机械设计课程设计-悬挂式输送机传动装置设计.doc

机械课程设计说明书 机械课程设计说明书题目 悬挂式输送机传动装置设计 班级： XXXXX 姓名： XXXX学号： XXXXX指导教师： 卢X目 录机械设计任务书机械课程设计任务书 3机械课程设计第一阶段1.1确定传动方案 41.2电动机选择 51.3、传动件（齿轮）的设计 7机械课程设计第二阶段2.1装配草图设计第一阶段说明 202.2 轴的设计及校核222.3轴承的设计及校验342.4键的设计及校验37机械课程设计第三阶段3.1、轴与齿轮的关系 383.2、端盖设计383.3、箱体尺寸的设计393.4、齿轮和轴承的润滑403.5、绘制装配图说明 40机械课程设计小结4.1机械课程设计小结 41附1：参考文献一、 设计任务书一、设计要求 1、设计条件： 1）工作情况 单向连续运输，轻度振动； 2）运动要求 运动速度误差不超过5%； 3）使用寿命 8年，每年350天，每天16小时； 4）检修周期 一年小修；三年大修； 5）生产批量 中批量生产； 6）生产厂型 中，大型机械制造厂 2、设计任务 1）设计内容 1、电动机选型；2、链传动设计；3、减速器设计；4、联轴器选型设计；5、其他 2）设计工作量 1、减速器装配图1张；2、零件图2张；3、设计说明书一份。 3、原始数据 主动星轮圆周力（KN） ：7 主动星轮运动速度（m/s） ：1.0 主动星轮齿数 ：9 主动星轮节距（mm） ：86 计算项目及说明结果二、课程设计第一阶段2.1 确定传动方案（1）、确定方案：考虑到机械效率，及加工成本寿命等因素，决定使用二级减速器，高速级用斜齿轮，低速级用直齿轮。（2）、减速器内部工作方式：展开式2.2电动机的选择1、电动机的输出功率的计算已知工作机的阻力F和速度v，则工作机输入功率：式中，总效率，查表91得：链传动效率，滚动轴承效率，联轴器效率，闭式圆柱齿轮啮合效率（按8级精度）。把上述值代入后得：2、电动机的输入功率P的计算：本题中功率储备系数， 查表16-2得，Y系列1500r/min电动机的具体牌号为：满载转速： 工作机上转速 3、计算总传动比并确定传动比1）、计算总传动比在上面已经确定了电机满载转速为=1460r/min。传动装置的总传动比 为2）、传动比的分配 而设高速级传动比是低速级的1.3倍，即： ，取得4、传动装置运动参数的计算 1）、各个参数说明： 、 I、II、III 轴的转速（） 、 I、II、III轴的输入功率（） 、 I、II、III轴的输入转矩()2）、各个轴转速的计算： 3）、各个轴功率的计算： 4)、各个轴扭矩的计算 将以上数据列表如下：轴号转速n功率P输出转矩T传动比i效率电机轴14609.6863.31810.98轴114609.48962.0683.9750.96轴2384.719.112226.2012.920.96轴3131.788.751695.1431.70.95 注：其中传动比和效率为上下相邻两格参数内的，如“传动比1，指的是电机轴和轴1之间的传动比为1”2.3、传动件设计1、传动件的设计说明 1）、闭式传动 采用软齿面 HBS 2）、齿轮的结构与齿轮的尺寸有关。齿轮的材料是根据齿轮尺寸决定的，尺寸小时采用锻钢（40、45钢）；尺寸大时（如圆柱齿轮d 500mm）时，由于受到锻造设备能力的限制，采用铸钢。当毛坯的制造方法不同时，齿轮的结构也不同，也就是齿轮结构必须与毛坯的制造方法相适应。故不同的尺寸的齿轮要视其材料而决定结构。 3）、圆柱齿轮在强度计算中得到的齿宽应作为大齿轮齿宽，而小齿轮宽度应该取得大一些。