机械设计课程设计-上海工程技术大学

课程设计说明书课程设计目录一 课题分析 11.1 题目11.2 任务11.3 时间11.4 传动方案11.5 参数设计11.6 其他条件1二传动方案12.1 电动机的选择22.2 传动比分配42.3 各轴转速，传递功率及转矩52.4 联轴器62.5 传动方案6三各级传动 83.1V 带传动 83.2 齿轮传动设计13四轴及轴毂连接 264.1 减速器各轴结构设计 264.2 减速器各轴强度验算 284.3 键联接工作能力验算 26 五轴承 385.1 减速器各轴所用轴承 385.2 高速轴轴承的寿命验算 38 六减速器的润滑与密封 406.1 减速器中齿轮传动及轴承润滑方式的选择 406.2 减速器润滑右右面高度的确定及油量计算 41 七减速器箱体及其附件的设计 417.1 箱体设计 417.2 主要附件设计 43 八小结 47设计计算及说明结果一.机械设计课程设计任务书l.题目：铸工车间自动送砂带式运输机传动装置设计2.任务： (1).减速器装配图(1号)1张 (2).低速轴工作图(2号)1张 (3).大齿轮工作图(2号)l张 (4).设计计算说明书 1份3.时间：2011年12月4.设计参数：传动带鼔轮转速n=130r/min， 鼔轮输入功率P=3.5kw，设计计算及说明结果2.2 电动机的选择2.2.1 电动机的类型和结构型式类型：根据电源及工作机条件，选用卧式封闭型Y（IP44）系列的三相交流异步电动机Y132S-6 2.2.2功率的计算和额定功率的选择： 已知：传动带鼓轮转速n=130r/min,鼓轮输入功率P=3.5kw查表24得：总=带滚动轴承滚动轴承齿轮连轴器滑动轴承 =0.960.990.990.970.990.96 =0.87所以电动机输出功率：Pd= Pw=3.50.86=4kW由表20-1选取电动机额定功率为Ped=4kW2.2.3选择电动机的转速查表2-1：V带传动的单级传动比推荐值为24圆柱齿轮传动的单级传动比推荐值为36，卷筒轴工作转速为130r/min。所以电动机转速应在ndnwi1i213023130467803130r/min 符合这一转速的电动机同步转速有(1000,1500，3000)r/min总=0.87Pd=4kWPed=4kW设计计算及说明结果2.2.4选择电动机的型号综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，。因此选用电动机型号为Y132S-62.2.5 电动机外形简图和主要安装尺寸 (1).电动机的主要技术数据表：电动机型号额定功率(kW)电动机转速(r/min)质量（kg）同 步满 载Y132S63100096063 (2).电动机的外型和安装尺寸表：H132 mmA216 mmB140 mmC89 mmD38 mmE80 mmFGD108 mmG33 mmK12 mmAB280 mmAD210 mmAC135 mmHD315 mmAA60 mmBB200 mHA18 mmL475 mm2.3 总传动比的确定和各级传动比的分配2.3.1 理论总传动比i总nm/nw960/1307.382.3.2各级传动比的分配及其说明取V带传动比：i带2.2则单级圆柱齿轮减速器传动比 i齿i/i带7.38/2.23.35由于i2值一般取36所以i2符合其常规范围。电动机型号Y132S-6i总7.38i带2.2i齿3.35设计计算及说明结果 2.4 各轴的转速、转矩和输入功率2.4.1 各轴的理论转速电动机轴：n0nw960 r/min高速轴： nn0/i1960/2.3436 r/min低速轴： nn/i2417/3.21198 r/min2.4.2 各轴的输入功率电动机轴：P0Ped4 kW高速轴： PP01240.963.84 kW低速轴： PP233.840.990.973.69 kW2.4.3 各轴的理论转矩电动机轴：T09550P0/ n095504/96039.79 Nm高速轴：T9550P/n95503.84/32084.11 Nm低速轴：T9550P/n95503.69/130177.977 Nm2.4.4 各轴的运动和动力参数汇总表项目电动轴I高速轴II低速轴n(r/min)960436198P（kW）43.843.69T（Nm）39.7987.11177.977传动比2.23.35三. 