机械设计基础专业课程设计范文.doc

机械设计基本课程设计计算阐明书设计题目：一级圆柱齿轮减速器学院：材料学院班级：冶金0901学号： 设计者： 夏裕翔指引教师：姜勇日期： 7月目录一设计任务书3二传动系统方案拟定3三电动机选取3四传动比分派4五传动系统运动和动力参数计算5六传动零件设计计算6七减速器轴设计11八轴承选取与校核18九键选取与校核19十联轴器选取22十一减速器润滑方式，润滑剂及密封装置22十二箱体构造设计23十三参照文献26 计算及阐明 成果一、设计任务书1、设计任务 设计带式输送机传动系统，采用带传动和一级圆柱齿轮减速器。2、 原始数据 输送带轴所需扭矩 =1050Nm 输送带工作速度 =0.8m/s 输送带滚筒直径 =380mm 减速器设计寿命为8年（两班制），大修期限四年。3、 工作条件 两班制工作，空载起动载荷平稳，常温下持续（单向）运转，工作环境多尘；三相交流电源，电压为380/220V。二、 传动系统方案拟定带式输送机传动系统方案如图所示：（画方案图）带式输送机由电动机驱动。电动机1将动力传到带传动2，再由带传动传入一级减速器3，再经联轴器4将动力传至输送机滚筒5，带动输送带6工作。传动系统中采用带传动及一级圆柱齿轮减速器，采用直齿圆柱齿轮传动。三、 电动机选取按设计规定及工作条件选用Y系列三相异步电动机，卧式封闭构造，电压380V。 1、电动机功率依照已知条件由计算得知工作机所需有效效率 设：1联轴器效率=0.97； 2闭式圆柱齿轮传动效率=0.99 3V带传动效率=0.96 4对轴承效率=0.99 5输送机滚筒效率=0.96由电动机至运送带传动总效率为 工作机所需电动机总功率 由表所列Y系列三相异步电动机技术数据中可以拟定，满足PmPr条件电动机额定功率Pm应取为5.5KW 计算及阐明 成果 2、电动机转速选取依照已知条件由计算得知输送机滚筒工作转速 额定功率相似同类型电动机，可以有几种转速供选取，如三相异步电动机就有四种惯用同步转速，即、。（电动机空载时才也许达到同步转速，负载时转速都低于同步转速）。电动机转速高，极对数少（相应电动机定子绕组极对数为2、4、6、8），尺寸和质量小，价格也便宜，但会使传动装置传动比加大，结构尺寸偏大，成本也会变高。若选用低转速电动机则相反。普通来说，如无特殊规定，普通选用同步转速为或电动机。 选用同步转速为 电动机，相应于额定功率Pm为5.5KW电动机型号应为Y132M2-6型。关于技术算据及相应算得总传动比为： 电动机型号：Y132M2-6 额定功率：5.5KW 同步转速：1000r/min 满载转速：960r/min 总传动比：23.863 电动机中心高H=132mm，轴伸出某些用于装联轴器段直径和长度分别为 D=38mm和E=80mm。四、 传动比分派带式输送机传动系统总传动比 由传动系统方案，分派各级传动比 五、传动系统运动和动力参数计算传动装置从电动机到工作机有三轴，分别为、轴，传动系统各轴转速、功率和转矩计算如下： 轴（电动机轴）： 计算及阐明 成果 轴（减速器高速轴） 轴（减速器低速轴） 轴（输送机滚筒轴） 计算及阐明 成果将计算成果和传动比及传动效率汇总如表11 轴号电动机带传动圆柱齿轮传动工作机轴轴轴轴转速n(r/min)96019240.2340.23功率P5.154.9444.8464.65 (kw)转矩T51.23245.911150.371103.84(Nm)传动比i54.77261传动效率0.960.98010.9603六、传动零件设计计算传动装置中除减速器外，普通先设计减速器外部传动零件。 1、V带传动 已知条件：原动机种类和所需传递功率（或转矩）、转速、传动比、工作条件 和尺寸限制等。 设计计算重要内容：拟定带种类、选取带型号、选取小带轮直径、大带轮直径、 中心距、带长度、带根数、初拉力F0和作用在轴上载荷FQ。 计算功率Pc 由表8-3查得=1.2,故 选用V带型号 依照Pc=6.6KW和小带轮转速,由图8-10可知，工作点处在B、C 型相邻区之间，可取B型和C型分别计算，最后择优选用。现取B型带。 