一般，以补偿轴安装误差，保证足够的齿宽接触。 4）、齿轮传动的参数及尺寸分别进行标准化，也不能圆整，而有的尺寸则不能标准化，也不能圆整，如圆柱齿轮模数、压力角、中心距应该标准化，而齿数、齿宽及其他结构尺寸应该圆整；齿顶圆直径、齿根圆直径、齿高、齿顶高、齿根高等则不能圆整小数点后至少保留2位准确数字，而啮合角、螺旋角等则应计算到度、分。 5）、开式的传动： 开式的传动主要失效形式是磨损，故按弯曲强度计算时，所得的模数要增大10%20%，并取标准值。作为动力传动的齿轮，其最小模数不得小于1.5，开式齿轮要采用耐磨性较好的材料。 由于开式齿轮往往是悬臂式布置故而刚度小，因此齿宽小一些，以避免大的载荷集中。 2、高速级斜齿轮设计及计算1） 选择齿轮材料，确定许用应力 由（机械设计课本）表6.2选 ：小齿轮40Cr调质： 大齿轮45正火： 许用接触应力与齿轮材料、热处理方法、齿面硬度、应力循环次数等因素有关。 其计算公式为： 接触疲劳极限 查（机械设计课本）图64得：接触强度寿命系数 应用循环次数N 由（机械设计课本）式67： 查（机械设计课本）图65得；，接触强度最小安全系数：，则 所以取许用弯曲应力 ： 由（机械设计课本）式612，弯曲疲劳强度极限： 查（机械设计课本）图67， 弯曲强度寿命系数 查（机械设计课本）图68得：弯曲强度尺寸系数 查（机械设计课本）图69得：弯曲强度最小安全系数：则： 2）、齿面接触疲劳强度设计计算 确定齿轮传动精度等级公差组8级，按，估取圆周速度，参考（机械设计课本）表6.7、表6.8选取小轮分度圆直径，由（机械设计课本）式65得齿宽系数 查（机械设计课本）表6.9，按齿轮相对轴承为非对称布置小轮齿数 ， 在推荐值2040中选，取大轮齿数： ，圆整取87齿数比： 传动比误差： 小轮转矩 ： 初选螺旋角载荷系数K： 使用系数 查表6.3得： 动载系数 由推荐值1.051.4，取齿间载荷分配系数 由推荐值1.01.2，取齿向载荷分布系数 由推荐值1.01.2，取载荷系数K 材料弹性系数 查表6.4，节点区域系数 查图63，螺旋角系数，合度系数，由推荐值0.75088，取0.78，故：法面模数m： 按表6.6圆整标准中心距a： 圆整后取：分度圆螺旋角：小轮分度圆直径 ： 圆周速度齿宽b ： ，取整后：大轮齿宽： 小轮齿宽 ： 3）、 齿根弯曲疲劳强度校核计算由（机械设计课本）式610 当量齿数：，齿形系数 查表6.5 ：小轮，大轮应力修正系数 查表6.5得：小轮 ，大轮重合度 ： 解得： 重合度系数：螺旋角系数由推荐值0.850.92得：故 4）、齿轮其他主要尺寸计算大轮分度圆直径： 根圆直径 ： 顶圆直径： 5）、 高速级圆柱齿轮几何参数项目小齿轮大齿轮模数m2.52.5齿数Z2387压力角2020分度圆直径d56.07223.04齿顶高ha2.52.5齿根高hf3.1253.125齿顶圆直径da61.073228.036齿根圆直径df49.823216.786标准中心距a141齿宽b55483）、低速级圆柱齿轮设计及计算 由（机械设计课本）表6.2选 ：小齿轮40Cr调质： 大齿轮45正火： 许用接触应力与齿轮材料、热处理方法、齿面硬度、应力循环次数等因素有关。 