初机械设计基础课程设计.doc

学号 河南工业大学设计说明书设计题目 带式运输机上单级圆柱齿轮减速器设计系 部 专 业 班 级 姓 名 指导教师 2013年 06月 20日目录设计任务书3第一章 绪论1.1设计目的41.2传动方案的分析与拟定4第二章 减速器结构选择及相关性能参数计算2.1 电动机类型及结构的选择52.2 电动机选择52.3 确定电动机转速52.4确定传动装置的总传动比和分配级传动比52.5动力运动参数计算6第三章 传动零件的设计计算减速器外部零件的设计计算-普通V形带传动7第四章 齿轮的设计计算4.1直齿圆柱齿轮84.2齿轮几何尺寸的设计计算 4.2.1 按照接触疲劳强度计算8 4.2.2 按齿根弯曲接触强度校核计算9 4.2.3 齿轮几何尺寸的确定94.3齿轮的结构设计9第五章 轴的设计计算5.1输入轴的设计105.2输出轴的设计135.3轴强度的校核16第六章 轴承、键和联轴器的选择6.1轴承的选择及校核176.2键的选择计算及校核176.3联轴器的选择18第七章 减速器润滑、密封7.1润滑的选择确定19 7.1.1润滑方式197.1.2润滑油牌号及用量197.2 密封的选择确定19 第八章 减速器附件的选择确定20第九章 箱体的主要结构尺寸计算21 设计总结22参考文献23设计任务书一 设计题目带式运输机上的单机圆柱齿轮减速器的设计二 设计选题依据本次论文设计进行结构设计，并完成带式运输机上减速器的装配图，零件图的设计。设计综合运用了机电类学生学习的机械设计，机械制图，工程力学，互换性，与测量技术等各方面的知识。通过本次练习，可以让同学们掌握机械设计的一般程序，方法，设计规律，技术措施，并与生产相结合，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，具备简单机械设计的能力。三 设计要求：运输机工作平稳，单向运转，空载启动，单班制工作，使用期限为8年，每年按300个工作日计算，输送带的速度允许误差为 5%。 原始数据：组号1运输带工作拉力F/（KN）3运输带速度V/（m/s）0.9卷筒直径D/(mm）200运输带允许速度误差为5%四 设计任务要求：1. 减速器装配图纸一张 一张2. 轴、齿轮零件图纸各一张 两张3. 设计说明书一分 一份第一章 绪论1.1 设计目的（1）培养我们理论联系实际的设计思想，训练综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理等设计方面的能力。1.2传动方案拟定1、传动系统的作用及传动方案的特点：机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。2、传动方案的分析与拟定1、工作条件：使用年限8年，工作为一班工作制，载荷平稳，室内工作。2、原始数据：滚筒圆周力F=3000N；带速V=0.9m/s；滚筒直径D=200mm 3、方案拟定：采用带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。 第二章 减速器结构选择及相关性能参数计算2.1 电动机类型及结构的选择本减速器设计为水平剖分，选用Y系列三相异步电动机，封闭卧式结构。2.2 电动机选择（一）工作机的功率Pw =FV/1000=30000.9/1000=2.7kw（二）总效率 =0.960.970.990.99=0.90（三）所需电动机功率 查机械零件设计手册得 Ped = 3 kw2.3 确定电动机转速 卷筒工作转速为： n卷筒=601000V/（D）=85.94 r/min根据机械设计课程设计表2-3推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比=35范围。取带传动比。则总传动比理论范围为： =620。故电动机转速的可选范为 =515.641781.8r/min则符合这一范围的同步转速有：750、1000和1500r/min，由标准查出三种适用的电动机型号：方案电 动 机型 号额 定 功 率电动机转速(r/min)同 步满 载1Y100L-43kw100014202Y132S-63kw15009603Y132M-83kw3000710综合考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和带传动、减速器传动比,可见第2方案比较适合。