机械设计说明书.doc

目录一 课程设计任务 2二、设计步骤 2 1、电动机的选择计算 3 2、动力参数的选择计算 3 3、带的设计 6 4、齿轮的设计85、轴的设计12 6、键的设计19 7、箱体结构的设计20 8、联轴器设计23三、设计小结 23带式输送机传动装置设计说明书一、设计任务1、结构简介设计带式运输机传动装置，其简图如图所示。电动机的高速输出首先通过带传动减速一次后，再经一级直齿圆柱齿轮减速器减速，减速器的输出轴直接与传送带相联。已知运输带滚动转速n、减速器输入功率P和使用期限5年。2、 基本设计参数分组表数据编号 1 1传送带滚动转速r/min 75减速器输入功率KW 3使用期限 5（年）工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载起动,使用期限5年，小批量生产，两班制工作，运输带速度允许误差为。运输机工作时有较轻度振动，每年按300天计算，轴承寿命为齿轮寿命的三分之一以上。3、设计要求(1) 电机的选择；(2) 带传动的设计计算；(3) 直齿圆柱齿轮减速器的设计计算； (4) 绘图要求：1装配草图一张、1装配白图一张，轴及直齿圆柱齿轮零件图各一张。4、 参考图样二、设计计算1、电动机的选择计算据机械设计课程设计P178按工作要求选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机,电压380V。选取7级精度电动机所需功率为：确定各部分效率值：V带传动效率 =0.96(一对)滚子轴承传动效率 =0.99闭式齿轮传动效率 =0.98联轴器效率 =0.99代入所需电动机功率为因载荷平稳Ped Pd即可，由表17-7Y系列电动机技术数据，选电动机的额定功率Ped =4kw。根据机械设计课程设计可知，带传动的传动比 = 24，（单级传动）圆柱齿轮减速器的传动比 5，则总传动比的范围（两个传动比相乘）为 1020，电动机所需转速查P178表17-7最终选取满足标满的电动机：型号：Y132M1-6，额定功率4kw.同步转1000 r/min，满载转速960 r/min。2、传动装置的运动和动力参数的选择计算总传动比 查机械设计课程设计表3-2取v带传动比= 2.2则减速器传动比 将传动装置中各轴从高速轴到低速轴依次编号：0轴（电动机轴）， 1轴（高速轴），2轴（低速轴），3轴（滚筒轴），相邻两轴传动比分别表示为，各轴的输入输出功率为，；各轴的转速为，各轴输入转矩为，;电动机的输出功率=，转速=，转矩 。0轴（电机轴）= 3.22 kw = 960r/min= = Nm =32.03KNm1轴（高速轴）= = Nm =67.65KNm2轴（低速轴） = = = Nm =378.13 Nm 3轴（滚筒轴）= = = Nm =366.86 Nm 将以上结果列表如下：轴名功率P/KW转矩T/(N.m)转速传动比效率输入输出输入输出电动机3.2232.03960高速轴3.13.0467.6566.30436.362.20.94低速轴2.982.92378.13370.5774.985.820.96滚筒2.89 2.77366.86363.1974.9810.973、传动零件的设计计算3.1带的设计计算1.确定计算功率由表8-7查工作情况系数得=1.2故2.选择带的带型根据和查图8-11，选择A型V带3.确定带轮的基准直径 并验算带速v1）初选小带轮的基准直径，参考表8-6和表8-8确定小带轮的基准直径，取=75mm。2）验算带速v。根据式（8-13）验算带的速度（介于5-25m/s范围内，带速合理）3）计算大带轮的基准直径。根据式（8-15a），计算大带轮的基准直径=i =2.2112=246.4mm。根据表8-8，圆整为=250mm。4.运输带带速误差计算实际从动轮转速转速误差为（在5%误差允许范围内，转速合理）5.确定中心矩a和带的基准长度1）根据式（8-20），初定中心距为=500mm。2)按式（8-22）计算带所需的基准长度： 按式8-2选带的基准长度=1600mm。3）按式（8-23）计算实际中心距中心距变动范围为：486558mm6.验算小带轮的包角 符合7.确定带的根数z1）计算单根V带的额定功率。由=112mm和=250r/min，查表8-4a得=1.160KW。根据=960r/min，i=2.2和A型带，查表8-4b得0.112KW。查表8-5得0.958，表8-2得0.99，于是2)计算V带的根数Z ，圆整取4根。3）单根V带的初拉力的最小值（F0）min（F0）min=F0（F0）min 计算压轴力（）（）=3.2齿轮的设计计算1.材料选择，热处理方式1）由表10-1选择小齿轮材料为40Cr，调质处理，齿面平均硬度 280HBS，大齿轮45号钢，调质处理，齿面平均硬度240HBS，二者材料硬度差为40HRS。2）选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取。3）选取螺旋角，初选螺旋角2.按齿面接触强度设计由设计计算公式（10-9a）进行计算，即（1） 确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数。2）计算小齿轮传递的转矩。3）由表10-7选取齿宽系数。4）由表10-6查得材料的弹性影响系数。5）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。6）由式10-13计算应力循环次数。N=60nj =60436.361（283005）=6.2810N=7)由图10-19取接触疲劳寿命系数；。8）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得9）由图10-30选取区域系数Z=2.43。10）由式（2） 计算1）计算小齿轮分度圆直径，由计算公式得2）计算圆周速度1） 计算齿宽b和模数b=mm=53.98mm=h=2.25 =2.252.18mm=4.91 = =10.994) 计算纵向重合度=0.318=1.355) 计算载荷系数根据=1.23m/s，7级精度，由图10-8查得动载荷系数=1.14；由表10-2查得使用系数=1；由表10-4用插值法查得=1.31；由表10-13查得=1.2；由表10-3查得=1.1；故载荷系数=1.64。6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得d=d=53.98=54.427) 计算模数=(3) 齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式1) 计算载荷系数 =1.52）根据纵向重合度=1.35，从图10-28查得螺旋角影响系数=0.88。3）计算当量齿数 4）取齿形系数由表10-5；5）查取应力校正系数由表10-5查得；6）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；7）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数，；8）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得=9）计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。10）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是有z=26.4 取z=26，则。（4）几何尺寸计算1）计算中心距 a=183.45将中心距圆整为184。2）按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos因值改变不多，故参数,等不必修正。3）计算大、小齿轮的分度圆直径d=53.735d=314.1434）计算齿轮宽度b= 圆整后取；。5、轴的计算1、输入轴的设计计算（1）求输入轴上的功率，转速，转矩=3.1KW =436.36r/min =67.65Nm（2） 求作用在齿轮上的力F= F= F F= Ftan=947.02tan=246.68N（3）初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理，根据表15-3，取，圆整取=42mm（3） 确定轴各段直径和长度 1）从大带轮开始右起第一段，由于带轮与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取，又带轮的宽度 ，则第一段长度=74mm。