机械设计课程设计概述模板.docx

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1、机械设计课程设计概述模板652020年5月29日文档仅供参考唐 山 学 院机 械 设 计 课 程 设 计 题 目 系 (部) 机电工程系 班 级 13级本1 姓 名 学 号 指导教师 15 年12月 24 日至 1 月 14 日 共 3 周 1 月 16 日课程设计成绩评定表出勤情况出勤天数 缺勤天数成绩评定出勤情况及设计过程表现(20分)课设答辩(20分)设计成果(60分)总成绩(100分)提问(答辩)问题情况综合评定 指导教师签名: 年 月 日目 录1 概述 1.1 课程设计的目的.2 1.2 设计内容和任务.21.2.1 设计内容和任务.21.2.2 设计要求.21.3 设计的步骤.22

2、 传动装置的总体设计.22.1 拟定传动方案.62.2 选择电动机.72.2.1 选择电动机类型和结构型式. 72.2.2 确定电动机的功率.72.2.3 确定电动机的转速.72.3 传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配.82.3.1 计算总传动比.82.3.2 合理分配各级传动比.82.4 传动装置的运动和动力参数计算.82.4.1 0轴(电机轴)输入功率、转速、转矩.82.4.2 轴(高速轴)输入功率、转速、转矩.82.4.3 轴(中间轴)输入功率、转速、转矩.82.4.4 轴(低速轴)输入功率、转速、转矩.92.4.5 轴(滚筒轴)输入功率、转速、转矩.93 传动零件的设计计算.10

3、3.1 高速级齿轮传动设计.10.3.2 低速级齿轮传动设计.154 轴系的设计.20 4.1中间轴的设计(包括轴承的选择).20 4.2高速轴的设计(包括联轴器和轴承的择).25 4.3低速轴的设计(包括联轴器和轴承的选择).275 键的强度校核. 29 5.1高速轴键. 29 5.2中间轴键 . 29 5.3低速轴键. 296 减速器的结构 6 箱体的结构设计.307 润滑和密封设计.33 8 减速器的附件.338.1 杆式游标.338.2 排油孔螺塞.338.3 窥视孔盖.338.4 通气器.338.5 起吊装置.348.6 起盖螺钉.348.7调整垫片.34 8.8定位销.346 设计

4、心得.35参考文献.36附录.371 前言机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要,是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外,还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、圆柱齿轮传动所组成的独立部件,常见在动力机与工作机之间的传动装置。在当前用于传递动力与运动的机构中,减速器的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都能够见到它的踪迹,从交通工具的船舶、汽车、机车,建筑用的重型机具,机

5、械工业所用的加工机具及自动化生产设备,到日常生活中常见的家电,钟表等等。其应用从大动力的传输工作,到小负荷,精确的角度传输都能够见到减速器的应用,且在工业应用上,减速器具有减速及增加转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。本设计中的减速器原动机为电动机,工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动,第一级传动为直齿圆柱齿轮减速器,第二级传动为斜齿圆柱齿轮传动。齿轮传动的传动效率高,适用的功率和速度范围广,使用寿命较长,是现代机器中应用最为广泛的机构之。由已知运输带与卷筒的相关数据来设计合适的减速器,设计基本思路为: 首先,经过运输带的工作速度和工作拉力确定发动机的类型,各部分的传动比,以及

6、总体参数;其次,根据传动比,以及求出的减速系统的总体参数确定使用的传动零件,即带传动与齿轮传动,同时进一步设计计算出传动零件的相关参数;再次,根据传动零件来设计计算连接部件,即轴,轴承,连轴器等,并校核设计的数据。最后,根据各个部件的设计参数来确定减速器机箱的总体设计,以及附件的选择二、设计方案工作条件三班制单向连续运转,载荷较平稳;运输机工作转速允许误差5% ;使用折旧期为 ,每年工作250天;工作环境:室外,灰尘较大,常温;动力来源为电力,三相交流,电压380/220V ;检修间隔期为三年一大修;制造条件及生产批量为一般机械制造工厂,批量生产。原始数据数据编号A1, 带工作拉力F(N)=1