因此选定电动机型号为Y132S-6，=960 r/min。2.4确定传动装置的总传动比和分配级传动比1、确定传动装置的总传动比由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速可得传动装置总传动比为： =/=960/85.94=11.17 2、分配各级传动装置传动比： 总传动比等于各传动比的乘积 = 取=2.5（普通V带 i=24）因为：=所以：11.17/2.54.472.5 动力运动参数计算（一）转速n=960=/=/=960/2.5=384（r/min） =/=384/4.47=85.91（r/min） =85.91（r/min） （二）功率P 轴： 轴: 卷筒轴:（三）转矩T (Nm) 轴 轴 (Nm) 卷筒轴(Nm)将上述数据列表如下：轴号功率P/kW N /(r.min-1) /(Nm) i 02.796026.86 2.5 12.5938464.46 22.4985.91276.714.47 32.4485.91271.201 电动机额定功率Ped = 3 kw选定电动机型号为Y132S-6 =4.47=384（r/min）=85.91（r/min）=85.91（r/min） T0=26.86(Nm)T1=64.46(Nm)T2=276.71(Nm)T3=271.20(Nm)计 算 及 说 明结果计 算 及 说 明结果第三章 传动零件的设计计算减速器外部零件的设计计算-普通V形带传动设计普通V形带传动须确定的内容是：带的型号、长度、根数，带轮的直径、宽度和轴孔直径中心距、初拉力及作用在轴上之力的大小和方向1、选择带的型号：查表13-8得, 则计算功率为PC=KAP=13= 3KW根据、查表和图13-5，选取A型带。2、确定带轮基准直径、验算带速查资料表13-9，选取带速带速验算： V=n1d1/（100060）=3.14112960/100060=5.63m/s 介于525m/s范围内，故合适大带轮基准直径d2=n1/n2d1=2.5112=280mm 3、确定带长和中心距a： 0.7（d1+d2）a02（d1+d2） 0.7（112+280）a02（112+280）274.4mma0784mm 初定中心距a0=500 ，则带长为 L0=2a0+（d1+d2）+（d2-d1）2/(4a0) =2500+（112+280）/2+（280-112）2/(4500) =1629.55 mm查132表，按标准选带的基准长度Ld=1600mm的实际中心距a=a0+(Ld-L0)/2=500+(1600-1629.55)/2=485.23 mm 4、验算小带轮上的包角1 1=180-(d2-d1)57.3/a=160.16120 小轮包角合适5、确定带的根数由式确定V带根数，查133表得1.18kW，查13-5表得0.11kW查132表得0.99，0.89则 Z=PC/（(P0+P0)=2.71/（0.97+0.11）0.990.89 = 2.47 故要取3根A型V带选A型带d1=112mmd2=280mm带中心距a =485.23mm小轮包角合适选3根V带第四章 齿轮的设计计算4.1直齿圆柱齿轮 按输入的转速320 r/min，传动比4计算，传动功率3.996kw,连续单向运转，载荷平稳来计算。 选定齿轮材料、热处理方式和精度等级因载荷平稳，小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为40Gr钢调质，齿面硬度为250HBS，大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为200HBS。齿轮精度初选8级4.2 齿轮几何尺寸的设计计算4.2.1 按齿面接触疲劳强度计算确定轮齿许用应力:许用应力：Hlim1=650MPa Hlim2=500MpaFlim1=410MPa Flim2=290Mpa按一般可靠要求取安全系数为SF=1.25 SH=1， 则许用接触应力H1 =Hlim1/SH=650/1=650 MPa H2 =Hlim2/SH=500/1=500 MPa 许用齿根弯曲应力F1 =Flim1/SF=328MPa F2 =Flim2/SF=232MPa取两式计算中的较小值，即H=500Mpa F=232MPa4.2.2 