铸造车间型砂输送设备的传_动装置的设计.doc

24 学 号： 201330140108湖北理工学院课 程 设 计题 目铸造车间型砂输送设备的传动装置的设计教 学 院机电学院专 业汽车运用技术(专)班 级13汽车专姓 名李响指导教师田晓君 袁焕2015年9月17日目 录一、确定传动方案1二、选择电动机1 （1）选择电动机1 （2）计算传动装置的总传动比并分配各级传动比2 （3）计算传动装置的运动参数和动力参数3三、传动零件的设计计算4 （1）普通V带传动4 （2）圆柱齿轮设计8四、低速轴的结构设计10 （1）轴的结构设计10 （2）确定各轴段的尺寸11 （3）确定联轴器的型号13 （4）按扭转和弯曲组合进行强度校核14五、高速轴的结构设计17六、键的选择及强度校核17七、选择轴承及计算轴承寿命18八、选择轴承润滑与密封方式20九、箱体及附件的设计21 （1）箱体的选择21 （2）选择轴承端盖21 （3）确定检查孔与孔盖21 （4）通气器21 （5）油标装置21 （6）螺塞21 （7）定位销21 （8）起吊装置21十、设计小结22十一、参考书目2320152016学年第1学期机械部件设计课程设计任务书设计名称铸造车间型砂输送设备的传动装置的设计班级13汽车专地点 J4-108一、课程设计目的课程设计是机械设计基础课程重要的实践性教学环节。课程设计的基本目的是：1综合运用机械设计基础和其它先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。2通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意见，熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。3通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。二、课程设计内容课程设计的内容主要包括：分析传动装置的总体方案；选择电动机；传动系统计算；传动零件、轴、轴承、联轴器等的设计计算和选择；装配图和零件图设计；编写设计计算说明书。课程设计中要求完成以下工作：1减速器装配图1张(A1图纸)；2减速器零件图2张(A3图纸)；3设计计算说明书1份。（一）设计数据原始数据123456运输带拉力F(N)300028002700260026002500运输带速度V(m/s)1.82.22.42.52.62.7滚筒直径D(mm)300330340350360380（二）工作条件该传动装备单向传送，载荷平稳，空载起动，两班制工作，使用期限10年（每年按300天计算），运输带容许速度误差为5%。（三）运动简图（四）设计计算说明书内容0、封面（题目、班级、姓名、学号、指导老师、时间）1、目录（标题、页次）2、设计任务书（装订原发的设计任务书）3、前言（题目分析、传动方案的拟订等）4、电动机的选择，传动系统计算（计算电动机所需的功率、选择电动机、分配各级传动比，计算各轴转速、功率和扭矩）5、传动零件的设计计算（确定带传动，齿轮传动的主要参数）6、轴的设计计算及校核7、轴承的选择和计算8、键联接的选择和校核9、联轴器的选择10、箱体的设计（主要结构和设计计算及必要的说明）11、润滑和密封的选择、润滑剂的型号及容量、减速器的附件及说明12、设计小结（设计体会、本次计的优缺点及改进意见等）13、参考资料（资料的编号 ，作者，书名，出版单位和出版年、月）三、进度安排第1周 周一 电动机的选择和传动系统计算、带传动的设计计算周二 齿轮传动的设计计算、低速轴的设计周三 高速轴的设计，校核一根轴。