机械专业液体包装机——二级减速器设计说明书

机械设计基础课程设计目录第一章设计任务书2一、设计目的2二、设计内容21、设计题目22、主要内容23、设计参数34、具体工作3第二章机械运动方案的设计5一、拟定执行系统的功能原理51、包装机功能原理52、各部分功能53、设计部分5二、执行机构的选型及构型61、热封部分62、装料部分63、减速器部分6三、各执行机构的协调设计6四、执行机构运动尺寸设计71、曲柄摇杆机构（含齿轮齿条机构）72、曲柄摇杆机构（含阀体）83、摆动滚子推杆盘形凸轮机构104、包装机机构运动简图14第三章机械传系统方案设计15一、传动系统类型选择151、传动方案示意图152、组成部分15二、选择原动机确定总传动比分配各级传动比161、电动机类型的选择162、电动机功率的选择163、确定电动机型号164、传动装置总传动比及其分配17三、计算各轴的转速、转矩及功率171、计算各轴的转速172、计算各轴功率183、计算各轴转矩18第四章机械传动装置的设计19一、主要传动零部件的设计计算19（一）带传动设计计算19（二）、高速级齿轮传动设计22（三）、低速级齿轮传动设计30（四）、高速轴及轴上零件的设计计算及校核35（五）、中间轴及轴上零件的设计计算及校核42（六）、低速轴及轴上零件的设计计算及校核48（七）其它55二、传动装置减速器的设计56（一）、箱体的设计56（二）、减速器附件的选择及说明57（三）、润滑和密封的选择58第五章设计体会59一、体会59二、设计分析59三、改进意见59第六章参考文献60参考文献60第一章设计任务书一、设计目的综合运用机械设计及先修课程（机械制图、材料力学、机械原理、机械制造技术、工程材料等）的理论和实际知识，掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想，培养分析和解决实际问题的能力。通过本课程设计，在掌握各种运动形式变换，运动参数确定及力和功率传递过程中，对机械运动学和动力学的分析与设计有一较完整的概念，学会从机器功能要求出发，合理选择机构的选型和组合，制定机械传动系统的方案（功能设计），正确计算零件的工作功能，确定它的尺寸、形状、结构及材料，并考虑制造工艺、使用维修、经济和安全等问题，培养机械设计能力（结构设计）。学习运用标准，规范，手册，图表和查阅有关资料等，培养设计的基本技能。二、设计内容1、设计题目液体包装机的设计二级圆柱齿轮减速器的设计2、主要内容（1）确定包装机设计方案（包括传动系统和执行机构等）（2）选择电动机、计算传动装置的运动和动力参数等（3）进行传动件的设计计算，校核轴、轴承、联轴器、键的强度等（4）绘制减速箱装配图及典型零件工作图（5）整理和编写设计计算说明书（6）答辩3、设计参数（1）数据组别包装量（袋/分）袋尺寸（长宽/MM）计量（ML/袋）物料输送力FN热封和剪袋所需功率W装料所需功率W601609040300100200（2）已知条件输送带滚筒直径D80MM装料压缩泵活塞直径为30MM装料启闭阀摆角约90工作情况两班制工作，每年工作300天，连续单向运转，工作时有轻微振动，空载启动使用折旧期使用年限为8年，3年大修一次制造条件及生产批量一般机械厂制造，小批量生产总体尺寸6507501600（MMMMMM）以内4、具体工作（1）、包装机机构运动简图1张（A1）（2）、减速箱装配图1张（A0）（3）、零件工作图2张（A3）（4）、设计计算说明书一份（约68千字）第二章机械运动方案的设计一、拟定执行系统的功能原理1、包装机功能原理自动完成计量、充料、制袋、封合、切断、输送等全过程2、各部分功能电控机构调速机构传动机构拉袋机构热封机构供纸机构装/进料机构成品输出机构3、设计部分热封部分装料部分减速器部分二、执行机构的选型及构型1、热封部分选用凸轮机构摆动滚子推杆盘形凸轮机构2、装料部分选用平面四杆机构曲柄摇杆机构3、减速器部分圆柱齿轮减速器二级圆柱齿轮减速器（展开式）三、各执行机构的协调设计根据工艺要求，各执行机构需要按照严格的顺序动作，热封后装袋，然后拉袋，结合执行机构的选型，对执行机构进行协调设计，绘制运动循环图，如图21所示。四、执行机构运动尺寸设计1、曲柄摇杆机构（含齿轮齿条机构）（1）、已知条件计量40ML/袋，包装量60袋/MIN，装料压缩泵活塞直径为30MM（2）、分析由曲柄摇杆机构的摇杆驱动齿轮齿条机构（齿条加工在活塞杆上），曲柄每转一周，活塞完成一次推拉动作。活塞推程由计量量和活塞直径确定，进而可推知摇杆的摆角，再给定设计条件，即可完成要求动作。（3）、给定设计条件齿轮（M2MM，Z55），分度圆半径为R，连杆B200MM，摇杆C52MM，要求该机构无急回运动。