传动设计3.1 V带传动3.1.1 V带传动的设计计算1、确定计算功率Pca n0960 r/minn436 r/minn198 r/minP0Ped4 kWP3.84 kWP3.69 kWT039.79 NmT84.11 NmT177.977 Nm设计计算及说明结果由表13-8查得ka=1.1,故Pc=Ka3=1.1 4=4.4kW (2)选取普通V带型号 根据Pc=4.4kw,n1=960 r/min,由图13-15，确定选用A型。 (3)小带轮基准直径d1及大带轮基准直径d2由表13-9取d1=140mm,由式13-9得d2=n1d1(1-)/n2=2.3 140 (1-0.002) =308.3mm由表13-9取d2=300mm, (4)验算带速VV=d1n1/601000=3.14140960 /601000=7.03 m/s, 在525m/s范围内，带速合适。(5)V带内周长度Li和中心距a0.7(d1+d2)a02(d1+d2) 308mma0120主动轮包角合适。 (7)V带根数z,由式（13-9）得传动比 i=d2/d1(1-)=355/140(1-0.02)=2.3 由式13-15得 z=Pc/(P0+P0)/Ka/Kl 由n1=960r/min,d1=140mm, i=2.3查表13-3得：P0=1.62kW由表13-5得：P0=0.11kW由1=165.6查表13-7得K=0.97, 查表13-2得Kl=1.06则Z=Pca/(P0+P0) KKL=2.47 取Z=3根式中：P0单根V带的基本额定功率； P0单根V带额定功率增量； K包角系数； KL长度系数。 a= 757mm1= 167i=2.3P0=1.62kWP0=0.11kWK=0.97,Kl=1.06Z=3设计计算及说明结果V带传动主要传动参数见下表：带型Ld(mm)D1(mm)D2(mm)A(mm)Z(根)V(m/s)KAA224014030075737.031.1 3.1.2带轮结构设计：由于带轮的基准直径超过300，所以采用钢质材料，椭圆轮辐式带轮带轮的基本尺寸如下：V带轮槽型尺寸：(mm)槽型bdbHahfminefCA1113.22.758.7150.363810带轮的材料要用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200。1、小带轮：D=140mm d=30mm D(2.53)d故小带轮采用腹板式。2、大带轮：D=300mm d1=40mmD-d1=300-40=280mm100mm故大带轮采用腹板式。设计计算及说明结果3.2 低速级齿轮传动设计计算 3.2.1 低速级齿轮的设计计算1、齿轮传动设计计算（1）选择齿轮类型、材料、精度等级及齿数1选用斜齿圆柱齿轮传动。2选用软齿面、闭式传动。查表11-1得：小齿轮：40CrMnMo，调质处理HBS=229363， 大齿轮：40CrMnMo，调质处理HBS=229363，3初选精度等级9级。4高速级传动比i=7.38/3.35=2.2 高速轴转速 n=960/2.2=436 r/min 传动功率 P=3.84 kW初选小齿轮齿数：Z1=21大齿轮齿数：Z2=i2Z1=3.3521=70.35取Z2=71 5选取螺旋角=10 2、按齿面接触强度设计 (1)确定小齿轮分度圆直径：d1 i=2.2n=436 r/minZ1=21Z2=71=16.6设计计算及说明结果sH1=sHlim1/SH=710/1=710Mpa sF1=sFlim1/SF=580/1.25=464Mpa；查表11-6=0.8，查表11-3K=1.5，u=71/21=3.38 ZH=2.5，查表11-4ZE=143.7，Zb =0.99；T1=9.55106P/n=9.551063.84/436 Nmm=84110Nmm得 d145.9mm，由d1=z1m得m=2.2所以取m=2.5，a=118.5mm 取a=120mm=arcos(mn(z1+z2)/2a)=16.6 所以 取 a=120mm， mn=2.5mm， Z1=21 Z2=71d1=52.5mm d2=177.5mm 3.2.2 低速级齿轮的结构设计 1)齿宽计算 齿宽b=d1=0.852.5=42mm 则取b2=45mm, b1=50mm 2)分度圆.