机设设计说明书-仅供参考的模版.doc

湖南大学课程设计 机械设计课程设计设计计算说明书设计题目：机械手下箱体的传动装置设计机械院机自1204班设计者：学 号：指导教师：二一五年3月28日目 录一、设计任务书1二、三、总体设计计算1. 电机型号选择2. 各级传动比分配3. 各轴的运动参数和动力参数（转速、功率、转矩）计算 四、齿轮传动设计计算 五、轴系零件设计计算 1. 高速/低速轴的设计计算 （初估各轴最小直径、受力、弯矩、强度校核、刚度校核等）2. 滚动轴承的选择与寿命校核计算 3. 键连接的强度校核计算 4. 联轴器的选择 六、润滑和密封方式的选择 七、箱体及附件的结构设计和选择 八、设计总结 参考文献 一、设计任务书1、设计课题装车机械手下箱体的传动装置设计如图所示，在原训练课题基础上设计一台装车机械手，将生产线上的纸箱搬运到货车车厢。已知纸箱箱体尺寸ABCmm3，重M kg，其他条件及要求见表一。要求搬运能力J件/小时，工作寿命6年，每年工作300天。选择电动机型号，分配总传动比，计算各轴的转速、输入输出功率。对各级传动进行设计计算，并对整机进行结构设计。允许选用步进电机正反转工作。纸箱HLCB机械手KA车箱 2、设计任务与要求课程设计要求选择电动机型号，分配总传动比，计算各轴的转速、输入输出功率。对齿轮传动进行设计计算，选择联轴器，对减速器进行结构设计。本人设计的原始数据：蜗杆：蜗杆模数4，分度圆直径40mm，中心距a=80mm，轴向齿距pa=m=12.57mm，直径系数q=10.00，齿顶圆直径da1=48mm，齿根圆直df1=30.4mm，分度圆导程角=1136，蜗杆轴向齿厚sa=1/2m=6.285mm蜗轮：Z2=41，变位系数x2=-0.5，分度圆直径d2=124mm，喉圆直径da2=128mm，宽度B=36mm,顶圆直径de2=134m本人独立完成的具体任务是：1) 蜗轮蜗杆的传动数据包括尺寸传动比等等2）蜗轮轴的长度直径以及轴肩的设计3)键的选择校核计算4）轴的的设计校核计算；5）同步带轮的初步计算二、传动方案修改 先通过一级齿轮传动来实现升降运动，然后通过锥齿轮和蜗轮蜗杆同步带轮3级传动来实现旋转运动。（设计过程及计算说明）三、总体设计计算1、电机型号选择（1）电动机类型的选择： 步进电机（2）电动机功率选择：传动装置的总功率：上升总=螺旋3轴承齿轮= 0.30.983 0.98=0.274 旋转总=蜗轮4轴承锥齿轮同步带= 0.40.984 0.970.98 =0.346电机所需的工作功率： 上箱体重200kg，抬升高度为1m，旋转角度为90度，假设上升时间为 3s，旋转时间也为3s，偏心距为1m，则：P上升=mgv/上升总=200102/3/0.274 =486.6WP旋转=1/2mr2/旋转总=(1/2)2001(/6)/0.354 =151.25W所以 P工作= P上升 + P旋转=243.3W+151.25W =637.85W为保证正常工作，取P工作=700W（3）确定电动机扭矩： 取电机转速为500 r/minT=9550 P工作/n=95500.7/500=13.37Nm（4）确定电动机型号 根据电动机的额定扭矩，选定电动机型号为FL86BYG118。 其主要性能：最大静扭矩：13.37m，额定电流3A，质量3.8kg。2、计算总传动比及分配各级的传动比（1）上升运动总传动比： 查表取丝杠螺距为4mm，直径为60mm 3s内需转过25 r则转速为 n上升 =500 r/min i上升=n电机/n上升=500/（500） =1.0 旋转运动总传动： 3s内需转过90度则转速为 n旋转=(1/4)/3=1/12 r/s=5 r/min i上升=n电机/n上升=500/5 =100 （2）分配上升运动各级伟动比 取圆柱斜齿轮i齿轮=1.0 分配旋转运动各级伟动比 锥取齿轮i锥齿轮=1.0 同步带轮i同步带=3i旋转=i齿轮i蜗轮i同步带i蜗轮= i旋转/ i齿轮= 60/3 =20 3、各轴运动参数及动力参数计算 设电动机输入轴为0轴，蜗轮轴为轴，同步带轴为轴，带外螺纹套为轴。