2022年步进式工件输送机设计说明书 .pdf

要求设计要求：一、设计参数工作阻力 2500N，步长 400mm，往复次数 40 次/min，行程速比系数 1.25，高度 8001000mm，使用折旧期为5 年，每天两班工作。二、步进式工件输送设计要求1.方案合理，加工装配工艺性好2.进行必要的计算和验算3.图面整洁，视图齐全，布局合理，线条、文字及尺寸标注等均应符合有关标准规定。三、设计计算说明书要求设计计算说明书是设计者的设计思想、内容、理论、依据的全面描述，通过文字阐述、推理、引证、图表等，应能使读者读后对本设计形成完整、明确和信服的认识。三、工作量要求：编写设计计算说明书；绘制减速机构部件图（A0）绘制设备总装图（A0）绘制若干杆零件图课题主要内容及进度制定设备的结构方案，并进行强度校核等，完成机构装配图。绘制机器的装配图和主要零件的零件图，完成机器中主要零件的校核计算；完成设计说明书；参考书目：机械原理张春林 主编高等教育出版社 2006 年 01 月材料力学范钦珊，殷雅俊主编清华大学出版社2008 年 07 月画法几何及机械制图朱冬梅，胥北澜，何建英主编高等教育出版社2008 年06 月机械设计手册成大先 主编 化学工业出版社2008 年 04 月名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 20 页 -目录一电动机的选择.11.1 选择电动机类型和结构形式.11.2 电动机容量的选择.11.3 确定电动机的转速.1二确定传动装置的总传动比和分配传动比.22.1 总传动比.22.2 分配减速器的各级传动比直齿轮圆锥齿轮传动比.2三.计算传动装置的运动和动力参数.23.1 各轴的转速.23.2 各轴的输出、输入功率.33.3各轴输入、输出转矩.3四.减速器结构的设计.44.1 机体结构.44.2 铸铁减速器机体的结构尺寸见下表.4五.传动零件的设计计算.55.1 减速器外传动零件的设计.55.2 减速器内传动零件的设计.6六.轴的计算.116.1 减速器高速轴 I 的设计.116.2 轴的计算.156.3轴的设计.15七.装配图设计.167.1 装配图的作用.167.2 减速器装配图的绘制.16八设计小结.17九参考文献.18名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 20 页 -1 一电动机的选择1.1 选择电动机类型和结构形式根据所给条件中工作场地的要求：每天两班制工作，载荷为中等冲击，工作环境为室内、较清洁，三相交流电源，所以选择电动机为Y系列 380V三相笼型异步电动机。1.2 电动机容量的选择在课程设计中，只需使电动机的额定功率dPc等于或大于电动机的实际功率dP，即dPPcd就可以了。电动机的输出功率为adWPP，WP：工作机所需输入功率，a：传动装置总效率。工作机所需功率，由机器工作阻力和传动参数计算求得：w325.1w100053.025001000vKKKwFPW传动装置总效率a为n21a.。1为联轴器传动效率，2为滚动轴承传动效率，3为圆锥齿轮传动效率，4为圆柱齿轮传动效率，5为开式齿轮传动效率，6为工作机构效率。经查书得：,99.0198.0296.03，97.04，96.05，95.06。79.095.096.097.096.098.099.03a。电动机功率为w68.179.0325.1adKKwPPW。查表，选 Y 系列三相异步电动机，Y100LI-4，额定功率dPc为 2.2Kw。1.3 确定电动机的转速工作机构的转速为min/40nr，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 20 页 -2 由书查的圆锥-圆柱齿轮的传动比一般范围为158ia，故电动机转速min/1200640240)158(nrniad。根据额定功率dPPcd且转速满足 640r/minmin/1200rnd,选电动机型号为 Y112M-6。其主要性能如下：型号额定功率满载转速堵 转转 矩/额定转矩最大 转矩/额定转矩Y112M-6 2.2 940 2.0 2.2 二确定传动装置的总传动比和分配传动比2.1 总传动比总传动比75.1180940nnima2.2 分配减速器的各级传动比直齿轮圆锥齿轮传动比按直齿轮圆柱齿轮传动比938.275.1125.0i25.0ia锥锥齿轮的传动比一般不大于3，故取3锥i，则917.3375.11i柱，实际总传动比751.11917.33iii柱锥实，i=0.001,满足要求。