机械设计课程设计任务说明书

机械设计课程设计说明书前言课程设计是考察学生全面在掌握根本理论知识的重要环节。根据学院的教学环节，在2008年6月23日-2008年7月11日为期三周的机械设计课程设计。本次是设计一个蜗轮蜗杆减速器，减速器是用于电动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。本减速器属单级蜗杆减速器〔电机——联轴器——减速器——联轴器——该减速器的设计根本上符合生产设计要求，限于作者初学水平，错误及不妥之处望老师批评指正。设计者：200课程设计题目一、设计带式输送机传动装置条件：输送带工作拉力F=4KN;输送带工作速度v=2.0M/S;滚筒直径D=450MM；滚筒效率η4=0.96〔包括滚筒与轴承的效率损失〕；工作情况两班制，连续单向转，载荷较平稳；使用折旧期8年；工作环境室内，灰尘较大，环境最高温度35摄氏度；动力来源电力，三相交流，电压380/220V；检修间隔期四年一次大修，两年一次中修。一年一次小修；制造条件及生产批量一般机械厂，小批量生产。传动装置总体设计：根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线为：电机——连轴器——减速器——连轴器——带式运输机。根据生产设计要求可知，该蜗杆的圆周速度V≥5m/s，所以该蜗杆减速器采用蜗杆上置式，蜗杆及蜗轮轴均采用圆锥滚子轴承，承受径向载荷和轴向载荷的复合作用，为防止轴外伸段箱内润滑油漏失以及外界灰尘，异物侵入箱内，在轴承盖中装有密封元件。该减速器的结构包括电动机、蜗轮蜗杆传动装置、蜗轮轴、箱体、滚动轴承、检查孔与定位销等附件、以及其他标准件等。电动机的选择：由于该生产单位采用三相交流电源，可考虑采用Y系列三相异步电动机。三相异步电动机的结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，启动性能好等优点。一般电动机的额定电压为380V按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭扇冷式结构，电压为380V，Y系列传动滚筒所需功率传动装置效率：〔根据参考文献《机械设计课程设计》王连明宋宝玉主编哈尔滨工业大学出版社〕其中：联轴器效率η1=0.99〔弹性套柱销联轴器〕滚动轴承效率〔一对〕η2=0.98蜗杆传动效率η3=0.80传动滚筒效率η4=0.96所以：η=η12•η2•η3•η4=0.992×0.98×0.80×0.96=0.74电动机所需功率：Pr=Pw/η=8.0/0.74=10.8KW传动滚筒工作转速：nw＝60×1000×v/×450＝85r/min根据容量和转速，根据参考文献〔《机械设计课程设计手册》张龙编国防工业出版社〕可查得所需的电动机Y系列三相异步电动机技术数据，如表3-1:表3-1电动机型号额定功率Ped/kw满载时额定转矩质量KG转速r/min电流A功率因数效率％Y160M-411145922.40.86882.0160电动机机型号为Y160M-4其主要性能如下表3-2：表3-2中心高H外形尺寸L×〔AC/2＋AD〕×HD底角安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径K轴身尺寸D×E装键部位尺寸F×GD132540×〔380/2＋290〕×405210×1081548×11014×9四、运动参数计算：4.1蜗杆轴的输入功率、转速与转矩P0=Pr=4.7kwn0=960r/minT0=9.55P0/n0=4.7×103=46.7N.m4.2蜗轮轴的输入功率、转速与转矩P1=P0·η01=4.7×0.99×0.99×0.7×0.992=3.19kwnⅠ===27.4r/minT1=9550=9550×=1111.84N·m4.3传动滚筒轴的输入功率、转速与转矩P2=P1·ηc·ηcy=3.19×0.99×0.99=3.13kwn2===27.4r/minT2=9550=9550×=1089.24N·m运动和动力参数计算结果整理于下表4-1：表4-1类型功率P〔kw〕转速n〔r/min〕转矩T〔N·m〕传动比i效率η蜗杆轴4.796046.7510.679蜗轮轴3.1927.41111.8435传动滚筒轴3.1327.41089.24五、蜗轮蜗杆的传动设计：蜗杆的材料采用45钢，外表硬度>45HRC，蜗轮材料采用ZCuA110Fe3,砂型铸造。