西华大学游梁抽油机课程设计示例.doc

课程设计说明书 课 程 名 称: 机械设计课程设计 课 程 代 码: 6003479 题 目: 带式运送机的减速 传动装置设计 学 生 姓 名: 学 号: 年级/专业/班: 机制11 -1 学院(直属系) : 机 械 工 程 学 院 指 导 教 师: 秦 小 屿 一、 传动方案的拟定对于本机器，初步选择原动机为三相异步电动机，根据任务书规定，规定本机器承载速度范围大、传动比恒定、外轮廓尺寸小、工作可靠、效率高、寿命长。根据参考书第7页常见机械传动的重要性能满足圆柱齿轮的船东规定。对圆柱齿轮传动，为了使尺寸和重量更小，当减速比i8时，建议采用二级以上的传动方式。根据参考书第7页常见机械传动的重要性能，二级齿轮减速器传动比范围为：i=840，满足规定。根据工作条件和原始数据可选择展开二级圆柱齿轮传动。由于此方案可靠、传动效率高、维护方便、环境适应性好，但是也有缺陷，就是宽度过大。其中选用斜齿圆柱齿轮，由于斜齿圆柱齿轮兼有传动平稳和成本低的特点，同时选用展开式可以有效的减小横向尺寸。在没有特殊规定的情况下，一般采用减速器。为了便于装配，齿轮减速器的机体采用沿齿轮轴线水平剖分的结构。综上所述，传动方案总体布局如图一所示：图一1- 电动机 ，2-弹性联轴器 ， 3-二级圆柱齿轮 ， 4-高速级齿轮减速器 ， 5-低速级齿轮 ， 6-刚性联轴器 ，7-卷筒 第3章 曲柄摇杆机构设计3.1 设计参数分析与拟定悬点载荷P、抽油杆冲程S和冲次n是抽油机工作的三个重要参数，其中：（1） 悬点指执行系统与抽油杆的联结点；（2） 悬点载荷P（kN）指抽油机工作过程中作用于悬点的载荷；（3） 抽油杆冲程S（m）指抽油杆上下往复运动的最大位移；（4） 冲次n（次/min）指单位时间内柱塞往复运动的次数。本小组为装备10-2班第3小组，根据任务书规定，拟定设计参数如下表1 设计参数上冲程时间下冲程时间冲程S(M)冲次N(次/MIN)悬点载荷P(N)6T/115T/111.412P1=30，P2=15设计规定：抽油杆上冲程时间为6T/11下冲程时间为5T/11，则可推得上冲程曲柄转角为192，下冲程曲柄转角为168。(1) 极位夹角（2）行程规定经查阅资料可知，通常取e/c=1.35 S = e =1.35c(3)最小传动角规定图5 机构运动分析3.2 按K设计曲柄摇杆机构如图所示（1） 任选固定铰链中心D的位置，由摇杆长度和摆角做出摇杆的两个极限位置C1D和C2D。（2） 连接C1 和C2，做C1M垂直于C1 C2。（3） 作，C1N与C1M交于点P，可见（4） 作的外接圆，在此圆周上任取一点A作为曲柄的固定铰链中心连接AC1 和AC2因同弧所对圆周角相等，所以（5） 因极限位置处曲柄与连杆共线，故AC1=b-a，AC1=b+a 从而得到AD=d图6 图解法按K设计四杆机构杆长在限定范围内取、c，计算a、d、b，得曲柄摇杆机构各构件尺寸；取5组数据 表2 图解法设计四杆机构杆长数据数据abcD10.5001.5001.4002.40020.5601.6001.5002.50030.6301.7001.6902.60040.6801.7601.7002.45050.5051.9001.3202.4393.3 曲柄摇杆机构优化设计分析运用Matlab软件进行编程计算和画图，具体程序在附录中。其中通过（3）组数据机构优化设计程序运营得到结果为：图7 运动位移图图8 运动速度图图9 运动加速度图此时满足传动角条件拟定四杆杆长长度为a=0.630;b=1.700;c=1.690;d=2.560;其满足曲柄条件且如图加速度有最小值=0.4575m/悬点上冲程中最大速度为：=0.6511m/s第4章 常规游梁式抽油机传动系统运动和动力参数分析4.1 传动比分派和电动机选择（1）根据工况初采用展开式二级圆柱齿轮减速，联合V型带传动减速，选用三相笼型异步电机 ，封闭式结构，电压380VY型由电机至抽油杆的总传动效率为：其中，分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和四连杆执行机构的传动效率。