机械设计课程设计说明书

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UNIVERSITY课程设计题目：牛头刨床设计学生姓名：学号：学院：机电工程学院专业班级：微电子1201班完成时间：3月20日指导老师：目录一.设计任务书1二传动方案的拟定及说明3三.电动机的选择4四.传动装置的运动和动力参数6五.传动件的设计81.V带轮设计82.高速级齿轮设计103.低速级齿轮设计15六.轴的设计20七.滚动轴承的设计及计算23八.减速器机体结构设计31九.键的选择和计算33十.减速器附件的选择35十一.减速器的润滑和密封36十二.牛头刨床的运动和力的分析求解371.机构设计372.C语言程序373.求解结果38十四.设计小结40十五.参考文献41计算及说明结果设计任务书1.目的及要求：机械设计课题的设计主要是培养学生的机械设计的综合能力。通过自己动手，可以体会和稳固先修课程的理论和实际知识，同时还能学习如何运用标准、标准、手册等有关国家标准及技术手册，更重要的是可以提高学生从机器功能的要求、尺寸、工艺、经济和平安等诸多方面综合考虑如何设计的能力，从而树立正确的设计思想。。课程结束每个学生必须完成：一张减速器装配图〔用A1或A0图纸绘制〕；齿轮和轴的零件图各一张；设计说明书一份〔约6000~8000字〕。2.设计题目:设计牛头刨床及其齿轮减速器，具体内容是：1.设计方案论述。2.选择电动机。3.减速器外部传动零件设计。4.减速器设计。〔1〕.设计减速器的传动零件；〔2〕.对各轴进行结构设计，按弯扭合成强度条件验算个轴的强度；〔3〕.按疲劳强度条件计算输出轴上轴承的强度；〔4〕.选择各对轴承，计算输出轴上轴承的寿命；〔5〕.选择各键，验算输出轴上键连接的强度；〔6〕.选择各配合尺寸处的公差与配合；〔7〕.决定润滑方式，选择润滑剂；5.绘制减速器的装配图和局部零件工作图；6.编写设计说明书。3.条件减速器是二级展开式。动力来源：电力，三相交流，电压380/220V。工作情况：两班制，连续单向运行，载荷较平稳。目标参数如下：二.传动方案的拟定及说明1.分析减速器的结构〔1〕.传动系统的作用：作用：介于机械中原动机与工作机之间，主要将原动机的运动和动力传给工作机，在此起减速作用，并协调二者的转速和转矩。〔2〕.传动方案的特点：特点：结构简单、效率高、容易制造、使用寿命长、维护方便。由于电动机、减速器与滚筒并列，导致横向尺寸较大，机器不紧凑。但齿轮的位置不对称，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，可使轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形局部地抵消，以减缓沿齿宽载荷分布有均匀的现象。〔3〕.电机和工作机的安装位置：电机安装在远离高速轴齿轮的一端；工作机安装在远离低速轴齿轮的一端。2.总机构简图3.主机构运动简图电动机的选择1.选择电动机类型按工作要求：连续单向运转，载荷平稳；选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V。计算电机功率P0工作阻力所做的功：牛头刨所需功率：由P7表2-4查得：故，传动总效率电机功率：计算电机转速n牛头刨转速：由P4表2-1取V带，闭式齿轮，闭式齿轮开式齿轮故总传动比：电机转速：4.选择电动机型号由P196表20-1查出符合设计要求并综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格等选定电动机型号为Y90L-2，那么所选取电动机：额定功率为，满载转速为，。传动装置的运动和动力参数计算总传动比选用等浸油深度原那么，取=1.7〔带轮〕；=3.4；=2.6，。2.计算各级效率：第一级效率：第二级效率： 第三级效率：第四级效率：计算各轴的转速功率和转矩：〔1〕转速：轴0： 轴1：轴2：轴3：轴4：〔2〕输出功率：轴0： 轴1：轴2：轴3：轴4： 〔3〕输出转矩：轴0： 轴1：轴2：轴3：轴4：参数汇总：参数轴名输出功率P〔KW〕转速n(r/min)输出转矩T〔N.M〕传动比i效率轴02.2002840.0007.3981.70.93轴12.0461670.58811.6963.40．951轴21.946491.34937.8232.60.951轴31.851188.98195.5393.20.95轴41.75859.056284.288Pr=1.05KWP0=1.30KWI=36-600n=2123-35388r/min型号为Y90L-2n=2840r/minP=2.2KW 计算及说明结果五.传动件的设计1.V带轮设计 1．确定计算功率由表8-8查得工作情况系数，故2．选取窄V带带型根据和转速n，由图8-11确定选用Z型。确定带轮基准直径由表8-9初选主动轮基准直径。从动轮基准直径。根据表8-9，即为基准系列。,所以带的速度适宜。确定窄V带的基准长度和传动中心距根据，初步确定中心距。计算带所需的基准长度=647mm,由表8-2选带基准长度。