机械设计课程设计-悬挂式输送机传动装置设计.doc

机械设计课程设计一、 课题：悬挂式输送机传动装置设计(一) 课程设计的目的1) 通过机械设计课程设计，综合运用机械设计课程和其它有关选修课程的理论和生产实际知识去2) 分析和解决机械设计问题，并使所学知识得到进一步地巩固、深化和发展。3) 学习机械设计的一般方法。通过设计培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力。4) 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范。(二) 已知条件1) 机器功用 通过生产线中传送半成品、成品用，被运送物品悬挂在输送链上2) 工作情况 单向连续传动，轻度震动；3) 运动要求 输送链速度误差不超过5%；4) 使用寿命 8年，每年350天，每天工作16小时；5) 检修周期 一年小修，三年大修；6) 生产批量 中批生产7) 生产厂型 中、大型通用机械厂8) 主动星轮圆周力：3.5KN9) 主动星轮速度：0.9m/s10) 主动星轮齿数：711) 主动星轮节距：80mm(三) 设计内容1) 电动机选型2) 链传动设计3) 减速器设计4) 联轴器选型设计5) 其他(四) 设计要求E2:二级展开式圆柱齿轮传动（异向）(五) 工作要求1) 画减速器装配图一张（A0或A1图纸）；2) 零件工作图二张（传动零件、轴、）；3) 对传动系统进行结构分析、运动分析并确定电动机型号、工作能力分析；4) 对传动系统进行精度分析，合理确定并标注配合与公差；5) 设计说明书一份。(六) 结题项目1) 检验减速能否正常运转。2) 每人一套设计零件草图。3) 减速器装配图：A0或A1图纸；每人1张。4) 零件工作图：A3；每人共2张、齿轮和轴各1张。5) 设计说明书：每人1份。(七) 完成时间共3周（2010.1.42009.1.22）计算及说明结果一、 传动方案设计传动系统方案的拟定。悬挂式输送机传动系统设计方案如图所示悬挂式输送机传动系统方案1. 根据主动星轮的速度和主动星轮节距可得星轮转速n= = =96.43r/minP=Fv=3.5 0.9=3.14kw准备选用1500r/min的Y型系列电动机2. 为加工方便采用水平剖分式3. 由于传递功率不大，故轴承采用球轴承4. 考虑到高速级转速较高，采用斜齿轮，使传动平稳；电动机和输入轴之间采用H型弹性块联轴器（TB/T5511-1991）二、 电动机的选择(一) 电动机输出功率计算 弹性联轴器效率 滚动轴承效率 闭式圆柱齿轮传动效率效率 滚子链效率所以，=0.8590电动机输出功率 = =3.67kw(二) 确定电动机型号 1 考虑到生产线上有时会出现过载现象，为了使输出链正常运转而不影响生产效率，取K（功率储备系数）=1.2所以，=k =1.2 3.67=4.40kW2 查表16-2，得，选Y系列1500r/min的电动机，具体牌号为：Y132S-41) 额定功率p=5.5kw2) 满载转矩=1440r/min3) 输出轴直径D=38mm三、 传动比分配两级齿轮按如下传动比分配 减速器总传动比 分配传动比：高速级传动比：低速级传动比：链传动传动比取=1.8；则=2.53；=3.285、计算传动装置的运动和动力参数数据汇总:电动机转轴高速轴I中间轴II低速轴III转速r/mi02173.53功率kw4.44.314.143.98转矩N.m29.1828.5890.06219.03传动比13.282.53效率0.98010.96030.9603四、 传动件设计计算(一) 链传动设计已知条件：1 选择链轮齿数小链轮齿数 估计链速为0.6，由表5.3取 大链轮齿数 2 确定链节距初取中心距，则链节数为 =3 确定链节距p载荷系数 