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1、 机械设计基础课程设计蚌埠学院 28 2020年4月19日 文档仅供参考 蚌埠学院 目 录 l 设计任务..................................................... 2 电动机的选择计算............................................ 3 传动装置的运动和动力参数计算.............................. 4 传动零件的设计计算.................................
2、 5 齿轮的设计计算................................................ 6 轴的设计计算................................................ 7 减速器高速轴的校核.......................................... 8 减速器高速轴滚动轴承的选择及其寿命计算.................. 9 高速键联接的选择和验算...................................... 10 联轴器的选择..
3、 11 减速器箱体的结构设计................................ 12 润滑与密封.................................................. 13 参考文献..................................................... 14 设计体会........................... ......................... 一
4、 设计任务 1总体布置简图 1—电动机；2—皮带；3—齿轮减速器；4—带式运输机；5—鼓轮；6—联轴器 2 工作情况： 载荷平稳、单向旋转 3 原始数据 鼓轮的扭矩T（N·m）： 鼓轮的直径D（mm）：420 运输带速度V（m/s）：1.7 带速允许偏差（％）：5 使用年限（年）：8 工作制度（班/日）：2每日工作小时数16 4 设计内容 1. 电动机的选择与运动参数计算； 2. 斜齿轮传动设计计算 3. 轴的设计 4. 滚动轴承的选择 5. 键和连轴器的选择与校核； 6. 装配图、零件图的绘制 7. 设计计算说明书的编写
5、5设计任务 a) 减速器总装配图一张 b) 齿轮、轴零件图各一张 c) 设计说明书一份 6 设计进度 1、 第一阶段：总体计算和传动件参数计算 2、 第二阶段：轴与轴系零件的设计 3、 第三阶段：轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 4、 第四阶段：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 二、电动机的选择计算 如图2-1所示的胶带运输带的有效拉力F=5500N，工作速度v=1.7m/s,传动滚动直径D=420mm,载荷平稳，电源为三相交流，空载启动，室内工作有粉尘,使用期限8年。带速允许误差大于-5%且小于5%,试选择电动机。 图2-1 1.选择电动机系
6、列 按工作要求及工作条件选用三相异步电动机,封闭自扇冷式结构,电压为380V,Y系列。 2.选择电动机功率 卷筒所需的有效功率：= (5500X1.7)/1000=9.35kw 传动装置的总效率： V带传动的效率 η带=0.96 闭式齿轮的传动效率 η齿轮=0.97 一对滚动轴承的效率 η轴承=0.98 联轴器的效率 η联轴器=0.99 传动滚筒效率 η滚筒=0.96 传动总效率 η=0.95×0.97×0.982×0.99×0.96=0.83 所需电动机功率 ==9.35/0.83=11.26kw
7、 由表9-39（指导书209页）可选用Y系列三相异步电动机Y180L-6型，额定功率P0 =15kw或选用Y系列三相异步电动机Y160L-4型，额定功率P0 =15kw,均满足P0 > Pr。 3.选取电动机的转速 滚筒转速 ==77.34r/min 根据滚筒所需的功率和转速，可选择功率为15KW，同步转速分别为1500r/min和1000r/min两种型号的电动机。 电动机数据及传动比 方案号 电机型号 额定功率 /KW 同步转速/（r/min） 满载转速/(r/min) 总传动比 1 Y160L-4 15 1500 1460 20.37 2 Y18
