中南大学机械设计实践课程设计说明书.docx

机械设计课程设计说明书（机械设计基础）设计题目 电动绞车传动装置的设计 材料科学与工程 学院 材料化学 专业班级 学号 设计人 指导教师 彭先珍 完成日期 2013年9月14日 中南大学目录一、 设计任务书1二、 机械传动装置的总体设计41 电机的选择 42 传动装置的总传动比和分配各级传动比 53 传动装置的运动学和动力学计算 6三、 传动装置主要零件的设计、润滑选择71 闭式齿轮传动 72 开式齿轮传动93 开式齿轮传动114 轴的设计125 轴承的选择166 键的选择187 联轴器的选择198 附件选择199 润滑与密封2110 箱体各部分的尺寸21四、 设计总结23五、 参考文献24设计计算及说明结果及依据一、 设计任务书1 题目电动绞车传动装置的设计2 传动简图3 原始数据：表一 原始数据项目数据运输带曳引力 F（KN）30运输带速度 v(m/s)0.25滚筒直径 D（mm）3504 设计目的（1） 培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了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、计算机辅助设计方面的能力。5设计内容（1） 传动装置的总体设计；（2） 传动装置主要零件的设计、润滑选择；（3） 减速器装配图的设计；（4） 零件工作图的设计；（5）设计计算说明书的编写。二 机械传动装置的总体设计1 电机的选择1.1 电机类型的选择选择Y系列三相异步电动机。1.2 额定功率的确定电动机所需功率为 KWPw：工作机构所需功率；：从电动机到工作机的传动总效率； F：工作机牵引力，30kN；V：工作机的线速度，0.25m/s；=联3轴承闭式齿轮2开式齿轮 滚筒 =0.9920.9930.970.9520.98=0.826从课程设计书p7表2-4查得联轴器、轴承、齿轮、链和滚筒的效率值。则额定功率值。1.3 电动机转速的确定三相异步电动机常用的同步转速有3000、1500、1000、750r/min。1.4 标准型号确定已知Pd=9.082KW，可选择转速1500和1000r/min两种，考虑选用转速小的。因此，可选用的电机型号为Y160L-6，其参数值如下表：表二 电机参数电动机型号额定功率（KW）满载转速（r/min）质量（Kg）Y160L-611970147电机额定功率Pe=11KWPd=9.082KW，故可以选用。2 传动装置的总传动比和分配各级传动比2.1 总传动比已知电机的满载转速nm=970r/min，皮带轮转速总传动比2.2传动比分配圆柱齿轮的传动比取36，取圆柱齿轮的传动比i闭=4，则链的传动比，3 传动装置的运动学和动力学计算3.1各轴转速3.2 各轴的功率3.3 各轴的转矩三 传动装置主要零件的设计、润滑选择1 闭式齿轮传动1.1 齿轮材料的选择因为减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。由教材p166表11-1，小齿轮选用45MnB调质，齿面硬度为241286HBS，而且，大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度197286HBS，。1.2 齿轮的设计（1） 确定许用应力由教材p171表11-5，取SH=1.1，SF=1.25，（2） 按齿面接触强度设计根据课本p168表11-2暂时选择8级精度，根据p169表11-3选择载荷系数K=1.3，根据p175表11-6选择齿宽系数，已知小齿轮上的转矩T1=108300根据教材p171表11-4取ZE=188，则齿数取z1=21，则z2=21*4=84,实际传动比i=4，模数齿宽取 按照p57表4-1选择m=4mm 中心距 ，（3） 验算齿轮弯曲强度根据教材p173图11-8选择YFa1=2.87，YFa2=2.24，根据p174图11-9选择YSa1=1.56，YSa2=1.76，则（4） 齿轮的圆周速度对照p168表11-2知选用8级精度是合适的。