机械设计基础课程实践设计说明书.doc

20152015 年年 9 9 月月 2626 日日 设计说明书设计说明书 课程名称课程名称 机械基础设计实践机械基础设计实践 学学 院院 学院学院 班班 号号 姓姓 名名 学学 号号 指导老师指导老师 目录目录 机械课程设计任务书机械课程设计任务书 1 1 一 系统运动方案设计一 系统运动方案设计 2 2 二 选择电动机二 选择电动机 2 2 三 总传动比及各级传动比分配三 总传动比及各级传动比分配 3 3 四 装置的运动和动力参数计算四 装置的运动和动力参数计算 3 3 五 传动零件的设计计算五 传动零件的设计计算 3 3 一 V 带传动 3 二 齿轮传动 4 三 联轴器的选择 5 六 轴的设计计算六 轴的设计计算 5 5 一 高速轴的设计 6 二 低速轴的设计 8 七 箱体及附件的设计计算七 箱体及附件的设计计算 1010 八 润滑和密封八 润滑和密封 1111 设计小结设计小结 1212 参考文献参考文献 1313 1 机械课程设计任务书机械课程设计任务书 一 设计题目 设计带式运输机传动装置 传动示意图如下 二 已知条件 1 鼓轮直径 D 350mm 2 鼓轮上的圆周力 F 1 5kN 3 运输带速度 V 1 5m s 三 技术条件 1 传动装置的使用寿命预定为 8 年 单班制 2 工作机的载荷性质平稳 启动过载不大于 5 单向回转 3 电动机的电源为三相交流电 电压为 380 220 伏 4 允许鼓轮的速度误差为 5 5 工作环境 室内 四 设计要求 1 减速器装配图一张 2 零件图 2 张 由指导老师指定 3 设计说明书一份 按指导书的要求书写 计算及说明 2 一 系统运动方案设计一 系统运动方案设计 根据已知条件 1 鼓轮直径 D 350mm 2 鼓轮上的圆周力 F 1 5kN 3 运输带速度 V 1 5m s 4 传动装置的使用寿命预定为 8 年 单班制 6 工作机的载荷性质平稳 启动过载不大于 5 单向回转 7 电动机的电源为三相交流电 电压为 380 220 伏 8 允许鼓轮的速度误差为 5 9 工作环境 室内 宜选用带 圆柱齿轮传动 其中减速器外传动选择 V 带传动 减速器选择一 级圆柱齿轮减速器 二 选择电动机二 选择电动机 1 电动机类型选择 Y 系列三相交流异步电机 2 电动机功率选择 Pd Pw Pw FV 2 25kW b r2 g c 查表得 V 带传动效率 b 0 96 球轴承传动效率 r 0 99 8 级精度齿轮传动效率 g 0 97 齿式联轴器传动效率 c 0 99 所以 0 96 0 992 0 97 0 99 0 9035 Pd 2 25 0 9035 2 49kW 3 电动机转速选择 鼓轮转速 nw 1000 60v D 81 85r min 计算及说明 3 V 带传动的传动比 i1 2 4 一级圆柱齿轮的传动比 i2 3 5 所以总传动 比 i 6 20 nd 492 1640 符合这一范围的同步转速有 750r min 1000r min 1500r min 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 1000r min 的同步转速比较合适 所以选择 Y132S 6 电动机 额定功率 3kW 满载转速 960r min 三 总传动比及各级传动比分配三 总传动比及各级传动比分配 1 总传动比 i nd nw 11 728 2 各级传动比 V 带传动比取 i1 3 V 带传动比的常用值为 2 4 i2 i i1 3 9 四 装置的运动和动力参数计算四 装置的运动和动力参数计算 1 计算各轴功率 P1 Pd b 2 39kW P2 P1 r g 2 2955kW Pw P2 c 2 27kW 2 计算各轴转速 n1 nd i1 320r min nw n2 n1 i2 82 05r min nw的误差小于 5 符合要求 3 计算各轴转矩 T1 9550P1 n1 71 3N m T2 9550P2 n2 267 2N m Tw 9550Pw nw 264 2N m 五 传动零件的设计计算五 传动零件的设计计算 一 V 带传动 1 确定计算功率 Pc KA P 查表得 KA 1 0 故 Pc P 3kW 计算及说明 4 根据 Pc nd查图得 选用 A 型 V 带 2 确定带轮的基准直径 D1 D2 查表得 D1min 75mm 参照基准直径系列值取 D1 100mm D2 i 3 80 300 3 验算带的线速度 v D1 nd 60 1000 5m s 满足 5m s v 30m s 故合适 4 