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机械设计课程设计
湖南农业大学工学院
课程设计说明书
课程名称:
机械设计课程设计
题目名称:
带式运输机的齿轮减速器
班级:
姓名:
学号:
指导教师:
评定成绩:
教师评语:
指导老师签名:
20年月日
成绩
评阅
教师
日期
目录
1.设计任务书4
1.1传动装置简图4
1.2工作条件:
4
1.3原始数据:
4
1.4设计计算内容:
5
1.5设计任务:
5
2.电动机的选择6
2.1选择电动机的类型6
2.2选择电动机的功率6
3.计算总传动比及分配各级传动比6
3.1传动装置总传动比6
3.2分配各级传动比6
4.计算传动装置的运动参数及动力参数7
4.1各轴转速7
4.2各轴功率7
4.3各轴转矩7
5.链传动的设计计算8
5.1选择链条齿数8
5.2确定链节数LP8
5.3计算功率PC8
5.4链节距P8
5.5实际中心距a8
5.6链速v8
5.7链传动的受力分析8
5.8计算轴上载荷9
5.9静力强度安全系数9
5.10润滑方式9
6.齿轮传动的设计计算10
6.1选择齿轮材料及确定许用应力10
6.2按轮齿弯曲强度设计10
6.3按齿面接触强度校核11
6.4大、小齿轮分度圆直径11
6.5齿轮的圆周速度11
7.联轴器的选择12
7.1类型选择12
7.2载荷计算12
7.3确定型号12
8.轴承的设计计算与选择12
8.1输入轴轴承的设计计算与选择12
8.2输出轴轴承的设计计算与选择14
9.输出轴的结构设计与强度校核16
9.1选择轴的材料,并确定许用应力16
9.2轴的结构设计16
10.1大齿轮与轴连接键的选择18
10.2链轮与轴连接的键选择19
11.润滑19
11.1减速器内传动件的润滑方式及其应用19
11.2齿轮传动润滑剂的选择19
11.3减速器滚动轴承的润滑20
11.4润滑装置20
12.密封20
13.减速器附件20
14.减速器箱体主要结构尺寸21
参考资料22
1.设计任务书
设计课题:
带式运输机的传动装置设计
1.1传动装置简图
1、电动机2、联轴器3、单级斜齿轮圆柱齿轮减速器
4、链传动5、驱动滚轮6、运输带
1.2工作条件:
(1)、使用期限10年,二班制(每年按300天计算);
(21)、载荷有轻微冲击;
(3)、运输物品:
谷物;
(4)、传动不可逆。
1.3原始数据:
工作机输入功率PW=4.5KW,工作机输入轴转速n=180r/min。
1.4设计计算内容:
(1)、运动参数的计算,电动机的选择;
(2)、链条传动的设计计算;
(3)、齿轮传动的设计计算;
(4)、轴的设计与强度计算;
(5)、滚动轴承的选择与强度校核;
(6)、键的选择与强度校核。
1.5设计任务:
(1)、减速器装配总图一张(M1:
1)
(2)、零件工作图四张(齿轮、轴、箱体、箱盖)
2.电动机的选择
2.1选择电动机的类型
根据设计要求,选择最常用的Y系列三相异步电动机。
2.2选择电动机的功率
已知PW=4.5kw,nw=180r/min传动装置总总效率η=η0×η1×η2×η3×η42×η5。
其中,滚子链传动效率为η0=0.96,弹性联轴器效率为η1=0.99,斜齿圆柱齿轮(8级精度)效率为η3=0.97,滚动轴承效率为η4=0.98,滚筒轴滑动轴承效率为η5=0.96,则
η=0.96×0.99×0.97×0.982×0.96=0.85
所以,电动机输出功率为
Pd=PW/η=4.5kw/0.85=5.3kw
查得链传动常用传动比范围为i链=2~5,单级圆柱齿轮传动比范围为i齿=3~5,且推荐i总≤12,则装置总传动比范围i总=i链×i齿=6~12,所以电动机转速范围为
nd=nw×i链×i齿=1080~2160r/min
根据《机械设计课程设计手册》表12—1,在同步转速1500r/min的4级电动机中选择Y132S—4型,额定功率Ped=5.5kw,满载转速nm=1440r/min,额定转矩2.2,质量68kg,符合设计要求。
表2.1电动机参数表
类型
Y系列三相异步电动机
型号
Y132S—4
额定功率
5.5kw
满载转速
1440r/min
额定转矩
2.2
质量
68kg
3.计算总传动比及分配各级传动比
3.1传动装置总传动比
i总=
=
=8