轴承的选择、联轴器的选择周四 轴承的校核、普通平键的选择及校核、箱体的结构设计、润滑材料、润滑方式和密封型式的选择周五 画减速器装配图第2周 周一 画减速器装配图周二 画减速器装配图周三 画零件图周四 整理、装订计算说明书周五 答辩四、基本要求课程设计教学的基本要求是： 1能从机器功能要求出发，分析设计方案，合理地选择电动机、传动机构和零件。2能按机器的工作状况分析和计算作用在零件上的载荷，合理选择零件材料，正确计算零件工作能力和确定零件主要参数及尺寸。3能考虑制造工艺、安装与调整、使用与维护、经济性和安全性等问题，对零件进行结构设计。4. 绘图表达设计结果，图样符合国家制图标准，尺寸及公差标注完整、正确，技术要求合理、全面。5. 在客观条件允许的情况下，初步掌握使用计算机进行设计计算和使用计算机绘制装配图、零件图的方法。机械基础教学部前 言设计目的:机械设计课程是培养学生具有机械设计能力的技术基础课。课程设计则是机械设计课程的实践性教学环节，同时也是高等工科院校大多数专业学生第一次全面的设计能力训练，其目的是：（1） 通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的的理论与实际知识去分析和解决机械设计问题的能力。（2） 学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律。（3） 通过制定设计方案，合理选择传动机构和零件类型，正确计算零件的工作能力，确定尺寸及掌握机械零件，以较全面的考虑制造工艺，使用和维护要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件，机械传动装置或简单机械的设计过程和方法。（4） 学习进行机械设计基础技能的训练，例如：计算、绘图、查阅设计资料和手册、运用标准和规定。设计项目计算及说明主要结果1、 确定传动方案2、 选择电动机（1） 选择电动机机械传动装置一般由原动机、传动装置、工作机和机架四部分组成。单级圆柱齿轮减速器由带传动和齿轮传动组成，根据各种传动的特点，带传动安排在高速级，齿轮传动放在低速级。传动装置的布置如图A1所示图A1 1）选择电动机类型和结构形式根据工作要求和条件，选用一般用途的Y系列三相异步电动机，结构形式为封闭结构2）确定电动机功率工作机所需的功率(kW)按下式计算式中，,，带式输送机的效率，代入上式得电动机所需功率按下式计算式中，为电动机滚筒工作轴的传动装置总效率，根据传动特点，由表查得：V带传动，一对齿轮传,设计项目计算及说明主要结果（2） 计算传动装置的总传动比并分配各级传动比一对滚动轴承，弹性联轴器，因此总效率，即确定电动机额定功率，使,查表2-1取3）确定电动机转速工作机卷筒轴的转速为根据表2-3推荐的各类传动比的取值范围，取V带传动的传动比，一级齿轮减速器，传动装置的总传动比，故电动机的转速可取范围为 符合此转速要求的同步转速有1000、1500两种，考虑综合因素，查表2-1，选择同步转速为1500的Y系列电动机Y132m-4,其满载转速为，电动机的参数见表A-1表A-1型号额定功率/满载转速额定转矩最大转矩Y132m-41114602.22.21）传动装置的总传动比为 2）分配各级传动比为了符合各种传动形式的工作特点和结构紧凑，必须使各级传动比都在各自的合理范围内，且使各自传动件尺寸协调合理均匀，传动装置总体尺寸紧凑，齿轮浸油深度合理。 