机械设计基础课程设计样本样本

1、资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。机械设计基础课程设计计算说明书设计题目: 一级圆柱齿轮减速器学院: 材料学院班级: 冶金0901学号: 设计者: 夏裕翔指导教师: 姜勇日期: 7月目录一设计任务书3二传动系统方案的拟定3三电动机的选择3四传动比的分配4五传动系统的运动和动力参数计算5六传动零件的设计计算6七减速器轴的设计11八轴承的选择与校核18九键的选择与校核19十联轴器的选择22十一减速器润滑方式, 润滑剂及密封装置22十二箱体结构的设计23十三参考文献26 计算及说明 结果一、 设计任务书1、 设计任务 设计带式输送机的传动系统, 采用带传动和一级圆柱齿轮减速器

2、。原始数据 输送带轴所需扭矩 =1050Nm 输送带工作速度 =0.8m/s 输送带滚筒直径 =38 减速器设计寿命为8年( 两班制) , 大修期限四年。工作条件 两班制工作, 空载起动载荷平稳, 常温下连续( 单向) 运转, 工作环境多尘; 三相交流电源, 电压为380/220V。传动系统方案的拟定带式输送机传动系统方案如图所示: ( 画方案图) 带式输送机由电动机驱动。电动机1将动力传到带传动2, 再由带传动传入一级减速器3, 再经联轴器4将动力传至输送机滚筒5, 带动输送带6工作。传动系统中采用带传动及一级圆柱齿轮减速器, 采用直齿圆柱齿轮传动。电动机的选择按设计要求及工作条件选用Y系列

3、三相异步电动机, 卧式封闭结构, 电压380V。 1、 电动机的功率根据已知条件由计算得知工作机所需有效效率 设: 1联轴器效率=0.97; 2闭式圆柱齿轮传动效率=0.99 3V带传动效率=0.96 4对轴承效率=0.99 5输送机滚筒效率=0.96由电动机至运输带的传动总效率为 工作机所需电动机总功率 由表所列Y系列三相异步电动机技术数据中能够确定, 满足PmPr条件的电动机额定功率Pm应取为5.5KW 计算及说明 结果 2、 电动机转速的选择根据已知条件由计算得知输送机滚筒的工作转速 额定功率相同的同类型电动机, 能够有几种转速供选择, 如三相异步电动机就有四种常见的同步转速, 即、 、

4、 、 。( 电动机空载时才可能达到同步转速, 负载时的转速都低于同步转速) 。电动机的转速高, 极对数少( 相应的电动机定子绕组的极对数为2、 4、 6、 8) , 尺寸和质量小, 价格也便宜, 但会使传动装置的传动比加大, 结构尺寸偏大, 成本也会变高。若选用低转速的电动机则相反。一般来说, 如无特殊要求, 一般选用同步转速为或的电动机。 选用同步转速为 的电动机, 对应于额定功率Pm为5.5KW的电动机型号应为Y132M2-6型。有关技术算据及相应算得的总传动比为: 电动机型号: Y132M2-6 额定功率: 5.5KW 同步转速: 1000r/min 满载转速: 960r/min 总传动

5、比: 23.863 电动机中心高H=132mm, 轴伸出部分用于装联轴器段的直径和长度分别为 D=38mm和E=80mm。传动比的分配带式输送机传动系统的总传动比 由传动系统方案, 分配各级传动比 五、 传动系统的运动和动力参数计算传动装置从电动机到工作机有三轴, 分别为、 、 、 轴, 传动系统各轴的转速、 功率和转矩计算如下: 轴( 电动机轴) : 计算及说明 结果 轴( 减速器高速轴) 轴( 减速器低速轴) 轴( 输送机滚筒轴) 计算及说明 结果将计算结果和传动比及传动效率汇总如表11 轴号电动机带传动圆柱齿轮传动工作机轴轴轴轴转速n(r/min)96019240.2340.23功率P5

6、.154.9444.8464.65 (kw)转矩T51.23245.911150.371103.84(Nm)传动比i54.77261传动效率0.960.98010.9603六、 传动零件的设计计算传动装置中除减速器外, 一般先设计减速器外部的传动零件。 1、 V带传动 已知条件: 原动机种类和所需的传递的功率( 或转矩) 、 转速、 传动比、 工作条件 和尺寸限制等。 设计计算主要内容: 确定带的种类、 选择带的型号、 选择小带轮直径、 大带轮直径、 中心距、 带的长度、 带的根数、 初拉力F0和作用在轴上的载荷FQ。 计算功率Pc 由表8-3查得=1.2,故 选取V带型号 根据Pc=6.6K

