机设课设-凸轮

1、机械设计课程设计1 意义 2 题目（手册p252）2.1 热合包装机封合机构及传动方案 图1 热合包装机封合机构及传动 图2 封合机构（凸轮机构）和从动件运动规律2.2数据1234567890max (°)20252025302535404040L1 (mm)300300300350350300350300350350凸轮转速n20303530252530303025电机功率kW0.250.250.250.30.30.250.30.30.30.3学号尾数是几，就做第几号数据。2.3要求(1) 设计凸轮轮廓(2）选电机，分配减速机各齿轮传动（或蜗杆）和开式锥齿轮传动比，计算减速机各轴功

2、率(3）开式锥齿轮设计(4) 装配图1张 (A1或A2)（参考手册p217,231）(5) 零件图2张（A3）（参考手册p218）(6) 计算说明书一分，说明书包括：(格式参考手册p211）a、 传动方案b、 电机的选择c、 传动比分配d、 开式锥齿轮设计e、 齿轮传动（低速级）设计（斜齿轮）f、 低速级轴校核（按弯扭合成和疲劳强度精确校核法）（参教材p369例题）g、 低速级轴上的一对轴承校核h、 低速级轴上的键校核i、 联轴器的选择（1个）3考核办法 平时70%，答辩30%。答辩所需材料：上述3的内容，用档案袋装，写班级学号、姓名。平时考勤、老师检查进度。时间：连续 20天，上午8：001

3、1：30，下午2：005：00 进度安排第6天：l 传动方案、电机选择、传动比分配、各轴运动动力参数计算l 开式锥齿轮传动（低速级）设计l 做成软齿面的斜齿轮第7、8、9天：l 画低速级轴及轴上零件草图，确定轴的尺寸、选联轴器、轴承、键。l 画低速级轴弯矩、扭矩图，用弯扭合成校核轴的强度；确定危险截面，用疲劳强度精确求安全系数，校核轴的疲劳强度。（参考教材“轴”例题）l 校核轴承寿命、联轴器和键的强度。第1015天：完成装配图 8：00讲课：图纸如何布局，关于减速机的内容。l 第9天：画减速机俯视图低速级轴及轴上零件l 第10、11天：画主视图，并完成俯视图。第12天上午8：00讲课：对装配图

4、的要求、尺寸标注等；零件图l 完成装配图第16、17天：l 完成低速级轴和其齿轮的零件图第18天：l 写说明书：前面所有的计算稿纸必须保留，按手册上的格式整理为设计说明书，手写。第19、20天：答辩 1初步估计传动比： i1=4.2 i2=3 i3=3低速轴转速Nw=3*35=105 r/min 高速轴转速Nm=3*4.2*Nw=1323 r/min所以选定电动机：YS7124 额定功率0.37kw 满载转速1400r/min 最大转矩2.4 质量9.5kg2分配传动比（1） 总传动比 由选定的电动机满载转速和工作机主轴转速确定总传动比i为：i=Nm/No=1400/35=40（2） 分配传动

5、系传动比1、 联轴器传动比为12、 选定锥齿轮传动比为2.5，则减速器传动比i1*i2=163、 根据i1=（1.31.5）*i2 ， 选定高速级传动比i1=4.8 所以i2=16/4.8=3.33所以，i=1*i1*i2*i3=1*4.8*3.33*2.540*综上 i1=4.8 , i2=3.33, i3=2.5*1 计算传动装置的运动和动力参数2（1） 各轴转速nI=Nm/i1=1400/4.8=291.67 r/minnII=nI/i2=291.67/3.33=87.59r/minnIII=87.59/i3=35r/min（2） 各轴输入功率1为联轴器传动效率 0.992为第一对轴承传

6、动效率 0.983为第二对轴承传动效率 0.954为第三对轴承传动效率 0.975为各齿轮传动效率 0.98P1=Pd×1=370×0.99=366.3WP2=P1×2×3=366.3×0.98×0.95=341.0WP3=P2×2×3=341×0.98×0.95=317.5WP4=P3×2×4=317.5×0.96×0.97=295.7W各轴输出功率：P1=P1×0.98=359.0WP2=P2×0.98=334.2WP3=P3