按齿面接触强度设计齿数,模数,齿宽的确定查表11-3，取载荷系数K=1.5查表11-6取齿宽系数d=1.0小齿轮转矩64.46 Nm由表11-4取ZE=188 标准齿轮ZH=2.5d1 将数值带入上述公式可知： d155.35mm 取小齿轮Z1=28，则Z2=iZ1=125模数m= d1/Z=1.98mm 齿宽b=55.35mm取b2=50mm，b1=60mm 取m=2mmd1=Z1m=56mm d2=Z2m=250mm 中心距a= m （Z1+Z2）/2=153mm小齿轮为40Gr钢调质，齿面硬度为250HBS大齿轮为45号钢正火，齿面硬度为200HBSH=500Mpa F=232MPaZ1=28Z2=125m=2mm计 算 及 说 明结果 4.2.3 按齿根弯曲接触强度校核计算 校核查图11-8 11-9得两齿轮的齿形系数和应力修正系数YFa1=2.65 Ysa1=1.62YFa2=2.2 Ysa2=1.81将数据带入公式得：F1=89.4MPa F2=83.3MPa由于F1F1 F2 F2故满足齿根弯曲疲劳强度要求4.2.3齿轮几何尺寸的确定分度圆直径：d1=56mm d2=250mm齿顶圆直径:da1= d1+2ha1m=60mm da2=d2+2ha1m=254mm齿根圆直径: df1= d1-2（ha+c）m=51mmdf2= d2-2（ha+c）m=245mm中心距：a=m （Z1+Z2）/2=153mm 强度满足d1=56mmd2=250mmda1=60mmda2=254mmdf1=51mmdf2=245mma=153mm第五章 轴的设计计算5.1输入轴的设计（1）小齿轮材料用40Gr钢，调质，b=750MPa；（2）按扭转强度估算轴的直径选用45号钢调质，硬度217255HBS轴的输入功率为转速为n1=384 r/min根据课本查表计算取 a=72mm b=62mm c=70mmd考虑有一个键槽，将直径增大5%，则d=25.7(1+5%)mm=27.0mm 圆整为30mm以上计算的轴径作为输入轴外伸端最小直径。2,输入轴各段直径和长度的确定输入轴有计算出输入轴最小直径d=30mm查表4-30得 d1= d+2a=30+2X3=36mm d2=d1+15mm=40mm d3=d2+15mm=45mm d4=53mm d5=d2=40mm输入轴长度的确定b1=b2+(510)mm=82mm 28 取2=8mm3=35mm 取3=4mmL1+C1+C2+(38)mm查表得L0=50mmL1=38 mm L2=30 mmL3=82 mmL4=10 mm L5=28 mm（3）轴的结构设计，轴上零件的定位、固定和装配 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，该设计润滑方式是油润滑，箱体四周开有输油沟，齿轮一面用轴肩定位，另一面用轴套定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，齿轮、右轴承和联轴器依次从右面装入。(4)求齿轮上作用力的大小、方向 小齿轮分度圆直径：d1=56mm作用在齿轮上的转矩为：T1 =64.46103 Nmm 求圆周力：FtFt=2T1/d1=264.46103/56=3.18x103N 求径向力FrFr=Fttan=3180tan200=1157.4N（5）轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。水平面的支反力：RB1= Frc/(b+c)=613.8N RC1= Frb/(b+c)=543.6 N垂直面的支反力：RB1= Ftc/(b+c)=1686.4N RC1= Ftb/(b+c)=1493.6N由于选用深沟球轴承则Fa=0 （6）绘制水平弯矩图，垂直弯矩图及合成弯矩图 剖面-处的弯矩：水平面的弯矩：MC1= RB1b =613.862 =38.05Nm 垂直面的弯矩：MC1= RB1b =1686.462 =104.56Nm 合成弯矩：Mc=111. 绘制扭矩图,当量弯矩图 危险截面当量弯矩 Me=130.97 Nm齿轮轴选用45号钢调质，硬度217255HBSd=30mmd1=36mmd2=40mmd3=45mmd4=53mmd5=40mm圆周力：Ft=3180N径向力：Fr=1157.4NMc=111NmMe=130.97 Nm 校核危险截面直径 查表得【-1b】=80MPa，则 d =25.4mm增大3%则d26.4mm，因结构设计的轴径为45mm，故满足强度要求。