7、W和小带轮转速,由图8-10可知, 工作点处于B、 C 型相邻区之间, 可取B型和C型分别计算, 最后择优选用。现取B型带。 小轮基准直径和大轮基准直径 计算及说明 结果 希望结构紧凑, 由表6-4并参考表8-2a, 取=140mm, 选取 的基准直径 由表6-4取=710mm。此时从动轮实际转速 转速误差 合适 验算带速 合适 初定中心距 因 先根据结构要求, 取=800mm。 初算带的基准长度L0 由表8-1, 选取带的基准长度Ld=3150mm 实际中心距中心距a可调整, 则 计算及说明 结果 小带轮包角 , 能满足要求。 单根V带所能传递的功率根据和查表8-2a, 用插值法求得Po=2

8、.1KW。 单根V带传递功率的增量已知B型V带, 小带轮转速, 传动比 查表8-2b得: =0.29KW。 计算V带的根数 由表8-5查得K=0.90; 由表8-6查得KL=1.07, 故 取z=3根。所采用的V带为B-31503 作用在带轮轴上的力由式( 8-17) 求单根V带的张紧力 查表8-8得 故 计算及说明 结果 因此作用在轴上的力为 2、 齿轮的设计 齿根弯曲强度计算 确定作用在小齿轮上的转矩T1 选择齿轮材料、 确定许用弯曲应力, 根据工作要求, 采用齿面硬度 350HBS。 小齿轮选用合金钢, 渗碳淬火为60HRC; 大齿轮选用碳素钢, 表面淬火50HRC。 大齿轮=23HRC

9、=1380MPa 小齿轮=500+11HRC=1050MPa 选择齿宽系数: 查书P185得=0.4。 确定载荷系数K : 查书P183得K=1.8 计算中心距a 选择齿数并确定模数 取 取标准模数( 表9-1) , 齿轮几何尺寸计算 小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径 计算及说明 结果 大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径 中心距 大齿轮宽度 小齿轮宽度 因小齿轮齿面硬度高, 为补偿装配误差, 避免工作时在大齿 轮齿面上造成压痕, 一般比宽些, 取 确定齿轮的精度等级 齿轮圆周速度 根据工作要求及圆周速度, 由书P172表9-3选用8级精度。 轮齿接触强度验算 确定许用接触应力 根据表9-5查得 =500

10、-11HRC=1050MPa =1423HRC=1380MPa 验算弯曲应力 H1=969.4Mpa H2=467.8Mpa , 安全。 计算及说明 七、 减速器轴的设计 1、 减速器高速轴的设计 ( 1) 轴的材料及热处理: 选用45钢, 正火处理, 由书P259表12-1得: 毛坯直径100mm, 硬度241HBS,抗拉强度MPa,屈服强 度MPa,弯曲疲劳极限MPa ( 2) 初算轴的最小直径, 并进行初步结构设计: 由书P261表12-2查得C=118107。 取 =32mm 带轮) 标准尺寸, 在此处开一键槽, 因此d=1.0332mm= 取d=33 ( 3) 确定轴的各段直径: 采

11、用阶梯轴, 尺寸按由小到大, 由两端到中 央的顺序确定 A外伸端( 与V带轮相连) : 取最小直径=40mm; BV带轮定位轴肩高H=0.08=3.2mm,故=+2H=46.4mm; C安装两滚动轴承处的轴颈直径为=50mm; D要固定齿轮, 需要安装一个套筒, 取内径, 外 径为60mm E为便于齿轮安装, 取齿轮轮毂与轴配合处直径d5=d3+2=52mm 计算及说明 取60mm F考虑轴承固定要求, 取轴环直径; G。 ( 4) 选择轴承类型: 由上述一系列直径, 查手册P66表6-1得: 轴承代号为6310。, 基本尺寸d=50mm,D=110mm, B=27 安装尺寸。 基本额定动载荷