1.3齿轮结构设计： 齿顶圆直径：da1=d1+2ha=92mm da2=d2+2ha=344mm齿全高：h=ha+hf=9mm齿厚： s=p2=6.28mm齿根高：hf=ha*+c*m=5mm齿顶高：ha=ha*m=4mm齿根圆直径：df1=d1-2hf=79mm df2=d2-2hf=331mm由于小齿轮x2.5m，采用实心式圆柱齿轮；大齿轮因为分度圆半径较大采用锻造毛坯的腹板式结构2 开式齿轮传动传动 2.1 齿轮材料的选择开式齿轮选用：斜齿圆柱硬齿面齿轮小齿轮：40Cr 表面淬火 硬度4855HBC，大齿轮：40Cr 表面淬火 硬度4855HBC， 2.2 齿轮的设计（1）确定许用应力而且，由教材p171表11-5，取SH=1.0，SF=1.25，（2）按齿面弯曲强度设计根据课本p168表11-2暂时选择9级精度，根据p169表11-3选择载荷系数K=1.5，根据p175表11-6选择齿宽系数，已知小齿轮上的转矩T2=412680u=n2n3=4.223取32， =135.136，取 =136实际传动比 i=4.24根据教材p173图11-8选择YFa1=2.74，YFa2=2.21，根据p174图11-9选择YSa1=1.63，YSa2=1.81，由于： 故：对小齿轮进行弯曲强度计算=2.65，取m=2.75中心距 取 （3）验算齿轮接触强度(4) 齿轮的圆周速度对照p168表11-2知 符合9级制造精度3 开式齿轮传动 3.1 齿轮材料的选择开式齿轮选用：斜齿圆柱硬齿面齿轮小齿轮：40Cr 表面淬火 硬度4855HBC，大齿轮：40Cr 表面淬火 硬度4855HBC， 3.2 齿轮的设计（1）确定许用应力而且，由教材p171表11-5，取SH=1.0，SF=1.25，（2）按齿面弯曲强度设计根据课本p168表11-2暂时选择9级精度，根据p169表11-3选择载荷系数K=1.5，根据p175表11-6选择齿宽系数，已知小齿轮上的转矩T3=1638950u=n3n4=4.223取32， =135.136，取 =136实际传动比 i=4.24根据教材p173图11-8选择YFa1=2.74，YFa2=2.21，根据p174图11-9选择YSa1=1.63，YSa2=1.81，由于： 故：对小齿轮进行弯曲强度计算=4.207，取m=4.5中心距 取 （3）验算齿轮接触强度(4) 齿轮的圆周速度对照p168表11-2知 符合9级制造精度4 轴的设计4.1 轴的设计计算和校核不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。 按承载性质，减速器中的轴属于转轴。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定出轴的形状和几何尺寸，最后校核轴的强度。这里因为从动轴为轴，故只对轴进行强度的校核，对两根轴进行尺寸的设计计算过程：4.2 轴的尺寸设计（1）轴的材料和热处理的选择选 选择45钢调质。硬度达到197286HBS（2）初步计算各轴段直径1）计算d1，按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T ，最小直径计算（查机械设计基础教材表142 取 c=112） dc3p1n1=25.095mm考虑键槽 ：d1.03*25.095=25.847mm考虑与电动机的轴直径不能差太多，选用TL7联轴器选择标准直径：d1=40mm2）计算d2=d1+610 d2必须符合轴承密封元件的要求 取d2=50mm3）计算d3d3=d2+15 d3需与轴承内径一致 取d3 =55mm4)计算d4d4=d3+15 取d4=60mm5)计算d5d5=d4+2*0.070.1d4 取d5=70mm6)计算d6d6=d3=55mm7)各阶梯轴直径列表如下名称d1d2d3d4d5d6直径/mm405055607055长度/mm1046036648264.3 轴的尺寸设计（1）轴的材料和热处理的选择选 选择45钢调质。