（4）、设计计算活塞行程40（30/2）566摇杆摆角180566255218059曲柄长度ACSIN252592256机架长度D2（CCOS2）22002（52592）2205MM示意图，如图22传动角验算1ARCCOS222200252220525622200525962180ARCCOS22221802002522205256222005259814050满足要求2、曲柄摇杆机构（含阀体）（1）、已知条件装料启闭阀摆角约90（2）、分析为保证活塞推杆中心与启闭阀回转中心在同一水平面，机架位置和长度将受到限制（3）、给定设计条件机架长度D108MM，机架连线垂直水平面摆角90摇杆长度C40MM要求该机构无急回运动（4）、设计计算曲柄长度ACSIN240902283连杆长度B2（CCOS2）21082（40902）21042MM示意图，如图23传动角验算1ARCCOS22210422402108283221042404292180ARCCOS22221801042240210828322104240428，且4050满足要求1223、摆动滚子推杆盘形凸轮机构（1）、分析该机构用于驱动热风器进行热封操作，热封时间要充足，盘形凸轮安装在分配轴上，故凸轮的基圆半径减去滚子圆半径应大于轴颈，以便于安装（2）、分配轴最小轴颈计算已知条件分配轴转速N160R/MIN1R/S，袋尺寸长宽16090（MMMM）物料输送力F300N，输送带滚筒直径D80MM，设输送带滚筒转速N2，216016080064/分配轴输出功率计算分配轴输出到输送带滚筒由一对锥齿轮传动，如图24所示。其中Z124,Z236则212124361067/064/满足输送带线速度V28006716755/016755/输送带功率33000167555026由表6151查得锥齿轮传动效率1094滚动轴承效率2099滚筒效率3096总12309409909608934输送部分总功率33总5026508934563分配轴输出总功率1231002005633563P1为热封和剪切所需功率P2为装料所需功率计算轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理，根据表1532取A011203111230356360205确定凸轮机构基本尺寸选滚子圆半径10基圆半径,取022025025机架距离D240摆杆长度A2387初始摆角06最大摆角7推程1120远休2120回程3120近休40推杆运动规律二次多项式运动规律（等加速等减速运动规律），适于中速轻载，有柔性冲击等加速段运动方程71440020120等减速段运动方程63035714400224036001020304050607080901001101200005019044078122175238311394486588724025026027028029030031032033034035036075884863943112381751220780440190050凸轮示意图4、包装机机构运动简图第三章机械传系统方案设计一、传动系统类型选择1、传动方案示意图如图31所示，电机作为原动机，经带传动减速，再由减速箱减速输出至锥齿轮传动，实现换向，锥齿轮上端与分配轴用一弹性联轴器联接，实现动力的输出。2、组成部分V带传动，二级圆柱齿轮减速器，锥齿轮传动二、选择原动机确定总传动比分配各级传动比1、电动机类型的选择Y系列三相异步电动机2、电动机功率的选择（1）、传动装置的总效率142234509609940992094099508453由表6151查得1V带传动效率2球轴承效率3圆柱齿轮传动效率4锥齿轮传动效率1弹性联轴器效率（2）、电机所需功率35630845342153、确定电动机型号根据以上数据，查表61451选取电动机型号为Y8014其主要技术数据额定功率055KW，满载转速1390R/MIN4、传动装置总传动比及其分配（1）、总传动比I13906023171390/电动机满载转速60/分配轴转速（2）、分配各级传动比设轴的转速NNN且N60/根据表251带传动024，齿轮传动1、236且展开式减速器要求111152故分配如下0223210223172323621236232113满足三、计算各轴的转速、转矩及功率1、计算各轴的转速电动机的满载转速1390/013902695/1695362192/21923260/2、计算各轴功率42150114215096404712234047099099396623233966099099388734343887099