机械设计课程设计设计说明书.docx

目 录机械设计任务书- 0 -一、传动方案的拟定- 1 -二、传动装置的运动和动力参数的计算- 1 -2.1 选择电动机- 1 -2.2 分配传动装置的传动比- 2 -2.3 计算传动装置各轴的运动参数- 3 -三、传动零件的设计计算1- 4 -3.1 高速级斜齿圆柱齿轮传动设计- 4 -3.2 低速级直齿圆柱齿轮传动设计- 7 -四、输出轴的校核计算- 9 -4.1 输出轴的结构设计- 9 -4.2 输出轴的校核计算- 10 -五、滚动轴承的选择及寿命校核- 12 -六、键的选择及键连接的强度校核- 13 -6.1 选择普通圆头平键- 13 -6.2 键连接的挤压强度校核1- 13 -七、联轴器的选择- 13 -7.1 输入轴联轴器的选择- 13 -7.2 输出轴联轴器的选择- 13 -八、齿轮和轴承的润滑方式设计- 13 -8.1 齿轮润滑方式的设计- 13 -8.2 轴承润滑方式的设计- 13 -九、密封方式设计- 14 -十、减速器的附件及其说明- 14 -10.1窥视孔盖和窥视孔- 14 -10.2放油螺塞- 14 -10.3油标指示器- 14 -10.4通气孔- 14 -10.5定位销：- 14 -10.6启盖螺钉- 15 -参考资料- 15 -一、传动方案的拟定图-1 传动方案简图由于传递功率较小，因此采用结构简单、价格便宜、标准化程度较高的齿轮传动，以降低制造成本。传动装置的工作环境为粮库，粉尘较大；减速器的传动比为13，为使其结构简单，采用二级圆柱展开式齿轮减速器，高速级为斜齿轮传动，低速级为直齿轮传动。传动方案简图如图1所示。二、传动装置的运动和动力参数的计算2.1 选择电动机2.1.1 选择电动机类型由设计要求知该装置工作在粮库，轻微震动，故选用增安型防爆系列电机。2.1.2 选择电动机容量工作机的有效功率为从电动机到工作机输出带间总的传动效率为式中，联轴器传动效率，由参考文献2表9.1，； 轴承传动效率，； 齿轮啮合效率，； 卷筒传动效率，。则所需电动机功率：2.1.3 确定电机转速工作机（卷筒）的转速：式中，D传送带卷筒轴直径。由参考文献2表9.2，两级齿轮传动，所以电动机的转速范围为：符合这一范围的同步转速为750 r/min、1000 r/min、1500 r/min三种。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1000 r/min的电动机。根据电动机的类型、容量和转速，由参考文献4，选定电动机型号为YB132S-6（增安型防爆电机），其主要性能如下表所示。表-1 增安型防爆电机YB132S-6性能参数表电动机型号额定功率/kW同步转速（r/min）满载转速(r/min)起动转矩 额定转矩最大转矩 额定转矩YB132S-63.010009602.02.02.2 分配传动装置的传动比总传动比考虑润滑条件，为使两大齿轮直径相近，取，故2.3 计算传动装置各轴的运动参数2.3.1 各轴的转速轴 轴 轴 卷筒轴 2.3.2 各轴的输入功率轴 轴 轴 卷筒轴 2.3.3 各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩轴 轴 轴 卷筒轴 表-2 减速器运动学和动力学参数一览表轴 名输入功率转矩转速传动比效率电机轴2.9429246.8896010.99轴2.9128954.419604.230.96轴2.80117614.802273.020.96轴2.68341095.387510.98卷筒轴2.63334307.5675三、传动零件的设计计算13.1 高速级斜齿圆柱齿轮传动设计3.1.1 齿轮材料、热处理方式和精度等级的选择减速器为一般机械，且传递功率较小，故大小齿轮均选用45号钢，采用软齿面，选用8级精度。由参考文献1表6.2得：为使相互啮合的齿轮接近等强度，小齿轮采用调质处理，平均硬度为236HBW；大齿轮采用正火处理，平均硬度为190HBW。大小齿轮齿面硬度相差46HBW，在3050HBW范围内。3.1.2 初步计算主要传动尺寸闭式软齿面齿轮按齿面接触疲劳强度设计，即式中各参数为：小齿轮传递的转矩， 设计时，因v值未知，不能确定，初取=1.4。由参考文献1表6.6取齿宽系数=1.0，初选螺旋角=12。由参考文献1表6.5查得弹性系数。