机械设计课程设计说明书.doc

武汉理工大学机械设计课程设计目录1 设计题目02 传动装置的总体设计12.1 拟定传动方案12.2 电动机的选择22.3 传动比的分配32.4 传动装置的运动和动力参数选择与计算33 传动零件的设计计算43.1 斜齿圆柱齿轮设计计算43.2 锥齿轮设计计算74 轴系的设计计算104.1 轴系的计算与校核104.1.1 轴的设计与计算104.1.2 高速轴I上的轴承134.1.3 轴键的强度校核144.2 轴系的计算与校核144.2.1 轴的设计与计算144.2.2 中间轴上的轴承184.2.3 轴键的强度校核194.3 轴系的计算与校核204.3.1 低速轴的设计与计算204.3.2 轴轴承的寿命计算244.3.3 轴键的强度校核245 联轴器的选型256 润滑与密封257 箱体和附件设计计算268 设计总结279 参考文献281 设计题目设计皮带运输机的圆锥圆柱齿轮减速器。用于港口的货物运输，双班制工作，工作中有轻微振动。示意图如下，数据如下表（每年以天记，轴承寿命达齿轮寿命的1/3以上）。锥齿轮的传动比。 1. 电动机 2.联轴器 3.减速器 4.卷筒 5.输送带图1-1 传动方案原始数据：物理量运输带拉力F（N）运输带速度 V(m/s)卷筒直径 D(mm)使用年限(年)数据11402.5530010表1-1 原始数据2 传动装置的总体设计2.1 拟定传动方案 设计带式运输机的圆锥圆柱齿轮减器。用于港口运输货物，双班制工作，工作有轻微震动，使用寿命为10年（每年以300天计，轴承寿命达齿轮寿命1/3以上）。选用圆锥圆柱齿轮减速器，并与电动机相连，应考虑电动机的选择，经过二级减速到输出轴，应该考虑能量和功率的损失。减速器的结构如下： 减速器结构2.2 电动机的选择工作机所需要的有效功率：=传动装置的总效率：查表2-2得：，电动机所需功率：由电动机所需功率及相关数据可选用以下两种电动机，列表并比较如下：方案号电机类型额定功率同步转速满载转速总传动比 1Y132M1-6410009606.41 2Y112M-44100014409.62 电动机选型比较 两种方案比较起来，选择第二种，原因是电动机比较经济，且能够满足传动比的要求。电动机的型号为Y112M-4，其额定功率4KW，满载转速1440r/min，电动机外伸直径为D=28mm，外伸长度为L=60mm，轴心高H=112mm。2.3 传动比的分配工作机所需转速：传动比分配： 即高速级的传动比为2.2，低速轴的传动比为4.03。2.4 传动装置的运动和动力参数选择与计算1各轴转速的计算：2 各轴输入功率的计算：3.2820.99=3.249KW3.2490.990.97=3.12KW3.120.990.97=2.996KW2.9960.990.99=2.937KW3 各轴输入转矩的计算:将计算的结果列表如下：轴号转速n 功率P kw转矩T Nm传动比iI14403.22821.4082.9II496.553.10059.6214.0III124.142.977229.018IV124.142.818224.480 各轴参数3 传动零件的设计计算3.1 斜齿圆柱齿轮设计计算 1 确定材料选择及热处理方式 大小齿轮均选45钢，小齿轮调质，硬度250HBS，大齿轮正火，硬度为200HBS。610MPa，570MPa230 MPa，210 MPa 2 计算许用应力60 1 654.55 (10 300 16)=1.885 查图6-20得，查图6-21得计算许用应力：由表6-9取，,取MPaMPaMPaMPa3 按齿面接触疲劳强度计算计算工作转矩：初选系数和参数暂取，齿数精度8级；因电动机驱动，工作载荷有轻微振动，由表6-2查得 =1.25，取=1.05；由表6-5选0.9，由图6-3查得1.2，由图6-9查得1.13。