7、900,带速度V=1.35m/s,卷筒直径D=270mm。设计任务画A1号装配图一张,A3号零件图二张;设计计算说明书一份,60008000字。设计目的综合运用先修课理论,培养分析和解决工程实际问题的能力;学习简单机械传动装置的设计原理和过程;进行机械设计基本技能训练。(计算、绘图、使用技术资料)总体设计由电机、减速器、卷筒等组成系统。如图二级圆柱齿轮减速器(展开式)。图2-1 传动装置总体设计图1、电动机的选择1.选择电动机类型:按工作要求选用Y系列全封闭自扇式笼型三相异步电动机,电压380V。2.选择电动机容量:电动机所需工作功率为,工作机所需功率为,传动装置的总效率为各部分效率:滚动轴承

8、效率=0.99;闭式齿轮传动效率=0.97;联轴器效率=0.99;传动滚筒效率=0.96。代入得 =0.850所需电动机功率为=2.89KW因载荷平稳,电动机额定功率略大于即可。选电动机的额定功率为3KW。3.确定电动机转速滚筒轴工作转速二级圆柱齿轮减速器的传动比i=840,故电动机转速的可选范围为 现选取同步转速为1500的电动机。综上所述,符合以上数据要求的电动机只有Y100L2-4型电动机。2 传动装置的传动比及运动动力参数1.计算传动比1.因为没有V带和带轮,取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比4.563,则低速级的传动比 3.259,以上传动比的分配只是初步的。2.运动和动力参数计算0

9、轴(电动机轴)kW 1轴(高速轴) 2轴(中间轴) 2.85kw, 3轴(低速轴) 4轴(滚筒轴) 各轴运动和动力参数计算结果:轴名功率P/kW转矩T/Nm转速n/(r/min)传动比i效率输入输出输入输出电动机轴339.5451420111轴2.972.9419.9719.77142010.992轴2.852.8287.4686.59311.24.5630.963轴2.7372.71273.73270.9995.493.2590.96滚筒轴2.682.653258.03255.4595.4910.983齿轮的设计3.1高速级齿轮传动设计1.选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (1)选用直齿圆

10、柱齿轮传动,压力角取为。 (2)带式输送机为一般工作机器,选用7级精度。 (3)材料选择。 由表10-1,选择小齿轮材料为40Cr(调质),齿面硬度为280HBS;大齿轮材料为45钢,齿面硬度为240HBS。 (4)、选小齿轮齿数,大齿轮齿数,取。2.按齿面接触疲劳强度设计 试算小齿轮分度圆直径,即。确定公式中各参数的值。 试选; 计算小齿轮传递的转矩; 由表10-7选取齿宽系数;由图10-20查得区域系数; 由表10-5查得材料的弹性影响系数; 由式10-9计算接触疲劳强度用重合系数: 计算疲劳许用应力; 由图10-25d查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为、。 计算应力循环次数: 由图1

11、0-23查取接触疲劳寿命系数、,取失效概率为1%,安全系数S=1,可得: 取其中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力,即。试算小齿轮分度圆直径:(2)、调整小齿轮分度圆直径计算实际载荷系数前的数据准备。圆周速度V:齿宽b:计算实际载荷系数由表10-2查得使用系数;根据V=2.549 m/s、7级精度,由图10-8查得动载系数;齿轮的圆周力: 由表查得齿间载荷分配系数;由表10-4用插值法查得8级精度、小齿轮相对支撑不对称布置时,得齿向载荷分布系数;由此得到实际载荷系数:可得按实际载荷系数算得的分度圆直径: 及相应的齿轮模数3.按齿根弯曲疲劳强度设计(1)试算模数,即确定公式中各参数的值试选;由