查表5.4小链轮齿数系数 查表5.5多排链系数 查表5.6链长度系数 查表5-13由式 根据小链轮转速和，查图5.5，确定链条型号4 确定中心距a由式5 验算链速6 计算压轴力Q链条工作拉力 F=压轴力系数 由式5-13 压轴力Q=1.22.843=3.412KN(二) 圆柱齿轮传动设计计算高速级：选择圆柱斜齿轮1 选材齿轮材料，确定许用应力(1) 一般机器,速度不高,选用8级精度(GB10095-88)(2) 材料选择,由机械设计表10-1中知选择:小齿轮材料：40Cr(调质处理) HBS 260大齿轮材料：45 (调质处理) HBS 240许用接触应力，由式6-6，小齿轮的接触疲劳强度极限=720MPa.大齿轮接触疲劳强度极限=590MPa.接触疲劳寿命系数 应力循环次数N 由式6-7 查图6-5得接触强度最小安全系数则许用弯曲应力计算 由式弯曲疲劳极限 查图6-7弯曲疲劳寿命系数 查图6-8弯曲强度尺寸系数 查图6-9弯曲强度最小安全系数 2 齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级，按参考表6.7、表6.8选取小轮分度圆直径齿宽系数小轮齿数大轮齿数 传动误差比=0载荷系数K= 使用系数 查表6.3动载系数 由推荐值1.05-1.4齿间载荷分配系数 由推荐值1.0-1.2齿向载荷分布系数 由推荐值1.0-1.2载荷系数K=1.251.21.11.1 材料弹性系数节点区域系数重合度系数螺旋角系数 由= =47.36mm法向模数故中心距圆整a=109mm分度圆直径圆周速度齿宽b 圆整大齿轮齿宽3.齿根弯曲疲劳强度校核计算由式6-16 大小齿轮齿形系数大小齿轮应力修正系数不变位时，端面啮合角 重合度重合度系数=0.25+0.75/=0.69螺旋角系数故5. 齿轮其他主要尺寸计算大齿轮分度圆直径根圆直径顶圆直径高速级：选择圆柱斜齿轮1.选材齿轮材料，确定许用应力(3) 一般机器,速度不高,选用8级精度(GB10095-88)(4) 材料选择,由机械设计表10-1中知选择:小齿轮材料：40Cr(调质处理) HBS 260大齿轮材料：45 (调质处理) HBS 240许用接触应力，由式6-6，小齿轮的接触疲劳强度极限=720MPa.大齿轮接触疲劳强度极限=590MPa.接触疲劳寿命系数 应力循环次数N 由式6-7 查图6-5得接触强度最小安全系数则许用弯曲应力计算 由式弯曲疲劳极限 查图6-7弯曲疲劳寿命系数 查图6-8弯曲强度尺寸系数 查图6-9弯曲强度最小安全系数 3 齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级，按参考表6.7、表6.8选取小轮分度圆直径齿宽系数小轮齿数大轮齿数 传动比传动比误差载荷系数K= 使用系数 查表6.3动载系数 由推荐值1.05-1.4齿间载荷分配系数 由推荐值1.0-1.2齿向载荷分布系数 由推荐值1.0-1.2载荷系数K=1.251.21.11.1 材料弹性系数节点区域系数重合度系数 =75.36mm模数中心距分度圆直径圆周速度齿宽b 圆整大齿轮齿宽3.齿根弯曲疲劳强度校核计算由式6-16 大小齿轮齿形系数大小齿轮应力修正系数重合度重合度系数=0.25+0.75/=0.687故4.