搅拌机传动装置设计说明书课程内容精选.doc

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1、搅拌机传动装置设计说明书 学院: 专业: 班级: 学号: 姓名: 第一章 设计题目,任务及具体作业一、 设计题目二、 设计任务三、 具体作业第二章确定传动方案第三章选择电动机一选择电动机类型和结构形式二选择电动机的容量三确定电动机的转速四传动装置的总传动比五传动装置的运动和动力参数六各轴的转速功率和转矩第四章 齿轮的设计及参数计算一选定齿轮类型精度等级材料及齿数二高速级直齿圆柱齿轮设计计算三低速级直齿圆柱齿轮设计计算四各齿轮主要的相关参数第五章 联轴器的选择第六章 轴系零件的设计计算一高速轴二中速轴三低速轴第七章减速器的润滑密封的选择第八章箱体及附件的结构设计及选择一箱体的结构二箱体上附件的设

2、计第九章心得体会第十章参考文献第一章 设计题目任务及具体作业一设计题目用于搅拌机的传动装置,传动装置简图(如图1-1所示)图1-1 传动装置简图1. 工作条件:单班制工作,空载启动,单向连续运转,载荷平稳,工作环境灰尘较大2. 原始数据:工作机输入功率7kw,工作机主轴转速90r/min3. 使用期限:工作期限为八年4. 生产批量及加工条件:小批量生产二设计任务1. 选择电动机型号;2. 设计减速器;3. 选择联轴器三具体作业1. 减速器装配图一张;2. 零件工作图二张(大齿轮,输出轴);3. 设计说明书一份.第二章 确定传动方案由已知条件可知双螺旋搅拌机主轴转速为90r/min查机械设计手册

3、中推荐的Y系列三相异步电动机的技术数据可知,常用的有四种转速,即300015001000750r/min由经济上考虑可选择常用同步转速为300015001000r/min 因此减速器的传动比大致在1133之间,而当传动比i8时,宜采用二级以上的传动形式,因此结合传动比选用二级展开式圆柱齿轮减速器,减速器与电动机采用联轴器链接,因有轻微震动,所以用弹性联轴器与电机相连1-电动机 2联轴器 3减速器 4联轴器 5-工作机主轴 二级展开式圆柱齿轮减速器为二级减速器中应用最为广泛的一种,但齿轮相对于轴承的位置不对称,要求轴具有较大的刚度输入输出轴上的齿轮常布置在远离轴输入输出端的一边,样轴在转矩作用下

4、产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分地互相抵消,以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象高速齿常用斜齿,低速轮可用斜齿或直齿,常用于载荷分布均匀的场合第三章 选择电动机一选择电动机类型和结构形式电动机的类型和结构形式是通过电源工作条件和载荷等特点来选择的对于搅拌机来说选择Y系列(IP44)三相异步电动机,它能防止灰尘水滴浸入电机内部,自扇冷却,主要用于对启动性能调速性能及转率无特殊要求的通用机械上,并且其结构简单工作可靠价格低廉维护方便电动机的轴径:42 键槽宽:12 键槽深:5二、 确定电动机的容量(1)由已知条件工作轴输入功率Pw(KW) Pw = 7KW (2)电动机所需要的输出功

5、率Pd(KW) 为了计算电动机的所需的输出功率Pd,先要确定从电动机到工作机之间的总功率总设123分别为弹性联轴器闭式齿轮传动(设齿轮为经过跑和的7级精度齿轮)滚动轴承(设为球轴承)三者的效率查机械设计课程设计指导表得1= 0.99,2= 0.98,3则传动装置的总效率为: 总=122233 2 x2 x3 =工作机实际所需要的电动机输出功率为: Pd = Pw/总三、 确定电动机的转速传动副传动比合理范围:联轴器传动比:i联=1;两级减速器传动比:i减=949(每级i齿1=37)则传动装置总传动比的合理范围为i总= i联i齿1i齿2=1(949)=(949)由已知条件可知搅拌机主轴转速为nd

