2022年热能与动力工程专业机械设计课程设计实例 .pdf

2010/2011 学年 第 1 学期机械设计基础课 程 设 计2010 年 11 月设计题目：设计数据：运输带传递的有效圆周力F=2200N 运输带速度V=1.40m/s 滚筒的计算直径D=260mm 设计要求：原动机为电动机，齿轮单向传动，有轻微冲击。工作条件：工作时间10 年，每年按300 天计单班工作（每班8 小时）。传动示意图如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 27 页 - - - - - - - - - 河 北 工 程 大 学课 程 设 计 说 明 书2 电机带传动齿轮减速器链传动联轴器滚筒运输带I II III F V D 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 27 页 - - - - - - - - - 目录1、电机的选择02 2、确定传动装置的总传动比和分配传动比：02 3、传动装置的运动和动力参数03 4、V带的设计04 5、减速器齿轮的设计06 6、轴的设计与校核08 7、链传动的设计17 8、联轴器的选择18 9、键的校核19 10、减速箱的结构尺寸19 11、轴承端盖的参数22 12、带轮的参数23 13、设计小结2314、参考资料23 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 27 页 - - - - - - - - - 河 北 工 程 大 学课 程 设 计 说 明 书2 一、选择电机1、工作机所需功率Pw ：Pw=2200*1.40/1000=3.08KW 1带传动效率：0.95 2每对轴承传动效率：0.99 3圆柱齿轮的传动效率：0.975 4链的传动效率：0.965 5联轴器的传动效率：0.99 6滚筒的传动效率：0.96 电机至工作机之间的传动装置的总效率：总=1*22* 3*4* 5*6 =0.95*0.992*0.975*0.965*0.99*0.96 =0.832 n卷 筒=310*60Dv=260*14.31000*4 .1*60=102.89r/min 2、确定电机转速P电机=Pw/ 总=3.08/0.832=3.70KW 初选电动机同步转速为1500 r/min ，根据电动机所需功率和转速查手册第 167 页表 12-1 ，查出电动机型号为Y1112M 4。其额定功率为4.0KW ，转速为 1440r/min,工作输出功率为3.70KW 。符合所需设计要求。二、确定传动装置的总传动比和分配传动比：总传动比： i总=卷 筒电 动 机nn= 89.1021440=14.00 Pw=3.08KW 总 =0.832 n卷 筒=102.89r/min P电机=3.70KW n=1440r/min 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 27 页 - - - - - - - - - 河 北 工 程 大 学课 程 设 计 说 明 书3 平均传动比：i平均=300.14=2.41分配传动比：取i带 = 2.0 ；i齿轮 =3.2则链i =2i*i带总i=2.1875 注： i带为带轮传动比，i齿轮为齿轮传动比，i链为链传动比三、计算传动装置的运动和动力参数：将传动装置各轴由高速到低速依次定为1 轴、 2 轴、 3 轴, 01, 12, 23依次为电机与轴1，轴 1 与轴 2，轴 2 与轴 3 之间的传动效率。1. 各轴转速： n1=带电 动 机in=0.21440=720 r/min n2=11in=1i*i带电 动 机n=2.3*0 .21440=225 r/min n3=22in=21i*i*i带电动机n=1875.2*2.3*0.21440102.857 r/min 2. 各轴输入功率：P1=P电 动 机* 01=3.7*0.95=3.515 kw P2=P1*12=3.515*0.99*0.975=3.40kw P3=P2*23=3.40*0.965*0.99*0.96=3.11 KW 3. 各轴输入转矩：T电 动 机=9550*电动机电动机nP=24.54 Nm T1=119550nP=46.62 Nm T2=229550nP=144.31Nm T3=339550nP=288.35Nm i总=14.00 i带=2.0 i齿轮=3.2 i链=2.1875 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 27 页 - - - - - - - - - 河 北 工 程 大 学课 程 设 计 说 明 书4 四、设计 V 带：1、确定 V带型号查课本 P218表 13-8 得： KA=1.2 则计算功率Pc Pc=KA*P电 动 机=1.2*3.7=4.44 kw 根据 Pc=4.44 kw ，n电 动 机=1440 r/min,由课本 P219图 13-15 ，选择 A 型V带。