计算实际中心距a189mm验算主动轴上的包角由式〔8-6〕得166.60°>120°,所以主动轮上的包角适宜。计算窄V带的根数z由式〔8-26〕知由查表8-4和表8-5得查表8-6，得，查表8-2，得，那么取z=7。计算预紧力查表8-3，得，故=60.293N计算作用在轴上的压轴力333.374N9．查表8-11，带轮宽度B=〔z-1〕e+2f=83mm10．带轮结构设计材料选用HT200.V带Z型B=83m计算及说明结果高速级齿轮设计1．选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1〕选用斜齿圆柱齿轮传动如上图所示，有利于保障传动的平稳性；2〕设备为一般工作机器，速度不高，应选用8级精度。3〕材料选择。由表10-1选小齿轮材料为40Cr〔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，大齿轮81.6，应选。81.初选螺旋角β＝14°初选压力角=20°2．按齿面接触强度设计齿面接触强度计算公式为：1〕确定公式内的各计算数值⑴试选Kt=1.3。⑵由图10-20<区域系数ZH>选取区域系数。⑷由表10-7选取齿宽系数。⑸由表10-6查得材料的弹性影响系数。〔6〕由式10-21计算接触疲劳强度用重合度系数=0.671〔7〕由式10-23可得螺旋角系数=0.985⑹由图10-25d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮。⑺由式10-15计算应力循环次数7.412.18⑻由图10-19查得接触疲劳寿命系数，。⑼计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，平安系数s=1，由式得=2〕计算⑴试算小齿轮分度圆直径由计算公式得32mm⑵计算圆周速度2.78m/s⑶计算齿宽b及模数35mm1.89mm⑸计算载荷系数K取，根据v=2.78m/s，8级精度，由图10-8查得动载系数；由表10-4查得；由图10-13查得；由表10-3查得。故载荷系数⑹按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式(10-10a)得35mm⑺计算模数3．按齿根弯曲强度设计由式〔10-17〕1〕确定计算参数⑴计算载荷系数⑵根据纵向重合度，从图<螺旋角影响系数>查得螺旋角影响系数。⑶计算当量齿数⑷查取齿形系数由表<齿形系数及应力校正系数>查得；⑸查取应力校正系数由表<齿形系数及应力校正系数>查得；⑹查取弯曲疲劳强度极限由图10-20c查得小齿轮，大齿轮⑺查取弯曲疲劳寿命系数由图10-18查得，⑻计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳平安系数，由式〔10-12〕，得⑼计算大、小齿轮的并加以比拟大齿轮的数值大。2〕设计计算1.509mm比照计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法向模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法向模数，取=2mm，可满足弯曲强度。为满足接触疲劳强度，按接触强度算得的分度圆直径，由17，那么Z2=564.几何尺寸计算1〕计算中心距74.7mm将中心距圆整为75。2〕按圆整后的中心距修正螺旋角13.261°因β值改变不多，故参数、、等不必修正。计算大、小齿轮的分度圆直径35mm115mm4〕计算齿轮宽度35mm圆整后取B2=35mm；B1=40mm。5.结构设计小齿轮齿顶圆直径<16Omm且满足齿根圆到键槽底部的距离e<2,故小齿轮为齿轮轴结构。因大齿轮齿顶圆直径>16Omm，而又小于5OOmm，故以选用腹板式结构为宜。其它有关尺寸按图<腹板式结构的齿轮>荐用的结构尺寸设计齿根圆直径为51.52*(1+0.25)*2=30.041mm110.041mm齿顶圆直径为39.041mm119.041mm3.低速级齿轮设计1．选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1〕选用斜齿圆柱齿轮传动2〕设备为一般工作机器，速度不高，应选用8级精度。3〕材料选择。在同一减速器各级小齿轮(或大齿轮)的材料，没有特殊情况，应选用相同牌号，以减少材料品种和工艺要求,选小齿轮材料为40Cr〔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，大齿轮，应选。5〕初选螺旋角β＝14°2．按齿面接触强度设计齿面接触强度计算公式为：1〕确定公式内的各计算数值⑴试选Kt=1.6。⑵由图10-20<区域系数ZH>选取区域系数。⑷由表10-7选取齿宽系数。⑸由表10-6查得材料的弹性影响系数。⑹由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮。⑺由式10-13计算应力循环次数⑻由图10-19查得接触疲劳寿命系数，。