机械设计基础课程设计(详细计算,带图纸).doc

.学 号： 课 程 设 计题 目铸造车间型砂输送设备的传动装备设计教 学 院机电工程学院专 业机械制造及自动化班 级08机电专2姓 名邓子云指导教师* * *2010年6月10日目录一 前言6二 电动机的选择6三 总传动比和分配传动比7四 运动与动力参数的计算8五 带传动的设计8六 齿轮传动的设计计算10七 减速器箱体基本尺寸设计12八 轴的设计14九 联轴器的选择19十 对轴承的校核19十一 普通平键的选择及校核20十二 润滑方式与密封形式的选择22十三 设计小结22十四 参考文献23十五 附图2420092010学年第2学期机械部件设计课程设计任务书设计名称带式运输机传动装置设计班级08机电专2地点 J2502一、课程设计目的课程设计是机械设计基础课程重要的实践性教学环节。课程设计的基本目的是：1综合运用机械设计基础和其它先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。2通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意见，熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。3通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。二、课程设计内容课程设计的内容主要包括：分析传动装置的总体方案；选择电动机；传动系统计算；传动零件、轴、轴承、联轴器等的设计计算和选择；装配图和零件图设计；编写设计计算说明书。课程设计中要求完成以下工作：1减速器装配图1张(A1图纸)；2减速器零件图2张(A3图纸)；3设计计算说明书1份。附：（一）设计数据原始数据题 号12345678910运输带拉力F(N)30002800 27002600260025002750310030002900运输带速度V(m/s)1.82.22.42.52.62.72.52.12.32.4滚筒直径D(mm)300330340350360380380300360320（二）工作条件该传动装备单向传送，载荷有轻微冲击，空载起动，两班制工作，使用期限10年（每年按300天计算），运输带容许速度误差为5%。（三）运动简图（四）设计计算说明书内容0、封面（题目、班级、姓名、学号、指导老师、时间）1、目录（标题、页次）2、设计任务书（装订原发的设计任务书）3、前言（题目分析、传动方案的拟订等）4、电动机的选择，传动系统计算（计算电动机所需的功率、选择电动机、分配各级传动比，计算各轴转速、功率和扭矩）5、传动零件的设计计算（带传动设计计算，齿轮传动设计计算）6、轴的设计计算及校核7、轴承的选择和计算8、键联接的选择和校核9、联轴器的选择10、箱体的设计（主要结构和设计计算及必要的说明）11、润滑和密封的选择、润滑剂的型号及容量、减速器的附件及说明12、设计小结（设计体会、本次设计的优缺点及改进意见等）13、参考资料（资料的编号 ，作者，书名，出版单位和出版年、月）三、进度安排第14周 周一 电动机选择和机械传动系统计算、带传动的设计计算周二 齿轮传动的设计计算、低速轴的设计周三 低速轴的校核、高速轴的设计、轴承的选择、联轴器的选择周四 轴承的校核、普通平键的选择及校核、箱体的结构设计、润滑方式和密封型式的选择等周五 减速器装配图的草图设计第15周 周一 周二 画减速器装配图周三 画零件图周四 编写课程设计说明书；课程设计总结周五 答辩四、基本要求课程设计教学的基本要求是： 1能从机器功能要求出发，分析设计方案，合理地选择电动机、传动机构和零件。