3.2分配各级传动比
取链传动比i2=2.5,则单级圆柱齿轮减速器的传动比为i1=
=
=3.2
表3.1装置传动比分配表
总传动比
8
链传动比
2.5
齿轮传动比
3.2
4.计算传动装置的运动参数及动力参数
4.1各轴转速
设电动机轴为0轴,减速器高速轴为1轴,低速轴为2轴,工作机轴为3轴,各轴转速为
n0=nm=1440r/min
n1=n0=1440r/min
n2=
=
=450r/min
n3=
=
=180r/min
4.2各轴功率
Pd=5.3kw
P1=Pd×η1=5.3×0.99=5.247kw
P2=Pd×η1×η4=5.3×0.99×0.98=5.142kw
P3=Pd×η1×η4×η0=5.3×0.99×0.98×0.96=4.936kw
4.3各轴转矩
Td=9550×
=9550×
=35.14N·m
T1=9550×
=9550×
=34.80N·m
T2=9550×
=9550×
=109.12N·m
T3=9550×
=9550×
=261.88N·m
表4.1传动装置各轴参数表
转速n(r/min)
功率P(kw)
转矩T(N·m)
1轴
1440
5.247
34.80
2轴
450
5.142
109.12
3轴
180
4.936
261.88
5.链传动的设计计算
5.1选择链条齿数
取小链轮齿数Z1=23,大链轮齿数Z2=i2×Z1=2.5×23=58
5.2确定链节数LP
初选中心距a0=40P
LP=
+
取LP=122节
5.3计算功率PC
由《机械设计基础》表11—10查得工作情况系数KA=1.0,故
PC=KA·Ped=1×5.5=5.5kw
5.4链节距P
由《机械设计基础》表11—13查得小链轮齿数系数KZ=1.23
采用单排链,KP=1
=
=4.47kw
根据
kw,n1=1440r/min,由《机械设计基础》图11—31查得选用链号为08A的单排滚子链。
由表11—9查得链节距P=12.70mm,每米质量(单排)q=0.6kg/m,极限拉伸载荷FQ=13800N。
5.5实际中心距a
5.6链速v
5.7链传动的受力分析
(1)、有效拉力
(2)、离心拉力
(3)、由于倾斜角为30度,取垂度系数kf=4,则垂度拉力
Ff=
(4)、紧边拉力
F1=F+FC+Ff=2273.06+2.88+12.05=2287.99(N)
(5)、松边拉力
F2=FC+Ff=2.88+12.05=14.93(N)
5.8计算轴上载荷
(N)
5.9静力强度安全系数
由《机械设计基础》表11—9查得08A链条的极限拉伸载荷FQ=13800N,故安全系数为
5.10润滑方式
由v=2.19m/s,节距P=12.70mm,由《机械设计基础》图11—32查得:
采用滴油润滑。
表5.1链传动参数表
小链轮齿数
23
大链轮齿数
58
滚子链号
08A
润滑方式
滴油润滑
链节数
122
功率
5.5KW
链节距
12.7mm
中心距
512.64mm
链速
2.19m/s
安全系数
6.03
有效拉力
2273.06N
离心拉力
2.88N
垂度拉力
12.05N
紧边拉力
2287.99N
松边拉力
14.93N
轴上载荷
2727.67N
6.齿轮传动的设计计算
6.1选择齿轮材料及确定许用应力
根据传动方案,选用斜齿圆柱齿轮,考虑到减速器传递功率不大,采用软齿面齿轮:
小齿轮选用40Cr(调质),齿面硬度为260HBS,大齿轮选用45钢(调质),硬度为225HBS。
由《机械设计基础》图12—10和图12—14得δHlim1=700MPa,δHlim2=570MPa
δFlim1=240MPa,δFlim2=190MPa。
由《机械设计基础》表12—4得SH=1.0,SF=1.3
许用应用
,
6.2按轮齿弯曲强度设计
由《机械设计基础》表12—3查得载荷系数K=1.1,取齿宽系数ψa=0.34
小齿轮传递的转矩
初选螺旋角
,Z1=28。
Z2=i1·Z1=3.2×28=89.6,则取Z2=90
当量齿数
,
由《机械设计基础》图12—12查得YF1=2.62YF2=2.19
由《机械设计基础》图12—13查得YS1=1.58YS2=1.78
,
故取
代入公式计算
取标准模数mn=2.5mm。
中心距
。
取
6.3按齿面接触强度校核
6.4大、小齿轮分度圆直径