（1）计算各轴转速（r/min）n0=n电机= 500 r/minnI=n0/i涡轮=500/20=25 r/minnII= nI /i同步带轮=25/3 =8.3 r/minn= n0/ i齿轮=500/1=500 r/min（2）计算各轴的功率（Kw）P0=P工作=700 WPI=P旋转蜗轮轴承=151.25 0.4 0.97 0.98=57.51 WPII=PI轴承锥齿轮= 57.51 0.980.99 = 55.80W P= P上升齿轮轴承螺旋 = 486.60.98 0.980.3=138.80W（3）计算各轴扭矩（Nmm）T0=9.55106P0/n0 =9.551060.7 /500 = 12855 NmmTI=9.55106PI/nI=9.5510657.5110-3/15 =36614 Nmm TII=9.55106PII/nII =9.5510655.8010-3 /5 =106578Nmm T=9.55106P/n =9.55106138.810-3 /520 =2549 Nmm上升总=0.274旋转总=0.346P上升=486.6WP旋转=151.25WP工作=637.85W最大静扭矩13.37Nm电动机型号FL86BYG118n电机= 500 r/minn上升=500 r/minn旋转= 5 r/mini上升=1i旋转=100T0=12855 NmmTI=36614 NmmTII=106578NmmT=2549 Nmm四、蜗轮蜗杆传动设计计算 蜗杆转速 520r/min 传动比i=20 蜗杆选用45号钢，齿面要求淬火 蜗轮选用铸锡磷青铜 ZCuSn10P1，金属模铸造（1） 确定作用在蜗轮上的转矩T2 按z1=2，估取效率为0.8 T2=9.55x106P2/n2=9.551060.06*0.8/520=881N/mm (2)确定载荷系数K K=1，KA=1.15，Kv=1.05 则K=KA*K*Kv=1.21 （3）确定弹性影响系数 ZE=160MPa （4）确定接触系数 假设蜗杆分度圆直径d和传动中心距d/a=0.35 则查的Zp=209 【H】预估为210MPa a=1.2=68.7mm 取a=80mm，i=20，取模数m=4 蜗杆分度圆直径d=40mm d/a=0.5 可知Zp=2.Zp，因此以上计算可用 于是蜗杆：蜗杆模数4，分度圆直径40mm，中心距a=80mm，轴向齿距pa=m=12.57mm，直径系数q=10.00，齿顶圆直径da1=48mm，齿根圆直df1=30.4mm，分度圆导程角=1136，蜗杆轴向齿厚sa=1/2m=6.285mm 蜗轮：Z2=41，变位系数x2=-0.5，分度圆直径d2=124mm，喉圆直径da2=128mm，宽度B=36mm,顶圆直径de2=134m z1= 2 z2= 41 T2=881Nmmm= 4mm 五、轴系零件设计计算1、高速轴/低速轴的设计计算（1）选择材料和热处理方法选用45钢调质处理，硬度217255HBS。（2）按扭矩初算轴径P= Kw，n= r/min。查表 - 得 C=(103126)，d=(103126)( / )1/3mm=( ) mm考虑有键槽，将直径增大5%，则dmin= (1+5%) =20mm选dmin=20mm。（3）轴的结构设计a）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，两轴承分别以端盖和挡油盘定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶梯状，挡油盘和左轴承依次从左面装入，右轴承、挡油盘和皮带轮依次从右面装入。b）确定轴各段直径和长度从最右端算起： 第一段： d1=20mm 长度取L1=225mm 第二段：取该轴段直径为标准系列值，所以取d2=25 mm，轴段长度L2=64mm初选用7205c型角接触球轴承 第三段：，考虑到挡油盘的定位以及工作，取L3=11； 第四段：定位轴肩，d=32mm，L=4mm 第五段：d=28mm，L=35mm 第六段：蜗轮段，d=24mm，L=36mm 第七段：d=23mm，l=30mm 第八段：d=20mm，轴承选用7004c角接触球轴承c)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d1=128mm求转矩：已知T2=11124.43 Nmm求蜗轮右端圆周力：Ft1根据课本式得Ft1=2T2/d1=22248.86/128=173N求蜗轮右端径向力：Fr1根据课本式得Fr1=Ft1tan=173tan200=63.2N求齿轮右端圆周力：Ft2=2T3/d1=11217.92/128=87.6N求齿轮右圆周力：Fr2=Ft2tan=87.6tan20=31.8N绘制轴受力简图绘制垂直面弯矩图轴承支反力：F左=343.68NF右=468.38N经分析知危险截面C为距轴左端128mm处，其弯矩M为：11943.52Nmm，其转矩T为：11124.43Nmm。