中南大学机械设计机械设计基础课程设计_doc

1、机械设计课程设计说明书（机械设计基础）设计题目电动绞车传动装置的设计学院专业班级：学号：设计人：指导老师:完成日期:中南大学目录一、设计任务书 1二、机械传动装置的总体设计 41电机的选择 42传动装置的总传动比和分配各级传动比 53传动装置的运动学和动力学计算 6三、传动装置主要零件的设计、润滑选择 71 闭式齿轮传动 72 开式齿轮传动 93开式齿轮传动 114 轴的设计 125 轴承的选择 166 键的选择 187联轴器的选择 198附件选择 199润滑与密封 2110箱体各部分的尺寸 21四、设计总结 23五、参考文献 24结果及依据设计计算及说明一、 设计任务书1题目电动绞车传动装置

2、的设计2传动简图4#3原始数据：数据300.25350表一原始数据 项目运输带曳引力F (KN运输带速度v(m/s)滚筒直径 D (mrh4设计目的(1) 培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机 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

3、据处理、计算机辅助设计方面的能力。5设计内容(1) 传动装置的总体设计；(2) 传动装置主要零件的设计、润滑选择；(3) 减速器装配图的设计；(4) 零件工作图的设计；(5) 设计计算说明书的编写。二机械传动装置的总体设计1电机的选择1.1电机类型的选择选择丫系列三相异步电动机。1.2额定功率的确定电动机所需功率为Pd =空 KW dnPw：工作机构所需功率；从电动机到工作机的传动总效率；FvPw =7.5KW1000F:工作机牵引力，30kN;V:工作机的线速度，0.25m/s ；32n =耳联耳 轴承Xq闭式齿轮x n开式齿轮x n滚筒32=0.992X 0.99 X 0.97 X 0.9

4、5 X 0.98=0.826从课程设计书p7表2-4查得联轴器、轴承、齿轮、链和滚筒的效率 值。则7 5巳=9.082KW0.826额定功率值Ped兰Pd。Pw =7.5KW课程设计表2-4Fd =9.082KW61.3电动机转速的确定三相异步电动机常用的同步转速有 3000、1500、1000、750r/min 。1.4标准型号确定已知Pd=9.082KW 可选择转速1500和1000r/min两种，考虑选用转速小的。因此，可选用的电机型号为Y160L-6,其参数值如下表：电动机型号额定功率（Kvy满载转速（r/mi n ）质量（Kg）Y160L-611970147表二电机参数课程设计表 2

5、0-1电动机型号:Y160L-6970r/min7#电机额定功率Pe=11KW Pd=9.082KW 故可以选用2传动装置的总传动比和分配各级传动比2.1总传动比#已知电机的满载转速皮带轮转速nn=970r/min，#60 1000vD=13.6r / min#总传动比i=71.324n mm =71.3242.2传动比分配圆柱齿轮的传动比取36,取圆柱齿轮的传动比i 闭=4,则链的传动比i 开= 4.233 , 屮闭3传动装置的运动学和动力学计算3.1各轴转速n° =门！ = nm =970r / minnin2 =畑 242.5r/ mini闭n2n3 = 57.424r / m

6、ini开n3n4 =13.598r / mini开3.2各轴的功率R 讥=11KWR =P03 =10.912KWF2 二只1%1% =10.479KWP3 =甘 2S =9.855KWF4 *32 =9.757KW3.3各轴的转矩i闭=4i 开=4.233109550P。T00 =108.299N mn。T1 =T° 1 =107.433N mT2 =T, 2 3412.67N mT3 =T2 2 4i开二 1639.015N mT4 二 T3 2i 开=6852.343N m三 传动装置主要零件的设计、润滑选择1闭式齿轮传动1.1齿轮材料的选择机械设计基 础教材表 11-1因为减

7、速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。由教材 p166 表11-1，小齿轮选用45MnB调质，齿面硬度为 241286HBS6吋=720MPa,而且匚尸曰=595MPa，大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度 197286HBSbHlim 2 = 585MPaQFE2 = 445MPa。1.2齿轮的设计（1）确定许用应力机械设计基 础教材表 11-5由教材 p171 表 11-5，取 Sh=1.1，Sf=1.25，JH1 1二 ' Hlim1 二 654.54MPaShJH2 丨 一 ' Hlim2 =531.82MPaShJF1 1 fe1 =476MPaSfJF2 丄 FE2 =

