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机械设计说明书模板
.
机械设计课程设计
——设计计算说明书
设计:
指导教师:
南京航空航天大学
设计日期:
设计任务书:
第一章电动机的选择及运动参数的计算
1.1电动机的选择
1.2装置运动及动力参数计算
第二章斜齿圆柱齿轮减速器的设计
2.1高速轴上的大小齿轮传动设计
2.2低速轴上的大小齿轮传动设计
第三章轴的设计各轴轴径计算
3.1轴的选择与结构设计
.
.
3.2中间轴的校核
第四章滚动轴承的选择及计算
4.1轴承的选择与结构设计
4.2深沟球轴承的寿命校核
第五章键联接的选择及计算
5.1键的选择与结构设计
5.2键的校核
第六章联轴器的选择及计算
6.1联轴器的选择和校核
第七章润滑和密封方式的选择
7.1齿轮润滑
7.2滚动轴承的润滑
第八章箱体及设计的结构设计和选择
第九章减速器的附件
9.1窥视孔和视孔盖
9.2通气器
9.3轴承盖
9.4定位销
9.5油面指示装置
9.6放油孔和螺塞
9.7起盖螺钉
9.8起吊装置
.
.
结束语
参考文献
机械课程设计任务书及传动方案的拟订
一、设计任务书
设计题目:
二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器
工作条件及生产条件:
该减速器用于带式运输机的传动装置。
工作时有轻微振动,经常满载,空载启动,单向运转,单班制工作。
运输带允许
速度差为±5%。
减速器小批量生产,使用期限为5年(每年300天)。
第19组减速器设计基础数据
卷筒直径D/mm300
运输带速度v(m/s)1.00
运输带所需转矩F(N)2600
二、传动方案的分析与拟定
图1-1带式输送机传动方案
带式输送机由电动机驱动。
电动机通过连轴器将动力传入减速器,再
.
.
经连轴器将动力传至输送机滚筒,带动输送带工作。
传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器,其结构简单,但齿轮相对轴承位置不对称,因此要求轴有较大的刚度,高速级和低速级都采用斜齿圆柱齿轮传动。
一、电动机的选择
1.1电动机的选择
1.1.1电动机类型的选择
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。
1.1.2电动机功率的选择
根据已知条件计算出工作机滚筒的转速为:
=60000/3.14×300=63.694r/min
工作机所需要的有效功率为:
=2600/1000=2.6kW
为了计算电动机的所需功率,先要确定从电动机到工作机之间的
总效率。
设为弹性联轴器效率为0.99,为滚动轴承传动效率为0.99,为齿轮传动(8级)的效率为0.97,为滚筒的效率为0.96。
则传动装置的总效率为:
0.851
电动机所需的功率为:
2.6/0.851=3.055kW
在机械传动中常用同步转速为1500r/min和1000r/min的两种电
.
.
动机,根据电动机所需功率和同步转速,由[2]P148表16-1查得电动机
技术数据及计算总传动比如表3-1所示。
表1-1电动机技术数据及计算总传动比
额定功率
转速
(r/min)质量
参考价格
方案
型号
总传动比
(kW)
同步
满载
(元)
N
Y112M-
14.015001440470230.00125.65
4
Y132M1
24.01000960730350.0083.77
-6
对以上两种方案进行相关计算,选择方案1较合适且方案1电动
机质量最小,价格便宜。
选用方案1电动机型号Y112M-4,根据[2]P149表16-2查得电动
机的主要参数如表3-2所示。
表1-2Y112M-4电动机主要参数
中心高H轴伸/m总长L/
型号
/mmmmm
Y112M-4
1.2装置运动及动力参数计算
1.2.1传动装置总传动比和分配各级传动比
根据电动机的满载转速和滚筒转速可算出传动装置总传动比为:
1440/63.964=22.61
.
.
双级圆柱齿轮减速器分配到各级传动比为:
①高速级的传动比为:
===5.52
②低速级的传动比为:
=/=22.61/5.52=4.10
1.2.2传动装置的运动和动力参数计算:
a)各轴的转速计算:
==1440r/min
=/=1440/5.52=260.870r/min
=/=260.870/4.10=63.694r/min
==63.694r/min
a)各轴的输入功率计算:
==3.0550.99=3.024kW
==3.0240.970.99=2.904kW
==2.9040.970.99=2.789kW
==2.7890.990×.99=2.733kW
c)各轴的输入转矩计算:
=955095503.055/1440=20.26N·m
=×=20.26×0.99=20.06N·m
=×××=20.06×5.52×0.99×0.97=106.34N·m=×××=106.34×4.10×0.99×0.67=418.69N·m=××=418.69×0.99×0.99=410.36N·m
由以上数据得各轴运动及动力参数见表1-3。
1-3各轴运动及动力参数
转速
功率P/转矩T/
轴号传动比
n/(r/mi
kWN.mm
n)
11400.03.02420.065.52
.