齿顶圆及齿根直径 小齿轮： 分度圆直径：d1=52.5mm =0.8K=1.5mn=2.5mmd1=53.5mmd2=177.5mma=120mm b1=50mmb2=45mmha =2.5mmhf=3.125mm查表4-4得：ha=mn=2.5mm hf=1.25mn=1.252.5=3.125mm df1=d1-2hf=53.3-23.125=47.05mmda1=d1+2hf=53.3+22.5=58.3mm大齿轮的计算同上可知: d2=182.9mm,df2=183.75mm, da2=190mm 3.2.3 低速级齿轮的检测参数表计算一、验算齿轮弯曲强度Zv1=Z1/cos3=22.3 Zv2=Z2/cos3=73.4查图11-8、11-9得 YFa1=2.83, YFa2=2.27 Ysa1=1.58, Ysa2=1.75验算齿轮弯曲强度 sF=2KT1YF/(bmZ1)=170.5N/mm103轴承端面至箱体内壁的距离油脂润滑3546大齿轮齿顶圆至箱体内壁距离3050407箱底至箱底内壁的距离2020L1箱体内壁至轴承座孔端面距离=+C1+C2+(510)60e轴承端盖凸缘厚度10 由以上数据及齿轮设计总表可先画出齿轮啮合俯视图轮廓线。 低速轴: 轴段1：L1=47mm（根据课程设计书P160联轴器的设计确定） 轴段2：L2= m+e+螺钉头部厚度+510=49mm 轴段3：L3=轴承宽度B+结构确定=31mm 轴段4：L4=大齿轮齿宽-5mm=42mm 轴段5：L5=结构确定=13mm 轴段6：L6=轴承宽度+结构确定=21mm低速轴总长：L=203mm 高速轴（齿轮轴）轴段1：L1=39mm （根据大带轮宽确定的） 轴段2：L2= m+e+螺钉头部厚度+510=41mm 轴段3：L3=轴承宽度B=19mm 轴段4：L4=10mm 轴段5：L5=b1=50mm 轴段6：L6= L4=10mm轴段7：L7 =L3 =19 高速轴总长：L=188mmd1=22mmd2=27mmd3= d7=30mmd4= d6=35mmd5=35mm设计计算及说明结果4.2 轴的强度校核只需进行高速轴的强度校核,按弯扭强度计算：高速轴 L=133mm, K=121.5mm, 压力角=20 齿轮上的圆周力Ft=2T1/d1=2943N轴向力Fr=Fttg/cos=1759.7N 径向力Fa=Fttg=792.4N带轮的压力FQ=1178.9N 求垂直面的支反力 F1v=(FrL/2-Fad4/2)/L=(1759.7133/2-792.460/2)/133=701.1NF2v=Fr-F1v=1058.6 N2)求水平面的支反力FH =F1H= F2H=Ft/2=2943/2=1471.5N3)F在支点产生的反力F1f=Fk/L=1178.9121.5/133=1076.9NF2f=F+F1f=1178.9+1076.9=2255.8N4)绘垂直面的弯矩图：Mav=F2vL/2=70.4NmMav=F1vL/2=46.6Nm5)绘水平面的弯矩图：Mah=FHL/2=97.85Nm设计计算及说明结果6)F力产生的弯矩图：M2f=Fk=143.24Nma-a截面F力产生的弯矩为:Maf=F2fL/2=150Nm7)合成弯矩图考虑到最不利的情况,把Maf与 (Mav2 +Mah2)1/2直接相加Ma=Maf+(Mav2 +Mah2) 1/2 =270.54 NmMa=Maf+(Mav 2 +Mah2) 1/2=258.38NmM2=M2f=143.24Nm8)轴的传递转矩T=Ftd/2=29430.06/2=88.29Nm9)最危险截面当量弯矩截面：可见a-a截面最危险Me=(M2+T2) 1/2 , 取=1, Me=(270.542+1(0.6103)2) 1/2=63.95Nm10)计算危险截面处轴的直径：轴的材料选用45钢,调质处理,查得B=650N/mm2,由此查得许用弯曲应力-1b=60N/mm2,则 (教科书表P166页11-1及P246表14-3)d(Me/0.1/-1b)1/3=(/0.1/60)1/3=22mm而初步设计此段轴径为5022强度满足要求,合适设计计算及说明结果 五.轴承选择计算5.1 高速轴轴承寿命验算根据所选深沟球轴承6307 Fa/C0r=792.4/17.5=0.045, e=0.26,则X=0.56 Y=1.71(教材P280表16-11)P=XFr+YFa=(0.561759.7+1.71792.4)N=2340.4N（教材P279表16-8表16-9及P322附表1）Lh/16/365=18.9年所选轴承符合要求 设计计算及说明结果 5.2 减速器各轴所用的轴承型号轴承型号d(mm)B(mm)D(mm)高速轴I深沟球轴承6306301972低速轴II深沟球轴承6307352180六.