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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械设计课程设计任务书,第1页,一、设计题目,(18.2),运输原料带式运输机用圆柱齿轮减速器。设计内容：依据给定工况参数，选择适当电动机、选取联轴器、设计,V,带传动、设计一,(,两,),级齿轮减速器（全部轴、齿轮、轴承、减速箱体、箱盖以及其它附件）和与输送带连接联轴器。,第2页,二、传动简图,图,18.18,传动方式,第3页,三、原始数据,运输带拉力,F,=,（,N,）,运输带速度,V,=,（,m/s,）,滚筒直径,D,=,（,mm,）,滚筒及运输带效率,=0.94,。工作时，载荷有轻微冲击。事内工作，水分和颗粒为正常状态，产品生产批量为成批生产，允许总速比误差,4%,，要求齿轮使用寿命为,10,年，二班工作制，轴承使用寿命大于,15000,小时，试设计齿轮减速器（两级）。,第4页,四、设计工作量及要求,每个同学独立利用手工或计算机绘制（使用,autoCAD,绘制）完成总装图一张（一号图纸），高速轴、低速大齿轮和箱盖零件图各一张（二号或三号图纸）、设计计算说明书一份。设计内容包含电机和联轴器选取，轴承选取与校核，,V,带、齿轮、轴、齿轮箱设计（包含,V,带、轴、齿轮校核）。详细内容参见机械设计课程设计一书,14-18,章。,第5页,请参考以下文件：,朱文坚、黄平：机械设计课程设计，广州：华南理工大学出版社,机械零件设计手册，北京：冶金工业出版社,机械零件设计手册，北京：化学工业出版社,第6页,序号,输送带有效拉力,F,(N),滚筒直径,D,(mm),带速,V,(m/s),51,5200,635,1.25,52,6325,575,0.98,53,6545,595,1.00,54,6250,660,1.05,55,5930,630,1.07,56,6380,580,1.07,57,6600,600,1.02,58,6545,595,0.98,59,5000,620,1.06,60,5500,575,1.01,第7页,第,14,章机械系统传动装置设计,因为原动机输出转速、转矩、运动形式往往和工作机要求不一样，所以需要在它们之间加入传动系统装置。因为传动装置选取、布局及其设计质量对整个设备工作性能、重量和成本等影响很大，所以合理地确定传动方案含有主要意义。机械系统传动装置设计内容包含：确定传动方案、选定电动机型号、计算总传动比和合理分配各级传动比、计算传动装置运动和动力参数。,第8页,14.2,传动方案确实定,为了满足某一工作机性能要求，可采取不一样传动机构、不一样组合和布局，在总传动比保持不变情况下，还可按不一样方法分配各级传动传动比，从而得到各种传动方案以供分析、比较。合理传动方案首先要满足机器功效要求，比如传递功率大小、转速和运动形式。另外还要适应工作条件（工作环境、场地、工作制度等），满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、使用维护便利、工艺性好、成本低等要求。,第9页,图,14.1,是电动铰车三种传动方案。其中：方案,a,采取二级圆柱齿轮减速器，适合于繁重及恶劣条件下长久工作，使用与维护方便，但结构尺寸较大；方案,b,采取蜗轮蜗杆减速器，结构紧凑，但传动效率较低，长久连续使用不够经济；方案,c,用一级圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动，成本较低，但使用寿命较短。从上述分析可见，即使这三种方案都能满足电动铰车功效要求，但结构、性能和经济性都不一样，要依据工作条件要求来选择很好方案。