铸造车间碾砂机传动装置

1、机 械 设 计 课 程 设计计 算 说 明 书设计题目：铸造车间碾砂机的传动装置机械与材料工程学院机械设计制造及其自动化专业设计人：余俊华班级：A1114学号：11113030408指导老师：胡云堂目录一、设计任务书.(2)二、动力机的选择.(3)三、计算传动装置的运动和动力参数.(5)四、传动件设计计算（齿轮）(7)五、轴的设计. . . . . . .(18)六、轴承的计算. .(25)七、连结的选择和计算. .(26)八、润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择.(27) 九、设计总结.(28) 十、参考资料.(29)一：设计题目：铸造车间碾砂机的传动装置设计 1碾砂机的原理 2工作情况：已

2、知条件1) 工作条件：每日三班制，连续单向运转，载荷有轻度冲击；2) 使用折旧期；8年；3) 动力来源：电力，三相交流电，电压380/220V；4) 运输带速度容许误差：±5%；5) 生产批量：小批量生产3原始数据题号参数C4碾砂机的主轴转速 nw/(rmin-1)145碾机主轴转矩T/（Nm）420二 、动力机选择及动力参数因为动力来源：电力，三相交流电，电压380/220V；所以选用常用的封闭式系列的 交流电动机。1 电动机容量的选择(1)电动机的功率Pd(2)工作机所需功率Pw 设计内容设计依据设计结果=*为联轴器的效率，一般取0.98为闭式圆锥圆柱齿轮的传动效率，一般取0.9

3、50.99, 此处0.97为一对滚动轴承的效率，一般取0.99=0.98*0.99*0.97*0.97*0.99*0.98=0.89设计内容设计依据设计结果Pw=T nw/9.55T=450 Nmnw =145 rmin-1Pw=6.38 kwPd= Pw/Pd=6.38/0.89Pd=7.17kw2.电动机的选择 因为此传动机构无特殊的要求，顾只需选Y系列的电动机就可以满足要求。Y系列电动机为一般用途全封闭自扇冷笼型三相异步电动机，具有防止灰尘，铁屑或其他杂物侵入电动机内部之特点，B级绝缘，工作环境温度不超过+40ºC,相对湿度不超过95%，额定电压380V，频率50HZ。 考虑工

4、艺的成本，设备的体积和重量等问题，这里选Y112M-4由机械设计课程设计手册表12-1查得电动机：电动机型号额定功率满载转速堵转转矩最大转矩质量额定转矩额定转矩Y112M-4414402.22.343Y132S-45.514402.22.368Y132M-47.514402.22.381Y160M-41114602.22.3123 考虑工艺的成本，设备的体积和重量等问题，这里选Y132M-4既：电动机型号额定功率电机转速额定转矩最大转矩质量Y132M-47.514402.22.381该电动机的其他工艺系数如下：内容依据结果电动机中心高度H查机械设计课程设计手册表12-3H=132mm轴伸出部份

5、用于于联轴器轴段的直径DD=38mm轴伸出部份用于于联轴器轴段的长度EE=80mm三、计算传动装置的运动和动力参数内容依据结果整个系统的传动比为i总=n/nwi总=1440/145i总=9.93电动机轴和1号轴的传动比i01=11号齿轮和2号齿轮的传动比i总=i01i12i23i34i12=0.45i23i12=3.553号齿轮和4号齿轮的传动比i23=4.73轴和驱动链轮的传动比i34=11 传动系统各轴的转速，功率和转矩计算如下： 电动机0轴： n0=n=1440r/min P0=Pd=7.17kw T0=9550P0/n0=9550*7.17/1440=47.55N*m 1轴： n1=n

6、0/i01=1440/1=1440r/min P1=P0*01=7.17*0.98=7.03kw T1=T0*i01*01=47.55*1*0.98=46.60N*m 2轴: n2= n1/i12=1440/2.11=682.46r/min P2=P1*12=P1*g*b=7.03*0.97*0.99=6.75kw T2=T1* i12*12=46.60*2.11*0.99*0.97=94.42N*m 3轴: n3= n2/ i23=270/7.9=34r/min P3=P2*23=4.33*0.99*0.97=4.16kw T3=T2* i23*23=153*7.9*0.99*0.97=11

