[工学]课程设计实验报告.doc

上海工程设计大学机械课程设计 机械设计课程设计 课题名称：铸工车间自动送砂带式运输机传动装置设计 院系： 材料工程学院 学 号： 053110236 姓 名： 吴刚 指导教师： 滕兵 完成日期： 2013年1月21日 课程设计目录一课题分析1 1.1 题目1 1.2 任务1 1.3 传动方案1 1.4 参数设计1 1.5 其他条件1 二传动方案-1 2.1 电动机的选择2 2.2 传动比分配3 2.3 各轴转速，传递功率及转矩42.4 联轴器5 3 各级传动-63.1V 带传动-63.2 齿轮传动设计8 4 轴及轴毂连接-12 4.1低速轴的结构设计124.2高速轴的结构设计13 4.3减速器各轴强度验算14 4.4键联接工作能力验算17 5 轴承-205.1 减速器各轴所用轴承-20 5.2 高速轴轴承的寿命验算-20 六减速器的润滑与密封22 6.1齿轮传动的润滑-226.2轴承的润滑-226.3减速器的密封-227 减速器箱体及其附件的设计227.1 箱体设计237.2 主要附件设计248 小结279 参考书目28设 计 计 算 及 说 明结果一1.11.21.31.41.5二2.12.1.12.1.22.12.22.2.12.2.22.32.3.12.3.22.3.32.3.42.42.4.12.4.22.4.3三3.13.1.13.1.23.23.2.13.2.23.2.33.3.4四4.14.1.14.1.24.24.2.14.2.24.34.4五5.15.2六6.16.26.3七7.17.27.3八.九课题分析：题目：铸工车间自动送砂带式运输机传动装置设计任务：减速器装配图（1 号）1 张低速轴工作图（3 号）1 张大齿轮工作图（3 号）1 张设计计算说明书 1 份传动方案：设计参数：传动带鼓轮转速：n=160r/min鼓轮轴输入功率：P=4kw使用期限：9 年其他条件：双班制工作，连续单乡运转，有轻微振动，室内工作，有粉尘，小批量生产，底座（为传动装置的独立底座）用型钢焊接。传动方案：电动机的选择电动机类型的选择按照工作要求和条件，选用 Y 系列三相异步电动机。其中选用的 Y（IP44）小型三相异步电动机为一般用途笼型封闭自扇冷式电动机，具有防止回程或其他杂务侵入的特点，B 级绝缘，可 采用全压或降压启动。其工作条件为：环境温度-15+40， 相对湿度不超过 90%，海拔高度不超过 1000 米，电源额定电压 380 伏，频率 50Hz，常用于对启动性能，条速性能及转差绿均 无特殊要求的机器或设备。其具有结构简单，工作可靠，价格低 廉，维护方便的优点。 电动机容量的选择： （1）电动机所需的工作功率 Pd 由书2 P7 式 2-4 Pd=Pw/其中：Pw鼓轮轴输入功率，已知 Pw=4kw，由书2 P7表2-4查取V带传动效率1=0.940.97，滚动轴承的效率2=0.98 0.995,齿轮传动效率3=0.960.98，联轴器的效率4=0.99 0.995，则传动装置的总效率为 =134=0.95(0.98)0.980.99=0.885 则 Pd=Pw/=4.0/0.885= 4.52KW电动机的额定功率 Ped 使 PdPed 由2P196 表 20-1 确定电动机额定功率为 Ped=5.5kw （2）电动机转速的选择：由书2P8 式 2-6 nd=（i1i2）nw式中：nd电动机转速可选范围，由书2P4 表 2-1 查取 V带传动的传动比范围 i1=24，单级圆柱齿轮传动比范围i2 =36已知：nw=160r/min 则 nd=160（2346）=9603840 r/min 综合考虑电动机和传动装置的尺寸，重量，价格和带传动，减速 器的传动比，宜选同步转速为 1500r/min 电动机型号及安装尺寸的确定：已知 Ped=5.5kw，同步转速 nd=1440r/min由书2P196 表 20-1，选定电动机型号为 Y132S-4型号额定功率（kw）满载转速（r/min）Y132S-45.514402.22.3该电动机的技术数据如下传动比分配：总传动比的确定： 已知：电动机的满载转速 nm=1440 传送带的鼓轮转速 n=160r/min 则传动装置的总传动比 i=nm/n=1440/160=9各级传动比的分配： 由书2P4 表 2-1 可知 V 带传动的传动比 i1 的推荐值为24，同时，考虑到 