小轮基准直径和大轮基准直径 计算及阐明 成果 但愿构造紧凑，由表6-4并参照表8-2a，取=140mm，选用，则大轮 基准直径 由表6-4取=710mm。此时从动轮实际转速 转速误差 适当 验算带速 适当 初定中心距 因 先依照构造规定，取=800mm。 初算带基准长度L0 由表8-1，选用带基准长度Ld=3150mm。 实际中心距中心距a可调节，则 计算及阐明 成果 小带轮包角 ，能满足规定。 单根V带所能传递功率依照和查表8-2a，用插值法求得Po=2.1KW。 单根V带传递功率增量已知B型V带，小带轮转速，传动比 查表8-2b得：=0.29KW。 计算V带根数 由表8-5查得K=0.90；由表8-6查得KL=1.07，故 取z=3根。所采用V带为B-31503 作用在带轮轴上力由式（8-17）求单根V带张紧力 查表8-8得 故 计算及阐明 成果 因此作用在轴上力为 2、齿轮设计 齿根弯曲强度计算 拟定作用在小齿轮上转矩T1 选取齿轮材料、拟定许用弯曲应力， 依照工作规定，采用齿面硬度 350HBS。 小齿轮选用合金钢，渗碳淬火为60HRC； 大齿轮选用碳素钢，表面淬火50HRC。 大齿轮=23HRC=1380MPa 小齿轮=500+11HRC=1050MPa 选取齿宽系数：查书P185得=0.4。 拟定载荷系数K ：查书P183得K=1.8 计算中心距a 选取齿数并拟定模数 取 取原则模数（表9-1）， 齿轮几何尺寸计算 小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径 计算及阐明 成果 大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径 中心距 大齿轮宽度 小齿轮宽度 因小齿轮齿面硬度高，为补偿装配误差，避免工作时在大齿 轮齿面上导致压痕，普通比宽些，取 拟定齿轮精度级别 齿轮圆周速度 依照工作规定及圆周速度，由书P172表9-3选用8级精度。 轮齿接触强度验算 拟定许用接触应力 依照表9-5查得 =500-11HRC=1050MPa =1423HRC=1380MPa 验算弯曲应力 H1=969.4Mpa H2=467.8Mpa ，安全。 计算及阐明 七、减速器轴设计 1、减速器高速轴设计 （1）轴材料及热解决：选用45钢，正火解决，由书P259表12-1得： 毛坯直径100mm，硬度241HBS,抗拉强度MPa,屈服强 度MPa,弯曲疲劳极限MPa （2）初算轴最小直径，并进行初步构造设计： 由书P261表12-2查得C=118107。 取 =32mm，,最小直径还要符合相配零件孔径（此处是V 带轮）原则尺寸，在此处开一键槽，因此d=1.0332mm=32.96mm， 取d=33mm。 （3）拟定轴各段直径：采用阶梯轴，尺寸按由小到大，由两端到中 央顺序拟定 A外伸端（与V带轮相连）：取最小直径=40mm； BV带轮定位轴肩高H=0.08=3.2mm,故=+2H=46.4mm； C安装两滚动轴承处轴颈直径为=50mm； D要固定齿轮，需要安装一种套筒，取内径，外 径为60mm； E为便于齿轮安装，取齿轮轮毂与轴配合处直径d5=d3+2=52mm； 计算及阐明 取60mm。 F考虑轴承固定规定，取轴环直径； G。 （4）选取轴承类型： 由上述一系列直径，查手册P66表6-1得：轴承代号为6310。, 基本尺寸d=50mm,D=110mm，B=27mm。 安装尺寸。 基本额定动载荷，基本额定静载荷 （5）轴承盖设计： 带有密封件轴承盖，轴承外径D=72mm，取；即M8 时， （6）轴各段长度设计： A.箱盖壁厚，故 mm； B.箱体内壁与大齿轮顶圆应留有空隙,取 ； C.箱体内壁与小齿轮端面应留有空隙=8mm，故取； D.由于内壁至轴承座端面距离,查手册P161 表11-2得： E.依照，查手册P17表1-29得：外伸轴长度 F.轴承宽度B=27mm， 计算及阐明 成果 G. ，5mm为套筒宽度； H.小齿轮宽度，故取 I.查手册P17表1-31得轴环宽度，取 （7）挡油环 因此轴承采用脂润滑，需要挡油环。