机械设计课程设计计算说明书_-_副本.doc

目录一、 设计任务书2二、 机械系统总体设计3三、 传动零件的设计计算6四、 轴的设计校核10五、 轴承、键、联轴器的校核22六、 减速器箱体及其部件的设计26七、 设计总结29八、 参考资料29一、 设计任务书电动机运输带链传动联轴器FV已知条件1 工作参数运输带工作拉力 kN运输带工作速度 m/s（允许带速误差5%）滚筒直径 mm滚筒效率（包括滚筒与轴承的效率）2 使用工况两班制，连续单向运转，载荷较平稳。3 工作环境室内，灰尘较大，环境最高温度。4 动力来源三相交流电，电压V。5 寿命要求使用折旧期年，大修期年，中修期年，小修期半年。6 制造条件一般机械厂制造，大批量生产。二、 机械系统总体设计一、 电动机的选择1) 选择电动机类型按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压V，Y型2) 选择电动机的容量电动机所需工作功率为 kw kw因此： 由电动机至运输带的传动效率为，式中分别是链传动、轴承、齿轮传动、联轴器和滚筒效率，取，(滚子轴承)，（齿轮精度为级，不包括轴承效率），（弹性联轴器），（包括轴承和滚筒的效率），则：（由得）所以： = kw3) 确定电机转速卷筒轴工作转速为：取链传动的传动比，一级圆柱齿轮减速器传动比，则总传动比合理范围，故电动机转速的可选择范围为（由得） r/min符合这一范围的同步转速有、和 r/min根据容量和转速，由得，选择型号额定功率满载转速堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩质量 kw r/minkg表（1）二、 确定传动装置的传动比分配由选定的电动机满载转动转速nm和工作机主动轴转速n，可得传动装置的总传动比，i=总传动比为各级传动比、的乘积，即：初定传动比，（由于链传动存在滑动率，故减速传动比取小一点)。三、 计算传动装置的运动和动力参数为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率）。如果将传动装置各轴由高速至低速一次指定为轴、轴、轴。、为相邻两轴间的传动比；、为相邻两轴间的传动效率；、为各轴的输入功率（KW）；、为各轴的输入转矩（Nm）；、为各轴的转速（r/min），则可按电动机至工作机运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数。1) 各轴转速 r/minr/min r/min2) 各轴输入功率 kw kw kw3) 各轴的输入转矩 Nm其中为电动机的输出转矩，按照下式计算： Nm所以： Nm Nm Nm轴的输出转矩则分别为各轴的输入转矩乘轴承效率，例如轴的输。转矩为 Nm，其余类推。运动和动力参数计算结果整理于下表：轴名效率PKw转矩TNm转速nr/min传动比 i效率输入输出输入输出电动机轴轴轴轴表（2）三、 传动零件的设计计算一、 减速器一级齿轮的设计已知传动比，输入转速n r/min，传递功率 kw，每天工作两班制，连续单向转动，载荷较平稳，要求寿命年，1) 确定材料与热处理方式考虑到该齿轮传动无特殊要求，出于等强度和抗胶合的考虑，大小齿轮应有适当的硬度差。由确定材料组合如下：小齿轮SiMn表面淬火， =；大齿轮钢表面淬火， =。2) 确定许用应力（MPa）(由得) Mpa，s Mpa。 Mpa，s Mpa。 ， （由得）。使用寿命: 由得：；，(由得)：， 。 , 。, 。3) 按齿面接触疲劳强度设计（长期单向运转的闭式齿轮传动） Nmm， (分别由、得)取，则:，载荷系数， 其中：（），（），（），（）。=50.4 mm4) 初定齿轮参数因为是闭式齿轮传动，为降低制造成本，提高工作平稳性，齿数可适当取大些。