取0.96，取0.99，取0.97，取0.99，取0.90。（2）预选滚子轴承，8级圆柱斜齿轮，则则电动机所需工作功率（3）根据手册推荐的传动比合理范围，取V带传动的传动比为，二级圆柱齿轮减速器传动比，则总传动比的合理范围为，故电机转速可选范围为（4）选择电动机符合这一范围的同步转速有750，1000 r/min考虑速度太小的电机价格、体积、重量等因素，表3 电机数据表电机型号功率kW满载转速r/min额定转矩最大额矩Y132M1-6410002.02.0Y132M2-65.510002.02.0由于Y123M功率太小，因此综合考虑后，选定电机型号为Y132M2-6（5）拟定传动装置的总传动比和分派传动比分派传动比，初选V带，以致其外廓尺寸不致过大，则减速器传动比为则二级齿轮减速器，高速级，则低速级传动分派如下图所示图10 传动分派示意图4.2 各轴转速计算各轴转速：I轴II轴III轴曲柄转轴4.3各轴扭矩计算电机输入转矩：各轴输出转矩I轴II轴III轴曲柄转轴4.4各轴功率计算计算各轴输入功率：I轴II轴III轴曲柄转轴各轴输出功率分别为输入功率乘轴承效率0.98，则第5章 齿轮减速器设计计算5.1 高速级齿轮传动设计计算5.1.1拟定材料及许用应力选取圆柱斜齿轮硬齿面的组合：小齿轮用40Cr，调质解决，硬度为300,;大齿轮用45钢，硬度为300, ;取，取，；5.1.2按轮齿弯曲强度设计计算齿轮按8级精度制造。取载荷系数，齿宽系数 计算小齿轮传递的转矩初选螺旋角齿数z取，则 齿形系数 查手册可得 由于故应对大齿轮进行弯曲强度计算。 法向模数取。中心距 取拟定螺旋角齿轮分度圆直径取5.1.3验算齿面接触强度安全所以5.1.4齿轮圆周速度选择8级齿轮精度合适。5.2 低速级齿轮传动设计计算5.2.1拟定材料及许用应力选取圆柱斜齿轮齿面的组合：小齿轮用40Cr,调质解决，齿面硬度为300,;大齿轮用45钢，齿面硬度为310,;取，取，；5.2.2按轮齿弯曲强度设计计算齿轮按8级精度制造。取载荷系数，齿宽系数 计算小齿轮传递的转矩初选螺旋角齿数z取，则 查手册可得 由于故应对小齿轮进行弯曲强度计算。 中心距 取齿轮分度圆直径取5.2.3验算齿面接触强度5.2.4齿轮圆周速度选择8级齿轮精度合适。5.3结论及运动简图高速级几何尺寸低速速级几何尺寸图11 齿轮结构示意图第6章 带传动设计计算6.1 带链传动的方案比较链传动是通过链条将具有特殊齿形的积极链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。具有无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作等特点；然而它仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。而带传动是运用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传动。带传动具有结构简朴、传动平稳、能缓冲吸振、可以在大的轴间距和多轴间传递动力，且其造价低廉、不需润滑、维护容易等特点，因此，带传动常合用于大中心距、中小功率、带速v =525m/s，在近代机械传动中应用十分广泛，综合考虑带链传动的优缺陷我们选择带传动。6.2 带传动设计计算（1）计算功率查表，由于载荷变动较大取1.3，P4.48kW故（2）选取V带型号查图选取C型带，小带轮200355mm。查表初选大轮准直径，在允许范围内取（3） 验算带速v 在525m/s之间，故能充足发挥V带的传动能力。