12、, 基本额定静载荷 ( 5) 轴承盖的设计: 带有密封件的轴承盖, 轴承外径D=72mm, 取; 即M8 时, ( 6) 轴各段的长度设计: A.箱盖壁厚, 故 mm; B.箱体内壁与大齿轮顶圆应留有空隙,取 ; C.箱体内壁与小齿轮端面应留有空隙=8mm, 故取; D.因为内壁至轴承座端面的距离,查手册P161 表11-2得: E.根据, 查手册P17表1-29得: 外伸轴长度 F.轴承宽度B=27mm, 计算及说明 结果 G. , 5mm为套筒宽度; H.小齿轮宽度, 故取 I.查手册P17表1-31得轴环宽度, 取 ( 7) 挡油环 因此轴承采用脂润滑, 需要挡油环。取 ( 8) 轴的强

13、度校核 按弯矩, 扭矩合成强度计算轴的计算简图如附图1所示: A决定作用在轴上的载荷: 圆周力( d为小齿轮的节圆直径) 径向力( 为啮合角) B决定支点反作用力及弯曲力矩: 支承反力 截面I-I的弯曲力矩 支承反力 截面I-I的弯曲力矩 合成弯矩 轴上的转矩,画出轴的当量弯矩图, 如附图2所示。 从图中能够判断截面I-I弯矩值最大, 而截面承受纯扭, 故校 核这两个截面。 计算及说明 结果 C计算截面I-I与的直径: 已知轴的材料为45钢, 正火, 其; 查书P262表 12-3得: , 。则 截面I-I处的当量弯矩 轴截面-处的当量弯矩 故轴截面I-I处的直径 因为在截面I-I处有一键槽,

14、 因此轴的直径要增加3%, 即为38.9 轴截面的直径 因为在截面处有一键槽, 因此轴的直径要增加3%, 即为30.5mm 前面取, 故强度合适。 2、 减速器低速轴的设计 ( 1) 轴的材料及热处理: 选用45钢, 正火处理, 由书P259表12-1 得: 毛胚直径100mm, 硬度241HBS,抗拉强度MPa, 屈服强度MPa,弯曲疲劳极限MPa ( 2) 初算轴的最小直径, 并进行初步结构设计: 由书P261表12-2查得C=118107。 计算及说明 取 =55mm, ,最小直径还要符合相配零件的孔径( 此处是 联轴器) 标准尺寸, 在此处开一键槽, 因此d=1.0355mm= 取d=

15、60 ( 3) 确定轴的各段直径: 采用阶梯轴, 尺寸按由小到大, 由两端到中 央的顺序确定 A外伸端( 与V带轮相连) : 取最小直径=63mm; BV带轮定位轴肩高H=0.08=5.04mm,故=+2H=73.08mm, 取 74mm C安装两滚动轴承处的轴颈直径为=75mm; D要固定齿轮, 需要安装一个套筒, 取内径, 外 径为90mm E为便于齿轮安装, 取齿轮轮毂与轴配合处直径d5=d3+2=77mm F考虑轴承固定要求, 取轴环直径; 取91mm G。 ( 4) 选择轴承类型: 由上述一系列直径, 查手册P66表6-1得: 轴承代号为6315。, 基本尺寸d=75mm,D=160

16、mm, B=37 安装尺寸。 基本额定动载荷, 基本额定静载荷 ( 5) 轴承盖的设计: 带有密封件的轴承盖, 轴承外径D=160mm, 取; 即 M12. 时, ( 6) 轴各段的长度设计: A.箱盖壁厚, 计算及说明 故mm; B.箱体内壁与大齿轮顶圆应留有空隙,取 ; C.箱体内壁与小齿轮端面应留有空隙=8mm, 故取; D.因为内壁至轴承座端面的距离,查手册P161 表11-2得: E.根据, 查手册P17表1-29得: 外伸轴长度 F.轴承宽度B=37 则 G. , 8mm为套筒宽度; H.大齿轮宽度, 故取 I.查手册P17表1-31得轴环宽度, 取 J. ( 7) 挡油环 因此轴

17、承采用脂润滑, 需要挡油环。取 ( 8) 轴的强度校核 按弯矩, 扭矩合成强度计算轴的计算简图如附图1所示: A决定作用在轴上的载荷: 圆周力( d为大齿轮的节圆直径) 径向力( 为啮合角) 计算及说明 结果 B决定支点反作用力及弯曲力矩: 支承反力 截面I-I的弯曲力矩 支承反力 截面I-I的弯曲力矩 合成弯矩 轴上的转矩,轴的当量弯矩图同高速轴, 同理能够 判断截面I-I弯矩值最大, 而截面承受纯扭, 故校核这两个截 面。 C计算截面I-I与的直径: 已知轴的材料为45钢, 正火, 其; 查书P262表 12-3得: , 。则 截面I-I处的当量弯矩 轴截面-处的当量弯矩 故轴截面I-I处