6、=90r/min则电动机转速的可选范围为nm(r/min)nm=i总n=(949)n=9n49n=8104410r/min查机械设计手册常用电动机规格,符合这一范围的常用同步加速有300015001000750r/min根据电动机所需功率和同步转速,以及其他因素,经综合考虑选用同步转速为1000r/min的Y型异步电动机Y160-6,其满载转速为970r/min四、 传动装置的总传动比 传动装置总传动比:i总= nm/nd=970/90=10.78(式中 nm-电动机满载转速,nd-搅拌机工作轴转速,95 r/min)传动装置的各级传动比,由展开式二级圆柱齿轮减速器高速级传动比为取,有,则,即

7、高速减速的传动比为,低速传动比为五传动装置的运动和动力参数0轴(电动机轴)转速 功率 转矩 1轴(高速轴)转速 功率 转矩 2轴(中速轴)转速 功率 转矩 3轴(低速轴)转速 功率 转矩 六各轴的转速功率和转矩 表3-1 各轴的转速功率和转矩轴0轴1轴2轴3轴转速n(r/min)970970功率P(Kw)11转矩T(Nm)第四章 齿轮设计一选定齿轮类型精度等级材料及齿数1. 齿轮类型按传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动2. 齿轮精度等级搅拌机为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度等级3. 齿轮材料选择由机械设计常用材料附表中,选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS;大齿轮材料为45

8、号钢,硬度为240HBS二者材料硬度差为40HBS4. 齿轮齿数考虑齿轮的根切效应以及足够大的模数保证齿根弯曲疲劳强度,并减小传动尺寸,选择小齿轮齿数高速轴齿数为,中速轴齿数为,则大齿轮的齿数高速轴齿数为,取;中速轴齿数为,取二、 高速级直齿圆柱齿轮设计计算 1.按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式(10-9a)进行计算即 (1)确定公式中的各计算数值A. 试选择载荷系数B. 计算高速轴小齿轮传递的转矩C. 查资料得,选取齿宽系数D. 由表10-6查得材料的弹性影响系数E. 由表10-21d按齿面硬度查得小齿轮接触强度极限为,大齿轮的接触强度极限为F. 由式10-13计算应力循环次数 G.

9、由图10-19查得接触疲劳寿命系数 H. 计算接触疲劳许用应力,取失效概率为1%,安全系数,由式(10-12)得 (2)相关计算I. 计算高速轴小齿轮分度圆直径,代入中较小值 J. 计算圆周速度K. 计算齿宽L. 计算齿宽与齿高之比模数 齿高 齿宽与齿高之比 M. 计算载荷系数根据,齿轮为7级精度,由图10-8查得动载荷系数;经表面硬化的直齿轮,由表10-3查得;由表10-2查得使用系数;由表10-4查得7级精度小齿轮相对支承非对称布置时, 代入数据得,由,查图10-13得,故载荷系数N. 按实际的载荷系数校正所计算得的分度圆直径,由式10-10a得O. 计算模数 2. 按齿根弯曲强度设计由式

10、10-5得弯曲强度设计公式为 1)、 确定公式中的各计算值A. 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限,大齿轮的弯曲强度极限B. 由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数,C. 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数,由式10-12得 D. 计算载荷系数KE. 查取齿数及应力校正系数由表10-5查得 F. 计算大小齿轮的并加以比较 G. 设计计算对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于齿根弯曲疲劳强度的计算的模数,由于齿轮模数的大小主要是取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径有关,可以取弯曲强度算得的模数2.58,并就近圆整为标准值,按接触疲劳强

11、度算得分度圆直径d1= 92.27mm,算出小齿轮齿数大齿轮齿数计算齿轮的分度圆直径 计算中心距 计算齿轮宽度 三、 低速级直齿圆柱齿轮设计计算1. 按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式(10-9a)进行计算即 (1)确定公式中的各计算数值P. 试选择载荷系数Q. 计算高速轴小齿轮传递的转矩R. 查资料得,选取齿宽系数S. 由表10-6查得材料的弹性影响系数T. 由表10-21d按齿面硬度查得小齿轮接触强度极限为,大齿轮的接触强度极限为U. 由式10-13计算应力循环次数 V. 由图10-19查得接触疲劳寿命系数 W. 计算接触疲劳许用应力,取失效概率为1%,安全系数,由式(10-12)得