三、计算传动装置的运动和动力参数3.1 各轴的转速min/940nrnmr/min33.3133940III锥inn名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 20 页 -3 r/min80r/min992.79917.333.313nn柱iIIIII3.2 各轴的输出、输入功率KwPPdI663.199.068.11入w63.198.0663.12KPPII入出w565.196.063.13KPPIII出入w534.198.0565.12KPPIIII入出w488.197.0534.14KPPIIIII出入w458.198.0488.12KPPIIIIII入出w440.196.0458.15KPPIII 出开出w368.195.0440.16KPP开出机3.3 各轴输入、输出转矩mNnPTmd07.1794068.195509550dmNnPTII90.16940663.195509550I入入mNnPTII56.1694063.195509550I出出mNnPTIIII70.4733.313565.195509550II入入mNnPTIIII75.4633.313534.195509550II出出mNnPTIIIIII63.17780488.195509550III入入名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 20 页 -4 mNnPTIIIIII05.17480458.195509550III出出mNnPT8.34340440.195509550开开出开四.减速器结构的设计4.1 机体结构减速器机体是用以支持和固定轴系的零件，是保证传动零件的啮合精度，良好润滑及密封的重要零件，其重量约占减速器总重量的50%。因此，机体结构对减速器的工作性能，加工工艺，材料消耗，重量及成本等有很大的影响。机体材料用HT150或 HT200）制造，机体的结构用剖分式机体。4.2 铸铁减速器机体的结构尺寸见下表名称符号减速器尺寸关系机座壁厚0.02538a机盖壁厚10.02538a机座凸缘厚度b1.5机盖凸缘厚度1b11.5机座底凸缘厚度2b2.5地脚螺钉直径fd0.3612a地脚螺钉数目n5008an时，轴承旁联接螺栓直径1d0.75fd与机座联接螺栓直径2d(0.5 0.6)fd联接螺栓2d 的间距l 150 200轴承端盖螺栓直径3d(0.4 0.5)fd名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 20 页 -5 窥视孔端盖螺栓直径4d(0.3 0.4)fd定位销直径d2(0.7 0.8)d1d,2d,3d 至外机壁距离1c见下表1d,2d 凸缘边缘距离2c见下表轴承旁凸台半径1R2c凸台高度h根据低速级轴承座外径确定外机壁至轴承座端面距离1l12(8 12)cc大齿轮顶圆与内机壁距离11.2齿轮端面与内机壁距离2机盖、机座肋厚12,m m120.85,0.85mm轴承端盖凸缘厚度t3(11.2)d轴承旁联接螺栓距离s劲量靠近轴承端盖半径2D轴承孔直径3(5 5.5)d螺栓直径 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M30 1minc13 16 18 22 26 34 40 2minc11 14 16 20 24 28 34 沉 头 座 直径20 24 26 32 40 48 60 五.传动零件的设计计算5.1 减速器外传动零件的设计设计采用联轴器，通过联轴器直接把电动机和减速器联接名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 20 页 -6 5.2 减速器内传动零件的设计5.2.1 圆锥直齿齿轮传动的计算选择齿形制 GB12369-90，齿形角为 20设计基本参数与条件：齿数比3u，传递功率KwP63.11，主动轴转速min/9401rn，采用两班制工作，小锥齿轮悬臂布置。5.2.1.1选择齿轮材料和精度等级a.小齿轮材料选取45号钢调制，大齿轮材料选取45 号钢正火。小齿轮齿面硬度为 250HBS,大齿轮齿面硬度为210HBS。b.精度等级取 8 级。c.试选小齿轮齿数，取572z5.2.1.2按齿面接触疲劳强度设计查机械设计书公式（10-26）齿面接触疲劳强度设计公式32121)5.01()(92.2duTKZRRtHEta.试选载荷系数：6.1tK。b.计算小齿轮传递的扭矩：mmNPT1.16560n1055.91161c.取齿宽系数：30.0Rd.确定弹性影响系数：21a8.189 MPZEe.确定区域系数：标准直齿圆锥齿轮传动：5.2HZf.根据循环次数公式10-13，计算应力循环次数：9h111017.2830082194060n60）（jLN912109.0uNNg.查图 10-19 得解除疲劳寿命系数：95.0,94.021HNHNKKh.查图 10-21（d）得疲劳极限应力：MPaMPaHH570,6002lim1limi.由式 10-12 计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 20 页 -7 MPaSKSHHHNHH5640.11lim11，MPaSKHHHNH5.5412lim22j.由接触强度计算出小齿轮分度圆直径：t1d49.97mm,则)5.01(11Rtmdd42.47mm k.齿轮的圆周速度smndm/09.2100060v11l.