机械设计课程设计

机械设计课程设计任务书学生姓名李卫星专业年级车辆工程2008级设计题目： 设计带式输送机传动装置设计条件：1、 输送带工作拉力：F = 3300N；2、 输送带工作速度：v = 1.2m/s（允许输送带速度误差为5%）；3、 滚筒直径：D = 350mm；4、 工作情况：两班制，连续单向运转，载荷较平稳；室内，灰尘较大，环境最高温度35；5、 使用折旧期： 8年；6、 检修间隔期： 四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修；7、 动力来源： 电力，三相交流，电压380/220V；8、 运输带速度允许误差：9、 制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。设计工作量：1、 减速器装配图1张（A1）；2、 零件工作图3张；3、 设计说明书1份。指导教师签名： 2010年6月9日设计内容计算及说明结果传动装置的总体设计 电动机的选择传动装置的总传动比计算及分配计算传动装置的运动和动力参数传动零件的计算第一级齿轮传动设计计算第二级齿轮传动设计计算轴的设计轴的材料选择和最小直径估计轴的结构设计低速轴的校核计算低速轴滚动轴承的选择及寿命校核键的选择高速轴键的选择中间轴键的选择低速轴键的选择联轴器的选择箱体设计润滑、密封的设计润滑密封总结2、传动装置的总体设计2.1、电动机的选择1.选择电动机的类型按工作要求和工作条件选用Y系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构，电压380V。2确定电动机的功率1）其中，带式输送机的效率。2）通过查机械设计课程设计手册表1-7确定各级传动的机械效率：联轴器=0.99；齿轮=0.98；轴承=0.99。总效率。电动机所需的功率为：。由表机械设计课程设计手册表12-1选取电动机的额定功率为2.2。3.确定电动机的转速按推荐的传动比合理范围，两级展开式圆柱齿轮减速器传动比而工作机卷筒轴的转速为所以电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有和两种。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为的Y系列电动机Y132M2-6,其满载转速为,电动机的安装结构形式以及其中心高,外形尺寸,轴的尺寸等由表12-5中查得：电动机外伸轴直径D=38mm，外伸轴长度E=80mm。2.2、计算传动装置的总传动比并分配传动比1.总传动比i为 2.分配传动比 取 ，2.3、计算传动装置的运动和动力参数1.各轴的转速 轴 轴 轴 卷筒轴 4.各轴的输入功率 轴 轴 轴 卷筒轴 5.各轴的输入转矩轴 轴 轴 工作轴 电动机轴 将上述计算结果汇总与下表，以备查用。项目电动机轴轴轴工作轴转速960960211.4565.5165.51功率4.354.314.184.053.93转矩4327342840188700590940572913传动比i14.543.231效率0.990.960.960.993、传动零件的计算3.1 第一级齿轮传动设计计算1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）按二级展开式圆柱齿轮减速器的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动，软齿轮面闭式传动。2）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-83)。3）材料选择。由机械设计课程设计手册，选择小齿轮材料为40Gr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮齿数，则大齿轮齿数 取2. 按齿轮面接触强度设计由设计计算公式进行计算 (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)按软齿面齿轮非对称安装，由机械设计表10-7选取齿宽系数。4)由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数。5)由机械设计图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)计算应力循环次数7)由机械设计图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(2)计算1)试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。2)计算圆周速度。 3)计算齿宽b 4)计算齿宽与齿高之比b/h模数 齿高 5)计算载荷系数根据v=2.62m/s，由图10-8查得动载荷系数； 直齿轮，；由表10-2查的使用系数；查表10-4用插值法得7级精度查机械设计，小齿轮相对支承非对称布置由b/h=8.89，由图10-13得；故载荷系数 6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，7)计算模数m 3.按齿根弯曲强度设计，公式为(1).确定公式内的各参数值1)由机械设计图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；2)由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数，；3)计算弯曲疲劳许用应力；取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，4)计算载荷系数K5)查取齿形系数由机械设计表10-5查得；6）查取应力校正系数 由机械设计表10-5查得；7）计算大、小齿轮的并加以比较； 大齿轮的数值大。（2）设计计算 对比计算结果，由齿轮面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.689mm并圆整为标准值m=2mm 接触强度算得的分度圆直径=5.045mm，算出小齿轮齿数，取；大齿轮，取；这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4.