螺旋传动机械课程设计.doc

课程设计报告一、课程设计目的与要求 机械设计课程设计是机械设计课程的最后一个教学环节，其目的是：1）培养学生综合运用所学知识，结合生产实际分析解决机械工程问题的能力。2）学习机械设计的一般方法，了解和掌握简单机械传动装置的设计过程和进行方式。3） 进行设计基本技能的训练，如计算、绘图、查阅资料、熟悉标准和规范。要求学生在课程设计中1）能够树立正确的设计思想，力求所做设计合理、实用、经济；2）提倡独立思考，反对盲目抄袭和“闭门造车”两种错误倾向，反对知错不改，敷衍了事的作风。3）掌握边画、边计算、边修改的设计过程，正确使用参考资料和标准规范。4）要求图纸符合国家标准，计算说明书正确、书写工整，二、设计正文一.设计题目: 运送原料的带式运输机用的圆柱齿轮减速器 二，传动简图三，原始数据：1）螺旋筒轴上的功率P= 1.7 KW;2) 螺旋筒轴上的转速n= 30r/min (允许输送带速度误差为5)；3）工作情况：三班制连续单向运转，载荷较平稳；4) 使用折旧期：10年5）动力来源：电力，三相交流，电压380V；6）制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。四，设计工作量要求： 独立完成设计总装图一张,设计计算说明书一份和主要零件工件图2张五，传动方案的总体设计：（1），拟订传动方案： 采用二级圆柱齿轮减速器，适合于繁重及恶劣条件下长期工作，使用与维护方便。（缺点：结构尺寸稍大）高速级常用斜齿，低速级可用直齿或斜齿。由于相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度。高速级齿轮在远离转矩输入端，以减少因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均的现象。常用于载荷较平稳的场合，应用广泛。传动比范围：i = 8 40（2），选择电动机：由电动机至工作机的总传递效率为 = h 1h22h43h4。 式中各部分效率由设计资料查的：联轴器效率h1=0.992，闭式齿轮传动效率h2= 0.97（初选七级精度），一对滚动轴承的效率h3= 0.99（初选球轴承或圆锥滚子轴承），圆锥齿轮传动效率h4=0.935 。总效率 = h 1h22h43h4=0.992*0.972*0.994*0.935=0.838.电动机所需功率为Pd=Pw=1.70.838=2.029kw.选取电动机的转速为 n = 1000 ，查表17-1 ，取电动机型号为Y112M6，则所选取电动机：额定功率为2.2KW. 满载转速为 n m=940r/min.（3），.确定传动装置的总传动比及其分配；i=nm/,nw = 940/30 =31.33. .由式（2-6），i=i1i2i3 .式中i1和i2 ，存在i1 =（1.31.5）i2 ， 取i1 =1.4 i2 。i3=3.可求得i1=3.822.i2=2.73. （4），计算传动装置运动和动力参数： 1，各轴转速： 940r/min 940/3.822=245.9r/min 245/2.73=90.1r/min 2，各轴输出功率： pd*0.992=2.013kw pII=pI*0.97*0.99=1.933kw pIII= pII*0.97*0.99=1.856kw 3，个轴输出转矩： 20.451N.M 75.058N.m TIII=196.745N.m（5），设计传动零件： 取齿宽系数 =0.4 1.高速齿轮组的设计与强度校核1) 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数A. 如上图所示，选用斜齿圆柱齿轮传动，四个齿轮均为斜齿，有利于保障传动的平稳性；B. 运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB1009588）；C. 材料选择。由表101选择小齿轮材料为40（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。D. 初选小齿轮齿数=24，大齿轮齿数为=3.822*=91.7，取=91。E. 初选螺旋角=2）按齿面接触强度设计 确定公式内的数值 A. 试选 =1.6，由图1030选取区域系数 =2.433B. 由图1026查得 =0.771 =0.820 所以 =1.591C. 外啮合齿轮传动的齿宽系数 =0.5*(1+u)* =0.5(1+3.208)*0.4=1.26D. 查表106 得材料的弹性影响系数 =189.8 E. 由图1021d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限为 =600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限为 =550MPaF. 计算应力循环次数 =60nj=60*940*1*(3*8*300*10)=4.0608* 同理 =10.625* 由图1019 查得接触疲劳寿命系数 =0.91; =0.97.G. 