由参考文献1图8.15选取区域系数 齿数端面重合度：轴面重合度:由参考文献1图6.16查得：=0.84，由图6.26查得螺旋角系数=0.99许用接触应力,由参考文献1图6.29e得接触疲劳极限应力=570MPa =395MPa 小齿轮1与大齿轮2的应力循环次数分别为由参考文献1图6.30查得寿命系数：=1.0, =1.14,取安全系数 故取初算小齿轮1的分度圆直径，得=3.1.3 确定传动尺寸分度圆上的速度为载荷系数式中，使用系数。由参考文献1表6.3知； 动载系数。故由参考文献1图6.7查得 ； 齿向载荷分布系数。由参考文献1图6.11查得齿向载荷分布系数（设轴的刚性较大）； 齿间载荷分配系数。由参考文献1表6.4查得。对进行修正法面模数， 取计算传动尺寸中心距：， 圆整为105mm。螺旋角= 因值与初选值相差较大，故与相关的数值需要修正。修正后的结果为，,，则修正后的模数为 ，仍取其它传动尺寸： ，取，取3.1.4. 齿根弯曲疲劳强度校核式中各参数：值同前，齿宽。计算当量齿数由参考文献1图6.20查得=2.63，=2.2由参考文献1图6.21查得=1.57，=1.85由参考文献1图6.22查得重合度系数=0.719由参考文献1图6.28查得螺旋角系数=0.855 由参考文献1图6.29f查得小齿轮,大齿轮由参考文献1图6.32查得得弯曲疲劳寿命系数:.Y=Y=1.0,取=1.25。 结论：满足齿根弯曲疲劳强度。3.2 低速级直齿圆柱齿轮传动设计3.2.1 齿轮材料、热处理方式和精度等级的选择同3.1.1。3.2.2 初步计算主要传动尺寸闭式软齿面齿轮按齿面接触疲劳强度设计，即式中各参数为：小齿轮传递的转矩，初取载荷系数=1.4。由参考文献1表6.6取齿宽系数=1.0。由参考文献1表6.5查得弹性系数。由图6.15选取区域系数 齿数端面重合度：由参考文献1图6.16查得：=0.872。许用接触应力,由参考文献1图6.29e得接触疲劳极限应力=570MPa =390MPa 小齿轮3与大齿轮4的应力循环次数分别为由参考文献1图6.30查得寿命系数：=1.14,取安全系数 故取初算小齿轮3的分度圆直径，得=3.2.3 确定传动尺寸分度圆上的速度为载荷系数对进行修正故， 取则 ，取，取计算传动尺寸中心距：， 圆整为135mm。采用正变位，则中心距变动系数为，则啮合角为故总变位系数为 由选择变位系数封闭图查得3.2.4. 齿根弯曲疲劳强度校核式中各参数：值同前，齿宽。由参考文献1图6.20查得=2.17，=2.1由参考文献1图6.21查得=1.81，=1.87由参考文献1图6.22查得重合度系数=0.70由参考文献1图6.29f查得小齿轮,大齿轮由参考文献1图6.32查得弯曲疲劳寿命系数:.Y=Y=1.0,取=1.25。 结论：满足齿根弯曲疲劳强度。将各传动件的尺寸列在下表以便查询。表-3 传动件尺寸参数表模数齿数螺旋角节圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿轮12.02143.9147.9138.91齿轮22.089186.09190.09181.09齿轮33.022069.1874.961.68齿轮43.0660201.3206.8193.8四、输出轴的校核计算4.1 输出轴的结构设计4.1.2 选择轴的材料因传递功率不大，且对质量与结构尺寸无特殊要求，故选用45钢并进行调质处理。4.1.2 初算最小直径由前可知，输出轴的输入功率为，故输出轴的最小轴径为该轴段有一键槽，直径加大5%，则 由于该轴段与联轴器相连，输出轴的转速较低，由参考文献2表13.4采用GY型凸缘刚性联轴器GY5，内径38mm，轴段长度为60mm，圆柱形轴孔。4.1.3 轴段结构设计轴段L2与大齿轮轮毂配合，故，轴肩，轴段由联轴器确定，由3.1.1知，。其他尺寸在草图设计第一阶段中经绘图确定：，图-2 输出轴结构设计各段轴长确定以后，轴的支点及力点间的跨距也随之确定下来，为简化计算，取齿轮齿宽中点及轴承宽度中间和联轴器中间为力的作用支点。如图-3所示，则可得跨距，。4.2 输出轴的校核计算4.2.1 当量弯矩图的绘制轴的受力分析圆周力径向力计算支反力轴承1的总的支反力为轴承2的总的支反力为画弯矩图： 合成弯矩为图-3 输出轴受力分析简图4.2.2 输出轴的强度校核计算由图可知，齿轮中点所在轴段的弯矩与扭矩皆最大，故其为危险截面。由参考文献1表9.6可得：抗弯剖面模量抗剪剖面模量弯曲应力扭剪应力对于单向转动的轴，通常转矩按脉动循环处理，故取折合系数，则当量应力为：已知轴的材料为45钢，调制处理，查表得，。显然，故轴的强度满足要求。五、滚动轴承的选择及寿命校核由参考文献2表12.1查6209轴承:。