机械设计基础课程设计说明书样本.doc

武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 0 目目 录录 1 1 传动方案分析传动方案分析 0 0 2 2 电动机的选择计算电动机的选择计算 1 1 3 3 传动装置的运动及动力参数的选择和计算传动装置的运动及动力参数的选择和计算 2 2 4 4 齿轮传动的设计计算齿轮传动的设计计算 3 3 5 5 轴的设计计算与联轴器的选择轴的设计计算与联轴器的选择 6 6 6 6 键连接的选择及计算键连接的选择及计算 1212 7 7 滚动轴承的校核 低速轴轴承 滚动轴承的校核 低速轴轴承 1313 8 8 润滑和密封方式的选润滑和密封方式的选择择 润滑油和牌号的确定 润滑油和牌号的确定 1414 9 9 箱体及附件的结构设计和计算箱体及附件的结构设计和计算 1414 1010 设计小结设计小结 1616 1111 参考资料参考资料 1616 武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 1 1 传动方案分析 传动方案如下图 已由老师给定 其特点为 减速器的尺寸紧凑 闭式齿轮传动可 保证良好的润滑和工作要求 2 电动机的选择计算 2 1 电动机的选择 2 1 1 电动机类型的选择 根据动力源和工作要求 选 Y 系列三相异步电动机 2 1 2 电动机功率的选择 e P 工作机所需有效功率 KW FV PW73 11 1000 3 25100 1000 由传动示意图可知 电动机所需有效功率 W P d P 式中 为传动装置的总效率 n 4321 设 分别为弹性连轴器 2 个 闭式齿轮 设齿轮精度为 8 级 滚 1 2 3 4 动轴承 3 对 运输机卷筒的效率 查表得 99 0 1 则传动装置的总效率97 0 2 99 0 3 96 0 4 886 096 0 99 0 97 099 0 32 4 3 32 2 1 电动机所需有效功率 KW P P w d 24 13 886 0 73 11 查表选取电动机的额定功率为 e PKW15 1 电动机 2 联轴器 3 斜齿圆柱齿轮减速器 4 卷筒 5 运输带 武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 2 2 1 3 电动机转速的选择 工作机所需转速 min 75 219 200 1000603 2100060 r D V nw 查表 2 3 知总传动比 3 5 5 i 则电动机的满载转速 min 63 1208 25 6595 5 375 219rinn wm 查表选取满载转速为 同步转速为的 Y180L 6 型电动机 则传动装置的总min 970rnm min 1000r 传动比 且查得电动机的数据及总传动比如下 414 4 75 219 970 w m n n i 电动机型号额定功率 KW同步转速 r min满载转速 r min Y180L 615KW1000r min970r min 总传动比轴伸尺寸 D E中心高 mm平键尺寸 F G 4 41448mm 110mm180mm14mm 42 5mm 3 3 传动装置的运动及动力参数的选择和计算传动装置的运动及动力参数的选择和计算 3 1 传动比的分配 由传动示意图可知 只存在减速器的单级传动比 即闭式圆柱齿轮的传动比 其值 i 4 414 3 2 传动装置的运动和动力参数计算 3 2 1 各轴的转速计算 由传动示意图可知 轴 的转速 min 75 219 min 75 219 414 4 970 min 970 min 970 34 2 3 12 1 rnn r i n n rnn rnn m 3 2 2 各轴的输入功率计算 因为所设计的传动装置用于专用机器 故按电动机的所需功率计算 d P 轴 的输入功率 KWPP KWPP KWPP KWPP d d 72 1196 0 99 0 99 0 46 12 46 1299 0 97 0 98 12 98 1299 0 99 0 24 13 24 13 43134 3223 312 1 武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 3 3 2 3 各轴的输入转矩计算 轴 的输入转矩 MN n P T MN n P T MN n P T MN n P T 33 509 75 219 72 11 95509550 49 541 75 219 46 12 95509550 79 127 970 98 12 95509550 35 130 970 24 13 95509550 4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 1 1 将上述结果列于下表中 以供查询 轴号转速 n r min功率 P KW转矩 T N M传动比 i 97013 24130 35 97012 98127 79 219 7512 46541 49 219 7511 72509 33 1 414 4 1 i i i 4 4 齿轮传动的设计计算齿轮传动的设计计算 如传动示意图所示 齿轮 和 的已知数据如下表 