12、式10-5计算弯曲疲劳强度用重合度系数:;计算由图10-17查得齿形系数、;由图10-18查得应力修正系数、;由图10-24c查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为 、 ;由图10-22查得弯曲疲劳寿命系数、;取弯曲疲劳安全系数S=1.4,得: 取其较大者,即试算模数:(2)调整齿轮模数计算实际载荷系数前的数据准备圆周速度V。齿宽b。宽高比b/h。计算实际载荷系数根据、7级精度,查得动载系数;由;查表得齿间载荷分配系数;由表10-4用插值法查得,结合,得,则载荷系数:;可得按实际载荷系数算得的齿轮模数: w为使其满足要求,取m=1.5mm,取。1.1.4、几何尺寸计算由上有m=1.5mm。

13、,;则,。(4)齿面接触疲劳强度校核 按前述类似做法,有,有 (5)齿根弯曲疲劳强度校核 按前述类似做法,有,有 ,m=1.5mm,。有 齿根弯曲疲劳强度满足要求主要设计结论: 3、2低速级齿轮传动设计1.选齿轮类型、精度等级、材料及齿数 选用斜齿圆柱齿轮,压力角=20,初选螺旋角=,精度等级选用7级精度;材料及热处理:选择小齿轮材料为45钢(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。试选小齿轮齿数z123,大齿轮齿数z2=z1*=23*3.259=74.96.圆整z2=75。此时,i=75/23=3.260,误差为0.05%。2.

14、 按齿面接触强度设计3. 2.按式(1021)试算小齿轮分度圆直径,即 确定公式内的各计算数值,试选Kt1.3 由图1020选取区域系数,2.433由表10-7选取尺宽系数, d1 计算小齿轮传递的转矩, T21=表105查得材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa 计算接触疲劳强度用重合度系数.= = = =1.825,=0.46665螺旋角系数=0.985由图1025d查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1550MPa;大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2550MPa;由式(1015)计算应力循环次数N160n1jLh603111(2425010)1.12 N2N1/53.436由图1023查

15、得接触疲劳寿命系数KHN10.93;KHN20.96 MPa558MPa MPa528MPa 取和中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力,因此可得 =528MPa .计算小齿轮分度圆直径 =(2)调整小齿轮分度圆直径计算实际载荷系数前的数据准备:圆周速度v。=0.59m/s齿宽b。b=1x36.23mm=36.23mm。计算实际载荷系数。已知载荷平稳,因此取=1根据v=0.59m/s,7级精度,由图108查得动载系数=1.02N/mm100N/mm查表10-3得齿间载荷分配系数=1.2。由表104用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑对称布置时,得齿向载荷分配系数=1.417。故实际载荷系数=

16、2.023由式(10-12)可得按实际的载荷系数算得的分度圆直径,=及相应的齿轮模数=3.齿根弯曲疲劳强度校核 由式(10-7)计算模数,即 (1)确定公式中各参数的值: 试选=1.3。由式(10-5)计算弯曲疲劳强度用重合度系数。= =由式(10-19),可计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数。=0.787 计算。由当量齿数=25.178, =82.1,查10-17得齿形系数=2.75,=2.26。由图10-18查得应力修正系数=1.57、=1.72。由图1024c查得小齿轮的齿根弯曲疲劳强度极限Flim1500MPa;大齿轮的接触疲劳强度极限Flim2380MPa;由图1022查得弯曲疲劳寿命系数

17、KFN10.92,KFN20.96。 取弯曲疲劳安全系数S1.4,由式(10-14)得=328.57MPa=260.57MPa, 因为大齿轮的大于小齿轮,因此取=试算模数 =1.512mm调整齿轮模数计算实际载荷系数前的数据准备。圆周速度v。=1.512x23/cos14=35.84mm3.14x35.84x311/60/1000=0.5836m/s齿宽b。b=1x35.84mm=35.84mm齿宽高比b/h。=3.402b/h=35.84/3.402=10.535计算实际载荷系数。根据v=0.5836m/s,7级精度,由图108查得动载系数=1.06;N=N1x4880/35.84=136.