初取：，于是mm查手册2P141，取标准模数 ，则齿轮实际分度圆直径为： mm 所需最小值， mm；实际中心距 mm，中心距元整取 mm按照元整中心距后的螺旋角， mm mm因为变化不大不用修改其他参数。齿宽 mm，取 mm； mm（保证安装全部接触）5) 校核齿根弯曲疲劳强度由得，；，并取 （），于是：； 。齿根弯曲疲劳强度足够。由于齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度都满足要求，最终参数就取初步确定的参数。二、 链传动的设计已知链传动的输入功率 kw， r/min，传动比1) 选择链轮齿数传动比 ，初定链速 m/s由得取，取；确定链节数（初定中心距）实取 节确定链条节距由按小链轮的转速估计工作点落在曲线顶点左侧，由得：；，查的单排链的。故实际工作条件下的传动功率为：KW根据小链轮转速 r/min，KW。由选择滚子链的型号为，。确定实际中心距： mm，中心距减小量4 mm，实际中心距1267.3 mm，取： mm2) 验算链条速度 m/s 与原假设相符。3) 求对轴的压力工作拉力 N，取，于是压轴力 N。4) 润滑方式选择 根据链速和节距查选择油浴或飞溅润滑 。设计结果：滚子链183， mm，油浴或飞溅润滑，压轴力 N。四、 轴的设计校核级别齿宽（35）（812）高速222.514.63453897010.67低速8840242.510.14表（3）1) 基本计算由上知： mm， mm，Nmm，Nmm，N； N；N；N； N；N；2) 计算轴的最小直径并选择联轴器安装联轴器的轴端只受扭矩，直径最小，根据推荐，选用45号调质钢，查，取，于是有： mm，考虑到轴上有键槽（每键大约增大直径3%），而且可能是双键，实取直径mm。选取联轴器（根据工况可能有启动冲击选用）：查，根据Nmm，选取型联轴器，主动件型轴孔、型键槽、 mm、 mm；从动件型轴孔、型键槽、 mm， mm。标记为： 50142003。在装链轮的轴只受扭矩，直径最小，选用45号调质钢，查取，于是有：dmm，考虑到轴上有键槽（每键大约增大直径3%），而且有可能是双键，并且与链轮连接应增大3%5%实取直径 mm。3) 轴的初步设计先对高速级轴设计：图（1）轴上大部分零件从左端装入，仅右端零件从右端转入。a) 轴的长度尺寸设计轴端：取29mm，考虑到联轴器A型轴孔长mm，为了使轴端挡圈固定可靠，应比小35mm，取mm。查得，对应的键为键，联轴器为铸铁。轴端：因为工作时联轴器不传递轴向力，故右端台阶可取小一些，取mm，查初定滚动轴承，可知轴承外径，查得，端盖厚度，取，并留间隙10，故 mm。轴端：这一段装轴承，因为斜齿轮有轴向力，由上初定的，查可知：，故mm，Lmm。轴端：取 mm，mm。其余轴端： mm，mm；mm，mm，mm，mm；套筒小径为，大径为 mm，套筒长为13mm，b) 轴上倒角的设计：查；取。对低速级轴的设计：图（2）e) 轴的长度尺寸设计齿轮和大部分零件从左边装入，只有右边零件从右边装入。轴端：取 mm，考虑到轴与链轮通过键相连接，94mm，取mm。查得，对应的键为键，链轮材料为铸铁。轴端：因为工作时链轮不传递轴向力，故右端台阶可取小一些，取mm，查初定滚动轴承，可知轴承外径，查得，端盖厚度，取，并留间隙10，故mm。轴端：这一段装轴承，因为斜齿轮有轴向力，由上初定的，查可知：，故mm， mm。轴端：取mm，mm。其余轴端： mm，mm；mm，mm，对应的齿轮和轴承的键槽为键，mm，并且要满足大小齿轮轴线重合。mm，由于左端轴承倒角，取mm；套筒小径为，大径为mm，套筒长为15.5mm。e) 轴上的倒角设计：查；取。4) 按弯矩联合作用校核轴的强度：首先计算输入轴：a) 做出受力简图，转化受力结构：b) 求作用在齿轮上的力：由上知: mm，Nmm，N； N；N；c) 求作用在轴上的支反力：水平面内支反力： 左边；右边 。垂直面内支反力： 左边； 右边。d) 作出弯矩图；根据下面简图，分别求水平和垂直面内各里产生的弯矩。