单级减速器机械设计基础课程设计说明书doc.docx
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单级减速器机械设计基础课程设计说明书doc
机械设计课程设
计
计
算
说
明
书
设计题目:
设计者:
指导老师_
设计时间:
设计单位:
一课程设计任务书2
二设计要求2
三设计步骤2
1.传动装置总体设计方案2
2.电动机的选择3
3.确定传动装置的总传动比和分配传动比4
4.齿轮的设计6
5.滚动轴承和传动轴的设计8
附:
两根轴的装配草图16
6.键联接设计18
7.箱体结构的设计19
8.润滑密封设计20
四设计小结20
五参考资料21
课程设计任务书
课程设计题目:
设计带式运输机传动装置(简图如下)
1.设计条件:
1)机器功用由输送带运送物料,如:
沙石,砖,煤炭,谷物等;
2)工作情况单项运输,载荷轻度振动,环境温度不超过40C;
3)运动要求输送带运动速度误差不超过7%
4)使用寿命8年,每年350天,每天8小时;
5)检修周期一年小修,三年大修;
6)生产厂型中小型机械制造厂;
7)生产批量单件小批量生产;
2.原始数据:
运送带工作拉力F/KN
运输带工作速度v/(m/s)
卷筒直径D/mm
5
1.2
190
设计要求
1.减速器装配图一张。
(三视图,A1图纸)
2.绘制轴、齿轮零件图各一张。
(A3图纸)
3.设计计算说明书一份。
三.设计步骤
1.传动装置总体设计方案
1)外传动机构为V带传动
2)减速器为一级展开式圆柱齿轮减速器
3)方案简图如下图:
1――输送带;2――滚筒;3――联轴器;
4――减速器;5――V带传动;6――电动机
4)该方案的优缺点:
该工作机有轻微振动,由于V带有缓冲吸振能力,采用V带传动能减小振动带来的影响,并且该工作机属于小功率、载荷变化不大,可以采用V带这种简单的结构,并且价格便宜,标准化程度高,大幅降低了成本。
减速器部分一级圆柱齿轮减速,这是一级减速器中应用最广泛的一种。
原动机部分为丫系列三相交流异步电动机。
总体来讲,该传动方案满足工作机的性能要求,适应工作条件、工作可靠,此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。
2、电动机的选择
1)选择电动机的类型
按工作要求和工作条件选用丫系列三相笼型异步电动机,全封闭自扇冷式结
构,电压380V。
2)选择电动机的容量
工作机的有效功率为
PWFv6kw
从电动机到工作机传送带间的总效率为
3
12345
由《机械设计课程上机与设计》表9-1可知:
齿轮传动效率0.97(7级精度一般齿轮传动)
4:
联轴器传动效率0.99(弹性联轴器)
:
卷筒传动效率0.96
所以电动机所需工作功率为
3)确定电动机转速
按表5-1推荐的传动比合理范围,一级圆柱齿轮减速器传动比「1~8
而工作机卷筒轴的转速为
所以电动机转速的可选范围为:
ndinw(1〜8)120nmin(120〜960)rmin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750rmin的电动机。
根据电动机类型、容量和转速,由《机械设计课程上机与设计》表16-2选
定电动机型号为丫160L-8。
其主要性能如下表:
电动机型号
额定功率/kw
满载转速/(r/min)
启动转矩
最大转矩
额定转矩
额定转矩
Y160L-8
7.5
720
2.0
2.0
3.计算传动装置的总传动比i并分配传动比
(1).总传动比i为
nm720
nw120
(2).分配传动比
考虑润滑条件等因素,初定
1).各轴的转速
错误!
未找到引用源
nm
720rmin
错误!
未找到引用源
错误!
未找到引用源。
卷筒轴
nwn
120nmin
360rmin
120rmin
2).各轴的输入功率
错误!
未找到引用源。
Pd
6.98kw
错误!
未找到引用源
26.63kw
错误!
未找到引用源。
6.37kw
卷筒轴
6.24kw
3).各轴的输入转矩
电动机轴的输出转矩
Td为:
Td9.55106
Pd
nm
9.55
106
6.98
720
9.26
4
10Nmm
错误!
未找到引用源。
Td
9.26
104N
mm
错误!
未找到引用源
2i1.76105N
mm
错误!
未找到引用源
32i5.07105Nmm
卷筒轴T卷T424.97
105N
mm
将上述计算结果汇总与下表,以备查用
轴名
功率P/kw
转矩T/(N•mm)
错误!
未找到引用源。
轴
6.98
9.26104
错误!
未找到引用源。
轴
6.63
1.76105
错误!