齿轮其他主要尺寸计算大齿轮分度圆直径根圆直径顶圆直径数据汇总：项目齿轮号齿顶圆直径分度圆直径d齿根圆直径模数齿数Z齿宽b中心距a高速级小齿轮54.9350.9345.9322545109大齿轮171.06167.06162.0628240低速级小齿轮878173.532770142.5大齿轮210204196.526865五、 轴的设计计算(一) 齿轮上作用力计算高速级：1) 小齿轮圆周力径向力轴向力2) 大齿轮圆周力径向力轴向力低速级：1) 小齿轮圆周力径向力2) 大齿轮圆周力径向力数据汇总项目齿轮号圆周力径向力轴向力高速级小齿轮1122N416N218N大齿轮1078N400N209N低速级小齿轮2224N809N大齿轮2147N782N(二) 初步估计轴的直径选取45号钢作为轴的材料，调质处理由式8-2 计算轴的最小直径并加大3%以考虑键槽的影响，查表8-6 取A=115六、 （插）联轴器的选择工作情况系数 查表11.2则=T=1.729.18=49.61Nm 查机械设计师手册吴宗泽 主编 表29-90选HTLA型弹性块联轴器型号：HTLA4公称转矩：=100Nm许用转速：n=5000r/min联轴器参数：D=95mm =24mmL=52mm=70mm(三) 轴的结构设计高速轴：1) 确定轴的结构方案由于是高速级，采用斜齿轮使传动平稳，同时受力不大，考虑使用角接触球轴承，轴线速度较低，轴承采用脂润滑方式，这就考虑使用挡油环。左右轴承采用端盖固定，半联轴器采用轴端挡圈使轴向定位，采用A型平键周向定位。2) 确定个轴段直径和长度段：由联轴器尺寸参数确定，d=24mm,长度比L=52mm短2mm便于联轴器的轴向定位段：为使联轴器定位，轴肩为6-12mm，取6mm，则该段d=30mm，长度考虑端盖螺钉空间和轴承轴宽度，取L=71mm段：为便于装拆轴承内圈，且符合标准轴承内径。查GB/T292-1994,轴承暂选型号为7007C，=35mm，考虑挡油环的长度，该轴段长度为+段：通过查表由便于装拆轴承内圈确定，采用齿轮轴（齿根圆与轮毂键槽顶面的距离）该轴段长度受其他轴的制约，最终确定L=87.5mm；段：即为齿轮的宽度L=B=45mm段：为轴承安放位置，同段3) 确定轴承及齿轮作用点位置如下图：4) 绘制轴的弯矩和扭矩图力求解过程i.得ii.解得：(插)校核轴承则: 所以，左边轴承被压紧则=258N i. 计算当量动载荷,查表10.5并插值计算e=0.38而查表并插值x=0.44；y=1.47所以,查表10.5并插值计算e=0.38而查表并插值x=0.44；y=1.43所以ii. 计算轴承寿命由式10-7 轴承寿命温度系数而三年大修时间弯矩扭矩图：V垂直面内 =34.32N.MH水平面内 当量弯矩轴的材料45号钢，调质处理。查表8.2得=60 中速轴：1) 确定轴的结构方案由于与高速级斜齿轮配对，同样齿轮采用斜齿轮，同时受力不大，考使用角接触球轴承，轴线速度较低，同样轴承采用脂润滑方式，使用挡油环。左右轴承采用端盖固定，齿轮采用A型平键周向定位。2) 确定个轴段直径和长度段：为便于装拆轴承内圈，且符合标准轴承内径。查GB/T292-1994,轴承暂选型号为7206C，=30mm，6考虑挡油环的长度，箱内壁离齿轮端面10mm，齿轮端面突出该轴段2mm便于固定，考虑重合部分，该轴段长度为6+8+10+236段：安装低速级小齿轮，齿宽B=70，缩进2mm，则该轴段长为68mm段： 轴肩，要求两齿轮端面轴向间隙8-15mm，这里取12mm，即为该轴段长度，为了定位安全，d=40mm段：安装高速级大齿轮，齿宽B=40mm，缩进2mm，则该轴段长为68mm段：即为齿轮的宽度L=B=45mm段：为轴承安放位置，同段3) 确定轴承及齿轮作用点位置如下图：4) 绘制轴的弯矩和扭矩图力求解过程i.得ii.解得：(插)校核轴承则: 所以，右边轴承被压紧则=895.6N i. 计算当量动载荷,查表10.5并插值计算e=0.43而查表并插值x=0.44；y=1.30所以,查表10.5并插值计算e=0.465而查表并插值x=0.44；y=1.26所以ii. 计算轴承寿命由式10-7 轴承寿命温度系数而三年大修时间弯矩扭矩图：V垂直面内 =96.40N.M；=65.2N.MH水平面内 当量弯矩轴的材料45号钢，调质处理。