取d1=90 mm ，则 d2=i带*d1*(1- )=194.04mm 查课本 P219表 13-9 取 d2=200mm 为带传动的滑动率=0.01 0.02 2、验算带速：V=1000*60d电 动 机 = 1000*601440*90*14.3=6.78 m/s 带速在 525 m/s 范围内，合适3、取 V带基准长度Ld和中心距a：初步选取中心距a： a0=mmdd43520090*5 .1*5.121取 a0=450 mm 符合 0.7(d1+d2) a0 2.73 kw 故合格，其参数：p=25.4mm ；排距tP=29.29mm 。5. 实际中心距 a=40p=40*25.4=1016 mm 6计算链速由式（ 1320） V=1000*60n*P*Z1=1.09 m/s 7. 作用于轴上的压力经验所述QF=(1.21.3)F 取QF=1.3F F=1000*VPC=3357.8N，QF=1.3F=4365 N 八、 联轴器的选择由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，选用弹性柱销联轴器，取工作情况系数1.3k选用 HL3 型（GB4323-84 ）弹性套柱销联轴器 , 根据主动轴连接联轴器处d=30mm，将各种参数列表如下：型号公称转矩 T 许用转数 n 轴孔直径 d 轴孔长度 L 外径 D 材料轴孔类型TL5 630 5000 30 82 160 HT 200 Y型联轴器承受转矩 ; T=10311.3*3.1*9550=375630N m 故： 合适名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 27 页 - - - - - - - - - 河 北 工 程 大 学课 程 设 计 说 明 书19 九、键的校核材料选择及其许用挤压应力: 选择 45号优质碳素钢，查机械零件设计手册 P458表 32-3 其许用挤压应力100jyMPa（1） 主动轴外伸端，考虑到键在轴中部安装，选择平键可以了，已选择 GB1096-1990型键。：b=8mm ；h=7mm,l=40mm静连接工作面的挤压应力：jy=40*25*7*5 .046220*2=26.4Mpa 则：强度足够，合适（2） 从动轴外伸端，考虑到键在轴中部安装，选择平键可以了，已选择 GB1096-1990型键。：b=8mm ；h=7mm,l=35mm静连接工作面的挤压应力：jy=35*30*7*5 .0144310*2=78.5Mpa 则：强度足够，合适十、减速器机体结构及尺寸 箱体一般用灰铸铁HT150 或HT200 制造。对于重型减速器也可以采用球墨铸铁或铸钢制造。 箱体结构的设计要点减速器的箱体是支持和固定轴及轴上零件并保证传动精度的重要零件，其重量一般约占减速器总重量的4050，因此，箱体结构对减速器的性能、制造工艺、材料消耗、重量和成本等影响很大，设计时务必综合考虑，认真对待。1（1）轴承座上下设置加强筋。（2）轴承座房设计凸台结构。凸台的设置可使轴承座旁的联接设计凸台结构要注意下列几个问题：a 轴承座旁两凸台螺栓距离S应尽可能靠近。 对无油构箱体 （轴承采用油脂润滑）取 SD2，应注意凸台联接螺栓（d1）与轴承盖联接螺钉（d3）不要互相干涉；对有油沟箱体（轴承采用润滑油润滑），取SD2，应注意凸台名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 27 页 - - - - - - - - - 河 北 工 程 大 学课 程 设 计 说 明 书20 螺栓孔（ d1）不要与油沟相通，以免漏油。D2 则为轴承座凸缘的外径。b 凸台高度 h的确定应以保证足够的螺母搬手空间为准则。搬手空间根据螺栓直径的大小由尺寸 C1和 C2确定。c 凸台沿轴向的宽度同样取决于不同螺栓直径所确定的C1+ C2之值，以保证足够的搬手空间。但还应小于轴承座凸缘宽度35mm.，以便于凸缘端面的加工。（3）箱座的内壁应设计在底部凸缘之内。（4）地脚螺栓孔应开在箱座底部凸缘与地基接触的部位；不能悬空。（5）箱座是受力的重要零件，应保证足够的箱座壁厚，且箱座凸缘厚度可稍大于箱盖凸缘厚度。2、确保箱体接合面的密封、定位和内部传动零件的润滑。为保证箱体轴承座孔的加工和装配的准确性，在接合面的凸缘上必须设置两个定位用的为保证箱盖、箱座的接合面之间的密封性，接合面凸缘联接螺栓的间距不宜过大，一般不大于150180mm ，并尽量对称布置。如果滚动轴承靠齿轮飞溅的润滑油润滑时，则箱座凸缘上应开设集油沟，集油沟要保证润滑油流入轴承座孔内，再经过轴承内外圈间的空隙流回箱座内部，而不应有漏油现象发生。3、箱体结构应具有良好的工艺性铸造工艺性的要求，箱壁不宜太薄，min8mm ，以免浇铸时铁水流动困难，出现充不满型腔的现象。壁厚应均匀和防止金属积聚、避免产生的缩孔、裂纹等缺陷。当箱壁的厚度变化较大时，应采用平缓过渡的结构。避免出现狭缝结构，因为这种结构的砂型易碎裂，正确的做法应联成整体箱壁沿拨摸方向应有1：101：20的拨模斜度。（2）机械加工工艺性的要求轴承座孔应为通孔，最好两端孔径一样以利于加工。