1.251.051.131.21.78由图6-13查得2.45 ,查表6-4得189.8，取0.8，由，得 按齿轮接触疲劳强度计算齿轮直径和主要尺寸选择齿数：， 取则按表6-6取标准模数计算中心距，圆整取精确计算螺旋角齿轮圆周速度由表6-7知齿轮精度8级合适。因，故取，则4 校核齿轮弯曲疲劳强度 计算当量齿数： 按,查图6-16得 查图6-17得 ，取计算端面重合度：故满足弯曲疲劳强度。5 计算齿轮几何尺寸 3.2 锥齿轮设计计算1 确定材料、热处理方式及许用应力选45钢，小齿轮调质，硬度250HBS，大齿轮正火，硬度200HBS。查图618得 ，;查图619得 ，;查表69得 ，取.由前面计算查图已得 ,2 按齿面接触疲劳强度计算设计 查表62得,取齿宽系数,因u=则按查图69得由表64得，对于标准齿轮取,则，取。于是 取标准模数m2。则实际3 校核齿根弯曲疲劳强度 查图616得 查图617得 同参数知，大齿轮的弯曲强度较弱，应代入大齿轮数据进行计算故齿根弯曲疲劳强度满足要求。4 锥齿轮的主要几何尺寸4 轴系的设计计算3、轴的设计计算3.1 低速轴III的的设计3.1.1 选择轴的材料轴III的材料选45钢，调质处理，其机械性能由表8-2查得，,由表8-3查得c=108。3.1.2 初估轴径 。3.1.3 轴的结构设计3.1.3.1 轴上零件的布置 A、C剖面安放滚动轴承，初选轴承型号为7209C角接触球轴承，查得尺寸dDB=458519；D剖面安装联轴器，按T=222.645Nm，查表13-5选HL2型弹性套柱销联轴器，其半联轴器的孔径d取35mm，而按转矩估算，故取，半联轴器长L82mm；B剖面安装齿轮。3.1.3.2 轴上零件的定位与固定上面轴承用轴承盖和轴肩定位；齿轮用轴环和套筒定位；下面轴承用套筒和轴承盖定位；联轴器用轴肩及挡圈定位；齿轮和联轴器用平键进行周向固定。3.1.3.3 轴上零件的拆装齿轮、套筒、上轴承从上端装入，下轴承、联轴器从下端装入。3.1.3.4 结构图的绘制综合考虑各种因素，暂定轴的结构尺寸如图：3.1.4 按计算弯矩校核3.1.4.1 画轴的受力简图3.1.4.2 计算齿轮受力已求：,。求得： 3.1.4.3 计算作用于轴上的力 AB=38mm BC=96.5mm AC=134.5mm 3.1.4.4 计算弯矩画弯矩图 水平面: 垂直面: 合成弯矩： 3.1.4.5 画转矩图和计算转矩图转矩按脉动循环变化即.3.1.4.6 校核轴的强度由计算弯矩可见，B剖面是危险界面，应对B剖面进行校核:查表11-28得t=5.5mm b=14mm由表8-2查得 因为，故安全。3.1.5用安全系数法校核取截面B为危险截面，数据计算见表2。表2用安全系数法校核数据表计算内容及公式计算结果说明剖面剖面转矩176.159上面计算得到垂直弯矩5.13523.495材料力学公式水平弯矩60.18176.587合成弯矩60.3980.1098轴的直径4550已知抗弯截面系数材料力学公式抗扭截面系数 弯曲应力幅4.926.528按对称循环应力计算弯曲平均应力00扭剪应力幅4.923.264按脉动循环变应力计算扭剪平均应力4.923.264弯曲、扭剪疲劳极限见表8-2弯曲、扭剪等效系数绝对尺寸系数0.910.91见表8-7绝对尺寸系数0.890.89表面质量系数0.94见表8-8弯曲时有效应力集中系数扭转时有效应力集中系数圆角过盈配合圆角过盈配合见表8-4见表8-5只算弯矩作用的安全系数12.613.86见式(8-10)只算扭转作用的安全系数13.97118.31见式(8-11)合成安全系数9.35613.77见式(8-9)许用安全系数S1.31.51.31.5由于,，所以低速轴是安全的。