以下设计参数与公式除特殊说明外均以参考由《机械设计第四版》邱宣怀主编高等教育出版社出版1996年第13章蜗杆传动为主要依据。具体如表3—1：表5—1蜗轮蜗杆的传动设计表项目计算内容计算结果中心距的计算蜗杆副的相对滑动速度参考文献5第37页〔23式〕4m/s<Vs<7m/s当量摩擦系数4m/s<Vs<7m/s由表13.6取最大值选[]值在图13.11的i=35的线上，查得[]=0.45[]=0.45蜗轮转矩使用系数按要求查表12.9转速系数弹性系数根据蜗轮副材料查表13.2寿命系数接触系数按图13.12I线查出接触疲劳极限查表13.2接触疲劳最小平安系数自定中心距传动根本尺寸蜗杆头数Z1=1蜗轮齿数模数 m=10蜗杆分度圆直径或蜗轮分度圆直径mm蜗杆导程角表13.5变位系数x=〔225-220〕/10=0.5x=0.5蜗杆齿顶圆直径表13.5mm蜗杆齿根圆直径表13.5mm蜗杆齿宽mm蜗轮齿根圆直径mm蜗轮齿顶圆直径〔吼圆直径〕mm蜗轮外径mm蜗轮咽喉母圆半径蜗轮齿宽B=82.5B=82mmmm蜗杆圆周速度=4.52m/s相对滑动速度m/s当量摩擦系数由表13.6查得轮齿弯曲疲劳强度验算许用接触应力最大接触应力合格齿根弯曲疲劳强度由表13.2查出弯曲疲劳最小平安系数自取许用弯曲疲劳应力轮齿最大弯曲应力合格蜗杆轴扰度验算蜗杆轴惯性矩允许蜗杆扰度蜗杆轴扰度合格温度计算传动啮合效率搅油效率自定轴承效率自定总效率散热面积估算箱体工作温度此处取=15w/〔m²c〕合格润滑油粘度和润滑方式润滑油粘度根据m/s由表13.7选取润滑方法由表13.7采用浸油润滑六、蜗杆、蜗轮的根本尺寸设计6.1蜗杆根本尺寸设计根据电动机的功率P=5.5kw，满载转速为960r/min，电动机轴径，轴伸长E=80mm轴上键槽为10x5。初步估计蜗杆轴外伸段的直径d=〔0.8——10〕=30.4——38mm计算转矩Tc=KT=K×9550×=1.5×9550×由Tc、d根据《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社第334页表14-13可查得选用HL3号弹性柱销联轴器〔38×83〕。确定蜗杆轴外伸端直径为38mm。根据HL3号弹性柱销联轴器的结构尺寸确定蜗杆轴外伸端直径为38mm的长度为80mm。由参考文献《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社的第305页表10-1可查得普通平键GB1096—90A型键10×70，蜗杆轴上的键槽宽mm，槽深为mm，联轴器上槽深，键槽长L=70mm。初步估计d=64mm。由参考文献《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社第189页图7-19，以及蜗杆上轴承、挡油盘，轴承盖，密封圈等组合设计，蜗杆的尺寸如零件图1〔蜗杆零件图〕6.2蜗轮根本尺寸表〔由参考文献《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社第96页表4-32及第190页图7-20及表5—1蜗轮蜗杆的传动设计表可计算得〕表6—1蜗轮结构及根本尺寸蜗轮采用装配式结构，用六角头螺栓联接〔100mm〕,轮芯选用灰铸铁HT200，轮缘选用铸锡青铜ZcuSn10P1+*单位：mma=bCxB16012812362015282en1033538090º214390306七、蜗轮轴的尺寸设计与校核蜗轮轴的材料为45钢并调质，且蜗轮轴上装有滚动轴承，蜗轮，轴套，密封圈、键，轴的大致结构如图7.1：图7.1蜗轮轴的根本尺寸结构图7.1轴的直径与长度确实定1.初步估算轴的最小直径〔外伸段的直径〕经计算D6>51.7>100mm又因轴上有键槽所以D6增大3%，那么D6=67mm计算转矩Tc=KT=K×9550×=1.5×9550×3.19/27.4=1667.76N.M<2000N.M所以蜗轮轴与传动滚筒之间选用HL5弹性柱销联轴器65×142，因此=65mm2.