机械设计基础课程设计

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1、机械设计基础课程设计292020年4月19日文档仅供参考课程设计任务书一、设计题目 带式输送机传动系统设计1电动机 2传动带 3圆柱齿轮减速器4联轴器 5滚筒 6输送胶带二、已知工作条件1) 工作情况:三班工作制,单向连续运转,载荷平稳,输送带水平放置。2) 工作环境:室内,有灰尘,最高环境温度35,通风条件一般。3) 动力来源:电力,三相交流,电压380V/220V。4) 工作寿命:8 年。5) 检修间隔期:4 年一次大修,2 年一次中修,半年一次小修。6) 制造条件:一般机械制造厂,批量生产。7) 齿轮减速器浸油润滑;取大齿轮的搅油效率= 0.98 搅 ;取滚筒-输送带效率 w = 0.9

2、6。三、设计任务1) 选择电动机型号。2) 选择联轴器类型和规格。3) 设计带传动及圆柱齿轮减速器。4) 绘制圆柱齿轮减速器装配工作图。5) 绘制减速器中12 个零件工作图。6) 编写设计计算说明书。四、技术参数题号参数1234102029输送带拉力F/N4500460047004800540064007300输送带速度v/(m/s)2.01.961.921.881.641.240.88滚筒直径D/mm430425420415385335290注:输送带速度允许误差5%目 录设计任务书1传动方案分析4选择电动机4计算传动装置的运动和动力参数6设计V带传动8齿轮的设计10轴的设计12键的选择19

3、轴承的选择和核对计算20联轴器的选择21润滑、密封装置的选择21减速器的设计22设计心得27参考文献27 计算及说明 结果一、传动方案分析1、工作条件:室内,有灰尘,最高环境温度35,通风条件一般。2、原始数据:(1)输送拉力F=7300N(2)输送带工作速度V=0.88M/S(3)输送机滚筒直径290(4)卷筒效率W= 0.96(5)动力来源,三相交流电源,电压为380/220伏;二 、选择电动机1、选择电动机类型 按已知的工作要求和条件,选用Y系列自扇冷式三相异步电机。2、 选择电动机功率工作机所需的电动机输出功率为由电动机之工作机之间的总效率(包括工作机效率)为 式中1、2、3、4、W

4、分别代表 带传动、齿轮转动、联轴器、齿轮转动的轴承、卷筒轴的效率,取1=0.96, 2=0.97,3=099,4=0.99,已知W=0.96。因此3、确定电动机转速卷筒轴的工作转速为按推荐的合理传动比范围,取V带传动的传动比,单级传动比,则合理总传动比的范围为,故电动机转速的可选范围为 符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min,再根据计算出的容量,由下表可查出方案电动机型号额定功率电动机转速/(r/min)传动装置的传动比同步转速满载转速总传动带齿轮1Y160M-67.5100097016.7244.182Y160L-87.575072012.413.14综合考虑电动机和传

5、动装置的尺寸、重量以及带传动和减速器的传动比,比较两个方案可知:方案2的电动机转速低,外廓尺寸及重量较大,价格较高,虽然总传动比不大,但因电动机转速低,导致传动装置尺寸较大。方案1适中,比较适合。因此,选定电动机型号为Y160L-6,所选电动机的额定功率Ped=7.5kW,满载转速nm=970r/min,总传动比适中,传动装置结构较紧凑。所选电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如下表所示。中心高H外形尺寸L(AC/2+AD)HD底脚安装尺寸AB底脚螺栓孔直径D轴伸尺寸DE装键部位尺寸FG160645417.538525425442421101237三 、计算传动装置的运动和动力参数（1) 各轴转速由

6、式(2.8)和(2.9)得I轴 II轴 卷轴器 （2） 各轴的输入功率由式(2.10)和(2.11)得I轴 II轴 卷轴器 （3) 各轴输入转矩由式(2.14)计算电动机轴的输出转矩Td 由式(2.12)和(2.13)得I轴 II轴 卷筒轴 运动和动力参数的计算结果列于下表;参数轴名电动机轴I轴II轴卷筒轴转速N/(r/min)输入功率P/kW输入转矩T/()9707.4873.64242.57.18282.7858.016.821174.2958.016.481116.04传动比i效率40.964.180.9510.95四、设计V带传动1.确定功率Pc根据V带传动工作条件。根据查表143页1

