机械设计课程设计

1、云中鱼 水中燕机械设计课程设计任务书及说明书设计题目V带蜗杆传动学院，专业，年级学 生学 号指导老师时 间原始数据F(kN)V(m/s)D(mm)1.551.60435工作条件：单班制工作（每天工作8小时），连续单向运转；载荷较平稳；室内工作，有粉尘；使用期限：十年（每年300个工作日），大修期5年（大修时可更换轴承）。生产批次：小批量生产（50台）；中等规模机械厂，可加工7-8级精度齿轮。允许带速误差：允许运输带速度误差a<=5%.动力来源：电力，三相交流工作机总效率：0.95（包括滚筒轴承效率）设计要求：在规定设计教室中按要求各阶段及相应工作量。设计工作量：1. 绘制减速器装配图一张

2、（A0）；2. 绘制减速器零件图3张1） 输出轴零件图1张（A）2） 输出轴上传动零件图1张（A3）3） 下箱体零件图1张（A1）3. 编写设计说明书一份 （约60008000）说明书目录1. 传动方案拟定42. 电动机选择43. 传动装置的运动与动力参数计算54. 传动零件设计计算65. 联轴器选择136. 轴的设计和计算147. 键连接与计算198. 滚动轴承的设计与计算209. 其他（润滑，密封等）2410. 参考文献2511. 课程设计总结2612. 装配图2713. 下箱体3014. 涡轮3215. 蜗杆321. 传动方案拟定采用V带蜗杆传动，用电动机经V带进行一级减速，再由涡轮蜗杆

3、进行二级减速，经由涡轮将动力输出，通过联轴器带动滚筒转动，以使传送带运动2电动机选择1).工作机主轴所需功率Pw=FV=1.55*1.60kw=2.48kw2).电动机所需功率 P157（课本）1联轴器效率0.992 滚动轴承效率0.993带传动效率0.964蜗杆副效率0.8Pd=Pw/(126)=3.46Kw由Y系列电动机技术数据，选择的电动机额定功率 Pw=4Kw3).确定电动机转速 工作机转速nw=(60*1000*v)/(D)=70.2r/minV带常用传动比范围i1=2-4 蜗杆常用传动比范围i2=5-20则总传动比范围i=10-80 nd=inw=(702-5600)r/min则可

4、选方案有方案电动机型号额定功率kw满载转速(r/min)1Y112M-2428902Y112M-441440综合考虑选用Y112M-4型电动机3传动装置的运动与动力参数计算 1).总传动比 I=nm/nw=1440/70.25=20.48 i1(2,4) i2(10-20) 综合考虑取 i1=1.6 I2=12.82).各级转速Nw=1440r/minN1=Nm/i1=1440/1.6 r/min =900r/minN2=n1/i2=900/12.8 r/min =70.3 r/min3).各轴功率 Pi=Pd*n3=3.46*96Pw=3.32Pw Pii=Pi*n22*n4=3.32*0.

5、992*0.8=2.60Kw4).各轴转矩Td=9550*Pd/Nw=9550*3.46/1440N·MTi=Td * i1 * n3=22.95*1.6*0.96 N·M =35.25 N·MTii=Ti * i2 * n22 * n4=353.78 N·M4. 传动零件设计计算1）.V带选择窄V带用于传递功率较大，且外形尺寸较小的场合，而此传动方案功率仅为4Kw,且对空间尺寸没有限制故选用普通V带 确定计算功率由附录1查得工作情况系数Ka=1.1故 Pca=Ka*P=1.1*4=4.4Kw 选用普通V带带型根据Pca=4.4Kw与n1=1440r/m

6、in选用A型带 P157（课本） 选带轮基准直径 由普通V带轮基准直径系列 P157（课本） 选D1=90mm 按i1=D2/D1 =>D2=i1*D1=90*1.6=144mm故选D2=140mm 验算带的速度V=DN1/60*1000=*90*1440/（60*1000）m/s=6.78 m/s 带的速度V（5,25）故符合要求 确定普通V带的基准长度与中心距根据 0.7*（D2+D1）0*（D2+D1）带入D1+D2=>0(161,460)初步确定0=400mm计算所需基准长度Ld=2*a0+*（D2+D1）/2+(（D2-D1）2)/4a0=1162mm由附录1选带基准长度

7、Ld=1250mm P305（课程设计）计算实际中心距 =0(Ld-Ld)/2=(400+(1250-1162)/2)=444mm 验算主动轮包角1=180-（D2+D1）/a*57.5=180-50/444*57.5=173.5>90 包角合适 计算普通V带的根数 由N1=1440r/min D1=90mm 查表8-4a得 Pa=1.07KwP0=0.15KwK =0.99 Kl=0.93 P152(课本)则Z=Pca/(P0+P0) KKl)=4.4/(1.22*0.99*0.93)=3.9故选Z=4根 计算预紧力 由表8-3 查得q=0.1kg/mF0=（500*Pca(2.5/K