齿轮功率 P KW转速 n r min转矩 T N M KWP98 12 2 min 970 2 rn MNT 79 127 2 KWP46 12 3 min 75 219 3 rn MNT 49 541 3 4 1 选择齿轮精度 按照工作要求确定齿轮精度为 8 级 4 2 选择齿轮材料 考虑到生产要求和工作要求 查图表 可得 小 大 齿轮的选材 及相应 数据如下 齿轮材料热处理硬度弯曲疲劳极限应力接触疲劳极限应力 45 钢调质HBSHB220 1 MPa F 220 1lim MPa H 570 1lim 45 钢调质HBSHB180 2 MPa F 200 2lim MPa H 530 2lim 由于该齿轮传动为闭式软齿面传动 主要失效形式为齿面疲劳点蚀 故应按接触疲 劳强度进行设计 并校核其齿根弯曲疲劳强度 武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 4 4 3 许用应力计算 齿轮 的循环次数 使用寿命为 10 年 为 8 32 9 21 1016 3 83001075 2196060 1039 1 8300109706060 tanN tanN 查图得 1 1 1 1 2121 NNNN ZZYY 设取 两轮均为软齿面 mmmn5 1 3 1 6 1 1 2 minmin21 WHFXXST ZSSYYY 可求得 MPaZZ S MPaZZ S MPaYY S Y MPaYY S Y WN H H HP WN H H HP XN F STF FP XN F STF FP 69 407 3 1 11530 46 438 3 1 11570 250 6 1 112200 275 6 1 112220 2 min 2lim 2 1 min 1lim 1 22 min 2lim 2 11 min 1lim 1 4 4 按接触疲劳强度进行设计 4 4 1 小齿轮的名义转矩 MNT 79 127 2 4 4 2 选取各系数并列表 载荷系数齿宽系数重合度系数 斜齿轮电动机传动 3 1 K 软齿面 1 d 8 0 Z 4 4 3 初定齿轮的参数 取694 9221414 4 21 121 ZiZZ92 2 Z 10 381 4 21 92 u 4 4 4 初算分度圆直径并确定模数和螺旋角 因两齿轮均为钢制 故 则MPaZE 8 189 mm dd a mmdud mm u uKTZ d dHP 279 182 2 808 296749 67 2 808 296749 67381 4 749 67 381 4 1381 4 1 1 79 1293 1 69 407 8 0 754 1 754 21 12 3 2 2 2 2 1 所以 a 取圆整值为 mma230 武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 5 法向模数 mm COS ZZ a mn001 4 9221 102302cos2 21 圆整为标准值 mmmn4 调整螺旋角 10 42 4 70126 10 2302 9221 4 arccos 2 arccos 21 a ZZmn 4 4 5 计算齿轮的几何尺寸 螺旋角 法向模数 94214 mmmn4 齿数 中心距 92 21 21 ZZmma230 分度圆直径 mm Zm dmm Zm d nn 513 374 cos 487 85 cos 2 2 1 1 齿顶圆直径 mmmddmmmdd nana 513 3822 487 932 2211 齿根圆直径 mmmddmmmdd nfnf 513 3645 2 487 755 2 2211 齿宽 mmbmmbb mmbdb d 90 95 90 10 5 85487 85487 851 121 212 取 取 4 5 校核齿根弯曲疲劳强度 当量齿数 97 70126 10cos 92 cos 22 70126 10cos 21 cos 33 2 2 33 1 1 Z Z Z Z v v 查图得 端面重合度 0 4 3 4 21 FSFS YY7 1cos 11 2 388 1 21 ZZ 再查图得 则69 0 Y MPaYY Zmb KT MPaYY Zmb KT FPFS n F FPFS n F 250611 3269 0 0 4 21485 79 1293 120002000 275109 3369 0 3 4 21490 79 1293 120002000 1 2 2 1 2 2 2 2 1 2 1 1 2 1 2 1 即齿根弯曲疲劳强度足够 武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 6 4 6 计算齿轮的圆周速度 sm nd v 3 4 60000 970487 85 100060 21 4 7 齿轮的受力分析 齿轮 的受力情况如下图所示 各力的大小分别为 圆周力 N d T FF tt 485 3036 487 85 79 12920002000 1 2 21 径向力 NFFF n trr 751 1124 70126 10cos 20tan 485 3036 cos tan 121 轴向力 NFFF