⑼计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，平安系数s=1，由式得2〕计算⑴试算小齿轮分度圆直径由计算公式得⑵计算圆周速度⑶计算齿宽b及模数⑸计算载荷系数K取，根据，8级精度，由图10-8查得动载系数；由表10-4查得；由图10-13查得；由表10-3查得。故载荷系数⑹按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式(10-10a)得⑺计算模数3．按齿根弯曲强度设计由式〔10-17〕1〕确定计算参数⑴计算载荷系数〔2〕由P221查得=0.0684，=0.778⑶计算当量齿数⑷查取齿形系数由表<齿形系数及应力校正系数>查得；⑸查取应力校正系数由表<齿形系数及应力校正系数>查得；⑹查取弯曲疲劳强度极限由图10-20c查得小齿轮，大齿轮⑺查取弯曲疲劳寿命系数由图10-18查得，⑻计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳平安系数，由式〔10-12〕，得⑼计算大、小齿轮的并加以比拟大齿轮的数值大。2〕设计计算比照计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法向模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法向模数，取=2mm，可满足弯曲强度。为满足接触疲劳强度，按接触强度算得的分度圆直径，由，取，那么,取。4.几何尺寸计算1〕计算中心距将中心距圆整为141。2〕按圆整后的中心距修正螺旋角因β值改变不多，故参数、、等不必修正。3〕计算大、小齿轮的分度圆直径4〕计算齿轮宽度圆整后取；。5.结构设计小齿轮齿顶圆直径<16Omm且满足齿根圆到键槽底部的距离e<2,故小齿轮为齿轮轴结构。因大齿轮齿顶圆直径>16Omm，而又小于5OOmm，故以选用腹板式结构为宜。其它有关尺寸按图<腹板式结构的齿轮>荐用的结构尺寸设计齿根圆直径为782*(1+0.25)*2=74mm齿顶圆直径为β＝14°Kt=1.3=0.671=0.985=2mm=30.041mmβ＝14°Kt=1.6=1.65=2mm=74mm六.轴的设计按《机械设计》中式〔15－2〕初步计算轴的最小直径，选取II、III轴的材料为45钢,调质处理。I轴为40Cr。根据资料1表15-3，取，于是得三根轴的最小直径确定:〔一〕中间轴设计(1)选用7304AC的轴承,s=9.5,由箱体条件可知,挡油圈长度取为9.5+13=22.5mm,(2)齿轮宽为,左侧有2mm定位，故取,右侧有一轴肩,取h=3.5,L>1.4h,故取L=6，d=30〔3〕齿宽，故取，d=23mm〔4〕，d=20mm。〔二〕高速轴设计 根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度(1),选用7305AC的轴承,s=9.5,挡油圈长度取为9.5+10.5=20mm,(2)齿轮宽为,故取,右侧L3由结构确定〔3〕与相似，故取，d=25mm〔4〕，d=20mm。〔5〕大带轮与轴，d=16.〔三〕低速轴设计根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度〔1〕为了满足轴向定位要求，L1轴段右端需制出一轴肩，故段的直径。〔3〕初选滚动轴承7309AC，那么其尺寸为故左边轴承安装处有挡油环,挡油圈长度取为9.5+13=22.5mm，那么〔4〕挡油环右侧用轴肩定位，故可取,L4=36mm，右侧的轴肩d=60,齿轮局部〔5〕段与相似滚动轴承的设计及计算〔一〕中间轴的计算(1)进行强度校核,按弯扭组合进行校核.将轴系部件受到的空间力系分解到铅垂面和水平面上两个平面力系图1图2图3其中图二中,通过另加弯矩而平移到指向轴线图三中通过另加转矩而平移到作用轴线上对于型轴承，轴承的派生轴向力算得所以求轴承的当量动载荷和对于轴承1对于轴承2查表可得径向载荷系数和轴向载荷系数分别为：对于轴承1，对于轴承2，求该轴承应具有的额定载荷值因为那么有故符合要求。轴的弯矩图的计算=1\*GB3①铅直面：。AB段：M=FNV2*x即M=3239.1xBC段:CD段：=2\*GB3②水平面:AB段BC段：CD段：截面处的、及的值列于下表表4载荷水平面垂直面支持力弯矩总弯矩扭矩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，查表可得，，故平安。〔2〕精确校核轴的疲劳强度判断危险截面分析各个截面上的弯矩与扭矩可知，B-D段所承受的应力最大，考虑BC段轴的直径足够大，应力的集中不大。而对于C截面，由于CD段轴的直径比拟小，致使C截面应力过于集中，所以判断为危险截面，应予校核。截面C左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面C左侧的弯矩M为截面上的扭转切应力为材料45钢，调质处理，，。〔[2]P362表15-1〕综合系数的计算由，经直线插值，知道因轴肩而形成的理论应力集中为，〔[2]P40附表3-2经直线插入〕轴的材料敏感系数为，，〔[2]P41附图3-1〕故有效应力集中系数为查得尺寸系数为，扭转尺寸系数为，〔[2]P42附图3-2〕〔[2]P43附图3-3〕轴采用磨削加工，外表质量系数为，〔[2]P44附图3-4〕轴外表未经强化处理，即，那么综合系数值为碳钢系数确实定碳钢的特性系数取为，平安系数的计算轴的疲劳平安系数为故平安。截面C右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面E-F右侧的弯矩M为截面上的扭转切应力为材料45钢，调质处理，，。〔[2]P362表15-1〕过盈配合处的，由附表3-8用插值法求出，并取