几何尺寸设计(1)计算分圆周直径 (2)计算中心距 (3)计算齿轮宽度 取，。5.结构技术及绘制齿轮零件图小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用腹板式式结构大齿轮的有关尺寸计算如下：齿轮工作图如下图所示：， ，取 ， 3.2 第二级齿轮传动设计计算1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）按二级展开式圆柱齿轮减速器的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动，软齿轮面闭式传动。2）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-83)。3）材料选择。由机械设计课程设计手册，选择小齿轮材料为40Gr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4）选小齿轮齿数=24，则大齿轮齿数 ，取；2. 按齿轮面接触强度设计由设计计算公式进行计算 (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)按软齿面齿轮非对称安装，由机械设计表10-7选取齿宽系数。4)由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数。5)由机械设计图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)计算应力循环次数7)由机械设计图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(2)计算1)试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。2)计算圆周速度。 3)计算齿宽b 4)计算齿宽与齿高之比b/h模数 齿高 5)计算载荷系数根据v=0.934m/s，7级精度，由图10-8查得动载荷系数； 直齿轮，；由表10-2查的使用系数；查表10-4用插值法得7级精度查机械设计，小齿轮相对支承非对称布置由b/h=10.67，由图10-13得；故载荷系数 6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，7)计算模数m 3.按齿根弯曲强度设计，公式为(1).确定公式内的各参数值1)由机械设计图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；2)由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数，；3)计算弯曲疲劳许用应力；取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，4)计算载荷系数K5)查取齿形系数由机械设计表10-5查得；6）查取应力校正系数 由机械设计表10-5查得；7）计算大、小齿轮的并加以比较； 小齿轮的数值大。（2）设计计算 对比计算结果，由齿轮面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数2.528并圆整为标准值m=3mm 接触强度算得的分度圆直径=87.683mm，算出小齿轮齿数，取；大齿轮，取；这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4.几何尺寸设计(1)计算分圆周直径 (2)计算中心距 (3)计算齿轮宽度 取，。5.结构技术及绘制齿轮零件图小齿轮采用实心式结构齿轮的有关尺寸计算如下：取mmmm取30mmmmn m=3大齿轮采用腹板式结构大齿轮的有关尺寸计算如下：， ，取 ， ，取名称符号单位高速级低速级小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮中心距amm156190.5传动比i4.543.23模数mmm23压力角2020齿数z281283097分度圆直径dmm5625690291齿顶圆直径damm6026096297齿根圆直径dfmm5125182.5283.5齿宽bmm61569590材料40Cr4540Cr45热处理状态调质调质调质调质齿面硬度HBS280 2402802404轴的设计4.1、轴的材料选择和最小直径估计 根据工作条件，选定轴的材料为45钢，调质处理。轴的最小直径计算公式 ，A0的值通过查教材表14-2确定为：A0=112。轴 ，考虑到联轴器，键槽的影响，取。轴 ，取轴 ，取；4.2、轴的结构设计1、高速轴1）高速轴的直径的确定：最小直径处为与电动机相连安装联轴器的外伸轴段，因此：密封处轴段 ：滚动轴承轴段 滚动轴承选取6309：dDB=45mm100mm25mm:过渡段 齿轮轴段由于齿轮直径较小，所以采用齿轮轴结构。：滚动轴承段，2）高速轴各段长度的确定： ：由箱体结构，轴承端盖、装配关系等确定：由滚动轴承、挡油环及装配关系等确定 ：由装配关系、箱体结构确定：由高速小齿轮齿宽确定：由箱体结构，轴承端盖、装配关系等确定2、中间轴1）中间轴各轴段的直径确定：最小直径处为滚动轴承轴段，因此.滚动轴承选取6307：dDB=35mm80mm21mm：低速小齿轮轴段 取：轴环，根据齿轮的轴向定位要求 取 : 高速大齿轮轴段 取：滚动轴承段 2）中间轴各轴段长度的确定：由滚动轴承，挡油盘及装配关系 取：由低速小齿轮齿宽取：轴环 取：由高速大齿轮齿宽 取： 3、低速轴1) 低速轴各轴段的直径确定： 滚动轴承轴段，因此.滚动轴承选取6312：dDB=60mm130mm31mm。：低速大齿轮轴段 取：轴环，根据齿轮的轴向定位要求 取 : 过度段取，考虑挡油盘的轴向定位 取：滚动轴承段 ：封密轴段处，根据联轴器的定位要求以及封面圈的的标注，取：最小直径，安装联轴器的外伸轴段 2）低速轴各轴段长度的确定：由滚动轴承、挡油盘以及装配关系等确定取：由低速大齿轮齿宽 取：轴环 取：由装配关系和箱体结构 取：滚动轴承、挡油盘以及装配关系 ：由箱体结构，轴承端盖、装配关系等确定：5低速轴的校核计算1、低速轴的受力分析由于选择的是直齿轮故该轴受圆周力、径向力作用其大小如下：2、低速轴的受力情况如下图所示3、求垂直面的支承反力4、求水平面的支承反力5、垂直面的弯距6、水平面得弯矩7、求合成弯距载荷水平面H垂直面V支反力弯矩总弯矩扭矩8、做出轴的载荷分布图9、 按弯扭合成应力校核轴的强度按照上表数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得。