机械设计课程设计说明书

.机械工程基础课程设计装订线设计题目：传送带用减速机班级设计者学号指导教师年月日 目录一、课程设计任务书二、传动装置的总体设计2.1传动方案说明2.2电动机的选择2.3总传动比的确定及各级传动比的分配2.4动力运动参数计算三、传动装置的设计计算3.1 V带传动设计3.2 齿轮材料和热处理的选择3.3 齿轮几何尺寸的设计计算3.4 齿轮的结构设计四、轴的设计计算4.1 轴的材料和热处理的选择4.2 轴几何尺寸的设计计算五、轴承、键和联轴器的选择5.1 轴承的选择及校核5.2 键的选择计算及校核5.3 联轴器的选择六、减速器的润滑与密封及箱体主要结构尺寸的计算6.1 润滑的选择确定6.2 密封的选择确定6.3 减速器附件的选择确定6.4 箱体主要结构尺寸计算七、个人小结一、课程设计任务书本课程设计主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了机械设计基础、机械制图、工程力学、公差与互换性等多门课程知识。课程设计是机械设计基础课程最后一个重要的实践性教学环节，也是机械类专业学生第一次较为全面的机械设计训练，其目的为：1综合运用机械设计基础和其它先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。2通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意见，熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。3通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。其内容为：1. 根据设计任务书确定传动装置的总体设计方案。2. 选用电动机的型号，计算传动装置的运动和动力参数。3. 传动零件及轴的设计计算。4. 轴承、连接件、润滑密封和联轴器的选择及计算。5. 机体结构及附件的设计，绘制零件图及装配图。6. 编写设计计算说明书，进行总结与答辩。 设计时的注意事项：1. 坚持正确的设计指导思想和工作态度。2. 贯彻“三边”的设计方法。（边计算、边绘图、边修改）3. 随时整理计算结果。计 算 及 说 明二、传动装置的总体设计传动方案：采用带轮和一级减速器减速传动设计参数： 传送带曳引力F/N输送带速度v/(m/s)输送带滚筒直径D/mm15002.05002.1 传动方案说明 输送机的转矩大、转速低，故不能直接通过电机带动，因此要通过减速器（选用一级直齿圆柱齿轮）来增大转矩和降低转速，考虑到总的传动比较大，需增加一个带传动来降速。2.2 电动机选择按已知的工作要求和条件，选用 Y型三相异步电机动。3.2.1 电动机的功率 =FV/1000=15002/1000/0.98/0.79 kw=3.87 kw3.2.2 总功率 = =0.960.970.920.990.990.94=0.79-v带传动效率-闭式齿轮传动效率-开式齿轮传动效率-滚动轴承传动效率-滑动轴承传动效率3.2.3 电动机额定功率 =3.87/0.79kw=4.90 kw2.3 传动比分配2.3.1 工作机转速 =601000V/(D) =6010002/3.14/500 r/min =76.39 r/min2.3.2 总传动比 根据手册，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围，v带传动比=23，取闭式齿轮传动比=35，取开式齿轮传动比=46则总传动比理论范围为： =2490故电动机转速的可选范围为： =(2490)76.39 r/min =1833.366875.1 r/min综合考虑：选取Y100L-2三向异步电动机。=2840 r/min =/=2840/76.39=37计 算 及 说 明 取 =3，=5 则=/=37/3/5=2.4 处于23之间，符合要求2.4 动力运动参数计算2.4.1 各级轴的转速 电动机： =2840 r/min 高速级： =/=1183.33 r/min 低速级： =/=394.44 r/min 滚 筒： =/=78.89 r/min 2.4.2 各级轴的输入功率 电动机：3.87 kw 高速级：=2.360.96 kw =3.72 kw 低速级：=2.270.980.99 kw =3.57 kw 滚 筒：=2.180.990.99 kw =3.25 kw2.4.3 各级轴的转矩 电动机：=95502.36/1420 Nm=13.01 Nm 高速级：=15.870.963 Nm=30.02 Nm 低速级： = 45 .710 .980.994. 02 Nm =86.44Nm 滚 筒： =176.500.990.9934.02 Nm =393.43 Nm计 算 及 说 明三、传动装置的设计计算3.1 V带传动设计已知：V带传递的功率为5.5KW，小带轮转速为1440r/min，两班工作制。3.2 齿轮材料和热处理的选择小齿轮的材料为45Cr，调质处理，齿面硬度为280HBS；大齿轮选用45号钢，正火处理，齿面硬度为240HBS。