i1 增大， 将使带轮传递的转矩增大，这对传动能力较小的带传动是极为不 利的，而且带传动在传递相同的转矩时，对结构尺寸大小较其他 传动形式大，i1 过大将导致带传动结构明显增大，使整个传动装 置显的笨重；但 i1 过小又会使齿轮传动比 i2 过大，导致大齿轮尺 寸过大，齿轮中心距过大，也不利于结构紧凑，综合以上原因， 经反复验算，确定 i1=2.1则齿轮传动的传动比 i2= i/ i1=9/2.1=4.29总传动比 iV 带传动的传动比 i1齿轮传动的传动比 i292.14.29各轴转速，传递功率及转矩本传动装置采用通用算法（即按电动机的额定功率 Ped作为电动机的处处功率 Pd计算）各轴的转速：nd（电机轴）=nm=1440r/minn（高速轴）= nm/ i1=1440/2.1=686r/minn（低速轴）= nm/ i1i2=1440/2.14.29=160r/min nw（鼓轮轴）= n=160r/min 各轴传递的功率：Pd=Ped=5.5kw P= Ped1=5.50.95=5.23kw P=P23=5.230.980.98=5.02kw 各轴的转矩：电动机轴：T0 9.55106P0 /n0 9.551065.5/144036475.7Nmm高速轴： T9.55106P/n9.551065.23/685.772840.2Nmm低速轴： T9.55106P/n9.551065.02/160299631.3Nmm各轴数据总表：轴P（kW）n(r/min)T（Nmm）电动轴O5.5144036475.7高速轴I5.23685.772840.2低速轴II5.02160299631.3联轴器： 类型的选择：由于此轴系传动属于对缓冲要求不高的中，底速轴系传动， 而且两轴之间无精确的定位基准，因而要求所选联轴器具备一定 的轴向和径向的补偿量，现选用弹性柱销联轴器。 联轴器型号的选择：由书2P164表17-4选择HL3联轴器40112GB501485型(Y型主动端：d1=40mm，Y 型轴孔，L1=112mm A 型键槽 从动端：d2=40mm，Y 型轴孔，L1=112mm A 型键槽传动方案说明：“传动装置平面布置简图”和“传动装置主要设计参数”已 在第一部分课题分析中详尽给出，在此就不再叙述，以下主 要是针对电动机类型和传动链的结构组成等方面对传动方案的 可行性和使用性作简要论述。 本方案选用Y系列三相异步电动机，因为Y系列电动机高 效，节能，启动转矩高，噪声低，振动小，运行安全可靠，并且 安装尺寸和功率等级符合国际标准，符合本方案的设计要求。 本方案采用 V 带传动和一级齿轮传动减速，其中V带传动设置在高速级，齿轮传动设置在低速级。 将高速级设置为 V 带传动是因为： （1） V 带具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动，将其 设置在高速级（第一级减速）有利于发挥这一优势。 （2） 带传动的承载能力较小，传递相同的转矩对结构尺寸 较其他传动形式大，考虑到结构紧凑，应将 V 带传 动设置在转矩相对较小的高速级。 （3）过载时带与带轮间会出现打滑，打滑虽使传动失效， 但可防止损坏电动机等其它部件。 采用单级闭式斜齿圆柱齿轮传动是因为： （1）与直齿轮相比，斜齿圆柱齿轮传动的重合度较大，同时相啮合的轮齿较多，齿轮的接触线是倾斜的，而且 在法面内斜齿轮的当量齿轮的分度圆半径也较大，因 此斜齿轮的接触应力和弯曲应力均比直齿轮有所降 低，既承载能力高于直齿轮，传递相同的转矩，在保 证强度要求的情况下，斜齿轮传动比直齿轮传动结构 更紧凑，同时斜齿轮传动还具有传动平稳的优点。 （2）因考虑到工作环境有粉尘，故使用闭式传动。 （3） 斜齿轮采用软齿面是考虑到本专职主要在小功率，小转矩条件下工作，在保证足够强度的条件下，采用软齿面可简化齿轮加工工艺。 综上所述，从设计任务书给顶的条件来看，本方案具有合理 性和可行性。 各级传动：V 带传动：原始数据：电动机功率：Pd=5.5kw电动机转速：nd=1440r/minV 带传动理论传动比：i1=2.1V 带传动主要参数的确定:(1)确定计算功率Pc由课本P218表13-8“工作情况系数KA”查得KA=1.2故Pc=KAP=1.2 5.5=6.6kW (2)选取普通V带型号 根据Pc=6.6kW，n1=1440r/min,由课本P219图13-15，确定选用A型。