硬度达到197286HBS（2）初步计算各轴段直径1）计算d1，按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T ，最小直径计算（查机械设计基础教材表142 取 c=110） dc3p2n2=32.333mm考虑键槽 ：d1.03*32.333=33.303mm选择标准直径：d1=35mm2）计算d2=d1+610 d2必须符合轴承密封元件的要求 取d2=40mm3）计算d3d3=d2+15 d3需与轴承内径一致 取d3 =45mm4)计算d4d4=d3+15 取d4=50mm5)计算d5d5=d4+2*0.070.1d4 取d5=60mm6)计算d6d6=d3=45mm7)各阶梯轴直径列表如下名称d1d2d3d4d5d6直径/mm354045506045长度/mm52503868828（3） 轴的强度校核1）计算齿轮受力（大齿轮采用锻造毛坯的腹板式）圆周力：Ft=2*T2d2=2*412670336=2456.4N 径向力：Fr=Ft*tan=2456.2*tan20=897N是直齿轮，故轴向力：2）按许用应力校核轴的弯曲强度轴的受力简 图A (L=113mm)求支反力：水平面支反力：RHA=RHB=0.5*Ft=1228.2N垂直面支反力：RVA=RVB=0.5*Fr=447N作弯矩图：水平弯矩：（图B）MBC=0.5*LRHA=69393.3N.mm垂直弯矩：（图C）MvC=0.5*LRvA=25255.5N.mm求合成弯矩，做出弯矩图（图E）MC=MHC2+MVC2=73846.26N.mm作扭矩图：（图D）C点左 T=0N.mmC 点右 T=T1=Ft*d22=412675.2N.mm作危险截面当量弯矩图（图E）该轴单项工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取=0.59Meac=(T)2+MC2=254430.7N.mm校核危险截面轴径45号优质碳素钢调质处理时，查机械设计基础教材141dmin3MeaC0.1*-1b=34.87mmC剖面的轴径d3=50mm34.87mm 故：强度足够轴受力简图校核分析：5 轴承的选择5.1 滚动轴承的选择与校核因为闭式齿轮选择直齿圆柱齿轮，考虑承受载荷和只承受径向力，主动轴承和从动轴承均选用深沟球轴承。（1）主动轴承：根据轴径值查课程设计教材145表15-3深沟球轴承各部分尺寸，选择6211（GB276-89）型深沟球轴承 2个。各部分尺寸如下表：轴承代号尺寸/mmdDB62115510021计算轴承寿命：当量动载荷 P=XFr+YFa=931N温度系数 载荷系数 对球轴承寿命系数Lh=10660n2*(ftCrfpp)=948712.9h要求轴承寿命：（十年两般制工作，按每年工作300天，每班工作16个小时）Lh所以轴承寿命合格（2）从动轴承：根据轴径值查机械制图教材145表15-3深沟球轴承各部分尺寸，选择6309（GB276-89）型深沟球轴承 2个。各部分尺寸如下表：轴承代号尺寸/mmdDB63094510025计算轴承寿命：当量动载荷 P=XFr+YFa=897N温度系数 载荷系数 对球轴承寿命系数Lh=10660n2*(ftCrfpp)=1916312.7h要求轴承寿命：（十年两般制工作，按每年工作300天，每班工作16个小时）Lh所以轴承寿命合格6 键的选择选择45号钢，由于键的工作面是侧面，选用平键。6.1 主动轴(1)主动轴外伸端，d1=40mm，考虑到键在轴中部安装，选择平键就可以了，且联轴器轴长度=42mm，故选择C1280GB1096-79型键。