转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=1，截面C处的当量弯矩：Mec=M2+(T)21/2=11943.522+(111124.43)21/2=16.32Nm校核危险截面C的强度e=Mec/0.1d13=16.32/0.11283=48.36MPa -1b=60MPa该轴强度足够。2、滚动轴承的选择及寿命校核计算根据要求搬运能力300件/小时，工作寿命6年，每年工作300天条件，轴承预计寿命63608= 17280 小时a) 已知nI=222.2 r/min，轴承承受的最大径向反力FVB=118.7 NN，初先两轴承为圆锥滚子轴承32916型fd=1.0 轴向力为总重量为1000N，所以当量动载荷P=XFr +YFa=0.4*118.7+0.8*1000 N=847.5Nb) 轴承寿命计算 深沟球轴承=10/3根据手册得32916型的Cr=79.2103 NLh=(ftCr/fdP)106/60n式中ft= 1.00 ，fd=1.0 Lh=598489 小时17280小时预期寿命足够3、键联接的选择及强度校核计算(1) （一）输入主轴的键 轴上键1联接用于固定联轴器的周向运动，由于联轴器在轴端，故选用单圆头普通平键（C型）根据d=24mm查得键的截面尺寸为：宽度b=8mm，高度 h=7mm。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长L=36mm，键，轴和轮毂的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力 ，取平均值，。键的工作长度 ,键与轮毂键槽的接触高度 。转矩T=93.02Nm 故（合适） 所以键的标记为：键 L=18mm（二) 蜗轮配合的键 键2选用圆头普通平键（A型）根据d=34mm查得键的截面尺寸为宽度b=10mm，高度 h=8mm。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长L=18mm， 键，轴和轮毂的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力 ，取平均值，。键的工作长度 ,键与轮毂键槽的接触高度 。转矩T=83.36Nm 故（合适） 所以键的标记为：键 L=28mmdmin=20mmd1=20mmL1=225mmd2=25mmL2=64mmd3=28mmL3=11mmd4=32mmL4=4mmd5=28mmL5=35mmD6=24mmL6=36mmD7=23mmL7=30mmD8=20mmL8=26mm.键C 832p=94.69Mpa键 1850p=102.7Mpa键C 1272p =97.76Mpa六、润滑与密封方式选择 因为齿轮的圆周速度V=d1n1/601000=3.14200x520 /(601000)=5.4m/s，所以齿轮选用油润滑。轴承选用脂润滑七、箱体及附件的结构设计和选择1、箱体的主要尺寸： 因箱体为*箱体，故根据*工艺要求，选择主要尺寸参数如下： (1)箱座壁厚z0.04a+3=0.04150+1=7取z=8mm (2)箱盖壁厚z1=z=8mm (3)箱体凸缘厚度箱座：b=1.75z=14mm 箱盖：b1=1.75z1=14mm 箱底座：b2=21.75z=14mm (4)加强肋厚 箱座：m=0.85z=0.858=6.4mm箱盖：m1=0.85z1=0.858=6.4mm (5) 地脚螺钉直径df=0.036a+12=0.036150+12=17.4(取16)mm (6) 地脚螺钉数目n=6 (7) 轴承旁连接螺栓直径d1= 0.75df =0.7516=12(取 )mm (8) 盖与座连接螺栓直径 d2=(0.5-0.6)df =0.616=9.6(取10)mm (9)定位销直径d=(0.7-0.8)d2=0.810=8mm (10) 凸台高度：根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准。 (11) 外箱壁至轴承座端面的距离C1C2（510）mm (12) 齿轮顶圆与内箱壁间的距离：10mm2、润滑与密封1、齿轮的润滑采用浸油润滑，由于为单级圆柱齿轮减速器，速度v12m/s，当m20 时，浸油深度h约为1个齿高，但不小于10mm，所以浸油高度约为40mm。2.、润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用N220号工业齿轮油（GB5903-86）4.、密封方法的选取选用嵌入式端盖，用毛毡圈密封。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。3、减速器附件的选择通气器由于工作场所存在粉尘，