查表8.2得=60 低速轴：1) 确定轴的结构方案齿轮采用直齿轮，同时受力不大，考使用深沟球轴承，轴线速度较低，轴承采用脂润滑方式，使用挡油环。左右轴承采用端盖固定，齿轮和链轮采用A型平键周向定位。2) 确定个轴段直径和长度段：为便于装拆轴承内圈，且符合标准轴承内径。查GB/T272-1994,轴承暂选型号为6209，=45mm，9考虑挡油环的长度，该轴段长度为9+1029段：轴肩宽L=10.5mm，由三根轴的相对位置确定段：安装低速级大齿轮，齿宽B=65，缩进2mm，则该轴段长为63mm段：用套筒定位齿轮，由三根轴的相对位置确定该轴段长L=65mm段：为轴承安放位置，同段段：为使链轮定位，同时考虑毡圈的直径，取轴肩5mm，则该段d=40mm，长度考虑端盖螺钉空间和轴承轴宽度，取L=65mm段：为小链轮的安装位置，链轮d=35mm，L=48mm，考虑链轮的轴向定位，缩进2mm，所以该轴段长度L=46mm3) 确定轴承及齿轮作用点位置（插）链压轴力方向的确定，在链轮的布置当中，有可能链轮的中心距与地面不平行，考虑最危险的情况，即链的拉力的方向与减速器轴心的连线方向平行，即如下图所示：轴承及齿轮作用点位置：4) 绘制轴的弯矩和扭矩图力求解过程i.得ii.解得：(插)校核轴承则:无轴向力，所以0N，i. 计算当量动载荷载荷系数=1.2所以所以ii. 计算轴承寿命由式10-7 轴承寿命温度系数而一年小修时间（这里考虑的是链传动当中最危险的情况，如上页所述，如果按其他方式布置，压轴力分解之后再合成弯矩，由三角形法则知合成的弯矩必小于两轴向力平行，即上述所述的最危险的时刻）而弯矩的减小必然带来轴承所受径向力的降低，由寿命公式知，径向力的较小变化能带来寿命时间的较大增长。）弯矩扭矩图：V垂直面内 =87.46N.MH水平面内 当量弯矩轴的材料45号钢，调质处理。查表8.2得=60 (四) 精确校核轴段疲劳强度考虑到低速轴上所受力比较大，所以校核轴的疲劳强度。1) 选择危险截面通过观察计算，截面1和截面是危险截面2) 计算危险截面工作应力截面1：通过几何关系计算得T1=219.03Nm抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面上的弯曲应力 截面上的扭转应力3) 确定轴材料机械性能查表8.2，弯曲疲劳极限4) 确定综合影响因素轴肩处综合影响因素为：取较大的综合影响因素来计算安全系数，则5) 计算安全系数由式8.13取安全系数由式8-6截面2：通过几何关系计算得T1=219.03Nm抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面上的弯曲应力 截面上的扭转应力6) 确定轴材料机械性能查表8.2，弯曲疲劳极限7) 确定综合影响因素为：8) 计算安全系数由式8.13取安全系数由式8-6七、 键的选择与强度验算1) 高速轴键许用挤压应力查表3.2得=100 a) 联轴器上：由直径d=24mm选确定键长：2) 中速轴b) 直（小）齿轮：由直径d=32mm选确定键长：c) 斜（大）齿轮：由直径d=34mm选确定键长：3) 低速轴d) 直（大）齿轮：由直径d=50mm选确定键长：e) 链轮：由直径d=35mm选确定键长：八、 减速器的结构和附件设计1) 减速器的箱体采用铸造（HT150）制成；2) 保证机体有足够的刚度,在轴承座中加肋，铸出凸台，便于轴承座旁的螺栓连接并增加刚度；3) 因其传动件速度小于12m/s，采用浸油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H取为40mm；4) 机体结构有良好的工艺性；铸件壁厚为8，内箱圆角半径为R=6；机体外型简单，拔模方便。5) 箱体底座加工成槽型，减少加工量，并安放稳定。