据课本P216表（13-5）P0=0.17KW根据课本P217表（13-7）K=0.95根据课本P212表（13-2）KL=1.06 由课本P218式（13-15）得Z=PC/P=PC/(P0+P0)KKL =3.6/(1.32+0.17) 0.

10、951.06 =2.4 取Z=3(6)计算轴上压力由课本P212表（13-1）查得q=0.1kg/m，由P220式（13-17）单根V带的初拉力：F0=500PC/（ZV）（2.5/K-1）+qV2=5003.6/（37.48）(2.5/0.95-1)+0.17.482 =136.47N则作用在轴承的压力FQ，由课本P221式（13-18）FQ=2ZF0sin1/2=23136.47sin155.920/2=800.81N2、齿轮传动的设计计算 （1）选择齿轮材料及确定许用应力； 小齿轮用40Cr调质，齿面硬度217286HBS, Hlim1=700Mpa ，FE1=600Mpa(表11-1)

11、,大齿轮用45调质，齿面硬度197286HBS, Hlim1=380Mpa ，FE2=300Mpa(表11-1)。由表11-5，取SH=1.1, SF=1.25;H1=Hlim1/SH=700/1.1Mpa=636.36MpaH2=Hlim2/SH=380/1.1Mpa=345.45MpaF1=FE1/SF=600/1.25=480 MpaF2=FE21/SF=300/1.25=240 Mpa (2)按齿面接触强度设计 设计齿轮按8级精度制造。取载荷系数K=1.5表（11-3），齿宽系数d=0.8表（11-6）小齿轮转矩T1=9.55106P/n1=9.551062.346/1430=1.56

12、7104取ZE=188(表11-4) ,标准ZH=2.5 d1 2kT1(u+1)/（du）(ZEZH/H) 21/3= 21.51.567104 (3+1)/（30.8）(1882.5/345.45) 21/3=51.4mm取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=320=60 实际传动比I0=60/20=3传动比误差：i-i0/I=3-3/3=0%2.5% 可用齿数比：u=i0=3模数：m=d1/Z1=51.4/20=2.57mm齿宽：b=dd1=0.851.4mm=42.12mm取b2=45mm b1=53mm按表4-1取模数：m=3，实际d1= m Z1=320=60mm,

13、d2= m Z2=360=18 0mm(3)计算齿轮传动的中心矩aa=m/2(Z1+Z2)=3/2(20+60)=120mm(4)齿形系数YFa和应力修正系数YSa根据齿数Z1=20,Z2=60由图（11-8,11-9）得YFa1=2.95 YSa1=1.57YFa2=2.33 YSa2=1.72(5) 计算两轮的许用弯曲应力将求得的各参数代入式（11-5）F1=(2kT1YFa1YSa1)/(bm2Z1)=(21.51.571042.951.57)/(452.5220) Mpa=26.9Mpa F1=480 MpaF2=F1YFa2YSa2/ (YFa1YSa1)=26.92.331.72/

14、(2.951.57) Mpa=23.27Mpa F2=240 Mpa故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够(6)计算齿轮的圆周速度VV=d1n1/(601000)=3.14601430/(601000)=4.49m/s对照表11-2可知选择八级精度是合宜的。六、轴的设计计算 1 输入轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45调质，硬度197286HBS根据课本P245（14-2）式，并查表14-2，取c=115d115 (2.25/355.46)1/3mm=28.67mm考虑有键槽，将直径增大5%，则d=28.67(1+5%)mm=30选d1=30mm2、轴的结构设计 （1）轴上零件的定位，固定和装配 单级减

15、速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和大筒定位，则采用过渡配合固定 （2）确定轴各段直径和长度工段：d1=30mm h=2c c=1.5mmII段:d2=d1+2h=30+221.5=36mmd2=36mm初选用6308c型接触球轴承，其内径为40mm,宽度为18mm. 考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：L2=（2+9+18+50