Nmm，Nmm， Nmm，并按计算结果分别作出水平面上的弯矩图和垂直面上的弯矩图；然后计算出总弯矩并作图； NmmN.mm图（3）如上图所示；Nmm，Nmm，轴材料为45钢，查，可知：，将扭转剪应力按脉动循环处理，则，于是最大弯曲应力为：得，强度足够。e) 精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面和处过盈配合引起应力集中最重要，截面和的应力影响相近，但截面轴径也较大，故不必做强度校核，只需校核截面左右两侧即可。（2）截面左侧抗弯截面模量由中的公式计算：抗扭截面模量：截面左侧的弯矩为：截面扭距为： 截面上的弯曲应力：截面上的扭转切应力：截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数，因 , 由得 ， 又查得轴的材料敏性系数为。故有效应力集中系数为 查得尺寸系数，扭转尺寸系数因轴按磨削加工，得表现质量系数为，轴未经表面强化处理，即 ，则得综合系数值为材料特性系数取:0.2 ，取 0.10，取计算安全系数故可知其安全。（3）截面右侧抗弯截面模量：抗扭截面模量：截面右侧的弯矩为：截面扭距为： 截面上的弯曲应力： 截面上的扭转切应力：过盈配合处的/值，由手册可知/=0.8/，于是得/=1.8/=0.81.8=1.44轴按磨削加工，得表面质量系数为=故得综合系数为：材料特性系数取:=0.10.2 ，取 =0.050.10，取计算安全系数=1.5故该轴在左侧的强度也是足够的。又因无大的瞬时过载及严重的应力循环性，故可略去静强度校核。对低速轴的设计：a) 做出受力简图，转化受力结构：b) 求作用在齿轮上的力：由上知: mm，N； N；N；c) 求作用在轴上的支反力：水平面内支反力： 左边； 右边。垂直面内支反力： 左边；右边。d) 作出弯矩图；根据下面简图，分别求水平和垂直面内各里产生的弯矩。Nmm，Nmm，Nmm，Nmm。并按计算结果分别作出水平面上的弯矩图和垂直面上的弯矩图；然后计算出总弯矩并作图；Nmm图（4）如上图所示；Nmm，轴材料为45钢，查可知：，故安全。e) 精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，轴承受力最大，轴颈最小的端面为危险截面，则截面为最危险截面。（2）截面右侧抗弯截面模量中的公式计算：截面左侧的弯矩为：截面上的弯曲应力：截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数，因 , 由得 : ， 又查得轴的材料敏性系数为。故有效应力集中系数为 查得尺寸系数，扭转尺寸系数=0.7因轴按磨削加工，得表现质量系数为，轴未经表面强化处理，即 ，则得综合系数值为材料特性系数取:=0.10.2 ，取 =0.050.10，取计算安全系数故可知其安全。（3）截面左侧抗弯截面模量：抗扭截面模量：截面右侧的弯矩为：截面上的弯曲应力： 过盈配合处的/值，由手册可知/=0.8/，于是得/=2.5/=0.82.5=2轴按磨削加工，得表面质量系数为=0.92故得综合系数为：材料特性系数取:=0.10.2 ，取 =0.050.10，取计算安全系数故该轴在左侧的强度也是足够的。又因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。5) 细化轴的结构： 细化轴的结构包括几何尺寸及公差，表面粗糙度，选择配合，倒角，过渡圆弧，见零件设计图纸。五、 轴承、键、联轴器的校核一、 键强度的校核1. 高速轴与联轴器相连的键的校核由上知键型为键， Nmm，材料为铸铁，查得：，由挤压强度条件有： ，故单键强度已经足够2. 高速轴与齿轮相连的键的校核由上知键型为键， Nmm，材料为钢，查得：，由挤压强度条件有：，故单键强度已经足够3. 