计 算 及 说 明结果（7）绘制轴的零件图。5.2 输出轴的的设计 按扭矩初算轴径大齿轮材料用45钢，正火，b=600Mpa，硬度200HBS大齿轮轴轴径的初算：大齿轮轴的转速较低，受转矩较大，故取：C=117d考虑有一个键槽，将直径增大3%，则d=43.54(1+3%)mm=44.8mm 圆整为45mm以上计算的轴径作为输出轴外伸端最小直径(2) 输出轴各段直径和长度的确定输出轴各段的直径确定有计算出输入轴最小直径d=45mm查表4-30得 d1= d+2a=53mm d2=d1+15mm=55mm d3=d2+15mm=60mm d4=67mm d5=d2=55mm输出轴长度的确定b1=b2+(510)mm=82mm 28 取2=8mm 3=35mm 取3=4mmL1+C1+C2+(38)mm查表得L0=112mmL1=38 mm L2=38 mmL3=72 mmL4=10 mmL5=31 mm大齿轮材料用45钢，正火，b=600Mpa，硬度200HBSd=45mmd1=55mmd2=60mmd4=67mmd5=55mm（3) 轴的结构设计，轴的零件定位、固定和装配 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，该设计润滑方式是油润滑，箱体四周开有输油沟，齿轮一面用轴肩定位，另一面用轴套定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，齿轮、右轴承和联轴器依次从右面装入。(4)求齿轮上作用力的大小、方向 大齿轮分度圆直径：d2=250mm作用在齿轮上的转矩为：T2 =167.96Nm 求圆周力：FtFt=2T2/d2=2167960/250=2291.3N 求径向力：FrFr=Fttan=2291.3tan200=834.0N（5）轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。 水平面的支反力：RB2= Frc/(b+c)=436.1N RC2= Frb/(b+c)=397.9 N 垂直面的支反力：RB2= Ftc/(b+c)=1198.2N RC2= Ftb/(b+c)=1093.2N 由于选用深沟球轴承则Fa=0（6）画弯矩图 剖面-处的弯矩：水平面的弯矩：MC2= RB2b=27.3Nm 垂直面的弯矩：MC2= RB2b =74.9Nm 合成弯矩： M2=79.7Nm绘制扭矩图, 当量弯矩图危险截面当量弯矩 Me=214.7 Nm校核危险截面直径 查表14-21得【-1b】=55MPa，则 d =33.9mm增大3%则d34.9mm，因结构设计的轴径为60mm，故满足强度要求。（7）绘制轴的零件图。5.3 轴强度的校核 按扭转合成应力校核轴强度，由轴结构简图及弯矩图知处当量弯矩最大，是轴的危险截面，故只需校核此处即可。强度校核公式：e=/W-1输入轴：(1) 轴是直径为45的是实心圆轴，W=0.1d3=9112.5Nmm(2) 轴材料为40cr钢调质， 许用弯曲应力为-1=80MPa则e=/W=45.28-1= 80MPa故轴的强度满足要求输出轴：(1) 轴是直径为60的是实心圆轴， W=0.1d3=21600Nmm(2) 轴材料为45号钢，正火，许用弯曲应力为-1=55MPa则e= M2/W=16.35-1= 55MPa故轴的强度满足要求第六章 轴承、键和联轴器的选择6.1 轴承的选择及校核因轴转速较高，且只承受径向载荷，故选取深沟球轴承。根据初算轴径，考虑轴上零件轴向定位和固定，估计初装轴承处的轴径并假设选用轻系列，查表定出滚动轴承型号列表如下：圆周力：Ft=2291.3N径向力：Fr=834.0N输入轴的强度满足要求输出轴的强度满足要求计 算 及 说 明结果轴号轴承型号基本尺寸 mmdDB16208408018262115510021根据条件，轴承预计寿命 8年3008=19200小时1.小轴的轴承使用寿命计算小齿轮轴承选用6208， Cr=22.8kN Fr=1157.4N 教材表16-9查得=1.2径向当量动载荷：Pr=r=1.21157.4=1388.88 N所以由式Cj=，查表16-8可知ft=1=230414.1519200 故满足寿命要求2.