18、18N/mm100N/mm查表10-3得齿间载荷分配系数=1.2。由表104用插值法查得齿向载荷分配系数=1.412,结合b/h=10.535,查图10-13,得=1.348故实际载荷系数=1x1.06x1.2x1.348=1.7147由齿根弯曲疲劳强度校核式代入数值得 满足齿根弯曲疲劳强度。故取模数m=2合适。4.几何尺寸计算计算中心距=(23+75)x2/2cos14=101mm计算大、小齿轮的分度圆直径=计算齿轮宽度=47.4mm考虑都安装误差,取小齿轮齿宽b1=54mm,大齿轮齿宽b2=48mm。结构设计:因齿轮齿顶圆直径大于160mm,而又小于500mm,故选用腹板式。5.主要设计结

19、论齿数Z123,Z2=75,模数m=2mm,压力角=,螺旋角=,中心距a=101mm,齿宽b1=54mm,b2=48mm,小齿轮材料为45钢(调质),大齿轮材料为45钢(调质)。齿轮按7级精度设计。4 传动轴的设计及滚动轴承的选择4.1中间速轴的设计及轴承的选择1. 求中间轴上小大齿轮的功率P,转速n和转矩T。低速级上的小齿轮:高速级上的大齿轮:2. 求作用在齿轮上的力小齿轮:因已知小齿轮的的分度圆直径为而大齿轮:已知大齿轮的的分度圆直径为154.59mm而3初步确定轴的最小直径.先按式15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢,调质处理。根据表15-3,取,于是得4.轴的结构设计(1

20、)拟定轴方案:如图所示 图3.7.1 中间轴(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 该中间轴的最小直径显然是安装滚动轴承所在的轴的直径,为了使所选的轴的直径与滚动轴承的孔径相适应,故需同时选用滚动轴承,在此处轴既受径向力,又受轴向力,因此选用单列圆锥滚子轴承,参照工作面要求并根据23.44,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组,标准精度级的角接触球轴承7205AC,其尺寸为,因此,左端轴承右侧采用套筒定位,套筒右侧是一非定位轴肩,非定位轴肩的高度,以及考虑键的削弱作用,因此,=35mm,同理,给右端轴承定位的套筒左端也为一非定位轴肩,因此。至此,中间轴上各轴段的直径已设计出。初取齿轮距

21、箱体内壁之距离为14mm ,滚动轴承距箱体内部距离为6mm。因此有15+6+14=35mm由上已知低速级小齿轮的齿宽为,由于齿轮所在轴段应比齿轮轮毂短2-3mm ,因此可确定,两齿轮中间轴段为一轴环,其宽度,因此取。至此,中间轴上各轴段长度已确定。轴段12345直径d2528352825长度L3552102635(3)中间轴上零件的周向定位:齿轮与轴之间的周向定位采用平键连接,由表6-1查得采用平键尺寸为,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为m6。（4） 确定轴上的圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为C

22、2,各轴肩处的圆角半径为R1。5. 轴的强度校核首先根据轴的结构图作出轴的计算简图 在确定轴承的支点位置之前,应从手册中查取a值,对于7205AC的角接触球轴承,由手册中查的,作为简支梁的轴的支撑跨距为160.6mm,根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。其中 从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图可看出截面2是轴的危险截面,现将计算出的截面B处按弯曲扭转合成应力校核轴的强度根据:=前已选轴材料为45钢,调质处理。查表15-1得=60MP, ,改选调制处理,此时 =70此时轴合理安全。5. 轴承的校核（1） 求两轴承受到的径向载荷。中间轴上轴承受力,（2） 求两轴承的计算轴向力（3） 求两轴承的当量动载荷查手册可知,判断系数,又因为算比值1.210齿轮端面与内机壁距离9机盖,机座肋厚7 7轴承端盖外径+(55.5)80轴承端盖凸缘厚度t(11.2)6轴承旁联结螺栓距离807润滑和密封设计7、1.齿轮的润滑由于所设计的减速器的圆柱齿轮减速器, 两个大齿轮的转速均不高,均小于 12m/s,减速器的齿轮采用浸油润滑,由于高、低速级的大齿轮的尺寸不同,因而浸油深度就不一样。为了使两齿轮均润滑良好,推荐对大圆柱齿轮通至少一个齿高,即10mm,。