其计算公式为： 接触疲劳极限 查（机械设计课本）图64得：接触强度寿命系数 应用循环次数N 由（机械设计课本）式67： 查（机械设计课本）图65得；，接触强度最小安全系数：，则 所以取许用弯曲应力 ： 由（机械设计课本）式612，弯曲疲劳强度极限： 查（机械设计课本）图67， 弯曲强度寿命系数 查（机械设计课本）图68得：弯曲强度尺寸系数 查（机械设计课本）图69得：弯曲强度最小安全系数：则： 2）、齿面接触疲劳强度设计计算 确定齿轮传动精度等级公差组8级，按，估取圆周速度，参考（机械设计课本）表6.7、表6.8选取小轮分度圆直径，由（机械设计课本）式65得齿宽系数 查（机械设计课本）表6.9，按齿轮相对轴承为非对称布置小轮齿数 ， 在推荐值2040中选，取大轮齿数： ，圆整取79齿数比： 传动比误差： ，合适小轮转矩 ： 载荷系数K： 使用系数 查表6.3得： 动载系数 由推荐值1.051.4，取齿间载荷分配系数 由推荐值1.01.2，取齿向载荷分布系数 由推荐值1.01.2，取载荷系数K 材料弹性系数 查表6.4，节点区域系数 查图63，重合度系数，由推荐值0.75088，取0.87，故：齿轮模数m： 按表6.6圆整 小轮分度圆直径 标准中心距a： 圆周速度，与估计接近齿宽b ： ，取整后：大轮齿宽： 小轮齿宽 ：3）、 齿根弯曲疲劳强度校核计算由（机械设计课本）式610 齿形系数 查表6.5 ：小轮，大轮应力修正系数 查表6.5得：小轮 ，大轮重合度 ： 解得： 重合度系数：故 ，符合强度要求4）、齿轮其他主要尺寸计算大轮分度圆直径： 根圆直径 ： 顶圆直径： 5）、 高速级圆柱齿轮几何参数项目小齿轮大齿轮模数m44齿数Z2779压力角2020分度圆直径d108316齿顶高ha22齿根高hf2.52.5齿顶圆直径da116324齿根圆直径df98306标准中心距a212齿宽b8678 4链轮的选择1）、选择链轮齿数小轮齿数 ， 估取链速为0.68m/s， 大链轮的齿数 圆整为基数2）、确定链节数初取中心距 ，则： 所以节3）、确定链节距载荷系数 小链轮齿形系数 估计为链板疲劳链长系数 =1.02故链条选取 20A单排链 4）、确定中心距5)、验算链速，符合估计6）、计算压轴力链工作拉力：压轴力系数：压轴力：Q=7）、其他参数确定 小轮直径大轮直径 查表知,小链轮毂孔径，取 轮毂厚度，取，则 轮毂长度课程设计第二阶段设计2.1、轴的设计及校核1、轴1的设计及校核1）、计算作用在齿轮上的力 转矩 轴1上小齿轮分度圆直径 圆周力 径向力 轴向力2）、初步估算轴的直径 选取45号钢材作为轴的材料，调制处理 由式8-2：，计算轴的最小直径并加大3%以考虑键槽的影响。查表8.6 取A=115 则 3）、轴的结构设计（1）确定轴的结构方案第一根轴做成齿轮轴。右轴承从轴右端装入，靠挡油环定位。左轴承从轴的左端装入，挡油环使左轴承右端面得以定位。左右轴承均采用轴承端盖，半联轴器靠轴肩得到轴向固定。半联轴器采用普通平键得到轴向固定。采用单列角接触球轴承和弹性柱销联轴器。 （2）确定各轴段长度和直径 段 根据圆整（按照GB5014-85）,并由、选择联轴器型号为HL1-J型联轴器(按照GB5014-85),考虑到要与标准件配合，取第一段的长度直径30mm，长度为68mm。段 为使半联轴器定位，轴肩高度，孔倒角C取1.6mm（GB6403.4-86）,为了符合标准密封内径（JB/ZQ4606-86）。取第二段直径为40mm，长度为90mm段 为便于拆装轴承内圈，且符合标准轴承内径。查GB/T297-95，暂选轴承型号为7209C，其宽度B=19。