机械课程设计说明书

PAGEPAGE15机械设计基础课程设计第15页共22页一、设计题目1、设计题目带式运输机传动系统中的展开式二级圆柱齿轮减速器2、系统简图系统简图如下图所示3、工作条件单向运转，有轻微振动，经常满载，空载启动，单班制工作（一天8小时），使用期限5年，输送带速度容许误差为±5%。4、原始数据拉力F=2.2kN速度v=09m/s直径D=300mm二、总体设计（一）、选择电动机1、选择电动机的类型根据动力源和工作条件，选用Y型三相交流异步电动机。2、确定电动机的功率1）计算工作所需的功率其中，带式输送机的效率。2）通过查《机械设计基础课程设计》表10-1确定各级传动的机械效率：V带=0.96；齿轮=0.97；轴承=0.99；联轴器=0.99。总效率。电动机所需的功率为：。由表《机械设计基础课程设计》10-110选取电动机的额定功率为3kW。3）电动机的转速选960r/min和1420r/min两种作比较。工作机的转速：现将两种电动机的有关数据进行比较如下表所示方案电动机型号额定功率/kW满载转速/传动比ⅠY132S-6396016.76ⅡY100L2-43142024.78由上表可知方案Ⅱ的总传动比过大，为了能合理分配传动比，使传动装置结构紧凑，决定选用方案Ⅰ。4）选定电动机型号为Y132S-6。查表《机械设计基础课程设计》10-111得电动机外伸轴直径D=38，外伸轴长度E=80，如下图所示。（二）、传动比分配根据上面选择的电动机型号可知道现在的总传动比i=16.76，高速级齿轮转动比，低速级齿轮传动比。（三）、传动装置的运动和动力参数1、各轴的转速计算2、各轴输出功率计算3、各轴输入转矩计算各轴运动和动力参数如下表所示参数轴名高速轴中间轴低速轴转速960201.757.3功率2.972.852.74转矩29.5134.9456.7传动比i4.763.52三、传动零件的计算（一）、高速级齿轮传动设计1、选定高速级齿轮精度等级、材料及齿数。1）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度足够。2）通过查教材表11-1选择小齿轮的材料为40MnB，调质处理，齿面硬度为241-286HBS，，大齿轮为ZG35Si，调质处理，硬度为241-269HBS，。3）选小齿轮齿数为Z1=26，则大齿轮齿数Z2=i1×Z1=26×4.76=123.76，取Z2=124，实际传动比。2、按齿面接触强度设计设计公式（1）确定公式内的各计数值1）试选载荷系数K=1.52）小齿轮传递的转矩T1=29.5N·m=29500N·mm3）通过查教材表11-6选取齿宽系数0.84）通过查教材表11-4得弹性系数5）计算接触疲劳许用应力通过查教材表11-5，取（2）计算1）试计算小齿轮分度圆的最小直径2）计算齿宽，取3）计算模数，取m=2mm实际直径4）验算弯曲疲劳强度通过查教材表11-5，取由图11-8和11-9查得，则5）齿轮的圆周速度对照表11-2可知选用8级精度是合宜的。高速齿轮各参数如下表所示名称计算公式结果/mm模数m2压力角齿数26124传动比i4.77分度圆直径52248齿顶圆直径56252齿根圆直径47243中心距150齿宽4540（二）、低速级齿轮传动的设计1、选定高速级齿轮精度等级、材料及齿数。1）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度足够。2）通过查教材表11-1选择小齿轮的材料为40MnB，调质处理，齿面硬度为241-286HBS，，大齿轮为ZG35Si，调质处理，硬度为241-269HBS，。3）选小齿轮齿数为Z1=34，则大齿轮齿数Z2=i2×Z1=34×3.52=119.68，取Z2=120，实际传动比。2、按齿面接触强度设计设计公式（1）确定公式内的各计数值1）试选载荷系数K=1.52）小齿轮传递的转矩T2=134.9N·m=134900N·mm3）通过查教材表11-6选取齿宽系数0.84）通过查教材表11-4得弹性系数5）计算接触疲劳许用应力通过查教材表11-5，取（2）计算1）试计算小齿轮分度圆的最小直径2）计算齿宽，取3）计算模数，取m=2.5mm实际直径4）验算弯曲疲劳强度通过查教材表11-5，取由图11-8和11-9查得，则5）齿轮的圆周速度对照表11-2可知选用8级精度是合宜的。