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为 S=1 ，则 = /S=546MPa = /S=533.5MPa所以 =（546+533.5）/2=539.75MPa3）计算A. 由小齿轮分度圆直径 =33.465mmB. 计算圆周速度 v=1.65m/sC. 计算齿宽b及模数b=33.46mm = h=2.25*=3.04mm b/h=11.计算纵向重合度 =0.318tan=1.903D. 计算载荷系数 K已知使用系数=1，根据v=1.65m/s ，7级精度，由图10-8 查得动载系数=1.09；由表10-4查得查图10-13得；查表10-3得 所以 载花系数 K =2.17E. 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 F. 计算模数 圆整为2mm4) 按齿根弯曲强度设计 确定计算参数A. 计算载荷系数 K =2.06.B. 由纵向重合度=1.903，查图10-28得螺旋角影响系数=0.88C. 计算当量齿数 ；同理 =100.4.D. 查取齿形系数由表10-5查得齿形系数； 应力校正系数； =1.791E. 由图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限F. ； G. 由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 ；H. 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4；则 ； 同理=241.57MPaI. 计算大、小齿轮的，并加以比较 =0.01346； =0.0164. 所以,大齿轮的数值大5) 设计计算 =1.08mm 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取=2.0mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 来计算应有的齿数。于是有 =18； 取=24； 则=u=91.6）计算中心距 a=mm 圆整为 119 mm7）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。8）计算大、小齿轮的分度圆直径 mm 同理 =188.324mm9）计算齿轮宽度 b=49.7mm 圆整后取 =55mm10） 高速齿轮组的结构设计 齿根圆直径为 49.7-2*(1+0.25)*2=44.7mm 齿顶圆直径为 2. 低速齿轮组的设计与强度校核1) 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数A. 如前图六A所示，选用斜齿圆柱齿轮传动，四个齿轮均为斜齿，有利于保障传动的平稳性；B. 运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB1009588）；C. 材料选择。由表101选择小齿轮材料为40（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。D. 初选小齿轮齿数=24，大齿轮齿数为=2.73*=65。E. 初选螺旋角=2) 按齿面接触强度设计 确定公式内的数值A. 试选 =1.6，由图1030选取区域系数 =2.433B. 由图1026查得 =0.78；=0.86. 所以 =1.64.C. 外啮合齿轮传动的齿宽系数 =0.5*(1+u)* =0.5(1+2.318)*0.4=0.6638D. 查表106 得材料的弹性影响系数 =189.8 E. 由图1021d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限为 =600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限为 =550MPaF. 计算应力循环次数 =60nj=60*77.628*1*(3*8*300*10)=5.46* 同理 =12.96* 由图1019 查得接触疲劳寿命系数 =0.93 =0.95G. 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为 S=1 ，则 = /S=558MPa = /S=522.3MPa所以 =540.15MPa3) 计算A. 小齿轮分度圆直径所以 =53.158mmB. 计算圆周速度 v=0.684m/sC. 计算齿宽b及模数b=53.158mm = h=2.25*=4.834mm b/h=12.124D. 计算纵向重合度 =0.318tan=1.903E. 计算载荷系数 K已知使用系数=1，根据v=0.684m/s ，7级精度，由图10-8 查得动载系数=1.06；由表10-4查得查图10-13得；查表10-3得; 所以 载荷系数 K =2.11.F. 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 G. 计算模数 圆整为3mm4) 按齿根弯曲强度设计 确定计算参数A. 计算载荷系数 K =2.02B. 由纵向重合度=2.379，查图10-28得螺旋角影响系数=0.8846C. 