=0.8，=2.60，=0.8=轴采用磨削加工，外表质量系数为，〔[2]P44附图3-4〕轴外表未经强化处理，即，那么综合系数值为碳钢系数确实定碳钢的特性系数取为，平安系数的计算轴的疲劳平安系数为右侧也是平安的故轴的选用平安。减速器机体结构设计名称符号计算公式结果箱座厚度10箱盖厚度8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度15箱座底凸缘厚度25地脚螺钉直径M20地脚螺钉数目查手册4轴承旁联结螺栓直径M16盖与座联结螺栓直径=〔0.50.6〕M10轴承端盖螺钉直径=〔0.40.5〕6,数量n=4视孔盖螺钉直径=〔0.30.4〕6定位销直径=〔0.70.8〕8，，至外箱壁的距离查手册表11—2262216，至凸缘边缘距离查手册表11—22414外箱壁至轴承端面距离=++〔510〕47.4大齿轮顶圆与内箱壁距离>1.215齿轮端面与内箱壁距离>13箱盖，箱座肋厚78.5轴承端盖外径+〔55.5〕82〔1轴〕82〔2轴〕130〔3轴〕轴承旁联结螺栓距离82〔1轴〕82〔2轴〕130〔3轴〕九.键的选择和计算1.中间轴上键的选择大齿轮上,一般的8级以上精度的齿轮有空心精度要求，应选用平键连接，由于齿轮不在轴端，应选用圆头普通平键〔A型〕取键长，键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得取其平均值，键的工作长度键和轮毂键槽的接触高度那么，故适宜。所以选用：键GB/T1096-2003第三个齿轮,小齿轮选用圆头普通平键〔A型〕取键长，键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得取其平均值，键的工作长度键和轮毂键槽的接触高度那么，故适宜。所以选用：键GB/T1096-20032.高速轴上带轮上,取取键长，键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得取其平均植，键的工作长度键和轮毂键槽的接触高度那么，故适宜。所以选用：键GB/T1096-20033.低速轴上大齿轮上取键长，键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得取其平均植，键的工作长度键和轮毂键槽的接触高度那么，故适宜。所以选用：键GB/T1096-2003联轴器上键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得取其平均植，键的工作长度键和轮毂键槽的接触高度那么，故适宜。所以选用：键GB/T1096-2003十.减速器附件的选择通气器由于在室内使用，选通气帽，采用M27×1.5油面指示器选用游标尺M12起吊装置采用箱座吊耳放油螺塞选用外六角油塞及垫片M12×1.25十一.减速器的润滑和密封一、 齿轮的润滑由于低速级周向速度为1.50m/s，采用浸油润滑,浸油高度取30mm。二、 滚动轴承的润滑由于轴承dn值小于，所以使用挡油环。三、 润滑油的选择齿轮考虑到该装置用于小型设备，选用L-CKC润滑油。四、 密封方法的选取从密封性来讲为了保证机盖与机座连接处密封，凸缘应有足够的宽度，连接外表应精刨，密封的外表要经过刮研。而且，凸缘连接螺柱之间的距离不宜太大，并均匀布置，保证局部面处的密封性。轴承端盖采用凸缘式端盖，易于加工和安装。十二.牛头刨床的运动和力的分析求解1.机构设计C语言程序C语言求解运动分析程序：#include<stdio.h>#include<math.h>#definePI3.1415926voidmain(){doublea=0.110,b=0.553,c=0.138,d=0.380,e=0.541,f=6,g=3500;/*a=AB,b=CD,c=DE,d=AC,e=H,f=ω1*/doubleB,C,E,F,G,I,L,M,O,P,Q;/*B=θ3,C=θ4,E=Se，F=ω3，G=ω4，I=Ve，L=а3，M=а4，O=аe,P=Me,Q=Md*/doublex=0;printf("@1@3@4SeW3W4VeA3A4AeMeMd\n");while(x<6.3){B=atan((d+a*sin(x))/(a*cos(x)));/*求θ3*/if(B<0)B=PI+B;C=PI-asin((e-b*sin(B))/c);/*求θ4*/if(C<0)C=PI+C;E=b*cos(B)+c*c