,第10页,图,14.1,电动绞车传动方案简图,1-,电动机；,2,、,5-,联轴器；,3-,制动器；,4-,减速器；,6-,卷筒；,7-,轴承；,8-,开式齿轮,第11页,第12页,第13页,为了便于设计时选择传动装置，表,14.1,列出了惯用减速器类型及特征，表,A.6,列出了各种机械传动传动比。,第14页,若课程设计任务书中已提供了传动方案，则应对该方案可行性、合理性及经济性进行论证，也可提出改进性意见并另行确定方案。,第15页,14.3,电动机选择,电动机选择应在传动方案确定之后进行，其目标是在合理地选择电动机类型、功率和转速基础上，详细确定电动机型号。,1.,选择电动机类型和结构型式,电动机类型和结构型式要依据电源（交流或直流）、工作条件和载荷特点（性质、大小、起动性能和过载情况）来选择。,第16页,工业上广泛使用三相异步电动机。对载荷平稳、不调速、长久工作机器，可采取鼠笼式异步电动机。,Y,系列电动机为我国推广采取新产品，它含有节能、开启性能好等优点，适合用于不含易燃、易爆和腐蚀性气体场所以及无特殊要求机械中。对于经常起动、制动和反转场所，可选取转动惯量小、过载能力强,YZ,型、,YR,型和,YZR,型等系列三相异步电动机。,第17页,电动机结构有开启式、防护式、封闭式和防爆式等，可依据工作条件选取。同一类型电动机又含有几个安装型式，应依据安装条件确定。,2.,确定电动机功率,电动机功率选择是否恰当，对整个机器正常工作和成本都有影响。所选电动机额定功率应等于或稍大于工作要求功率。功率小于工作要求功率，则不能确保工作机正常工作，或使电动机长久过载、发烧大而过早损坏；但功率过大，,第18页,则增加成本，而且因为效率和功率因数低而造成浪费。电动机功率受运行时发烧条件限定，因为课程设计中电动机大多是在常温和载荷不变（或改变不大）情况下长久连续运转，因而在选择其功率时，只要使其所需实际功率（简称电动机所需功率）,P,d,不超出额定功率,P,ed,，即可防止过热。即使,P,ed,P,d,。,第19页,1),工作机主轴所需功率,若已知工作机主轴上传动滚筒、链轮或其它零件上圆周力（有效拉力）,F,(N,）和圆周速度（线速度,v,(m/s),则在稳定运转下工作机主轴上所需功率,P,w,按下式计算：,(14.1),第20页,若已知工作机主轴上传动滚筒、链轮或其它零件直径,D(mm),和转速,n,（,r/min),，则圆周速度,v,按下式计算：,(14.2),若已知工作机主轴上转矩,T(N,m),和转速,n(r/min),则工作机主轴所需功率,P,w,按下式计算：,(1.3),第21页,有工作机主轴上所需功率，可按专业机械相关要求和数据计算。,2),电动机所需功率,电动机所需功率,P,d,按下式计算：,(14.4),式中：,P,w,-,工作机主轴所需功率，,kW,；,由电动机至工作机主轴之间总效率。,第22页,总效率,按下式计算：,(14.5),式中,1,，,2,，,，,n,分别为传动装置中每一传动副（齿轮、蜗杆、带或链）、每对轴承、每个联轴器效率，其概略值见表,A.7,。,w,为工作机效率。,第23页,第24页,计算总效率时，要注意以下几点：,(1),选取表,A.7,数值时，普通取中间值。如工作条件差、润滑不良时，应取低值；反之取高值。,(2),动力每经过一对运动副或传动副，就有一次功耗，故在计算总效率时，都要计入。,(3),表,A.7,中齿轮、蜗杆、带与链传动效率未计入轴承效率，故轴承效率须另计。表中轴承效率均指一对轴承效率。,第25页,3.,确定电动机转速,同一功率异步电动机有,3000r/min,、,1500r/min,、,1000r/min,750r/min,等几个同时转速。普通来说，电动机同时转速愈高，则磁极对数愈少，外廓尺寸愈小，价格愈低；反之，转速愈低，外廓尺寸愈大，价格愈高。所以，在选择电动机转速时，应综合考虑与传动装置相关各种原因，经过分析比较，选出适当转速。普通选取同时转速为,1000r/min,和,1500r/min,电动机为宜。