7、15;0.98=311.2WP4=P4×0.98=289.8W（3） 各轴输入转矩T1=Td×io×1Td=9550×Pd/Nm=9550×0.37/1400=2.524 N.m所以：T1=Td×io×1=2.524×1×0.99=2.50N.mT2=T1×i1×1×2=2.5×4.8×0.99×0.98=11.624N.mT3=T2×i2×2×3=11.754×3.33×0.98×0.

8、95=36.094N.mT4=T3×i3×3×4=38.36×2.5×0.95×0.97=83.152N.m 输出转矩：T1=T1×0.98=2.5×0.98=2.45 N.mT2=T2×0.98=11.624×0.98=11.391 N.mT3=T3×0.98=36.094×0.98=35.372 N.mT4=T4×0.98=83.152×0.98=81.489 N.m以下参考手册p218，填表功率转速r/min扭矩N.m轴359.0W14002.45轴

9、334.2W291.6711.391轴311.2W87.5935.372轴289.8W3581.489 1、 开式锥齿轮设计、减速机齿轮设计（2对）（一） 高速级齿轮传动的设计计算1 齿轮材料，热处理及精度（1）考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用软齿面渐开线斜齿轮。齿轮材料及热处理低速级小齿轮选用45°钢调质，齿面硬度为小齿轮280HBS，取小齿轮齿数Z1=24，低速级大齿轮选用45°钢正火，齿面硬度为大齿轮240HBS Z2=Z1×i1=24×4.8=115.2 取Z2=115齿轮精度 按GB/T10095，选择7级，齿根喷丸强化。2

10、齿轮主要尺寸（I） 按齿面接触强度设计1. 确定公式内的各计算数值试选K=1.6 查课本由图10-30选取区域系数Z=2.45试选,查课本由图10-26查得=0.78 =0.85 =0.78+0.85=1.63 应力循环次数（按工作寿命两班制，8年，每年工作300天）N=60×n×j×L=60×1400×1×(2×8×300×8)=3.23×10 N=6.73×10*由课本图10-19查得接触疲劳寿命系数K=0.88 K= 0.91 查课本由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳

11、强度极限,大齿轮的接触疲劳强度极限取失效概率为1%,安全系数S=1,则接触疲劳许用应力=0.91×550/1=500.5514.25*查课本由表10-6查材料的弹性影响系数Z=189.8MP选取齿宽系数 T=95.5×10×=95.5×10×0.359/1400=2.45×10N.m =16.812. 计算圆周速度 1.2323. 计算齿宽b=d=1×16.81=16.814. 计算齿宽与齿高之比 模数 m= 齿高 h=2.25×m=2.25×0.548=1.233 =16.81/1.233=13.635

12、. 计算纵向重合度6. 计算载荷系数KK=1.12+0.18(1+0.6+0.23×10×b =1.12+0.18(1+0.6)+ 0.23×10×16.81=1.412使用系数K=1 查表选取各数值=1.04 K=1.35 K=K=1.2故载荷系数K=1×1.04×1.2×1.412=1.7627. 按实际载荷系数校正所算的分度圆直径d=d=16.81×计算模数按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=16.81来计算应有的齿数.z=21.692 取z=22z=4.8×22=105.6 取z=106初算主要尺寸

13、因为传递动力的齿轮模数不小于2.5， 所以齿轮模数取m=2.5计算中心距 a=163.574将中心距圆整为164修正螺旋角=arccos因值改变不多,故参数,等不必修正   分度圆直径 d=56.23d=270.92 计算齿轮宽度圆整后取 按齿根弯曲强度设计m确定公式内各计算数值（1）       计算小齿轮传递的转矩2.45N·m（2）       确定齿数z因为是软齿面，故取z24，zi ×z4.8×24115.2传动比误