未找到引用源。
轴
6.37
5.07105
卷筒轴
6.24
5
4.9710
转速n/(r/min)
传动比
i
效率
720
2
0.95
360
3
0.96
120
1
0.98
120
4.齿轮的设计
1)选定材料及确定许用应力
(1)按简图所示的传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动。
(2)材料选择。
由《机械设计基础》表11-1选择小齿轮材料为45钢(调质),
硬度为280HBSHiim1600MPa,fe450MPa,大齿轮为45钢(正火),硬度
为240HBSHiim1380MPa,fe320MPa,二者材料硬度差为60HBS
⑶由《机械设计基础》表11-5,取SH1.25,SF1.6,
[H1]
■600MPa480MPa
SH1.25
[
H2]
Hlim2
Sh
380MPa
1.25
304MPa
[
F1]
FE1
SF
450MPa
1.6
281.25MPa
[
F2]
FE2
Sf
320MPa
1.6
200MPa
2)按齿面接触强度设计
32KT1u1(ZeZh)2Idu([h];
90mm
齿数取Z125,则Z23Z175
模数m
出90mm
z125
3.6mm
齿宽bdd10.890mm72mm取b180mm,b275mm,
按《机械设计基础》表4-1取m=3.75mm实际的
d1zm253.7593.75mm
d2753.75mm281.25mm
d1d293.75281.25
中心距a—2mm187.5mm
22
3)验算齿轮弯曲强度
齿形系数(由《机械设计基础》图11-8和图11-9可得)
Yf312.75,Ysw1.6
Yf322.26,丫$玄21.75
校验:
小齿轮(mm)
大齿轮(mm)
分度圆直径d
93.75
281.25
齿顶咼ha
3.75
3.75
齿根高df
4.6875
4.6875
齿全高h
8.4375
8.4375
齿顶圆直径da
101.25
288.75
齿根圆直径df
84.375
271.875
基圆直径db
88.1
264.3
中心距a
187.5
传动比i
3
di
汇总计算结果如下表:
5.滚动轴承和传动轴的设计
(一).高速轴的设计
I.输在轴上的功率Pn、转速nn和转矩Tn
由上可知:
P6.63kw,n360rmin,T1.76105Nmm
n.求作用在齿轮上的力
因已知高速小齿轮的分度圆直径
d1
圆周力:
zm242.560mm
Ft
2Tn
d1
1877.3N
径向力:
Fr
Fttan
1877.3tan20N683.3N
轴向力:
Fa
0
m.初步确定轴的最小直径
输出轴的最小直径显然是安装带轮处的直径d1,取435mm,根据带轮结构和尺寸,取l150mm。
IV.齿轮轴的结构设计
(1).根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1).为了满足带轮的轴向定位要求,1段右端需制出一轴肩,故取2段的直径d242mm;
2).初步选择滚动轴承。
因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用角接触球轴承。
按照工作要求并根据d242mm,查手册选取单列角接触球轴承7009AC其尺寸为dDB45mm75mm16mm,故d3d745mm。
3).由小齿轮尺寸可知,齿轮处的轴端4的直径d450mm,
14803mm77mm。
轴肩高度h0.07d,故取h4mm,则轴肩处的直径
d558mm。
4).轴承端盖的总宽度为23mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定)。
根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离I18mm,故l241mm。
5).根据安装时齿轮中心要在一条线上,可得l333mm
至此,已初步确定了轴的各段和长度
1段
d1=35mm
L1=50mm
2段:
d2=d1+7=42mm
L2=41mm
3段
d3=d2+3=45mm
L3=33mm
4段
d4=d3+5=50mm
L4=77mm
5段
d5=d4+5=58mm.