6.5齿轮的圆周速度
由《机械设计基础》表12—2知,选8级精度齿轮最合适。
表6.1齿轮参数表
大齿轮
小齿轮
材料
45钢(调质)
40Cr(调质)
齿数
90
28
当量齿数
94.23
29.32
齿宽
51mm
56mm
分度圆
229mm
71mm
螺旋角
中心距
150mm
7.联轴器的选择
7.1类型选择
为隔离振动与冲击,选用弹性套柱销联轴器
7.2载荷计算
7.3确定型号
由《机械设计课程设计手册》表8—5查得LT4型弹性套柱销联轴器的许用转矩为63N·m,许用最大转速为5700r/min,轴径为20~28mm。
符合设计要求。
表7.1联轴器参数表
类型
弹性套柱销联轴器
型号
LT4
许用转矩
63N·m
许用最大转速
5700r/min
8.轴承的设计计算与选择
8.1输入轴轴承的设计计算与选择
(1)、作用在齿轮上的力
(2)、两轴承受到的径向载荷
(3)、轴承的选择
③计算轴承应具有的基本额定动载荷:
由于P1>P2,为了保证同轴度和尽量减少备件品种,同一根轴上的两轴承尽量采用同一型号。
因此,按P1进行计算。
对于球轴承,寿命指数ε=3,则
表8.1输入轴轴承参数表
类型
深沟球轴承
型号
6208
极限转速(脂润滑)
8000r/min
极限转速(油润滑)
10000r/min
8.2输出轴轴承的设计计算与选择
(1)、输出轴传动效率P2=5.142kw,n2=450r/min,T2=109.12N·m
(2)、低速大齿轮上的作用力
大齿轮分度圆直径d2=228.81mm,则
(3)、两轴承受到的径向载荷
(4)、轴承的选择
已知轴的转速为450r/min,两轴承所受的径向载荷分别为Fr1=2310N,Fr2=2261N,轴所受的轴向载荷FA=176N,轴承寿命Lh>12000h。
①选择轴承类型:
根据轴的工作要求,选择圆锥滚子轴承。
初选轴承型号为30212。
由《机械设计基础》附表3可得C=97800N,C0=74500N,e=0.4,Y=1.5。
②计算内部轴向力:
表8.2输出轴轴承参数表
轴承类型
圆锥滚子轴承
轴承型号
30212
极限转速(脂润滑)
3600r/min
极限转速(油润滑)
4500r/min
9.输出轴的结构设计与强度校核
9.1选择轴的材料,并确定许用应力
9.2轴的结构设计
(1)、轴上零件的定位、固定和装配
单级减速器中,可将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称布置,齿轮右边由轴肩定位,左边用套筒进行轴向固定,其轴向固定靠A型平键。
两轴承分别以轴肩和套筒定位,而轴向固定则采用过渡配合或过盈配合。
把轴做成阶梯形,右边轴承从右边装入,而齿轮、套筒、左边轴承及左边轴承端盖均从左边装入轴上。
(2)、确定轴的各段直径和长度
图10.2
Ⅰ段轴径d1=60mm,主要是按轴承内径尺寸系列确定。
初选轴承类型为圆锥滚子轴承,型号为30212,其内径为60mm,宽度为23.75mm。
考虑齿轮端面和箱体内壁应有一定距离,则取套筒长为27mm。
安装齿轮轴段的长度应比轮毂的宽度小2mm,故轴段Ⅰ的长度取L1=(2+24+27)mm=53mm。
Ⅱ段轴径d2=65mm,考虑到轴承与轴和齿轮与轴的配合不同,加工精度要求不同,同时考虑到装配的方便,因此取该轴段的直径为65mm。
该轴段的长度为L2=(51-2)mm=49mm。
Ⅲ段轴径为d3=73mm,主要是考虑该轴段要给齿轮和轴承进行定位。
Ⅳ轴径d4=60mm,主要是考虑同一根轴上的2个轴承应相同。
其长度取L4=24mm。
Ⅴ段d5=57mm,主要是考虑安装轴承方便和对安装轴承的轴段加工要求不同而设立。
考虑到通过带有密封的轴承端盖的轴段长度,应根据轴承端盖的厚度,并考虑链轮和箱体外壁应有一定距离来确定,由此取Ⅴ段轴的长度为L5=71mm。
Ⅵ段即轴的输出段,考虑到与链轮的配合以及装配的方便,取该轴段的直径为49mm,长度为L6=63mm。
通过以上对轴的结构设计,出轴的结构设计草图,如图10.1所示。
由以上轴的结构设计草图可得轴的支承跨度为L=286mm。
(3)、按弯扭合成校核轴的强度
10.键的选择
10.1大齿轮与轴连接键的选择
(1)、选择键连接的类型和尺寸
一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求,应选用平键连接。