因此，故安全。10、 精确校核轴的疲劳强度（1）齿轮左端面左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 齿轮左端面左侧弯矩M为 截面上的扭矩为截面上的弯曲应力 截面上的扭矩切应力 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，经插值课查得：，；又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为，故有效应力集中系数为，由附图3-2的尺寸系数，由附图3-3可得轴扭转尺寸系数轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则综合系数为又由3-1与3-2得碳钢的特性系数，取，取于是安全系数值故可知起安全。（2）齿轮左端面右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 齿轮左端面左侧弯矩M为 截面上的扭矩为截面上的弯曲应力 截面上的扭矩切应力 过盈配合处的，由附图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所以轴在截面右侧的安全系数值，故该轴在截面右侧的强度也是足够的。6、低速轴滚动轴承的选择及寿命校核考虑轴受力较小且主要是径向力，故选用的是单列深沟球轴承轴63099两个，轴6307两个，轴选用6312两个 (GB/T297-1994)低速轴寿命计算：1.查机械设计课程设计表6-1，得深沟球轴承6312 2.查机械设计得 X=1, Y=03.计算轴承反力及当量动载荷：在水平面内轴承所受得载荷 在垂直面内轴承所受得载荷 计算轴承2所受总载荷轴承所受轴向力很小，所以当量动载荷：4.已知预期得寿命8年，两班制基本额定动载荷所以轴承6308安全，合格7、键的选择7.1、高速轴键的选择高速轴上只有安装联轴器的键。根据安装联轴器处直径d=32，通过查机械设计基础课程设计表4-1圆头普通平键。选择的键尺寸：bh=108 （t=5.0，r=0.25）,键的工作长度L=40mm, 键的接触高度k=0.5h=0.58=4mm。标记：键10840 GB/T1096-2003。传递的转矩。按表6-2差得键的静连接时需用应力, 则所以高速轴上的键强度足够。7.2、中间轴键的选择 中间轴上的键是用来安装齿轮的，因此选用圆头普通平键。因为高速大齿轮齿宽B=56mm ，轴段直径d=40mm，所以通过查机械设计基础课程设计表4-1选用bh =128（t=5.0，r=0.25）,键的工作长度L=38mm, 键的接触高度k=0.5h=0.58=4mm。标记：键12838 GB/T1096-2003 。低速小齿轮齿宽B=95 ，轴段直径d=40，所以选用bh=128（t=5.0，r=0.25），键的工作长度L=56mm, 键的接触高度k=0.5h=0.58=4mm。标记：键12856 GB/T1096-2003 。由于两个键传递的转矩都相同，所以只要校核短的键。传递的转矩 则故轴上的键强度足够。7.3、低速轴键的选择低速上有两个键，一个是用来安装低速级大齿轮，另一个是用来安装联轴器。齿轮选用圆头普通平键，齿轮的轴段的直径d=65mm，轮宽B=90mm ，通过查表机械设计基础课程设计表4-1选用bh=1811（t=7.0，r=0.25）,键的工作长度L=69mm, 键的接触高度k=0.5h=0.511=5.5mm。标记：键181169 GB/T1096-2003 。传递的转矩 则故安装齿轮的键强度足够。安装联轴器的键圆头普通平键，轴直径d=50mm，所以选键bh=1610(t=6.0，r=0.25) ,键的工作长度 L=54mm,键的接触高度k=0.5h=0.510=5mm。标记：键161054GB/T1096-2003。传递的转矩 则故选的键强度足够。8、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，选用弹性柱销联轴器1.减速器输入端 选用LX3型（GB/T 5014-2003）弹性套柱销联轴器，采用J1型轴孔，圆头普通平键，轴孔直径d=32mm,轴孔长度为L=58mm2.减速器的输出端 选用GICL3型（GB/T 5014-2003）鼓形齿式联轴器，采用J1型轴孔，圆头普通平键，轴孔直径d=50mm轴孔长度为L=82mm9、箱体设计名称符号参数设计原则箱体壁厚100.025a+3=8箱盖壁厚180.02a+3=8凸缘厚度箱座b15箱盖b112底座b225箱座肋厚m8.5地脚螺钉型号dfM200.036a+12数目n4轴承旁联接螺栓直径d1M160.75df箱座、箱盖联接螺栓直径尺寸d2M12（0.50.6）df连接螺栓的间距180150200轴承盖螺钉直径d310（0.40.5）df观察孔盖螺钉d48（0.30.4）df定位销直径d10（0.70.8）d2d1、d2至外箱壁距离C122、18C1=C1mind1、d2至凸缘边缘距离C220、16C2=C2mindf至外箱壁距离C126df至凸缘边缘距离C224箱体外壁至轴承盖座端面的距离57C1+C2+(510)轴承端盖外径D2150、130、 180轴承旁连接螺栓距离S60、50、 80注释：a取低速级中心距，a190.5mm10、润滑、密封的设计10.1、润滑因为齿轮的速度都比较小，难以飞溅形成油雾，或难以导入轴承，或难以使轴承浸油润滑。所以，减速器齿轮选用润脂脂润滑的方式润滑。10.2、密封为了防止泄漏，减速器的箱盖与箱体接合处和外伸轴处必须采取适当的密封措施。箱体与箱盖的密封可以通过改善接合处的粗糙度，一般为小于或等于6.3，另外就是连接箱体与箱盖的螺栓与螺栓之间不宜太大，安装时必须把螺栓拧紧。外伸轴处的密封根据轴的直径选用国家标注U型密封圈。11、总结 二周的课程设计结束了，本课程设计的任务是二级圆柱齿轮减