计 算 载荷 系 数，试 选17.1vK，查 表10-2得0.1AK,1FHKK,be5.1HFHKKK，25,1beHK，所 以8 7 5.1FHKK，接强度载荷系数19.2875.1117.10.1HHVAKKKKKm.按载荷系数校正分度圆直径311dttKKd55.48mm 11mzd2.92 取标准值，模数圆整为m=3mm n.计算齿轮的相关参数mmmz57193d11，mmmz171573d2243.18arctan211zz，57.719012mmzzR12.9021)(d21210.确定齿宽：RbR27.036mm 圆整取mmb27b215.2.1.3 校核齿根弯曲疲劳强度a.载荷系数 K=2.19 b.当量齿数0.20cos111zzv,3.180cos222zzvc.查表 10-5 的80.21FY,55.11SY,13.22FY,85.12SYd.取安全系数4.1FS由图 10-18 得弯曲疲劳寿命系数9.0,92.021FNFNKK名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 20 页 -8 查 图 得 弯 曲 疲 劳 极 限 为：,4401MPaFE,4252MPaFE许 用 应 力a1.2 8 9111MPSKFFEFNF，a2.273222MPSKFFEFNFe.校 核 强 度，由 式10-23 z)5.01(2221FRSaFaFbmYYKT计 算 得11a50.93FFMP,22a81.80FFMP,可知弯曲强度满足，参数合理。5.2.2 圆柱齿轮传动的设计计算已知输入功率1=1.663PKw,小齿轮的转速为1n313.33/minr，大齿轮的转速为80/minnr，传动比3.917i，由电动机驱动，工作寿命（设每年工作 300 天）两班制。5.2.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数a.选用直齿圆柱齿轮b.输送机为一般工作机构，速度不高，故选用8 级精度。c.材料选择：小齿轮材料为r40C（调制），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调制），硬度为240HBS。d.选小齿轮齿数，则123z，23.917 239z。5.2.2.2按齿面接触疲劳强度设计，2131d12.32EtHKTZudua.确定公式内的各计算值1).试选载荷系数1.5tK2）计算小齿轮传递的扭矩：5542195.5 1095.5 101.5651.95 10313.33IPTNmmn3）选取齿宽系数1d4）查得材料弹性影响系数12189.8EZMpa5)按齿面的硬度查得小齿轮的解除疲劳强度极限lim1600HMpa，大齿轮的名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 20 页 -9 解除疲劳强度极限lim2550HMpa6）计算应力循环次数：小齿轮：816060 313.33 1(2 8 300 5)4.512 10aNnjl大齿轮：88124.512 101.15210u3.917NN7)查得接触疲劳寿命系数10.97HNK,20.99HNK.8)计算接触疲劳许用应力1lim110.97600582HlHHKMpas，2lim220.99550544.5HlHHKMpas。b.计算1）试算小齿轮的分度圆直径，2241331d11.5 1.95 103.917 1 189.82.322.3238.313.917544.5EtHKTZudmmu2）计算圆周速度 v，1138.3313.330.628/60 1000601000td nvms3）计算齿宽 b 11 38.338.8dtbdmm4)计算齿宽与齿高比bh模数：138.31.66523ttdmmmz齿高：2.252.25 1.6653.747thmmm38.310.223.747bh5）计算载荷系数根据0.628/vm s，8级精度，动载荷系数1.11vk直齿轮，1.2HFKK使用系数1aK2231.150.18(1 0.6)0.31 101.4513HddKb名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 20 页 -10 由10.22,1.4513,1.4HFbKKh所以a1 1.11 1.2 1.45131.933vKKKKK6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，33111.93338.341.681.5ttKddmmK7）计算模数1141.681.8123dmmmzC.