机械设计课程设计带式输送机.doc

目录一、机械设计课程设计任务书.2二、机械设计课程设计说明书 41 传动方案拟定 42 电动机的选择 43 蜗杆蜗轮的设计计算 74轴的设计及验算 135轴承的验算 236键的验算 257联轴器的选择计算 278蜗杆传动的热平衡计算 289润滑和密封说明 2910拆装和调整的说明2911箱体的结构设计3012小结3113参考文献32三、设计图纸附件一 、机械产品设计任务书1、项目介绍1.1工作原理带式输送机是由输送带完成运送机器零、部件的工作。其传动示意图参见图1-1。图1-11.2.传动方案（参考）图1-21.3.工作条件（1）机器功用 由输送带传送机器的零、部件；（2）工作情况 单向运输，载荷较平稳，室内工作，有粉尘，环境温度不超过35C；（3）运动要求 输送带运动速度误差不超过5%；（4）使用寿命 10年，每年350天，每天16小时；（5）动力来源 电力拖动，三相交流，电压380/220V；（6）检修周期 半年小修，二年中修，四年大修；（7）生产规模 中型机械厂，小批量生产。1.4.设计数据（详见表1-1）钢绳拉力钢绳速度卷筒直径178330表1-11.5.涉及主要课程内容：工程力学、机械设计、机械原理、电工电子学、工程图学、机械工程材料、机械设计制造技术基础、创新设计与制作、机械系统设计、虚拟设计与装配1.6.项目实施内容：(1) 完成该项目可行性方案的构思、设计和论证；(2) 完成各主要组成装置的设计和主要零部件的设计校核；(3) 虚拟仿真设计。2机械产品设计的教学目的1、系统地掌握本专业领域的技术理论基础知识，具备机械设计制造及其自动化基础知识，奠定扎实的理论基础；2、掌握本专业必需的制图、计算、实验、测试、文献检索和基本工艺操作等基本技能；3 掌握本专业领域内某个专业方向所必要的专业知识，了解其科学前沿及发展趋势；4 掌握较扎实的自然科学基础，具有初步的科学研究、科技开发及组织管理能力；5 掌握较强的自学能力和创新意识与计算机应用能力，掌握进行机械产品设计、制造及设备控制、生产组织管理的基本能力。二、机械设计课程设计说明书1、传动方案的比较和选择图1-1 1-电动机 2-减速器 3-联轴器 4-滚筒 5-传动带2、电动机的选择2.1电动机的类型的选择电动机的类型根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机2.2电动机功率的选择工作机所需要的有效功率为： =75000.9/1000=6.75Kw为了计算电动机所需要的有效功率，先要确定从电动机到工作机之间的总效率，设分别为凸缘联轴器,涡轮效率,每对轴承效率，滚筒的效率：查得： 则传动装置的总效率为： = 联轴器，蜗杆蜗轮，滚动轴承 电动机所需的功率为：=6.75/0.664=10.17Kw 工作机主轴转速为：选取电动机的额定功率为：11Kw 2.3电动机的选择 选择常用的同步转速为1500r/min和1000r/min两种。2.4根据电动机所需要的功率和同步转速电动机型号为Y132M2-6和Y132S-4型。电动机的数据及总传动比方案号电动机型号额定功率Kw同步转速r/min满载转速r/min1Y160L-61110009702 Y160M-41115001460表2-1由上表1-2可知传动方案2虽然电动机的价格低，但总传动比大，为了能合理地分配传动比，使传动装置结构紧凑，决定选用方案1，即电动机型号为Y160L-6 。 2.5传动比的分配根据表1-2，蜗杆蜗轮的传动比，i=20.882.6电动机装置运动和动力参数的计算2.6.1、各轴的转速计算 轴 轴 2.6.2、各轴的输入功率计算轴 轴 滚筒 2.6.3各轴的输出功率计算轴 轴 滚筒 2.6.4、各轴的输入转矩电动机轴： 轴： 轴： 卷筒： 2.6.5、各轴的输出转矩电动机轴： 轴： 轴： 卷筒： 将上述计算结果列到表1-3中，以供查用；各轴的运动及动力参数轴号功率转矩(Nm)转速(r/min)输入输出输入输出电机轴10.17100.139701轴10.069.8699.0434.33809702轴7.407.251521.221490.3946.456卷轴7.187.041476.01447.2246.456表2-2根据设计要求，蜗杆蜗轮必须满的条件是使用寿命期限为10年（每年工作340天），两班制工作的闭式蜗杆减速器中的普通圆柱蜗杆传动，以知道输入功率为P为11Kw，蜗杆转速=970r/min。3、蜗杆蜗轮的设计计算3.1选择蜗杆传动类型根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。32选择材料根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。