齿轮精度选7级3.3 齿轮几何尺寸的设计计算1、初选齿轮齿数初选小齿轮齿数为=24，u=4.02；大齿轮齿数=244.02=96.48，取Z2=97。2、按齿面接触强度计算计算小齿轮分度圆直径（1）确定公式内各数值1）试选载荷系数：=1.32）小齿轮传递的转矩T1= Nmm3）查文献1表10-7，选取齿宽系数d=1。4）查文献1表10-6，得材料的弹性影响系数=189.85）查文献1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=60473.331(3430010)=7）由教材图10-19取接触疲劳寿命系数=0.90； =0.958）计算接触疲劳许用应力计 算 及 说 明取失效概率为1%，安全系数S=1（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入较小值。= =34.76mm 2）计算圆周速度v。v=0.86m/s3）计算齿宽b。b=34.76mm4）计算齿宽与齿高之比b/h模数 /=34.76/24=1.45mm齿高 h=2.25=2.251.45=3.26mm b/h=34.76/3.26=10.665）计算载荷系数根据v=0.86m/s,7级精度，由文献1查得动载荷系数=1.05；直齿轮，KH=KF=1；由文献1表10-2查的使用系数KA=1；由文献1表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，=1.42；由b/h=10.66，KH=1.42查文献1图10-13得=1.35；故载荷系数K=11.0511.42=1.496）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径=34.76=36.37mm计 算 及 说 明7）计算模数m=/=36.37/24=1.52mm3、按齿根弯曲强度计算1）确定公式内各数值1）由文献1图10-20c查得：小齿轮弯曲疲劳强度极限：FE1=500MPa；大齿轮弯曲疲劳强度极限：FE1=380MPa；2）由文献1图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.9,KFN2=1.0；3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4 =0.9500/1.4=321.43MPa=1.0380/1.4=271.43MPa4）计算载荷系数K=5）查取应齿形系数由文献1表10-5查得 YFa1=2.65；YFa2=2.185；6）查取应力校正系数由文献1表10-5查得 YSa1=1.58；YSa2=1.785；7）计算大小齿轮的并比较=0.013026=0.014369大齿轮的数值大。（2）设计计算=1.48mm计 算 及 说 明4、综合考虑，确定最终结果对比计算结果，由齿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的大小取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面解除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，可取有弯曲强度算得的模数1.48并就近圆整为标准值m=2，按接触强度算得的分度圆直径d1=36.37mm，算出小齿轮的齿数： 大齿轮齿数: 这样设计的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根接触疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。5、几何尺寸计算（1）计算分度圆直径（2）计算中心距（3）计算齿轮宽度取，3.4 齿轮的结构设计3.4.1 大齿轮结构设计因齿轮顶圆直径大于160mm，而小于500mm，故以选用腹板式结构为宜。参考文献1图10-39推荐使用的结构尺寸设计： 计 算 及 说 明C0.25=0.2550=10mm0.5m=1r5mm齿轮的零件图如下：3.4.2 小齿轮结构设计因小齿轮分度圆直径为40mm，参考文献5表15-22,小齿轮设计成齿轮轴。具体设计过程如下1、第三部分已求出：，, , ，, 取标准齿轮。2、齿轮上的作用力： 计 算 及 说 明 3、初步确定轴的最小直径：轴的材料选用45钢，调质处理，取A0=120（查表15-3）即安装联轴器到轴的，选应小于联轴器的公称转矩查文献5表,选用LT4型号联轴器，其公称转矩：，孔径，取，长度L=52mm，半联轴器与轴配合的轮毂孔的长度=38mm4、轴的结构设计（1）装配方案选用文献1图15-22a（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，-轴段右端需要一轴肩，故取-段的直径=26mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=30mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度=38mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上，所以-段的长度应该比L1略短一些，现取=35mm。