机械设计论文

机械设计基础课程设计学院年级专业学生姓名学号指导教师目录0设计任务书11绪论211设计目的212传动方案拟定22减速器结构选择及相关性能参数计算421电动机类型及结构的选择422电动机选择423确定电动机转速424确定传动装置的总传动比和分配级传动比525动力运动参数计算53传动零件的设计计算731普通V形带传动732直齿圆柱齿轮833齿轮几何尺寸的设计计算834齿轮的结构设计114轴的设计计算1341输入轴的设计1342输出轴的的设计1543轴强度的校核185轴承、键和联轴器的选择1951轴承的选择及校核1952键的选择计算及校核2053联轴器的选择206减速器润滑、密封2161润滑的选择确定2162密封的选择与确定217减速器附件的选择确定228箱体主要结构尺寸计算239减速器绘制与结构分析2491拆卸减速器2492分析装配方案2493分析各零件作用、结构及类型2494减速器装配草图设计2495完成减速器装配草图2596减速器装配图绘制过程2697完成装配图26参考文献270设计任务书设计一用于带式运输上的单级斜齿圆柱齿轮减速器。运输机连续单向工作，两班工作制，载荷稍有波动，室内工作，有粉尘（运输带与滚筒摩擦阻力影响已经在F中考虑）。使用期限10年。生产批量20台。生产条件中等规模机械厂，可加工78级齿轮与蜗轮。动力来源电力，三相交流380/220V题目数据组号19运输带工作拉力F/（KN）125运输带速度V/（M/S）175卷筒直径D/MM）240运输带允许速度误差为5设计任务要求1减速器装配图纸一张（号图纸）一张2轴、齿轮零件图纸各一张（号图纸）两张3设计说明书一分一份1绪论11设计目的（1）培养我们理论联系实际的设计思想，训练综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理等设计方面的能力。12传动方案拟定121传动系统的作用及传动方案的特点机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级斜齿圆柱轮传动。减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。123传动方案的分析与拟定1工作条件使用年限8年，4年大修，两班工作制，载荷稍有波动，多灰尘环境。2原始数据带工作拉力F1950N；带速V150M/S；滚筒直径D450MM；3方案拟定采用带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。图1带式输送机传动系统简图计算及说明结果2减速器结构选择及相关性能参数计算21电动机类型及结构的选择本减速器设计为水平剖分，选用Y系列三相异步电动机，封闭卧式结构。22电动机选择（一）工作机的功率PWFV/10001950150/1000219KWWP（二）总效率总0960980990995091总带齿轮联轴器2轴承（三）所需电动机功率DPPD257KW查机械零件设计手册得PED4KW23确定电动机转速卷筒工作转速为N卷筒601000V/（D）13926R/MIN根据机械设计课程设计5表22推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比35范围。取带传动齿I比。则总传动比理论范围为620。42带I总故电动机转速的可选范为8355627852R/MINDN总IW则符合这一范围的同步转速有750、1000和1500R/MIN，由标准查出三种适用的电动机型号电动机转速R/MIN方案电动机型号额定功率同步满载1Y160M184KW7507202Y132M164KW10009603Y112M184KW15001440综合考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和带传动、减速器传电动机额定功率PED3KW257KWDN卷筒13926R/MIN835562总I7852R/MIN动比,可见第2方案比较适合。因此选定电动机型号为Y100L24，1430R/MIN。