减速器的润滑与密封 6.1 齿轮传动的润滑本减速器齿轮圆周速度为：V=pd1n/(60*1000) =1.16m/s 齿轮的圆周速度小于12m/s，所以采用浸油润滑。此外，传动件内浸入有油的深度要求适当，油池必须保持在一定的深度。 （课程设计书P153P154页表16-1、16-4）机座内装中负荷工业齿轮油N320润滑油（GB5903-86）至规定高度。轴承用ZGN69-2滚动轴承脂；密封（课程设计书P156表16-8，P158表16-9）采用毡圈密封，特点是结构简单、价廉，但磨损较快，寿命短，用于脂润滑。设计计算及说明结果 6.2 减速器的密封本减速器所采用的密封件是毡圈密封圈。密封方式是接触式密封。本减速器在轴承旁还设置了挡油环。七.减速器箱体及其附件 7.1 箱体结构形式及材料本减速器采用剖分式箱体，分别由箱座和箱盖两部分组成。用骡栓连接起来，组成一个完整箱体。剖分面与减速器内传动件轴心线平面重合。此方案有利于轴系部件的安装和拆卸。剖分接合面必须有一定的宽度，并且要求仔细加工，以保证箱体刚度。在轴承座处设有加强肋。箱体底座要有一定宽度和厚度，以保证安装稳定性和刚度。减速器箱体用HT200制造。铸铁具有良好的铸造性能和切削加工性能，成本低。铸造箱体多用于批量生产。 7.2 箱体结构尺寸1.基本箱体参数(课程设计书P17表3-1)箱座壁厚与箱盖壁厚在设计轴长前都已确定为8mm箱体凸缘厚度：箱座b=1.5=12mm, 箱盖b1=1.5=12mm,箱底座b2=2.5=20mm加强肋厚：箱座m=0.85=0.858=6.8mm，箱盖m1=0.851=0.858=6.8mm地脚螺钉直径：df=0.036a+12=0.036240+12=15.89mm，取公称直径为16mm地脚螺钉数目：n=4设计计算及说明结果 轴承旁联接螺栓直径： d1=0.75df=12mm, 取为M12箱盖、箱座联接螺栓直径：d2=(0.50.6)df=68mm观察孔盖螺钉直径：0.30.4df 取6mm 4个箱体主要机构尺寸：名称符号尺寸箱座壁厚10mm箱盖壁厚110mm箱体凸缘厚度b12mmb112mmb220mm加 强肋 厚m6.8mmm16.8mm地脚螺钉直径和数目df16mmn4轴承旁联接螺栓直径d112mm箱盖、箱座联接螺栓直径d28.mm观察孔盖螺钉直径d48mmdf、d1、d2至箱体外壁距离；df、d2至凸缘边缘的距离C1、C2螺 栓直 径M12M16M24C1(mm)182234C2(mm)142028 7.3 主要附件 1.窥视孔和视孔盖 查表9-18得：为便于观察齿轮啮合情况及注入润滑油，在箱体顶部设有窥视孔。为了防治润滑油飞出及密封作用，在窥视孔上加设视孔盖。规格: A：100; A1：120; A0：110; d4：M6; h：5; B：44; B1：74; B0：54设计计算及说明结果 2.油标尺 查表9-14得：为方便的检查油面高度，保证传动件的润滑，将油面指示器设在低速级齿轮处油面较稳定的部位，可以及时泄润滑油。规格：油标尺 M12尺寸：dd1d2d3HabcDD1M16416635128526223.定位销保证拆装箱盖时，箱盖箱座安装配合准确，且保持轴承孔的制造精度，在箱盖与箱座的联接凸缘上配两个定位销。2个 B840 GB117-86 设计计算及说明结果 4.起盖螺钉在箱体部分面上涂有水玻璃，用于密封，为便于拆卸箱盖，在箱盖凸缘上设有起盖螺钉一个，拧动起盖螺钉，就能顶开箱盖。M1020 GB5783A级5.起吊装置 查表9-20得： 减速器箱体沉重，采用起重装置起吊，在箱体上装有吊环螺钉。为搬运整个减速器，在箱两座凸缘处铸有吊耳。A箱盖吊耳尺寸（mm）：d=8，D1=20，d4=36，h=18，l=16，B箱座吊耳尺寸（mm）：B=34，H=27.2，h=13.6，r2=8.5，b=16箱座吊耳设计计算及说明结果6.通气器减速器工作时箱体内温度升高，气体膨胀，箱内气压增大。为了避免由此引起的密封部位的密封性下降造成润滑油向外渗漏，多在视孔盖上设置通气器，使箱体内的热膨胀气体能自由逸出，保持箱体内压力正常，从而保证箱体的密封性。规格：M201.5 （课程设计书P76页）尺寸D：30mm；D1：25.4mm；S：22mm；L：28mm；l：