7、60.71N*m 4轴: n4= n3/ i34=145.2/1=145.2r/min P4= P3*34=6.48*0.98*0.99=6.29kw T4= T3* i34*34=426.16*1*0.98*0.99=413.46N*m2 传动系统的运动和动力参数如表（1-1）电动机两级圆柱齿轮减速器工作机轴号0轴1轴2轴3轴4轴转速(r/min46145.20145.20功率（kw）7.177.036.756.486.29转矩(N*m)47.5546.6094.46426.16413.46两轴连接件，传动件联轴器圆锥齿轮圆柱齿轮联轴器传动比12.114.71传动效

8、率0.980.970.970.98四传动件的设计计算传动零件是传动系统中最重要的零件，它关系到传动系统的工作能力，结构布置和尺寸大小。此外，支承零件也要根据传动零件来设计或选取。传动零件的设计计算主要完成减速器齿轮传动或蜗杆传动的设计计算，包括选择传动零件的材料及热处理，确定传动零件的主要参数，结构和尺寸。传动系统运动和动力参数的计算结果及设计任务书给定的工作条件，即为减速器传动零件设计计算的原始依据。1. 高速级直齿圆柱齿轮的设计计算1、 选定齿轮精度等级、材料及齿数 1） 圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-88)2） 材料选择,由机械设计（第八版）表

9、10-1选择小齿轮材料为(调质)，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。3） 选小齿轮齿数Z1=20，大齿轮齿数Z2=71。则u=Z2/Z1=3.55初选螺旋角2、 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即（1） 确定公式内的各计算数值1） 试选载荷系数Kt=1.62） 计算小齿轮的转矩3）选齿宽系数 d由机械设计（第八版）图10-30选取区域系数由机械设计（第八版）图10-26查得，则由机械设计（第八版）图10 -6查的材料弹性影响系数4）由机械设计（第八版）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5）由机械设计（第八版

10、）表10-6查得材料的弹性影响系数6） 计算应力循环次数7) 由机械设计（第八版）图10-19取接触疲劳寿命系数8) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得 B计算a计算小齿轮分度圆直径，。b计算圆周速度vc计算齿宽bd计算模数e计算纵向重合度f计算载荷系数由v=2.16m/s 7级精度。由机械设计（第八版）图10-8得由机械设计（第八版）表10-3查得.4由机械设计（第八版）表10-2查得使用系数由机械设计（第八版）表10-13查得由机械设计（第八版）表10-4查得接触强度载荷系数按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径g计算模数 f按齿根弯曲强度设计1确定计算参数1)计算载荷

11、系数. 2）根据纵向重合度查表得螺旋角系数3)计算当量齿数. 4）表10-5查的齿形系数校正系数4)由机械设计（第八版）图10-20c查的小齿轮弯曲疲劳强度极限大齿轮弯曲疲劳强度极限d由机械设计（第八版）图10-18取弯曲疲劳寿命系数 计算弯曲疲劳应力S=1.4计算大小齿轮的并加以比较.大齿轮的数值大2设计计算1.55mm取=2.0取,则g几何尺寸计算1) 计算中心距2)取2）按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等不必修正3)计算齿轮分度圆直径3）确定齿宽取整后圆柱直齿轮设计a.选定齿轮精度等级、材料及齿数(1)圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故选用7级精度(GB1009

12、5-88)(2)材料选择 由机械设计（第八版）表10-1选择小齿轮材料为(调质)，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。(3)选小齿轮齿数Z1=22，大齿轮齿数Z2=174。则u=Z2/Z1=7.9初选螺旋角b.按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即1.确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数Kt=1.62)计算小齿轮的转矩3）选齿宽系数 d由机械设计（第八版）图10-30选取区域系数由机械设计（第八版）图10 -6查的材料弹性影响系数4)由机械设计（第八版）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5)计算应力循环次数6)

13、 由图10-19查的接触疲劳寿命系数计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数为S=1c. 计算1. 计算小齿轮分度圆直径。2. 计算圆周速度v3. 计算齿宽b4. 计算齿宽与齿高比b/h5. 计算载荷系数由v=1.28m/s 7级精度。由机械设计（第八版）图10-8得由机械设计（第八版）表10-3查得由机械设计（第八版）表10-2查得使用系数由机械设计（第八版）表10-13查得 由机械设计（第八版）表10-4查得接触强度载荷系数按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径6. 计算模数 7. 按齿根弯曲强度设计1)按齿根弯曲强度设计由机械设计（第八版）图10-20c查的小齿轮弯曲疲劳强度极限大齿