轴承润滑方式选择：，故选择脂润滑，取挡油环长度为16.5mm ，第三段长度为35.5mm段 到齿轮轴的齿轮的左端面距离为115mm，直径略大于前者取50mm段 齿轮宽为54mm段 该处为了给挡油环轴向定位，设立一个轴肩，长度为13.5mm，直径为50mm 该段轴径直径与左侧侧轴承处直径相同，为；该段轴长度为35.5mm，轴承挡油环同第三段具体形式如下图所示：3）确定轴承及齿轮作用力位置：7209C轴承查手册知支点尺寸：4）绘制轴的弯矩图和扭矩图（1）、求轴承反力H水平： ； V垂直面： ；(2)、求齿宽中点处弯矩 H水平面： V垂直面： ，合成弯矩： ， 扭矩： 图形见下面5）、按弯扭合成强度校核轴的强度 当量弯矩取折合系数，则齿宽中点处当量弯矩为： 轴的材料为45号钢，调制处理。由表8.2查得，由表8.9查得许用应力 由式8-4算得轴的计算应力为： d最小，Mca最大时， 所以满足强度要求！6）、精确校核轴的疲劳强度 （1）、轴的细部设计 圆角半径：各个轴肩处圆角半径参照齿轮轴零件图 键槽：齿轮、半联轴器与轴的周向固定采用A型平键联结，按照GB1095-79和GB1096-79齿轮处的键为： 配合：参考现有设计图纸或设计手册 （2）、选择危险截面 如弯扭距图中所示，各个截面均有应力集中源，选择其中应力较大、应力集中较为严重的截面。选择齿轮左侧面所在截面。 （3）、计算危险界面工作应力 截面弯矩： 截面扭矩： 抗弯截面系数： 抗扭截面系数： 截面上弯曲应力： 截面上扭剪应力： 弯曲应力幅： 弯曲平均应力： 扭切应力： （4）、确定轴材料机械性能 查表8.2，弯曲疲劳极限，剪切疲劳极限， 碳钢材料特性系数：；（5）、确定综合影响系数、 轴肩圆角处有效应力集中系数、，根据 ，由表8.9插值计算得尺寸系数、，根据d，由图8-12查得 ；表面状况系数，根据，表面加工方法查图8-2，得 轴肩处综合影响系数 、 同一个截面如有两个以上应力集中源，取其中较大的综合影响系数来计算安全系数，故按配合处取综合影响系数 、 （6）、计算安全系数 由表8.13取安全系数为s=1.8 由式8-6 所以疲劳强度安全2、轴2的设计1）、计算作用在齿轮上的力 由作用力与反作用力原理得到：第二根轴上的高速级齿轮的受力为： ， 第二根轴上的低速级齿轮的受力为： ，2）、初步估算轴的直径 选取45号钢材作为轴的材料，调制处理 由式8-2：，计算轴的最小直径并加大6%以考虑双键槽的影响。查表8.6 取A=115 则 根据经验，将乘上1.5倍系数得，3）、轴的结构设计（1）确定轴的结构方案段 根据圆整（按照GB5014-85）,且符合标准轴承内径。查GB/T297-95，暂选滚动轴承型号为7210C，其宽度B=22mm，轴承润滑方式选择：，故选择脂润滑，取轴的第一段长度为49.5mm，挡油环长度为16mm，轴承靠挡油环定位，挡油环靠一段套筒定位段 齿轮用键与轴相连，为便于拆装齿轮，取，略大于前面轴径；长度段 为了使齿轮轴向定位，设置一个轴肩，轴肩段直径为67mm，长度为20mm。段 齿轮用键与轴相连，为了使齿轮轴向定位，设置一个阶梯，直径变为55mm，长度为47mm。段 为了便于拆装齿轮，直径长度应低于55mm，同时，为了装轴承，所以该段直径为50mm，另外该段还设有挡油环套筒，情况与之前的类似。（2）、确定轴承及齿轮作用力的位置 查32207轴承，确定轴承支点位置为a=19.4mm4）、绘制轴的弯矩图和扭矩图 （1）、求轴承反力 H水平面： V垂直面： (2)、求齿宽中点处弯矩 H水平面： V垂直面： 合成弯矩M ； 扭矩T 图形见下面5）、按弯扭合成强度校核轴的强度 当量弯矩： 轴的材料为45号钢，调制处理。由表8.2查得，由表8.9查得许用应力 由式8-4算得轴的计算应力为： 取d最小，MCa最大则： 所以满足强度要求！