7、1-7,可得工作情况系数KA=1.4,因此Pc=KA P=1.47.48kW=10.472kW2.选取V带型号根据Pc、Nm,由图11-6选用B型V带。3.确定带轮基准直径dd1、dd2选dd1=140mm从动轮的基准直径为根据表11-8,选dd2=530mm4.验算带速vv在515m/s范围内,故带的速度合适。5.确定V带的基准长度和传动中心距初选中心距0.7(dd1+dd2)02(dd1+dd2)4691340故选为600mm根据式(11-4)计算所需的基准长度由表11-2,选取带的基准长度Ld=2240mm按式(11-5)计算实际中心距6.验算主动轮上的包角故故主动轮上的包角合适。7.确

8、定V带的根数Z由nm=970r/min,dd1=140mm,查表11-3得P0=2.12 kW(用内插法求),查表11-4得0.3kW。查表11-5得,查表11-6查的,因此取z=5根8.计算V带合适的初拉力由式(11-9)得查表11-1得q=0.17Kg/m,因此9.计算作用在带轮轴上的压力FQ由式(11-8)得五、齿轮的设计1、选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用45刚调质,硬度为220250HBW;大齿轮选用45刚正火,硬度为170210HBW。因为是普通减速器、由表12-2选8级精度。2、按齿面接触疲劳强度设计因两齿轮均为刚质齿轮,可应用式(12-18)求出a值。确定有参数和系数如下:转矩

9、T1 载荷系数K,查表12-4取K=1.1齿数z1和齿宽系数a,小齿轮的齿数z1取为25,则大齿轮齿数z2=104,选取a=0.4,许用接触应力,由图12-23查得,。由表12-5查得SH=1故 故由表12-1取m=3.5mm确定中心距齿宽经圆整后取b2=90mm,b1=95mm(为了补偿安装误差,一般使小齿轮齿宽略大一些)。3、验算轮齿抗弯强度1)齿形系数YF1=2.72,YF2=2.2(图12-25)2)许用弯曲应力由图12-26查得,由表12-5查得SF=1.3故,故因此安全。4、齿轮的圆周速度由表12-2可知,选8级精度是合适的。5、齿轮齿顶圆、分度圆、齿根圆计算中国规定的标准值为对于

10、正常齿轮 ,根据公式12-10、12-11。小齿轮:分度圆:齿顶圆:齿根圆:大齿轮:分度圆:齿顶圆:齿根圆:六、轴的设计1.轴的设计 (1)选择轴的材料,确定许用应力. 由以知条件知,减速器传递功率属于中小功率,对材料无特殊要求,故选用45钢调质处理,由表15-1查得强度极限再由表15-3得许用应力(2)按抗扭强度估算轴的直径.根据表15-2得C=118107,又由式(15-2)得mm考虑到轴的最小直径处要安装大带轮,会有键槽存在,故将估算直径加大3%5%取为3438.3mm。由设计手册取标准直径考虑到轴的最小直径处要安装联轴器,会有键槽存在,故将估算直径加大3%5%取为5460.7mm。由设

11、计手册取标准直径 (3)设计轴的结构并绘制结构草图. 1、确定轴上零件的位置和固定方式 要确定轴的结构形状,必须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式。 由于设计的是一级减速器,要将齿轮安装在轴的中间,轴外伸端安装大带轮。I轴:齿轮从轴的左端装入,齿轮的右端用轴肩定位,左端用套筒固定。II轴,齿轮从轴的右端装入,齿轮的左端用轴肩(或轴环)定位,右端用套筒固定。这样齿轮在轴上的位置被完全确定。齿轮的周向采用平键连接。轴承安装于齿轮两侧,其轴向用轴肩固定,周向采用过盈配合固定。2、确定各轴段的直径 如图所示,I轴:轴段(外伸端)直径最小,;考虑到要对安装在轴段上的大带轮定位,为能很顺利的在轴段上安装轴

12、承,轴段必须满足轴承内径的标准。故取轴段的直径;,建立间的轴肩定位,确定轴段的直径;,轴段是为了定位小齿轮的轴向移动,取II轴:轴段外伸端直径最小,;为能很顺利地在轴段上安装轴承,轴段必须满足轴承内径的标准,故取轴段的直径为;建立间的轴肩定位,确定轴段的直径;轴段是为了定位小齿轮的轴向移动,取3、确定各轴段的长度 I轴:齿轮的轮毂宽度b1=90mm,为保证齿轮固定可靠,轴段的长度应略小于齿轮轮毂宽度,取为88mm,为保证齿轮端面于箱体内壁不相碰,齿轮端面与箱体内壁应留有一定间隙,取间距为10mm为保证轴承安装在箱体轴承座孔中(轴承宽度为15mm),并长考虑轴承的润滑,取轴承端面距箱体内壁的距离