计算当量齿数 同理 =71.22D. 查取齿形系数由表10-5查得齿形系数； 应力校正系数； =1.752E. 由图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；F. 由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 ；G. 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4；则 ； 同理=257.86MPaH. 计算大、小齿轮的，并加以比较 =0.01363; =0.01641. 大齿轮的数值大5) 设计计算 =1.629mm 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取=3.0mm，已可满足弯曲强度。 取=24; 则=u=65.6) 几何尺寸计算A. 计算中心距 a=mm ; 圆整为 138mmB. 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。C. 计算大、小齿轮的分度圆直径 mm ; 同理 =201.655mmD. 计算齿轮宽度 b=74.457mm ; 圆整后取 ; =80mm3低速齿轮组的结构设计 齿根圆直径为 66.957mm 齿顶圆直径为 4. 校验传动比 实际传动比为 总传动比 所以传动比相对误差为 (31.33-30.8)/31.33=1.7%5%.符合要求。5外部圆锥齿轮设计1）工作机工作环境为一般机械厂小批量生产，清洁度一般，且暴露在空气中，需防锈，齿根弯曲强度要高，故取8级精度，轴交角=90的标准直齿锥齿轮传动。材料为45钢，调质并氮化处理。且小锥齿轮硬度为280HBS，大锥齿轮硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 取小锥齿轮齿数； 故大锥齿轮齿数；2） 按齿根弯曲强度设计 确定计算参数J. 计算载荷系数 K =1.0*1.15*1*2.25=2.5875；K. 计算当量齿数Zv1 =19; Zv2=170.763.L. 查得齿形系数； 应力校正系数； =1.848M. 由图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ； H. 计算应力循环次数由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 ；I. 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为 S=1.5，则 = = 所以 =（540+533.5）/2=536.75MPaN. 计算大、小齿轮的，并加以比较 =0.01429; =0.01629. 所以,大锥齿轮的数值大。3） 设计计算圆整取m=6;平均模数 ；再查图10-8 有，故初步取值合适不必修正。由d5=108mm.d6=324mm;所以da1=d1+2m=120mm,Da6=d6+2m=336mm6.设计计算箱体的结构尺寸名称代号尺寸备注底座壁厚8mm箱盖壁厚8mm箱盖凸缘厚度5mm轴承座连接螺栓凸缘厚度B55mm底座加强肋厚度m8mm箱底加强肋厚度m8mm地脚螺栓直径df20mm地脚螺栓数目n4轴承座连接螺栓直径d116mm箱体内壁与齿顶圆的距离112mm底座高度b220mm箱盖高度h335mm外箱壁至轴承座端面距离l148mm轴承盖固定螺钉孔深度25mm其他圆角R2mm32mm 42mm 45mm 54mm57.632 54mm 45mm 60 30 27 85 55 13 27 A=45 T=36.18Nm 中间轴 50mm 52mm 62mm 52mm50mm34 67 10 48 42 输出轴50mm 58mm 60mm 68mm72mm 62mm 60mm43 30 27 65 10 62 37接触球轴承7000C 输入7209C 45 85 19 52 78 38.50 28.5中间7210C 50 90 20 57 83 42.8 32.0输出7212C 60 110 22 69 101 61.0 48.5连接中间轴大 d=52 A 小 d=52 A 输出轴大齿50mm A 小齿62mm A 大 l=24 T=338.159 125.244 mm L=26 T=338.159 94.590. 小 l=37 53.604 7.轴的设计计算1. 高速轴的设计与计算1) 列出轴上的功率、转速和转矩 = 2) 求作用在齿轮上的力 因已知高速级小齿轮的分度圆直径为 mm 而 圆周力 径向力 309.7N 轴向力 3) 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。由表15-3，取=120，则输入轴的最小直径显然是安装联轴器的直径处，如上图所示。为了使所选轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。查表14-1，考虑到转矩变化较小，所以取=1.5，则：联轴器的计算转矩为 所以，查标准GB/T 5014-1985，选用YL4 凸缘联轴器，其公称转矩为4 0Nm。