taa 819 57370126 10tan485 3036tan 121 5 轴的设计计算与联轴器的选择 5 1 选择轴的材料 该轴无特殊要求 因而选用调质处理的 45 钢 查表知 MPa B 650 5 2 初算轴径 轴 的轴径即为电动机外伸轴直径mmD48 轴 与齿轮 配合 查表取 C 117 并且安装联轴器处有一个键槽 故轴径 mm n P Cd166 29 970 98 12 11705 105 1 3 3 2 2 2min 轴 与齿轮 配合 查表取 C 117 并且安装联轴器处有一个键槽 故轴径 武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 7 mm n P Cd196 47 75 219 46 12 11705 1 05 1 3 3 3 3 3min 轴 查表取 C 117 并且安装联轴器处有一个键槽 故轴径 mm n P Cd242 46 75 219 72 11 11705 105 1 3 3 4 4 4min 5 3 联轴器选择 由电动机外伸轴径及传动要求 公称转矩 查表选取 TL7 弹性mmD48 21 TTTn 套柱销联轴器 故取轴 与联轴器连接的轴径为 40mm 844323 8440 8448 GB J J 因为轴 与轴 的最小轴径分别为并考虑传动要求 mmdmmd242 46 196 47 4min3min 公称转矩 查表选取 YL10 凸缘联轴器 故轴 轴 与 43 TTTn 865843 6048 6048 GB J J 联轴器连接的的轴径均为 48mm 5 4 轴承的选择 根据初算轴径 考虑轴上零件的轴向定位和固定 假设选用深沟球轴承 查表可估 选出装轴承处的轴径及轴承型号 见下表 轴号装轴承处的轴径轴承型号 50mm 滚动轴承 6210 GB T276 94 60mm 滚动轴承 6212 GB T276 94 5 5 齿轮的结构设计 5 5 1 大齿轮 因为齿顶圆直径 为了减轻重量和节mmmmdmmmm a 400513 38220035 2 约材料 并考虑机械性能 故大齿轮采用腹板式自由锻结构 且取与轴连接处的直径为 53mm 武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 8 dd6 1 1 dl 5 1 2 1 5 0 110 dDD 25 0 110 dDd BC3 0 BC 3 0 2 0 1 n mn5 05 r 1 n n m 4 5 2 0 01 2 f dD 武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 9 5 5 2 小齿轮 因为齿顶圆直径 故作成齿轮轴形式mmmmdmm a 400487 9332 1 请自己选择一种齿轮结构 删除多余图片 dd6 1 1 dl 5 1 2 1 n m5 2 0 5 0 110 dDD 2 2 0 110 dDd n mn5 0 1 n 5 6 轴的设计计算 轴径和轴长的设计 5 6 1 高速轴 武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 10 D1 40 L1 112 D2 45 L2 D3 50 L3 18 D4 57 L4 D5 L5 D6 d4 57 L6 D7 D3 50 L 7 L3 18 5 6 2 低速轴 D7 60 L7 20 D6 74 L6 14D5 80 L5 10 D4 70 L4 118 D3 60 L3 46 D2 60 L2 65D1 50 L1 110 武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 11 5 7 低速轴的校核 5 7 1 受力分析 低速轴上齿轮的受力情况 已经分析清楚 见齿轮部分见 4 7 水平面的受力和弯矩图 A Ft2 B C FRA FRB 27 656Nm 垂直面的受力和弯矩图 Fa2 Ft2 FRA FRB 46 089Nm 6 326Nm 合成弯矩图 53 750Nm 29 067Nm 转矩图 T2 123 91Nm 当量弯矩图 91 942Nm 29 067Nm T2 74 594Nm 5 7 2 轴承的支反力 水平面上的支反力 N F FF t RBRA 5 442 2 991 884 2 2 垂直面上的支反力 NFdFF NFdFF RaRB RaRA 778 433125 5 62 2 216 101125 5 62 2 222 222 5 7 3 画弯矩图 剖面 C 处水平面的弯矩 mNFM RAC 656 2710 5 62 3 垂直面上的弯矩 mNdFFM mNFM a RAC RAC 089 4610 2 5 62 326 6 10 5 62 3 22 2 3 1 武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 12 合成弯矩 mNMMM mNMMM CCC CCC 750 53 067 29 2 2 2 2 2 1 2 1 5 7 4 画转矩图 mNT 91 123 2 5 7 5 画当量弯矩图 因单向回转 视转矩为脉动循环 