8、-1)）/(V*Z)+q*V2=107.84N 压轴力Q=2*Z*Fsin(/2)=860.62N2).蜗杆选择蜗杆传动类型 根据的推荐，采用渐开线蜗杆（）选择材料 考虑蜗杆传动功率不大,速度只是中等,故蜗杆用45#钢,考虑到要用10年,故需耐磨性好些,蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度45-55HBC 涡轮用铸铁锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，为节约费用，故只将齿圈用铸铁锡磷青铜ZCuSn10P1制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。按齿轮面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行计算，再用翅根弯曲疲劳强度进行校核 1 传动转矩T2=353.78 N·

9、;M=353780 N·MM2 载荷系数K Ka=1 Kv=1.1 K=1 K= Ka Kv K=1.1 P329(课程设计) 确定弹性影响系数 因选用的是铸铁锡磷青铜ZCuSn10P1和钢蜗杆相配 故=160MPa 确定接触系数 假设d/a=0.30 查得=3.1 P329（课程设计） 附录3 确定许用接触应力 根据蜗杆材料为铸铁锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度大于45HRC，查附录3（P329）得蜗杆的基本许用应力=268Mpa 应力循环次数N=60jn2lh=60*1*70.25*2400*10=1.01*108次 寿命系数 故=*=0.75*268Mp

10、a=201.0Mpa 计算中心距 参考附录3 P338（课程设计） 取a=160mm m=5 蜗杆分度圆直径d1=mq=50mm 这时d1/a=50/160=0.375> =2.8 故以上计算结果可用！3）.蜗杆与涡轮主要参数与几何尺寸 （1）蜗杆 轴向齿距Pa=m=5*3.14=15.70mm 齿顶圆直径 Da1=D1+2Ha1=60mm 齿根圆直径 分度圆导程角r=arctan(Z/E)=arctan0.2=21.8 （2）涡轮 齿数Z2=53 变位系数+0.5 验算传动比i=Z2/Z1=53/4=13.25 符合要求！ 涡轮分度圆直径d2=mz=265mm 涡轮喉圆直径da2=d2

11、+2ha2 =(265+2*5)mm =275mm 涡轮齿根圆直径 df2=d2-2hf2=265-2*5*0.75=257.5mm 涡轮咽喉母圆半径rg2=a-da2/2=(160-275/2)mm=22.5mm4) 按齿根弯曲疲劳强度校核 当量齿数Zv2=Z2/cosr3=53/cos21.8=66.49 根据x2=+0.5 Zv2=66.49 =>Yfa2=2.06 螺旋角系数Y=1-r/140=1-21.8/140=0.844 许用弯曲应力F=FKfn 有表查得ZCuSn10P1 F=56MPa 寿命系数 f =56*0.599 MPa =33.57 MPa f= 1.53*1.

12、1*353780/(50*265*5)*2.06*0.844 MPa =15.626 MPa 符合要求！5) 验算效率 =（0.95-0.96）*tanR/tan(R+v) R=21.8 Vs=*50*1440/(60*1000*1.6*cos21.8)=2.537m/s =>fv=0.030 v=1.7 代入=> =0.873>0.8 故不用重算！5联轴器的选择 先初步估算轴的最小直径，选用轴的材料为45#钢 故取A0=115 于是得mm 应于联轴器孔径相适应 而计算转矩Tca=Ka*T3 选Ka=1.5 则 Tca=1.5*353780=530670 N·MM

13、按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件 选用弹性柱销联轴器 此种联轴器传递转矩的能力很大，结构更为简单，安装制造方便，而且挠性好，弹性柱销有一定的缓冲和吸震能力。 选用HL3型联轴器，其公称扭矩630 N·M，轴孔直径d1=38mm 故=38mm, 半联轴器长度L=82mm, 与轴配合长度为60mm.6.轴的设计与计算涡轮轴（1） 拟定轴上零件的装配方案 （2） 根据轴向定位要求确定轴的各段直径与长度为了满足半联轴器的轴向定位要求，故去2-3段直径d2-3=44mm；轴的左端用轴端挡圈定位，按轴端直径38mm,取挡圈直径为48mm; 为了保证轴端挡圈只压在半轴而不压在轴的端面上，故