b=12 L=80 h=8键的工作长度：l=L-b2=80-6=74mm45钢许用挤压力为：p=100Mpap=4000T1dhl=18Mpap所以强度足够，合格（2）主动轴上与齿轮连接处d4=60mm，考虑键槽在轴中部安装，故两键在同一母线上。选用18*50 GB1096-79型键b=18 L=50 h=11键的工作长度：l=L-b2=50-9=41mm45钢许用挤压力为：p=100Mpap=4000T1dhl=15.88Mpap所以强度足够，合格6.3 从动轴1)从动轴外伸端，d1=35mm，选择C1032GB1096-79型键。b=10 L=32 h=8键的工作长度：l=L-b2=32-5=27mm45钢许用挤压力为：p=100Mpap=4000T1dhl=56.8Mpap所以强度足够，合格（2）从动轴上与齿轮连接处d4=50mm，考虑键槽在轴中部安装，故两键在同一母线上。选用14*48 GB1096-79型键b=14 L=48 h=9键的工作长度：l=L-b2=50-7=43mm45钢许用挤压力为：p=100Mpap=4000T1dhl=22.2Mpap所以强度足够，合格7 联轴器的选择由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，选用弹性套柱销联轴器，取工作情况系数 选用TL7 40*112型（GB4323-84）弹性套柱销联轴器,根据主动轴连接联轴器处d1=40mm，将各种参数列表如下：型号公称转矩T许用转数n轴孔直径d轴孔长度L外径D材料轴孔类型TL7500280040112190HT150Y型8 附件选择8.1窥视孔和视孔盖窥视孔应设在箱盖顶部能够看到齿轮啮合区的位置，其大小以手能伸进箱体进行检查操作为宜。窥视孔出应设计凸台以便于加工。视孔盖可用螺钉紧固在凸台上，并应考虑密封。故选择A=100mm的视孔盖。8.2通气器通气器设置在箱盖顶部或视孔盖上。较完善的通气器内部支撑一定曲路，并设置金属网。通气器规格尺寸应与减速器大小相适应，故选择M8*12的通气螺塞。8.3油面指示器油面指示器应设置在便于观察且油面较稳定的部位，如低速轴附近。常用的油面指示器有圆形油标、长形油标、管状油标、油标尺等形式，但油标尺结构简单，我们采用M20（20）的油标尺。油标尺安装位置不能太低，以避免油溢出油标尺座孔。8.4放油孔和螺塞放油孔应设置在油池的最低处，平时用螺塞堵住。由设计指导书p79表选择M16*1.5的外六角油塞及封油垫。采用圆柱螺塞时，箱座上装螺塞处应设置凸台，并加封油垫片。放油孔不能高于油池底面，以避免油排不干净。8.5 起吊装置吊环螺钉可按起重量选择，根据指导书p81选择M10的吊环螺钉。为保证起吊安全，吊环螺钉应完全拧入螺孔。箱盖安装吊环螺钉处应设置凸台，以使吊环螺钉有足够的深度。8.6定位销采用圆柱销做定位销。两定位销间的距离越远越可靠，因此，通常将其设置在箱体联结凸缘的对角处，并应做非对称布置。定位销的直径（d=0.8d2），其长度应大于箱盖、箱座凸缘厚度之和。8.7起盖螺钉 起盖螺钉设置在箱盖联结凸缘上，其螺纹有效长度应大于箱盖凸缘厚度。起盖螺钉直径可与凸缘联结螺钉相同，螺钉端部制成圆柱形并光滑倒角获支撑半球形。9 润滑及密封9.1润滑方式： （1）齿轮v=5.557m/s12m/s,应用浸油润滑（2）由于齿轮速度v1.52m/s,轴承采用油润滑。轴承采用油润滑9.2 润滑油牌号及用量（1）齿轮润滑选用150号机械油，最低至最高油面距1020mm（2）轴承润滑用全损耗系统用油GB443-89系列的L-AN15/L-AN32/L-AN469.3密封方式（1） 轴承内部与机体内部处用挡油盘加以密封，防止润滑油进入轴承内部（2） 轴承孔的密封：闷盖和透盖的间隙用与之对应的轴承外部密封，轴的外伸端与透盖之间的间隙，用旋转轴唇形密封圈密封。密封圈考过盈配合安装于轴承盖的孔中。以防漏油，密封唇开口向内安装。（3） 孔和油孔等处接合面的密封，用石棉橡胶纸，垫片进行密封。