2能按机器的工作状况分析和计算作用在零件上的载荷，合理选择零件材料，正确计算零件工作能力和确定零件主要参数及尺寸。3能考虑制造工艺、安装与调整、使用与维护、经济性和安全性等问题，对零件进行结构设计。4. 绘图表达设计结果，图样符合国家制图标准，尺寸及公差标注完整、正确，技术要求合理、全面。5. 在客观条件允许的情况下，初步掌握使用计算机进行设计计算和使用计算机绘制装配图、零件图的方法。机电基础教研室一 前言1. 题目分析运动简图根据任务书的要求，我们得知本设计为降速传动，同时将电动机的输出的转矩升高。又由上运动简图可知，本设计中的机械为二级传动机械，其中第一级为带传动（存在一定误差），第二级为齿轮传动（精度较高，可调整误差）。故在选定电动机并计算出总传动比后要将传动比进行合理分配，以达到最佳传动效果。2. 原始数据：运输带的有效拉力：运输带的有效速度：滚筒直径：二 电动机的选择1. 选择电动机类型：根据任务书要求可知：本次设计的机械属于恒功率负载特性机械，且其负载较小，故采用Y型三相异步电动机（全封闭结构）即可达到所需要求。另外，根据此处工况，采用卧式安装。2. 选择电动机的功率：工作机功率：工作机所需电动机输出功率：（为传动总机械效率）由任务书中的运动简图分析可知：.V带传动效率；齿轮传动的轴承效率；齿轮传动的效率；联轴器的效率；滚筒轴承的效率；滚筒效率。查【2】表1-7得：（初选齿轮为八级精度）则有：（减速器内部有2对轴承，其机械效率相同，均为）3. 确定电动机转速：滚筒转速为：取V带传动的传动比范围为：取单级齿轮传动的传动比范围为：（工程经验）则可得合理总传动比的范围为：故电动机转速可选的范围为：查【2】表12-1，得满足要求的可选用电动机转速为：970 r/min、1460 r/min。为了使得电动机与传动装置的性能均要求不是过高，故择中选用1460 r/min的转速。其初定总传动比为：综上，可选定电动机型号为：Y160M-4。其相应参数列于表1：表1.所选用电动机的相关参数。电动机型号额定功率同步转速满载转速总传动比Y160M-411KW1500 r/min(4级)1460 r/min10.92三 总传动比和分配传动比1. 总传动比：由上一步算得知2. 分配传动比：由工程经验知顶分配传动比除了满足、外，还应满足。故取：V带传动比为，齿轮传动比为。四 运动与动力参数的计算1 各轴转速：轴：；轴：。2 各轴功率：轴：；轴：。3 各轴转矩：轴：；轴：。表2.初步计算传动参数功率（kW）初算转速(r/min)初算转矩(N*m)轴7.5264523.3137.35II轴7.228133.7516.29带轮传动比齿轮传动比2.793.914五 带传动的设计a. 带型号、长度、根数；b. 中心距、带轮直径、宽度；c. 安装初拉力、对轴作用力。1 求计算功率带轮（小）输入功率：，根据任务书所述要求及所选电动机（三相一步电动机，工作于16小时内（两班制），载荷变动小（带式输送机）查【1】表13-8，得工况系数：。故有。2 选V带型号：由于此处传动功率适中，考虑到成本，故选用普通V带。根据、查【1】图13-15，可得该交点位于A、B型交界处，且稍偏向B型，故选用B型V带。3 挑小径（求大小带轮基准直径）：查【1】表13-9可知（带轮直径不可过小，否则会使带的弯曲应力过大，降低其寿命）。查【2】表12-4得（小轮下端不可超过电动机底座，否则于地面相干涉，设计不合理）。查【1】表13-9下方推荐值，稍比其最小值大即可，故取。由【1】式13-9得，其中为滑动率（见【1】的211页，此取0.02）。查【1】表13-9下方带轮直径推荐值，寻其最近值得。虽实际取之交原定只小，但实际传动比，其误差，故满足误差范围。4 验算带速：，在内，适合。