094361735633、计算各轴转矩电动机轴的输出转矩9550955004215139028962896设1，2，3，4分别为，轴的输入转矩1001289620965560556021112362099099197273222319727320990996187043346187009909457576为方便下一阶段设计计算，将以上数据整理至下表参数轴名电动机轴轴轴轴轴转速R/MIN13906951926060功率P/W42154047396638873617转矩T/NMM28965560197276187057576传动比I23623211效率07663096098010980109306第四章机械传动装置的设计一、主要传动零部件的设计计算（一）带传动设计计算已知电动机额定功率，输出功率，满0055K04215载转速，传动比，每天工作16小时，连续1390/I2单向运转，工作时有轻微振动，空载启动。1、确定计算功率由表882查得工作情况系数111104215046362、选择V带的带型根据由图811选用Z型，3、确定带轮的基准直径，并验算带速V1）、初选小带轮基准直径，由表87,89,取11632）、验算带速VV1601000631390601000459/鉴于工作机低速轻载，故带速小于5M/S也认为合适3）、计算大带轮基准直径221263126由图89取标准值为21254、确定V带的中心距A和基准长度1）、初定中心距07120212076312502631251320376取02802）、计算带所需的基准长度0202122124022802631251256324280859由表82选带的基准长度9203）、计算实际中心距A0022809208592311中心距的变化范围为001531100159202970033110039203395、验算小带轮上的包角1118021573180125635733111691206、计算带的根数Z1）、计算单根V带的额定功率由163，1390，由表84插值得002128由1390，I2，型带，查表85得0003由表86插值得0976，查表2得10400021280030976104024652）、计算V带的根数ZZ046360246519取2根7、计算单根V带的初拉力0由表83得Z型带的单位长度质量为Q0060/050025250025097604636097624590064592418、计算压轴力2012224116921639、带轮结构设计小带轮采用实心式，大带轮采用腹板式，大带轮轮毂宽度取L28MM，B26MM。结构从略。10、主要设计结论选用Z型普通V带2根，带基准长度920MM，带轮基准直径中心距控制在A297339MM，单163，2125，根带初拉力F041N，带轮安装角度为30。（二）、高速级齿轮传动设计已知采用斜齿轮传动，高速轴输入功率,小齿轮转速04047，传动比，工作寿命8年，每年按300天1695/U362算，两班制，连续单向运转，工作时有轻微振动，空载启动。1、确定齿轮类型精度等级材料及齿数（1）、根据传动方案及减速箱高速级要求，选用斜齿圆柱齿轮传动，压力角20（2）、参考表1062，通用减速器齿轮精度等级范围68，主动齿轮偏上限选取，故选6级精度（3）、由表101选择小齿轮材料为40CR（调质），齿面硬度280HBS,大齿轮材料为45钢（调质），齿面硬度240HBS（4）、选小齿轮齿数124，大齿轮齿数287（5）、初选螺旋角142、按齿面接触疲劳强度设计（1）、试算小齿轮分度圆直径1321121）、确定式中各参数值试选载荷系数13小齿轮传递的转矩高速轴的输出功率204047099040071955010319550103040076955506由图1020查取区域系数2433由表107选取齿宽系数1由表105查取材料的弹性影响系数18981/2计算接触疲劳强度用重合系数2014205621ARCCOS112ARCCOS2420562242114299742ARCCOS222ARCCOS8720562872114236711122224299742056287236712056221646112414190543141646311905190516460669螺旋角系数140985计算接触疲劳许用应力由图1025D查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为，16502550计算应力循环次数1601606951283008160110921160110987/244417108由图1023查取接触疲劳寿命系数1091，2094