(3)小带轮基准直径d1及大带轮基准直径d2选择d1=112mm,d2= (n0 /n1)*d1 *(1-)= i带*112*(1-0.02) =230mm由表13-15取d2=224mm误差=d/d2=(230-224)/230100%=2%5% 故允许。 (4)验算带速VV=(d1n1)/(601000)=8.44m/s, 在525m/s范围内，带速合适。(5)V带内周长度Ld和中心距a0.7(d1+d2)a02(d1+d2)235.2mma0120主动轮包角合适(7)V带根数z, 由式13-15得 z =Pc/P0 = Pc/( P0+P0) KKL 由n0=1440r/min,d1=112mm, i带=2.1查表13-3用内插法得：P0=1.61kW (教科书P203页)由表13-4得： P0=0.17kW查表13-5得 K=0.96, 查表13-6得 KL=0.96（教科书P205表13-5）则Z=Pc/(P0+P0) KKL=6.6/(1.61+0.17) 0.970.96=3.984,故满足条件。 则取Z=4根（圆整）式中： P0 单根V带的基本额定功率； P0单根V带额定功率增量； K 包角系数； KL 长度系数。带传动主要参数:带型KAZZ(根)d1(mm)d2(mm)a(mm)FQA1.23.9841122244331277（8）带轮结构设计：由于带轮低速运转（V30m/s），所以采用铸铁材料，常用材料的牌号为HT150或HT200齿轮传动设计： 齿轮的设计计算1、齿轮传动设计计算（1）选择齿轮类型、材料、精度等级及齿数1选用斜齿圆柱齿轮传动。2选用软齿面、闭式传动。由课本P166167表11-1得大齿轮：45钢，正火处理HBS=156217; Hlim1=350400 MPa FE1=280300 MPa取HBS=181 Hlim1=378 MPa FE1=300 MPa小齿轮：45钢，调质处理HBS=197286; Hlim1=550620 MPa FE1=410480 MPa取HBS=251 Hlim1=575MPa FE1=450 MPa查课本P171表11-5“最小安全系数SH,SF的参考值”得 SH=1.0 SF=1.25H1=Hlim1/SH=575/1.0=575MPaH2=Hlim2/SH=378/1.0=378MPaF1=FE1/SF=450/1.25=360 MPaF2=FE2/SF=300/1.25=240 MPa3初选精度等级9级。4初选小齿轮齿数：Z1=31大齿轮齿数：Z2=i齿轮*Z1=133实际传动比为i=133/31=4.29035选取螺旋角=14按齿面接触强度设计载荷系数K:查课本P169表11-3“载荷系数K”得 K=1.5齿宽系数d：查课本P175表11-6“齿宽系数d”得 d=0.8小齿轮上的转矩T1：T1=72840N.mm齿形系数和齿根修正系数：ZV1 =Z1/cos3=31/cos314=33.94ZV2 =Z2/cos3=133/cos314=159.38查P173图11-8“外齿轮的齿形系数YFa”与P174图11-9“外齿轮的齿根修正系数YSa”得YFa1=2.50 YSa1=1.66 YFa2=2.16 YSa2=1.82弹性系数ZE：由课本P171表11-4“弹性系数ZE”得ZE=188.9节点区域系数ZH：对于标准齿轮ZH=2.5螺旋角系数Z：Z=cos1/2=cos141/2=0.985小齿轮分度圆直径d1：d1(2KT1/d)*(u+1)/u*(ZEZHZ/H1)21/3 =(21.572840/0.8*(4.29+1)/4.29*(188.92.50.985/37821/3 =79.9mm 法向模数m n： m n= d1cos14/z1=2.5由课本P57表4-1“标准模数系列”取m n =2.5中心距a：a= m n (Z1+Z2)/2cos=211.3mm取 a=211mm确定螺旋角 = arccos m n (Z1+Z2)/2a)=13.6964=134147与初选值相比绝对误差在正负1内,符合要求。