（4） 拟定中心距和带的基准长度初定中心距取；符合带长 查表取 实际中心距（4） 验算小带轮包角包角合适（5） 拟定V带的根数因 传动比 i=3.2，由表线性插值得 则 取z=4 根（6） 拟定初拉力F。单根普通V带的初拉力 C带q=0.1kg/m（7） 计算带轮轴所受压力6.3结论及运动简图选取C型V带 中心距 带长 大带轮 小带轮图12 带轮结构简图第7章 轴系部件设计计算7.1 各轴初算轴径III轴：1.选择轴材料 45钢 调质217255HBS2.初算轴径 取C=110 得因键槽影响，故将轴径增长4%5%,取轴径为110mm。7.2 轴的结构设计 图13 I轴结构设计图14 II轴结构设计图15 III轴结构设计7.3滚动轴承寿命验算7.3.1 第三对轴承（1）轴III受力分析齿轮的圆周力 齿轮的径向力（2）计算轴上的支反力经计算得垂直面内 图18 第三对轴承受力分析 水平面内 （3）轴承的校核初选轴承型号为32228轻微冲击，查表得冲击载荷系数 计算轴承A受的径向力轴承B受的径向力计算附加轴向力查表得3000型轴承附加轴向力 查得则 轴承A，轴承B 计算轴承所受轴向载荷由于，即B轴承放松，A轴承压紧由此得 计算当量载荷轴承A , 查得则,轴承B ,查得则轴承寿命计算因，按轴承B计算 查得7.4轴的强度和刚度验算7.4.1 I轴的校核：7.4.1.1弯扭强度校核(1)求垂直面的支承反力：(2)求水平面的支承反力：(3)求F在支点产生的反力：(4)绘制垂直面弯矩图（5）绘制水平面弯矩图图19 弯矩图（6）绘制F力产生的弯矩图（7）求合成弯矩图：考虑最不利的情况，把与直接相加（8）求危险截面当量弯矩：从图可见，m-m处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）（9）计算危险截面处轴的直径由于材料选择调质，查得，则：由于，所以该轴是安全的。7.4.1.2扭转强度校核已知，查得满足规定。7.4.1.3扭转刚度校核已知 满足规定。7.4.2 II轴的校核：7.4.2.1弯扭强度校核(1)求垂直面的支承反力：(2)求水平面的支承反力：(3)绘制垂直面弯矩图（4）绘制水平面弯矩图图20 弯矩图（7）求合成弯矩图：（8）求危险截面当量弯矩：当量弯矩为：（取折合系数）（9）计算危险截面处轴的直径由于材料选择调质，查得，则：由于，所以该轴是安全的。7.4.2.2扭转强度校核已知，查得满足规定。7.4.2.3扭转刚度校核已知 满足规定。7.4.3 III轴的校核：7.4.3.1弯扭强度校核(1)求垂直面的支承反力：(2)求水平面的支承反力：图21 弯矩图(3)绘制垂直面弯矩图（4）绘制水平面弯矩图（5）求合成弯矩图：考虑最不利的情况，把与直接相加（8）求危险截面当量弯矩：从图可见，m-m处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）（9）计算危险截面处轴的直径由于材料选择调质，查得，则：由于，所以该轴是安全的。7.4.3.2扭转强度校核已知，查得满足规定。7.4.3.3扭转刚度校核已知 满足规定。第8章 连接件的选择和计算8.1 齿轮连接平键的选择与计算8.1.1中间轴上的键（1）键的选择选择A型普通平键的键连接（2）键的强度校核键、轴和轮毂的材料都是钢，查得许用挤压应力为=100-120MPa，取=110MPa。 故此键能安全工作。8.1.2 III轴上的键（1）键的选择选择A型普通平键的键连接（2）键的强度校核键、轴和轮毂的材料都是钢，查得许用挤压应力为=100-120MPa，取=110MPa。 故此键能安全工作。8.2 带轮连接平键的选择与计算8.2.1大带轮上的键（1）键的选择查表选择C型普通平键（2）键的强度校核键、轴和轮毂的材料都是钢，由参考资料1中的表6-2查得许用挤压应力为=100-120MPa，取=110MPa。 