2）右起第二段直径取，根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为30mm，则取第二段的长度。3）右起第三段，因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承30209AC，其尺寸为dDB=458519，那么该段的直径为，长度为。4）右起第四段，为轴承的定位轴肩,其直径应小于轴承的内圈外径，取，长度取。5）右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为57.73mm，分度圆直径为53.74mm，齿轮的宽度为65mm，该轴为齿轮轴，其齿根直径经计算为52.12，长度为。6）右起第六段，为轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取，长度取。 7）右起第七段，该段为轴承安装出处，取轴径为，长度。2、输出轴的设计计算（1）求输出轴上的功率，转速，转矩=2.92KW =74.98r/min =370.57Nm（2）初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理，根据表15-3，取圆整后取42mm （3）确定轴各段直径和长度1）从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取，根据计算转矩，查表17-1，选用LX2型凸缘联轴器，半联轴器长度为，轴段长。2）右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为30mm，故取该段长为。3）右起第三段，因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承30208AC，其尺寸为dDB=408018，那么该段的直径为，长度为。4）右起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加5%，大齿轮的分度圆直径为318.143mm，则第四段的直径取，齿轮宽为b=65mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为。5）右起第五段，考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为 ,长度取。6）右起第六段，该段为角接触球轴承安装出处，取轴径为，长度。3、求动轴上的载荷 首先根据结构图作出轴的计算简图, 确定顶轴承的支点位置时，应从手册中查出a值参照图15-23。对于7208AC型的角接触球轴承，a=23mm，因此，做为简支梁的轴的支承跨距为。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。载荷水平面H垂直面V支反力 弯矩总弯矩扭矩4、按弯曲扭转合成应力校核轴的强度根据=MPa前已选轴材料为45钢，调质处理。查表15-1得=60MP 此轴合理安全。5、精确校核轴的疲劳强度.（1）判断危险截面截面A,B只受扭矩作用。虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面A，B均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面IV和V处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看,截面C上的应力最大。截面V的应力集中的影响和截面IV的相近,但是截面V不受扭矩作用,同时轴径也较大,故不必做强度校核。截面C上虽然应力最大,但是应力集中不大,而且这里的直径最大,故C截面也不必做强度校核,截面VI和VII显然更加不必要做强度校核。由第3章的附录可知,键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而,该轴只需校合截面IV左右两侧需验证即可。（2）截面IV左侧抗弯系数 W=0.1=0.1抗扭系数 =0.2=0.2截面IV左侧的弯矩M为 截面上的扭矩为 =220.25截面上的弯曲应力截面上的扭转应力 =轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得： 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表3-2查取。因， ，经插入后得 。又由附图3-1可得轴的材料敏性系数为 ，=0.85故有效应力集中系数按式（附表3-4）为K=1+=1.78K=1+（-1）=1.23由附图3-2的尺寸系数；由附图3-3的扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为。综合系数为K=2.8，K=1.62。碳钢的特性系数，取0.1，取0.05。按式（15-6）（15-7）（15-8）求安全系数S=S=S=1.5 所以它是安全的。(3)截面右侧抗弯系数 W=0.1=0.1抗扭系数 =0.2=0.2截面右侧的弯矩M为 M= 截面上的扭矩为 =248.68截面上的弯曲应力 截面上的扭转应力 =过盈配合处的，由附表3-8用插值法求出，并取，于是得 轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为 故得综合系数为K=2.6 K=1.57所以轴在截面IV右侧的安全系数为S=25.18S=S=1.5 故该轴在截面IV右侧的强度也是足够的。本题因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。6、键的设计（1）选择键联接的类型和尺寸一般7级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.根据 查表6-1取： =10 =63 =12 =8 =56 =14 =9 =45（2）校核键联接的强度查表6-2得 =110MPa工作长度 （3）键与轮毂键槽的接触高度 由式（6-1）得： 三者都合适取键标记为： 键1：108 GB/T 1095-2003键2：128 GB/T 1095-2003 键3：149 GB/T 1095-20037、箱体结构的设计减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，大端盖分机体采用配合。（1）机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度。（2）考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为36mm。为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为。（3）机体结构有良好的工艺性.铸件壁厚为10，圆角半径为R=2。机体外型简单，拔模方便。（4）对附件设计1）视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固。2）油螺塞放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。3）油标油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出。4）通气孔由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡。5）盖螺钉启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹。6）定位销为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度。7）吊钩在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体。（5）减速器机体结构尺寸如下 单位：mm名称符号计算公式结果箱座壁厚1