Y132M2-4设计项目计算及说明主要结果（3)计算传动装置的运动参数和动力参数本传动装置由带传动和齿轮传动组成，因，为使减速器部分设计方便，取齿轮传动比，则带传动的传动比为1）各轴转速I轴 II轴 滚筒轴 2）各轴功率I轴：II轴：滚筒轴 3)各轴转矩电动机 I轴 轴滚筒轴设计项目计算及说明主要结果三、传动零件的设计计算（1） 普通V带传动1）计算功率2）选择V带类型3）确定带轮直径 根据以上计算列出传动装置的运动参数和动力参数数据表，见表A-2A-2参数轴号电动机轴I轴轴滚筒轴转速n/（）1460534.8127.33127.33功率P/K7.176.886.66.4转矩T/N.mm46899.7122914495746485881传动比i422.731效率0.960.960.98 本题目高速级采用V带传动，应根据已知的减速器数据确定带的型号、根数和长度，确定带传动的中心距，确定大小带轮的直径、材料、结构尺寸等内容带传动的计算参数参见表A-3表A3项目参数7.17 14602.73根据工作条件，查教材表8-10取 由、,查教材图8-10，因处于A、B两种带型来计算，最后根据计算结果来分析选择。设计项目计算及说明主要结果4）验算带速5）确定带的基准长度和实际中心距由图表分析： 选择A型V带 故从教材表8-11中得 小带轮基准直径 A型带 带速在525m/s范围内，合适A型带 因没有给定中心距的尺寸范围，按公式计算中心距 289mm854mm，取=450mmA型带 计算V带基准长度 = =1593.62mm查教材表8-9取标准值计算实际中心距A型带A型带=450mm设计项目计算及说明主要结果6）验算小带轮包角 虑安装、调整和补偿张紧力的需要，中心距应有一定的调节范调节范围为 A型带小带轮包角 验算则小带轮包角合适 A型带A型带A型带设计项目计算及说明主要结果7） 确定V带的根数8） 计算初拉力9）计算对轴的压力A型带查教材表9-4：单根V带的额定功率（插值法计算，）(由插值法计算)，查教材表9-5：（由插值法计算）。查教材表9-6：因皮带根数应大于4，故应取z=5根故皮带轮选择:A型V带5根已知齿轮传动的参数，见表A-5 齿轮相对于轴承为对称布置，单向运转，运输机的工作状况应为中等冲击。A-5项目参数7.17534.84.2 由于该减速器无特殊要求，为制造方便，选用价格便宜，货源充足的优质碳素钢，采用软齿面 A型V带 z=5根 设计项目计算及说明主要结果（2） 圆柱齿轮的设计1) 选择齿轮材料及确定许用应力查教材图6-23、图6-24 得小齿轮 42SiMn调质，217286HBW大齿轮 45钢 正火，169217HBW接触疲劳极限应力小齿轮 大齿轮 弯曲疲劳极限应力小齿轮 大齿轮 安全系数 许用接触应力小齿轮=700MPa 大齿轮=450MPa许用弯曲应力小齿轮=610MPa 大齿轮=320MPa查教材表6-11、表6-13得：K=1.2;小齿轮42SiMn调质大齿轮45钢正火设计项目计算及说明主要结果2) 按齿面接触强度设计计算3） 确定齿轮的参数及计算主要尺寸4） 验算齿根的弯曲疲劳强度查教材表6-11、表6-13得：K=1.2;=450MPa传动比;外啮合时设计公式中的“”取加号“+”号；=74.0mm确定齿数对于软齿面闭式传动，取确定模数，取m=2.5mm确定中心距初算中心距取a=195计算主要尺寸 齿顶圆尺寸齿宽取大齿轮齿宽，小齿轮齿宽查教材图6-25得：复合齿轮系数=4.095, =3.96，代入公式：m=2.5mma=195mm=80mm=320mm设计项目计算及说明主要结果5） 验算齿轮的圆周速度6） 齿轮结构设计4、 低速轴的结构设计（1）轴的结构设计=Mpa=91.29Mpa=91.29Mpa=65.57Mpa、值分别小于各自的许用接触应力值，故安全注：在设计减速器俯视图的过程中，还要用到齿轮的很多尺寸，包括齿轮的结构设计，这里就不再给出具体结构设计和尺寸，可以在减速器零件设计中专门设计齿轮结构，也可以在设计过程中来完善、补充这些尺寸课程设计一般是先设计低速轴，把低速轴设计出来后根据低速轴的长度尺寸就可以确定箱体的宽度等尺寸，故先设计低速轴 低速轴的参数见表A-6A6项目PII/KW参数6.6 127.331）轴上零件的布置对于单级减速器，低速轴上安装一个齿轮、一个联轴器，齿轮安装在箱体的中间位子；两个轴承安装在箱体的轴承座孔内，相对于齿轮对称布置；联轴器安装在箱体的外面一侧。