3.2 中间轴的设计计算3.2.1 选择材料轴的材料选45钢，调质处理，其机械性能由表8-2查得：， 由表8-3查得：C=1123.2.2 初估轴径 3.2.3 轴的结构设计 3.2.3.1 轴上零件的布置A、C剖面安放滚动轴承，初选轴承型号为7206C角接触球轴承，查得尺寸，B剖面安装齿轮。 3.2.3.2 轴上零件的定位与固定 上轴承用轴承盖和轴肩定位，锥齿轮用轴肩与套筒定位，下轴承用套筒和轴承盖定位。 3.2.3.3 轴上零件的装拆锥齿轮、套筒和下轴承从下端装入，上轴承从上端装入 3.2.3.4 结构图的绘制综合考虑各种因素，暂定轴的结构尺寸如下图：3.2.4 按计算弯矩校核 3.2.4.1 画轴的受力简图3.2.4.2 计算齿轮受力 已求得 对齿轮1：已求得： 可求得： 对齿轮2：已求得： 可求得： 3.2.4.3 计算作用于轴上的力AB=47mm，CD=39mm，BC=57mm,BD=96mm,AC=104mm,AD=143; 3.2.4.4 计算弯矩、画弯矩图 水平面: 垂直面: 合成弯矩:3.2.4.5 画转矩图3.2.4.7 校核轴的强度由合成弯矩图知D，B两剖面为危险截面，对此两截面进行校核： 对D：对B： 故安全。3.3 高速轴I的设计3.3.1 选择材料轴I的材料选45钢，调质处理，其机械性能由表82查得，由表83查得C115。 3.3.2 初估轴径d1=15.8343.3.3 轴的结构设计3.3.3.1 轴上零件的布置A、C剖面安装滚动轴承，初选轴承型号为7206C角接触球轴承，查得其尺寸dD=306216,D剖面装联轴器，按查表137选TL4型弹性柱销联轴器，其半联轴器的孔径取20mm，而按转矩估算，故取，半联轴器长，B剖面安装齿轮。3.3.3.2 轴上零件的定位和固定左轴承用轴承盖和轴肩定位，右轴承用轴套和轴肩定位，锥齿轮用套筒和轴端挡圈定位，联轴器和锥齿轮用平键进行周向固定，联轴器用轴肩和轴端挡圈定位。3.3.3.3 轴上零件的拆装联轴器、左轴承从左端装入，右轴承、锥齿轮从右端装入3.3.3.4 结构图的绘制 综合考虑各种因素，暂定轴的结构尺寸如下图： 3.3.4 按计算弯矩校核3.3.4.1 画轴的受力简图3.3.4.2 计算齿轮受力已求得:，, 84.39mm3.3.4.3 计算作用于轴上的力 AC=59mm,BC=50.5mm AB=109.5mm Rva=Fr*BC/AC= 224.67 Rvc=Fr*AB/AC=262.49*109.5/59=487.16 RHA=(Ft*BC+Fa*dv1/2)/AC=(792.169*50.5+119.28*54.11/2)/59=732.74 RHC=(FtAB+Fa*dv1/2)/AC=(792.169*109.5+99.96*54.11/2)/59=1516.053.3.4.4 计算弯矩、画弯矩图 水平面： MHC=RHAAC=732.74*59*103 =43.231KNmm MHB=Fa*dv1/2=119.28*89.76*10-3/2=5.35KNmm 垂直面： Mvc=-Rva*AC=-224.67*59*10-3=-13.26KNmm 合成弯矩： Mc=MHC2+MVC2 =43.2312+14.242=45.52KNmm3.3.4.5 画转矩图3.3.4.6 画计算弯矩图转矩按脉动循环变化，即取Mca(B)=MB=MHB=5.35KNmm3.3.4.7 按计算弯矩校核由计算弯矩图知C截面为危险截面，故 ，故安全4、滚动轴承的寿命计算及其键的校核计算4.1 轴III的轴承的寿命计算所选轴承为 7209C ，其dDB=458519, ,。