.
00
260.
22.904106.34
870
4.10
363.6942.789418.69
1.00
463.6942.733410.36
二、传动零件的设计计算
斜齿圆柱齿轮减速器的设计选用标准斜齿圆柱齿轮传动。
标准结构
参数压力角,齿顶高系数,顶隙系数。
2.1高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算
1)选择齿轮材料及热处理方式:
由于软齿面齿轮用于齿轮尺寸紧凑性和精度要求不高,载荷不大的
中低速场合。
根据设计要求现选软齿面组合:
根据[1]P102表8-1得:
小齿轮选择45钢调质,HBS=217~255;
大齿轮选择45钢常化,HBS=162~217;
此时两齿轮最小硬度差为217-162=55;比希望值略小些,可以初
步试算。
2)齿数的选择:
现为软齿面齿轮,齿数以比根切齿数较多为宜,初选
=23
=×=5.5223=126.96
.
.
取大齿轮齿数=127,则齿数比(即实际传动比)为
=/=127/23=5.5217。
与原要求仅差(5.1328-5.1304)/5.1304=0.05%,故
可以满足要求。
3)选择螺旋角β:
按经验,8°<<20°,现初选=13°
4)计算当量齿数,查齿形系数:
z=z/cosβ=23/cos13°=24.8631
z=z/cosβ=127/cos13°=137.30
由[1]P111表8-8线性差值求得:
4)选择齿宽系数:
由于减速器为展开式双级齿轮传动,所以齿轮相对支承只能为非对称简支结构,故齿宽系数不宜选得过大,参考[1]表8-5,选择为0.7~
1.0,现选=0.8
6)选择载荷系数:
参考[1]P106表8-3,由齿轮承受中等冲击载荷,选载荷系数K为1.2~
1.6。
取K=1.3。
7)计算I号齿轮轴上的扭矩TI:
9550000×3.024/1440=20100N·mm
8)计算几何参数:
tan=tan/cos=tg20
/°cos13
°=0.374
=20.5158°=
sin=sincos==sin13
×cos20°
°=0.213
=12.2103°=
=1.68
.
.
=1/z1tg=1/3.141590.823tg13=1°.35
9)按齿面接触疲劳强度设计:
区域系数:
2.4414
弹性影响系数:
Z=189.8
由[1]P109表8-6取安全系数S=1.0
许用接触应力:
小齿轮分度圆直径:
计算法面模数m
m=cosd/z=cos13°36.513/23=1.53mm
10)按齿根弯曲疲劳强度设计:
计算螺旋角系数Y,因=1.35>1,按=1计算得:
Y=1-=1-1=0.892
计算齿形系数与许用应力之比值:
Y/[]=2.7002/148.9744=0.018
Y/[]=2.1365/137.1795=0.016
由于Y/[]较大,用小齿轮的参数Y/[]代入公式,计算齿轮所需的法面模数:
==1.078
11)决定模数
由于设计的是软齿面闭式齿轮传动,其主要失效是齿面疲劳点蚀,
若模数过小,也可能发生轮齿疲劳折断。
所以对比两次求出的结果,按接触疲劳强度所需的模数较大,齿轮易于发生点蚀破坏,即应以mn≥1.53mm为准。
根据标准模数表,暂定模数为:
m=2.0mm
.
.
12)初算中心距:
2.0(23+127)/2cos13°=154.004mm
标准化后取a=154mm
13)修正螺旋角β
按标准中心距修正β:
14)计算端面模数:
15)计算传动的其他尺寸:
16)计算齿面上的载荷:
17)选择精度等级
齿轮的圆周转速:
3.558m/s
对照[1]P107表8-4,因运输机为一般通用机械,故选齿轮精度等级为8级是合宜的。
18)齿轮图:
2.2低速级斜齿圆柱齿轮的传动设计计算
1)选择齿轮材料及热处理方式:
由于软齿面齿轮用于齿轮尺寸紧凑性和精度要求不高,载荷不大的
.
.
中低速场合。
根据设计要求现选软齿面组合:
根据[1]P102表8-1得:
小齿轮选择45钢调质,HBS=217~255;
大齿轮选择45钢常化,HBS=162~217;
此时两齿轮最小硬度差为217-162=55;比希望值略小些,可以初
步试算。
2)齿数的选择:
现为软齿面齿轮,齿数以比根切齿数较多为宜,初选
=25
==4.1025=102.5
取大齿轮齿数z=103,则齿数比(即实际传动比)为
=z/z1=103/25=4.12。
与原要求仅差(4.12-4.10)/4.10=0.487%,故可以
满足要求。
3)选择螺旋角β:
按经验,8°<<20°,现初选
=12°
4)
计算当量齿数,查齿形系数:
z=1/cos=25/cos12
=26°.709
z=/cos=103/cos12
=110°.043
由[1]P111表8-8线性差值求得:
5)
选择齿宽系数:
由于减速器为展开式双级齿轮传动,所以齿轮相对支承只能为非对
称简支结构,故齿宽系数不宜选得过大,参考[1]表8-5,选择为0.7~
1.15,现选=0.8
.