14、差  iuz/ z115/244.79i=0.017%5，允许（3）       初选齿宽系数   按对称布置，由表查得1（4）      初选螺旋角  初定螺旋角12（5）      载荷系数KKK K K K=1×1.04×1.2×1.351.6848（6） 当量齿数     

15、0; zz/cos24/ cos1225.645  zz/cos115/ cos12122.881由课本表10-5查得齿形系数Y和应力修正系数Y （7）       螺旋角系数Y 轴向重合度 1.625Y10.8375（8）       计算大小齿轮的 查课本由图10-20c得齿轮弯曲疲劳强度极限  查课本由图10-18得弯曲疲劳寿命系数K=0.90 K=0.93 S=1.4= 计算大小齿轮的,并加以比较    &#

16、160;             大齿轮的数值大,选用大齿轮的尺寸设计计算. 计算模数 m对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，又因为传递动力的齿轮模数不小于2.5，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2.5mm但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=56.23来计算应有的齿数.z=22.0 取z=22z=4.8×22=105.6 取z=106  &

17、#160; 初算主要尺寸计算中心距 a=163.57将中心距圆整为164 修正螺旋角=arccos因值改变不多,故参数,等不必修正   分度圆直径 d=56.23d=270.92 计算齿轮宽度圆整后取 （二） 低速级齿轮传动的设计计算1 齿轮材料，热处理及精度（1）考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用软齿面渐开线斜齿轮。齿轮材料及热处理低速级小齿轮选用45°钢调质，齿面硬度为小齿轮280HBS，取小齿轮齿数Z1=30，低速级大齿轮选用45°钢正火，齿面硬度为大齿轮240HBS Z2=Z1×i2=30×3.33=99.9

18、 取Z2=100齿轮精度 按GB/T10095，选择7级，齿根喷丸强化。（2）齿轮主要尺寸 按齿面接触强度设计1. 确定公式内的各计算数值试选K=1.6 查课本由图10-30选取区域系数Z=2.45试选,查课本由图10-26查得=0.78 =0.85 =0.78+0.85=1.63 应力循环次数（按工作寿命两班制，8年，每年工作300天）N=60×n×j×L=60×291.67×1×(2×8×300×8)=6.72×10 N=2.02×10*由课本图10-19查得接触疲劳寿命系数K=0

19、.94 K= 0.98 查课本由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限,大齿轮的接触疲劳强度极限取失效概率为1%,安全系数S=1,则接触疲劳许用应力=0.98×550/1=539551.5*查课本由表10-6查材料的弹性影响系数Z=189.8MP选取齿宽系数 T=95.5×10×=95.5×10×0.3342/291.67=1.094×10N.m =27.082. 计算圆周速度 0.4133. 计算齿宽b=d=1×27.08=27.084. 计算齿宽与齿高之比 模数 m= 齿高 h=2.25×m=2.

20、25×0.883=1.987 =27.08/1.987=13.635. 计算纵向重合度6. 计算载荷系数KK=1.12+0.18(1+0.6+0.23×10×b =1.12+0.18(1+0.6)+ 0.23×10×27.08=1.4142使用系数K=1 同高速齿轮的设计,查表选取各数值=1.04 K=1.35 K=K=1.2故载荷系数K=1×1.04×1.2×1.4142=1.7657. 按实际载荷系数校正所算的分度圆直径d=d=27.08×计算模数按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=1m

21、m按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=29.99来计算应有的齿数.z=29.33 取z=30z=3.33×30=99.9 取z=100初算主要尺寸因为传递动力的齿轮模数不小于2.5， 所以齿轮模数取m=2.5计算中心距 a=166.13将中心距圆整为167 修正螺旋角=arccos因值改变不多,故参数,等不必修正   分度圆直径 d=76.675d=255.585 计算齿轮宽度圆整后取 （II）按齿根弯曲强度设计m确定公式内各计算数值（1）       计算小齿轮传递的转矩11.391N·m（2）