齿轮分度圆直径 d1= m n *Z1/cos=79.768mm 取d1=80mm d2= m n *Z2/cos=342.23mm 取d2=342mm齿宽b： b=d * d1=0.8*80=64mm取b2=65mm,b1=70mm齿顶圆及齿根直径 查课本P58表4-2“渐开线圆柱齿轮的齿顶高系数和顶隙系数”得ha*=1.0 c*=0.25齿顶高 ha=ha*m n = 1.0* 2.5= 2.5mm 齿底高 hf=（ha*+c*）m n =(1.0+0.25) *2.5=3.125mm 全齿高 h=ha+hf=2.5+3.125=5.625mm小齿轮：齿顶圆直径 da1=d1+2ha=80+2*2.5=85mm齿根圆直径 df1=d1-2hf=80-2*3.125=73.75mm大齿轮: 齿顶圆直径 da2=d2+2ha=342+2*2.5=347mm齿根圆直径 df2=d2-2hf=342-2*3.125=335.75mm 验算齿轮弯曲强度F1=2KT1*YFa1YSa1/(bdmn) F1F2=2KT1*YFa2YSa2/(bdmn) 31.0mm强度满足要求,合适键联接工作能力验算：1.高速轴A.高速轴轴端的键(1)类型及尺寸选择 轴的直径为28mm 由书2P140 表14-1 查得：应选用 键840GB1096-79(2).强度校核 已知：T1=72.8Nmd=28mm，h=7mm,L=40mm,b=8mm键的工作长度l=Lb=408=32mm则由书1 P158 10-26 式得：p=4T1/dhlpp=4*72800/(28*7*32) =46.4MPa由书1 P158 表10-10 查得：键为45 钢，带轮轮毂材料为铸铁，载荷性质为轻微冲击时，键联接的许用挤压应力p=（5060）MPa所以pp所以该键满足强度要求2.低速轴A、低速轴轴端的键： (1)类型及尺寸选择 轴的直径为40mm 由书2P140 表14-1 查得：应选用 键1290GB1096-79(2).强度校核 已知：T2=299.6Nmd=40mm，h=8mm,L=90mm,b=12mm键的工作长度l=Lb=9012=78mm则由书1 P158 10-26 式得：p=4T2/dhlpp=4*299600/(40*8*78) =48MPa由书1 P158 表10-10 查得：键为45 钢，带轮轮毂材料为铸铁，载荷性质为轻微冲击时，键联接的许用挤压应力p=（100120）MPa所以pp所以该键满足强度要求B. 齿轮与轴联接的键：(1)类型及尺寸选择 轴的直径为60mm 由书2P140 表14-1 查得：应选用 键1845GB1096-79(2).强度校核 已知：T2=299.6Nmd=60mm，h=11mm,L=45mm,b=18mm键的工作长度l=Lb=4518=27mm则由书1 P158 10-26 式得：p=4T2/dhlpp=4*299600/(60*11*27) =67.3MPa由书1 P158 表10-10 查得：键为45 钢，带轮轮毂材料为铸铁，载荷性质为轻微冲击时，键联接的许用挤压应力p=（100120）MPa所以pp所以该键满足强度要求轴承：减速器各轴所用轴承：由于高速轴和低速轴所用的轴承主要承受径向载荷，同时也要承受一定的轴向载荷，且安装时允许有少许的角偏差，故均选用深沟球轴承。由书2 P145 表15-3 查得：所在轴高速轴低速轴轴承型号63086311外形尺寸（mm）d4055D90120B2329安装尺寸（mm）D1min4865D2MAX80110ramax1.52高速轴轴承的寿命验算：已知 高速轴的支撑反力FH1= FH2=910.5NFv1=466.7NFv2= 215.3NFF1=1168.3NFF2=2445.3N则高速轴轴承的径向力Fr1= =1871.4NFr2= =2812.1N高速轴轴承的轴向力Fa1=Fa2=Ft1*tan=1821*tan13.69=443.6N求当量动载荷：P=X Fr+Y Fa由书2P144 表15-3 得Fa/C0r=443.6/22200=0.020, e 在0.190.22 运用插值法得e=0.20轴承1：Fa/Fr=443.6/1871.4=0.237e,则X=0.56 Y=2.1(教材P280表16-11)P=XFr+YFa=(0.561871.4+2.1443.6)N=1980N轴承2：Fa/Fr=443.6/2812.1=0.15e,则X=1 Y=0(教材P280表16-11)P=Fr=2812.1N由书1 P279 表16-8 查得 温度系数ft=1由书1P279 表16-9 查得载荷系数fp=1.1=() =24932h若按1 年260 天计算（每天 小时）则Lh/9/260=10.6年所选轴承符合要求减速器的润滑与密封： 齿轮传动的润滑本减速器齿轮圆周速度为：V=d1nI/(60*1000) =2.87m/s 齿轮的圆周速度小于12m/s，所以采用浸油润滑。