机械课程设计说明书.pdf

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1、文档 目录 一、课程设计任书 2 二、电动机的选择 4 三、传动装置的运动和动力参数计算 5 四、V 带传动设计 6 五、减速器齿轮设计 8 六、轴的设计及强度校核（输入轴）11 七、轴的设计计算（输出轴）14 八、滚动轴承的选择及计算 15 九、键连接的选择及校核计算 17 十、润滑与密封 18 十一、连轴器的选择 18 十二、减速器附件的选择 18 十三、参考资料 19 十四、心得体会 19 文档 一 课题设计任务书 一、目的及要求：机械设计课题的设计主要是培养学生的机械设计的综合能力。通过自己动手，可以体会和巩固先修课程的理论和实际知识，同时还能学习如何运用标准、规范、手册等有关国家标准

2、及技术手册，更重要的是可以提高学生从机器功能的要求、尺寸、工艺、经济和安全等诸多方面综合考虑如何设计的能力，从而树立正确的设计思想。课程结束每个学生必须完成：1 一张减速器装配图（用 A1 或 A0 图纸绘制）；2 齿轮和轴的零件图各一张；3 设计说明书一份（约 60008000 字）。二、设计题目:设计运送原料的带式运输机所用的圆柱齿轮减速器，具体内容是：1设计方案论述。2选择电动机。3减速器外部传动零件设计。4减速器设计。1)设计减速器的传动零件；2)对各轴进行结构设计，按弯扭合成强度条件验算个轴的强度；3)按疲劳强度条件计算输出轴上轴承的强度；4)选择各对轴承，计算输出轴上轴承的寿命；5

3、)选择各键，验算输出轴上键连接的强度；6)选择各配合尺寸处的公差与配合；7)决定润滑方式，选择润滑剂；5.绘制减速器的装配图和部分零件工作图；6.编写设计说明书。三、已知条件 1.展开式一级齿轮减速器产品。2.动力来源：电力，三相交流，电压 380/220V。3.输送带工作拉力 F=1100N。4.输送带工作速度 v=1.5m/s。5.滚筒直径 D=250mm。文档 6.滚筒效率=0.96（包括轴承与滚筒的效率损失）。7.工作情况：两班制，连续单向运行，载荷较平稳。8.使用折旧期：8 年 9.检修间隔期：四年一次大修，二年一次中修，半年一次小修。10.工作环境：室内，环境最高温度 35，灰尘较

4、大。11.制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。四、分析减速器的结构 1、传动系统的作用：作用：介于机械中原动机与工作机之间，主要将原动机的运动和动力传给工作机，在此起减速作用，并协调二者的转速和转矩。2、传动方案的特点：特点：结构简单、效率高、容易制造、使用寿命长、维护方便。由于电动机、减速器与滚筒并列，导致横向尺寸较大，机器不紧凑。但齿轮的位置不对称，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，可使轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形部分地抵消，以减缓沿齿宽载荷分布有均匀的现象。3、电机和工作机的安装位置：工作机安装在远离低速轴齿轮的一端。4、画传动系统简图：文档 二

5、电动机的选择 计算及说明 结果 选择电动机类型 按工作要求：连续单向运转，载荷平稳；选用Y 系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V。稳定运转下 工件机主轴所需功率：1.720.961.5*1.11000FVP 工作机主轴转速为：n=r65.114250*14.35.1*1000*60Dv100060 工作机主轴上的转矩：mN54.13765.1149550*96.0*72.1n9550PT 由 P5 表 1-7 1查得 1（联轴器）=0.99，2（滑动轴承）=0.97，3（齿轮传动 8 级精度）=0.97，4（V 带）=0.96。电动机至工件机主轴之间的总效率为：=22134 =9

6、9.020.970.970.9687.0 所以电动机所需功率为 KW98.187.072.1PPd 由表 12-1 查出符合设计要求并综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格等选定电动机型号为 Y132S-8，则所选取电动机：额定功率为 2.2edPkW 满载转速为 710minmnr P=1.72kW r65114.n m137.54NT 87.0 98.1Pd 型号为 Y132S-8 nm=710r/min Pm=2.2kW 文档 三 传动装置的运动和动力参数计算 计算及说明 结果 总传动比 17114.606.52mnin 选用等浸油深度原则，查表 1-8 得 1i=2（带轮）；2i=

7、3.1 名级效率：第一级效率：第二级效率：计算各轴的转速功率和转矩：1、转速：轴 I：轴 II：2、输出功率：轴 I：轴 II：3、输出转矩：轴 I：轴 II：参数 轴名 输出功率P（kW）转速n(r/min)输出转矩T（N m）i 轴 I 2.05 355 55.15 2 0.9312 轴 II 1.9 114.52 158.44 3.1 0.9315 6.2i 010.9312 355/minInr 12.0710355/minmInnri23553.114.52/m1inIIInnri012.20.930512.2IdPPKW122.050.93151.9IIIPPKW55.15ITN