（功率恒定时，速度越大则受力越小；但根据公式知，速度越大会使带的安装初拉力及其对轴压力增大，故应适中；根据工程实践，得此范围5到25间）5 估中定周长及反求实中（求V带基长与中心距a）:初步估算中心距：，为圆整计算，取（满足，工程经验）。由【1】式13-2得带长：，查【1】表13-2，对于B型带选用带长。再由【1】式13-16反求实际中心距：。6 验算小轮包角：由【1】式13-1得：，合适。7 求V带根数z：由【1】式13-15得：。此处查【1】表13-3得；根据，查【1】表13-5得；由查【1】表13-7得，查【1】表13-2得。故，取整根。8 求作用在带轮轴上的压力:查【1】表13-1得。由【1】式13-17得为其安装初拉力。作用在轴上的压力为：。9 V带轮宽度的确定：查【1】表13-10得B型带轮，故有带轮宽度，故取。表3.所设计带传动中基本参数带型号长度根数B型2500mm3根中心距带轮直径宽度828mmd1=132,d2=35561mm安装初拉力对轴压力实际传动比270.86N1610.45N2.744六 齿轮传动的设计计算1. 选择材料及确定许用应力：小齿轮：初选45钢，调制处理。查【1】表11-1得知其力学性能如下：硬度，接触疲劳极限（取585计算，试其为线性变化取均值），弯曲疲劳极限（取445计算）。大齿轮：初选45钢，正火处理（当大小齿轮都为软齿面时，考虑到校齿轮齿根较薄，弯曲强度较低，且受载次数较多，故在选择材料和热处理时，一般使小齿轮齿面硬度比大齿轮高20-50HBS）。查【1】表11-1得知其力学性能如下：硬度，接触疲劳极限（取375计算），弯曲疲劳极限（取310计算）。由表【1】11-5得：（一般可靠度，取值稍偏高用于安全计算）。由此得：，；，。2. 按齿面接触强度设计：根据前计算可得齿轮传动所需传动比为，轴实际转速为。设齿轮按8级精度制造，查【1】表11-3得(电动机，中等冲击)，此取1.3计算。查【1】表11-6得齿宽系数为（软齿面，对称分布），此取1计算。则小齿轮上转矩为：。查【1】表11-4取（锻钢），令取，故有：上公式中所代是为了安全计算，使得两齿轮均适用。齿数取（软齿面，硬齿面），则有，取整得（满足传动比的前提下，尽可能使两齿数互质）。故实际传动比；其误差为；故满足误差范围。初估模数为，查【1】表4-1得标准模数为，故实际分度圆直径为：。中心距为：。初估齿宽为：，圆整取（保证啮合，故取小齿轮比大齿轮宽5到10毫米）。3. 验算齿轮弯曲强度：查【1】图11-8，可得齿形系数；齿根修正系数。由【1】式1-5知：，。安全。4. 齿轮的圆周速度：，对照【1】表11-2知即可，故选取8级便可达到要求。表4.齿轮传动设计的基本参数材料热处理齿数分度圆直径齿宽小齿轮45钢调制3193105大齿轮45钢正火123369100模数实际传动比中心距33.97231七 减速器箱体基本尺寸设计根据【2】表中11-1中的箱体基本尺寸经验公式可算出如下数据：1. 箱体壁厚：箱座：（取8mm）；箱盖：（取8mm）。2. 凸缘：箱盖凸缘厚度，箱座凸缘厚度，箱座底凸缘厚度。3. 螺钉及螺栓：地脚螺钉直径；地脚螺钉数目：；轴承旁连接螺栓直径；盖与座连接螺栓直径；连接螺栓的间距；轴承端盖螺钉直径；视孔盖螺钉直径；定位销直径（取整得）。4. 螺钉螺栓到箱体外避距离：查【2】表11-2得：至箱体外壁距离为：；到凸缘边缘距离：；轴承旁凸台半径：；箱体外壁至轴承端面距离：。5. 箱体内部尺寸：大齿轮齿顶圆与箱体内壁距离；齿轮端面到箱体内壁的距离（增加散热）；箱盖、箱座肋厚。6. 视孔盖由于单级减速器中心距为231mm，故查【2】表11-2得：视孔盖长，横向螺栓分布距离，视孔盖宽，纵向螺栓分布距离，螺栓孔直径，孔数4个。7. 其中吊耳和吊钩吊耳环的结构设计：根据【2】表11-3中的推荐设计公式知：吊耳肋厚度为，吊耳环孔径为，倒角为，吊耳环空心到箱体外壁距离为。