弯矩图如下：6）、精确校核轴的疲劳强度 （1）、轴的细部设计 圆角半径：各个轴肩处圆角半径参照齿轮轴零件图 键槽：齿轮、半联轴器与轴的周向固定采用A型平键联结，差表知齿轮处的键为：小齿轮： 大齿轮： 配合：参考现有设计图纸或设计手册 （2）、选择危险截面 如弯扭距图中所示，各个截面均有应力集中源，选择其中应力较大、应力集中较为严重的截面。选择小齿轮左侧面所在截面。 （3）、计算危险界面工作应力 截面弯矩： 截面扭矩： 抗弯截面系数： 抗扭截面系数： 截面上弯曲应力： 截面上扭剪应力： 弯曲应力幅： 弯曲平均应力： 扭切应力： （4）、确定轴材料机械性能 查表8.2，弯曲疲劳极限，剪切疲劳极限 碳钢材料特性系数：；（5）、确定综合影响系数、 轴肩圆角处有效应力集中系数、，根据 ，由表8.9插值计算得 配合处综合影响系数 、，根据d、，及其配合，由表8.11插值计算得到键槽处有效应力系数、，由表8.10得 尺寸系数、，根据d，由图8-12查得 ；表面状况系数，根据，表面加工方法查图8-2，得 轴肩处综合影响系数 、 键槽处综合影响系数 、 同一个截面如有两个以上应力集中源，取其中较大的综合影响系数来计算安全系数，故按配合处取综合影响系数 、 （6）、计算安全系数 由表8.13取安全系数为s=1.8 由式8-6 所以疲劳强度安全！3、轴3的设计 1）、计算作用在齿轮上的力 根据作用力与反作用力原理得： ， 2）、初步估算轴的直径 选取45号钢材作为轴的材料，调制处理 由式8-2：，计算轴的最小直径并加大以考虑键槽的影响。查表8.6 取A=115 则 根据经验将dmin乘以1.5得： 3）、轴的结构设计（1）确定轴的结构方案右轴承从轴右端装入，靠轴肩定位。齿轮和左轴承从轴的左端装入，齿轮右侧端面靠轴肩定位，齿轮和左轴承之间用定位套筒使左轴承右端面得以定位。左右轴承均采用轴承端盖。齿轮和半联轴器采用普通平键得到轴向固定。采用深沟球轴承。 （2）确定各轴段长度和直径 段 根据轴承的标准将圆整（按照GB5014-85）,暂选轴承为6215得到第一段直径为75mm，取第一段长度为38.5mm，轴承润滑方式选择：，故选择脂润滑，使用挡油环。段 为使挡油环轴向定位，设立一个轴肩，故第二段直径为90mm，长度为17.5mm，同时为了给齿轮轴向定位，需使用套筒。段 为便于拆装齿轮，故设置一个轴肩，齿轮用键连在轴上，该段直径为94mm，长度为77mm。段 为了给齿轮轴向定位，特在该段设置一个轴肩，直径为106慢慢，长度为20mm段 设置一个阶梯此处直径为94mm，长度为68mm段 该段轴径直径与第一段直径相同，用于和轴承配合，便于加工，此处同样需要使用挡油环。段 设置一个阶梯轴，其直径由端盖密封圈决定，故取直径为70mm，长度为100mm段 此处要与链轮通过键配合，根据链轮的尺寸，选择直径为60mm，长度为105mm3）、确定轴承及齿轮作用力的位置6215轴承，确定轴承支点位置为a=12.5mm 4）、绘制轴的弯矩图和扭矩图 （1）、求轴承反力 H水平面： ； V垂直面： ； (2)、求齿宽中点和轴承作用处弯矩 H水平面： V垂直面： ； 合成弯矩M ； ； 扭矩T 5）、按弯扭合成强度校核轴的强度 当量弯矩： 轴的材料为45号钢，调制处理。由表8.2查得，由表8.9查得许用应力 由式8-4算得轴的计算应力为： 满足强度要求6）、精确校核轴的疲劳强度 （1）、轴的细部设计 圆角半径：各个轴肩处圆角半径参照齿轮轴零件图 键槽：齿轮、半联轴器与轴的周向固定采用A型平键联结，按照GB1095-79和GB1096-79齿轮处的键为： 配合：参考现有设计图纸或设计手册 （2）、选择危险截面 如弯扭距图中所示，各个截面均有应力集中源，选择其中应力较大、应力集中较为严重的截面。