（4）箱座与箱盖凸缘结合面涂密封漆或水玻璃密封10 箱体各部分的尺寸箱体参数表1名 称符 号圆锥圆柱齿轮减速器计算结果机座壁厚0.025a+3mm8mm8机盖壁厚（0.80.85）8mm8机座凸缘厚度b1.512机盖凸缘厚度1.512机座底凸缘厚度p2.520地脚螺钉直径df0.036a+12mm20地脚螺钉数目na 250mm4轴承旁连接螺栓直径d10.75 df12机座与机盖连接螺栓直径d2(0.50.6) df10连接螺栓d2的间距l150200mm10轴承端螺钉直径d3(0.40.5) df8窥视孔盖螺钉直径d4(0.30.4) df6定位销直径d(0.70.8) d28df、d1 、d2至外机壁距离见表2d1 、d2至缘边距离见表2轴承旁凸台半径凸台高度h根据低速轴承座外径确定48外机壁到轴承端面距离c1+ c2+(58)mm48内机壁到轴承端面距离+ c1+ c2+(58)mm56大齿轮齿顶圆与内机壁距离1.210齿轮端面与内机壁的距离10机盖、机座肋厚、mm10.851，m0.856.8轴承端盖外径轴承座孔直径+(55.5) d3140 / 140轴承端盖凸缘厚度e(11.2) d39.6轴承旁连接螺栓距离s尽量靠近，以Md1和Md3不发生干涉为准表2 连接螺栓扳手空间c1 、c2值和沉头座直径螺栓直径M8M10M12M16M20M24M301316182226344011141620242834沉头座直径18222633404861四 设计总结课程设计是机械设计当中的非常重要的一环，本次课程设计时间只有两周，略显得仓促一些。但是通过本次每天都过得很充实的课程设计，从中得到的收获还是挺多的。这次课程设计我所选的题目是设计电动绞车传动装置，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，最初拿到题目的时候有些迷茫，不知从何入手。通过老师一上午的讲解及课后对机械设计课程设计一书的仔细阅读，终于对此次的课程设计有了一定感性的认知。开始三天是对自己所选的题目做一些参数的计算。在我所选的电动绞车装置中，有一个电动机，一个联轴器，一个单级齿轮减速器，两个开式齿轮和一个卷筒。对原始数据计算进行电动机的初选，然后选择减速器内闭式齿轮及两级开式齿轮，并对其进行校核，再进一步选择轴和轴承。在计算过程中，由于我们理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有好多地方考虑不周手忙脚乱。不过在我们组员的共同努力下，和同学们之间的认真仔细的讨论之下计算结果逐渐改善。现在想想其实课程设计期间我们过得还蛮充实的，特别是大家在一起讨论，研究，专研的时候，那让我感觉到了集体的团结，团结的力量，力量的伟大。所有的成果不是属于个人的，而是集体，因为它凝聚了集体所有的智慧。在设计过程中，我们用到了大量的经验公式以及大量取范围值的数据，需要我们翻阅大量的工具书来进行自己设计计算，这让我们这些一直在给定精确公式及数值下学习的我们顿时感到非常的艰辛，取值时往往犹豫不决，瞻前顾后，大大减慢了我们的设计速度。与此同时，我们也发觉到，对工具书使用的不重视是一个非常严重的错误，这也是对我们今后工作中自我学习的一次良好警告。其实画好的减速器装置上的每一个零部件都是有表可查的。哪怕是一个小小的螺钉。接下来是开始作图。作图的任务显然比计算重的多，用了大概一个多礼拜的时间，图纸内容是，减速器箱体及轴和减速器箱座。前期的计算大部分只是确定了一个范围，然而许多数据是作图才确定的。作图过程中遇到许多问题，不断翻阅设计手册或者请教老师，图不断地改进，有时候一个小小的错误就造成已经画好的大部分图全部作废，这使我深刻认识到做设计时严谨仔细认真是多么重要，真正感受到了什么是细节决定成败。通过本次设计我对减速器的工作原理以及各种工作机构有了更全面的认识，对机械传动中的电动机、齿轮、轴、轴承、联轴器、键、箱体等都很做了认真的分析计算和选取。这是对一个机械学习者的初次挑战，整个设计过程中每个人都是很辛苦的，但