,第26页,依据选定电动机类型、功率和转速，可由表,K.1,和表,K.2,查出电动机详细型号和外形尺寸。后面传动装置计算和设计工作，就按照已选定电动机型号额定功率,P,ed,、满载转速,n,、电动机中心高度、外伸轴径和外伸轴长度等条件来进行。,第27页,14.4,计算总传动比和分配各级传动比,依据电动机满载转速,n,m,和工作机主轴转速,n,w,，传动装置总传动比按下式计算：,i,=,n,m,/n,w,（,14.6),总传动比,i,为各级传动比连乘积，即,i,=,i,1,i,2,.,i,n,总传动比普通分配标准：,(1),限制性标准。各级传动比应控制在表,A.6,给出惯用范围以内。采取最大值时将使传动机构尺寸过大。,第28页,(2),协调性标准。传动比分配应使整个传动装置结构匀称、尺寸百分比协调而又不相互干涉。如传动比分配不妥，就有可能造成,V,带传动中从动轮半径大于减速器输入轴中心高、卷筒轴上开式齿轮传动中心距小于卷筒半径、多级减速器内大齿轮齿顶与相邻轴表面相碰等情况。,第29页,(3),等浸油深度标准。对于展开式双级圆柱齿轮减速器，通常要求传动比分配应使两个大齿轮直径比较靠近，从而有利于实现浸油润滑。因为低速级齿轮圆周速度较低，所以其大齿轮直径允许稍大些（即浸油深度可深一些）。其传动比分配可查图,14.2,。,第30页,(4),等强度标准。在设计过程中，有时往往要求同一减速器中各级齿轮接触强度比较靠近，以使各级传动零件使用寿命大致相等。若双级减速器各级齿宽系数和齿轮材料接触疲劳极限都相等，且两级中心距之比,a,2,/a,1,=1.1,则通用减速器公称传动比可按表,14.2,搭配。,第31页,图,14.2,两级圆柱齿轮减速器传动比分配,第32页,(5),优化标准。当要求所设计减速器重量最轻或外形尺寸最小时，能够经过调整传动比和其它设计参数（变量），用优化方法求解。上述传动比搭配只是初步数值。因为在传动零件设计计算中，带轮直径和齿轮齿数圆整会使各级传动比有所改变，所以，在全部传动零件设计计算完成后，实际总传动比与要求总传动比有一定误差，普通相对误差控制在,(3-5)%,范围内。,第33页,14.5,传动装置运动和动力参数计算,为了给传动件设计计算提供依据，应计算各传动轴转速、输入功率和转矩等相关参数。,计算时，可将各轴由高速至低速依次编为,0,轴（电动机轴）、,I,轴、,II,轴,，并按此次序进行计算。,1,计算各轴转速,传动装置中，各轴转速计算公式为：,第34页,（,14.7,）,式中：,i,0l,、,i,12,、,i,23,分别为相邻两轴间传动比；,n,m,为电动机满载转速。,第35页,2,计算各轴输入功率,电动机计算功率普通可用电动机所需实际功率,P,d,作为计算依据，则其它各轴输入功率为：,（,14.8,）,式中：,01,、,12,、,23,分别为相邻两轴间传动效率。,第36页,3,计算各轴输入转矩,电动机输出转矩,其它各轴输入转矩为,（,14.9,）,（,14.10,）,第37页,第,15,章传动零件设计计算和轴系零件初步选择,15.1,传动零件设计计算,传动装置零部件包含传动零件、支撑零部件和联接零件，其中对传动装置工作性能、结构布置和尺寸大小起主要决定作用是传动零件，支撑零部件和联接零部件都要依据传动零件要求来设计。所以，普通应先设计传动零件，确定其尺寸、参数、材料和结构，为设计装配草图和零件工作图做准备。,第38页,传动零件包含,V,带传动、链结构、齿轮传动、蜗杆蜗轮传动等，传动零件设计计算方法已在,机械设计,和,机械设计基础,教材中讲述，这里不再重复。,15.2,轴系零件初步选择,轴系零件包含轴、联轴器、滚动轴承等。轴系零件选择步骤以下：,第39页,1,初估轴径,当所计算轴与其它标准件（如电机轴）经过联轴器相连时，可直接按照电机输出轴径或相连联轴器允许直径系列来确定所计算轴直径值。