16、）=80mmIII段直径d3=40mmL3=L1-L=50-2=48mm段直径d4=46mm5=60mm,宽B=63+7=70mm7=46mm8=40mm五、轴的设计计算为了对轴进行校核，先求作用在轴上的齿轮的啮合力。第一对和第二对啮合齿轮上的作用力分别为1高速轴设计1）按齿轮轴设计，轴的材料取与高速级小齿轮材料相同，40Cr，调质处理，查表15-31，取高速轴工作简图如图(a)所示首先确定个段直径A段：=30mm 有最小直径算出）B段：=36mm，设计非定位轴肩取轴肩高度h=3mmC段：=40mm，与轴承（圆锥滚子轴承30206）配合，取轴承内径D段：=46mm， 设计非定位轴肩取轴肩高度h

17、=3mmE段：=70mm，将高速级小齿轮设计为齿轮轴，考虑依据课程设计指导书p116G段， =46mm, 国度h=3mmF段：=40mm, 与轴承（圆锥滚子轴承6208）配合，取轴承内径第二、确定各段轴的长度A段：由P223长度L1=(1.52)d1=4560mm,长度取L1=50mm B段：=50mm，考虑轴承盖与其螺钉长度然后圆整取54mmC段：=29mm, 与轴承（圆柱滚子轴承6208）配合,加上挡油盘长度（参考减速器装配草图设计p24）=B+3+ 2=18+9+2=29mmG段：=28mm, 与轴承（圆柱滚子轴承6208）配合,加上挡油盘长度（参考减速器装配草图设计p24）F段：，=2

18、-2=10-2=8mmE段：，齿轮的齿宽轴总长L=251mm两轴承间距离（不包括轴承长度）S=134mm， (3)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d1=60mm求转矩：已知T2=60449.8Nmm求圆周力：Ft根据课本P168（11-1）式得Ft=2T2/d2=60449.8/60=2014.99N求径向力Fr根据课本P168（11-1）式得Fr=Fttan=2014.99tan200=733.39N因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=67mm (1)绘制轴受力简图（如图a） （2）绘制垂直面弯矩图（如图b）轴承支反力：FAY=FBY=Fr/2=733.39/2366.7NFAZ=FB

19、Z=Ft/2=2014.99/21007.495由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为MC1=FAyL/2=366.760/2=11Nm (3)绘制水平面弯矩图（如图c）截面C在水平面上弯矩为：MC2=FAZL/2=1007.49560/2=30.225Nm (4)绘制合弯矩图（如图d）MC=(MC12+MC22)1/2=(112+30.2252)1/2=32.16Nm (5)绘制扭矩图（如图e）转矩：T=9.55P2/n2106=9.552.55/355.46106=68.5Nm (6)绘制当量弯矩图（如图f）转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化，取=1，截面C处的当量弯矩

20、：Mec=MC2+(T)21/2=32.162+(168.5)21/2=75.68Nm (7)校核危险截面C的强度由式（6-3）e=Mec/0.1d33=75.68/0.1403=11.82MPa -1b=60MPa该轴强度足够。 1 输出轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45调质，硬度197286HBS根据课本P245（14-2）式，并查表14-2，取c=115d115 (2.16/118.5)1/3mm=30.3mm取d1=ds=30mm ,D1=30*1.05=31.5mm L=55mms=48,l=1.3ds=62.4mm=63mm1=32mm2=38mm3=45mm4=48mm轴肩H

21、=(0.07d5+3)(0.1d5+5)=6.369.8mm则H=8mm5=48+2*8=64mm周肩宽b=1.4H=11.2mm,取b=12mm2、轴的结构设计 （1）轴的零件定位，固定和装配 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。 （2）确定轴的各段直径和长度 初选6207c型角接球轴承，其内径为35mm，宽度为17mm。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离

22、，则取套筒长为?mm，则该段长41mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。 (3)按弯扭复合强度计算求分度圆直径：已知d2=180mm求转矩：已知T3=174090.6Nmm求圆周力Ft：根据课本P168（11-1）式得Ft=2T3/d2=2174090.6/180=1934.34N求径向力Fr根据课本P 168（11-1）式得Fr=Fttan=1934.340.36379=703.7N两轴承对称LA=LB=49mm(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=703.7/2=351.85FAZ=FBZ=Ft/2=1934.34/2=967.17N (2)由两边对称，书