取 （8）轴强度校核 按弯矩，扭矩合成强度计算轴计算简图如附图1所示： A决定作用在轴上载荷： 圆周力（d为小齿轮节圆直径） 径向力（为啮合角） B决定支点反作用力及弯曲力矩： 支承反力 截面I-I弯曲力矩 支承反力 截面I-I弯曲力矩 合成弯矩 轴上转矩,画出轴当量弯矩图，如附图2所示。 从图中可以判断截面I-I弯矩值最大，而截面承受纯扭，故校 核这两个截面。 计算及阐明 成果 C计算截面I-I与直径： 已知轴材料为45钢，正火，其；查书P262表 12-3得：，。则 截面I-I处当量弯矩 轴截面-处当量弯矩 故轴截面I-I处直径 由于在截面I-I处有一键槽，因此轴直径要增长3%，即为38.9mm。 轴截面直径 由于在截面处有一键槽，因此轴直径要增长3%，即为30.5mm 前面取，故强度适当。 2、减速器低速轴设计 （1）轴材料及热解决：选用45钢，正火解决，由书P259表12-1 得：毛胚直径100mm，硬度241HBS,抗拉强度MPa, 屈服强度MPa,弯曲疲劳极限MPa （2）初算轴最小直径，并进行初步构造设计： 由书P261表12-2查得C=118107。 计算及阐明 取 =55mm，,最小直径还要符合相配零件孔径（此处是 联轴器）原则尺寸，在此处开一键槽，因此d=1.0355mm=57.75mm， 取d=60mm。 （3）拟定轴各段直径：采用阶梯轴，尺寸按由小到大，由两端到中 央顺序拟定 A外伸端（与V带轮相连）：取最小直径=63mm； BV带轮定位轴肩高H=0.08=5.04mm,故=+2H=73.08mm，取 74mm； C安装两滚动轴承处轴颈直径为=75mm； D要固定齿轮，需要安装一种套筒，取内径，外 径为90mm； E为便于齿轮安装，取齿轮轮毂与轴配合处直径d5=d3+2=77mm； F考虑轴承固定规定，取轴环直径； 取91mm。 G。 （4）选取轴承类型： 由上述一系列直径，查手册P66表6-1得：轴承代号为6315。, 基本尺寸d=75mm,D=160mm，B=37mm。 安装尺寸。 基本额定动载荷，基本额定静载荷 （5）轴承盖设计： 带有密封件轴承盖，轴承外径D=160mm，取；即 M12. 时， （6）轴各段长度设计： A.箱盖壁厚， 计算及阐明 故mm； B.箱体内壁与大齿轮顶圆应留有空隙,取 ； C.箱体内壁与小齿轮端面应留有空隙=8mm，故取； D.由于内壁至轴承座端面距离,查手册P161 表11-2得： E.依照，查手册P17表1-29得：外伸轴长度 F.轴承宽度B=37mm 则 G. ，8mm为套筒宽度； H.大齿轮宽度，故取 I.查手册P17表1-31得轴环宽度，取 J. （7）挡油环 因此轴承采用脂润滑，需要挡油环。取 （8）轴强度校核 按弯矩，扭矩合成强度计算轴计算简图如附图1所示： A决定作用在轴上载荷： 圆周力（d为大齿轮节圆直径） 径向力（为啮合角） 计算及阐明 成果 B决定支点反作用力及弯曲力矩： 支承反力 截面I-I弯曲力矩 支承反力 截面I-I弯曲力矩 合成弯矩 轴上转矩,轴当量弯矩图同高速轴，同理可以 判断截面I-I弯矩值最大，而截面承受纯扭，故校核这两个截 面。 C计算截面I-I与直径： 已知轴材料为45钢，正火，其；查书P262表 12-3得：，。则 截面I-I处当量弯矩 轴截面-处当量弯矩 故轴截面I-I处直径 由于在截面I-I处有一键槽，因此轴直径要增长3%，即为53mm。 前面取，故强度适当。 计算及阐明 成果 轴截面直径 由于在截面处有一键槽，因此轴直径要增长3%，即为51.975mm 前面取，故强度适当。八、轴承选取与校核 1、高速轴轴承校核 （1）前面已选取代号为60310深沟球轴承 基本尺寸d=50mm,D=110mm，B=27mm。 安装尺寸。 基本额定动载荷，基本额定静载荷 （2）计算当量动载荷： 径向载荷 轴向载荷 由于，因此查书P298表13-7得 又由于,因此查书P298表13-7得 依照轴承工作状况，查书P299表13-8得载荷系数 当量载荷 （3）计算必须额定动载荷： （4）求轴承寿命： 故所选轴承满足规定。 