此外，传动件内浸入有油的深度要求适当，油池必须保持在一定的深度。机座内装中负荷工业齿轮油N320润滑油（GB5903-86）至规定高度。轴承用深沟球承脂；密封采用毡圈密封，特点是结构简单、价廉，但磨损较快，寿命短，用于脂润滑。轴承的润滑由于d1*n1160000，所以轴承采用脂润滑。（d1轴承内径，n轴的转速）查书2表13-10 减速器的密封本减速器所采用的密封件是毡圈密封圈。密封方式是接触式密封。本减速器在轴承旁还设置了挡油圈。减速器箱体及其附件： 箱体结构形式及材料本减速器采用剖分式箱体，分别由箱座和箱盖两部分组成。用骡栓连接起来，组成一个完整箱体。剖分面与减速器内传动件轴心线平面重合。此方案有利于轴系部件的安装和拆卸。剖分接合面必须有一定的宽度，并且要求仔细加工，以保证箱体刚度。在轴承座处设有加强肋。箱体底座要有一定宽度和厚度，以保证安装稳定性和刚度。减速器箱体用HT200制造。铸铁具有良好的铸造性能和切削加工性能，成本低。铸造箱体多用于批量生产。箱体结构尺寸1.基本箱体参数(课程设计书P17表3-1)箱座壁厚与箱盖壁厚在确定为10mm箱体凸缘厚度：箱座b=1.5=15mm, 箱盖b1=1.5=15mm,箱底座b2=2.5=25mm加强肋厚：箱座m=0.85=0.85*10=8.5mm，箱盖m1=0.851=0.85*10=8.5mm地脚螺钉直径：df=0.036a+12=0.036*211+12=19.6， 取公称直径为20mm地脚螺钉数目：n=4轴承旁联接螺栓直径： d1=0.75df=14.7mm, 取为M16箱盖、箱座联接螺栓直径：d2=(0.50.6)df=(9.811.8)mm取为M10观察孔盖螺钉直径：M6 4个箱体主要机构尺寸：名称符号尺寸箱座壁厚10mm箱盖壁厚110mm箱体凸缘厚度b15mmb115mmb225mm加 强肋 厚m8.5mmm18.5mm地脚螺钉直径和数目df20mmn4轴承旁联接螺栓直径d116mm箱盖、箱座联接螺栓直径d210mm观察孔盖螺钉直径d46mmdf、d1、d2至箱体外壁距离；df、d2至凸缘边缘的距离C1、C2螺 栓直 径M10M16M20C1(mm)162226C2(mm)142024主要附件1.窥视孔和视孔盖为便于观察齿轮啮合情况及注入润滑油，在箱体顶部设有窥视孔。为了防治润滑油飞出及密封作用，在窥视孔上加设视孔盖。规格: A：120; A1：150; A0：135; d4：M6;h：6; 2.油标尺为方便的检查油面高度，保证传动件的润滑，将油面指示器设在低速级齿轮处油面较稳定的部位，可以及时泄润滑油。规格：油标尺 M20尺寸：dd1d2d3HabcDD1M20620842151063226具体图表详见与蓝皮书P78，表9-14 油标尺.3.定位销保证拆装箱盖时，箱盖箱座安装配合准确，且保持轴承孔的制造精度，在箱盖与箱座的联接凸缘上配两个定位销。2个 GB117-86 A5 X 504.起吊装置 减速器箱体沉重，采用起重装置起吊，在箱体上装有吊环螺钉。为搬运整个减速器，在箱两座凸缘处铸有吊耳。A箱盖吊耳尺寸（mm）：d=25，R=30，e=25，b=20B箱座吊耳尺寸（mm）：B=50，H=40，h=20，r2=12.5，b=20箱座吊耳6.通气器减速器工作时箱体内温度升高，气体膨胀，箱内气压增大。为了避免由此引起的密封部位的密封性下降造成润滑油向外渗漏，多在视孔盖上设置通气器，使箱体内的热膨胀气体能自由逸出，保持箱体内压力正常，从而保证箱体的密封性。规格：M24 （课程设计书P76页）尺寸D：55mm；D1：36.9mm；S：32mm；c：20mm；h1：22mm；a：15mm；d1：M48*1.5 7.放油孔和螺塞为了排出油污，在减速器箱座底部设有放油孔，并用方油螺塞和密垫圈将其堵住。外六角油塞及封油垫：mm （课程设计书P79页表9-16）尺寸：d：M20*1.5；D0：30；e：25.4；L：28；l：15；a：4；S：22；d1：22；H：2外六角油塞及封油垫8.轴承盖（课程设计数P77）mm高速轴：轴承外径D：90；螺钉直径d3：8；螺钉数：4；d0