22、       确定齿数z因为是硬齿面，故取z30，zi ×z3.33×3099.9100传动比误差  iuz/ z100/303.3333i0.095，允许（3）       初选齿宽系数   按对称布置，由表查得1（4）      初选螺旋角  初定螺旋角12（5）      载荷系数KKK K

23、K K=1×1.04×1.2×1.351.6848（6） 当量齿数       zz/cos30/ cos1232.056  zz/cos100/ cos12106.853由课本表10-5查得齿形系数Y和应力修正系数Y （7）       螺旋角系数Y 轴向重合度 2.03Y10.797（8）       计算大小齿轮的 查课本由图10-20c得齿轮弯曲疲劳

24、强度极限  查课本由图10-18得弯曲疲劳寿命系数K=0.90 K=0.93 S=1.4= 计算大小齿轮的,并加以比较                  大齿轮的数值大,选用大齿轮的尺寸设计计算. 计算模数 m对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，又因为传递动力的齿轮模数不小于2.5，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2.5mm但为了同时满足接触疲劳强度

25、，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=76.675来计算应有的齿数.z=29.9998 取z=30z=3.33×30=99.9 取z=100    初算主要尺寸计算中心距 a=166.130将中心距圆整为167 修正螺旋角=arccos因值改变不多,故参数,等不必修正   分度圆直径 d=76.676d=255.585 计算齿轮宽度圆整后取 齿轮分度圆直径mm小/大中心距模数齿高齿宽小/大齿数小/大高速级56.23270.921642.55.62565/6022/106低速级76.676255.5851672.55.62585/80

26、30/100锥齿轮小齿轮1：齿根圆rf=24.99分度圆：56.23齿顶圆 ra=30.615大齿轮1： 齿根圆df=264.67 rf= 132.34分度圆 270.92 齿顶圆da=275.92 ra= 137.96中心距164小齿轮2：齿根圆 rf=35.215分度圆 76.676齿顶圆 ra=40.84大齿轮2 ：齿根圆df=249.34rf=124.67分度圆 255.585齿顶圆da=260.59ra=130.295中心距167 高速轴：先按课本15-2初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,根据课本取根据齿轮直径，合理调整d1直径为25mm输出轴的最小直径显然是安装

27、联轴器处的直径,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号查课本,选取因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以查机械设计手册选取LT4型弹性套柱销联轴器其公称转矩为63Nm,许用转速5700r/min，半联轴器的孔径d1=20mm，半联轴器的长度L=52mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为L1=38mm。. 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1. d1=25mm为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,-轴段右端需要制出一定位轴肩,故取-的直径d2=d1+8=33mm; III-IV轴段安装轴承，制出非定位轴肩d3=d2+2=35mm；根据d3选轴承*B3=14mmd4段直径不能大于轴

28、承内圈的2/3，所以取d4=d3+5=40mmd5=d4+10=50mmd6与齿轮配合，d6=d3+3=38mm根据联轴器孔长，L1=38mm；L2=50mm，大于等于螺丝的长度加上端盖的厚度；选取M8螺栓，螺栓长度35mm，C1min=14mm，C2min=12mm，L3=C1+C2+10=36mm取C=10mm，C3=5mm；b4为高速级小齿轮宽度b4=65mmb2为低速级小齿轮宽度b2=85mm低速轴：先按课本15-2初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,根据课本取根据齿轮直径，合理调整d1直径为25mm输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径,为了使所选的轴与联轴器吻合

29、,故需同时选取联轴器的型号查课本,选取因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以查机械设计手册选取LT4型弹性套柱销联轴器其公称转矩为63Nm,许用转速5700r/min，半联轴器的孔径d1=20mm，半联轴器的长度L=52mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为L1=38mm。. 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1. d1=25mm为了满足轴向定位要求,-轴段右端需要制出一定位轴肩,故取-的直径d2=d1+8=33mm; III-IV轴段安装轴承，制出非定位轴肩d3=d2+2=35mm；根据d3选轴承*B3=14mmd4段直径不能大于轴承内圈的2/3，所以取d4=d3+5=40mmd5=d4+