L5=7.5mm
6段
d6=51mm
L6=7mm
7段
d7=d3=45mm
L7=14mm
(2).轴上零件的周向定位
由《机械设计课程上机与设计》表11-1查得带轮与轴的周向定位采用平键连
/TA仆
m。
齿]轮与轴的连接,选用平键截面bhL14mm9mm63mm,滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为m6。
(3).确定轴上圆角和倒角尺寸
接。
按di平键截面bhL10mm8mm36m
参考《机械设计》表15-2,取轴端圆角245
FAZ
o
FAY
FAZFAY
C1
V.求轴上的载荷
首先根据轴的结构图做出轴的计算简图,扭矩图。
L=124.5mm
1)求垂直面的支撑反力
Ld1
Fr三FaI
22
L
再根据轴的计算简
MC2
轴的弯矩图和
F1V
弘341.64N
2
T
Mc
Nlllm
FrF1V341.64N
2)求水平面的支撑反力
Ft683.3
-N938.65N
22
F1hEh
3)绘制垂直面的弯矩图
MC1F2V
2
341.64
21.27N
L
MC1F1V二
2
4)绘制水平面的弯矩图
-938.652
MC2F1H
341.64
0.1245K1
N
2
5)求合成弯矩图
Mc.MC1MC2
6)求轴传递的转矩
d1
TFt11877.3
2
21.27N
58.43N
•21.27258.432Nm62.18Nm
0.09375“
Nm88Nm
2
7)求危险截面的当量弯矩
从图可以看出面a-a面最危险,其当量弯矩为:
Me.M2(T)2取折合系数0.6,代入上式得
Me62.182一(0.6一88)2Nm81.57Nm
8)计算危险截面处的轴的最小直径
轴的材料为45钢,正火处理,由《机械设计基础》表14-1查得B600MPa由表14-3查得[1b]55MPa
」fMe」81.57103…=
d33mm24.57mm
\0.1[1b]0.155
考虑到键槽对轴的削弱,将最小直径加大5%
dmin24.57(15%)mm25.8mm而实际设计的危险截面处的d50mm25.8mmdmin
因此该轴符合要求
(二).低速轴的设计
I.输出轴上的功率P、转速n和转矩T
5
由上可知P6.37kw,n120rmin,T5.0710Nmm
n.求作用在齿轮上的力
因已知低速大齿轮的分度圆直径
d2753.75mm281.25mm
2T
圆周力:
Ft3605.3N
d2
径向力:
FrFttan1312.2N
轴向力:
Fa0
in.初步确定轴的最小直径
材料为45钢,正火处理。
根据《机械设计基础》表14-2,取C110,于
dmin1.03dmin42.6mm
di与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号
联轴器的计算转矩TeaKaT,查《机械设计》表14-1,取Ka1.5,贝U:
TeaKaT1.35.07105Nmm659Nm
按照计算转矩Tea应小于联轴器公称转矩的条件,查手册,选用HL4型弹性柱销
联轴器,其公称转矩为1250Nm。
半联轴器的孔径d45mm,故取
d145mm,半联轴器长度L112mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度
L84mm
L
3
卜-——
6
/
IV.轴的结构设计
(1).根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1).为了满足办联轴器的轴向定位要求,1段右端需制出一轴肩
d2d16~12mm,故取2段的直径d?
52mm;左端用轴端挡圈定位。
半联轴器与轴配合的毂孔长度L112mm,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,故第1段的长度应比L略短一些,现取11110mm
2).初步选择滚动轴承。
因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用角
接触球轴承。
按照工作要求并根据d252mm,查手册选取单列角接触球轴
7011AC其尺寸为dDB55mm90mm18mm,故d3d655mm。
3).取安装齿轮处的轴端第4段的直径d460mm;齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。
已知齿轮轮毂的跨度为75mm为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴端应略短于轮毂宽度,故取I472mm。
齿轮的右端采用轴肩定位,齿
轮的轴向定位轴肩d5d46~12mm,取d565mm。
轴环宽度b1.4h,取
l512.5mm。
4).轴承端盖的总宽度为23mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定,由轴承外径D=90mm得d?
10mm,而doda1mm,e1.2da,总宽度为
doe11mm12mm23mm)。
根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的
要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离I18mm,故I241mm。
5).根据安装时齿轮中心要在一条线上,有设计轴的草图可得la36mm
至此,已初步确定了轴的各段和长度。
数据统计如下表:
1段
d1=45mm
L仁110mm
2段:
d2=d1+7=52mm
L2=41mm
3段
d3=d2+3=55mm
L3=36mm
4段
d4=d3+5=60mm
L4=72mm
5段
d5=d4+5=65mm.