计算及阐明 2、低速轴轴承校核 （1）前面已选取代号为60314深沟球轴承 基本尺寸d=75mm,D=160mm，B=37mm。 安装尺寸。 基本额定动载荷，基本额定静载荷 （2）计算当量动载荷： 径向载荷 轴向载荷 由于，因此查书P298表13-7得 又由于,因此查书P298表13-7得 依照轴承工作状况，查书P299表13-8得载荷系数 当量载荷 （3）计算必须额定动载荷： （4）求轴承寿命： 故所选轴承满足规定。九、 键选取与校核 1、高速轴与带轮连接键 （1）选取键类型和基本尺寸 普通8级以上精度尺寸齿轮有定心精度规定，应用平键. 依照d=40mm,查手册P53表4-1得b=12mm,h=8mm， ，依照键原则长度，选取 轴=5mm，毂=3.3mm，R=b/2=6mm。 计算及阐明 成果 （2）校核键联接强度 工作长度=60-12=48mm 由书P105公式（7-20）验算键挤压强度： 由书P105公式（7-21）验算键剪切强度： 由书P106表7-3查得不动连接45钢,载荷平稳,=125150MPa, 且=120MPa 由于,因此所选键符合条件。 取键标记为：12845AGB/T 1096- 2、高速轴与小齿轮连接键 （1）选取键类型和基本尺寸 普通8级以上精度尺寸齿轮有定心精度规定，应用平键. 依照d=32mm,查手册P53表4-1得b=16mm,h=10mm， ，依照键原则长度，选取 轴=6.0mm，毂=4.3mm，R=b/2=8mm。 （2）校核键联接强度 工作长度=78-16=62mm 由书P105公式（7-20）验算键挤压强度： 由书P105公式（7-21）验算键剪切强度： 由书P106表7-3查得不动连接45钢,载荷平稳,=125150MPa, 且=120MPa 由于,因此所选键符合条件。 取键标记为：161080AGB/T 1096- 计算及阐明 成果 3、低速轴与大齿轮连接键 （1）选取键类型和基本尺寸 普通8级以上精度尺寸齿轮有定心精度规定，应用平键. 依照d=77mm,查手册P53表4-1得b=22mm,h=14mm， ，依照键原则长度，选取 轴=7.0mm，毂=5.4mm，R=b/2=11mm。 （2）校核键联接强度 工作长度=125-22=103mm 由书P105公式（7-20）验算键挤压强度： 由书P105公式（7-21）验算键剪切强度： 由书P106表7-3查得不动连接45钢,载荷平稳,=125150MPa, 且=120MPa 由于,因此所选键符合条件。 取键标记为：2214110AGB/T 1096- 4、低速轴与联轴器连接键 （1）选取键类型和基本尺寸 普通8级以上精度尺寸齿轮有定心精度规定，应用平键. 依照d=60mm,查手册P53表4-1得b=18mm,h=11mm， ，依照键原则长度，选取 轴=7mm，毂=4.4mm，R=b/2=9mm。 （2）校核键联接强度 工作长度=90-18=72mm 由书P105公式（7-20）验算键挤压强度： 计算及阐明 由书P105公式（7-21）验算键剪切强度： 由书P106表7-3查得不动连接45钢,载荷平稳,=125150MPa, 且=120MPa 由于,因此所选键符合条件。 取键标记为：181190AGB/T 1096-十、 联轴器选取 联轴器重要是用来连接两轴，传递运动和转矩部件，也可以用于轴和其他零 件连接以及两个零件（如齿轮和齿轮）互相连接。 1、类型选取：为了隔离振动和冲击，选用弹性柱销联轴器 2、载荷计算： 考虑机器启动时惯性力及过载等影响，在选取和校核联轴器时，应以计算转 矩为依照。 前面已经求得公称转矩： 查书P313表14-1,选用Ka=1.8 转矩 查手册P97表8-5,选LT10型弹性套柱销联轴器,公称转矩为Nm,许用 转速为2300r/min。前面已经求得公称转矩： 查书P313表14-1,选用Ka=1.7 转矩 查手册P97表8-5,选LT7型弹性套柱销联轴器,公称转矩为500Nm,许用 转速为3600r/min。 