低速轴与链轮相连的键的校核由上知键型为键， Nmm，材料为铸铁，查得：，由挤压强度条件有：，故单键强度已经足够4. 低速轴与齿轮相连的键的校核由上知键型为键，Nmm，材料为钢，查得：，由挤压强度条件有：，故单键强度已经足够二、 联轴器强度的校核计算转矩。查得：.名义转矩Nm所以 /2003 强度足够三、 轴承强度寿命的校核一、 对高速轴轴承的校核设定为右旋斜齿轮由上知：N(方向向左)N；N；N；N;则： N;N; 1确定基本额定动负荷和基本额定静负荷根据上面暂定型号为：7307C查得： kN， kN。查得：=1.1（工作平稳）。2计算轴承轴向力查得70000C型轴承的派生轴向力为：，于是有： N（方向向右） N（方向向左）因： N，可知轴承1压紧、轴承2放松，于是： N ， N3确定当量动负荷 查得：，线性查值得；，线性查值得。 ， ，； ， ，。于是： N N4寿命计算由于，所以轴承寿命取决于轴承1，于是h采用7307C时轴承寿命为10172小时，寿命为两年，满足两年维修时间。二、 对低速轴轴承的校核设定为左旋斜齿轮由上知：N(方向向右)N；N；N；N;则： N; N; 1确定基本额定动负荷和基本额定静负荷根据上面暂定型号为：7211C查得： kN， kN。查得：=1.1（工作平稳）。2计算轴承轴向力查得70000C型轴承的派生轴向力为：，于是有： N（方向向右） N（方向向左）因： N，可知轴承1压紧、轴承2放松，于是 N ，A1= S2- FA =4732-1279=3453N3确定当量动负荷 查得：，线性查值得；，线性查值得。 ， ，； ， ，。于是： N N4寿命计算由于，所以轴承寿命取决于轴承2，于是:h采用7211C时轴承寿命为8053小时，满足两年的寿命要求。满足两年维修时间。六、 减速器箱体及其部件的设计1. 尺寸设计尺寸如下表（中心距 mm）名称符号计算关系尺寸（mm）箱座壁厚10箱盖壁厚10箱座凸缘厚度15箱盖凸缘厚度15箱座底凸缘厚度25地脚螺栓直径20地脚螺栓数目n时，n=44（个）轴承旁连接螺栓直径=0.75 16箱盖与箱座连接螺栓直径=（0.5 0.6）10连接螺栓的间距150200150轴承端盖螺钉的直径(0.40.5) 8检查孔盖螺栓直径(0.30.4) 6定位销直径(0.70.8) 8d、d、d至外箱壁距离262216、至凸缘边缘距离242014对应、沉头座直径D403224轴承旁凸台直径c20外箱壁至轴承座端面距离c +c+（812）50大齿轮齿顶与内箱壁距离1.212齿轮端面与内箱壁距离12.5箱盖、箱座肋板厚度、0.85、0.8578.5表（4）2. 齿轮润滑设计由于大小齿轮的直径相差，而传动速度不大，所以齿轮转动采用浸油润滑的润滑方式。根据手册，因此集体内需要有足够的润滑油，用以软化和散热。同时为了避免油搅动时沉渣泛起，齿顶到油池底面的距离H不应小于3050，故取浸泡油深度为 mm。由手册1，P65得, 浸油深度 mm。3. 轴承润滑设计由于滚动轴承的速度较低，故可选用油润滑。4. 密封方式设计为了保证箱盖与箱座座联接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为6.3，密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，并匀均布置，保证部分面处的密封性。箱体各剖面可是用密封油漆，防止漏油输入轴和输出轴的齿轮端盖处应采用毡圈密封，根据毡圈所在轴端直径选择。5. 吊耳和吊钩为方便减速器的搬运，在机座机盖上直接加工吊耳环和吊钩。吊钩直接在机体上铸造，而吊耳环在机体上铸造相应的结构上打孔完成。6. 油表选用应用广泛的油尺，为，由于齿轮不大，油面距箱盖凸缘比较近，为防止加工、装配和使用不便，将油尺以较小的角度()安装在箱座上。7. 放油螺塞放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由