机械设计课程设计上海工程技术大学.docx
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机械设计课程设计上海工程技术大学
课程设计目录
一.课题分析———————————————————1
1.1题目——————————————————————1
1.2任务——————————————————————1
1.3时间——————————————————————1
1.4传动方案————————————————————1
1.5参数设计————————————————————1
1.6其他条件————————————————————1
二.传动方案————————————————————1
2.1电动机的选择——————————————————2
2.2传动比分配———————————————————4
2.3各轴转速,传递功率及转矩————————————5
2.4联轴器—————————————————————6
2.5传动方案————————————————————6
三.各级传动———————————————————8
3.1V带传动————————————————————8
3.2齿轮传动设计——————————————————13
四.轴及轴毂连接—————————————————26
4.1减速器各轴结构设计——————————————26
4.2减速器各轴强度验算——————————————28
4.3键联接工作能力验算——————————————26
五.轴承—————————————————————38
5.1减速器各轴所用轴承——————————————38
5.2高速轴轴承的寿命验算—————————————38
六.减速器的润滑与密封——————————————40
6.1减速器中齿轮传动及轴承润滑方式的选择—————40
6.2减速器润滑右右面高度的确定及油量计算—————41
七.减速器箱体及其附件的设计——————————41
7.1箱体设计———————————————————41
7.2主要附件设计—————————————————43
八.小结—————————————————————47
设计计算及说明
结果
一.《机械设计》课程设计任务书
l.题目:
铸工车间自动送砂带式运输机传动装置设计
2.任务:
(1).减速器装配图(1号)…………1张
(2).低速轴工作图(2号)…………1张
(3).大齿轮工作图(2号)…………l张
(4).设计计算说明书……………1份
3.时间:
2011年12月
4.设计参数:
传动带鼔轮转速n=130r/min,
鼔轮输入功率P=3.5kw,
设计计算及说明
结果
2.2电动机的选择
2.2.1电动机的类型和结构型式
类型:
根据电源及工作机条件,选用卧式封闭型Y(IP44)系列的三相交流异步电动机Y132S-6
2.2.2功率的计算和额定功率的选择:
已知:
传动带鼓轮转速n=130r/min,鼓轮输入功率P=3.5kw
查表2-4得:
η总=η带·η滚动轴承·η滚动轴承·η齿轮·η连轴器·η滑动轴承
=0.96×0.99×0.99×0.97×0.99×0.96
=0.87
所以电动机输出功率:
Pd=Pw÷η=3.5÷0.86=4kW
由表20-1选取电动机额定功率为Ped=4kW
2.2.3选择电动机的转速
查表2-1:
V带传动的单级传动比推荐值为2~4
圆柱齿轮传动的单级传动比推荐值为3~6,
卷筒轴工作转速为130r/min。
所以电动机转速应在
nd=nw×i1×i2=130×2×3~130×4×6=780—3130r/min
符合这一转速的电动机同步转速有(1000,1500,3000)r/min
η总==0.87
Pd=4kW
Ped=4kW
设计计算及说明
结果
2.2.4选择电动机的型号
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比,。
因此选用电动机型号为Y132S-6
2.2.5电动机外形简图和主要安装尺寸
(1).电动机的主要技术数据表:
电动机
型号
额定功率(kW)
电动机转速(r/min)