按齿根弯曲疲劳强度设计，a13212FSadFYYKTmz1）确定公式的各计算值小齿轮的弯曲疲劳强度极限1500FEMpa，大齿轮的弯曲疲劳强度极限2380FEMpa查得弯曲疲劳寿命系数10.9FNK,20.93FNK计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，则1.4s1110.9500321.41.4FNFEFKMpas2220.93380252.41.4FNFEFKMpas计算载荷系数 K 1 1.11 1.2 1.41.865AVFFKKKKK查取齿形系数122.69,2.19FFYY查取应力校正系数121.575,1.785SaSaYY计算大、小齿轮的FaSaFY Y，并比较1112.65 1.580.0136321.4FaSaFYY名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 20 页 -11 2222.115 1.860.01619252.4FaSaFYY大齿轮的数值大。2）设计计算4322 1.865 1.95 100.016191.31 23m取2.5m，124z，11242.560dm zmm，2124 3.91794zuzmmd.几何尺寸计算1)分度圆直径160dmm，2294 2.5235dzmmm2）中心距 a 1260235147.522ddamm3）齿宽11 6060dbdmm260bmm，165bmm六.轴的计算6.1 减速器高速轴 I 的设计6.1.1 求输出轴上的功率IP，转速In和转矩IT1.663IPKw940/minInr16.90ITNm6.1.2.求作用在齿轮上的力圆锥小齿轮1127(1 0.5)(1 0.5)5748.4590mbddmmR名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 20 页 -12 1122 16.91000697.6348.45tmTFNd11tancos697.63 tan20cos18.435=240.9rtFFN。a11tansin697.63 tan20sin18.435=80.3tFFN。圆锥大齿轮2180.3raFFN21240.9arFFN圆柱小齿轮、大齿轮12247.71000159060IItTFNdtan1590 tan20=578.7rtFFN。6.1.3 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为 45 钢，调制处理，取0105A，得233min01.663d10512.7mm940IPAn同时选取联轴器型号，联轴器的计算转矩：取1.3AK，则16900 1.321.97caIATTKN结合电动机参数，选用凸缘联轴器型号 YL4联轴器28622526YYB，即端选用的半联轴器的孔径220dmm，故取轴径220dmm，半联轴器毂孔的长度为52lmm。6.1.4 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)由联轴器尺寸确定由联轴器的毂孔长度l 和直径 d 及相关要求，可确定1120,39dmmlmm。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 20 页 -13 2）初步选择轴承轴承同时承载径向力和轴向力，但轴向力较小，故选用圆锥滚子球轴承。根据要求选择轴承 30206，其尺寸为3062 16dDBmm3）齿轮、联轴器与轴均采用平键联接，半联轴器与轴的联接处的平键尺寸为66(10952003)bhGB,键槽采用键槽铣刀加工，长为28mm。圆锥齿轮与轴的链接处平键尺寸为87(10952003)bhGB，键槽长度为25mm,齿轮轮毂与轴配合为76Hr。4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为245。5）水平支反力从上到下第二幅图NFNFFMRtRR2393;89995.1886.51;02126）垂直面内的支反力从上到下第四幅图NFFFarH73.19695.18822006.511，NFFFHrH27.1028127）绘水平弯矩图第三幅图mmNM75.123387max8）求垂直弯矩并绘垂直弯矩图第五幅图mmN86.5305787.2702021；直直AAMmmNM9）合成弯矩图第六幅图mmN85.134311mmN77.12631121；合合MM10）绘扭矩图第七幅图mmNT5310292.311）求当量弯矩AMmmNMmmNMMPTMMAAAA424.23614419422885.134311676.23168719422877.12631159.0,65049,)(2222b232用插入法得由表12）确定危险截面校核轴径尺寸，危险截面A mmmmMdbAA4002.34601.0424.2361441.0331因为计算出最危险截面的直径比设计的轴最少直径还小，所以设计轴合格名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 20 页 -14 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 20 页 -15 6.2 轴的计算6.2.1 轴上的功率21.565 wPK，转速2313.33/minnr，转矩247700TNmm6.2.2 求作用在齿轮上的力大圆锥齿轮：已知低速级大圆锥齿轮直径2171dmm，圆柱齿轮：小圆柱齿轮直径160dmm，圆周力2121590tTFNd。