由于轴上配合的为直齿圆柱齿轮，故没有轴向力，故轴承的当量动载荷即为轴承所受的合力，由于,故只需校核左侧轴承即可。计算当量动载荷：轴承在 100C以下工作，查参考文献1表10.10得。载荷变动小，为减速器用轴承，查参考文献1表10.11，得。故轴承的寿命 已知最短使用5年，为2班工作制，则预期寿命 显然，故轴承寿命很充裕。六、键的选择及键连接的强度校核6.1 选择普通圆头平键输出轴上的键的选择按轴颈选取为，键长L由轴颈长度选定为，键的材料为45钢。6.2 键连接的挤压强度校核1由参考文献1表4.1 可知静连接，轻微冲击，轴、毂及键的材料均为45钢，许用挤压应力为，取而 故键连接的强度满足要求。七、联轴器的选择7.1 输入轴联轴器的选择由前可知，输入轴的输入功率为，故输出轴的最小轴颈为该轴段有一键槽，直径加大5%，则 。由参考文献2表13.3 可选得LM4型梅花形弹性联轴器，电机轴颈38mm，输入轴轴颈28mm，轴颈长度为60mm。此时，。7.2 输出轴联轴器的选择由3.1.1 可知输出轴联轴器采用GY型凸缘刚性联轴器GY5，内径38mm，轴段长度为60mm，圆柱形轴孔。八、齿轮和轴承的润滑方式设计8.1 齿轮润滑方式的设计由前可知，齿轮的圆周速度，故宜采用齿轮浸油润滑。大齿轮浸油深度不超过三个全齿高，也不低于10mm，选用SH0357-92中50号润滑油。8.2 轴承润滑方式的设计由前可知，中间级大齿轮的线速度。且由于轴承的速度因数，为了便于密封及维护，故轴承选用脂润滑，且在轴承外添加挡油板。润滑脂牌号选用ZN-3钠基润滑脂。润滑要求每三个月更换一次润滑脂，且每次填充量不超过轴承空间的1/3。九、密封方式设计由于减速器的工作环境为粮库，粉尘较多，故选用密封效果较好的内包骨架橡胶唇形密封圈。由参考文献2表14.5查得输入轴颈密封处选用内包骨架橡胶唇形密封圈B 32 45 8，输出轴颈处选用内包骨架橡胶唇形密封圈B 42 55 8。十、减速器的附件及其说明10.1窥视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到传动零件啮合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与铸造的凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，窥视孔盖用铸铁铸造而成，用M6螺栓紧固。由参考文献2表14.7查得， A=110,B=90，A1=140，B1=120，C=125，C1=80，C2=105，R=5,螺钉尺寸M615螺钉数目为4。10.2放油螺塞放油孔位于油池最底处，并安排在减速器中部，以便放油，放油孔用螺塞堵住，并加纸封油圈加以密封。选用六角螺塞M18（JB/ZQ 4450-1986），油圈 2518 ZB 71-62。10.3油标指示器选取M16的杆式油标。参数如下：表-4 杆式油标尺寸参数表dd1d2d3habcDD1M1641663512852622具体尺寸见参考文献2表14.13。油标位置箱体中部，油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出。10.4通气孔由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡。由于工作环境为粮库，粉尘较多，采用带过滤网的通气器M18，具体尺寸见参考文献2表14.9。10.5定位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一个圆锥定位销，以提高定位精度。选取公称直径为8的圆锥销，采用非对称布置。具体尺寸见参考文献2表11.30圆锥销（GB/T117-2000）。10.6启盖螺钉启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。选取与机盖和机座连接螺栓相同规格的螺栓作为启盖螺栓M10。螺钉杆端部要做成圆柱形或大倒角，以免破坏螺纹。参考资料1 宋宝玉，王黎钦.机械设计.北京：高等教育出版社，2010.52 王连明，宋宝玉.机械设计课程设计4版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.13 王知行，于红英.机械原理.北京：高等教育出版社，2010.54 成大先.机械设计手册.单行本.减（变）速器.电器与电机.北京：化学工业出版社，2004.1