质量(kg)
同步
满载
Y132S-6
3
1000
960
63
(2).电动机的外型和安装尺寸表:
H=132mm
A=216mm
B=140mm
C=89mm
D=38mm
E=80mm
F×GD=10×8mm
G=33mm
K=12mm
AB=280mm
AD=210mm
AC=135mm
HD=315mm
AA=60mm
BB=200
m
HA=18mm
L=475mm
2.3总传动比的确定和各级传动比的分配
2.3.1理论总传动比
i总=nm/nw=960/130=7.38
2.3.2各级传动比的分配及其说明
取V带传动比:
i带=2.2
则单级圆柱齿轮减速器传动比
i齿=i/i带=7.38/2.2=3.35
由于i2值一般取3—6
所以i2符合其常规范围。
电动机型号Y132S-6
i总=7.38
i带=2.2
i齿=3.35
设计计算及说明
结果
2.4各轴的转速、转矩和输入功率
2.4.1各轴的理论转速
电动机轴:
n0=nw=960r/min
高速轴:
nⅠ=n0/i1=960/2.3=436r/min
低速轴:
nⅡ=nⅠ/i2=417/3.21=198r/min
2.4.2各轴的输入功率
电动机轴:
P0=Ped=4kW
高速轴:
PⅠ=P0×η1×η2=4×0.96=3.84kW
低速轴:
PⅡ=PⅠ×η2×η3=3.84×0.99×0.97=3.69kW
2.4.3各轴的理论转矩
电动机轴:
T0=9550×P0/n0=9550×4/960=39.79N•m
高速轴:
TⅠ=9550×PⅠ/nⅠ=9550×3.84/320=84.11N•m
低速轴:
TⅡ=9550×PⅡ/nⅡ=9550×3.69/130=177.977N•m
2.4.4各轴的运动和动力参数汇总表
项目
电动轴
I高速轴
II低速轴
n(r/min)
960
436
198
P(kW)
4
3.84
3.69
T(N•m)
39.79
87.11
177.977
传动比
2.2
3.35
三.传动设计
3.1V带传动
3.1.1V带传动的设计计算
1、确定计算功率Pca
n0=960r/min
nⅠ=436r/min
nⅡ=198r/min
P0=Ped=4kW
PⅠ=3.84kW
PⅡ=3.69kW
T0=39.79N•m
TⅠ=84.11N•m
TⅡ=177.977N•m
设计计算及说明
结果
由表13-8查得ka=1.1,
故Pc=Ka•3=1.1×4=4.4kW
(2)选取普通V带型号
根据Pc=4.4kw,n1=960r/min,由图13-15,确定选用A型。
(3)小带轮基准直径d1及大带轮基准直径d2
由表13-9取d1=140mm,
由式13-9得d2=n1×d1×(1-ε)/n2=2.3×140×(1-0.002)=308.3mm
由表13-9取d2=300mm,
(4)验算带速V
V=d1×n1×π/60×1000=3.14×140×960/60×1000=7.03m/s,
在5~25m/s范围内,带速合适。
(5)V带内周长度Li和中心距a
0.7(d1+d2) 308mm 初步选取中心距a0=1.5(d1+d2)=660mm, 由式13-2得带长 Li=2a0+[π×(d1+d2)/2]+[(d2-d1)²/4a0]=2126mm 由表13-2对A型带选用基准长度Ld=2240mm 再由式13-16计算实际中心距: Pc=4.4kW d1=140mm d2=300mm V=7.03m/s Ld=2240mm 设计计算及说明 结果 a≈a0+(Ld-L0)/2=757mm (6)小带轮包角α,由式13-1得 α1=180°-(d2-d1)×57.3°/a=180°-215×57.3°/678≈167°>120° ∴主动轮包角合适。 (7)V带根数z, 由式(13-9)得传动比i=d2/[d1(1-ε)]=355/[140×(1-0.02)]=2.3 由式13-15得z=Pc/(P0+ΔP0)/Ka/Kl 由n1=960r/min,d1=140mm,i=2.3 查表13-3得: P0=1.62kW 由表13-5得: ΔP0=0.11kW 由α1=165.6°查表13-7得Kα=0.97, 查表13-2得Kl=1.06 则Z=Pca/((P0+ΔP0)KαKL=2.47 取Z=3根 式中: P0—单根V带的基本额定功率; ΔP0—单根V带额定功率增量; Kα—包角系数; KL—长度系数。 