为保证齿轮的轴向位置，还应在齿轮和轴承之间加一个套筒 2)零件的装拆顺序 轴上的主要零件是齿轮，齿轮的安装可以从左侧装拆，也可从右侧装拆，本题目方便加工的角度选轴上的零件从轴的右端装拆，齿轮、套筒、轴承、轴承盖、联轴器依次从轴的右端装入，左端的轴承从左端装入 3）轴的结构设计为便于轴上零件的安装，把轴设计为阶梯轴，后段轴的直径大于前端轴的直径，低速轴的具体设计如下轴段安装联轴器，用键周向固定 轴段高于轴段形成轴肩，用来定位联轴器轴段高于轴段，方便安装轴承轴段高于轴段，方便安装；齿轮在轴段上用键周向固定 轴段高于轴段形成轴环，用来定位齿轮 轴段直径应和轴段直径相同，以使左右两端轴承型号一致。轴段高于轴段形成轴肩，用来定位轴承；轴段高于轴段的部分取决于轴承标准轴段与轴段的高低没有什么直接的影响，只是一般的轴身连接低速轴的结构如图A-2所示1） 各轴段的直径因为减速器为一般常规用减速器，轴的材料无特殊要求，故选用45钢。查教材表12-2：45钢的A=118107代入设计公式d=A=(118107)mm=46.241.9m V=2.21m/s设计项目计算及说明主要结果（2） 确定各轴段的尺寸考虑该轴段上有一个键槽，故应将轴径增大5%，即d=（40.144.4) (1+0.05)mm=42.1046.40mm由联轴器型号分析得取 轴段的直径确定为 =45mm 轴段的直径应在的基础上加上两倍的定位轴肩高度。这里取定位轴肩高度=（0.070.1)=4.5mm，即=+2=50mm+24.5mm=59mm，考虑该轴段安装密封圈，故直径还应符合密封圈的标准，取=55mm轴段的直径应在的基础上增加两倍的非定位轴肩高度，但因该轴段要安装滚动轴承，故其直径要与滚动轴承内径相符合。这里取=60mm，同一根轴上的两个轴承，在一般情况下应取同一型号，故安装滚动轴承处的直径应相同，即=60mm 轴段上安装齿轮，为安装齿轮方便，含有非定位轴肩。则取=63mm 轴段的直径=+2，即是定位轴环的高度，取=6mm，即=63mm+26mm=75mm =75mm 轴段的直径应根据所用的轴承类型及型号查轴承标准取得，预选该轴段用6213轴承（深沟球轴承，轴承数据见附录B），查得=65mm设计项目计算及说明主要结果（3） 确定联轴器的型号2）各轴段的长度 注：课程设计时，在确定出各轴段的直径后，就应该进入画图阶段，要边计算边画图，边画图边计算。一般从图5-2开始画起，确定轴的长度时要先确定箱体的结构。例如，轴段、轴段的长度只有在确定了箱体的结构、滑润方式等才能确定各自的长度。轴段的长度要先确定箱体的润滑方式才能确定，轴段的长度由所选的联轴器来确定。这个阶段也就是非标准图（八开纸）设计阶段 为后面进行轴的强度校核方便，本例按常规给出各轴段的长度，确定方法如图3-3所示，具体确定过程略。课程设计时一定要先画图，先确定有关箱体结构，润滑方式等，参考例3-1中确定长度的方法确定轴的长度尺寸，并在说明书中详细写出确定依据和步骤 为了补偿由于制造、安装等的误差及两轴线的偏移，优先考虑弹性套柱销联轴器，根据安装联轴器轴段的直径，查附录F选联轴型号TL9,联轴器安装长度L=82mm 因本例转速较低，最后确定轴承润滑方式为脂润滑,故此处按脂润滑方式确定轴的长度。取轴承距箱体内壁的距离为10mm。