13、为10mm,因此轴段的长度取为42mm,轴段的长度取26mm,轴段取6mm,轴肩取8mm. 轴承支撑点距离l=121mm.根据箱体结构及大带轮距轴承盖要有一定的距离要求,取为90mm;在轴段上分别加工出键槽,使两键槽处于轴的同一母线上。II轴:齿轮的轮毂宽度b2=95mm,为保证齿轮固定可靠,轴段的长度应略小于齿轮轮毂宽度,取为93mm,为保证齿轮端面于箱体内壁不相碰,齿轮端面与箱体内壁应留有一定间隙,取间距为10mm为保证轴承安装在箱体轴承座孔中(轴承宽度为18mm),并长考虑轴承的润滑,取轴承端面距箱体内壁的距离为10mm,因此轴段的长度取为28mm,轴段取2mm,轴肩取8mm.轴段长度取

14、为38mm;轴承支撑点距离l=126mm;根据箱体结构及联轴器距轴承盖要有一定的距离要求,取90mm;在轴段上分别加工出键槽,使两键槽处于轴的同一母线上。4、选定轴的结构细节,如圆角、倒角、退刀槽等尺寸。 按设计结果画出轴的结构草图。如图15-18a所示4、齿轮上作用力的计算 轴: 圆周力:径向力:轴向力:水平面支点反力: C-C截面处的弯矩为: II轴:圆周力: 径向力:轴向力:水平面支点反力: C-C截面处的弯矩为: 5、画出轴的受力 如图15-18b所示。6、计算水平面支反力,画水平面弯矩图 如图15-18c所示。7、计算垂直面支反力,画垂直面弯矩图 如图15-18d所示。I轴:垂直面支

15、反力为C-C截面的右侧垂直面弯矩C-C截面的左侧垂直面弯矩II轴:垂直面支反力为C-C截面的左侧垂直面弯矩C-C截面的右侧垂直面弯矩8、作合成弯矩图 如图15-18e所示。轴: II轴: 9、作转矩图 如图15-18f所示。轴: II轴:10、计算当量弯矩因减速器单向运转,故可认为转矩为脉动循环变化,修正系数a为0.6。由图可知,C-C截面最危险,则I轴:II轴:11、校核强度轴: 轴: 故强度足够。12、绘制轴的零件图 见25页六、键的选择轴:由课本表5.14查得。轴段的键的长度,键宽b=12,键高h=8,键长L=80,l=L-b=68。轴段的键的长度,键宽b=14,键高h=9,键长L=80

16、,l=L-b=66。轴段:轴段:II轴:由课本表5.14查得。轴段的键的长度,键宽b=16,键高h=10,键长L=80,l=L-b=64。轴段的键的长度,键宽b=18,键高h=11,键长L=80,l=L-b=62。轴段:轴段:七、轴承的选择和核对计算轴轴承:选用深沟球轴承6008型1.查表 根据工作条件,传动有轻微冲击,查表16-8得,温度不超过100,由表16-10查得。2.求当量动载荷P 该轴承既受径向载荷又受轴向载荷,转速较高,因此选深沟球轴承。初选6008轴承,查手册得,。根据,查表16-9得e=0.30;,由表16-9查得X=0.56,Y=1.45,故3.计算所需的额定动载荷由于,故

17、I轴轴承选用6008型II轴轴承:选用深沟球轴承6012型1.查表 根据工作条件,传动有轻微冲击,查表16-8得,温度不超过100,由表16-10查得。2.求当量动载荷P 该轴承既受径向载荷又受轴向载荷,转速较高,因此选深沟球轴承。初选6012轴承,查手册得,。根据,查表16-9得e=0.26;,由表16-9查得X=0.56,Y=1.71,故3.计算所需的额定动载荷由于,故I轴轴承选用6012型八:联轴器的选择 联轴器一般见来连接两轴并在其间传递运动和转矩,联轴器所连接的两轴,由于制造及安装误差、受载变形和温度变化等影响,往往存在着某种程度的相对位移。因此,设计联轴器时要从结构上采取各种不同的