8、356MPaSf机械设计基 础教材表 11-2 表 11-3（2）按齿面接触强度设计根据课本p168表11-2暂时选择8级精度，根据p169表11-3选择载荷系数K=1.3，根据p175表11-6选择齿宽系数：s =0.8 , 小齿轮上的转矩已知机械设计基 础教材 表 11-6根据教材p171表11-4取Ze=188,则22KT1 u+1ZzH x：d u机械设计基 础教材表 11-4Ti=108300N mm13#23|2x1.3"08300 4 + 1188沢2.5)=3 I X I0.8531.82=70.04mm齿数取zi=21,则乙=21*4=84,实际传动比i=4，模数m

9、 旦二牡mm 734mmZ121齿宽b =56.03mm ,b2 = 60mm, b 65mm,按照p57表4-1选择m=4mmd z1 m = 84mm,d2 = z2 m = 336mm中心距a = d1 F =210mm ,2机械设计基 础教材表4-1d二84mmd?二336mm#验算齿轮弯曲强度#根据教材 p173 图 11-8 选择 YFa1=2.87 , YFa2=2.24，根据 p174 图11-9 选择 Ysa1=1.56 , Ysa2=1.76，则-F1=2KT“Fa1Ysa1-F2bm2z-iYFa2Ysa2F1= 89.69MPa 乞-F1 =476MPa= 78.98M

10、Pa - - FJ- 356MPaYFa1YSa1机械设计基 础教材图 11-8图 11-9弯曲疲劳强度足够14(4)齿轮的圆周速度v江 dn_ 3.557m/s60灯000对照p168表11-2知选用8级精度是合适的。1.3齿轮结构设计：齿顶圆直径：齿全高：齿厚：齿根高：齿顶咼：齿根圆直径：由于小齿轮，采用实心式圆柱齿轮；大齿轮因为分度圆半径较大 采用锻造毛坯的腹板式结构2 开式齿轮传动传动2.1齿轮材料的选择开式齿轮选用：斜齿圆柱硬齿面齿轮小齿轮：40Cr表面淬火硬度4855HBC(Th iim1 =1150 1210MPa , o"fe1 = 700 740MPa大齿轮：40C

11、r表面淬火硬度4855HBCTHlim1 =1150 1210MPa ,tfe1 =700 740MP2.2齿轮的设计(1)确定许用应力° H lim 1 = ° H lim 2 1180MPa,而且。FE1 = ° FE 2 = 720MPa ,由教材 p171 表 11-5，取 S=1.0 , S=1.25 ,v .557m / s机械设计基 础教材表 11-2课程设计表9-2机械设计基 础教材表 11-1机械设计基 础教材表 11-515I- »H2 J” Hlim1 =1180MPaSh!fi I - I；F2 l 煜=576MPaSf机械设计基

12、 础教材 表 11-2表 11-3 表 11-6(2) 按齿面弯曲强度设计根据课本p168表11-2暂时选择9级精度，根据p169表11-3选择载荷系数K=1.5，根据p175表11-6选择齿宽系数：=0.8，已知小齿轮上的转矩T2=412680N mm=4.223Z1 取 32，Z2=135.136,取 Z2=136实际传动比i=4.24根据教材 p173 图 11-8 选择 YFa1=2.74，YFa2=2.21，根据 p174 图 11-9 选择 Ysa1=1.63，YSa2=1.81，机械设计基 础教材图 11-8图 11-9由于：YFa1YSa1 =7.75* 10'丫Fa2

13、YSa2 =6.95*10故：对小齿轮进行弯曲强度计算mn “：2 丫:叮跖 1=2.65,取 m=2.75耳d Z12&f1】* 二乙 m =88mm,d2 二 Z2 m = 374mm中心距玄=d1 +d2 =23何口2b -： ：© = 44mm，取b2 =45mm，0 = 50mm，(3) 验算齿轮接触强度j = ZEZH心=985Mpa 兰&H 】=1180Mpa b2d1 u(4) 齿轮的圆周速度r：d1 n260 1000= 1.12m/s接触疲劳强 度足够对照p168表11-2知 符合9级制造精度V=1.12m/s机械设计基 础教材 表 11-23 开