附件设计： 观察孔及观察孔盖在机盖顶部开有观察孔，检查传动零件啮合、润滑及齿轮损坏情况，安放观察孔的地方突出2-4mm，以减少加工面； 放油螺塞：放油孔位于油池最底处，箱底切除部分便于钻孔时防止刀具受力不均，加工不好，安放处突出2-4mm减少加工面，并用油圈加以密封。 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处；油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出；也不能太高，防止与齿轮发生碰撞，并考虑铣刀铣的空间； 通气器：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡. 启盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹. 定位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度. 吊钩：在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运。减速器机体结构尺寸如下：符号计算公式取值箱座壁厚8箱盖壁厚8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径M18地脚螺钉数目a250 n=44轴承旁联接螺栓直径M14机盖与机座联接螺栓直径=（0.50.6）M10轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）M8 视孔盖螺钉直径=（0.30.4）M6定位销直径=（0.70.8）M8，至外机壁距离282216，至凸缘边缘距离262014外机壁至轴承座端面距离=+（510）52大齿轮顶圆与内机壁距离1.210齿轮端面与内机壁距离10机盖，机座肋厚77轴承端盖外径+（55.5）D为轴承外径102102125轴承旁联结螺栓距离尽量靠近，不可干涉102102125九、 减速器的润滑与密封1、齿轮润滑齿轮速度小于12m/s，采用浸油润油。高速级大齿轮浸油一个齿高的高度，低速级大齿轮浸油深度为20mm左右，符合要求2、滚动轴承的润滑1) 查机械设计表10.10，轴承的润滑方式由值确定。高速级 并定期加脂，补充脂的运动消耗。2) 采用脂润滑轴承的时候，为避免稀油稀释油脂，需用挡油板将轴承与箱体内部隔开。3) 在选用润滑脂的牌号时，根据机械设计师手册表24-6查得常用油脂的主要质量指标和用途。轴承选用通用锂基润滑脂（GB7324-1987），它适用于温度范围内各种机械设备的轴承，选用牌号为的润滑脂。3、轴密封形式的选择 1) 在构成机体的各零件间，如机盖与机座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。 2) 为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部，由机械设计课程上机与设计表6-2知密封形式由密封处圆周速度决定。各透盖密封处圆周速度： 十、 其他技术说明1. 减速器装配前，必须按图纸检验各个部分零件，然后需用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，内壁涂刷抗机油浸蚀的涂料两次；2. 在装配过程中轴承装配要保证装配游隙；3. 轴承部位油脂的填入量要小于其所在轴承腔空间的2/3；4. 减速器的润滑剂在跑合后要立即更换，其次应该定期检查，半年更换一次。润滑轴承的润滑脂应定期添加；5. 在机盖机体间，装配是涂密封胶或水玻璃，其他密封件应选用耐油材料；6. 对箱盖与底座结合面禁用垫片，必要时可涂酒精漆片或水玻璃。