机械设计课程设计-设计铸造车间碾砂机的传动装置（全套图纸）.doc

机械设计课程设计设计计算说明书 目录目录 一、课程设计任务书.- 1 - 二、传动方案的拟定.- 1 - 三、电动机的选择.- 1 - 四、确定传动装置的有关的参数.- 3 - 五、传动零件的设计计算.- 5 - 六、轴的设计计算.- 15 - 七、滚动轴承的选择及校核计算.- 20 - 八、连接件的选择- 22- 九、减速箱的附件选择.- 25 - 十、润滑及密封.- 27 - 十一、减速箱的附件选择.- 28 - 十二、课程设计小结.- 30 - 十三、参考资料.- 31 - 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 机械设计课程设计设计计算说明书 - 1 - 一、课程设计任务书一、课程设计任务书 1、设计题目 ：设计铸造车间碾砂机的传动装置 2、设计条件：使用寿命为 10 年，每日三班制工作，每年 300 个工作日， 每班工作 4 小时。允许转速偏差为 5%。 3、工作原理图： 4、已知条件： 输送带工作拉力 1.8(r/min) 输送带工作拉力 1600（n） v 机械设计课程设计设计计算说明书 - 1 - 二、传动方案的拟定二、传动方案的拟定 根据设计要求拟定了如下两种传动方案： 方案对比：方案对比： 方案方案传动方式传动方式评价评价 a 电机一级圆柱斜齿 轮输出 对轴刚度要求较大；结 构简单；有较大冲击； 外形尺寸太大。 b 电机联轴器二 级斜齿轮一级锥齿 输出 工艺简单，精度易于保 证，一般工厂均能制造， 适合于小批量生产。 根据题目要求：“连续单行运转，载荷较平稳，空载启 动：使用期 10 年，每年 300 个工作日，小批量生产，三班制 工作，每班工作四小时，运输带允许转速偏差为 5%” 。我们选 用 a 方案。 三、电动机的选择三、电动机的选择 电动机特点电动机特点 （）选择电动机类型和结构形式 电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要 直流电源。结构较复杂，价格较高，维护比较不方便。 ，因此 通常采用交流电动机。生产单位一般用三相交流电源，其中 以普通笼型异步电机应用最多。在经常启动、制动和反转的 场合（如起重机等） ，要求电机转动惯量小和过载能力大，应 选用起重及冶金用三相异步电动机型或型（绕线 型） 。电动机的额定电压一般为 380。 （）选择电机的容量 电动机的容量（功率）选得合适与否，对电动机的工作和 经济性都有影响。容量小于工作要求，就不能保证工作的正常 工作，或使长期过载而过早损坏；容量过大则电动机价格高， 能力不能充分利用，由于经常不满载运行，效率和功率因素都 较低，增加电能消耗，造成很大浪费。 选择方案 b 机械设计课程设计设计计算说明书 - 2 - （）标准电动机的容量有额定功率表示。 所选电动机的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率。 容量小于工作要求，则不能保证工作机正常工作，或使电动机 长期过载、发热大而过早损坏；容量过大，则增加成本，并且 由于效率和功率低而造成浪费。 （4）电动机的容量主要由运行时发热条件限定，在不变或 变化很小的载荷下长期连续运行的机械，只要起电动机的负载 不超过额定值，电动机便不会过热，通常不必检验和启动力矩。 按照工作机转速要求和传动机构的合理传动比范围，可以 推算电动机转速的可选范围 n=(i*i*ii)nw r/min 式中：n电动机可选转速范围，r/min 电动机类型的选择电动机类型的选择 (1)传动装置的总效率： =0.980.990.970.990.9 筒 3 联 2 轮 1 带 70.990.97=0.84 式中：（1） 1=2=3=0.99 （轴承效率） (2)电动机所需的工作功率： =2.88kw 1000 fv w p =3.43kw w d p p 电动机功率：=3.43kw d p (3)确定电动机转速 按机械设计课程设计指导书p7 表 1 推荐的传动比合 理范围，带传动传动比 ia=25，一级圆柱齿轮减速器传动比 ib=25，则总传动比合理范围为 420 故电机转速的可选范 围为： （420）（4582292） d nnia 6 . 114 可选电机：根据以上选用的电机类型，所需的额定功率及满载 机械设计课程设计设计计算说明书 - 3 - 转速，选定电动机型号 y112m-4。 其主要性能，额定功率 4kw；满载转速 1440r/min 四、确定传动装置的有关的参数四、确定传动装置的有关的参数 确定传动装置的总传动比和分配传动比确定传动装置的总传动比和分配传动比 (1)总传动比的计算。 