14、式齿轮传动3.1 齿轮材料的选择开式齿轮选用：斜齿圆柱硬齿面齿轮小齿轮：40Cr表面淬火硬度4855HBC(thlim1 =1150 1210MPa ,6fe1 = 700 740MPa大齿轮：40Cr表面淬火硬度4855HBC机械设计基 础教材表 11-1(Thlim1 =1150 1210MPa ,6FE1 =700 740MP3.2齿轮的设计(1) 确定许用应力匚Hlim1 »Hlim2 =1180MPa,而且匚FE1 »FE2 =720MPa ,由教材 p171 表 11-5，取 S=1.0 , S=1.25 ,JH1 I - 'H2二Hlim1r =118

15、0MPa机械设计基 础教材表 11-5ShJF1 I - LF2 I FE576MPaSf(2) 按齿面弯曲强度设计机械设计基 础教材表 11-2表 11-3表 11-6根据课本p168表11-2暂时选择9级精度，根据p169表11-3选 择载荷系数K=1.5，根据p175表11-6选择齿宽系数叮、=0.8，已知 小齿轮上的转矩Ta=1638950N mm=4.223乙取 32，Z2=135.136,取 Z2=136实际传动比i=4.24根据教材 p173 图 11-8 选择 YFai=2.74 , Yra2=2.21，根据 p174 图11-9 选择 Ysa1=1.63 , Ysa2=1.8

16、1 ,由于:YFa "sa1tFJ= 7.75*10YFa 2YSa2L_，f2 I=6.95*10故：对小齿轮进行弯曲强度计算mn32KT2YFa1YSa1匕fJ=4.207，取 m=4.5机械设计基 础教材图 11-8图 11-920#* =乙 m = 144mm, d2 = z2 m = 612mm中心距d1d2a 二=378mm#取b2 = 75mm，b 80mm，(3) 验算齿轮接触强度叭=ZeZh巳 =929.4Mpa 兰 bH 】=1180Mpa 耳 bzdj u(4) 齿轮的圆周速度 d1 n3接触疲劳强 度足够v = 0.433m / s60 1000对照p168表

17、11-2知 符合9级制造精度V=0.433m/s机械设计基 础教材表 11-24轴的设计4.1 轴的设计计算和校核不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件 要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制 造工艺性等。按承载性质，减速器中的轴属于转轴。因此，一般在进行轴的 结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定出轴的形状和几何尺寸，最后校核轴的强度。这里因为从动轴为u 轴，故只对U轴进行强度的校核，对两根轴进行尺寸的设计计算过 程：4.2 I轴的尺寸设计（1）1轴的材料和热处理的选择选择45钢调质。硬度达到197286HBS（2）初步计算各轴段直径机

18、械设计基 础教材表 14-1计算di,按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩TR =10.912KW，=107.433N m最小直径计算（查机械设计基础教材表142取c=112 ）考虑键槽：d>1.03*25.095=25.847mm机械设计基 础教材 表 14 2考虑与电动机的轴直径不能差太多，选用TL7联轴器选择标准直径：2）计算d23）计算4）计算5）计算6）计算7）各阶梯轴直径列表如下名称直径/mm405055607055长度/mm1046036648264.3 U轴的尺寸设计（1）n轴的材料和热处理的选择选择45钢调质。硬度达到197286HBS（2）初步计算各轴段

19、直径计算di,按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率 P和扭矩TR =10.479KW，T412.433N m最小直径计算（查机械设计基础教材表142取c=110）机械设计基 础教材表 14-1考虑键槽：d>1.03*32.333=33.303mm选择标准直径：机械设计基 础教材表 14 23）计算4）计算5）计算6）计算名称7）各阶梯轴直径列表如下2）计算d2直径/mm354045长度/mm5250385068604528（3）U轴的强度校核1）计算齿轮受力（大齿轮采用锻造毛坯的腹板式）圆周力：径向力：是直齿轮，故轴向力：Fa=ON2）按许用应力校核轴的弯曲强度 轴的受力简 图A

20、（L=113mm） 求支反力：水平面支反力：垂直面支反力： 作弯矩图：水平弯矩：（图B）垂直弯矩：（图C） 求合成弯矩，做出弯矩图（图 巳 作扭矩图：（图D）C点左C点右 作危险截面当量弯矩图（图E）该轴单项工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取:-=0.59 校核危险截面轴径v 45号优质碳素钢调质处理时，查机械设计基础教材14 1二b =650Mp J =360Mp 入=280Mpk_ j 1 二 60MPaC剖面的轴径 故：强度足够II轴受力简图校核分析:2ERHflf RWP.'ik曼力砒A水平释髓麵当科拒1 _ 0 -52；Q503041 6890机械设计基 础教材表