由于齿轮不在轴端,帮选用圆头普通平键(A型)
根据d=65mm,从《机械设计课程设计手册》表4—1中查得键的截面尺寸为:
宽度b=18mm,高度h=11mm。
由轮毂宽度并参考键的长度系列,取键长L=36mm。
(2)、校核键连接的强度
10.2链轮与轴连接的键选择
(1)、选择键连接的类型和尺寸
一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求,应选用平键连接。
由于齿轮不在轴端,故选用圆头普通平键(A键)。
根据d=49mm查表得键的截面尺寸为:
宽度b=14mm,高度h=9mm。
由轮毂宽度并参考键的长度系列,取键长L=45mm。
(2)、校核键连接的强度
表11.1键参数表
公称尺寸b×h
长度
大齿轮与轴连接的键
18×11
36mm
链轮与轴连接的键
14×9
45mm
型式
圆头普通平键(A型)
11.润滑
11.1减速器内传动件的润滑方式及其应用
当齿轮圆周速度v≤12m/s时,多采用浸油润滑,将大齿轮浸入油池中一定的深度,齿轮运转时把润滑油带入啮合区。
圆柱齿轮浸没深度以一齿高为宜,但不小于10mm。
经计算知齿轮圆周速度v=5.365m/s,故采用浸油润滑。
11.2齿轮传动润滑剂的选择
闭式齿轮传动一般采用润滑油润滑。
根据齿轮的强度极限和圆周速度由《机械设计基础》表12—5查得,采用润滑油黏度值(400)为100m2/s。
11.3减速器滚动轴承的润滑
由《机械设计课程设计手册》表6—7查得圆锥滚子轴承30212极限转速为
11.4润滑装置
润滑装置采用M16杆式油标。
12.密封
采用毡圈密封,防止润滑剂的流失,同时防止外界灰尘、水分及其他物质浸入轴承。
13.减速器附件
(1)、窥视孔和窥视孔盖:
为了检查传动件的啮合情况,并向机体内注入润滑油,应在机体上设置窥视孔。
窥视孔应设置在减速器机体的上部,可以看到所有部件啮合的位置,以便检查齿面接触斑点和齿侧间隙,检查齿轮的失效情况和润滑状况。
(2)、放油孔及放油螺塞:
更换油时,应把污油全部排出,并进行机体内清洗。
因此,应在机体底部油池最低位置开设放油孔。
平时,放油孔用油螺塞和防漏垫圈堵住。
为了便于加工,放油孔出的机体外壁应有加工凸台,经过机械加工成为放油螺塞头部的面,并加封油垫圈以免漏油,封油垫圈可用石棉橡胶板或皮革制成,放油螺塞带有细牙螺纹。
(3)、油面指示器:
油面指示器用来显示油面的高度,以保证油池有正常的油量。
油面指示器一般设置在机体便于观察、油面较稳定的部位。
在保证顺利拆装和加工的前提下,不与机体凸缘相干涉,游标尺的位置尽量高一些。
与油面的夹角为45°。
(4)、通气器:
减速器运转时,由于摩擦生热时机体内部温度升高,若机体密闭,则机体内气压会增大,导致润滑油缝隙及密封处向外渗漏。
故在顶盖部或窥视孔上安装通气器。
(5)、定位销:
为了保证轴承座孔的加工和装配精度,在机盖和机座用螺栓连接后在镗孔之前,在连接凸缘上应装配两个定位销。
两定位销非对称布置,以加强定位效果。
14.减速器箱体主要结构尺寸
名称
符号
减速器型式及尺寸关系/mm
齿轮减速器
箱座壁厚
δ
10
箱盖壁厚
δ1
10
箱盖凸缘厚度
b1
15
箱座凸缘厚度
b
15
箱座底凸缘厚度
b2
25
地脚螺钉数目
n
4
轴承旁连接螺栓直径
d1
18
盖与座连接螺栓直径
d2
14
视孔盖螺钉直径
d4
8
定位销直径
d
10
df、d1、d2至外箱壁距离
C1
30
df、d2至凸缘边缘距离
C2
26
轴承旁凸台半径
R1
26
凸台高度
h
55
外箱壁至轴承座端面距离
l1
60
大齿轮顶圆与内箱壁距离
Δ1
19
齿轮端面与内箱壁距离
Δ2
11
箱盖、箱座肋厚
m1、m
m1=12,m=12
轴承端盖外径
D2
156
参考资料
[1]张祖立,程玉来,陶栋材.机械设计基础.中国农业大学出版社.2004.
[2]吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册.3版.高等教育出版社.2006.
[3]张淑娟,全腊珍.画法几何与机械制图.中国农业出版社.2007.
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