30、10=50mmd6与齿轮配合，d6=d3+3=38mm根据联轴器孔长，L1=38mm；L2=50mm，大于等于螺丝的长度加上端盖的厚度；选取M8螺栓，螺栓长度35mm，C1min=14mm，C2min=12mm，L3=C1+C2+10=36mm取C=10mm，C3=5mm；b4为低速级大齿轮宽度b4=80mm尺寸确定（1）（见教材“轴”），并参手册“联轴器”，确定d1和联轴器型号。 由联轴器孔长确定L1。锥齿轮d=（1.5-2）*d1（2）d2=d1+(610)（定位轴肩）， d3=d2+(12)取30以上（非定位轴肩），选轴承型号（3、7类）。 记录轴承参数：（角接触球轴承） p73 宽度B

31、3，额定动（静）载荷等，以便下面计算。（3）d4=d3+（定位轴肩），d6=d3+（非定位轴肩）。（4）d5=d4+（定位轴肩）（5）L2=3050，L3=c1+c2+(510) ,c1,c2由轴承孔连接螺栓扳手空间确定（手册）。（6）c=510，c3=510，b2、b4为齿轮2、4宽度，由齿轮计算得到。（7）由尺寸链计算L1、L2、L3，准备画轴的弯扭矩图。讲课 减速器的结构和润滑 现以图6-16为例说明单级圆柱齿轮减速器的结构。左边齿轮轴（高速轴）为输入轴，右边轴（低速轴）为输出轴。箱体采用中等强度的灰铸铁铸成。为了便于减速器中零件的安装和拆卸，箱体一般做成剖分式结构，其剖分面应与齿轮轴线

32、重合。箱座14和箱盖3用圆锥定位销1定位，并用螺栓联接固紧。箱座上的加强肋用以增加支承刚性。箱体两端用轴承盖封闭，外伸轴处的轴承盖为透盖，有通孔，采用间隙密封。为了加强密封效果，通常在装配前于箱体的剖分面上涂以水玻璃或密封胶。为了便于揭开箱盖，常在箱盖凸缘上装有起盖螺钉7。为了便于吊运，在箱体上设置有起吊装置，箱盖上的起吊孔2用于提升箱盖，箱座上的吊钩15用于提升整个减速器。打开观察孔盖板4，通过观察孔可以检查齿轮啮合情况及向箱内注油，平时用观察齿轮啮合情况。箱座下部设有放油孔，换油时，排放污油和清洗剂，平时用螺塞9堵住。为了便于检查箱内油面高低，箱座上还设有测油尺8。减速器工作时由于箱内温度

33、升高，空气膨胀，压力增大，为使箱内受热膨胀的空气能自动排出，以保持箱内压力平衡，不致使润滑油沿剖分面等处渗漏，因此在箱盖上的观察孔盖板上装有通气器5。图6-16 圆柱齿轮减速器的结构图1-定位销，2-起吊孔，3-箱盖，4-观察孔盖板，5-通气器，6-间隙密封，7-起盖螺钉，8-油标，9-螺塞，10-油槽，11-挡油环，12-轴承盖，13-垫片，14-箱座，15-起吊钩 起吊装置（参考手册p45和 ） 油标（参考手册p83） 密封（参考手册p85）窥视孔 放油螺塞定位销（参考手册p54）减速器中，齿轮(或蜗轮蜗杆)和轴承的润滑是非常重要的。绝大多数减速器中的齿轮和蜗杆传动都采用油润滑。轴承和传动零件可以用同一种润滑油和润滑系统润滑，也可以分开单独进行润滑。当齿轮的圆周速度<12m/s(蜗杆传动的齿面相对滑动速度<10m/s)时，减速器中的齿轮一般采用浸油润滑。为了避免搅油及飞溅损失过大能量，齿轮的浸油深度一般不宜超过全齿高(对于下置式蜗杆传动，为蜗杆的全齿高)，但不小于10mm。轴承的润滑形式要根据轴承的的值来确定，参见第十一章滚动的润滑。当齿轮圆周速度¢1.52m/