2）初步选择滚动轴承。初选0基本游隙组、标准精度级的深沟球轴承6206，尺寸为dDB=30mm62mm16mm，所以取=30mm，而=16mm。右端轴承采用轴肩定位，参考文献5得h=4mm，因此，取：=30+24=38mm3）-段为齿轮轴段=44mm。齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的高度为45mm，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，此轴段应略大于轮毂宽度，故取=43mm。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d，取h=4mm，则轴环处直径=42mm。轴环宽度b1.4h，取=6mm4）轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器和轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴添加润滑脂的要求，取端盖外端面与半联轴器右端面的距离为30mm，故取=50mm。5）取齿轮距箱体内壁之距离a=16mm（文献1图15-21），取s=8mm，已知B=16mm计 算 及 说 明 （45-43）=42mm mm（3）轴上零件的周向定位半联轴器与轴的周向定位应采取平键连接。半联轴器与轴的连接，选用平键为bhl=6mm6mm28mm，配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为.（4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考文献1表15-2，取轴端倒角为245，各轴肩处的圆角半径见图。5、求轴上载荷mm已知： ,， =1142.7554.5=62.28Nm=415.9254.5=22.67Nm6、 按弯曲合成应力校核取=0.6W=6283.2=19.55MPa前已选定轴的材料为45号调质钢，由文献1表15-1查得=60MPa，因此，故安全计 算 及 说 明 计 算 及 说 明 四、轴的设计计算高速轴即为以上设计的齿轮轴，下面为低速轴的设计计算：4.1 轴的材料和热处理的选择 选用45号钢，热处理为调质处理，硬度217255HBS。4.2 轴几何尺寸的设计计算4.2.1 按照扭转强度初步设计轴的最小直径1、 第三部分已经求出：，, , ，, 取标准齿轮。2、齿轮上的作用力： 3、初步确定轴的最小直径：轴的材料选用45钢，调质处理，取A0=120（查表15-3）即安装联轴器到轴的，选应小于联轴器的公称转矩查文献5表,选用LT6型号联轴器，其公称转矩：，孔径，取，长度L=82mm，半联轴器与轴配合的轮毂孔的长度=60mm4.2.2 轴的结构设计1、装配方案选用文献1图15-22a2、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，-轴段右端需要一轴肩，故取-段的直径=40mm；左端用轴端挡计 算 及 说 明 圈定位，取挡圈直径D=45mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度=60mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上，所以-段的长度应该比L1略短一些，现取l-=58mm。2）初步选择滚动轴承。初选0基本游隙组、标准精度级的深沟球轴承6209，尺寸为dDB=45mm85mm19mm，所以取=45mm，而=19mm。右端轴承采用轴肩定位，参考文献5取h=3mm，因此=45+23=51mm3）取安装齿轮处的轴段=50mm，左端与轴承采用套筒定位，已知齿轮的齿宽为=40mm，取=38mm；右端采用轴肩定位h0.07=0.0750=3.5，故取h=4mm，则轴环处的直径=50+42=58mm，轴环宽度b1.4h=5.6mm，所以取=10mm。4）轴承端盖的总宽度为20mm。根据轴承端盖的装拆及便于对轴添加润滑脂的要求，取端盖外端面与半联轴器右端面的距离为30mm，故取=50mm。5）取齿轮距箱体内壁之距离a=16mm（教材图15-21），取s=8mm已知B=19mm，则： =19+8+16+2=45mm， =16+8-10=14mm3、轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位应采取平键连接。