8、m20140.970.960.9312120.9315121230.990.970.970.9315 114.52/minIInr2.05IPkW1.9IIPkW95509552.0055.155355IIIPTN mn95509551.90158114.52.44IIIIIIPTN mn158.44IITN m文档 四 V 带传动设计 计算及说明 结果 1确定计算功率caP 由表 18-8 查得工作情况系数 1.1，故 1.1 2.22.42caAPkWK P 2选取 V 带型号 设备无特殊要求，选用普通 V 带。根据caP和转速，由图确定选用 A 型。3.确定带轮基准直径 由表初选主动轮基

9、准直径1125ddmm。从动轮基准直径212.1252 005dddimmmmd。根据表 18-3，2250ddmm即为基准系列。1 13.14 1257104.64/20/60 100060 1000dd nvm sm s 所以带的速度合适。4.确定 V 带的基准长度和传动中心距 根据12012()0.552()ddddddadd，0206750mmmma 初步确定中心距0400amm。计算带所需的基准长度 22212100(250125)2400(12525()0)244001392(29)4dddddddLammmmdda 由表 18-4 选带基准长度1400dLmm。计算实际中心距 a

10、 014001399(400)400.252ddLLammmma 5.验算主动轴上的包角1 21125012518057.318057.3400.5162.120dddda 所以主动轮上的包角合适。2.42caWPk 普通 V 带 A 型 1125ddmm 2250ddmm 4.64/vm s 1400dLmm 400.5amm 1162.12 文档 6.计算 V 带的根数 Z 00()caLPZPP K K 由1710/minnr，1125ddmm，3.1i，查表 18-5 得00.61 WPk，查表 18-9 得00.05PKW 查表 18-10 得0.95K，查表 18-11，得 0.9

11、6LK，则 2.424.0(0.61+0.05)0.950.96Z 取4Z。7.计算预紧力0F 202.5500(1)caPFqvvZK 查表 18-3，得 0.10/qkg m，故 202.422.5500(1)0.104.64108.524.6440.95FN 8.计算作用在轴上的压轴力QF 1016224 108.52sin2857.4sin722QZFNF 9查表 18-12，带轮宽度 B=（z-1）e+2f=(4-1)15+29=63mm 10带轮结构设计 材料选用 HT200，00.61PkW 00.05PKW 4Z 0108.52FN 857.47QFN B=63mm 文档 五、

12、减速器齿轮设计 计算及说明 结果 1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1)选用直齿圆柱齿轮传动如上图所示，有利于保障传动的平稳性；2)材料选择。由表 11-12 选小齿轮材料为 40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为 45 钢（调质），硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS。3)选小齿轮齿数121Z，大齿轮2113.2.1661165Zi Z，故选266Z。2按齿面接触强度设计 齿面接触强度计算公式为：1123+176.43dHKTudu 1）确定公式内的各计算数值 a)试选 K=1.2。b)选取齿宽系数1d。c)计算接触疲劳许用应力 按 齿 面 硬 度 查 得 小 齿

13、轮 的 接 触 疲 劳 强 度 极 限lim1700HMPa；大齿轮lim 2600HMPa。安全系数SH=1，由式得 lim11lim2212700600min(,)600HHHHHHHHHMPaSMPaSMPa 2）计算 a)试算小齿轮分度圆直径1d 由计算公式得 43121.25.515 103.1+176.433.11 60047.7dmm b)计算模数m、中心距 a 和齿宽 b 121Z 266Z K=1.2 1d lim1700HMPa lim2600HMPa 12700600600HHHMPaMPaMPa 147.7dmm 文档 11212112147.72.321=.5mm=5

14、3mm,=165mm1=+=108.75mm21 5353mm=55mm=60mmddmmmzmddaddbdbb 取2取，3验算齿根弯曲强度 查取齿形系数 12.76FaY；22.26FaY 查取应力修正系数 11.56SaY；21.74SaY 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数1.3FS，查表取弯曲疲劳极限lim1F=600MPa，lim2F=450MPa，可得 lim11lim226004611.34503461.3FFFFFFMPaSMPaS 计算弯曲疲劳应力 1111214222 1.25.515 102.76 1.5682.716021 2.5FFaSaKTYYbZ mMPa