十一、减速器润滑方式，润滑剂及密封装置 1、润滑剂及润滑方式：润滑目在于减少磨损，减少摩擦损失及发热，以保 证减速器正常工作。对于一级圆柱齿轮减速器：(1) 由于转速较低，因而减速器齿轮需要采用浸油润滑,浸油深度为大齿轮齿顶圆到油池底面距离不不大于3050mm。由手册P85表7-1选全损耗系统用油（GB 443-1989），代号为L-AN15，40时运动黏度为13.516.5，倾点-5闪点（开口）150，此油重要用于小型机床齿轮箱，传动装置轴承，中小型电机以及风动电具等。(2) 由于大齿轮圆周速度.因此减速器滚动轴承可以用润滑脂润滑，由手册P86表7-2选用通用锂基润滑脂(GB 7324-1994),代号为ZL-1,滴点不低于170，有良好耐热性和耐水性。合用于温度在-20120范畴内各种机械滚动轴承,滑动轴承及其她摩擦部位润滑 计算及阐明 2、密封性是为了保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够宽度，联接表面应精细，其表面粗度应为6.3。密封表面要通过刮研。并且，凸缘联接螺柱之间距离不适当太大，并匀均布置，保证某些面处密封性。 当轴伸出机体外面时，轴承端盖通孔处必要有可靠密封装置，以防止润滑剂泄漏及灰尘，水分进入轴承。此设计中选用毡圈油封，材料为粗羊毛。 (1) 由于高速轴中，查取手册P90表7-12 毡圈油封基本尺寸为 槽基本尺寸为 （2） 由于低速轴中，查取手册P90表7-12 毡圈油封基本尺寸为 槽基本尺寸为 十二、箱体构造设计减速器箱体采用灰铸铁（HT200）制成，采用剖分式构造为了保证齿轮啮合质量，大某些端盖分机体采用配合. 1. 箱体自身须有足够刚性，以免箱体在内力或外力作用下产生过大变形。为了增 加减速器刚性以及散热面积，箱体上外常加有外肋。为了便于安装，箱体普通做成 剖分式，箱盖与底座剖分面应与齿轮轴线平面重叠。 2. 考虑到机体内零件润滑，密封散热。因其传动件速度较不大于，故采用浸油润滑， 同步为了避免油搅得沉渣溅起，大齿轮顶圆与油底面距离H取40mm；为保证机盖 与机座连接处密封，联接凸缘应有足够宽度，联接表面粗糙度为。3.对附件设计 A窥视孔盖和窥视孔：在机盖顶部开有窥视孔，是为检查齿轮啮合状况及向箱内4而设立。不但能看到传动零件啮合区位置，并有足够空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖，机体上开窥视孔与凸缘一块，便于机械加工出支承盖板表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成。 B油塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其她部件接近一侧，以便放油，平时放油孔用油塞堵住，因而油孔处机体外壁应凸起一块，由机械加工成油塞头部支承面，并加封油圈加以密封。 计算及阐明 C油标：油标位于便于观测减速器油面及油面稳定之处。油尺安顿部位不能太低，以防油溢出.D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，在机盖顶部窥视孔盖上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.E起盖螺钉：起盖螺钉上螺纹长度要不不大于机盖联结凸缘厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.F定位销：为保证剖分式机体轴承座孔加工及装配精度，在机体联结凸缘长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.G吊环及吊钩：吊环是用来提高箱盖，吊钩则是用来提高整个减速器。为了便于揭开箱盖，常在箱盖凸缘上制有两个螺纹孔，拆卸箱盖时用螺钉拧入，即可顶起箱盖。减速器机体构造尺寸如下：名称符号计算公式成果箱座壁厚8箱盖壁厚8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度12