取失效概率为1，安全系数S1111091650159152220945501517取中较小者，即1和225172）、试算小齿轮分度圆直径1321123213550618724187242433189806690985517218496（2）调整小齿轮分度圆直径1）、数据准备圆周速度V11601000184966956010000673/齿宽BB1118496184962）、计算实际载荷系数由表102查得使用系数125根据，由图108查得动载系数V0673/，6级精度102齿轮的圆周力1211255061849659541/1255954/184964024/1，220满足寿命要求3、键的选择及校核（1）、选择键的类型和尺寸因带轮装在轴端，选用圆头普通平键（C型）参考轴的直径，从表61中查得键的截面尺寸为12,取键长（比带轮轮毂宽度小些）。B4422（2）、校核键连接的强度键、轴、轮毂的材料都是钢，由表62查得许用挤压应力,取其平均值，键的工作长度100120110L052205420已知需要传递的转矩55605564000400055642012231721066021310660192128007806363382676满足寿命要求3、键的选择及校核（1）、选择键的类型和尺寸因齿轮装在轴中部，选用圆头普通平键（A型）参考轴的直径，从表61中查得键的截面尺寸为22,两齿轮轮毂宽度分别为55MM和38MM，B66配合轴段长度为53MM和36MM，故取键长145，228（2）、校核键连接的强度键、轴、轮毂的材料都是钢，由表62查得许用挤压应力,取其平均值，键的工作长度1001201101145639，2228622已知需要传递的转矩19727197271400014000197276392215331，220满足寿命要求3、键的选择及校核（1）、选择键的类型和尺寸因圆柱齿轮装在轴中部，选用圆头普通平键（A型）因圆锥齿轮装在轴端，选用圆头普通平键（C型）参考轴的直径，从表61中查得键的截138，226面尺寸为,结B108和B87合齿轮轮毂宽度取键长140，236（2）、校核键连接的强度键、轴、轮毂的材料都是钢，由表62查得许用挤压应力,取其平均值，键的工作长度10012011011401030，22053605832已知需要传递的转矩618706187140001140006187830382714，合适240002240006187732264249，合适键的标记为GB/T1096键10840GB/T1096键C8736（七）其它总传动比验算1）、实际各传动比带传动02112563减速箱高速级1218724减速箱低速级22177242）、实际总传动比012125877763242423083）、传动比误差E|100|230823172317|100045，满足二、传动装置减速器的设计（一）、箱体的设计箱体结构尺寸的设计计算见表41和42。表41箱体结构尺寸一名称符号设计计算结果机座壁厚0025A30025101355258箱盖壁厚1002A300210135028箱体凸缘厚度BB1B2B151581211511581222525820121220加强筋厚度MM10850858681085108586877地脚螺钉直径DF0036120036101121563616地脚螺钉数目N250,44轴承旁联接螺栓直径D1075075161212箱盖箱座联接螺栓直径D20506D05061689610轴承盖螺钉直径和数目D3N0405D040516648N464轴承盖外径D2255534255567225553475556772555362555692727792观察孔盖螺钉直径D40304D03041648646联接螺栓处结构尺寸C1C2162420,122016,101814,61210轴承旁凸台高度和半径HR12012162016箱体外壁至轴承座端面距离L111251020165104242表42箱体结构尺寸二代号名称取值（荐用值）代号名称取值（荐用值）1齿轮顶圆至箱体内壁的距离107箱底至箱底内壁的距离202齿轮端面至箱体内壁的距离10H减速器中心高1553轴承端面至箱体内壁的距离轴承用脂润滑时轴承用油润滑时12L1箱体内壁至轴承座孔端面的距离484旋转零件间的轴向距离E轴承端盖凸缘厚度85齿轮顶圆至轴表面的距离12L2箱体内壁距离6大齿轮齿顶圆至箱体内壁的距离10L3箱体轴承座孔端面间距离（二）、减速器附件的选择及说明1、窥视孔及视孔盖根据所设计的减速器实际大小并参照表371设计2、通气器在室内使用，采用一次过滤，选择通气帽M25153、油面指示器根据油面高度设