23、籍截C的弯矩也对称截面C在垂直面弯矩为MC1=FAYL/2=351.8552.5/2=9.236Nm (3)截面C在水平面弯矩为MC2=FAZL/2=967.1752.5/2=25.388Nm (4)计算合成弯矩MC=（MC12+MC22）1/2 =（9.2362+25.3882）1/2 =27.016Nm (5)计算当量弯矩：根据课本P235得=1Mec=MC2+(T)21/2=27.0162+(168.5)21/2 =73.63Nm (6)校核危险截面C的强度e=Mec/（0.1d）=73.63/(0.1453)=8.08Mpa48720h预期寿命足够2、计算输出轴承 (1)已知n=118

24、.47r/min Fa=0 FR=FAZ=967.17N试选6309型球轴承 (4)计算当量动载荷P1、P2根据课本P279表（16-4）得P1= (x1FR1+y1FA1)= (1967.17)= 967.17NP2=(x2FR2+y2FA2)=(1967.17)= 967.17N (5)计算轴承寿命LHP1=P2 故P=967.17 =3根据手册P120 6309型轴承Cr=52800N由课本P279（16-3）式得LH=106(Cr/P)/=106(152800/967.17)3/118.47=1373.36106h48720h预期寿命足够 此轴承合格八、键联接的选择及校核计算(1)输入

25、轴与齿轮联接采用平键联接轴径d1=30mm,L1=50mm由机械课程指导书P115表11-26得，选用A型平键，得：键A 87 842GB/T1096 L=L1-b=50-8=42mmT2=60449.8Nmm h=7mm根据课本P158 (10-26)式得p=4T2/dhL=460449.8/(30742) =27.41MpaP(110Mpa)(根据课本P158表10-10取P=(110Mpa)2、输出轴与齿轮联接采用平键联接轴径d3=32mm L3=60mm T3=174090Nmm由机械课程指导书P115表11-26得，选用A型平键，得：键A 108 1052GB/T1096 L=L3-

26、b=60-10=50mm h=8mm根据课本P158 (10-26)式得p=4T/dhl=4174090/(32850) =54.4Mpap(110Mpa)3、输出轴与齿轮2联接用平键联接轴径d2=48mm L2=63mm T=174090 Nmm由机械课程指导书P115表11-26得，选用A型平键，得：键149 GB/T 1096l=L2-b=63-14=49mm h=9mm根据课本P158 (10-26)式得p=4T/dhl=4174090/48949=32.9MpapF=1300NV=1.55m/sD=250mmn滚筒=118.471r/min总=0.8587P工作=2.346KW电动机

27、型号Y100L2-4i总=12.07据手册得i齿轮=3i带=4.023nI =1430r/minnII=355.46r/minnIII=118.47r/minPI=2.346KWPII=2.25KWPIII=2.16KWTI=15513NmmTII=60449.8NmmTIII=174090.6Nmmdd2=402mm取标准值dd2=400mmn2=476.67r/minV=5.03m/s350mma01000mm取a0=750Ld=2300mma0=700mmZ=3根F0=136.47NFQ =800.81Ni齿=3 Z1=20Z2=60u=3T1=50021.8NmmHlimZ1=570M

28、paHlimZ2=350MpaNL1=1.28109NL2=2.14108ZNT1=0.92ZNT2=0.98H1=524.4MpaH2=343Mpad1=51.4mmm=3d1=50mmd2=300mmb=45mmb1=50mmYFa1=2.80YSa1=1.55YFa2=2.14YSa2=1.83Flim1=290MpaFlim2 =210MpaYNT1=0.88YNT2=0.9YST=2SF=1.25F1=26.9MpaF2=23.27Mpa a =120mmV =4.49m/s =30mmd1=30mmL1=50mmd2=36mmL2=79mmd3=40mmL3=48mmd4=46mm

29、L4=12mmd5=60mmL=110mmFt =1000.436NFr=364.1NFAY =366.7NFBY =366.7NFAZ =1007.495FBZ1007.495MC1=11NmMC2=30.225NmMC =32.16NmT=68.5NmMec =75.68Nme =11.82MPa-1bd=32mmFt =1934.34NFAX=FBY =351.85FAZ=FBZ =967.17NMC1=9.236NmMC2=25.388NmMC =27.016NmMec =73.63Nme =8.08Mpa-1b轴承预计寿命48720hFS1=FS2=315.1Nx1=1y1=0x2=