低速齿轮各参数如下表所示名称计算公式结果/mm模数m2.5压力角齿数34120传动比i3.53分度圆直径85300齿顶圆直径90305齿根圆直径78.75293.75中心距195齿宽7065四、轴的设计（一）、轴的材料选择和最小直径估计根据工作条件，选定轴的材料为45钢，调质处理。轴的最小直径计算公式，C的值通过查教材表14-2确定为：C=107。高速轴因为高速轴最小直径处安装联轴器设一个键槽，因此。中间轴。低速轴因为低速轴最小直径处安装联轴器设一个键槽，因此。（二）、减速器的装配草图设计减速器草图如下图所示（三）、轴的结构设计1、高速轴1）高速轴的直径的确定：最小直径处与电动机相连安装联轴器的外伸轴段，因此：密封处轴段：滚动轴承轴段滚动轴承选取6009：d×D×B=45mm×75mm×16mm:过渡段齿轮轴段由于齿轮直径较小，所以采用齿轮轴结构。：滚动轴承段，2）高速轴各段长度的确定：：由箱体结构，轴承端盖、装配关系等确定：由滚动轴承、挡油环及装配关系等确定：由装配关系、箱体结构确定：由高速小齿轮齿宽确定：由箱体结构，轴承端盖、装配关系等确定2、中间轴1）中间轴各轴段的直径确定：最小直径处滚动轴承轴段，因此.滚动轴承选取6009d×D×B=45mm×75mm×16mm。：低速小齿轮轴段取：轴环，根据齿轮的轴向定位要求取:高速大齿轮轴段取：滚动轴承段2）中间轴各轴段长度的确定：由滚动轴承，挡油盘及装配关系取：由低速小齿轮齿宽取：轴环取：由高速大齿轮齿宽取：3、低速轴低速轴各轴段的直径确定：滚动轴承轴段，因此.滚动轴承选取6010d×D×B=50mm×80mm×16mm。：低速大齿轮轴段取：轴环，根据齿轮的轴向定位要求取:过度段取，考虑挡油盘的轴向定位取：滚动轴承段：封密轴段处，根据联轴器的定位要求以及封面圈的的标注，取：最小直径，安装联轴器的外伸轴段2）低速轴各轴段长度的确定：由滚动轴承、挡油盘以及装配关系等确定取：由低速大齿轮齿宽取：轴环取：由装配关系和箱体结构取：滚动轴承、挡油盘以及装配关系：由箱体结构，轴承端盖、装配关系等确定：五、轴的校核（低速轴）1、低速轴的受力分析圆周力、径向力、轴向力大小如下：2、低速轴的受力情况如下图所示3、求垂直面的支承反力4、求水平面的支承反力5、绘制垂直面的弯距图如下图所示=364.34×0.0595=21.68N.m=731.74×0.1195=87.44N.m6、绘制水平面的受力与弯距图如下图所示7、求合成弯距8、危险截面的当量弯距由下图可见，截面a-a最危险，其转距当量弯距如认为轴的扭切应力是脉动循环变力，取折合系数=0.6，代入上式9、计算危险截面处轴的直径轴的材料为45钢，调质处理，由教材14-1查得=650MPa，由表14-3查得=60MPa≥＝考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大5%，故d=1.05×38.02=39.92mm<44mm故轴符合强度要求。六、键的选择（一）、高速轴键的选择高速轴上只有安装联轴器的键。根据安装联轴器处直径d=38㎜，通过查《机械设计基础课程设计》表10-33选择普通平键。选择的键尺寸：b×h=12×8（t=5.0，r=0.25）。标记：键12×8GB/T1096-2003。键的工作长度L=44mm,键的接触高度k=0.5h=0.5×8=4mm，传递的转矩。按表6-2差得键的静连接时需用应力则所以高速轴上的键强度足够。（二）、中间轴键的选择中间轴上的键是用来安装齿轮的，因此选用圆头普通平键。因为高速大齿轮齿宽B=40mm，轴段直径d=48mm，所以通过查《机械设计基础课程设计》表10-33选用b×h=14×9（t=5.5，r=0.25），标记：键14×9GB/T1096-2003。低速小齿轮齿宽B=70，轴段直径d=48，所以选用b×h=14×9（t=5.5，r=0.25），标记：键14×9GB/T1096-2003。由于两个键传递的转矩都相同，所以只要校核短的键。短键的工作长度L=36m,键的接触高度k=0.5h=0.5×9=4.5mm，传递的转矩则故轴上的键强度足够。