8、0L-6 15 1000 970 13.54 经过比较决定选择第2种方案，电动机型号为Y180L-6, 同步转速为1000r/min，所选电动机的数据和安装尺寸如下表 额定功率P0/kw 15 电动机外伸轴直径D/mm 38 满载转速n0（r/min） 970 电动机外伸轴长度E/mm 80 额定扭矩 1.8 电动机中心高H/mm 132 三、传动装置的运动及动力参数计算 1、分配传动比 电动机的满载转数n0=970r/min 总传动比 i总 = n0/nw = 970/77.34=12.54 取i带 =2.5 则减速器的传动比 i齿
9、轮= i总/i带=12.54/2.5=5.016 2、各轴功率、转速和转矩的计算 0轴：即电机轴 P0=Pr=11.26kw n0=970r/min T0=9550×P0/n0=9550X11.26/970=110.86 Ⅰ轴：即减速器高速轴采用带联接传动比i带 =2.5，带传动效率η带=0.96， P1= P0·η01= P0·η带 =11.26×0.96=10.81kw n1= n0/i 01=970/2.5=388r/min T1=9550×P1/n1=9550×11.26/388=275.67 Ⅱ轴：即减速器的低速轴，一对滚动轴承的传动比效率为η轴承=0
10、98 闭式齿轮传动的效率为η齿轮=0.97则η12=0.97=0.980.97=0.95 P=P·η12=10.81×0.95=10.27kw n=n/i=388/5.016=77.35r/min T=9550×P/n=9550×10.27/77.35=1267.98 Ⅲ轴：即传动滚筒轴 η轴承=0.98 η联轴器=0.99 η齿轮=0.97 η23=0.980.990.97=0.94 P=P×η23=10.27×0.94=9.65kw n= n/i=77.35/1=77.35r/min T3=9550×P/n=9550×9.65/77.35
11、1191.44 各轴运动及动力参数 轴序号 功率P/kw 转速n/(r/min) 转矩T/Nm 传动型式 传动比 效率η 0 11.26 970 110.86 V带传动 2.5 0.96 1 10.81 388 275.67 闭式齿轮传动 5.016 0.97 2 10.27 77.35 1267.98 弹性联轴器 1.0 0.99 3 9.65 77.35 1191.44 四、传动零件的设计计算 1、V带传动的设计算 (1)确定设计功率PC , 载荷有轻度冲击， 2班制， =1.2 PC=×P=18k
12、w (2)选取V带的型号 根据PC和n0，因工作点处于B型区，故选B型带。（课本图13-15） (3)确定带轮基准直径、 ①选择小带轮直径 由表10-4（书P214页）确定=140mm ②验算带速V（书P211） V==7.1m/s 在5m/s—25m/s之间，故合乎要求。（书P220） ③确定从动轮基准直径(书P211) =(1-)=2.5×140(1-0.02)=343mm 按表10-5（书215页）取从动轮基准直径为=355mm (4)确定中心距a和带的基准长度Ld ①初定中心a（书P220） 取初定中心距0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)
13、 a=1.8(+)=1.8(140+355)=891mm ②确定带的计算基准长度Ld按式 L=2a+( +)+=2=2572.12 ③由表10-2（书213页）取标准Ld =2500㎜ ④确定实际中心距 =+=891+=855㎜ (5)验算包角 ≈180°-×57.3°=180°-×57.3°=165°＞1200 符合要求 (6)确定带根数z 根据电机的转速n=970和小带轮直径140mm， 由图10-7（书P214页）查得 P=2.2kw ，再由表13-5（书216页）得P=0.3 (i=2.5) 由表13-7（书P217页）查得 K=0.96 由表13-2（书
14、P212页）查得K=1.03 Z===2.20根 取Z=3根 （7）、计算作用于轴上的载荷F 单根V带的初拉力： F0=500(-1)+q=500=686.38N 式中q由表10-1（指导书140页）查得q=0.17Kg/m。 F=2FZ=2686.383=4082.25N （8） 带轮结构设计 带速V30m/s 材料用灰铸铁 用HT150或HT200 <300mm 用腹板式 >300mm 用轮辐式 （9） 带轮轮槽尺寸 由表4-2（指导书224页）得 h=15mm,h=3.5mm,e=19mm,f=11.5mm
15、 Bd=14mm,=7.5mm B=(z -1)e+2f=(3-1)19+211.5=61mm 图4-1 小带轮结构图 图4-2 大带轮结构图 五、齿轮的设计计算： 1.选择齿轮材料精度等级 齿轮减速器为一般机械，小齿轮材料选用45钢，调质处理， 小齿轮45调质,=650MPa,=360Mpa，硬度217～255HB； 大齿轮45正火, =580MPa, =290MPa,硬度162～217HB。 齿轮精度等级为8级. 计算循环次数N N=60nj=603881(836516)=（工作八年，两班制） N==/5.016=2.171