吊钩的结构设计：吊钩长，吊钩高，吊钩内深，吊钩内圆半径，吊钩厚度。八 轴的设计A. 高速轴:1. 选择轴的材料、热处理方式：由于无特殊要求，选择最常用材料45钢，调制处理。查【1】表14-1得知：硬度：；强度极限：；屈服极限：；弯曲疲劳极限：。查【1】表14-3得：弯曲需用应力（静）。2. 初步估算轴最小直径：由【1】式14-2得：，查【1】表14-2得（取118计算）。故，由于开了一个键槽，故（圆整）。3. 轴的结构设计：根据高速轴上所需安装的零件，可将其分为7段，以表示各段的直径，以表示各段的长度。（处安装大带轮，处安装轴承端盖，处安装一号轴承与套筒，处安装小齿轮，处安装二号轴承）1) 径向尺寸：根据常用结构，取；查【2】1-27知倒角倒圆推荐值为：，故孔（大带轮）倒角推荐值为1mm，故取，由于查【2】表7-12得知毡圈系列中要求的轴径均为0、5圆整数，故此修正为；此先选轴承为6208型号轴承（无轴向力，故选深沟球轴承，直径系列选2号轻系列；为便于安装及轴上尺寸基准，选08号内径），查【3】表16-1知所选轴承内径为40mm，且轴承宽度，故取；为方便加工测量，取（此也为小齿轮内孔直径）；查【3】表16-1得安装直径，故查【4】表11-3选取“”，故；对齿轮内孔倒角1.6mm，故取（取52mm）;由于对称分布故，。2) 轴向尺寸：由【1】图13-17得：根据大带轮的内孔宽（取1.5计算），为防止由于加工误差造成的带轮晃动，取；确定轴承润滑方式：，故选取脂润滑方式；为防止箱体内部润滑油渐到轴承上冲走润滑脂，将轴承与箱体内壁距离取大于8mm（由于所选套筒长度25mm，故轴承断面到箱体内壁的距离取15mm），为适宜齿轮传动时散热，取齿轮距箱体内壁为（此取10mm）,故有；套筒档齿轮时，为保证精度取，故同时将修正为；轴环取，故取；由于安装时齿轮箱体轴承均对称分布，取，（包括越程槽尺寸）；轴承到端盖内壁的距离，前所选轴承端盖螺钉知：由【2】11-10中公式得轴承端盖厚度，查【2】表3-9可取A级M8非全螺线的螺栓（即）此时取端盖到大带轮的扳手空间为，此时取。图1. 高速轴结构设计示意图4. 对高速轴进行弯扭强度校核：据【1】式11-1可求得：圆周力，径向力（标准安装，故压力角为20）；根据前轴的结构设计可得：带轮中心到一号轴承中的距离；一号轴承到齿轮中心的距离；齿轮中心到二号轴承中心的距离；故有两轴承中心距为。1) 求垂直面的支承反力：根据受力分析，可列方程：（齿轮在两轴承中心）。故可求得：。2) 求水平支撑反力：3) 带轮对轴的作用力在指点产生的反力：；（外力F作用方向与带传动的布置有关，在具体布置尚未确定前，可按最不利情况考虑）。4) 绘制垂直面的弯矩图（如图b）：。5) 绘制水平面的弯矩图（如图c）：。6) 力产生的弯矩图（如图d）：。7) 求合成弯矩图（如图e）：考虑最不利情况，直接由公式得（其中）。8) 折合当量弯矩（如图f）：由前算出,查【1】中246面“由转矩性质而定的折合系数”知，故，。图2. 高速轴弯扭强度校核图9) 计算危险截面处轴的许用直径：由（图1）知轴上安装小齿轮的截面为危险截面，故由【1】式14-6可得：。由此可知，此轴安全。B. 低速轴：1. 选择轴的材料、热处理方式：由于无特殊要求，选择最常用材料45钢，调制处理。查【1】表14-1得知：硬度：；强度极限：；屈服极限：；弯曲疲劳极限：。查【1】表14-3得：弯曲需用应力（静）。2. 初步估算轴最小直径：由【1】式14-2得：，查【1】表14-2得（取118计算）。由前计算可知：，故，由于开了一个键槽，故。3. 轴的结构设计：根据低速轴上所需安装的零件，可将其分为7段，以表示各段的直径，以表示各段的长度。