15、 2221112.26 1.7482.71=75.542.76 1.56FaSaFFFaSaYYYYMPa 经比较可得：112282.7146175.54346FFFFMPaMPaMPaMPa 故此设计为安全设计。计算圆周速度 113.14533550.98/60 100060 1000d nvm s 可以选用 8 级精度 4.计算其他主要尺寸 12122.5mm=53mm=165mm=108.75mm60mm=55mmmddabb 12.76FY 22.26FaY 11.56SaY 21.74SaY 12461346FFMPaMPa 1282.7175.54FFMPaMPa 0.98/vm

16、s 文档 查表 4-22 得齿顶高系数及顶隙系数如下：1.0,0.25ahc（1）齿根圆直径为*112(c)532(10.25)2.546faddhmmm*222()1652(10.25)2.5159faddhc mmm （2）齿顶圆直径为 *11252.52 1 2.558aaddh mmm *2221652 1 2.5170aaddh mmm 1246mm159mmffdd 1258170aadmmdmm 六、轴的设计计算及强度校核（输入轴）计算及说明 结果 文档 1、初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为 40Cr，调质处理。由表 21-2，取 C=105 133min12.0510518

17、.83355Pdcmmn 输出轴的最小直径显然是安装带轮处直径d，为了使所选的轴直径与带轮的孔相适应，则 d=18.831.04=19.77mm，取 20mm。1)确定轴上零件的装配方案 mind=19.77 mm 文档 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径 -段轴用于安装轴承 60208，故取直径为40mm。-为齿轮轴取其直径为58mm.-段用于安装轴承 60208，故取直径为40mm。-段安装轴承盖，直径为 28mm。-段用于连接带，故取其直径为25mm 3）根据轴向定位的要求确定轴的各段长度 -段轴用于安装轴承和挡油板，故取长度为34mm,其中轴承长18mm。-为齿轮轴，取其齿宽为 6

18、0mm.-段用于安装轴承和挡油板，故取长度为37mm。-段用于安装轴承盖，故取长度为 60mm.-段轴用于连接带，故取其长度为60mm.3、轴向零件的周向定位 齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接 .按弯扭合成强度条件校核轴的强度：1、求作用在齿轮上的受力 31t12255.15 10F2081.1353TNd r1t1FFtan2081.13?tan20757.47N 定跨距测得：1113Lmm 2.受力分析如下：t1r1F2081.13F757.47NN 1113Lmm 1378.74vFN 121040.57HHFFN 21.40avMN m 58.79aHMN m 62.56aMN

19、 m 文档 3.求垂直面的支撑反力 122378.74vvrFFFN 4.求水平面的支撑反力 1221040.57HHtFFFN 6.绘制垂直面的弯矩图 322378.741132 1021.40avvMFLN m 7.绘制水平面的弯矩图 3221040.571132 1058.79aHHMFLN m 9.合成弯矩图 222221.4058.7962.56aavaHMMMN m 10.求危险截面的当量弯矩 由以上计算可知：bb 截面为危险截面，其当量弯矩为：2222()62.56(0.6 55.15)70.78aMeMTN m 11.计算危险截面处轴的直径 轴的材料选用 40Cr，采用调质处理

20、，由表 14-12 查得750BMPa，查表 14-32 查得175bMPa，则 333170.78 1021.130.10.1 75bMedmm 则轴的设计为安全设计。70.78MeN m 七、轴的设计计算（输出轴）计算及说明 结果 文档 1、初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢，调质处理。由表 15-3，取 C=115 233min21.911529.33114.52PdCmmn 取轴直径 30mm 2、轴的结构设计 确定轴上零件的装配方案 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径 -段轴用于安装轴承 6208，故取直径为 40mm。-为齿轮轴肩，用于定位轴承，直径为 48m。-段

21、为齿轮轴，取直径为 65mm。-段齿轮轴肩，用于定位轴承，故取其直径为 60mm。-段用于安装轴承 6210，故取直径为 50mm。-段用于装联轴器，故取其直径为 40mm 3）根据轴向定位的要求确定轴的各段长度 -段轴用于安装轴承，故取长度为 20mm。-为齿轮轴肩，用于定位轴承和安装挡油环，故取其长度为 10mm。-段为齿轮轴，取长度为 60mm。-段齿轮轴肩，用于定位轴承和安装挡油环，故取其长度为 10mm。-段轴用于安装轴承，故取长度为 20mm。-段安装联轴器，故取其长度为 82 mm。3、轴向零件的周向定位 齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接 .按弯扭合成强度条件校核轴的强度

22、：1、求作用在齿轮上的受力 mind30mm 文档 3t222 158.44 10F1920.48165TNd r2t2FFtan1920.48?tan20699.0N 定跨距测得：150Lmm；250Lmm；3.求垂直面的支撑反力 r2a222699500349.5100vFLFdFLN 1699349.5349.5vrvFFFN 4.求水平面的支撑反力 112212HHHHtFLFLFFF 由以上两个方程可解得：12960.24960.24HHFNFN 6.绘制垂直面的弯矩图 32349.550 1017.48avvMFLN m 322349.550 1017.48avvMFLN m 7.