.
6)选择载荷系数:
参考[1]P106表8-3,由齿轮承受中等冲击载荷,选载荷系数K为1.2~
1.6。
取K=1.3。
7)计算II号齿轮轴上的扭矩TII:
106300N·m
8)计算几何参数:
tan=tan/cos=tan20/°cos12°=0.372
=20.415°=
sin=sincos=sin12cos20°°=0.195
=11.27°=
=1.68
=1/z1tan=1/3.141590.825tan12=1°.35
9)按齿面接触疲劳强度设计:
区域系数:
Z==2.449
弹性影响系数:
Z=189.8
K=1=450.000MPaS=1.0
许用接触应力:
小齿轮分度圆直径:
计算法面模数m:
m=cosd/z=cos12°64.868/25=2.53mm
10)按齿根弯曲疲劳强度设计:
计算螺旋角系数Y,因=1.35>1,按=1计算得:
Y=1-=1-1=0.9083
.
.
计算齿形系数与许用应力之比值:
Y/[]=2.585/144.846=0.0178
Y/[]=2.174/134.615=0.016
由于Y/[]较大,用大齿轮的参数Y/[]代入公式
计算齿轮所需的法面模数:
==1.777
11)按接触强度决定模数值,取
m=2.5mm
12)初算中心距:
a=m(z1+z)/2cos=2.5(25+103)/2cos12=163°.599mm
标准化后取a=164mm
13)修正螺旋角β:
按标准中心距修正β:
14)计算端面模数:
15)计算传动的其他尺寸:
16)计算齿面上的载荷:
.
.
齿轮的主要参数
高速级
低速级
齿数
23
127
25
103
中心距
154
164
法面模数
2.0
2.5
端面模数
2.053
2.563
螺旋角
法面压力
角
端面压力
角
齿宽b
40
38
58
52
齿根高系
1
1
数标准值
齿顶高系
0.97240.9810
数
.
.
齿顶系数
0.25
0.25
标准值
24.8
131.3
26.70
110.0
当量齿数
63
0
9
43
分度圆直
47.2
260.7
64.06
263.9
径
59
31
3
38
齿顶高
2.0
2.5
齿根高
2.5
3.125
齿全高
4.5
5.625
齿顶圆直
51.2
264.7
69.06
268.9
径
59
31
3
38
齿根圆直
42.2
255.7
57.75
257.6
径
59
31
0
88
三、轴的结构设计和计算
轴是组成机械的主要零件,它支撑其他回转件并传递转矩,同时它
又通过轴承和机架连接。
所有轴上零件都围绕轴心做回转运动,形成一
个以轴为基准的组合体——轴系部件。
3.1轴的结构设计
3.1.1初步确定轴的最小直径
.
.
选取轴的材料为45号钢调质处理。
按扭转强度法估算轴的直径,由[1]P207
表12—2。
高速轴:
取A=116
mm
中间轴:
取=112
=112=25.007mm
低速轴:
取=107
=37.714mm
3.1.2确定轴的结构与尺寸
轴的选取及计算
1.
因为Ⅰ轴通过联轴器与电动机的轴径
28mm,查联轴器标准,选
联轴器为弹性柱销联轴器。
标准型号HL2,与联轴器相联的轴径选取为
25mm。
2.
零件的轴向定位需用定位轴间。
H>0.07d。
为了加工装配方便而设
置非定位轴肩,一般为2—3mm。
4.
Ⅰ—Ⅱ与联轴器相联。
5.
Ⅱ—Ⅲ为扳手位置和端盖。
6.
Ⅲ—Ⅳ为轴承位置。
7.
Ⅳ—Ⅴ为低速齿轮的空间,以不发生干涉为主。
8.
Ⅴ—Ⅵ为齿轮轴。
9.
Ⅵ—Ⅶ为齿轮端面和内壁的空隙和部分内壁距离。
10.
Ⅶ—Ⅷ为轴承位置。
轴承的尺寸如图所示
.
.
II轴的设计
1.根据前述所算的最小的轴径为25.88mm。
选轴承型号为
GB/T297—937207C角接触球轴承。
2.