当所计算轴不与其它标准件相连时，轴直径可按扭转强度进行估算。初算轴径还要考虑键槽对轴强度影响，当该段轴截面上有一个键槽时，,d,增大,5,；有两个键槽时，,d,增大,10%,，然后将轴径圆整为标准值。按扭转强度计算出轴径，普通指是传递转矩段最小轴径，但对于中间轴可作为轴承处轴径。,第40页,初估出轴径并不一定是轴真实直径。轴实际直径是多少，还应依据轴详细结构而定，但轴最小直径不能小于轴初估直径。,2,选择联轴器,选择联轴器包含选择联轴器型号和类型。,联轴器类型应依据传动装置要求来选择。在选取电动机轴与减速器高速轴之间连接用联轴器时，因为轴转速较高，为减小起动载荷、缓解冲击，应选取含有较小转动惯量和有弹性元件联轴器，如弹性套柱销联轴器等。,第41页,在选取减速器输出轴与工作机之间连接用联轴器时，因为轴转速较低，传递转矩较大，且减速器与工作机常不在同一机座上，要求有较大轴线偏移赔偿，所以常选取承载能力较强无弹性元件挠性联轴器，如鼓形齿式联轴器等。若工作机有振动冲击，为了缓解冲击，防止振动影响减速器内传动件正常工作，可选取有弹性元件联轴器，如弹性柱销联轴器等。,第42页,联轴器型号按计算转矩、轴转速和轴径来选择。要求所选联轴器许用转矩大于计算转矩，还应注意联轴器两端毂孔直径范围与所联接两轴直径大小相适应。,第43页,3,初选滚动轴承,滚动轴承类型应依据所受载荷大小、性质、方向、转速及工作要求进行选择。若只承受径向载荷或主要是径向载荷而轴向载荷较小，轴转速较高，则选择深沟球轴承；若轴承同时承受较大径向力和轴向力，或者需要调整传动件（如锥齿轮、蜗杆蜗轮等）轴向位置，则应选择角接触球轴承或圆锥滚子轴承。因为圆锥滚子轴承装拆方便，价格较低，故应用最多。,第44页,依据初步计算轴径，考虑轴上零件轴向定位和固定要求，预计出装轴承处轴径，再选取轴承直径系列，这么就可初步定出滚动轴承型号。,第45页,设计实例,例题,17-1,设计某工厂螺旋输送机传动装置。,设计原始数据：输送物料为面粉，输送机螺旋直径,D,=0.3m,螺距,p,=0.24m,，主轴转速,n,=90r/min,，连续单向运转，水平输送长度,L,=40m,，载荷变动小，三班制，使用期限,10,年。,解：,（一）输送机输送量及功率计算,1,输送量计算,第46页,按式（,17-1),计算输送量：,Q,=47,D,2,pn,C,式中，,D,=0.3m,，,p,=0.24m,，,n,=90r/min,。,由表,17-3,，取,=0.6,10,4,N/m,3,；由表,17-2,取,=0.36,；由表,17-4,，因,=0,，取,C,=1.0,。,代入各数值得,Q,=20,10,4,N/h,2,计算功率,按式（,17-2),计算输送机主轴上所需功率,第47页,式中，,Q,=20,l0,4,N/h,。,由表,17-5,取,0,=1.2,；,L,1,=,L,=40m,；,H,=0,。,代入各数值得,P,w,=2.61 kW,（二）传动装置总体设计,1,确定传动方案,第48页,图,17-2,螺旋输送机传动装置简图,1-,电动机；,2-V,带传动；,3-,单级圆柱齿轮减,速器；,4-,联轴器；,5-,螺旋输送器,第49页,本传动装置采取普通,V,带传动和单级圆柱齿轮减速器，其传动装置如图,17-2,所表示。,2,选择电动机,（,1),选择电动机类型,按工作条件和要求，选取,Y,系列三相异步电动机。,(2,）选择电动机功率,按式（,17-3),计算电动机所需功率,第50页,式中，取,k=1.3,；,P,w,=2.61kW,；传动装置总效率,l,、,2,、,3,、,4,分别为,V,带传动、齿轮传动、滚动轴承、十字滑块联轴器效率。由表,A.7,，取,1,=0.96,；,2,=0.97,；,3,=0.99,；,4,=0.97,。故,第51页,查表,K.1,，选取电动机额定功率,P,ed,=4kW,。