14、轮弯曲疲劳强度极限.由机械设计（第八版）图10-18取弯曲疲劳寿命系数1确定计算参数1).计算弯曲疲劳应力S=1.41)计算载荷系数. 4）表10-5查的齿形系数校正系数5) 计算大小齿轮的并加以比较.大齿轮的数值大取8 设计计算1)分度圆直径2) 3）确定齿宽五 轴的设计3轴: n3= n2/ i23=270/7.9=34r/min P3=P2*23=4.33*0.99*0.97=4.16kw T3=T2* i23*23=153*7.9*0.99*0.97=1160.71N*m（在本次设计中由于要减轻设计负担，在计算上只校核一根低速轴的强度）1.低速轴3的设计功率转矩转速齿轮分度圆直径压力角

15、4.16KW1160.71N*m34r/mind2=475mm20º1)求作用在齿轮上的力Ft=2T3/d2=2*1160.71*1000/475=4887.2NFr=Ft*tan=4887.2*tan20º=1778.80N2)初步确定轴的直径先按式115-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45号钢调质。根据表115-3选取A0=112。于是有此轴的最小直径分明是安装联轴器处轴的最小直径d1-2为了使所选的轴的直径d1-2与联轴器的孔径相适应，固需同时选取联轴器的型号。联轴器的型号的选取查表114-1,取Ka=1.3则；Tca=Ka*T3=1.3*1160.71=15

16、08.9N*m按照计算转矩Tca应小于联轴器的公称转矩的条件，查标准选用弹性柱销联轴器，其公称转矩为2000N·m。半联轴器的孔径d1=56mm .固取d1-2=56mm。半联轴器与轴配合的毂空长度L1=90mm。轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a 为了满足半联轴器的轴向定位要求1-2轴段左端要求制出一轴肩；固取2-3段的直径d2-3=58mm;左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=58mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度L1= 90mm ,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,固取1-2断的长度应比L1略短一些，现取L1-2

17、=88mmb 初步选择滚动轴承。考虑到主要承受径向力，轴向也可承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最少。在高速转时也可承受纯的轴向力，工作中容许的内外圈轴线偏斜量=8-16大量生产价格最低，固选用双向推力球轴承又根据d2-3=58mm 选52215号，其尺寸为d=60mm，D=110mm，T=47mm。右端采用轴肩定位 查2 又根据d2-3=58mm和上表取d3-4=d7-8=60mm d8=62mm，L3-4=25mm右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，由手册查得52215的轴肩高h=（0.070.1）d，所以h=4mm，因此取d4-5=63.mmc 取安装齿轮处的轴段4-5的直径d6-7=65mm

18、齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位，已知齿轮的轮毂的宽度为71mm，为了使套筒能可靠的压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，固取L6-7=67mm,齿轮的右端采用轴肩定位轴肩高度取 （轴直径的0.070.1倍）这里52215号轴承去轴肩高度h=4mm.所以d5-6=67mm.轴的宽度取b>=1.4h,取轴的宽度为L5-6=8mm.d 轴承端盖的总宽度为20mm（有减速器和轴承端盖的机构设计而定）根据轴承的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖外端面与联轴器的,距离为30mm。固取L2-3=50mm e 取齿轮与箱体的内壁的距离为a=16mm 小齿轮与大齿轮的间距为c=20mm，考虑到箱体的

19、制造误差，在确定轴承的位置时，应与箱体的内壁,有一段距离s,取s=8mm,已知滚动轴承的宽度T=47mm锥齿轮的轮毂长L= 21 mm则 L7-8 =T+s+a= 71mm L4-5=L+c+a+s-L5-6=21+20+16+8-8=57mm至此已初步确定轴得长度和各段直径。 轴上零件的周向定位齿轮，半联轴器与轴的周向定位都采用平键联接。按d6-7=63mm 由 手册查得平键的截面 b*h=14*9 (mm)见2表4-1,L=45mm，同理按 d1-2=55mm. b*h=12*8 ,L=70mm。同时为了保证齿轮与轴配合得有良好得对中性，固选择齿轮轮毂与轴得配合选H7/n6。半联轴器与轴得

20、配合选H7/k6。滚动轴承与轴得周向定位，是借过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为m6。 确定轴的的倒角和圆角参考机械设计（第八版）表15-2，取轴端倒角为2*45°各轴肩处的圆角半径见上图。3) 求轴上的载荷（见下图）首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴的支点位置时，应从手册中查出a值参照机械设计（第八版）图15-23。对与52215，为双向推力球轴承，能承受双向的牰向载荷。从轴的结构图以及弯曲和扭矩图中可以看出界面C是轴最危险界面。现将计算出的截面C的最大扭矩T：T=1160.7 N.m4） 按弯扭应力校核轴的强度进行校核时通常只校核承受最大扭矩的截面（即危险截面C的强