由选定电动机满载转速和工作主动轴转速,可得传动 m nn 装置总传比 56 . 2 1 114.6 1440 n n i m n 式中：r/min； r/min。4401 m n114.6n (2)分配传动装置传动比 0a iii 式中 、分别为圆锥齿轮传动和减速器的传动比。 0 ii 为使圆锥齿轮传动外廓尺寸不致过大，初步取，则3 0 i 减速器传动比为： i=4.2 其中 12 ii i 为高速级传动比，为低速级传动比。 1 i 2 i 计算传动装置的运动和动力参数。计算传动装置的运动和动力参数。 (1)各轴的转速 0 轴 r/min1440 0 m nn 1 轴 r/min480 3 1440 1 1 i n n i 1=0.99 2=0.99 3=0.99 =0.840 =3.43kw d p 电动机型号： y112m-4 机械设计课程设计设计计算说明书 - 4 - 2 轴 r/min115 2 2 i n n 滚筒轴 r/min480 23 2 3 i n n 式中：分别为.的转速； 21,n n 电机满载转速。 0 n (2)各轴输入功率 0 轴 kw43 . 3 di pp 1 轴 kw33 . 3 1 带 i pp 2 轴 kw23 . 3 12 轮 pp 滚筒轴 =3.13kw 3 p 2 p 联 式中：pd电动机的输出功率； 、，,的输入功率； 1 p 2 (3)各轴输入转矩 电机输出转矩 n m22.75 .144 3.43 95509550 m d d n p t 轴 n m 3 di tt 66.25 轴 =268.23n m 211121 ititt iiii 滚筒轴 2121223 ititt =259.93n m in=18.84 16i 1 4.5i 2 32/9i 机械设计课程设计设计计算说明书 - 5 - 五、传动零件的设计计算五、传动零件的设计计算 5.1、高速级齿轮设计、高速级齿轮设计 5.1.1、选择齿轮材料及精度等级、选择齿轮材料及精度等级 考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮 选用 40cr 调质，齿面硬度为 240260hbs。大齿轮选用 45 钢 调质，齿面硬度 220hbs；根据教材 p210 表 10-8 选 7 级精度。 齿面粗糙度 ra1.63.2m 5.1.2、按齿面接触强度设计、按齿面接触强度设计 =1440r/min 0 n =480r/min 1 n =115r/min 2 n =3.43kw 0 p =3.33kw 1 p =3.23kw 2 p 机械设计课程设计设计计算说明书 - 6 - 由标准斜齿圆柱齿轮的设计公式： （教材 p218 式 10-21）3 21 1 ) ( 12 h eh d t t zz u utk d 确定公式内的个计算数值确定公式内的个计算数值 1）试选6 . 1 t k 2）由教材 p217 图 10-3 选取区域系数433 . 2 h z 3) 传动比；2 . 4 1 i 取小齿轮；24 1 z 大齿轮；1012 . 424 112 izz 4）初选取螺旋角14 查教材 p215 图 10-26 得，z 对应的=0.91 78 . 0 1 22 所以69 . 1 21 5) 许用接触应力 h 取失效概率为 1%，通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可 靠度要求选取安全系数安全系数 s=1.由教材 205 式 10-12 得 s kn lim 由教材 p209 图 10-21 查得： hlimz1=600mpa hlimz2=550mpa 由教材 p206 式 10-13 计算应力循环次数 n n1=60njlh=604801(3436510)=1.037 9 10 n2=n1/i=1.037/4.2=2.469 9 10 8 10 式中：n-齿轮转速； j-每转一圈同一齿面的系数； lh-齿轮的工作寿命。 由教材 p207 图 10-19 查得接触疲劳的寿命系数： khn1=0.9 khn2=0.95 h1=hlim1 khn1/s=540mpa h2=hlim2 khn2/s=522.5mpa =22.75 n m 0 t =66.25 n m 1 t =268.23n m 2 t =259.93 n iii t m 机械设计课程设计设计计算说明书 - 7 - 所以 mpa hh h 531.25 2 4 . 432468 2 21 6）小齿轮的传递转矩： 9603.3310 5 . 