半联轴器长L=52mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度=40mm4) 拟定轴上零件的装配方案A. 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a -轴段左端需制出一轴肩，所以取=28mm，故-段的长度就比稍短一些，现取 =38mm。由联轴器知I-II =24 mm; b 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用角接触轴承。由工作要求及=24mm，查GB/T297-1994，选择7206AC型号，其尺寸为d*D*T=30mm*62mm*16mm，a=16.4mm。故dIII-IV=dVI-VII=30mm，取齿轮距箱体内壁间距为15mm，取lIII-IV=32mm。右端滚动轴承采用轴肩进行定位，由手册上查得7206AC型轴承的定位轴肩高为9.5mm，所以 =36mm。c 经过计算知该轴是齿轮轴，轴段V-VI的直径可不计算，故取=55mm，即为齿轮的宽度。,轴第VI-VII段与轴承配合，考虑齿轮与箱体距离为15mm,故取lVI-VII =44mm. 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。d 轴向零件的周向定位联轴器与轴的周向定位采用平键联接。，在联轴器与轴联接处，选用平键8mm*7mm*30mm，联轴器与轴的配合为H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。e 确定轴上圆角和倒角尺寸 查表15-2，取轴端倒角为2 * ，各轴肩处的圆角半径见前图。5) 按弯扭合成应力校核轴的强度载荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=210.5N FNH2=611.4NFNV1=108.6N FNV2=201.1N弯矩MMH=29049N.mmMV1=14986.8N.mm MV2=9549.6N.mm总弯矩M1=M2=扭矩T1=20451N.mm进行弯钮校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。取a=0.6，轴的计算应力为：3.9MPa前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得 =60MPa，因此是安全的。.2. 中间轴的设计与计算1) 列出轴上的功率、转速和转矩 = 2) 求作用在齿轮上的力 因已知中间轴小齿轮的分度圆直径为 mm 而 圆周力 径向力 734.2N 轴向力 同时得考虑高速级齿轮的影响。3) 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。由表15-3，取=120，则 由最小直径与轴承配合，选取角接触球轴承7006AC，其尺寸同上，所以=30mm，I-II段长度由B和挡油环厚度决定，取=52mm，II-III段安装小齿轮，取=34mm。第III-IV段应为一与第II-III段有一轴肩，取dII-III=40mm,lII-III=10mmIV-V段与大齿轮配合，取dIV-V=36mm,lIV-V=48mm,V-VI段与轴承和挡油环配合，所以dV-VI=30mm,取lV-VI=50mm4）轴的校核计算. 载荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=1485N FNH2=-1288NFNV1=406.4N FNV2=-18N弯矩MMH=98752.5N.mmMV1=46041.6N.mm 总弯矩M1=扭矩T1=75058N.mm进行弯钮校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。取a=0.6，轴的计算应力为：3.9MPa前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得 =60MPa，因此是安全的。. 3.低速级轴的设计计算1) 列出轴上的功率、转速和转矩 = 2) 求作用在齿轮上的力 由作用力与反作用力的关系易知圆周力 径向力 734.2N 轴向力 3) 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。由表15-3，取=120，则 该轴的最小径显然与锥齿轮相配合，故取=34mm，锥齿轮靠轴肩定位，故取=40mm，选定圆锥滚子轴承30309，其尺寸为d*D*T=45mm*100mm*27.25mm，第III-IV段与轴承配合，所以dIII-IV=45mm，lIII-IV=50mm，lIV-V段与大齿轮配合，取=48mm。=73mm。大齿轮靠轴肩定位，取=56mm，取=12mm。=52mm, =44mm.另外段与轴承配合，取=45mm，=50mm。