21、度） 根据机械设计（第八版）式15-5及表15-4中的取值，当扭转切应力为静应力时取0.3；当扭转切应力为脉动循环变应力时取0.6）轴的计算应力=T/Wt=16T/D=4.4 MPa已选定的轴的材料为45号钢调质，查机械设计（第八版）表15-1得=60MPa,故安全。5）精确校核轴的疲劳强度a 判断危险截面截面A,B只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，所以截面A,B均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面VI和V处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面C上的应力最大。截面V的应力集

22、中的影响和截面VI的相近，但截面V不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不需要强度校核。截面C上虽然应力最大，但是应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径很大，故界面C也不需校核。截面VIII和VII显然不必校核。由第三章附录可知，键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面VI的左右即可。b 截面VI的右侧抗扭截面系数 Wr=0.2d3=0.2*503=25000mm3截面VI上的扭矩 T3=426160N*mm截面上的扭转切应力 =T3/Wr=426160/25000=17.05MPa轴的材料为45号钢调质，由机械设计（第八版）表15-1查得=640MPa

23、=275MPa，=155MPa 。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机械设计（第八版）附表3-2查取。因r/d=2/50=0.04, D/d=52/50=1.04 ,经插值后可查得=2.0 =1.31又由附图3-1可查的轴的材料的敏性系数 ，qr=0.85 故有效应力集中系数按式（附表3-4）为 由1附图3-2得尺寸系数；由1附图3-3得扭转尺寸系数r=0.82轴按磨削加工，由1附图3-4得表面质量系数为 轴未经表面强化处理，即，则按1式（3-12）及（3-12a）得综合系数值为又由§3-1及§3-2的碳钢的特性系数 =0.10.2 ， 取 =0.1=0.050.1

24、 ， 取 =0.05于是，计算安全系数值，按1式（15-6）（15-8）则得故可知其安全。c 截面VI的左侧抗扭截面系数 Wr=0.2d3=0.2*523=28121.6mm3截面VI上的扭矩 T3=426160N*mm截面上的扭转切应力 =T3/Wr=426160/28121.6=15.15MPa过盈配合处的/,由附表3-8插值法求出，并取/=0.8/, 于是得 /,=3.16 /=2.53轴按磨削加工，由1附图3-4得表面质量系数为 轴未经表面强化处理，即，则按1式（3-12）及（3-12a）得综合系数值为所以轴在截面VI左侧的安全系数为故可知其安全。至此，3轴的设计结束2中间轴 2 的设

25、计总结以上的数据。功率转矩转速齿轮分度圆直径压力角6.75KW9442N*m682.46r/mind3=143mm20º6.75KW9442N*m682.46r/mind2=75mm20º1. 求作用在齿轮上的力2号齿轮的受力Ft2=2T2/d2=2*94.42*103/143=1320.56N 3号齿轮的受力Ft3=2T2/d3=2*94.42*103/75=2517.87N轴的受力情况及弯矩图与3轴类似，因此省略。2.初步确定轴的直径。先按式机械设计（第八版）15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45号钢调质。根据表15-3选取A0=112。于是有3.轴的结构设计

26、拟定轴上的装配方案： 因为dmin>=24mm,所以角接触轴承应选择7005C，查机械设计课程设计手册（第三版）得： d=25mm ，D=47mm , B=12mm ，=15º则有dI-II=dVII-VIII=25mm 。为了满足轴的定位要求，I-II的左侧和VIIVIII右侧应高出其最少一个轴肩的高读，因为h=（0.070.1）d ，所以取h=5mm ，即dIIIIV=30 , dVVI=30mm ，同理dIV-V=36mm 。由轴承7005C得LIII=12mm ， 小齿轮的轮毂宽度b3=60mm得LIIIIV=60mm ；2号轴上大齿轮的轮毂宽度b2=21mm ，而为了