9510 5 . 95 55 1 ii npt = n mm 4 106.625 7）由教材 p205 表 10-7 取 d=1 8）由教材 p201 表 10-6 查得材料的弹性系数 2 1 8 . 189 mpaze 计算计算 1) 小齿轮分度圆直径，根据教材 p218 式 10-21 得： t d1 mm mmd t 48.96 ) 531.25 8 . 189433 . 2 ( 2 . 4 12 . 4 1.691 106.6256 . 12 3 2 4 1 2) 计算圆周速度 sm nd v t 1.20 100060 48048.9614 . 3 100060 11 3) 计算齿宽及模数b nt m 00.11 4.45 48.96 4.4525 . 2 1.98 24 14cos48.96cos 8.964 1 1 1 h b mh mm z d m mmdb nt t nt td 4）计算纵向重合度 903 . 1 14tan24318 . 0 tan318 . 0 1 z d 5）计算载荷系数 k 已知使用系数m/s，7 级精度。由教材50. 2, 1vka p194 图 10-8 查得动载系数的值：查得由表 hv kk410, 1 . 1 用差值法计算得： 得出： 417 . 1 426 . 1 417 . 1 4080 4049.723 h k 941 . 1 h k 由教材 p198 图 10-13 查得： 6 . 1 t k 20 1 z 433 . 2 h z 14 机械设计课程设计设计计算说明书 - 8 - 4 . 1 f k 由教材 p195 表 10-3 查得： 4 . 1 fh kk 故载荷系数： 03 . 2 42 . 1 4 . 102 . 1 1 hhva kkkkk 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由教材 p204 式（10-10a）得： mm k k dd t t 53.00 6 . 1 03 . 2 48.96 3 3 11 7）计算模数 n m mm z d mn14 . 2 24 14cos53cos 1 1 5.1.3、按齿根弯曲强度设计按齿根弯曲强度设计 由教材 p216 式（10-17）即 3 2 1 2 1 cos2 f safa d n yy z ykt m 确定计算参数确定计算参数 1）计算载荷系数 93 . 1 35 . 1 4 . 102 . 1 1 ffva kkkkk 2） 由纵向重合度从教材 p217 图 10-28 查得,903 . 1 螺旋角影响系数88 . 0 y 3）计算当量齿数 56.110 14cos 101 cos 27.26 14cos 24 cos 33 2 2 33 1 1 z z z z v v 4）查取齿形系数 由教材 p200 表 10-5 计算如下： 18 . 2 65 . 2 2 1 fa fa y y 5）查取应力校正系数 = n t 4 104.73 mm v=1.2m/s b=48.96mm =1.98mm nt m h=4.45mm b/h=11.00 机械设计课程设计设计计算说明书 - 9 - 由教材 p200 表 10-5 计算如下： 79 . 1 58 . 1 2 1 sa sa y y 6）由教材 p208 图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极 限；大齿轮的弯曲疲劳极限。mpa fe 450 1 mpa fe 320 2 7) 由教材 p206 图 10-18 取弯曲疲劳强度寿命系数 。89 . 0 ,86 . 0 21 fnfn kk 8) 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数为，1.4s 由教材 p205 式（10-12）得： mpa s k mpa s k fnfn f fnfn f 43.203 4 . 1 32089 . 0 43.276 4 . 1 45086 . 0 22 2 11 1 9）计算大小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大 f fafay y 01918 . 0 43.203 789 . 1 18 . 2 01515 . 0 43.276 579 . 1 65 . 2 2 22 1 11 f fafa f fafa yy yy 设计计算设计计算 mmmn57 . 1 017 . 0 59 . 1 201 87 . 