按由文献11表6-1查得平键截面bh=14mm9mm键槽用键槽铣刀加工，长为32mm；同时为了保证齿轮与轴有好的对中性，所以选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样半联轴器与轴的连接，选用平键为bhl=10mm8mm50mm，配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6. 4、确定轴上圆角和倒角尺寸参考文献1表15-2，取轴端倒角为245，各轴肩处的圆角半径见图。4.2.3 轴的强度校核1、求轴上载荷计 算 及 说 明 mm已知： ,， =1089.5153.5=58.29Nm=396.5553.5=21.22Nm7、 按弯曲合成应力校核取=0.6W=12271.85=9.85MPa前已选定轴的材料为45号调质钢，由文献1表15-1查得=60MPa，因此36000h5.1.2 高速轴轴承初选的轴承的型号为:6206查文献5表9-1可知:d=30mm,外径D=62mm,宽度B=116mm,基本额定动载荷=15.2KN,已知=473.33r/min，=831.85N根据减速箱的工作情况可知，两轴承只受径向力的作用，载荷系数取=1。P=831.85N深沟球轴承=3,取温度系数=1。参考文献1L =214823h36000h 预期寿命足够 5.2 键的选择计算及校核计 算 及 说 明 1、低速轴输出轴与齿轮2联接用平键联接此段轴径d=50mm，=176.50Nm故选用键149(GB1096-79)，bhL=14932，选材45钢，其许用挤压应力=100MPa所以：l=18mm，h=9mm 所以强度足够，合格。2、低速轴外伸端此段轴径d=32mm，=176.50Nm故选用键108(GB1096-79)，bhL=10850，选材45钢，其许用挤压应力=100MPa所以：l=40mm，h=8mm 所以强度足够，合格。3、高速轴外伸端此段轴径d=20mm，=45.71Nm故选用键66(GB1096-79)，bhL=6628，选材45钢，其许用挤压应力=100MPa所以：l=22mm，h=6mm 所以强度足够，合格。5.3 联轴器的选择1、低速轴:选用LT6型号联轴器，其公称转矩：，孔径，取，长度L=82mm，半联轴器与轴配合的轮毂孔的长度=60mm2、高速轴:选用LT4型号联轴器，其公称转矩：，孔径，取，长度L=52mm，半联轴器与轴配合的轮毂孔的长度=38mm计 算 及 说 明 六、减速器润滑、密封及箱体主要结构尺寸的计算6.1 润滑的选择确定1、对于齿轮来说，由于传动件的的圆周速度v 12m/s,采用浸油润滑，因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H不应小于30-50mm。对于单级减速器，浸油深度为一个齿全高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递1KW需油量V0=0.35-0.7m3。2、对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，且难以经常供油，所以选用润滑脂润滑。这样不仅密封简单，不宜流失，同时也能形成将滑动表面完全分开的一层薄膜。6.2 密封的选择确定由于选用的电动机为低速，常温，常压的电动机则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达到密封的目的。毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑。6.3减速器附件的选择确定1、通气器：由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M181.52、指示器：用游标尺M123、起吊装置：采用箱盖吊耳、箱座吊耳.4、放油螺塞：选用外六角油塞及垫片M181.55、起盖螺钉型号：GB/T5780 M1830,材料Q2356、高速轴轴承盖上的螺钉：GB578386 M8X12,材料Q2357、低速轴轴承盖上的螺钉：GB578386 M820,材料Q2358、螺栓：GB578286 M14100，材料Q2356.4箱体主要结构尺寸计算计 算 及 说 明 (1)箱座壁厚=0.025a+1=0.025101+1=3.525mm取=8(2)箱盖壁厚=0.02a+1=0.02101+1=3.02mm取=8(3)箱盖凸缘厚度mm(4)箱座凸缘厚度mm(5)箱座底凸缘厚度mm(6)地脚螺钉直径(取16)(7)地脚螺钉数目n=4 (因为a250)(8)轴承旁连接螺栓直径mm (取12)(9)盖与座连接螺栓直径 mm (取9)(10)连接螺栓d2的间距l=150-200mm(11)轴承端盖螺钉 (取8)(12)检查孔盖螺钉 (取6)(13)定位销直径 (取7)(14)凸台高度：根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准。(15)轴承端盖凸缘厚度t，t=(1-1.2)=1.18=8.8mm (取9)(16)齿轮顶圆与内箱壁间的距离mm （取10）(17)