大轴的轴承使用寿命计算大轴承选用6211， Cr=33.5kN Fr=834N 径向当量动载荷：Pr=r=1.2834=1000.8 N所以由式Cj=，查表16-8可知ft=1=781360219200h 故满足寿命要求6.2 键的选择计算及校核 1.小轴上的键： Ft=3180N查手册得，选用A型平键，得：A键 14x9 GB1096-79 L=70mm h=9mm承剪面积 A=bxL=14X70=980进行抗剪强度校核 t=Ft/A=3.24 MPa100MPa承挤压面积 Abs=hL/2=315挤压强度校核bs =F/Abs=10.1 MPa150MPa故键强度符合要求2.大轴上的键： Ft =2291.3N查手册选：A键1811 GB1096-79 L=70mm h=11 承剪面积 A=bxL=18X70=1260进行抗剪强度校核 t=Ft/A=1.82MPa100MPa承挤压面积 Abs=hL/2=385挤压强度校核bs =F/Abs=6.0 MPa150MPa故键强度符合要求6.3 联轴器的选择在减速器输出轴与工作机之间联接用的联轴器因轴的转速较低、传递转矩较大，又因减速器与工作机常不在同一机座上，要求由较大的轴线偏移补偿，应选用承载能力较高的刚性可移式联轴器。查表得选用YL10型号的轴孔直径为45的凸缘联轴器，公称转矩Tn=630 Nm K=1.3=9550 =95 50=594Nm选用YL8型凸缘联轴器，公称尺寸转矩=630，。采用Y型轴孔，A型键轴孔直径d=45，轴孔长度L=112YL10型弹性套住联轴器有关参数小轴轴承型号为6208大轴轴承型号为6211小轴轴承满足寿命要求大轴轴承满足寿命要求小轴上键强度符合要求大轴上键强度符合要求选用YL10型凸缘联轴器型号公称转矩T/(Nm)许用转速n/（r）轴孔直径d/mm轴孔长度L/mm外径D/mm材料轴孔类型键槽类型YL 10630360045112160铁Y型A型计 算 及 说 明结果第七章 减速器润滑、密封7.1 润滑的选择确定 7.1.1润滑方式 1.齿轮V12 m/s，选用浸油润滑,因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H不应小于3050mm。对于单级减速器，浸油深度为一个齿高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递1KW需油量V0=0.350.7m3。2. 对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，选用飞溅润滑。这样结构简单，不宜流失，但为使润滑可靠,要加设输油沟。7.1.2润滑油牌号及用量1.齿轮润滑选用AN150全系统损耗油，最低最高油面距1020mm，h=15mm需油量为1.2L左右2.轴承润滑选用AN150全系统损耗油7.2密封的选择与确定1.箱座与箱盖凸缘接合面的密封选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法2.观察孔和油孔等处接合面的密封在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封3.轴承孔的密封闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部轴的外伸端与透盖的间隙，由于选用的电动机为低速、常温、常压的电动机，则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达到密封的目的。毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑。第八章 减速器附件的选择确定1、轴承端盖： HT150 孙得志 张伟华 邓子龙编著的机械设计基础课程设计的表2-16-4根据下列的公式对轴承端盖进行计算： d2=d3+1mm=9mm；D0=D +2.5d3=100mm； D2=D0 +2.5d3=120mm；e=1.2d3=10； e1e取e1=10；m由结构确定； d1、b1由密封尺寸确定；b=510，h=(0.81)b2、油面指示器：用来指示箱内油面的高度。游标尺的选用 M16 d1=4 d2=16 d3=6 h=35 a=12 b=8 c=5 D=26 D1=223、放油孔及放油螺塞：为排放减速器箱体内污油和便于清洗