4.1.1 计算轴承支反力已求出， ，,合成支反力 4.1.2 计算轴向负荷 由S=0.5R得： 4.1.3 计算当量动负荷4.1.3.1 ，查表10-10，插值求得；,查表10-10，插值求得X=0.44，Y=1.40； 查表10-11得:,4.1.3.2 ,查表10-10，插值求得； ，查表得10-10，插值求得X=0.44，Y=1.3； ,所以以来进行计算。4.1.4 寿命计算查表10-1得，对于角接触球轴承3，故寿命足够。4.2 中间轴II上的轴承所选的轴承为7206C，e=0.37,Y=1.6 4.2.1 计算轴承支反力合成支反力： 4.2.2 计算轴向负荷，4.2.3 计算当量动负荷4.2.3.1 ,查表10-10，插值求得X=0.56，Y=1.15，4.2.3.2，查表10-10得X=1,插值法求得Y=0。 ,所以以来进行计算。4.2.4 寿命计算查表10-1得，角接触球轴承3故寿命符合要求。4.3 高速轴I上的轴承所选的轴承为7206C，e=0.37,Y=1.6 Rva=Fr*BC/AC= 224.67 Rvc=Fr*AB/AC=262.49*109.5/59=487.16 RHA=(Ft*BC+Fa*dv1/2)/AC=(792.169*50.5+119.28*54.11/2)/59=732.74 RHC=(FtAB+Fa*dv1/2)/AC=(792.169*109.5+99.96*54.11/2)/59=1516.053.3.4.4 计算弯矩、画弯矩图 水平面： MHC=RHAAC=732.74*59*103 =43.231KNmm MHB=Fa*dv1/2=119.28*89.76*10-3/2=5.35KNmm 垂直面： Mvc=-Rva*AC=-224.67*59*10-3=-13.26KNmm 合成弯矩： Mc=MHC2+MVC2 =43.2312+14.242=45.52KNmm4.3.1 计算轴承支反力已求出：,。 ； 4.3.2 计算轴向负荷 ，。4.3.3 计算当量动负荷4.3.3.1,查表10-10，插值求得X=0.4，Y=1.96；4.3.3.2 ,查表得10-10，插值求得X=1,Y=0；故应按计算。4.3.4 寿命计算查表10-11得，球轴承3故寿命符合要求。4.4 键连接的校核计算4.4.1 键1 ，安全。4.4.2 键2，安全。4.4.3 键3 ,安全。4.4.4 键4 ,安全。5、润滑和密封方式的确定5.1 润滑方式的确定斜齿轮的圆周速度:，故选脂润滑。锥齿轮的圆周速度：，故选油润滑。查表15-1和15-3可选CKD150工业齿轮用油。5.2 密封方式的确定选用丁形无骨架橡胶油封。6、箱体及附件的结构设计6.1 箱体的结构设计由表5-1确定壁厚,由中心距确定地脚螺钉直径。轴承旁联接螺栓直径。箱座、箱盖联接螺栓直径。由确定扳手空间，根据应留的扳手空间确定凸台的高度，箱座高度以大齿轮顶圆到底部距离来定，油面高度以浸没小齿轮12个齿为宜，油沟要不与联接螺栓相干涉。6.2 减速器附件的设计6.2.1 窥视孔和视孔盖窥视孔的位置应开在齿轮啮合区的上方，便于观察齿轮啮合情况。6.2.2 通气器装在视孔盖上。6.2.3 起吊装置吊环螺钉设在箱盖上，按起吊重要选公称直径,吊耳也应设在箱盖上。6.2.4 油标指示器 选长形油标，应设凸台以减少加工面。6.