两端轴承外径不同时，可以在座孔中安装衬套，使支座孔径相同，利用衬套的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 27 页 - - - - - - - - - 河 北 工 程 大 学课 程 设 计 说 明 书21 厚度不等，形成不同的孔径以满足两端轴承不同外径的配合要求。同一侧的各种加工端面尽可能一样平齐，以便于一次调整刀具进行加工。加工表面与非加工表面必须严格区分，并尽量减少加工面积。因此，轴承座的外端面、观察孔、透气塞、吊环螺钉、油标尺和油塞以及凸缘连接螺栓孔等处均应制出凸台（凸出非加工面35mm ）以便加工。 ( 所示为轴承座凸缘的外端面与凸台之间的合理与不合理的结构。本减速箱箱体，壁厚采用8mm10mm，符合标准。密封与润滑润滑技术的核心问题是要解决摩擦副也就是我们通常所说的润滑点的润滑问题，对于从事润滑技术应用的人来讲，最关心的应该是润滑点。也就是说，不管你采用什么样的润滑方式，干油润滑也好，稀油润滑也好，油雾润滑也好，或者采用油气润滑，目的是要使润滑点始终处于最佳的润滑状态。润滑点， 也就是摩擦副在全膜润滑状态下运行是一种理想的状况。在这种全膜润滑状态下，摩擦面之间有润滑剂，并能生成一层完整的润滑膜，把两个摩擦表面完全隔开。摩擦副运动时，摩擦是润滑膜的内部分子之间的内摩擦，而不是摩擦面之间的直接接触的外摩擦。润滑点所需的润滑剂应该以缓慢的均匀的微量油流到达轴承，如果润滑点所需要的润滑剂能以源源不断的细流方式供应，那对润滑点来说，润滑效果是最理想的了。本设计润滑采用油浴润滑，齿轮箱中油液面要加淹没齿轮的1/4 处，利用齿轮旋转的离心力，使用油充满整个齿轮箱。密封：采用骨架油封。在设计时，骨架油封和轴承之间需要有个台阶，当安装轴承时会对轴的表面产生划伤，如果不加台阶，骨架油封的密封性能将会大打折扣。减速器箱体参数：箱座厚度=0.025a+3 8 10mm 箱盖厚度11=0.02a+3 8 8mm 箱盖凸缘厚度 b1 b1=1.5 12mm 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 27 页 - - - - - - - - - 河 北 工 程 大 学课 程 设 计 说 明 书22 箱座凸缘厚度 b b=1.5 15mm 箱座底凸缘厚度 b2 b2=2.5 25mm 地脚螺钉直径 df df=0.036a+12 M16 地脚螺钉数目 n 查手册 a250 4 轴承旁联结螺栓直径 d1 d1=0.75df M12 盖与座联结螺栓直径 d2 d2=(0.5 0.6)df M12 轴承端盖螺钉直径 d3 d3=(0.4 0.5)df 6mm 视孔盖螺钉直径 d4 d4=(0.3 0.4)df 5mm 定位销直径 d d=(0.70.8)d2 8mm fd，1d，2d至外箱壁的距离 C1查手册得22mm 18mm 16mm fd，2d至凸缘边缘距离C2查手册得20mm 14mm 外箱壁至轴承端面距离l1 l1=C1+C2+(5 10) 55mm 大齿轮顶圆与内箱壁距离11.2 15mm 箱盖，箱座肋厚 m1 m m10.85 1，m 0.85 8mm 9mm 轴承端盖外径D2 D2=D+(55.5)d 112m 120m 轴承旁联结螺栓距离S S=D2 90mm 116mm 十一、轴承端盖的参数名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 27 页 - - - - - - - - - 河 北 工 程 大 学课 程 设 计 说 明 书23 第一根轴上（输入端无孔）轴承外径 D0=100mm D=40mm D5=35mm D2=80mm d3=10mm e=12mm 第二根轴上轴承外径 D0=80mm D=55mm D5=50mm D2=105mm d3=8mm e=9.6mm 十二、带轮的参数ds=20mm da=164mm d=160mm dh=35mm f=7mm e=12mm 0=380 ha=2.0mm hf=9mm =10mm s=12mm L=35mm dr=143mm B=2f+3e=50mm 十三、设计小节对一级减速器的独立设计计算及作图，让我们融会贯通了机械专业的各项知识 , 更为系统地认识了机械设计的全过程，增强了我们对机械行名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 27 页 - - - - - - - - - 河 北 工 程 大 学课 程 设 计 说 明 书24 业的深入了解 , 同时也让我们及时了解到自己的不足，在今后的学习中会更努力地探究 . 十四、参考资料1 杨可桢，程光蕴，李仲生机械设计基础高等教育出版社2 王洪 , 刘扬机械设计课程设计北京交通大学出版社3 罗圣国，龚桂义机械设计课程设计指导书名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 26 页，共 27 页 - - - - - - - - - 河 北 工 程 大 学课 程 设 计 说 明 书25 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 27 页，共 27 页 - - - - - - - - -