12、(2)相关计算X. 计算高速轴小齿轮分度圆直径,代入中较小值 Y. 计算圆周速度Z. 计算齿宽AA. 计算齿宽与齿高之比模数 齿高 齿宽与齿高之比 BB. 计算载荷系数根据,齿轮为7级精度,由图10-8查得动载荷系数;经表面硬化的直齿轮,由表10-3查得;由表10-2查得使用系数;由表10-4查得7级精度小齿轮相对支承非对称布置时, 代入数据得,由,查图10-13得,故载荷系数CC. 按实际的载荷系数校正所计算得的分度圆直径,由式10-10a得DD. 计算模数 3. 按齿根弯曲强度设计由式10-5得弯曲强度设计公式为 2)、 确定公式中的各计算值F. 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极

13、限,大齿轮的弯曲强度极限G. 由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数,H. 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数,由式10-12得 I. 计算载荷系数KJ. 查取齿数及应力校正系数由表10-5查得 F. 计算大小齿轮的并加以比较 G. 设计计算对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于齿根弯曲疲劳强度的计算的模数,由于齿轮模数的大小主要是取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径有关,可以取弯曲强度算得的模数3.54,并就近圆整为标准值,按接触疲劳强度算得分度圆直径d1= 147.30mm,算出小齿轮齿数大齿轮齿数计算齿轮的分度圆直径 计算中心距 计算齿

14、轮宽度 六各齿轮主要的相关参数项目齿轮1齿轮2齿轮3齿轮4模数3344齿数3112137104分度圆直径93363148412齿轮宽度10095155150齿顶圆直径95365150414 第五章 联轴器的选择轴的联轴器,查表14-1由于转矩变化中等可取, 根据机械设计手册3表22.5-37,选用LH型弹性柱销联轴器:LH3联轴器其公称扭矩,许用最大转速为,轴径为之间,由于电机的轴径固定为42mm,而由估算可得1轴的轴径为40mm轴的联轴器,查表14-1由于转矩变化中等可取, 机械设计手册3表22.5-37,选用LH型弹性柱销联轴器:LH5联轴器,其公称扭矩,许用最大转速为,轴径为之间,由估算

15、可选两边的轴径为55mm. 第六章 轴的设计一、 高速轴1. 选择轴的材料及热处理方法,考虑到齿轮分度圆与轴径相差不大,选用齿轮轴,选择轴材料为40Cr ,根据毛坯直径,热处理方法为调质2. 确定轴的最小直径,根据公式15-2的扭转强度估算轴的最小直径的公式查表15-3, 考虑键:有一个键槽,3. 确定各轴段直径:大于轴的最小直径24.69且考虑与联轴器内孔标准直径配合,取,考虑密封圈及定位轴肩高度,取 考虑轴承选用6209轴承查机械设计手册3表 20.6-1,取 考虑轴承定位,查机械设计手册3表20.6-1 考虑到齿轮分度圆与轴径相差不大,选用齿轮轴,此时 考虑轴承定位,查机械设计手册3表2

16、0.6-1 (同一对轴承)4.确定与轴长有关的参数 (1)机座壁厚,查机械课程设计指导书表5-1 (2)地脚螺栓直径,查机械课程设计指导书表5-1 (3)轴承旁联接螺栓直径,查机械课程设计指导书表5-1 (4)至外机壁距离C1,查机械课程设计指导书表5-2 (5)至外机壁距离C2,查机械课程设计指导书5-2 (6)内壁至轴承座端面距离,查机械课程设计指导书 (7)轴承盖螺钉直径,查机械课程设计指导书表5-1, (8)轴承盖厚度t,查机械课程设计指导书表3, (9)齿轮端面与内机壁距离,查机械课程设计指导书表3 , (10)轴承内端面至箱体内壁距离,查机械课程设计指导书) (11)拆卸螺钉所需长

17、度L,查机械课程设计指导书) (1)查机械设计手册3表22.5-37,J型轴孔长度84mm (2) (3)查机械设计手册3表20.6-1,=B=18mm (4): (5): (6): (7):查机械设计手册3表20.6-1, (8)L(总长): (9)两轴承支点距离S: S=176+100+14+18=308mm6高速轴轴承的选择和校核 (1)高速轴轴承的选择基本额定载荷,校核轴承,轴承使用寿命为8年,每年按300天每天按小时计算 由已知计算得小齿轮传递的转矩;小齿轮的分度圆直径 则圆周力 径向力 (2)校核I轴轴承是否满足工作要求,画轴的受力简图 (3)则合成支反力(4)计算轴承的当量载荷,