确定中心距及带的基准长度 根据 0 7 D1 D2 a0 2 D1 D2 得 280mm a0 800mm 初定中心距 a 700mm Ld 2 a0 D1 D2 2 D2 D1 2 4 a 2042 6mm 从普通 V 带基准长度表中选取 Ld 2000mm 实际中心距 a a0 Ld Ld 2 679mm 5 验算小带轮包角 1 180 D2 D1 a 57 3 163 120 所以小带轮包角合适 6 确定 V 带跟数 查表得 P0 0 95kW P0 0 11kW K 0 96 KL 0 95 z Pc P0 P0 K KL 3 1 取 z 4 7 确定初拉力 查表得 q 0 10kg m F0 500 Pc 2 5 K 1 zv qv2 122 8N 8 计算作用在轴上的压力 FQ 2z F0sin 1 2 971 6N 二 齿轮传动 1 选择齿轮材料及确定许用应力 计算及说明 5 小齿轮用 40Cr 调质 硬度取 260HBS 大齿轮用 45 调质 硬度取 225HBS 小齿轮硬度与大齿轮硬度差为 35HBS 较合适 查图表得 Hlim1 700MPa Hlim2 540MPa SH 1 1 Flim1 240MPa Flim2 180MPa SF 1 3 故 H1 Hlim1 SH 636MPa H2 Hlim2 SH 491MPa F1 Flim1 SF 185MPa F2 Flim2 SF 138MPa 2 按齿面接触强度设计 取载荷因数 K 1 1 齿宽因数 a 0 4 已知小齿轮上转矩 T1 71 3N m 7 13 104N mm u i2 3 9 则 取齿数 z1 31 则 z2 i2 z1 121 故实际传动比 i2 121 31 3 903 模数 m 2a z1 z2 1 84mm 故取 m 2mm 确定中心距 a m z1 z2 2 152mm 齿宽 b aa 60 8mm 取 b2 60mm b1 65mm 3 验算齿轮弯曲强度 查表得 齿形因数 YF1 2 58 YF2 2 15 所以 F1 2KT1YF1 bm2z1 54 4MPa F1 F2 F1 YF2 YF1 45 3MPa F2 安全 4 齿轮的圆周速度 v mz1n1 60 1000 1 04m s 查表可知 选用 8 级精度是合适的 三 联轴器的选择 减速器输出轴与工作机轴之间常选用具有较大补偿两轴线偏移作用的联轴 器 如齿式联轴器 所以选用 计算及说明 6 六 轴的设计计算六 轴的设计计算 一 高速轴的设计 1 选择轴的材料及热处理方式 由于高速轴为齿轮轴 可选 45Cr 调制 查表得 b 750MPa s 550MPa 1b 69MPa 2 最小轴径估算 式中 P1 2 39kW n1 320r min C 100 所以 输入轴的最小轴径为 dmin 19 5mm 考虑到有一个键槽 轴径扩大 5 经圆整 取最小轴径 d1 1 05dmin 25mm 3 轴的结构设计 1 拟定轴上零件的装配方案 如图 2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1 由于小齿轮的直径较小 因此做成齿轮轴的结构 其齿根圆的直径 df1 59mm 2 因为带轮毂宽度 H 1 5 2 dmin 37 5 50mm 取 H 48mm 轴段 1 安装带轮部分应略小于毂孔宽度 故 L1 45mm 该处轴周转速度小于 计算及说明 7 3m s 可选用毡圈油封 轴承内径暂定 25mm 3 轴段 3 和 7 的设计 此段安装轴承 因轴承不受轴向力 故选用深 沟球轴承 由轴承产品目录中初步选取轴承 6007 其尺寸为 d D B 35mm 62mm 14mm 故 d3 35mm 该轴承采用脂润滑 考虑到 需要安装封油盘 取 L3 25mm 因为两个轴承相同 则 d7 35mm L7 25mm 4 轴段 2 的长度设计 箱座壁厚 0 025a 1 8mm 0 025a 1 4 8mm 取 8mm 箱盖壁厚 1 0 02a 1 8mm 0 02a 1 4 04mm 取 1 8mm 由指导书表 5 4 公式可确 定 箱座凸缘厚度 b 12mm 箱盖凸缘厚度 b1 12mm 箱座低凸缘厚度 b2 20mm 地脚螺钉直径 df 18mm 地脚螺钉数目 n 4 轴承旁边连接螺栓直径 d1 12mm 箱盖与箱座连接螺栓直径 d2 10mm 轴承端盖螺钉直径 d3 8mm 窥视孔盖螺钉直径 d4 6mm 定位销直径 d 6mm df d1 d2至外箱壁距离 c1 22mm df d1 d2至凸缘边缘距离 c2 20mm 轴承旁凸台半径 