,（,3),选择电动机转速,依据输送机主轴转速,n,及相关机械传动惯用传动比范围（见表,A.6,），取普通,V,带传动传动比,i,1,=24,，单级圆柱齿轮减速器传动比,i,2,=36,，可计算电动机转速合理范围为,第52页,查表,K.1,，符合这一范围电动机同时转速有,750,、,1000,1500,和,3000r/min,四种，现选取同时转速,1500r/min,满载转速,n,m,=1440r/min,电动机，由表,K.2,查得其型号和主要数据以下：,第53页,3.,确定传动装置总传动比及其分配,传动装置总传动比,取,V,带传动比,i,1,=3.2,则单级圆柱齿轮减速器传动比为,第54页,4,计算传动装置运动和动力参数,（,1),计算各轴输入功率,电动机轴,轴,I,（减速器,高速轴）,轴,II,（减速器,低速轴）,第55页,（,2,）计算各轴转速,电动机轴,轴,I,轴,II,第56页,（,3,）计算各轴转矩,电动机轴,轴,I,轴,II,第57页,把上述计算结果列于下表：,三）传动零件设计计算,1,普通,V,带传动设计计算,普通,V,带传动设计计算可参考教材中对应内容。,V,带轮结构如图,17-3,所表示。,第58页,图,17-3 V,带轮结构图,第59页,2,齿轮传动设计,（,1),选择齿轮类型、材料、精度及参数,选取斜齿圆柱齿轮传动。,选择齿轮材料；选取小齿轮材料为,45,号钢，调质，,HBS,1,=230,；大齿轮材料为,ZG310-570,，正火，,HBS,2,=190,。,选取齿轮为,8,级精度（,GB 10095-1988,）。,选小齿轮齿数,z,1,=23,，大齿轮齿数,z,2,=,uz,1,=,i,2,z,1,=5,23=115,。,初选螺旋角,=12,。,第60页,(2,）按齿面接触疲劳强度设计,(3),校核齿根弯曲疲劳强度,齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算请参阅教材内容。,(4,）齿轮传动几何尺寸计算（略）,(5),齿轮结构设计,小齿轮采取齿轮轴结构，大齿轮采取辐板式结构。,大齿轮结构如图,17-4,所表示。,第61页,图,17-4,大齿轮结构图,第62页,四）减速器铸造箱体主要结构尺寸。,按表,16.6,经验公式计算，其结果列于下表：,第63页,（五）轴设计,1,高速轴设计,（,1),选择轴材料,选取,45,号钢，调质，,HBS=230,。,(2,）初步估算轴最小直径,依据教材公式，取,A,0,=110,，得,第64页,(3),轴结构设计，初定轴径及轴向尺寸,考虑带轮结构要求及轴刚度，取装带轮处轴径,d,min,=30mm,，按轴结构要求，取轴承处轴径,d=40mm,，轴装配草图如图,17-5,。,第65页,图,17-5,轴装配草图,第66页,两轴承支点间距离为,式中,B,1,小齿轮齿宽，,B,1,=65mm,；,1,箱体内壁与小齿轮端面间隙，,1,=12mm;,2,箱体内壁至轴承端面距离，取,2,=10mm;B,轴承宽度，初选,6308,型深沟球轴承，查表,13-3,得,B,=23mm,。,第67页,代入上式得,带轮对称线至轴承支点距离为,式中,l,2,轴承盖高度，,第68页,t,-,轴承盖凸缘厚度，,t,=1.2d,4,=1.2,8,l0mm,；,k,-,轴承盖,M8,螺栓头高度，查表得,k,=5.6mm,；,l,3,螺栓头端面至带轮端面距离，取,l,3,=15mm,；,B,3,带轮宽度，,B,3,=65mm,。,代入上式得,第69页,(4,）按弯扭合成应力校核轴强度,绘出轴计算简图,轴计算简图如图,17-6a,所表示。,计算作用在轴上力,小齿轮受力分析,圆周力,径向力,第70页,轴向力,带传动作用在轴上压力,Q=1147 N,计算支反力,水平面,第71页,垂直面,作弯矩图,水平面弯矩,第72页,第73页,第74页,垂直面弯矩,第75页,合成弯矩,作转矩图,第76页,作计算弯矩图,当扭转剪应力为脉动循环变应力时，取系数,a=0.6,，则,第77页,按弯扭合成应力校核轴强度,轴材料为,45,号钢，调质，查表得拉伸强度极限,B,=650MPa,，对称循环变应力时许用应力,-1,b,=60MPa,。