已知查表得 650MPa B 则MPaMPa bb 98 59 01 602 0 01 bb 剖面 C 处的当量弯矩 mNTMM mNMTMM C C cC C 942 91 91 123602 0 750 53 067 29 222 2 2 2 2 1 2 2 2 1 1 5 7 6 判断危险剖面并验算强度 剖面 C 当量弯矩最大 而其直径与邻段相差不大 估剖面 C 为危险剖面 已知 MPamNmM bCe 0 59 942 91 1 2 b e e MPa d M 176 6 531 0 1000942 91 1 0 1 33 剖面 D 处的直径最小 估计该剖面也为危险剖面 b e e D MPa d M MPaTTM 01 5 531 0 1000594 74 1 0 594 7491 123602 0 1 33 2 所以其强度足够 6 键连接的选择及计算 各处的键均采用有轻度冲击的普通平键半圆键的联接方式 查表可得 MPa p 60 50 高速轴联轴器处选键 C10 50 GB1096 79 其挤压强度为 64 9 40832 100067 2444 2 pp MPa dhl T 电动机处的键是查表所得 故无须校核 低速轴联轴器处选键 C10 50 GB1096 79 其挤压强度为 25 44 40835 100091 12344 2 pp MPa dhl T 武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 13 低速轴齿轮处选键 C16 50 GB1096 79 其挤压强度为 5 27 341053 100091 12344 2 pp MPa dhl T 所以各键强度足够 7 滚动轴承的校核 低速轴轴承 在轴的设计计算部分已经选用如下表所示深沟球轴承 轴号装轴承处的轴径轴承型号 40mm 滚动轴承 6208 GB T276 94 45mm 滚动轴承 6209 GB T276 94 7 1 轴的受力状况及轴承载荷计算 水平面上的支反力 N F FF t RBRA 5 442 2 991 884 2 2 垂直面上的支反力 NFdFF NFdFF RaRB RaRA 778 433125 5 62 2 216 101125 5 62 2 222 222 轴承所承受的径向载荷 NFFF NFFF RBRBR RARAR 653 619778 433 5 442 928 453216 101 5 442 222 2 2 222 2 1 轴向外载荷NFA272 227 轴承的转速 n 181 89r min 单班制工作 预期寿命 3 年 则 hL720083003 7 2 求当量动载荷 查表取 KNCKNCrf rp 5 17 5 24 2 1 0 按图 轴承 未承受轴向载荷 故NFfP Rp 714 544928 4532 1 11 轴承 受轴向载荷 查表取 AA FF 2 013 0 17500 272 227 02 rA CF eFFe RA 367 0 653 619 272 227 2 0 22 FA FR1FR2 武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 14 查表取 5 2 56 0 YX 1222 22 1098 272 2275 2653 61956 0 2 1 PNYFXFfP ARp 故仅计算轴承 的寿命即可 7 3 求轴承的寿命 Lh P Cr n Lh 1016846 22 1098 24500 98 18160 10 60 10 3 6 2 6 实际寿命比预期寿命大 故所选轴承合适 8 润滑和密封方式的选择 润滑油和牌号的确定 8 1 齿轮润滑剂的选择 因是闭式齿轮传动 且齿轮选用 45 钢 调质处理 其硬度 且节圆处 280220180 12 HBSHBSHBHBSHB smsmv 2 8 2 所以两个齿轮均采用油润滑 开油沟 油沟尺寸为 a b c 8mm 8mm 5mm 查表 选择润滑油的黏度为 118 选择油的代号为 CKC 150 GB5903 86 8 2 齿轮的润滑方式 因为故采用油池浸润润滑 smsmv 2 8 2 8 3 轴承的润滑 采用飞溅方式直接用减速器油池内的润滑油进行润滑 8 4 密封方式的确定 根据减速器的密封要求 选择接触式密封方式 根据轴径查表选择毡圈油封及槽 分别选 毡圈 38 JB ZQ4406 86 毡圈 40 JB ZQ4406 86 箱体剖分面上允许涂密封胶或水玻璃 不允许塞入任何垫片或填料 9 箱体及附件的结构设计和计算 9 1 减速器铸造箱体的结构尺寸 武汉理工大学 机械设计基础 课程设计说明书 15 参照表 5 1 各部位尺寸列于下表 名称符号 结构尺 寸 名称符号 结构尺 寸 箱体壁厚 8mm 螺栓直径 d112mm 箱盖壁厚 18mm 沉头座直径 D126mm 通孔直径 d1 13 5mm C120mm 箱座 b12mm 轴 承 旁 凸缘尺寸 C216mm 螺栓直径 d210mm 箱盖 B112mm 沉头座直 径 D222mm 凸 缘 厚 度 底座 B220mm 通孔直径 d2 11mm 高度 h50mm 螺栓间距 l94mm 轴承旁 凸台半径 R1