6.2.3 初步估计轴的最小直径2330min021.565100,10017.1313.33pAdAmmn6.2.4 轴的结构设计（1）选用圆锥滚子球轴承，型号为30206（GB/T297-1994）,3062 16dDBmm。（2）圆柱齿轮与轴用平键联接，108(10952003)bhGB，键长为 63mm。圆锥齿轮：108(10952003)bhGB，键长为 36mm。（3）轴上的圆角和倒角尺取轴端倒角为 2mm。6.3 轴的设计6.3.1 轴上的功率31.488PKw，转速为380/minnr，转矩3177.63TNm6.3.2 求作用在齿轮上的力，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 20 页 -16 已知低速级大齿轮直径2235dmm，圆周力121511.7tTFNd6.3.3 初估轴的最小直径初 步 估 算 轴 的 最 小 直 径，选 取 轴 的 材 料 为 45 钢，调 制 处 理，取3330min031.48897,10025.780pAdAmmn6.3.4 轴的结构设计（1）选用圆锥滚子球轴承，型号为30210（GB/T297-1994）,509020dDBmm。（2）圆柱齿轮与轴用平键联接，1610(1bhGB，键 长 为56mm。联 轴 器：1 28(1 0 9 5bhG B，键长为 56mm。七.装配图设计7.1 装配图的作用作用：装配图表明减速器各零件的结构及其装配关系，表明减速器整体结构，所有零件的形状和尺寸，相关零件间的联接性质及减速器的工作原理，是减速器装配、调试、维护等的技术依据，表明减速器各零件的装配和拆卸的可能性、次序及减速器的调整和使用方法。7.2 减速器装配图的绘制7.2.1 装备图的总体规划：（1）、视图布局：、选择 3 个基本视图，结合必要的剖视、剖面和局部视图加以补充。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 20 页 -17、选择俯视图作为基本视图，主视和左视图表达减速器外形，将减速器的工作原理和主要装配关系集中反映在一个基本视图上。布置视图时应注意：a、整个图面应匀称美观，并在右下方预留减速器技术特性表、技术要求、标题栏和零件明细表的位置。b、各视图之间应留适当的尺寸标注和零件序号标注的位置。（2）、尺寸的标注：、特性尺寸：用于表明减速器的性能、规格和特征。如传动零件的中心距及其极限偏差等。、配合尺寸：减速器中有配合要求的零件应标注配合尺寸。如：轴承与轴、轴承外圈与机座、轴与齿轮的配合、联轴器与轴等应标注公称尺寸、配合性质及精度等级。、外形尺寸：减速器的最大长、宽、高外形尺寸表明装配图中整体所占空间。、安装尺寸：减速器箱体底面的长与宽、地脚螺栓的位置、间距及其通孔直径、外伸轴端的直径、配合长度及中心高等。（3）、标题栏、序号和明细表：、说明机器或部件的名称、数量、比例、材料、标准规格、标准代号、图号以及设计者姓名等内容。查 GB10609.1-1989 和 GB10609.2-1989 标题栏和明细表的格式、装备图中每个零件都应编写序号，并在标题栏的上方用明细表来说明。（4）、技术特性表和技术要求：、技术特性表说明减速器的主要性能参数、精度等级、表的格式布置在装配图右下方空白处。、技术要求包括减速器装配前、滚动轴承游隙、传动接触斑点、啮合侧隙、箱体与箱盖接合、减速器的润滑、试验、包装运输要求。八设计小结三周的课程设计拖到了现在，快要结束了。这次关于步进式工件输送机的两级圆锥圆柱齿轮减速器的课程设计是我们理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。作为一个机械设计制造及其自动化大四的学生，觉得在毕业前做这样的课程设计还是有意义的。在课堂上掌握的只是专业基础课的的理论面，如何面对现实中的各种机械设计，如何把我们所学的专业知识用到实践中，类似的课程设计就为我们提供了良名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 20 页 -18 好的平台。在做本次课程设计的过程中，我查阅了很多设计手册和指导书。本次课程设计主要用 auto CAD 绘图。用 CAD 制图方便简洁，易修改。通过计算选择了电动机，然后分配传动比，设计齿轮、轴、联轴器和轴承。本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持，衷心的感谢老师的指导和帮助。设计中还存在不少错误和缺点，需要继续学习和掌握有关机械设计的知识，提高设计实践操作能力。为毕业设计和不久的工作打下坚实的基础。九参考文献1 机械制图何铭新钱可强主编高等教育出版社2 机械设计课程设计陈秀宁 施高义 编著 浙江大学出版社名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 20 页 -