21、 14-1I轴的强度 足够5轴承的选择5.1滚动轴承的选择与校核因为闭式齿轮选择直齿圆柱齿轮，考虑承受载荷和只承受径 向力，主动轴承和从动轴承均选用深沟球轴承。(1)主动轴承：根据轴径值查课程设计教材P 145表15-3 深沟球轴承各部分尺寸，选择 6211 (GB276-89)型深沟球轴承2个。 各部分尺寸如下表：轴承代号尺寸/mmdDB62115510021计算轴承寿命：当量动载荷温度系数ft =1载荷系数f p =1.5 对球轴承寿命系数；=3要求轴承寿命：(十年两般制工作，按每年工作 300天，每班工作16 个小时)L=10 300 16 =48000hv课程设计表 15-3 选择 6

22、211(GB276-89型深沟球轴 承轴承代号尺寸/mmdDB63094510025(2)从动轴承：根据轴径值查机械制图教材P 145表15-3 深沟球轴承各部分尺寸，选择 6309 (GB276-89)型深沟球轴承2个。 各部分尺寸如下表：机械设计基 础教材表 16-11所以轴承寿命合格27#计算轴承寿命：当量动载荷温度系数ft -1载荷系数fp=1.5 对球轴承寿命系数；=3轴承寿命合格课程设计表 15-3选择 6309(GB276-89型深沟球轴 承要求轴承寿命：(十年两般制工作，按每年工作 300天，每班工作16 个小时)L =10 300 16 =48000h<所以轴承寿命合格

23、6键的选择选择45号钢，由于键的工作面是侧面，选用平键。6.1 主动轴机械设计基 础教材表 16-11(1) 主动轴外伸端，考虑到键在轴中部安装，选择平键就可以了，且联轴器轴长度=42mm故选择C12X 80GB1096-79型键。键的工作长度：45钢许用挤压力为：所以强度足够，合格(2) 主动轴上与齿轮连接处，考虑键槽在轴中部安装，故两键在同一母线上。选用18*50 GB1096-79型键课程设计表 14-1选择C12X80GB1096-79型键。键的工作长度：45钢许用挤压力为：所以强度足够，合格6.3 从动轴1)从动轴外伸端，选择C10X 32GB1096-7饉键。键的工作长度：课程设计

24、表 14-1 选用 18*50 GB1096-79 型键45钢许用挤压力为：所以强度足够，合格(2)从动轴上与齿轮连接处，考虑键槽在轴中部安装，故两键在同一母线上。选用14*48 GB1096-79型键键的工作长度：45钢许用挤压力为：课程设计表 14-1选择C10X32GB1096-79型键所以强度足够，合格7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，选用弹性套柱销联轴器，取工作情况系数k =1.3选用TL7 40*112型(GB4323-84弹性套柱销联轴器，根据主动轴连接联轴器处，将各种参数列表如下：型 号公称转矩T许用 转数n轴孔直径d轴孔长度L外

25、径D材料轴孔类型TL7500280040112190HT150Y型课程设计表 14-1 选用 14*48 GB1096-79型键8附件选择课程设计表 17-3TL7 40*112 型(GB4323-84)弹性套柱销 联轴器8.1窥视孔和视孔盖窥视孔应设在箱盖顶部能够看到齿轮啮合区的位置，其大小以手 能伸进箱体进行检查操作为宜。窥视孔出应设计凸台以便于加工。视 孔盖可用螺钉紧固在凸台上，并应考虑密封。故选择A=100 mr的视孔8.2通气器通气器设置在箱盖顶部或视孔盖上。 较完善的通气器内部支撑一 定曲路，并设置金属网。通气器规格尺寸应与减速器大小相适应，故 选择的通气螺塞。8.3油面指示器选择

26、 A=100mm的视孔盖油面指示器应设置在便于观察且油面较稳定的部位，如低速轴附 近。常用的油面指示器有圆形油标、长形油标、管状油标、油标尺等 形式，但油标尺结构简单，我们采用M20(20)的油标尺。油标尺安装位置不能太低，以避免油溢出油标尺座孔。8.4放油孔和螺塞选择的通气 螺塞放油孔应设置在油池的最低处，平时用螺塞堵住。由设计指导书 p79表选择M16*1.5的外六角油塞及封油垫。采用圆柱螺塞时，箱座 上装螺塞处应设置凸台，并加封油垫片。放油孔不能高于油池底面， 以避免油排不干净。8.5起吊装置采用 M20 （20）的油标尺吊环螺钉可按起重量选择，根据指导书p81选择M10的吊环螺钉 为保