R1 20mm 凸台高度 h 45mm 外箱壁至轴承座端面距离 l1 50mm 大齿轮顶圆与内箱壁距离 1 12mm 齿轮端面与内箱壁距离 2 11mm 箱盖肋厚 m1 7mm 箱壁肋厚 m 7mm 计算及说明 8 轴承端盖外径 D2 102mm 轴承端盖凸缘厚度 t 10mm 综合考虑到箱体尺寸 L2 l1 t L3 43mm 考虑到调整垫片厚度 及带 轮毂与箱体之间的间隙 取 L2 55mm 4 键连接 采用普通平键连接 选择 GB T 1096 键 8 7 40 5 轴上受力分析 按第三强度理论校核 其中 W df13 32 轴的强度符合要求 6 轴承寿命校核 查表得 C 16 2kN X 1 Y 0 ft 1 fp 1 1 3 P XFr YFa 430N Lh 106 60n ftC fpP 2092475h 23360h 8 年 所以轴承寿命符合要求 二 低速轴的设计 1 选择轴的材料及热处理方式 由于减速器的轴为一般用途轴 可选 45 钢 调制 查表得 计算及说明 9 b 650MPa s 360MPa 1b 54MPa 2 最小轴径估算 式中 P2 2 2955kW n2 82r min C 90 所以 输入轴的最小轴径为 dmin 27 3mm 考虑到有两个键槽 轴径扩大 10 经圆整 取最小轴径 d2 1 1dmin 30mm 3 轴的结构设计 1 拟定轴上零件的装配方案 如图 2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1 由于所选联轴器宽度为 82mm 轴段 1 长度应略小于联轴器宽度 所 以取 L1 80mm 2 考虑到箱体尺寸及大小齿轮的啮合关系 取 L2 55mm 3 轴段 3 和 6 的设计 此段安装轴承 因轴承不受轴向力 故选用深沟 球轴承 由轴承产品目录中初步选取轴承 6008 其尺寸为 d D B 40mm 68mm 15mm 故 d3 40mm 该轴承采用脂润滑 考虑到 需要安装封油盘 取 L3 27mm 因为两个轴承相同 所以 d6 40mm L6 27mm 考虑到箱体尺寸 取 L6 40mm 4 考虑到轴段 5 需要安装齿轮 结合齿轮尺寸 取 D5 50mm 比较合适 4 键连接 计算及说明 10 轴与联轴器间采用普通平键连接 选择 GB T 1096 键 8 7 40 轴与大齿轮间采用普通平键连接 选择 GB T 1096 键 14 9 50 5 轴上受力分析 弯矩图 扭矩图与高速轴类似 Mmax 52N m T2 267 2 N m 其中 W D53 32 轴的强度符合要求 6 轴承寿命校核 查表得 C 17 0kN X 1 Y 0 ft 1 fp 1 1 3 P XFr YFa 430N Lh 106 60n ftC fpP 9436224h 23360h 8 年 所以轴承寿命符合要求 七 箱体及附件的设计计算七 箱体及附件的设计计算 1 箱体参数 高速轴计算时已给出 箱座凸缘厚度 b 12mm 箱盖凸缘厚度 b1 12mm 箱座低凸缘厚度 b2 20mm 地脚螺钉直径 df 18mm 地脚螺钉数目 n 4 轴承旁边连接螺栓直径 d1 12mm 箱盖与箱座连接螺栓直径 d2 10mm 轴承端盖螺钉直径 d3 8mm 窥视孔盖螺钉直径 d4 6mm 定位销直径 d 6mm df d1 d2至外箱壁距离 c1 22mm df d1 d2至凸缘边缘距离 c2 20mm 轴承旁凸台半径 R1 20mm 凸台高度 h 45mm 外箱壁至轴承座端面距离 l1 50mm 计算及说明 11 大齿轮顶圆与内箱壁距离 1 12mm 齿轮端面与内箱壁距离 2 11mm 箱盖肋厚 m1 7mm 箱壁肋厚 m 7mm 轴承端盖外径 D2 102mm 轴承端盖凸缘厚度 t 10mm 2 附件选择 通气器 由于在室内使用 选简易式通气器 采用 M12 1 25 油面指示器 选用游标尺 M12 起吊装置 采用箱盖吊耳 箱座吊耳 放油螺塞 选用外六角油塞及封油垫圈 M14 1 5 箱盖与箱座连接螺栓 GB T 5782 2000 M10 35 材料 Q235A 轴承旁连接螺栓 GB T 5782 2000 M12 110 材料 Q235A 轴承端盖螺钉 GB T 5783 2000 M8 20 材料 Q235A 窥视孔盖螺钉 GB T 5782 2000 M6 16 材料 Q235A 定位销 6 35 材料 35 钢 八 润滑和密封八 润滑和密封 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 12m s 当