L5=7.5mm
6段
d6=d4=60mm
L6=7mm
7段
d7=d3=55mm
L7=16mm
(2).轴上零件的周向定位
齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。
按d4由《机械设计课程上
机与设计》表11-1查得齿轮与轴的连接,选用平键截面bh18mm11mm,键槽用键槽铣刀加工,长为63mm;同样,半联轴器与轴的连接,选用平键为14mm9mm90mm。
滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为m6。
第14页
参考《机械设计》表15-2,取轴端圆角245
V.求轴上的载荷
L=122.5mm,K=106mm1)求垂直面的支撑反力
F1V
L
FrI
Fad
656.1N
F2VFrF1V656.1N
3)求水平面的支撑反力
F1HEh空36053n1802.65N
22
4)求F点在支点产生的反力
F2FFF1F18653N
4)绘制垂直面的弯矩图
L0.1225
MC1F2V656.1Nm40.19Nm
22
L0.1225
MC1F1V656.1Nm40.19Nm
22
5)绘制水平面的弯矩图
L0.1225
Mc2F1H—1802.65Nm110.4Nm
22
6)F力产生的弯矩图
M2FFK100000.106Nm1060Nm
危险截面F力产生的弯矩为:
101225
MaFF1F8653Nm530Nm
22
7)求合成弯矩图
Mc.mC1mC2MaF(40.192110.42530)Nm647.5Nm
8)求轴传递的转矩
d10.28125“
TFt-3605.3Nm507Nm
22
9)求危险截面的当量弯矩
从图可以看出面a-a面最危险,其当量弯矩为:
Me..m2(T)2取折合系数0.6,代入上式得
Me、647.52(0.6507)2Nm715.4Nm
9)计算危险截面处的轴的最小直径
600MPa由
轴的材料为45钢,正火处理,由《机械设计基础》表14-1查得表14-3查得[1b]55MPa
d3Me3715・410mm50.67mm
0.1[1b]0.155
考虑到键槽对轴的削弱,将最小直径加大5%
dmin50.67(15%)mm53.2mm而实际设计的危险截面处的d60mm53.2mmdmin
因此该轴符合要求
附:
两根轴的装配草图如下
(三).滚动轴承的校核
I计算输入轴承
(1).已知n360rmin,两轴承的径向反力FR1FR2938.65N
由选定的角接触球轴承7009AC轴承内部的轴向力FS0.68Fr
FsiFs20.68Fr638.3N
⑵•因为FsiFaFs2,所以Fa0
故FaiFsi638.3N,Fa2F$2638.3N
⑶.Fai.Fri0.68,Fa2:
Fr20.68,查手册可得e0.68
由于FA1「FR1e,故X11"0;
3,ft1
由于PiP2,取P1207N,角接触球轴承,取
查手册得7009AC型角接触球轴承的Cr25.8,则
Lh
101(竺)125800)3h452151hLh29200h
60nP603601207
故满足预期寿命。
n.计算输出轴承
(1).已知n120r/min,两轴承的径向反力FR1FR21802.65N
由选定的角接触球轴承7011AC轴承内部的轴向力Fs0.68Fr
FS1FS20.68Fr1255.8N
⑵.因为Fs1FaFs2,所以Fa0
故Fa1Fs11225.8N,Fa2Fs21225.8N
⑶.Fa「;Fr10.68,Fa2:
Fr20.68,查手册可得e0.68
由于FaV-Fr1e,故X11,丫10;
Fa2.Fr2e,故X21,丫20
⑷.计算当量载荷P1、P2
由《机械设计》表13-6,取fp1.3,贝u
Pfp(XFYjFa)1593.5N
(5).轴承寿命计算
由于RP2,取P1593.5N,角接触球轴承,取3,
查手册得7006AC型角接触球轴承的Cr35.2,则
ftC
66
Lh益(爭趕(毎)31497060hL'h29200
故满足预期寿命。
6.键联接设计
7.
I.带轮与输入轴间键的选择及校核
/9/6666666
n.输入轴与齿轮间键的选择及校核
m.输出轴与联轴器间键的选择及校核
p4Tdhl45.07105/45976Mpa65.89Mpa
查手册得[p]110MPa,因为p[p],故键符合强度要求。
IV.输出轴与大齿轮间键的选择及校核
轴径d60mm,轮毂长度L72mm,查手册,选A型平键,其尺寸为
b18mm,h11mm,L63mm(GB/T1095-2003)
现校核其强度:
lLb45mm,T5.07105Nmm
p4Tdhl45.07105/601145Mpa68.28Mpa
查手册得[p]110MPa,因为p[p],故键符合强度要求。
8.箱体结构的设计
减速器的箱体采用铸造(HT200)制成,采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量,大端盖分机体采用也配合.
is6
1.机体有足够的刚度
在机体为加肋,外轮廓为长方形,增强了轴承座刚度
2.考虑到机体内零件的润滑,密封散热。
因其传动件速度小于12m/s,故采用侵油润油,同时为了避免油搅得沉渣溅起,
齿顶到油池底面的距离H大于40mm
为保证机盖与机座连接处密封,联接凸缘应有足够的宽度,联接表面应精创,其表面粗糙度为6.3
3.机体结构有良好的工艺性.
铸件壁厚为8mm,圆角半径为R=10mm.体外型简单,拔模方便.
4.对附件设计
A视孔盖和窥视孔:
在机盖顶部开有窥视孔,能看到传动零件齿合区的位置,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,盖板用铸铁制成,用M8紧固
B油螺塞:
放油孔位于油池最底处,并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧,以便放油,放油孔用螺塞堵住,因此油孔处的机体外壁应凸起一块,由机械加工成螺塞头部的支承面,并加封油圈加以密封。
C油标:
油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。
油尺安置的部位不能太低,以防油进入油尺座孔而溢出.0
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,在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器,以便达到体内为压力平衡.
E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圆锥定位销,以提高定位精度.
F吊钩:
在机盖上直接铸出吊钩和吊环,用以起吊或搬运较重的物体.
9.润滑密封设计
对于单级圆柱齿轮减速器,因为传动装置属于轻型的,且传速较低,所以其
5
速度远远小于(1.5~2)105mm.r
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