0 14cos104.7387 . 1 2 3 2 24 对比结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于 n m 齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取=2mm，可满足弯曲 n m 强度，但为了同时满足疲劳强度，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： 取=26，5.412 2 14cos52.38cos 1 1 n m d z 1 z 则： =4.5 26=117 2 z 实际传动比 5 . 4 62 171 u 传动比误差：i-u/i=|(4.5-4.5)/4.5|=0% h l 故所选轴承可满足寿命要求。 由 7.2.3、输出轴的轴承进行寿命校核、输出轴的轴承进行寿命校核 由 查教材 p321 表 13-5 得14 . 0466 . 0 e f f r a l1=153.5mm 机械设计课程设计设计计算说明书 - 22 - x=0.4 查机械设计手册第二版第四卷 p39-81 得 y=1.5 2483.16)1181.25 . 1778.414 . 0(1)( arp yfxffp 则： = 2h l)( 60 106 p cf n t 3 6 ) 2483.16 0080200. 1 ( 6060 10 =9358503.5h h l 故所选轴承可满足寿命要求。 l2=65mm fbz=539n fdz=1616n fby=273n fdy=535n m1=106722n mm m2=54054n mm mc=119630n mm 机械设计课程设计设计计算说明书 - 23 - 八、连接件的选择八、连接件的选择 8.1、联轴器的选择、联轴器的选择 根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被连接件的安装精 度等，参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。 8.2、联轴器的设计计算、联轴器的设计计算 由于装置原动机为电动机，联轴器一端与电动机相连，其 孔径受电动机外伸轴径限制，所以选用弹性柱销联轴器 hl7 名义转矩： =9550=95504/1440=268.23nm i t i i p n 联轴器的计算转矩 tca=kat1，查教材 p351 表 14-1，取 ka=1.5 则： tca=kat3=1.5268.23=402.35nm 通过比较可知，所选联轴器合适。 8.3、键的选择计算、键的选择计算 键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应 根据键联接的结构特点，使用要求和工作条件来选择；键的尺 寸则按符合标准规格和强度要求来取定。 8.3.1联轴器与输入轴键的选择及计算联轴器与输入轴键的选择及计算 1）键联接的选择 根据联接的结构特点、使用要求和工作条件，查手册选用 圆头普通平键（a 型） ，由轴径的大小 d=22,及由教材 p106 表 6-1，选用键 gb/t 10961979 键 6630 2）键的强度校核 键、轴和轮毂的材料都是钢，由教材 p106 表 6-2 查许用 挤压应力=100120，取其平均值，=110。 p a mp p a mp 键与带轮毂键槽的接触高度 =0.56=3mmhk5 . 0 键的工作长度 t1=76000n mm d=35mm 机械设计课程设计设计计算说明书 - 24 - =408=32mmbll 由教材 p106 式 6-2 则有： =60.93 kld ti p 3 102 22243 1048.262 3 a mp p 8.3.3输出轴键的选择及计算输出轴键的选择及计算 1）键联接的选择 根据联接的结构特点、使用要求和工作条件，选用圆头普 通平键（a 型） ，跟齿轮装配段轴径 d=55mm，由教材 p106 表 4-1，选用键 gb/t 10961976 键 161036 2）键的强度校核 键、轴和轮毂的材料都是钢，由1表 6-2 查许用挤压应力 =100120，取其平均值，=110。 p a mp p a mp 键与轮毂键槽的接触高度 =0.510mm=5mmhk5 . 0 键的工作长度 =5216mm=36mmbll 则有： =83.90 kld t p 3 102 55495 1029.5652 3 a mp p ft2=1711.6n ft3=5007.6n fa2= 428.3n . 