由参考文献《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社的第305页表10-1可查得普通平键GB1096—90A型键20×110，普通平键GB1096—90A型键20×70，联轴器上键槽深度，蜗轮轴键槽深度，宽度为由参考文献《机械设计根底》〔下册〕张莹主编机械工业出版社1997年的第316页—321页计算得：如下表：图中表注计算内容计算结果L1〔由参考文献《机械设计课程设计》刘俊龙何在洲主编机械工业出版社第182页表15-1查得滚动轴承6216的根本结构〕L1=25L2自定L2=20L3根据蜗轮L3=128L4自定L4=25L5〔由参考文献《机械设计课程设计》刘俊龙何在洲主编机械工业出版社第182页表15-1查得滚动轴承6216的根本结构〕L5=25L6自定L6=40L7选用HL5弹性柱销联轴器65×142L7=80D1〔由参考文献《机械设计课程设计》刘俊龙何在洲主编机械工业出版社第182页表15-1查得滚动轴承6216的根本结构〕D1=80D2便于轴承的拆卸D2=84D3根据蜗轮D3=100D4便于轴承的拆卸D4=84D5自定D5=72D6D6>51.7>100mm又因轴上有键槽所以D6增大3%，那么D6=67mmD6=677.2轴的校核轴的受力分析图图7.1X-Y平面受力分析图7.2X-Z平面受力图：图7.3水平面弯矩1102123.75216079797119图7.4垂直面弯矩714000图7.5436150.8合成弯矩1184736.3714000681175.5图7.6当量弯矩T与aTT=1111840NmmaT=655985.6Nmm图7.7轴的校核计算如表5.1轴材料为45钢，，，表7.1计算工程计算内容计算结果转矩Nmm圆周力=20707.6N=24707.6N径向力=2745.3N轴向力=24707.6×tan20ºFr=8992.8N计算支承反力=1136.2N=19345.5N垂直面反力=4496.4N水平面X-Y受力图图7.2垂直面X-Z受力图7.3画轴的弯矩图水平面X-Y弯矩图图7.4垂直面X-Z弯矩图图7.5合成弯矩 图7.6轴受转矩TT==1111840NmmT=1111840Nmm许用应力值表16.3，查得应力校正系数aa=a=0.59当量弯矩图当量弯矩蜗轮段轴中间截面=947628.6Nmm轴承段轴中间截面处=969381.2Nmm947628.6Nmm=969381.2Nmm当量弯矩图图7.7轴径校核验算结果在设计范围之内，设计合格轴的结果设计采用阶梯状，阶梯之间有圆弧过度，减少应力集中，具体尺寸和要求见零件图2〔蜗轮中间轴〕。7.3装蜗轮处轴的键槽设计及键的选择当轴上装有平键时，键的长度应略小于零件轴的接触长度，一般平键长度比轮毂长度短5—10mm，由参考文献1表2.4—30圆整，可知该处选择键2.5×110，高h=14mm，轴上键槽深度为，轮毂上键槽深度为，轴上键槽宽度为轮毂上键槽深度为八、减速器箱体的结构设计参照参考文献〈〈机械设计课程设计》〔修订版〕鄂中凯，王金等主编东北工学院出版社1992年第19页表1.5-1可计算得，箱体的结构尺寸如表8.1：表8.1箱体的结构尺寸减速器箱体采用HT200铸造，必须进行去应力处理。设计内容计算公式计算结果箱座壁厚度δ=0.04×225+3=12mma为蜗轮蜗杆中心距取δ=12mm箱盖壁厚度δ1=0.85×12=10mm取δ1=10mm机座凸缘厚度bb=1.5δ=1.5×12=18mmb=18mm机盖凸缘厚度b1b1=1.5δ1=1.5×10=15mmb1=18mm机盖凸缘厚度PP=2.5δ=2.5×12=30mmP=30mm地脚螺钉直径dØdØ==20mmdØ=20mm地脚螺钉直径d`Ød`Ø==20mmd`Ø==20mm地脚沉头座直径D0D0==48mmD0==48mm地脚螺钉数目n取n=4个取n=4底脚凸缘尺寸〔扳手空间〕L1=32mmL1=32mmL2=30mmL2=30mm轴承旁连接螺栓直径d1d1=16mmd1=16mm轴承旁连接螺栓通孔直径d`1d`1=17.5d`1=17.5轴承旁连接螺栓沉头座直径D0D0=32mmD0=32mm