23、绘制水平面的弯矩图 322960.2450 1048.01aHHMFLN m 9.合成弯矩图 2222()(17.4817.48)48.0162.0aavaFaHMMMMN m 文档 2222()(17.4817.48)48.0162.0aavaFaHMMMMN m 10.求危险截面的当量弯矩 由以上计算可知：bb 截面为危险截面，其当量弯矩为：22a22()62.0(0.6 158.44)113.50MeMTN m 11.计算危险截面处轴的直径 轴的材料选用 40Cr，采用调质处理，由表 21-1 查得750BMPa，查表 14-32 查得175bMPa，则 3331113.50 1024.

24、730.10.1 75bMedmm 则轴的设计为安全设计。八、滚动轴承的选择及计算 计算及说明 结果 一1、根据轴承型号6207 查表 6-71 取轴承基本额定动载荷为：C=25500N 31112255.15 102026.0854.44tTFNd r1t1FF an=2016.08?tan20=737.43N 2、查表 6-71 得 e=0.37 11722.770993.2arFeF 由表 16-112 查得 X1;0Y 1r12026.08F737.43tFNN e=0.40 X=1 文档 根据轴承受中等冲击查表 16-92 取轴承载荷系数为:1.5pf,查表 16-82 取轴承载荷系

25、数为:0.9tf,)(111arpFYFXfP 1.5(1 737.4300)1106.15N 由轴承寿命公式得：6110()60thpfCLnf P =31056100.925.5()4.9 1060 3551.5 1.1h 365 16 846720hLh hhLL 故轴承使用寿命足够即合格。二1、根据轴承型号 6210 查表 6-71 取轴承基本额定动载荷为：C=35000N；因为 322222 158.44 101920.48165tTFNd r2t2FF tan=1920.48?tan 20699.0N 2、查表 6-71 得 e=0.40 220arFeF 由表 16-112 查得

26、 X1;0Y 根据轴承受中等冲击查表 16-92 取轴承载荷系数为:1.5pf,查表 16-82 取轴承载荷系数为:0.9tf,Y=0 1.5pf 0.9tf 1P 1.48KN hL=62.3 10 h hL=46720h hhLL 2r21920.48F699tFNN 文档 222()praPfX FY F 1.5(1?1920.4800)2880.72KN 由轴承寿命公式得：6210()60thpfCLnf P =31056100.931.5()7.7 1060 114.521.52.88h 365 16 846720hLh hhLL 故轴承使用寿命足够即合格。X10Y 1.5pf 0.

27、9tf 22.15PKN 69.2 10hLh 九、键连接的选择及校核计算 计算及说明 结果 根据轴长及工作需要选择圆头平键（3 个），具体数据列表如下：键 直径（mm）工作长度（mm）转矩（N m）极限应力（MPa）输入轴 8750 30 42 55.15 21.88 输出轴 12850 40 32 158.44 41.26 18 11 56 65 38 158.44 14.25 强度校核：文档 强度条件为3114455.151021.8874230pTMPahld 32244 158.44 1041.2612?40?32pTMPahld 33344 158.44 1014.25183865

28、pTMPahld 查表 6-2 知由于键采用静联接，冲击轻微，所以许用挤压应力p=100-120Mpa 由上表可知，各键的极限应力pp，所以上述各键都符合要求。12321.8841.2614.25pppMPaMPaMPa 十 润滑与密封 1、润滑：齿轮采用浸油润滑。当齿轮圆周速度smv/12时，圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高，大齿轮的齿顶到油底面的距离 3040mm。轴承润滑采用润滑脂，润滑脂的加入量为轴承空隙体积的2131，采用稠度较小润滑脂。2、密封：防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。查表 7-121，采用密封装置为 J 型油封 HG4-338-66，挡油环 Q215A

29、以及密封挡板 Q235A。十一 连轴器的选择 低速轴用联轴器的设计计算 由于弹性联轴器具有诸多优点，所以优先选用。取工作情况系数为1.3AK，计算转矩为 3411.355.15 107.1710caATK TN mm 选用弹性柱销联轴器 HL3（GB4323-84），其主要参数如下：材料 HT200 文档 公称转矩630000nTN mm 轴孔直径140dmm 联轴器82Lmm，160Lmm 十二 减速器附件的选择 通气器 由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用 M181.5 油面指示器 选用油标尺 M16 起吊装置 采用箱盖吊耳、箱座吊耳 放油螺塞 选用外六角螺塞及垫片M181.5 另外，为了更容易排出油渣，箱体底座的内壁应略倾向于放油螺塞的一端。十三、参考资料 十四 心得体会