16、0 由表11-5（P171页）取载荷系数S=1.0 由图11-1（书166页）查得 =600Mpa ， =380MPa 计算许用接触应力 = ==600Mpa = ==380Mpa 因 < 计算中取==380MPa 2.按齿面接触强度确定中心距 小轮轮距 T T=9.5510=9.5510(10.81/388)=270000Nm 由表11-3（P169）取得K=1.8，由表11-6（P175）取得=0.8， 由表11-4（P171）取得Z=188.9 a =130.25mm 取中心距a=130.25mm 取小轮齿数=21 则大齿轮数=110 因此=
17、114/21=5.23 计算得到=（5.23-5.016）/5.416=0.04 在正负5%之间，故合理。 模数m=/=6.5mm 齿宽b==104.2 查表4-1（P57），取m=6.5mm =m=136.5mm =m=715mm 圆周速度v=3.14136.5388/601000=2.77m/s 对照表11-2（P168）可知，选用8级精度是合适的。 3验算齿面接触疲劳强度 按电机驱动载荷轻度冲击由表11-3得k=1.25 由图11-2（b）（指导书177页）按8级精度和vZ/100=1.02425/100=0.256m/s得kv=1
18、02 3 校核齿根弯曲疲劳强度 ===360MPa ===240MPa == =48.27MPa<=360 Mpa，安全 ===42.76MPa〈=240Mpa，安全 5.齿轮主要参数及几何尺寸计算 =21 =114 m=6.5mm u=5.428 d1=136.5mm d2=741mm a =438.75mm ha ha* hf c* 六 轴的设计计算 1．减速器高速轴的设计计算 （1）选择轴的材料 轴的材料为45号钢，调质处理 （2）按扭矩初步估算轴端直径 按公式 其中=110—1
19、60，取=110 = 考虑轴端有一个键槽 d1=35mm 该段轴长l l=70mm （3）初选滚动轴承 该轴设计为直齿齿轮轴，考虑到强度要求，选用深沟球轴承。根据轴端尺寸，带轮的定位方式和轴承的大概安装位置，初选单列圆锥滚子轴承6210. （4）设计轴的结构 图6-1 a.轴的径向（轴径）尺寸的确定 根据定位方式和轴承的大概安装位置等初选d1=35mm,d2=42mm,d3=d4=50mm,齿轮轴的分度圆直径d=137mm 。 b.轴的轴向尺寸的确定 各轴段如图6-1所示 ，根据各轴段上安装的零件宽度等结构确定各段长分别为： d1段70mm,d2段65
20、mm,d3、d4段均50mm,轴环均8mm c．确定轴承的润滑方式与密封方式 齿轮轴的最大圆周速度： 由于V>2m/s因此滚动轴承采用油润滑 高速轴密封处的圆周速度V 由于V<2m/s，因此采用毡圈密封。 低速轴密封处的圆周速度V 由于V<2m/s因此也能够采用毡圈密封。 七 减速器高速轴的校核 1.对轴进行分析，作当量弯矩图。 （1）．计算作用于齿轮轴上的作用力 转矩 圆周力= 径向力== 轴向力=． （2）.求支座反力.
21、 a.铅直面内的支座反力 b.水平面内的支座反力 据，得 3596-1731=1865N （3）.作弯矩图 a.铅直面内弯矩M图 在C点 b.水平面内弯矩M图 在C点左边 在C点右边 c.作合成弯矩图 在C点左边 在C点右边 （4）.作转矩图 T=270994Nmm （5）.作当量弯矩图 该轴单向
22、工作转矩按脉动循环考虑 取=0.6 当量弯矩 = 在C点左边 在C点右边 在D点 （6）.按当量弯矩计算轴的直径 由图看出C点的当量弯矩最大。D点轴的断面尺寸较小。因此该轴的危险断面是C点和D点。由45钢（调制处理）查表13-1（指导书218页）得=650MPa；在查表13-2查表得=60MPa。 按式（13-4）计算C点轴的直径 考虑键槽影响，有一个键槽，轴径加大5% 该值小于原设计该点处轴的直径，安全。 D点轴的直径 考虑键槽影响，有一个键槽，轴径加大5% 该值小于原设计
23、该点处轴的直径，安全。 八 减速器高速轴滚动轴承的选择及其寿命计算 已知:6210轴承(50×90×20)。基本额定动载荷C=27KN，基本额 定静载荷C0=19.8KN,e=0.21,Y=2.3. 由前面计算得知: 该对轴承的水平支反力分别为： 垂直支反力分别为： 合成支反力： = = 因此取=0.9, =0.9 轴承承受轻度载荷冲击，支反力A处有弯矩。因此取=1.2, =1.5 =()= 因此取 X=1,Y=0 = > 计算轴承A的寿命PA= 预期寿命满足要求