,由计算弯矩图可见，,A,剖面计算弯矩最大，该处计算应力为,第78页,D,剖面轴径最小，该处计算应力为,(5),准确校核轴疲劳强度（略）。,(6,）轴结构图如图,17-7,所表示。,2,低速轴设计（从略）。,第79页,图,17-7,高速轴结构图,第80页,（六）滚动轴承选择和计算,滚动轴承选择和计算见教材对应内容。,（七）键联接选择和强度校核,1,高速轴与,V,带轮用键联接,（,1),选取单圆头普通平键（,C,型）,按轴径,d=30mm,及轮载长,B,3,=65mm,，查表,10-1,选键,C8,63(GB/T 1096-1979,）。,第81页,（,2,）强度校核,键材料选取,45,号钢，,V,带轮材料为铸铁，查表得键联接许用应力,p,=5060MPa,，键工作长度,l,=L-b/2=63-8/2=59mm,，,k=h/2=7/2=3.5mm,。,挤压应力,安全。,第82页,2,低速轴与齿轮用键联接,（,1),选取圆头普通平键（,A,型）,按轴径,d=55mm,及轮毅长,B,2,=66mm,，查表,10-1,选键,16,50,（,GB/T 1096-1979,）。,（,2,）强度校核,键材料选取,45,号钢，齿轮材料为铸钢，查表得许用应力,p,=100-120MPa,，键工作长度,l=L-b=56-16=40mm,，,k=h/2=10/2=5mm,。,挤压应力,第83页,安全。,3,低速轴与联轴器用键联接（从略）,第84页,（八）联轴器选择和计算,联轴器计算转矩,T,ca,=K,A,T,II,查表取工作情况系数,K,A,=1.5,，因前面在计算电动机功率时已考虑功率备用系数,1.3,，故计算转矩为,依据工作条件，选取十字滑块联轴器，查表,15-4,得十字滑块联轴器许用转矩,T=500N,m,，许用转速,n=250r/min,，配合轴径,d=40mm,，配合长度,L,1,=70mm,。,第85页,（九）减速器润滑,齿轮传动圆周速度,v,为,因,v12m/s,，所以采取浸油润滑，由表,14-1,，选取,L-AN68,全损耗系统用油（,GB 443-1989,），大齿轮浸入油中深度约为,1-2,个齿高，但不应少于,l0mm,。,第86页,对轴承润滑，因,v2m/s,，采取脂润滑，由表,14-2,选取钙基润滑脂,L-XAANIHA2(GB 491-1987),，只需填充轴承空间,1/31/2,并在轴承内侧设挡油环，使油池中油不能进入轴承以致稀释润滑脂。,（十）绘制装配图及零件工作图,减速器装配图和零件工作图参考附录参考图例，这里从略。,第87页,17.4,编写设计计算说明书,设计计算说明书是设计过程总结，是图纸设计理论依据，也是审核设计技术文件,之一，故它是设计工作一个组成部分。,1,说明书内容,编写说明书主要内容以下：,第88页,(1,）目录（标题和页码）。,（,2,）设计任务书。,（,3),传动装置总体设计：,确定传动方案；,选择电动机；,确定传动装置总传动比及其分配；,计算传动装置运动及动力参数。,（,4),设计计算传动零件。,（,5,）设计计算箱体结构尺寸。,第89页,（,6),设计计算轴。,（,7),选择滚动轴承及寿命计算。,（,8,）选择和校核键联接。,（,9,）选择联轴器。,（,10,）选择润滑方式、润滑剂牌号及密封件。,（,11),设计小结（包含对课程设计心得、体会、设计优缺点及改进意见等）。,（,12),参考资料（包含资料编号、作者、书名、出版单位和出版年月）。,第90页,第91页,
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