满N24确定传动装置的总传动比和分配级传动比1确定传动装置的总传动比由选定的电动机满载转速和满N工作机主动轴转速可得传动装置总传动比为卷轴N/1007总I满卷轴2分配各级传动装置传动比总传动比等于各传动比的乘积总I带齿取34（普通V带I24）带I因为总I带齿所以342齿总带I25动力运动参数计算1转速N14300满/47667（R/MIN）I带I满带I/13938（R/MIN）INI齿13938（R/MIN）II2功率P轴3059321带01KW轴2785轴承齿轮12P卷筒轴930927轴承联轴器23KW选定电动机型号为Y100L24I带3342齿I47667（RIN/MIN）13938（IR/MIN）13938（INR/MIN）KWP321051972KWP33转矩TNM319/9500NP轴带带1MNI轴NM5046齿轴承齿轮2T卷筒轴NM8239齿带轴承联轴器3将上述数据列表如下轴号功率P/KWN/RMIN1T/NMI032196031931305282351031334229763594465044432936359439821T03193NMT110313NMT244650NMT343982NM计算及说明结果3传动零件的设计计算31普通V形带传动设计普通V形带传动须确定的内容是带的型号、长度、根数，带轮的直径、宽度和轴孔直径中心距、初拉力及作用在轴上之力的大小和方向1选择带的型号查表138得KA12,则计算功率为PCKAP12448KW根据、查表，选取B型带。1NC2确定带轮基准直径、验算带速查资料表139,选取D1125MM带速验算VN1D1/（100060）314125960/100060628M/S介于525M/S范围内，故合适大带轮基准直径D2N0/N1D113412510024165MM故可选标准值425MM3确定带长和中心距A07（D1D2）A02（D1D2）07（125425）A02（125425）385MMA01100MM初定中心距A0825MM，则带长为L02A0（D1D2）/2（D2D1）2/4A02825（125425）/2（425125）2/4825254122MM查132表，按标准选带的基准长度LD2800MM的实际中心距AA0LDL0/28252800254122/2960MM4验算小带轮上的包角111800D2D15730/A1620901200小轮包角合适选B型带D1125MMD2425MM带中心距A960MM32斜齿圆柱齿轮按输入的转速47667R/MIN，传动比342计算，传动功率257KW,连续单向运转，载荷平稳来计算。（1）选定齿轮材料、热处理方式和精度等级因载荷较平稳，小齿轮、大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为45钢调质，调制处理，齿面硬度为260HBS，大齿轮选用45号钢正火处理，齿面硬度为215HBS。齿轮精度初选8级（2）初选齿数和齿宽系数。Z120Z2Z1I齿69取D11滑动率及修正1（D2）/D20IN满带实际传动比ID2/D1（1）342从动轮转速/I41813I满修正后齿轮传动比I34233齿轮几何尺寸的设计计算331按齿面接触疲劳强度计算确定各参数值1载荷系数因K取值在118之间，由于载荷较平稳，取K122按一般可靠要求取安全系数为SF125SH1，许用接触应力H11500MPAH2476MPA许用齿根弯曲应力F1456MPAF2352MPA取两式计算中的较小值，即H560MPAF352MPA3计算小齿轮分度圆直径齿数比342小齿轮为45钢调质，齿面硬度为260HBS大齿轮为45号钢正火，齿面硬度为215HBSZ120Z2693带I342齿H515MPAF410MPA446D17035213HUDKT将数值带入上述公式可知D13845MM取D140MM332齿轮几何尺寸的确定1初选螺旋角01502确定模数MND1COS0/Z1154取标准模数值MN2D2D1I13683初选中心距AD1D2/2884MM圆整后去A90MM4计算螺旋角0COS0MNZ1Z2/2A197实际螺旋角0140385，在80200范围内，故合适5计算传动的主要尺寸实际分度圆D1MNZ1/COS0402MMD2MNZ2/COS01402MMDA1D12HA442MMDA2D22HA1442MM6齿宽BDD1114024422MM取B245MMB140MM333验算圆周速度V1V1N1D1/6010000921M/S3699MMD23548MMD33548MM输入轴的强度满足要求输出轴的强度满足要求计算及说明结果5轴承、键和联轴器的选择51轴承的选择及校核因轴转速较高，主要承受径向载荷，轴向载荷较小，故选取深沟球轴承。