3.3按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲强度。由式：传动中心距也由式：3.3.1确定作用在蜗轮上的转矩T2按估取效率，则： T2=1521220N/mm3.3.2确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数；由载荷不均匀、有小冲击选取使用系数；由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数为=1.05。则： 3.3.3确定弹性影响的系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故=。3.3.4确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a的比值/a=0.35,可查得3.3.5确定许用接触应力 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，查得蜗轮的基本许用应力=268MPa。 寿命系数为： 则： = =3.3.6计算中心距 取中心距a=250mm,因i=20.88，取模数m=10mm蜗杆分度圆直径： 。这时,查得接触系数=2.85，因为46.456r/min选用轴孔直径： ，。可选取联轴器轴孔 , 。该联轴器规格如下：主动端：Y型轴孔，A型键槽，,从动端：J型轴孔，A型键槽，,。所以选用GY8型联轴器能满足要求。4.3.4轴的结构设计（1）、拟定轴上的零件的装配方案 因为轴上零件只有一个蜗轮，则应将蜗轮放在两轴承的中间，如此轴的受力比较合理。图4-3蜗轮轴（2）、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)为了满足联轴器的轴向定位要求，根据已经计算的数据可选,12轴段右端需制出一轴肩，故取；联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故12段的长度应比 短，现取 。2)、初步选择滚动轴承。因轴承同时受径向力和轴向力的作用，故选用圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据选，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的圆锥滚子轴承30217，由标准GB/T276-1994查得30217型轴承的尺寸为，右端滚动轴承采用轴肩进行轴定位,取,3)、取安装齿轮处的轴段45 的直径；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d，取h=10mm ，则轴环处的直径。轴环宽度b1.4h，取。4)、轴承端盖的总宽度为（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。故取。 5)、取齿轮距箱体内壁之距a=16mm ，考虑到箱体铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s ，取 s=8mm ，已知滚动轴承宽度 T=30.5mm ，因为此轴上只有一个零件，而且并没有其他零件在任何位置对轴的长度造成影响，则蜗轮应位于中心位置，所以（3）、轴上零件的周向定位蜗轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按蜗轮用A型平键，按,查机械设计手册GB/T 1095-2003和GB/T1096-2003得A型平键截面 ，键槽用键槽铣刀加工，长为，同时为了保证蜗轮与轴配合有良好的对中性，故选取蜗轮轮毂与轴的配合为H7/r6 ；联轴器与轴的联接，用A型平键为，联轴器与轴的配合为H7/n6 。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，选轴的直径尺寸公差为m6 。（4）、确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为 ，各轴肩处的圆角半径均为2mm。4.4、蜗轮轴的校核4.4.1求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值。对于30217型角接触轴承，查得。因此，作简支梁的轴的支承跨距。根据轴的简图作出轴的弯矩图和扭矩图如下图所示。图4-4从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C处的结果列于下载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T表4-34.4.2、按弯扭合成应力来校核轴的强度进行校核时，通常只是校核轴上受最大弯矩和扭矩（即危险截面C）的强度。