剖分面凸缘尺寸〔扳手空间〕C1=24mmC1=24mmC2=20mmC2=20mm上下箱连接螺栓直径d2d2=12mmd2=12mm上下箱连接螺栓通孔直径d`2d`2=13.5mmd`2=13.5mm上下箱连接螺栓沉头座直径D0=26mmD0=26mm箱缘尺寸〔扳手空间〕C1=20mmC1=20mmC2=16mmC2=16mm轴承盖螺钉直径和数目n,d3n=4,d3=10mmn=4d3=10mm检查孔盖螺钉直径d4d4=0.4d=8mmd4=8mm圆锥定位销直径d5d5=0.8d2=9mmd5=9mm减速器中心高HH=340mmH=340mm轴承旁凸台半径RR=C2=16mmR1=16mm轴承旁凸台高度h由低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准。取50mm轴承端盖外径D2D2=轴承孔直径+(5~5.5)d3取D2=180mm箱体外壁至轴承座端面距离KK=C1+C2+(8~10)=44mmK=54mm轴承旁连接螺栓的距离S以Md1螺栓和Md3螺钉互不干预为准尽量靠近一般取S=D2S=180蜗轮轴承座长度〔箱体内壁至轴承座外端面的距离〕L1=K+δ=56mmL1=56mm蜗轮外圆与箱体内壁之间的距离=15mm取=15mm蜗轮端面与箱体内壁之间的距离=12mm取=12mm机盖、机座肋厚m1,mm1=0.85δ1=8.5mm,m=0.85δ=10mmm1=8.5mm,m=10mm以下尺寸以参考文献《机械设计、机械设计根底课程设计》王昆等主编高等教育出版社1995年表6-1为依据蜗杆顶圆与箱座内壁的距离=40mm轴承端面至箱体内壁的距离=4mm箱底的厚度20mm轴承盖凸缘厚度e=1.2d3=12mm箱盖高度220mm箱盖长度〔不包括凸台〕440mm蜗杆中心线与箱底的距离115mm箱座的长度〔不包括凸台〕444mm装蜗杆轴局部的长度460mm箱体宽度〔不包括凸台〕180mm箱底座宽度304mm蜗杆轴承座孔外伸长度8mm蜗杆轴承座长度81mm蜗杆轴承座内端面与箱体内壁距离61mm九、减速器其他零件的选择经箱体、蜗杆与蜗轮、蜗轮轴以及标准键、轴承、密封圈、挡油盘、联轴器、定位销的组合设计，经校核确定以下零件：表9-1键 单位：mm安装位置类型b〔h9〕h〔h11〕L9〔h14〕蜗杆轴、联轴器以及电动机联接处GB1096-90键10×7010870蜗轮与蜗轮轴联接处GB1096-90键25×1102514110蜗轮轴、联轴器及传动滚筒联接处GB1096-90键20×1102012110表9-2圆锥滚动轴承单位：mm安装位置轴承型号外形尺寸dDTBC蜗杆GB297-847312〔30312〕6013033.53126蜗轮轴GB/T297-94302168014028.252622表9-3密封圈〔GB9877.1-88〕单位：mm安装位置类型轴径d根本外径D根本宽度蜗杆B55×80×855808蜗轮轴B75×100×107510010表9-4弹簧垫圈〔GB93-87〕安装位置类型内径d宽度〔厚度〕材料为65Mn，外表氧化的标准弹簧垫圈轴承旁连接螺栓GB93-87-16164上下箱联接螺栓GB93-87-12123表9-5挡油盘参考文献《机械设计课程设计》〔修订版〕鄂中凯，王金等主编东北工学院出版社1992年第132页表2.8-7安装位置外径厚度边缘厚度材料蜗杆129mm12mm9mmQ235定位销为GB117-86销8×38材料为45钢十、减速器附件的选择以下数据均以参考文献《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社的P106-P118表10-1视孔盖〔Q235〕单位mmAA1A。B1BB0d4h150190170150100125M81.5表10-2吊耳单位mm箱盖吊耳dReb42424220箱座吊耳BHhb3619.29..6924表10-3起重螺栓单位mmdDLSd1Cd2hM1635622716328422226表10-4通气器单位mmDd1d2d3d4DabsM18×1.5M33×1.583164012722Chh1D1Rkef1640825.440622表10-5轴承盖〔HT150〕单位mm安装位置d