故此键能安全工作。8.2.2小带轮上的键（1）键的选择查得Y225S-8型电机输出轴直径为60mm故选择A型普通平键（2）键的强度校核键、轴和轮毂的材料都是钢，由参考资料1中的表6-2查得许用挤压应力为=100-120MPa，取=110MPa。8.3螺纹连接件的选择表4 螺纹连接件选择螺纹连接件名称尺寸地脚螺栓直径M24地脚螺栓数目6轴承旁螺栓直径M20机盖与基座连接螺栓直径M12轴承盖螺栓直径M10窥视孔盖螺栓直径M8定位销直径M10 Y系列三相鼠笼式异步电动机电动机传动装置的运动和动力参数计算公式及有关数据皆引自1第1220页电动机型号为Y112M-2 kWkWkWkWkW；kW；kW。T齿轮的计算公式及有关数据和图表皆引自2第189208页齿轮材料：40 Cr并经调质及表面淬火小齿轮50HRC大齿轮50HRC =46.365mm. ;=303.57=238.86齿轮的计算公式及有关数据和图表皆引自2第189208页齿轮材料：40 Cr并经调质及表面淬火小齿轮50HRC大齿轮50HRC 97.335mm ；=303.57=238.86轴的计算公式及有关数据和图表皆引自2第355365页联轴器型号LH2深沟球轴承6206此键安全，此键安全此轴承满足规定二、 技术规定1 装配前，所有零件用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，机体内不允许有任何杂物存在。内壁涂上不被机油浸蚀的涂料两次；2 啮合侧隙用铅丝检查不小于0.16mm，铅丝不得大于最小侧隙的四倍；3 用涂色法检查斑点。按齿高接触斑点不小于40；按齿长接触斑点不小于50。必要时可用研磨或刮后研磨以便改善如接触情况；4 应调整轴承轴向间隙：40为0.040.07 mm， 60为0.050.1 mm；5 检查减速器剖分面、各接触面及密封处，均不允许漏油。剖分面允许涂以密封油漆或水玻璃，不允许使用任何填料；6 机座内HJ50润滑油至规定高度，半年内换一次；润滑脂填入量不得超过轴承空隙体积的2/3；齿轮减速器用50号机械油润滑；表面涂灰色油漆。总结通过本次的设计培养了自己理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计和有关先修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识；通过制定设计方案，合理选择传动机构和零件类型，对的计算零件工作能力、拟定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等规定，之后进行结构设计，达成了解和掌握机械零件、机械传动装置或简朴机械的设计过程和方法；通过本次设计，训练了设计的基本技能，如：计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册，图册、标准和规范）以及使用经验数据、进行经验估算和解决数据的能力。通过本次设计注意到了强度计算与结构、工艺等规定的关系；标准在设计中的重要性；结构与工艺的关系等。参考资料目录1 王昆，何小柏，汪信远主编。机械设计课程设计。1995年12月第一版。北京：高等教育出版社，20232 濮良贵，纪名刚主编。机械设计（第七版）。2023年6月第七版。北京：高等教育出版社，20233 周明衡主编。减速器选用手册。2023年6月第一版。北京：化学工业出版社，20234 刘朝儒，彭福荫，高治一编。机械制图（第四版）。2023年8月第四版。北京：高等教育出版社，20235 张琳娜主编。精度设计与质量控制基础。1997年2月第一版。北京：中国计量出版社，20236 刘洪文主编。材料力学（第四版）。北京：高等教育出版社