30、1y2=0P1= 364.1NP2= 364.1NLH=1047500h预期寿命足够FR =967.17NFS1=569.1Nx1=1y1=0x2=1y2=0P1=967.17N P2=967.17 NLh=1373.36106h故轴承合格A型平键87p=27.41MpA型平键108p=54.4MpaA型平键149p =32.9Mpa九、铸件减速器机体结构尺寸计算表及附件的选择1、铸件减速器机体结构尺寸计算表a=120名称符号减速器及其形式关系机座壁厚0.025a+1mm=4mm,取8mm机盖壁厚10.02a+1mm=4.4mm8mm,取8mm机座凸缘厚度b1.5=12mm机盖凸缘厚度b11.

31、51=12mm机座底凸缘厚度p2.5=20mm取30mm地脚螺钉直径df0.036a+12=16.32mm取16mm地脚螺钉数目na250mm,n=4轴承旁连接螺栓直径d10.75df=12mm机盖与机座连接螺栓直径d2(0.50.6)df=89.6mm取8mm连接螺栓d2的间距l150200mm取180mm轴承端盖螺钉直径d3(0.40.5)df=5.68mm取M8窥视孔盖螺钉直径d4(0.30.4)df=4.85.6mm取M6定位销直径d(0.70.8)df=11.212.4mm取M12df、d2、d3至外机壁距离c120mmd1、d2至凸缘边缘距离c220mm轴承旁凸台半径R1R1=C2

32、=20凸台高度h外机壁至轴承座端面距离L1c1+c2+(58)=46内机壁至轴承座端面距离L2+c1+c2+(58)=58大齿轮顶圆与内机壁距离11.2=9.6mm取14mm齿轮端面与内机壁距离2=8mm取12mm机盖、机座肋厚m1,mm1=m0.851=6.8mm,取7mm轴承端盖外径D2108mm轴承端盖凸缘厚度e(11.2)d3=9mm取12mm轴承旁连接螺栓距离ssD2十、润滑与密封方式的选择、润滑剂的选择减速器内传动零件采用浸油润滑，减速器滚动轴承采用油脂润滑。参考资料目录1 杨可帧 程光蕴 李仲生 主编 机械设计基础（第五版）M 高等教育出版社2 王大康 卢颂峰 主编 吴宗泽主审.

33、 机械设计课程设计（第二版）M. 北京工业大学出版社实训总结 2周的实训这么快就结束啦，在这一周中我感觉自己学到了很多很多，自己也成长了很多，也明白了很多，尤其是团队之间的互相配合和相处。 这2周的实训，我们主要设计的是一级圆柱直齿轮减速器，刚开始的时候感觉好烦呀，主要是大家刚开始接触这个东西，而且这个东西也比较抽象，在平时上课的时候很多东西也不是很明白，因此感觉比较忙和累，但是我们有一个伟大的组长，在组长刘太金的带领下，我们开始了艰苦的课程设计，首先，我们进行的是对数据的计算，但我们拿到本组的数据的时候，大家就开始忙开了，首先是对电动机的选择，当电动机选择合适后，然后就是对传动比的分配，传动

34、比分配好以后就是计算各种数据，然后就是v带的选择，从这开始就感觉比较难啦，每天拿着课本和课程设计在忙碌，那几天感觉彻底疯啦，呵呵。V带完了以后，才知道后边的更难，齿轮和轴承，虽然很难，但是在组长的带领和我们的努力下，我们克服了重重困难，我们终于在第一周把数据计算完啦。 本来认为可以好休息一下啦，可是才发现画图才是最难的。cad画图，哎，大一学的东西现在才发现时那么的重要。每天中午为了能赶上进度，我们中午都在教室画图，不去吃饭，为了都点时间去画图，晚上到了寝室，又加班，晚上画到很晚。现在想想那段时间我们是怎么过来的，太佩服自己，可以坚持过来。 在这实训的期间，老师也给予了我们各种帮助，在我们遇到困难时，总是可以找到老师。 实训结束啦，但我的图打出来，我感觉自己好有成就感。