a=757mm α1=167° i=2.3 P0=1.62kW ΔP0=0.11kW Kα=0.97, Kl=1.06 Z=3 设计计算及说明 结果 V带传动主要传动参数见下表: 带型 Ld (mm) D1 (mm) D2 (mm) A (mm) Z (根) V (m/s) KA A 2240 140 300 757 3 7.03 1.1 3.1.2带轮结构设计: 由于带轮的基准直径超过300,所以采用钢质材料,椭圆轮辐式带轮带轮的基本尺寸如下: V带轮槽型尺寸: (mm) 槽型 bd b Ha hfmin e f δ ψ C A 11 13.2 2.75 8.7 15±0.3 6 38 10 带轮的材料要用铸铁,常用材料的牌号为HT150或HT200。 1、小带轮: D=140mmd=30mmD>(2.5—3)d 故小带轮采用腹板式。 2、大带轮: D=300mmd1=40mm D-d1=300-40=280mm>100mm 故大带轮采用腹板式。 设计计算及说明 结果 3.2低速级齿轮传动设计计算 3.2.1低速级齿轮的设计计算 1、齿轮传动设计计算 (1)选择齿轮类型、材料、精度等级及齿数 [1]选用斜齿圆柱齿轮传动。 [2]选用软齿面、闭式传动。 查表11-1得: 小齿轮: 40CrMnMo,调质处理HBS=229~363, 大齿轮: 40CrMnMo,调质处理HBS=229~363, [3]初选精度等级9级。 [4]高速级传动比i=7.38/3.35=2.2 高速轴转速n=960/2.2=436r/min传动功率P=3.84kW 初选小齿轮齿数: Z1=21 大齿轮齿数: Z2=i2×Z1=3.35×21=70.35 取Z2=71 [5]选取螺旋角β=10º 2、按齿面接触强度设计 (1)确定小齿轮分度圆直径: d1≥ i=2.2 n=436r/min Z1=21 Z2=71 β=16.6º 设计计算及说明 结果 [σH1]=σHlim1/SH=710/1=710Mpa[σF1]=σFlim1/SF=580/1.25=464Mpa; 查表11-6 =0.8,查表11-3K=1.5, u=71/21=3.38ZH=2.5,查表11-4ZE=143.7,Zb=0.99; T1=9.55×106×P/n=9.55×106×3.84/436N·mm=84110N·mm 得d1≥45.9mm,由d1=z1×m得m=2.2所以取m=2.5, a= =118.5mm取a=120mm β=arcos(mn×(z1+z2)/2a)=16.6° 所以取a=120mm,mn=2.5mm,Z1=21Z2=71 d1=52.5mmd2=177.5mm 3.2.2低速级齿轮的结构设计 1)齿宽计算 齿宽b= ×d1=0.8×52.5=42mm则取b2=45mm,b1=50mm 2)分度圆.齿顶圆及齿根直径 小齿轮: 分度圆直径: d1=52.5mm =0.8 K=1.5 mn=2.5mm d1=53.5mm d2=177.5mm a=120mm b1=50mm b2=45mm ha=2.5mm hf=3.125mm 查表4-4得: ha=mn=2.5mm hf=1.25mn=1.25×2.5=3.125mm df1=d1-2hf=53.3-2×3.125=47.05mm da1=d1+2hf=53.3+2×2.5=58.3mm 大齿轮的计算同上可知: d2=182.9mm,df2=183.75mm,da2=190mm 3.2.3低速级齿轮的检测参数表计算 一、验算齿轮弯曲强度 Zv1=Z1/cos3β=22.3Zv2=Z2/cos3β=73.4 查图11-8、11-9得YFa1=2.83,YFa2=2.27Ysa1=1.58,Ysa2=1.75 验算齿轮弯曲强度 σF=2KT1×YF/(bm²Z1)=170.5N/mm²<[σF1] ∴齿轮尺寸合适 二、齿轮的圆周速度 V=πd1nI/(60×1000)=1.16m/s 对照表11-2可知9级精度合适。 