18、的直径 因为在截面I-I处有一键槽, 因此轴的直径要增加3%, 即为53mm 前面取, 故强度合适。 计算及说明 结果 轴截面的直径 因为在截面处有一键槽, 因此轴的直径要增加3%, 即为51.975mm 前面取, 故强度合适。八、 轴承的选择与校核 1、 高速轴的轴承校核 ( 1) 前面已选择代号为60310的深沟球轴承 基本尺寸d=50mm,D=110mm, 安装尺寸。 基本额定动载荷, 基本额定静载荷 ( 2) 计算当量动载荷: 径向载荷 轴向载荷 因为, 因此查书P298表13-7得 又因为,因此查书P298表13-7得 根据轴承的工作情况, 查书P299表13-8得载荷系数 当量载荷

19、 ( 3) 计算必须的额定动载荷: ( 4) 求轴承寿命: 故所选轴承满足要求。 计算及说明 2、 低速轴的轴承校核 ( 1) 前面已选择代号为60314的深沟球轴承 基本尺寸d=75mm,D=160mm, 安装尺寸。 基本额定动载荷, 基本额定静载荷 ( 2) 计算当量动载荷: 径向载荷 轴向载荷 因为, 因此查书P298表13-7得 又因为,因此查书P298表13-7得 根据轴承的工作情况, 查书P299表13-8得载荷系数 当量载荷 ( 3) 计算必须的额定动载荷: ( 4) 求轴承寿命: 故所选轴承满足要求。键的选择与校核 1、 高速轴与带轮的连接键 ( 1) 选择键的类型和基本尺寸

20、一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求, 应用平键. 根据d=40mm,查手册P53表4-1得b=12mm,h=8 , 根据键的标准长度, 选择 轴=5mm, 毂=3.3mm, R=b/2=6mm。 计算及说明 结果 ( 2) 校核键联接的强度 工作长度=60-12=48mm 由书P105公式( 7-20) 验算键的挤压强度: 由书P105公式( 7-21) 验算键的剪切强度: 由书P106表7-3查得不动的连接45钢,载荷平稳,=125150MPa, 且=120MPa 因为,因此所选键符合条件。 取键标记为: 12845AGB/T 1096- 2、 高速轴与小齿轮的连接键 ( 1) 选择

21、键的类型和基本尺寸 一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求, 应用平键. 根据d=32mm,查手册P53表4-1得b=16mm,h=10 , 根据键的标准长度, 选择 轴=6.0mm, 毂=4.3mm, R=b/2=8mm ( 2) 校核键联接的强度 工作长度=78-16=62mm 由书P105公式( 7-20) 验算键的挤压强度: 由书P105公式( 7-21) 验算键的剪切强度: 由书P106表7-3查得不动的连接45钢,载荷平稳,=125150MPa, 且=120MPa 因为,因此所选键符合条件。 取键标记为: 161080AGB/T 1096- 计算及说明 结果 3、 低速轴与大齿

22、轮的连接键 ( 1) 选择键的类型和基本尺寸 一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求, 应用平键. 根据d=77mm,查手册P53表4-1得b=22mm,h=1 , 根据键的标准长度, 选择 轴=7.0mm, 毂=5.4mm, R=b/2=11mm ( 2) 校核键联接的强度 工作长度=125-22=103mm 由书P105公式( 7-20) 验算键的挤压强度: 由书P105公式( 7-21) 验算键的剪切强度: 由书P106表7-3查得不动的连接45钢,载荷平稳,=125150MPa, 且=120MPa 因为,因此所选键符合条件。 取键标记为: 2214110AGB/T 1096- 4、

23、 低速轴与联轴器的连接键 ( 1) 选择键的类型和基本尺寸 一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求, 应用平键. 根据d=60mm,查手册P53表4-1得b=18mm,h=1 , 根据键的标准长度, 选择 轴=7mm, 毂=4.4mm, R=b/2=9 ( 2) 校核键联接的强度 工作长度=90-18=72mm 由书P105公式( 7-20) 验算键的挤压强度: 计算及说明 由书P105公式( 7-21) 验算键的剪切强度: 由书P106表7-3查得不动的连接45钢,载荷平稳,=125150MPa, 且=120MPa 因为,因此所选键符合条件。 取键标记为: 181190AGB/T 109