（三）、低速轴键的选择低速上有两个键，一个是用来安装低速级大齿轮，另一个是用来安装联轴器。齿轮选用圆头普通平键，齿轮的轴段的直径d=95mm，轮宽B=130mm，通过查表《机械设计基础课程设计》表10-33选用b×h=14×9（t=5.5，r=0.25）标记：键14×9GB/T1096-2003。键的工作长度L=59mm,键的接触高度k=0.5h=0.5×9=4.5mm，传递的转矩则故安装齿轮的键强度足够。安装联轴器的键用单圆头普通平键，轴直径d=45mm，所以选键b×h=14×9。标记：键14×9GB/T1096-2003。键的工作长度L=78mm,键的接触高度k=0.5h=0.5×=4.5mm，传递的转矩则故选的键强度足够。七、滚动轴承的选择（一）、高速轴轴承的选择根据载荷及速度情况，选用深沟球轴承。由高速轴的设计，根据，查《机械设计基础课程设计》表10-35选轴承型号为6009。（二）、中间轴轴承的选择根据载荷及速度情况，选用深沟球轴承。由中间轴的设计，根据，查《机械设计基础课程设计》表10-35选轴承型号为6009。（三）低速轴轴承的选择根据载荷及速度情况，选用深沟球轴承。由低速轴的设计，根据，选轴承型号为6010。八、联轴器的选择根据工作要求，为了缓和冲击，保证减速器的正常工作，输出轴（低速轴）选用凸缘联轴器，考虑到转矩变化小，取，则按照计算转矩小于联轴器公称转矩的条件，查《机械设计基础课程设计》表10-41，高速轴选用YL7联轴器，公称转矩，孔径d=38mm，L=60mm，许用转速n=7600r/min，故适用;低速轴选用YL10联轴器，公称转矩，孔径d=45mm，L=84mm，许用转速n=6000r/min，故适用。九、箱体的设计箱体各部分尺寸关系如下表所示名称符号尺寸关系mm箱座壁厚δ10箱盖壁厚δ18.5箱盖凸缘厚度b112.75箱座凸缘厚度b15地脚螺钉直径dfM16地脚螺钉数量n6轴承旁联结螺栓直径d1M16盖与座联接螺栓直径d2M8联接螺栓d2的间距L轴承端盖螺钉直径d3M10检查孔盖螺钉直径d4M4定位销直径d8大齿轮齿顶圆与箱体壁的距离L1轴承座轴承盖外径D1D2D3125125130箱体外壁到轴承座端面的距离L2凸缘尺寸C1C21614箱坐上的肋厚m18.5十、润滑、密封的设计1、润滑因为齿轮的速度都比较小，难以飞溅形成油雾，或难以导入轴承，或难以使轴承浸油润滑。所以，减速器齿轮选用润脂脂润滑的方式润滑。1、密封为了防止泄漏，减速器的箱盖与箱体接合处和外伸轴处必须采取适当的密封措施。箱体与箱盖的密封可以通过改善接合处的粗糙度，一般为小于或等于6.3，另外就是连接箱体与箱盖的螺栓与螺栓之间不宜太大，安装时必须把螺栓拧紧。外伸轴处的密封根据轴的直径选用国家标注U型密封圈。1、齿轮设计中出现的问题齿轮设计中首先遇到的是齿数和模数的决定。后来，通过与同学们的互相讨论。为使工作机运转平稳，应尽量把模数取小，齿数增大，这样也便于加工，且运动过程中噪声、振动均小。2、轴设计中出现的问题轴的设计过程中，开始是按顺序先设计Ⅰ轴，但是在设计中Ⅰ轴的轴向尺寸定不下来，这是因为Ⅰ轴的尺寸与Ⅱ轴和Ⅲ轴的尺寸和结构有关，故应先把第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的结构设计排列在一张纸上，综合考虑才能正确把握各轴的轴向定位。由于设计过程中开始没有注意到Z2的齿顶圆应≥到Ⅲ轴外端的距离这一条件，导致设计后，这一要求不符合。解决办法是重新确定齿数，加大各轴中心距以满足这一要求。从这里我注意到：设计过程中综合考虑全盘布局是十分重要的，否则会顾此失彼。因此，必须继续努力学习，培养设计习惯，提高计算能力和操作能力。通过这次课程设计，使我更加深入地了解了机械设计这一门课程。机械设计不仅仅是一门课，我们必须通过理论接合实际，深入地去了解其中的概念和设计过程，这样我们不但学到了理论知识，而且有助于提高我们的综合素质。这次设计不但涉及到我们学过的《机械设计基础》、《画法几何及机械制图》、《理论力学》、《材料力学》、CAD制图等知识，还涉及到我们还没学过的《公差与配合》等。可见，机械设计是一门广泛综合的课程，单单靠教材学