齿轮设计总表: (I为小齿轮,II为大齿轮) 齿轮 齿数Z 材料 热处理 传动比 中心距(mm) 模数(mm) 螺旋角 I 21 40CrMnMo 调质 2.2 120 2.5 16.6 II 69 40CrMnMo 调质 齿轮 分度圆直径(mm) 齿顶圆直径(mm) 齿根圆直径(mm) 齿宽(mm) 齿顶高(mm) 齿根高(mm) I 52.5 58.3 47.05 50 2.5 3.125 II 175 180 168.75 45 df1=47.05mm da1=58.3mm d2=182.9mm df2=183.75mm da2=190mm YF1=4.47 YF2=3.97 V=1.16m/s 设计计算及说明 结果 3.3各轴的运动和动力参数汇总表 项目 电动机轴 高速轴 低速轴 转速(r/min) 960 417 130 功率(kW) 4 3.84 3.69 转矩(N·m) 39.79 87.49 271.1 传动比 2.2 3.35 效率 0.95 0.97 3.4联轴器的选择 1.选型说明 由于本减速器属于中小型减速器,其输出轴与工作机轴的轴线偏移不大。 其次为了能够使传送平稳,所以必须使传送装置具有缓冲,吸振的特性。 因此选用弹性柱销联轴器。 2.联轴器型号 Tca=Ka×TⅡ=1.1×271.1=298N•m 由《课程设计》P164表17-4 选择联轴器HL2联轴器J24×52GB5014—86型(J型) 联轴器外形示意图 设计计算及说明 结果 四.轴与轮毂的联接 4.1轴的结构设计 4.1.1轴径设计 低速轴: 利用公式d≥C×(P/N)1/3初步确定所需直径。 ∴d≥107×(3.84/417)1/3=21mm 考虑到键的影响,轴径适当放大, ∴取标准值d1=24mm。 d2=d1+8=24+7=31mm 由《课程设计》P158表16-9 根据毛毡圈尺寸查得直径d2=31mm d3=d2+4=35mm 根据轴承标准内径查得直径d3=35mm d4装大齿轮,有键,应增宽4% 所以d4=(d3+3)×1.04=38mm, d6=d3=35mm。 d5由轴承的安装尺寸确定d5=46mm。 ∴初步选取角深沟球轴承的型号为6307, 查表15-3得: 轴承外径D=80mm,宽度B=21mm 高速轴: 利用公式d≥C×(P/N)1/3初步确定所需直径 d≥107×(3.84/417)1/3=21mm dmin=21mm d1=24mm d2=31mm d3=31mm d4=38mm d6=35mm d5=46mm 设计计算及说明 结果 取标准值d1=22mm d2=d1+5=22+5=27mm 由《课程设计》P158表16-9 根据毛毡圈尺寸查得直径d2=27mm d3=d2+3=30mm 根据轴承标准内径查得直径d3=30mm d4装小齿轮,所以d4=d3+5=35mm,取标准值d4=35mm。 d5=d3=57.5mm。 d6=d4=35mm d7=d3=30mm ∴初步选取角接触球轴承的型号为6306 查表15-3得: 轴承外径D=85mm,宽度B=19mm 4.1.2轴的长度设计: 代号 名称 推荐值 选用值(mm) Δ1 齿轮顶圆至箱体内壁的距离 ≥1.2δ 10 Δ2 齿轮端至箱体内壁的距离 >δ 10 Δ3 轴承端面至箱体内壁的距离 油脂润滑3~5 4 Δ6 大齿轮齿顶圆至箱体内壁距离 >30~50 40 Δ7 箱底至箱底内壁的距离 ≈20 20 L1 箱体内壁至轴承座孔端面距离 =δ+C1+C2+(5~10) 60 e 轴承端盖凸缘厚度 10 由以上数据及齿轮设计总表可先画出齿轮啮合俯视图轮廓线。 