18、措施,使联轴器具有补偿上述偏移量的性能,否则就会在轴、联轴器、轴承中引起附加载荷,导致工作情况恶化。综上所述,故选择挠性联轴器,这种联轴器具有一定的补偿两轴偏移的能力,再根据联轴器补偿位移方法,选弹性柱销联轴器,它仅用弹性柱销(一般见尼龙制成)将两半联轴器连接起来,它传递转矩的能力大、结构更简单、耐用性好,故选择弹性柱销联轴器。九:润滑、密封装置的选择 根据课本附表7.1,再根据齿轮的圆周速度,轴承能够用脂润滑和油润滑润滑,由于齿轮的转速是小于2m/s, 故轴承润滑采用脂润滑,为防止箱体内的轴承与润滑脂的配合,防止润滑脂流失,应在箱体内侧装挡油环,润滑脂的装填量不应超过轴承空隙体积的,在减速器

19、中,齿轮的润滑方式根据齿轮的圆周速度而定,由于V12m/s,因此采用油池润滑,箱体内采用SH0357-92中的50号润滑,装至规定高度。轴承盖中采用毡圈油封密封。十:减速器的设计名称符号减速器型式、尺寸关系/mm结果齿轮减速器箱座壁厚(0.0250.03)a+8 8箱盖壁厚(0.80.95)8 8箱盖凸缘厚度 1.5 12箱座凸缘厚度b 1.5 12箱座底凸缘厚度 2.5 20地脚螺钉直径 0.036a+12 18地脚螺钉数目 n a250时,n=4 4轴承旁连接螺栓直径 0.75 14盖与座连接螺栓直径 (0.50.6) 10连接螺栓的间隔150200 150轴承端盖螺钉直径 (0.40.5

20、) 9检查孔盖螺钉直径 (0.30.4) 8定位销直径d (0.70.8) 8、至外箱壁距离 见课本表4.2:=24:=20:=16、至凸缘边缘距离 见课本表4.2:=22:=14轴承旁凸台半径 14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 30外箱壁至轴承座端面的距离 +(510)44齿轮顶圆与内箱壁间的距离 10齿轮端面与内箱间的距离 10箱盖、箱座肋厚 轴承端盖外径D+(55.5),D-轴承外径I轴:130II轴:145轴承旁连接螺栓距离 S尽量靠近,以M和M互不干涉为准,一般取S=I轴:130II轴:145I轴的受力图II轴的受力图十一、设计心得这是我第一次完成的课程设计

21、任务书,当我得到任务题目时,真无从下手,从电动机的选择,到减速箱的设计,完全需要借助大量公式计算,以及细心仔细的选择,才能完成。某个地方出错,就会导致一连串数据需要重新修改计算,比如当轴承选择不合适,导致应力过大,使用寿命不足,就需要更换方案,改变轴的长度,重新计算轴的许用应力,还有键的选择,也要重新考虑。因此,看似简单的一级减速器,蕴含的知识真是博大精深。虽然花了不少时间,不少心血完成了任务书,可是收获的知识量是千金难买的。从开始什么都不懂,到现在完全了解减速器的原理;从看公式、结构图像看天书一般,到现在掌握各字母、符号的含义;从之前连减速器也没看过,到现在甚至连减速箱的螺钉都要计算规格,完

22、完全全得到透彻的认识。为将来工作打下基础。整份任务书,我认为最难的部分是轴的设计,有一次前面齿轮的传动比选择超出允许范围0.18mm,导致后面的齿宽,模数,轴向力,分度圆直径,许用应力等一系列数据的大型修改,轴的设计花了不少功夫。不过总体来说,这份任务书比较令人满意,因为这不是数据代进公式麻木计算出数据的作品,这完全是我理解后才开始计算设计的产物。从现在开始,我们读模具设计的应该多接触这方面的设计,才能锻炼自己的工作能力,和工作态度。十三、参考文献1、陈立德主编. 第三版高等教育出版社, 2、李国斌主编. 高等教育出版社, 选用Y系列自扇冷式三相异步电机。为600mmLd=2240mmz=5YF1=2.72YF2=2.2SF=1.3I轴:II轴:I轴:90mm42mm88mm8mm6mm26mmII轴:90mm38mm93mm8mm2mm28mm选择弹性柱销联轴器