箱盖与底座装配好后，在拧紧螺栓前应用0.05mm塞尺检查其密封性。在运转中不许结合面处有漏油渗油现象；7. 减速器装配完毕后要进行空载试验和整机性能试验；8. 空载实验：在额定转速下正反转各12小时，要求运转平稳、声响均匀、各联接件密封处不得有漏油现象；负载实验：在额定转速及额定载荷下，实验至油温不再升高为止。通常，油池温生不得超过，轴温升不得超过；9. 搬动减速器应用底座上的钓钩起吊。箱盖上的吊环仅可用与起吊箱盖；10. 机器出厂前，箱体外表面要涂防护漆，外伸轴应涂脂后包装。运输外包装后，要注明放置要求。十一、 设计小结 在这三周专业课课程设计当中，学到了很多东西。不仅加深了对所学知识的了解，巩固了所学知识，知道了如何很好地学以致用，把握继承与创新的结合，同时对一项设计过程如何去展开有一个大体的把握，即应该有一个大体的轮廓，采用自顶向下的设计方法，同时考虑在每一个部分、每一个过程当中与其他部分、过程的相互联系。感觉最繁琐的莫过于忽视了某个因素，导致了该部件设计必须重新开始，降低了设计速度，这应该在以后的设计过程当中应当尽量避免。同时要加深对专业知识的学习，对某些知识还是不是很清楚，只能简简单单套套公式进行计算或是计算不熟练，往往忽略某一因素而导致重新计算，突出的地方就是轴上力分析的时候，要么忽略力或由力产生的力矩，要么方向弄错，总之，第一根轴力分析还有轴承校核的时候计算了三四遍，在这以后要相当注意，要加强力学与工程应用这方面的学习。在一点就是本次课程设计的装配图和零件图由三维直接生成二维，尤其是装配图，对自己来说也算是一个挑战，以前很少应用，这次应用，碰到的问题还是很多，因为国与国之间的标准不一样，同时也许因为软件相互间的转化功能不行，在转到Autocad里改了也不少，这对工作量来说也是很大，不过经过了本次尝试，自己学到的东西还是很多的，首先就是加深了PRO/E三维软件的学习，第二就是发现在用三维进行参数化设计还是很方便的，并且设计精度高和准确。再次，本次三维到二维的尝试，掌握了很多技巧，不管是查软件学习资料，还是自己慢慢摸索，都对PRO/E、AutoCAD、word2007排版等等都有一定的提高。还有一点是课程设计是需要发很长时间的工作，刚开始的时候就匆匆下手，不久之后就发现由于考虑不周或是思路错乱导致重新开始，也有一种欲速则不达的感觉。通过本次课程设计明白一项设计并不能一蹴而就，要慢慢来，一点一点完成，一个一个细节部件完成，同时考虑各部分之间的联系，之后再完善联系，检查，修改，最后整理整理思路，再回头回顾一下这一路来的设计，查缺补漏，最后完成整个设计。现大体总结一下：1. 机械设计课程设计是一门综合性相当强的设计课程，自认为他既是一门设计作业，又是一门课程，它融机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、机械精度设计及其检测等等于一体，对这些课程的学习情况也是一种检验，从中也可以查缺补漏，对不熟悉或不懂的知识点再继续巩固和学习。同时对自己本次试验来说还要熟练掌握PRO/E三维软件AutoCAD2008等相关软件的应用；2. 这三周的课程设计,对我们来说是一个大的工程，对于培养我们的理论联系实际、学以致用、应用理论知识指导实践、继承与创新相结合的设计思维有很大的益处。再以后专业课的学习当中更好地把理论应用于实际联系起来，去真正地掌握专业知识，利于以后的深造、工作。3. 本次设计大体来讲采用自顶向下的设计方法，细化部件，在细化到零件，一个一个设计，各个击破，同时考虑各个部分相互联系，列下各个部件设计时的注意事项更有益于设计的进行，防止出现疏忽而导致设计无效而重新开始。综合考虑，把握全面，最终要实现短、准、快的目标，这对我们来说，的确是很大的挑战，要应对这一挑战，要学的还很多，未来要