选择齿轮左侧面所在截面。 （3）、计算危险界面工作应力 截面弯矩： 截面扭矩： 抗弯截面系数： 抗扭截面系数： 截面上弯曲应力： 截面上扭剪应力： 弯曲应力幅： 弯曲平均应力： 扭切应力： （4）、确定轴材料机械性能 查表8.2，弯曲疲劳极限，剪切疲劳极限 碳钢材料特性系数：；（5）、确定综合影响系数、 轴肩圆角处有效应力集中系数、，根据 ，由表8.9插值计算得 配合处综合影响系数 、，根据d、，及其;配合，由表8.11插值计算得到键槽处有效应力系数、，由表8.10得 尺寸系数、，根据d，由图8-12查得 ；表面状况系数，根据，表面加工方法查图8-2，得 轴肩处综合影响系数 、=4.46=3.47键槽处综合影响系数 、 =3.45 =2.47 同一个截面如有两个以上应力集中源，取其中较大的综合影响系数来计算安全系数，故按配合处取综合影响系数 、 （6）、计算安全系数 由表8.13取安全系数为s=1.8 由式8-6 满足疲劳强度2.3、轴承设计及校验 1）、第一对轴承的校验 查手册知：7209C轴承的主要性能参数：， （1）、求轴承反力 由前面计算得到： H水平面： ； V垂直面： ； 轴向力： （方向向左） 合成后的支反力 （2）、计算轴承的派生轴向力 由表10.7轴承派生轴向力 (3)、计算轴承所受的轴向载荷 因,由式10-8、10-9得 =1219.35N 767N (4)、计算轴承所受当量动载荷 轴承工作时有中等的冲击载荷，由表10.6知： 载荷系数 查表得： 因，所以 查表得： 因，所以 (5)、计算轴承寿命 因,故应按计算，由表10.3，取温度系数为1故， 所以满足寿命要求！2）、第二对轴承的校验 查手册知：7210C轴承的主要性能参数：， （1）、求轴承反力 由前面计算得到： H水平面： ； V垂直面： ； 轴向力： （方向向右） 合成后的支反力 （2）、计算轴承的派生轴向力 由表10.7轴承派生轴向力 (3)、计算轴承所受的轴向载荷 因,由式10-8、10-9得 (4)、计算轴承所受当量动载荷 轴承工作时有中等的冲击载荷，由表10.6知： 载荷系数 查表得： 因，所以 查表得： 因，所以 (5)、计算轴承寿命 因,故应按计算，由表10.3，取温度系数为1故， 所以应在第二次大修时更换该轴承！3）、第三对轴承的校验查手册知：6215轴承的主要性能参数：， （1）、求轴承反力 H水平面：； V垂直面： ； 轴向力： 合成后的支反力 （2）计算轴承所受当量动载荷 轴承工作时有中等的冲击载荷，由表10.6知： 载荷系数 因e，所以 (5)、计算轴承寿命 由表10.3，取温度系数为1故， 在每次小修时，度该轴承进行更换2.4、键的设计及校验1）、轴1联轴器上键 挤压强度条件为： ， 其中； 则,合格2）、高速级大齿轮内键 挤压强度条件为： ， 其中； 则,合格3）、低速级小齿轮内键 挤压强度条件为： ， 其中； 则,合格 4）、低速级大齿轮内键 挤压强度条件为： ， 其中； 则,合格5）、链轮内键 挤压强度条件为： ， 其中； 则,合格四、装配图设计第三阶段3.1、轴与齿轮的关系第一根轴的轴径和齿轮齿根圆尺寸相近，故而将齿轮与柱设计为一体，设计成为一个齿轮轴。其余各个齿轮和轴径相差较大，采用平键连接。 3.2、端盖设计 材料：HT1501)、轴1 轴承外径85，查表15-3知： 选用螺栓直径=10；端盖上螺栓数目为4 ， m由结构确定 由密封尺寸来确定。 b=8mm h=6.4mm2）、轴2、 轴承外径90，查表15-3知： 选用螺栓直径=10；端盖上螺栓数目为4 ， m由结构确定 由密封尺寸来确定。 b=8m