根据危险截面的形状可求出该危险截面的抗弯截面系数W和抗扭截面系数Wt,由公式： 及得出并取，轴的计算应力为：前已选定轴的材料为45号钢，调质处理，查得。因此，故此轴的各项要求是安全的。因为此轴不是特别重要的，所以此轴不需要精确 校核轴的疲劳强度。至此，蜗轮轴的设计计算已告结束。5、轴承的验算5.1蜗杆轴承的验算5.1.1蜗杆左边的轴承为6014型深沟球轴承，经过上面的分析可得到 查的轴承的有关系数为，则使用寿命为：故该轴承使用合适。5.1.2蜗杆右边为两个圆锥滚子轴承面对面安装的型号为32014型圆锥滚子轴承，查机械设计手册和GB/T299-2008和轴承样本可知其当量动载荷可如下进行计算当 其由上面的计算可以得到则 故 查得1.2，取， 则使用寿命为：故该轴承选用合理5.2蜗轮轴承的验算查得可知30217型轴承的5.2.1、求两轴承受到的径向载荷和将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面（图b）和水平面（图c）两个平面力系。其中：图a中的为通过另加转矩而平移到指向轴线；图b中的亦应通过另加弯矩而平移到作用于轴线上（上述两步转化图中均未画出）。 由力分析可得： 查轴承的有关系数， 。则轴承的派生力为 则轴向当量荷为 则轴承1被压紧，轴承2被放松，故有 5.2.2计算轴承寿命因为 查出径向载荷系数和轴向载荷系数为：对轴承1： 对轴承2： 因轴承运转中有冲击载荷，查得，取。则： 因为，所以按轴承2的受力大小验算（由前面的结果得） 故所选轴承可满足寿命要求。6、键的验算6.1输入轴与电动机轴采用平键连接根据轴径，查GB/T1095-2003和GB/T1096-2003可选用A型平键，得：，。即：键149GB/T1096-2003键和联轴器,蜗杆的材料都是钢，由机械设计手册查的许用应力，取其平均值。键的工作长度：键与联轴器接触高度。由上式得：所以此键强度符合设计要求。6.3输出轴与联接器用平键连接根据轴径，查机械设计课程设计书GB/T1095-2003和GB/T1096-2003可选用A型平键，得：，。即：键2070GB/T1096-2003键和联轴器，轴的材料都是钢，由机械设计手册查的许用应力 ，取其平均值。键的工作长度：键与联轴器接触高度：。由上面的公式得： 所以此键强度符合设计要求。6.3输出轴与蜗轮连接用平键连接根据轴径，查机械设计手册GB/T1096-2003和GB/T1095-2003可选用A型平键，得：，。即：键2514100GB/T1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由机械设计手册查的许用应力，取其平均值。键的工作长度：键与联轴器接触高度： 。 由上式得： 所以此键强度符合设计要求。7联轴器的选择计算7.1与电机输出轴的配合的联轴器7.1.1计算联轴器的计算转距查机械设计手册得小转距、电动机作原动机情况下取7.1.2型号选择根据前面的计算，电机输出轴，选择LT7型号弹性套柱销联轴器。主要参数如下：公称扭距： （满足要求）许用转速： ，因此此联轴器符合要求。轴孔直径轴孔长度7.2与蜗轮轴配合的联轴器7.2.1计算联轴器的计算转距取7.2.2型号选择根据前面的计算，蜗轮输出轴，选择GY8型联轴器，主要参数如下：公称扭距： 许用转速： ，因此此联轴器符合要求。轴孔直径轴孔长度8、蜗杆传动的热平衡计算8.1蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动由于效低，所以工作时发热量大。在闭式传动中，如果产生的热量不能及时散逸，将因油温不断升高而使润滑稀释，从而增大磨擦损失，甚至发生胶合。所以，必须根据单位时间内的发热量和同时间内的散热量平稳衡，以保证油温稳定地处于规定的范围内8.2 验算效率已知；与相对滑动速度有关。 用差值法查得： 代入式中，得大于原估计值，因此不用重算。8.3热平衡核算查得以下计算公式： 所以热平衡合格9.润滑和密封说明9.1润滑说明因为是下置式蜗杆减速器，且其传动的圆周速度，故蜗杆采用浸油润滑，取浸油深度为一个齿高；润滑油使用50号机械润滑油。轴承采用润滑脂润滑，因为轴承转速v1000r /min，所以选择润滑脂的填入量为轴承空隙体积的1/2。9.2密封说明在试运转过程中，所有联接面及轴伸密封处都不允许漏油。剖分面允许涂以密封胶或水玻璃，不允许使用任何碘片。轴伸处密封应涂上润滑脂。10拆装和调整的说明在安装调整滚动轴承时，必须保证一定的轴向游隙，因为游隙大小将影响轴承的正常工作。在安装齿轮或蜗杆蜗轮后，必须保证需要的侧隙及齿面接触斑点，侧隙和接触斑点是由传动精度确定的，可查手册。当传动侧隙及接触斑点不符合精度要求时，可以对齿面进行刮研、跑合或调整传动件的啮合位置。