24、 九.高速轴键联接的选择和验算 大带轮装在高速轴轴端，需用键进行周向定位和传递转矩。由前面设 计计算得知：V带带轮材料为钢 ，轴的材料为45钢，V带与轴的配 合直径为35mm，V带轮毂长为70mm，传递转矩T=114.11Nm 1.选择键的材料、类型和尺寸。 a.键的材料选用45钢， b.选择最常见的A型普通平键，因为它具有结构简单，对中性好， 装拆方便等优点。 c.键的截面尺寸由键所在轴段的直径 d=35mm由标准中选定， 键的长度由轮毂长确定，查表得b×h=8*7,L=65mm. 2.键联接的强度计算 普通平键的主要失效形式是键，轴和轮毂三个零件中较弱零件的压溃。
25、由于带轮材料是钢，许用挤压应力由表9-7（指导书135页）查得=100MPa。键的计算长度l=L-b=65-8=57mm =[]=100Mpa安全 十 联轴器的选择 在减速器低速轴与工作机之间需采用联轴器联接。由于工作机和减速器之间 可能产生一定的径向位移和角位移。故选用弹性柱销联轴器。 由式 Tc=T=1.5×1310.71=1966.07N·m n=71.64r/min 由表2-14-1(课设指导书114页) LH4联轴器40×84 GB/T5014— 其公称转矩 Tn=1250 N·m<1966.07 N·m，许用转矩[n]=2800r/mi
26、n>71.64r/min 十一 减速器箱体的结构设计 参照参考文献〈〈机械设计课程设计》（修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992年第19页表1.5-1可计算得，箱体的结构尺寸如表8.1： 表8.1箱体的结构尺寸 减速器箱体采用HT200铸造，必须进行去应力处理。 设计内容 计 算 公 式 计算结果 箱座壁厚度δ =（5~6）mm 取δ=8mm 箱盖壁厚度δ1 8=（6.4~608） 取δ1=8mm 机座凸缘厚度b b=1.5δ=1.5×8=1
27、2mm b=12mm 机盖凸缘厚度b1 b1=1.5δ1=1.5×8=12mm b1=12mm 箱底座凸缘厚度P P=2.5δ=2.5×8=20mm P=20mm 地脚螺钉直径和数目 Df=16mm n=4 Df=16mm n=4 通气孔直径 Df’=20mm Df’=20mm 地脚沉头座直径D0 D0==45mm D0==45mm 底座凸缘尺寸 C1min=25mm C1min=25mm C2min=23mm C2min=23mm 轴承旁连接螺栓直径d1 d1= 12mm d1=12mm 定位销直径 d =(0.7
28、~0.8)9=6.3~7.2 d =7mm 箱座盖连接螺栓直径 d 2 =(0.5~0.6)16=8~9.6mm d 2 =8mm 大齿轮顶园与箱内壁距离 =1.2×89.6mm =10mm 上下箱连接螺栓通孔直径d`2 8 （10~15）mm =10mm 轴承盖螺钉直径和数目n,d3 n=4, d3=8mm n=4 d3=8mm 检查孔盖螺钉直径d4 d4=（0.3~0.4）16=4.8~6.4mm d4=6mm 轴承端盖外径D1 D1=(5~5.5) × 7+62=97~100.5 取D1=100mm（凸缘） 箱体外壁至轴承座端面距离K K=
29、 C1+ C2+(5~8)=32mm K=32mm 机盖、机座肋厚m1,m m1=0.85δ1=6.8mm, m=0.85δ=6.8mm m1=7mm, m=7mm 十二 润滑与密封 1减速器齿轮传动润滑方式和润滑油的选择 a.减速器齿轮传动润滑方式:油润滑； b.润滑油的选择：工业闭式齿轮油（GB/T5903—1995）代号为100。 2减速器轴承润滑方式和润滑剂的选择 a.油润滑； b.润滑剂：150号机械油 3.减速器密封装置的选择、通气器类型的选择 密封装置的选择：高速轴：毡圈 45 FZ/T9 ——1991
30、 低速轴：毡圈 53 FZ/T9 ——1991 十三参考文献： 1、《机械设计基础》 主编 杨可桢 程光蕴 李仲生 2、《机械设计课程设计》 主编 孙德志 张伟华 邓子龙 3.《机械设计课程设计》 主编 席光伟 杨 光 李波 十四设计体会 经过本次毕业设计，使自己对所学的各门课程进一步加深了理解，对于各方面知识之间的联系有了实际的体会。同时也深深感到自己初步掌握的知识与实际需要还有很大的距离，在今后还需要继续学习和实践。 本设计由于时间紧张，在设计中肯定会有许多欠缺，若想把它变成实际产品的话还需要重复的考虑和探讨。但作为一次练习，确实给我们带来了很大的收获，设计涉及到机械、电气等多方面的内容，经过设计计算、认证、画图，提高了我对机械结构设计、控制系统设计及步进电动机的选用等方面的认识和应用能力。总之，本次设计让我受益非浅，各方面的能力得到了一定的提高。 蚌埠学院 机械与电子工程系 机械设计基础课程设计 一级圆柱斜齿轮减速器 班级 10数控技术 姓名 许诗根 学号 指导教师 王月英
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