14、L1-2<60mm, 故取L1-2=58mm. 选滚动轴承轴承需要在轴承受径向力的同时，承受轴向力，故选用圆锥滚子轴承，选用30210 故d3-4=50mm d8-9=50mm由定位轴肩确定d7-8=58mm 由L4-5,L7-8安装挡油盘，取d4-5=52mm,齿轮的右端与右轴承之间采用套筒定位，取齿轮轮宽为80mm,为使套筒端面可靠地压紧齿轮，此段轴应略短于轮宽故取L5-6=76mm,齿轮左端采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d,故取h=4mm，取d6-7=63mm,轴肩宽度b>=1.4h=5.6mm,取b=6mm. 轴承端面的总宽度为20mm,(由减速器及轴承盖的结构设

15、定而定)根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm,故取l2-3=50mm.(3) 轴向零件的周向定位 齿轮，半联轴器的周向定位均采用平键连接，在齿轮安装处，经查表P212（课程设计） 去b*h=16*10,键槽用铣刀加工，长63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮与轴的配合H7/n6,同时办联轴器与轴的连接选用平键，经查表b*h*l=12*10*50,半联轴器与轴的配合为H7/k6,滚动轴承与轴的周向定位由过盈配合来保证此处选轴的直径尺寸公差为m6.(4)轴强度校核 由表查得30210的a=20mm 故支撑跨距为12

16、5mm,作用点近似于中点合成弯矩 判断齿轮所在轴面为危险截面取=0.6经查45#=60Mpa,故完全符合要求！蜗杆轴（1） 输入轴的功率P=3.32Kw n1=900r/min T=35.25N.M （2） 选定轴的最小直径选取轴的材料为45#钢，取A0=115拟定轴上零件的装配方案 d1-2与V带轮连接查表得选用带轮孔径d=20mm,轮毂长度L=50mm,故取d1-2=20mm,L1-2=48mm.键的选择，经查表P212（课程设计）选用b*h*l=6*6*40mm 2处轴肩用h=4mm,得d2-3=28mm,轴承端盖总宽度为20mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的

17、外端面与V带轮距离L=30mm,故L2-3=50mm. 选用圆锥滚子轴承，内径d=30mm,故选用30306，查表得L=20.75mm,故L3-4=L7-8=20mm取L4-5=3mm,d=36mm,L6-7=3mm 齿根圆df1=38.5mm,故在退刀槽处，d=28mm,长L取25mm. 校核轴的强度 经查表P258（课程设计）得30306型轴承a=15.3mm,因此作为简支梁的轴的支撑跨距为140mm Ft1=918N Fr=971.81N7键的强度校核 涡轮上带轮联结处键b*h*l=6*6*40mm 8滚动轴承的设计与计算（1） 蜗杆轴承选用的是30306型对轴的受力得 Ft=1410N

18、 Fa=2670.04N Fr=971.81N合成（2） 校核涡轮轴的轴承选用型号30210 减速器箱体的主要结构尺寸1. 箱座壁厚：0.04a+3=0.04*160+3=9.3 故取=10mm2. 箱盖壁厚：采用蜗杆在下结构 故1=0.85=8.5mm 取1=9mm3. 箱盖凸缘厚度：b1=1.5=13.5mm4. 箱座凸缘厚度：b=1.5=15mm5. 箱座底凸缘厚度：b2=2.5=25mm6. 地脚螺钉直径：df=0.036a+12=0.036*160+12=17.76mm 故取df=18mm7. 地脚螺钉数目 n=48. 轴承旁连接螺栓直径 d1=0.75df=0.75*18=13.5

19、mm 故取d1=14mm9. 盖与座连接螺栓直径 d2=(0.50.6)df=(0.50.6)*18=910.8mm 故取d2=10mm10. 轴承端盖螺钉直径d2=(0.4-0.5)df=(0.4-0.5)*18=(7.2-9)mm11. 视孔盖螺钉直径 d4=（0.3-0.4）df=(0.3-0.4)*18=(5.4-7.2)mm 故取d4=6mm12. 定位销直径d=(0.7-0.8)df=(0.7-0.8)*48=(12.8-14.4)mm 故取d=14mm13. 涡轮外圆与内箱壁距离 >1.2=12mm 1取12mm14. 涡轮轮毂端面与内箱壁距离 2>=10mm 取 2=10mm15. 箱盖肋厚 m10.85=8.5mm16. 箱座肋厚m0.85=8.5mm17. 轴承端盖外径D2=D+（5-5.5）d3 D为轴承外径D=110mm D2=(110+(5-5.5)*8)mm =(110+(40+44)mm 取D2=152mm18. 轴承旁联结螺栓距离S=D2=152mm19. Df至外壁距离C1=24mm 至内壁距离C2=22mm20. 轴承旁凸台半径R1=C2=18