也可调整蜗轮轴垫片，使蜗杆轴心线通过蜗轮中间平面11、箱体的结构设计箱体的大体结构设计名称符号蜗杆减速器尺寸（mm）箱座厚度13箱盖壁厚11箱盖凸缘厚度16.5箱座凸缘厚度19.5箱座底凸缘厚度32.5地脚螺钉直径22地脚螺钉数目n4轴承旁联结螺栓直径16盖与座联结螺栓直径12轴承端盖螺钉直径10、至外箱壁距离22、至凸缘边距离20轴承旁凸台半径20外箱壁至轴承座端面距离52齿轮顶圆（蜗轮外圆）与内箱壁距离15箱盖肋厚10箱座肋厚m1112 小结早在大一的时候我就看着学长每天也是这么忙的在做课程设计，当时我就很不理解，我们专业有这么忙吗？现在我才知道了，原来我们专业是很有意思，能够让人学到很多知识。转眼间，我就大三了，拿到任务书时我是非常的兴奋，当时心里就想一定要把课程设计做好。机械设计课程设计主要分为四个阶段。第一阶段，设计计算阶段。在这一阶段中在老师的开题讲座中，我明白了我们本课程设计要设计什么，那一阶段该干些什么。在设计计算阶段中，我遇到了最大的一个问题就是蜗轮的传动比分配不合理。在这问题直接导致了我重新分配传动比，再次对减速器的各个零件的设计及选用。第二阶段，减速器装配图草图绘制阶段。在这一阶段我们主要要根据我们之前的计算实现在图纸上，要确定箱体的大小，以及各个零件该安装在箱体的那个位置上。在老师的帮助下，我也参考了书籍资料，最终毫不费力的把草图绘制出来了。第三阶段，用CAD绘制装配图和零件图。由于前两个阶段我做的比较仔细所以各个零件的尺寸我很快的就绘制了出来，但是由于工程制图的很多相关知识的遗忘，在绘制标准件和减速器附件时不是很顺利，要不停的去看书和查尺寸。但是经过我废寝忘食的绘制，最后这个难关也被我攻克了。第四阶段，减速器设计说明书的书写。在这一阶段中，由于个零件图和装配图，与我最初的设计计算有一些出入，所以很多数据又进行了再计算。但是当我把说明书在word中体现出来后，文章的排版是一个很繁琐而又复杂的难题，按照老师的版面要求，最后把说明书排成了老师要求的版式。在这个课程设计中，它把我以前所学的独立课程（如：机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械制造基础、工程材料与成型技术基础、互换性与测量技术、机械设计）有机结合了起来。在这过程中我充分的体会到了，这些学科即使相对独立又是密不可分的。通过这次设计把我以前落下的和忘了的知识都补了回来。虽然在设计的工程中我有抱怨，但是我的内心还是想必须要把这个课程设计要做好。所以我每天从早八点到晚上十一点，不是太累的时候，我还做到凌晨的三四点。在这个繁琐又复杂的设计中，我体会到了我们专业需要我们严谨的思维、精确的计算、刻苦的精神。在此设计的过程中，又把我高三的奋斗精神激发了出来。这次课程设计我学到了以前没有学到的知识，体会到了我们专业的伟大，展望出了我们就业前景的美好。设计是一项艰巨的任务，设计是要反复思考、反复修改，设计是要以坚实的知识基础为前提的，设计机械的最终目的是要用于实际生产的，所以任何一个环节都马虎不得，机械设计课程设计让我又重温了一遍学过的机械类课程的知识。经过多次修改，设计的结果还是存在很多问题的，但是体验了机械设计的过程，学会了机械设计的方法，能为以后学习或从事机械设计提供一定的基础。参 考 文 献1 濮良贵，纪名刚.机械设计(第8版). 北京:高等教育出版社出版，20062 濮良贵，纪名刚.机械设计学习指南(第4版). 北京:高等教育出版社出版，20023 秦彦斌，陆品.机械设计（第七版）导教.导学.导考. 西安: 西北工业大学出版社, 2005.24 张宵鹏.机械设计（第八版）同步辅导及习题全解.徐州：中国矿业大学出版社，2007.25 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册(第4版). 北京:高等教育出版社出版,20126 吴宗泽主编.机械设计教程.北京：机械工业出版社，20037 黄平，刘建素，陈扬枝，朱文坚常用机械零件及机构图册北京：化学工业出版社，19998 吴宗泽主编.机械结构设计.北京：机械工业出版社，19889 徐灏主编.机械设计手册（第2版）.北京：机械工业出版社，200010 成大先.机械设计手册（第4版）.北京：化学工业出版社，200211 中国机械设计大典编委会.中国机械设计大典.南昌：江西科学技术出版社，200212 孙垣主编.机械原理（第7版）.北京：高等教育出版社，200613 单辉祖主编.材料力学（第二版）.北京：高扥教育出版社，200514 哈尔滨工业大学理论力学教研室编.理论力学（第7版）.北京：高等教育出版社，200915 廖念钊等编.互换性与技术测量（第五版）.北京：中国计量出版社，200916 马希青等编.机械制图北京：机械工业出版社，2010