根据初算轴径，考虑轴上零件轴向定位和固定，估计初装轴承处的轴径并假设选用中系列，查表定出滚动轴承型号列表如下基本尺寸MM轴号轴承型号DDB16209458519262126011022根据条件，轴承预计寿命10年3651658400小时1小轴的轴承使用寿命计算小齿轮轴承选用6209，CR3155KNC0R205KNFR125737/2628685NFA93101/2465505N教材表169查得15E022X056Y199当量动载荷PFP0566286851994655051276739NYAX所以由式CJ，查表168可知FT13610HTPNLFP21574804876003657925801HL故满足寿命要求2大轴的轴承使用寿命计算大轴承选用6212，CR478KNC0R328KNFR56295NFA44948N查表得E019X056Y230当量动载荷PR05656295230449481349056NYFAX所以由式CJ，查表168可知FT1FP153610HTPNLFP小轴轴承型号为6209大轴轴承型号为6212小轴轴承满足寿命要求大轴轴承满足寿命要求345445789758400H360561498759301HL故满足寿命要求52键的选择计算及校核1小轴上的键T110313NM查手册得，选用A型平键，得A键840GB10962003L40MMH7MM根据式P4T/DHL4911MPA100MPA故键强度符合要求2大轴上的键T244650NM查手册选C键1470GB10962003L70MMH9A键1850GB10962003L50MMH11根据式PA4T2/（DHL）5670MPA100MPAPC4T2/（DHL）4996MPA100MPA故键强度符合要求53联轴器的选择在减速器输出轴与工作机之间联接用的联轴器因轴的转速较低、传递转矩较大，又因减速器与工作机常不在同一机座上，要求由较大的轴线偏移补偿，应选用承载能力较高的弹性柱销联轴器。查表得选用LX4型号的轴孔直径为50的弹性柱销联轴器联轴器，公称转矩TN2500NMK139550955058012NMCTINKP5963721选用GYH6凸缘联轴器，公称尺寸转矩2500NM，N。采用J型轴孔，C型键轴孔直径D50，CTN轴孔长度L84GYH6凸缘联轴器有关参数公称转矩NM许用转速轴孔直径D/MM轴孔长度L/MM外径D/MM材料轴孔类键槽类小轴上键强度符合要求大轴上键强度符合要求选用YL8型凸缘联轴器R/MIN型型LX390068005084140HT200J型A型计算及说明结果6减速器润滑、密封61润滑的选择确定611润滑方式1齿轮V12M/S，选用浸油润滑,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3050MM。对于单级减速器，浸油深度为一个齿高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递1KW需油量V003507M3。2对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，选用飞溅润滑。这样结构简单，不宜流失，但为使润滑可靠,要加设输油沟。612润滑油牌号及用量1齿轮润滑选用AN150全系统损耗油，最低最高油面距1020MM，需油量为12L左右2轴承润滑选用AN150全系统损耗油62密封的选择与确定1箱座与箱盖凸缘接合面的密封选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法2观察孔和油孔等处接合面的密封在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封3轴承孔的密封闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部轴的外伸端与透盖的间隙，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。齿轮浸油润滑轴承油润滑齿轮轴承均用AN150全系统损耗油计算及说明结果7减速器附件的选择确定1、轴承端盖HT150参看贾北平韩贤武主编的机械设计基础课程设计（第二版）的表44根据下列的公式对轴承端盖进行计算D0D31MM；D0D25D3；D2D025D3；E12D3；E1E；M由结构确定；D4D1015MM；D5D03D3；D6D24MM；D1、B1由密封尺寸确定；B510，H081B输入轴端盖D09MMD0105MMD2125MME10MME115MMD470MMM20MM输出轴端盖D09MMD0130MMD2150MME10MME112MMD4100MMM17MM2、油面指示器用来指示箱内油面的高度。3、放油孔及放油螺塞为排放减速器箱体内污油和便于清洗箱体内部，在箱座油池的最低处设置放油孔，箱体内底面做成斜面，向放油孔方向倾斜12，使油易于流出。4、窥视孔和视孔盖窥视孔用于检查传动零件的啮合、润滑及轮齿损坏情况，并兼作注油孔，可向减速器箱体内注入润滑油。5、定位销对由箱盖和箱座通过联接而组成的剖分式箱体，为保证其各部分在加工及装配时能够保持精确位置，特别是为保证箱体轴承座孔的加工精度及安装精度。