课程设计时因根据实际情况确定 根据轴的结构需要，各轴段的长度确定如下：选用弹性套柱销联轴器，型号为TL9设计项目计算及说明主要结果4） 按扭转和弯曲组合进行强度校核） =82mm=46mm=49mm=73mm=7mm=18mm=24mm=+ =82mm+46mm+60mm+73mm+7mm+18mm+35mm =299mm段轴、之间的砂轮越程槽包含在段轴的长度之内 低速轴轴承的支点之间距离为=b2+2（+）+2(B/2)=158mm 1）绘制轴的计算简图为计算轴的强度，应将载荷简化处理，直齿圆柱齿轮，其受力可分解为圆周力、径向力。两端轴承可简化为一端活动铰链，一端固定铰链，如图A-3所示为计算方便，选择两个危险截面、，危险截面选择安装齿轮的轴段的中心位置，位于两个支点的中间，距B支座的距离为158/2mm=79mm；危险截面选择在段轴和段轴的截面处，距B支座的距离为48.5mm 2)计算轴上的作用力 从动轮的转矩 T=470169Nmm 从动轮的分度圆直径 d2=275mm=82mm=46mm=29mm=73mm=7mm=18mm=24mm=299mm设计项目计算及说明主要结果3） 计算支反力及弯矩计算垂直平面内的支反力及弯矩a 求支反力：对称布置，只受一个力，故b =/2=930N/2=465Nb求垂直平面的弯矩-截面：=46548.5mm=22552.5-截面：=46540mm=18600计算水平平面内的支反力及弯矩a 求支反力：对称布置，只受一个力，故=/2=1277.65Nb求水平平面的弯矩-截面：=1277.65X48.5=61966-截面：=1277.65 X40=51106求各截面的合成弯矩-截面：= =65942mm -截面：= = 54385mm计算转矩T=475747.5mm确定危险截面及校核其强度按弯矩组合计算时，转矩按脉动循环变化考虑，取a =0.6。按两个截面校核：-截面的应力： =MPa =11.72MPa-截面的应力： 设计项目计算及说明主要结果五、高速轴的结构设计六键的选择及强度校核=MPa =11.62MPa查教材得均小于，故轴的强度满足要求 高速轴的设计主要是设计各轴段的直径，为设计俯视图作准备。有些轴段的长度可以根据轴上的零件来确定；有些轴段的长度在确定低速轴处的箱体后，取箱体内壁为一直线就可确定经设计，高速轴可以做成单独的轴而不是齿轮轴。为使零件定位和固定，高速轴也和低速轴一样设计为七段。各轴段直径尺寸为 ,取36mm（取轴承号为6308）依照低速轴的计算高速轴的长度:=78mm=40mm=45mm=78mm=5mm=30mm=+ =78mm+40mm+45mm+78mm+5mm+30mm =276mm高速轴图1）选择键的尺寸低速轴上在段轴和段轴两处各安装一个键.按一般使用情况选择采用A型普通平键联接,查教材表116选取键的参数,见表A7表A-7段轴段轴标记为：键1：GB/T 1096 键 14980键2：GB/T 1096 键 1811702)校核键的强度 轴段上安装联轴器，联轴器的材料为铸铁，载荷性质为轻微冲击，查教材表11-7 轴段上安装齿轮，齿轮的材料为钢，载荷性质为轻微冲击， 静联接校核挤压强度： 轴段：，计算应力略大于许用应力,因相差不大,可以用已确定的尺寸不必修改 轴段： 设计项目计算及说明主要结果七、选择轴承及计算轴承寿命 所选键联建强度满足要求1） 轴承型号的选择高速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为6208低速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为62132） 轴承寿命计算高速轴：高速轴的外端安装有带轮，中间安装有齿轮，要计算轴承的寿命，就要先求出轴承支座的支反力，进一步求出轴承的当量动 键联结强度满足要求 高速轴选轴承类型6208 低速轴选轴承类型6213设计项目计算及说明主要结果动载荷，然后计算轴承的寿命画出高速轴的受力示意图并确定支点之间的距离见图，带轮安装在轴上的轮毂宽L=(1.52)d0,d0为安装带轮处的轴径，即高速轴的第一段轴径，d0=d1=28mm，L=(1.52)30mm=4256mm，取第一段轴的长度为48mm.