27、证起吊安全，吊环螺钉应完全拧入螺孔。箱盖安装吊环螺钉处应 设置凸台，以使吊环螺钉有足够的深度。8.6定位销选择 M16*1.5的外六角油塞 及封油垫采用圆柱销做定位销。两定位销间的距离越远越可靠，因此，通 常将其设置在箱体联结凸缘的对角处，并应做非对称布置。定位销的 直径（d=0.8d2）,其长度应大于箱盖、箱座凸缘厚度之和。8.7起盖螺钉选择M10的吊环螺钉起盖螺钉设置在箱盖联结凸缘上，其螺纹有效长度应大于箱盖凸 缘厚度。起盖螺钉直径可与凸缘联结螺钉相同，螺钉端部制成圆柱形 并光滑倒角获支撑半球形。9润滑及密封9.1润滑方式：选择M8圆柱 销（1）齿轮v=5.557m/s<<12

28、m/s,应用浸油润滑（2）由于齿轮速度v1.52m/s,轴承采用油润滑。轴承采用油32润滑9.2润滑油牌号及用量(1) 齿轮润滑选用150号机械油，最低至最高油面距1020mm(2) 轴承润滑用全损耗系统用油GB443-89系列的L-AN15/L-AN32/L-AN469.3密圭寸方式(1) 轴承内部与机体内部处用挡油盘加以密封，防止润滑油进入轴 承内部(2) 轴承孔的密封：闷盖和透盖的间隙用与之对应的轴承外部密 封，轴的外伸端与透盖之间的间隙，用旋转轴唇形密封圈密封。 密封圈考过盈配合安装于轴承盖的孔中。以防漏油，密封唇开 口向内安装。(3) 孔和油孔等处接合面的密圭寸，用石棉橡胶纸，垫片进

29、行密圭寸。(4) 箱座与箱盖凸缘结合面涂密封漆或水玻璃密封10箱体各部分的尺寸箱体参数表1名称符号圆锥圆柱齿轮减速器计算结果机座壁厚0.025a+3mn> 8mm8机盖壁厚6(0.80.85 ) 5 > 8mm8机座凸缘厚度b1.5 S12机盖凸缘厚度b11.5 S12机座底凸缘厚度P2.5 S20地脚螺钉直径df0.036a+12mm20 n地脚螺钉数目na < 250mm4轴承旁连接螺栓直径d10.75 d f12机座与机盖连接螺栓 直径d2(0.50.6) d f10连接螺栓d2的间距l150200mm10轴承端螺钉直径d3(0.40.5) d f8窥视孔盖螺钉直径d4

30、(0.30.4) d f6定位销直径d(0.70.8) d 28df、di、d2至外机壁距 离C1见表2di、d2至缘边距离C2见表2轴承旁凸台半径R1C2凸台高度h根据低速轴承座外径 确定48外机壁到轴承端面距 离I1C1+ C2+(58)mm48内机壁到轴承端面距 离I2S + c 1+ C2+(58)mm56大齿轮齿顶圆与内机 壁距离街> 1.2 S10齿轮端面与内机壁的 距离> S10机盖、机座肋厚m1、mm0.85 S 1， m 0.856.8轴承端盖外径D2轴承座孔直径+(55.5) d 3140/ 140轴承端盖凸缘厚度e(11.2) d 39.6轴承旁连接螺栓距离s尽量靠近，以Md和Md 不发生干涉为准表2连接螺栓扳手空间Ci、C2值和沉头座直径螺栓直径M8M10M12M16M20M24M30Cmin 113161822263440Cmin 211141620242834沉头座直径18222633404861四设计总结课程设计是机械设计当中的非常重要的一环，本次课程设计时间只有两周，略显得仓促一些。但是通过本次每天都过得很充实的课程 设计，从中得到的收获还是挺多的。这次课程设计我所选的题目是设计电动绞车传动装置，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，最初拿到题目的时候有 些迷茫，不知从何入手。通过老师一上午的讲解及课后对机