24、6- 联轴器的选择 联轴器主要是用来连接两轴, 传递运动和转矩的部件, 也能够用于轴和其它零 件的连接以及两个零件( 如齿轮和齿轮) 的相互连接。 1、 类型选择: 为了隔离振动和冲击, 选用弹性柱销联轴器 2、 载荷计算: 考虑机器启动时的惯性力及过载等影响, 在选择和校核联轴器时, 应以计算转 矩为根据。 前面已经求得公称转矩: 查书P313表14-1,选取Ka=1.8 转矩 查手册P97表8-5,选LT10型弹性套柱销联轴器,公称转矩为 Nm,许用 转速为2300r/min。前面已经求得公称转矩: 查书P313表14-1,选取Ka=1.7 转矩 查手册P97表8-5,选LT7型弹性套柱销

25、联轴器,公称转矩为500Nm,许用 转速为3600r/min。 十一、 减速器润滑方式, 润滑剂及密封装置 1、 润滑剂及润滑方式: 润滑的目的在于减少磨损, 减少摩擦损失及发热, 以保 证减速器正常工作。对于一级圆柱齿轮减速器: (1) 由于转速较低, 因此减速器的齿轮需要采用浸油润滑,浸油深度为大齿轮的齿顶圆到油池底面的距离不小于3050mm。由手册P85表7-1选全损耗系统用油( GB 443-1989) , 代号为L-AN15, 40时的运动黏度为13.516.5, 倾点闪点( 开口) 150机以及风动电具等。由于大齿轮的圆周速度.因此减速器的滚动轴承能够用润滑脂润滑, 由手册P86表

26、7-2选取通用锂基润滑脂(GB 7324-1994),代号为ZL-1,滴点不低于170于温度在-20120 计算及说明 2、 密封性是为了保证机盖与机座连接处密封, 联接凸缘应有足够的宽度, 联接表面应精细, 其表面粗度应为6.3。密封的表面要经过刮研。而且, 凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大, 并匀均布置, 保证部分面处的密封性。 当轴伸出机体外面时, 轴承端盖通孔处必须有可靠的密封装置, 以防止润滑剂泄漏及灰尘, 水分进入轴承。此设计中选用毡圈油封, 材料为粗羊毛。 (1) 因为高速轴中, 查取手册P90表7-12 毡圈油封基本尺寸为 槽的基本尺寸为 因为低速轴中, 查取手册P90表7-12

27、 毡圈油封基本尺寸为 槽的基本尺寸为 十二、 箱体结构的设计减速器的箱体采用灰铸铁( HT200) 制成, 采用剖分式结构为了保证齿轮啮合质量, 大部分端盖分机体采用配合. 箱体本身须有足够的刚性, 以免箱体在内力或外力作用下产生过大的变形。为了增 加减速器的刚性以及散热面积, 箱体上外常加有外肋。为了便于安装, 箱体一般做成 剖分式, 箱盖与底座的剖分面应与齿轮轴线平面重合。 考虑到机体内零件的润滑, 密封散热。因其传动件速度较小于, 故采用浸油润滑, 同时为了避免油搅得沉渣溅起, 大齿轮顶圆与油底面的距离H取40mm; 为保证机盖 与机座连接处密封, 联接凸缘应有足够的宽度, 联接表面粗糙度为。3.对附件设计 A窥视孔盖和窥视孔: 在机盖顶部开有窥视孔, 是为检查齿轮啮合情况及向箱内4而设置的。不但能看到传动零件啮合区的位置, 并有足够的空间, 以便于能伸入进行操作, 窥视孔有盖, 机体上开窥视孔与凸缘一块, 便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封, 盖板用铸铁制成。 B油塞: 放油孔位于油池最底处, 并安排在减速器不与其它部件靠近的一侧, 以便放油, 平时放油孔用油塞堵住, 因此油孔处的机体外壁应凸起一块, 由机械加工成油塞头部的支承面, 并加封油圈加以密封。 计算及说明 C油标: 油标位于便于观察减速器油面及油面的稳定之处。油尺安置的部位不能