第二段轴的长度取和低速轴的第二段轴长一样的对应关系，但考虑该轴段上的轴承宽度（6280的B=18mm），故取该轴段的长为54mm，带轮中心到轴承A支点的距离L3=48mm2+60mm+23mm2=87mm.高速轴两轴承之间的支点距离为原低速轴的两支点的距离减去两轴承宽度之差，应因对称布置，故L1=L2=66.5mm 高速轴上齿轮的受力和低速轴的力大小相等，方向相反，即Fr=1167.17N,Ft=3206.76N 注：高速轴上安装有带轮，带对轴的压力F=1393.01N作用在高速轴上，对轴的支反力计算有影响，安装不同，该力对轴的支反力影响力不同。 假设带对轴的压力作用如图A5所示，和作用在同一平面，求轴承A处支反力：水平平面：=1277.7N 垂直平面： =465N 求轴承B处支反力： 水平平面：=1277.7N 垂直平面： =1167.172N+1393.01N-2887.8N=-327.62N，说明原假设方向相反了，应该方向向上 设计项目计算及说明主要结果八、选择轴承润滑及密封方式 比较轴承A处和轴承B处的受力情况，可以看出轴承A处的受力较大，轴承寿命以A处计算即可，轴承的当量动载荷P=FA=4373.24N 正常使用情况，查附录B轴承6308的基本额定动载荷代入公式：低速轴： 正常使用情况下，查教材表139和1310得： 查附录B:轴承6213的基本额定动载荷C=47.8kN，因齿轮相对于轴承为对称布置，轴承的受力一样，可计算一处，计算A处，当量动载荷 代入公式： 从计算结果看，高速轴称使用时间较短.按最短时间算，如果按每天两班制工作，每年按300天计算，T=15323/16/300=3.19 则约使用三年，这只是理论计算，实际情况比较复杂，应根据使用情况，注意检查，发现损坏及时更换。低速轴轴承因转速太低，使用时间太长，实际应用中会有很多种因素影响，要注意观察，发现损坏及时更换轴承的润滑方式取决于浸油齿轮的圆周速度，即大齿轮的圆周速度，大齿轮的圆周速度V大于2m/s，因选油润滑因轴的转速不高，高速轴轴颈的圆周速度为故高速轴处选用接触式毡圈密封低速轴轴颈的圆周速度为，故低速轴处选用接触式毡圈密封 轴承的润滑方式选油润滑 高速轴处选用接触式毡圈密封 低速轴处选用接触式毡圈密封设计项目计算及说明主要结果九、箱体及附件的设计1） 箱体的选择2） 选择轴承端盖3) 确定检查孔和孔盖4)通气器5)油表装置6)螺塞7)定位销8)起吊装置十、设计小结注：确定润滑方式后，就可确定、的轴长，装配图的俯视图就基本完成，至此，第一阶段设计结束，可以进入第二阶段的设计一般使用情况下，为制造和加工方便，采用铸造箱体，材料为铸铁。箱体结构采用剖分式，剖分面选择在轴线所在的水平面上箱体中心高度H=da22+(5070) =320mm2+(5070)mm=210mm230mm取中心高度H=230mm取箱体厚度=8mm选取凸缘式轴承盖，根据轴承型号设计轴承盖的尺寸：高速轴：D=80mm,d3=8mm,D0=100mm,D2=120mm低速轴：D=110mm,d3=10mm,D0=135mm,D2=160mm根据减速器中心矩a=195mm查表514可得：检查孔尺寸：L=120mm,b=70mm检查孔盖尺寸：l1=140mm,b1=100mmb2=85mm,l2=135mm,d4=8mm材料：Q235，厚度取6mm选用表515中通气器1，选M161.5选