27、配合，轮毂的宽度应略大于配合部分轴的长度，则得LVVI=21mm ；综合设计3号轴时取大小齿轮之间的距离c=20mm，齿轮与箱体的内壁的距离为a=16mm，考虑到箱体的制造误差，在确定轴承的位置时，应与箱体的内壁,有一段距离s,取s=8mm,，则LIVV=20mm ；LIIIII=a+s=16+8=24mm，因为2号轴的总长度应与3号轴在箱体内部的部分长度相等为193mm ，所以LVIIVIII=56mm。4 轴上零件得周向定位齿轮和轴的周向定位都采用平键联接。按d4-5=30mm 由 手册查得平键的截面 b*h=10*8(mm)见机械设计课程设计手册（第三版）表4-1,L1=50mm,L2=

28、16mm同时为了保证齿轮与轴配合得有良好得对中性，固选择齿轮轮毂与轴得配合选H7/n6。滚动轴承与轴得周向定位，是借过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为m6。5 确定轴的的倒角和圆角参考机械设计（第八版）表15-2，取轴端倒角为2*45°各轴肩处的圆角半径。该轴的校核和3轴类似，为了减轻任务所以省略校核。 到此2号轴的设计结束。3第一轴 1 的设计1总结以上的数据。功率转矩转速齿轮分度圆直径压力角7.0346.60N*m1440r/min6520°2求作用在齿轮上的力 Ft1=2T1/d1=2*46.60*103/65=1433.85N 3 初步确定轴的直径先按式115-

29、2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45号钢。根据表115-3选取A0=112。于是有 4 联轴器的型号的选取查表机械设计（第八版）表14-1，取Ka=1.6，则 Ka =Ka*T1=1.6*46.60=74.56N*m按照计算转矩Tca应小于联轴器的公称转矩的条件，查标准GB/T5843-2003机械设计课程设计（第三版）表8-1，选用GY2 型凸缘联轴器，其公称转矩为63 N·m。半联轴器的孔径d1=25mm .固取d1-2=25mm.。5. 轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案如下根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a 为了满足半联轴器的轴向定位要求1-2轴段左要求制出一

30、轴肩；固取2-3段的直径d2-3=27mm，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=28mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=44mm , 为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，固取1-2断的长度应比L1略短一些，现取L1-2=42mmb 初步选择滚动轴承。考虑到主要承受径向力，轴向也可承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最少。在高速转时也可承受纯的轴向力，工作中容许的内外圈轴线偏斜量=8-16，大量生产价格最低固选用角接触轴承,又根据d2-3=27mm,所以选7006C轴承。右端采用轴肩定位 查2 又根据d2-3=27mm和上表取d3-4=30mm.。L3-4=12mm。c 由于

31、锥齿轮很小，所以该处齿轮轴选30mm, L4-5=23mm。d 由于箱体厚等，取L2-3=16mm。轴哦的校核与3号轴类似，此处省略。到此两级减速器的轴的设计计算结束。六轴承的计算为减少本次设计的负担，本次只对所选的在低速轴3上的两滚动轴承进行校核 ，其他的轴承类似可以校核。在前面进行轴的计算时所选轴3上的两滚动轴承型号均为51211，其基本额定动载荷Cr=48500N，基本额定静载荷C0a=112000N,现对它们进行校核。由上可知在三号轴承上的两个轴承中，2号轴承所受的载荷远大于轴承1，所以只需对轴承2进行校核，如果轴承2满足要求，轴承1必满足要求。1求比值轴承所受轴向力Ft=T3/d=4

32、26.16*1000/45=9470.22N所受的径向力它们的比值为根据机械设计（第八版）表13-5，推力球轴承的最小e值为0.19，故此时2计算当量动载荷P根据机械设计（第八版）式（13-8a）按照机械设计（第八版）表13-5，X=1，Y=0,按照机械设计（第八版）表13-6，取。则P=1.1*(1*9470.22+0)=10417.2N3验算轴承的寿命按要求轴承的最短寿命为L=8*365*24=70080h根据机械设计（第八版）式（13-5）（ 对于球轴承取3） 所以所选的轴承6013满足要求七连接的选择和计算本次设计只对低速轴3上的两个键进行选择及校核。1对连接齿轮4与轴3的键的计算（1）选择键联接的类型和尺寸一般8以上的齿轮有定心精度要求，应选用平键联接。由于齿轮不在轴端，故可选用圆头普通平键（A型）。根据d=52mm从机械设计（第八版）表6-1中查得键的截面尺寸为：宽度b=14mm，高度h=9mm。由轮毂宽度并参照键的长度系列，取键长L=45mm。（2）校核键联接的强度键、轴和轮毂的材料都是钢有轻微冲击，由机械设计（第八版