（处安装联轴器，处安装轴承端盖，处安装三号轴承与套筒，处安装大齿轮，处安装四号轴承）1) 径向尺寸：联轴器的初步选择：根据低速轴的计算转矩与转速查【2】表8-2可选用凸缘联轴器，型号为“”，可得其轴孔直径为，深孔长度为。根据上所选联轴器，取；根据密封毡圈的标准，取；根据此处尺寸选择6212型号轴承（查【3】表16-1知所选轴承内径为60mm，外径为110mm，且轴承宽度），故取；为方便测量取；查【3】表16-1得安装直径，故查【4】表11-3选取“”，故；查【2】1-27知倒角倒圆推荐值为：，故孔（大齿轮）倒角推荐值为2mm，故取；为对称分布，故取，。2) 轴向尺寸：确定轴承润滑方式：故选取脂润滑方式。根据上定箱体两内壁间的宽度可算得大齿轮到箱体内壁的距离为12.5mm, 为防止箱体内部润滑油渐到轴承上冲走润滑脂，将轴承与箱体内壁距离取大于8mm（为套筒尺寸此取27.5mm），故有；套筒档齿轮时，为保证精度取，故同时将修正为；轴环取，故取；由于安装时齿轮箱体轴承均对称分布，取，（包括越程槽尺寸）；轴承到端盖内壁的距离，由于轴承外径为110mm故，选端盖螺钉为，由【2】11-10中公式得轴承端盖厚度，查【2】表3-9可取A级M8非全螺线的螺栓（即）此时取端盖到大带轮的扳手空间为，故此取，由上选联轴器可知。附图3. 低速轴结构设计示意图4. 对高速轴进行弯扭强度校核（略）。九 联轴器的选择根据前选出的联轴器设计的低速轴校核得知，轴满足要求，故联轴器定为：。十 对轴承的校核A. 对轴承6208的寿命计算：将任务书中的使用期限换算为小时得其使用寿命必须大于48000小时。根据【1】式16-2知其寿命计算为，查【1】附表1可知其径向基本额定动载荷为，而球轴承取，由上轴的校核计算得知其当量动载荷为，故带入公式得：其寿命为，满足要求。B. 对轴承6212的寿命计算：将任务书中的使用期限换算为小时得其使用寿命必须大于48000小时。根据【1】式16-2知其寿命计算为，查【1】附表1可知其径向基本额定动载荷为，而球轴承取，由上轴的校核计算得知其当量动载荷为，故带入公式得：其寿命为，满足要求。十一 普通平键的选择及校核根据工程经验，此处无特殊要求，故均选用A型平键连接。1. 带轮处键连接：由于此处轴径为30mm，查【1】表10-9得：选用，由于此处转矩不大，选取铸铁为材料，故由表下的L系列选取，即。对平键进行强度校核：查【1】表10-10得其许用挤压应力为（轻微冲击），根据【1】式10-26得：，故符合要求。2. 小齿轮处键连接：由于此处轴径为45mm，查【1】表10-9得：选用，由于此处转矩不大，选取铸铁为材料，故由表下的L系列选取，即。对平键进行强度校核：查【1】表10-10得其许用挤压应力为（轻微冲击），根据【1】式10-26得：，故符合要求。3. 大齿轮处键连接：由于此处轴径为65mm，查【1】表10-9得：选用，由于此处转矩不大，选取铸铁为材料，故由表下的L系列选取，即。对平键进行强度校核：查【1】表10-10得其许用挤压应力为（轻微冲击），根据【1】式10-26得：，故符合要求。4. 联轴器处键连接：由于此处轴径为50mm，查【1】表10-9得：选用，由于此处转矩不大，选取铸铁为材料，故由表下的L系列选取，即。对平键进行强度校核：查【1】表10-10得其许用挤压应力为（轻微冲击），根据【1】式10-26得：，故符合要求。十二 润滑方式与密封形式的选择润滑方式：由轴的设计中确定的轴承润滑方式知：轴承为脂润滑。齿轮为油润滑。密封方式：伸出轴端盖处选用毡圈密封。箱盖与箱体间采用安装前涂一层水玻璃的方式密封。十三 设计小结经过两个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什