a4） 轴的校核计算 载荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=1733.8N FNH2=-8057.2NFNV1=-8057.2N FNV2=-4709N弯矩MMH1=204420.8N.mmMH2=496870.2 N.mmMV1=327406.1N.mm MV2=-38236.5N.mm总弯矩M1=M2=扭矩T1=196745N.mm进行弯钮校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。取a=0.6，轴的计算应力为：6.4MPa前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得 =60MPa，因此是安全的。.8.选择滚动轴承及寿命计算 1. 轴I上轴承的校核， 该轴选用轴承为7206AC轴承，其受力图如下所示 Fae=218.5N,Fr1=Fr2=查表13-7得 Fd1=0.68Fr1=161.092N Fd2=0.68Fr2=437.6N 所以 Fa1=161.6N Fa2=161.1+218.5=379.6N查表13-5，得70000AC轴承e=0.68, ,所以取X=1，Y=0. ，所以取X=1，Y=0. P1=1.5*236.9=355.4 N P2=1.5*643.6=965.4N 查表13-4取ff=0.8,查手册取C=22KN, Lh1= 以上轴承的使用寿命均大于两年，所以选用的轴承合格。2. 轴II上的轴承校核 该轴选用轴承为7006AC轴承，其受力图如下所示 Fa2=218.5N, Fa3=510.8NFae= Fa3- Fa2=292.3NFr1=1593.5NFr2=1288N 查表13-7得 Fd1=0.68Fr1=1046.9N Fd2=0.68Fr2=875.9N 所以 Fa1=292.3+875.9=1168.2 Fa2= 875.9N查表13-5，得7006AC轴承e=0.68, ,所以取X=0.41，Y=0.87 ，所以取X=1，Y=0. P1=1.5*（XFr1+YFa1）=0.41*1593.5+0.87*1168.2=1647.5N P2=1.5*（XFr2+YFa2）=1.5*1288=1932N 查表13-4取ff=0.8,查手册取C=14.5 Lh1= 该对轴承的使用寿命均大于两年，所以选用的轴承合格。3.轴III上的轴承校核已知该轴选用圆锥滚子轴承为30309，轴承其受力图如图所示Fae= Fa4- Fa5=7.6NFr1=2070.6NFr2=9332.4N查表13-5，得7006AC轴承e=0.68, Fd1=0.35Fr1=724.7N Fd2=0.35Fr2=3266.3N 所以 Fa1=Fd1=724.7N Fa2= 724.7+7.6=732.3N. 所以 ,所以取X=1，Y=0. ，所以取X=1，Y=0. P1=1.5*2070.6=3105.9N P2=1.5*9332.4=13998.6N 查表13-4取ff=0.8,查手册取C=108 Lh1= 该对轴承的使用寿命均大于两年，所以选用的轴承合格。十.选择和校核键联接键一的校核1 键一与联轴器连接，根据d=24mm,从设计知道书表12-1查得键的截面尺寸：b=8mm,h=7mm,由轮毂宽度并参考的键的长度要求取L=34mm.2. 键，轴和轮毂的材料都是钢，由表6-2查得叙用积压应力p=100120MPa,取平均值p=110MPa，键工作长度l=L-b=26mm,键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=3.5mm,由公式6-1得 p=故该键是安全的键二的校核1 键二与中间轴大齿轮连接，根据d=36mm,从设计知道书表12-1查得键的截面尺寸：b=10mm,h=8mm,由轮毂宽度并参考的键的长度要求取L=40mm.2. 键，轴和轮毂的材料都是钢，由表6-2查得叙用积压应力p=100120MPa,取平均值p=110MPa，键工作长度l=L-b=30mm,键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=4mm,由公式6-1得 p=故该键是安全的键三的校核1 键三与高速级大齿轮连接，根据d=34mm,从设计知道书表12-1查得键的截面尺寸：b=10mm,h=8mm,由轮毂宽度并参考的键的长度要求取L=70mm.2. 键，轴和轮毂的材料都是钢，由表6-2查得叙用积压应力p=100120MPa,取平均值p=110MPa，键工作长度l=L-b=60mm,键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=4mm,由公式6-1得 p=故该键是安全的键四的校核1 键四与低速级大齿轮连接，根据d=48mm,从设计知道书表12-1查得键的截面尺寸：b=14mm,h=9mm,由轮毂宽度并参考的键的长度要求取L=65mm.2. 键，轴和轮毂的材料都是钢，由表6-2查得叙用积压应力p=100120MPa,取平均值p=110MPa，键工作长度l=L-b=51mm,键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=4.5mm,由公式6-1得 p=故该键是安全的键五的校核1 键五与锥齿轮连接，根据d=34mm,从设计知道书表