按轴肩规格。
设置轴的结构,及定位关系。
Ⅰ—Ⅱ为轴承安装空间,轴承为GB/T—937207C
型号
Ⅱ—Ⅲ为齿轮端面和内壁的空隙和部分内壁距离。
Ⅳ—Ⅴ为齿轮轴。
Ⅴ—Ⅵ为低速齿和高速齿端面距离。
Ⅵ—Ⅶ为低速齿安装处。
Ⅶ—Ⅷ为套筒定位和安放轴承。
轴承的具体尺寸如图所示
III输出轴的设计
1.根据算的轴径最小值。
选取d=55mm。
2.轴的结构及定位关系取法步骤同前。
Ⅰ—Ⅱ段为套筒定位和安放轴承。
Ⅱ—Ⅲ段为高速级齿轮和安装空间以不发生干涉为主。
Ⅲ—Ⅳ段为齿轮定位轴间。
Ⅳ—Ⅴ为高速齿轮的空间,以不发生干涉为主。
Ⅴ—Ⅵ为轴承位置。
Ⅵ—Ⅶ段为扳手空间位置和轴承端盖。
Ⅶ—Ⅷ与联轴器相联。
.
.
轴承的具体尺寸如图所示
3.3中间轴的校核:
1)中间轴的各参数如下:
=106.34N·m=260.87r/min=2.904kW
2)中间轴上的各力:
低速级小齿轮:
Ft1=3319NFr1=1235NFa1=747N
高速级大齿:
Ft2=851NFr2=318NFa2=198N
3)绘制轴的计算简图
(1)计算支反力
剪力图:
弯矩图:
垂直面:
剪力图:
弯矩图:
扭矩图:
合弯矩图:
校核轴的强度:
.
.
由上述可知,危险截面在C截面处。
按第三强度理论求出弯矩M图,由公式M=
M===155.275
轴为45号钢,查表可知[]=60Mpa
由公式可得:
<[]
所以中间轴满足强度要求。
四、滚动轴承的选择及计算
轴承是支承轴的零件,其功用有两个:
支承轴及轴上零件,并保持轴的旋转精度;减轻转轴与支承之间的摩擦和磨损。
与滑动轴承相比,滚动轴承具有启动灵活、摩擦阻力小、效率高、
润滑简便及易于互换等优点,所以应用广泛。
它的缺点是抗冲击能力差,
高速时有噪声,工作寿命也不及液体摩擦滑动轴承。
4.1轴承的选择与结构设计:
由于转速较高,轴向力又比较小,故选用深沟球轴承。
下面以高速级轴为例初选轴承型号为6207,具体结构图如下。
4.2高速轴轴承的校核:
,
Fa/Fr=198/318=0.623>e
查表利用插值法得:
e=0.204,则有
>e则有X=0.56,利用插值法:
Y=2.16
.
.
由公式P=(X+Y)可得
P=1.2×(0.56318+2.16198)=726.912
由公式h〉12000h
所以满足要求。
即高速级选用6207型号的轴承
4.3中间轴轴承的校核:
中间轴选择6208:
,
高速级大齿轮:
低速级小齿轮:
所以利用插值法得e=0.227
Fa/Fr=549/917=0.59>e
所以选用X=0.56,Y=1.93
由公式得:
P=(X+Y)=1.2(0.56917+1.93549)=1887.708N
由公式h>12000h
所以满足要求。
即中间轴选用6208型号的轴承
4.4低速轴轴承的校核:
初选低速级选用7209AC型号的轴承正装
,
求得:
=1768NR=2506N
Fa=Fa-Fa=747-198=549N
S=0.68R=0.68×1768=1202.24N
S=0.68R=0.68-2506=1704.08N
.
.
Fa+S=549+1704.48=2253.08>S故1被压缩,2被放松。
求轴向载荷:
A=Fa+S=2253.08N
A=S=1704.08
求当量动载荷P,P
A/R=2253.08/1768=1.27>eX=0.41Y=0.87
A/R=1704.08/2506=0.68=eX=1Y=0
P=(XR+YA)=1.2(0.411768+0.872253.08)=3222.1NP=(XR+YA)=1.2(12506)=3007.2N
由公式>12000h
所以满足要求。
即低速级选用7209AC型号的轴承五、键联接的选择及计算
键是标准件,通常用于联接轴和轴上的零件,起到周向固定的作用并传递转矩。
有些类型的键还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。
根据所设计的要求。
此次设计所采用的均为平键联接。
5.1键选择原则:
键的两侧面是工作面,工作时候,靠键与键槽侧面的挤压来传递转
矩;键的上表面与轮毂槽底面之间则留有间隙。
平键联结不能承受轴向
力,因而对轴上的零件不能起到轴向固定的作用。
常用的平键有普通平
键和导向平键两种。
平键联结具有结构简单,装拆方便,对中良等优点,
因而得到广泛的应用。
普通平键用于静联结。
A型号或B型号平键,轴
上的
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