6、启盖螺钉由于装配减速器时在箱体剖分面上涂有密封用的水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖，旋动启箱螺钉可将箱盖顶起。7、轴承盖螺钉，轴承盖旁连接螺栓，箱体与箱盖连接螺栓用作安装连接用。结果输入轴端盖D09MMD0105MMD2125MME10MME115MMD470MMM20MM输出轴端盖D09MMD0130MMD2150MME10MME112MMD4100MMM17MM计算及说明结果8箱体主要结构尺寸计算箱体用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成，箱体主要尺寸计算参看贾北平韩贤武主编的机械设计基础课程设计（第二版）的表箱体结构尺寸选择如下表名称符号尺寸（MM）箱座壁厚8箱盖壁厚18箱座凸缘厚度B12箱盖凸缘厚度B112箱座底凸缘厚度B220地脚螺钉直径DF16地脚螺钉数目N4轴承旁联结螺栓直径D112箱盖与箱座联接螺栓直径D28轴承端盖螺钉直径D38窥视孔盖螺钉直径D46定位销直径D6凸台高度H根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准箱体外壁至轴承座端面距离L1C1C25840大齿轮顶圆与内机壁距离112齿轮端面与内机壁距离212箱盖、箱座肋厚M1,M28，8轴承端盖外径（凸缘式）D2130，170箱体内壁至轴承座孔外断L1488MM18MMB12MMB112MMB220MMDF16MMN4个D112MMD28MMD38MMD46MMD6MML140MM112MM212MM34MMM18MMM28MM面的距离轴承端面至箱体内壁的距离34D2130,170L1489减速器绘制与结构分析91拆卸减速器按拆卸的顺序给所有零、部件编号，并登记名称和数量，然后分类、分组保管，避免产生混乱和丢失；拆卸时避免随意敲打造成破坏，并防止碰伤、变形等，以使再装配时仍能保证减速器正常运转。拆卸顺序、拆卸观察孔盖。、拆卸箱体与箱盖联连螺栓，起出定位销钉，然后拧动起盖螺钉，卸下箱盖。、拆卸各轴两边的轴承盖、端盖。、一边转动轴顺着轴旋转方向将高速轴轴系拆下，再用橡胶榔头轻敲轴将低、中速轴系拆卸下来。、最后拆卸其它附件如油标尺、放油螺塞等。92分析装配方案按照先拆后装的原则将原来拆卸下来的零件按编好的顺序返装回去。、检查箱体内有无零件及其他杂物留在箱体内后，擦净箱体内部。将各传动轴部件装入箱体内；、将嵌入式端盖装入轴承压槽内，并用调整垫圈调整好轴承的工作间隙。、将箱内各零件，用棉纱擦净，并塗上机油防锈。再用手转动高速轴，观察有无零件干涉。经检查无误后，合上箱盖。、松开起盖螺钉，装上定位销，并打紧。装上螺栓、螺母用手逐一拧紧后，再用扳手分多次均匀拧紧。、装好轴承小盖，观察所有附件是否都装好。用棉纱擦净减速器外部，放回原处，摆放整齐。93分析各零件作用、结构及类型主要零部件、轴主要功用是直接支承回转零件，以实现回转运动并传递动力。高速轴属于齿轮轴；低速轴为转轴，属阶梯轴。、轴承用来支承轴或轴上回转零件、保持轴的旋转精度、减小磨擦和磨损。、齿轮用来传递任意轴间的运动和动力，在此起传动及减速作用，都为斜齿圆柱齿轮。94减速器装配草图设计（1）装配图的作用装配图表明减速器各零件的结构及其装配关系，表明减速器整体结构，所有零件的形状和尺寸，相关零件间的联接性质及减速器的工作原理，是减速器装配、调试、维护等的技术依据，表明减速器各零件的装配和拆卸的可能性、次序及减速器的调整和使用方法。（2）设计内容进行轴的设计，确定轴承的型号、轴的支点距离和作用在轴上零件的力的作用点，进行轴的强度和轴承寿命计算，完成轴系零件的结构设计以及减速器箱体的结构设计。（3）初绘减速器装配草图主要绘制减速器的俯视图和部分主视图1、画出传动零件的中心线；2、画出齿轮的轮廓；3、画出箱体的内壁线；4、确定轴承座孔宽度，画出轴承座的外端线；5、轴的结构设计（径向尺寸、轴向尺寸）；6、画出轴、滚动轴承和轴承盖的外廓。95完成减速器装配草图（1）、视图布局、选择3个基本视图，结合必要的剖视、剖面和局部视图加以补充。、选择俯视图作为基本视图，主视和左视图表达减速器外形，将减速器的工作原理和主要装配关系集中反映在一个基本视图上。布置视图时应注意A、整个图面应匀称美观，并在右下方预留减速器技术特性表、技术要求、标题栏和零件明细表的位置。B、各视图之间应留适当的尺寸标注和零件序号标注的位置。（2）、尺寸的标注A特性尺寸用于表明减速器的性能、规格和特征。如传动零件的中心距及其极限偏差等。B外形尺寸减速器的最大长、宽、高外形尺寸表明装配图中整体所占空间。C安装尺寸减速器箱体底面的长与宽、地脚螺栓的位置、间距及其通孔直径、外伸轴端的直径、配合长