机械设计课程设计设计计算说明书 - 25 - 九、减速箱的附件选择九、减速箱的附件选择 9.1.9.1.检查孔和视孔盖检查孔和视孔盖 检查孔用于检查传动件的啮合情况，润滑状态、接触斑点 及齿侧间隙，还可用来注入润滑油，故检查孔应开在便于观察 传动件啮合区的位置，其尺寸大小应便于检查操作。视孔盖可 用铸铁、钢板或有机玻璃制成，它和箱体之间应加密封垫，还 可在孔口处加过滤装置，以过滤注入油中的杂质，如减速器部 件装配图 1。 9.2.9.2.放油螺塞放油螺塞 放油孔应设在箱座底面的最低处，或设在箱底。在其附近 应有足够的空间，以便于放容器，油孔下也可制出唇边，以利 于引油流到容器内。箱体底面常向放油孔方向倾斜 11.5， 并在其附近形成凹坑，以便于污油的汇集和排放。放油螺塞常 为六角头细牙螺纹，在六角头与放油孔的接触面处，应加封油 圈密封。也可用锥型螺纹或油螺塞直接密封。选择 m161.5 的外六角螺塞（2表 7-11） 。 9.3.9.3.油标油标 油标用来指示油面高度，应设置在便于检查及油面较稳定 之处。常用油标有圆形油标（2表 7-7） ，长形油标（2表 7- 8）和管状油标（2表 7-9） 、和杆式油标（2表 7-10）等。由 2表 7-10 得 m14 的杆式油标。 机械设计课程设计设计计算说明书 - 26 - 9.4.9.4.通气器通气器 通气器用于通气，使箱内外气压一致，以免由于运转时， 箱内油温升高，内压增大，而引起减速器润滑油的渗漏。简易 的通气器钻有丁字型孔，常设置在箱顶或检查孔上，用于较清 洁的环境。较完善的通气器具有过滤网及通气曲路，可减少灰 尘进入。 9.5.9.5.起吊装置起吊装置 起吊装置用于拆卸及搬运减速器。它常由箱盖上的吊孔和 箱座凸缘下面的吊耳构成2表 11-3。 9.6.9.6.定位销定位销 为保证箱体轴承孔的加工精度与装配精度，应在箱体联接 凸缘上相距较远处安置两个圆柱销，并尽量不放在对称位置， 以使箱座与箱盖能正确定位。选择销 gb/t 11986 a830。 机械设计课程设计设计计算说明书 - 27 - 十、润滑及密封十、润滑及密封 10.110.1、传动件的润滑、传动件的润滑 减速器传动件和轴承都需要良好的润滑，其目的是为了减 少摩檫、磨损，提高效率，防锈，冷却和散热。减速器润滑对 减速器的结构设计有直接影响，如油面高度和需油量的确定， 关系到箱体高度的设计；轴承的润滑方式影响轴承轴向位置和 阶梯轴的轴向尺寸。因此，在设计减速器结构前，应先确定减 速器润滑的有关位置。高速级齿轮在啮合处的线速度：v (前面已经计算出)，则采用浸油润滑，箱体内应有足sm27 . 2 够的润滑油，以保证润滑及散热的需要。 10.210.2、滚动轴承润滑、滚动轴承润滑 对齿轮减速器，当浸油齿轮的圆周速度 v2m/s 时，滚 动轴承宜采用脂润滑；当齿轮的圆周速度时，滚动轴 2/vm s 承多采用油润滑。由上有 v=2.27m/s 则采用油润滑。 10.310.3、密封、密封 在润滑后，为防止油外漏，故减速器需密封。则轴出来需 加密封圈，在据机械设计手册表 7-14 选择相应的密封圈。 机械设计课程设计设计计算说明书 - 28 - 十一、减速箱的附件选择十一、减速箱的附件选择 11.111.1、检查孔和视孔盖、检查孔和视孔盖 检查孔用于检查传动件的啮合情况，润滑状态、接触斑点 及齿侧间隙，还可用来注入润滑油，故检查孔应开在便于观察 传动件啮合区的位置，其尺寸大小应便于检查操作。视孔盖可 用铸铁、钢板或有机玻璃制成，它和箱体之间应加密封垫，还 可在孔口处加过滤装置，以过滤注入油中的杂质，如减速器部 件装配图 1。 11.211.2、放油螺塞、放油螺塞 放油孔应设在箱座底面的最低处，或设在箱底。在其附近 应有足够的空间，以便于放容器，油孔下也可制出唇边，以利 于引油流到容器内。箱体底面常向放油孔方向倾斜 11.5， 并在其附近形成凹坑，以便于污油的汇集和排放。放油螺塞常 为六角头细牙螺纹，在六角头与放油孔的接触面处，应加封油 圈密封。也可用锥型螺纹或油螺塞直接密封。选择 m161.5 的外六角螺塞（2表 7-11） 。 11.311.3、油标、油标 油标用来指示油面高度，应设置在便于检查及油面较稳定 机械设计课程设计设计计算说明书 - 29 - 之处。常用油标有圆形油标（2表 7-7） ，长形油标（2表 7- 8）和管状油标（2表 7-9） 、和杆式油标（2表 7-10）等。由 2表 7-10 得 m14 的杆式油标。 11.411.4、通气器、通气器 通气器用于通气，使箱内外气压一致，以免由于运转时， 箱内油温升高，内压增大，而引起减速器润滑油的渗漏。简易 的通气器钻有丁字型孔，常设置在箱顶或检查