低速轴: 轴段1: L1=47mm(根据课程设计书P160联轴器的设计确定)轴段2: L2=m+e+螺钉头部厚度+5~10=49mm轴段3: L3=轴承宽度B+结构确定=31mm轴段4: L4=大齿轮齿宽-5mm=42mm轴段5: L5=结构确定=13mm轴段6: L6=轴承宽度+结构确定=21mm 低速轴总长: L=203mm 高速轴(齿轮轴) 轴段1: L1=39mm(根据大带轮宽确定的)轴段2: L2=m+e+螺钉头部厚度+5~10=41mm轴段3: L3=轴承宽度B=19mm轴段4: L4=10mm轴段5: L5=b1=50mm轴段6: L6=L4=10mm 轴段7: L7=L3=19 高速轴总长: L=188mm d1=22mm d2=27mm d3=d7=30mm d4=d6=35mm d5=35mm 设计计算及说明 结果 4.2轴的强度校核 只需进行高速轴的强度校核,按弯扭强度计算: 高速轴L=133mm,K=121.5mm,压力角α=20° ∵齿轮上的圆周力Ft=2T1/d1=2943N 轴向力Fr=Ft×tgα/cosβ=1759.7N 径向力Fa=Ft×tgβ=792.4N 带轮的压力FQ=1178.9N 求垂直面的支反力 F1v=(Fr×L/2-Fa×d4/2)/L =(1759.7×133/2-792.4×60/2)/133=701.1N F2v=Fr-F1v=1058.6N 2)求水平面的支反力 FH=F1H=F2H=Ft/2=2943/2=1471.5N 3)F在支点产生的反力 F1f=F×k/L=1178.9×121.5/133=1076.9N F2f=F+F1f=1178.9+1076.9=2255.8N 4)绘垂直面的弯矩图: Mav=F2v×L/2=70.4N·m Mav'=F1v×L/2=46.6N·m 5)绘水平面的弯矩图: Mah=FH×L/2=97.85N·m 设计计算及说明 结果 6)F力产生的弯矩图: M2f=F×k=143.24N·m a-a截面F力产生的弯矩为: Maf=F2f×L/2=150N·m 7)合成弯矩图 考虑到最不利的情况,把Maf与(Mav2+Mah2)1/2直接相加 Ma=Maf+(Mav2+Mah2)1/2=270.54N·m Ma’=Maf+(Mav’2+Mah2)1/2=258.38N·m M2=M2f=143.24N·m 8)轴的传递转矩T=Ft×d/2=2943×0.06/2=88.29N·m 9)最危险截面当量弯矩截面: 可见a-a截面最危险 Me=(M2+αT2)1/2,取α=1, Me=(270.542+1×(0.6×103)2)1/2=63.95N·m 10)计算危险截面处轴的直径: 轴的材料选用45钢,调质处理,查得бB=650N/mm2, 由此查得许用弯曲应力[б-1b]=60N/mm2,则 (教科书表P166页11-1及P246表14-3) d≥(Me/0.1/[б-1b])1/3=(534470/0.1/60)1/3=22mm 而初步设计此段轴径为50>22 ∴强度满足要求,合适 设计计算及说明 结果 五.轴承选择计算 5.1高速轴轴承寿命验算 根据所选深沟球轴承6307 Fa/C0r=792.4/17.5=0.045,e=0.26 则X=0.56Y=1.71(教材P280表16-11) P=XFr+YFa=(0.56×1759.7+1.71×792.4)N=2340.4N (教材P279表16-8表16-9及P322附表1) Lh/16/365=18.9年 所选轴承符合要求 设计计算及说明 结果 5.2减速器各轴所用的轴承型号 轴承 型号 d (mm) B (mm) D (mm) 高速轴I 深沟球轴承 6306 30 19 72 低速轴II 深沟球轴承 6307 35 21 80 六.减速器的润滑与密封 6.1齿轮传动的润滑 本减速器齿轮圆周速度为: V=πd1nⅡ/(60*1000)=1.16m/s 齿轮的圆周速度小于12m/s,所以采用浸油润滑。 此外,传动件内浸入有油的深度要求适当,油池必须保持在一定的深度。 (课程设计书P153~P154页表16-1、16-4) 机座内装中负荷工业齿轮油N320润滑油(GB5903-86)至规定高度。 轴承用ZGN69-2滚动轴承脂; 密封(课程设计书P156表16-8,P158表16-9) 采用毡圈密封,特点是结构简单、价廉,但磨损较快, 寿命短,用于脂润滑。 设计计算及说明 结果 6.2减速器的密封 本减速器所采用的密封件是毡圈密封圈。 密封方式是接触式密封。 本减速器在轴承旁还设置了挡油环。 七.减速器箱体
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