18、由于只受径向载荷则;查表13-6可知载荷系数;由此 (5)校核所选轴承 由于两支承用相同的轴承,故按当量动载荷较大的轴承计算,查表13-4取温度系数 ,计算轴承工作寿命:7.高速轴轴上键的强度校核 (1)键的选择 选用普通 圆头平键 A型,轴径 ,查表6-1,得宽度,高度 (2)键的校核 键长度小于轮毂长度且键长不宜超过,前面算得取,根据键的长度系列查表6-1选键长 键,轴,轮毂的材料都为钢,有轻微冲击,查6-2得许用挤压应力,取.键的工作长度: 键与轮毂键槽的接触高度: 由式6-1得: p=则键连接的强度条件为: 二中速轴1.选择轴的材料及热处理方法,查表15-1选择轴的材料为45,根据毛坯

19、直径,热处理方法为调质处理2.确定轴的最小直径,根据公式15-2查表15-3, 考虑键:有一个键槽,3.确定各轴段直径 (1):考虑轴承选用6208轴承查机械设计手册3表20.6-1, , (2):考虑该轴段与齿轮配合并用键定位且键尺寸 (3):轴肩定位 (4): (5):(一对同型号轴承) 4.计算各轴段长度 (1):查机械设计手册3表20.6-1 ; (2): (3): (4): (5); (6)L(总长): (7)两轴承支点距离 5中速轴轴承的选择和校核 (1)中速轴轴承的选择基本额定载荷,校核轴承,轴承使用寿命为8年,每年按300天每天按小时计算 由已知计算得中速轴传递的转矩;齿轮2的

20、分度圆直径,齿轮3的分度圆直径 则圆周力 径向力 则圆周力 径向力 (2)校核中速轴轴承是否满足工作要求,画轴的受力简图 (3)则合成支反力 (4)计算轴承的当量载荷,由于只受径向载荷则查表13-6可知载荷系数;由此 (5)校核所选轴承 由于两支承用相同的轴承,故按当量动载荷较大的轴承Pr1计算,查表13-4取温度系数 ,计算轴承工作寿命:6中速轴轴的强度校核 由已知计算得中速轴传递的转矩;齿轮2的分度圆直径,齿轮3的分度圆直径 则圆周力 径向力 则圆周力 径向力 (2)做出弯矩图 (3)求出支反力= (4)求各截面弯矩B断面弯矩: C断面弯矩: N.mm 合成弯矩B断面: =261430.2

21、9N.mm 合成弯矩C断面: =162711.33N.mm (5)安弯矩合成应力校核轴的强度 因为MBMC , 所以B断面为危险截面,对该轴进行详细校核,对于截面B则根据式15-5及上面的数据,取=0.6,轴的计算应力 前已选用轴的材料为45钢,调制处理,由表15-1查得=60Mp,故安全7中速轴轴上键的强度校核 由于齿轮2要比齿轮三窄些,两轴段直径一样,即只需校核齿轮2的键 选用普通 圆头平键 A型,轴径 ,查表6-1,得宽度,高度, 键长度小于轮毂长度且键长不宜超过,前面算得安装齿轮2的轴段长92mm ,根据键的长度系列查表6-1选键长 键,轴,轮毂的材料都为钢,有轻微冲击,查6-2得许用

22、挤压应力,取. 键的工作长度: 键与轮毂键槽的接触高度: 由式6-1得: 则键连接的强度条件为: 三、 低速轴1.选择轴的材料及热处理方法,查表15-1选择轴的材料为45,根据毛坯直径,热处理方法为调质处理根据公式15-2的扭转强度估算轴的最小直径的公式查表15-3, 查表15-3, 考虑键:有一个键槽, (1) (2):,考虑密封圈及定位轴肩高度 选 (3):考虑轴承选用6011轴承查机械设计手册3表20.6-1, (4):考虑轴承定位,查机械设计手册3表20.6-1 (5):考虑到齿轮定位, (6): (7):同一对轴承) (1):查机械设计手册3表22.5-37,J型轴孔长度107mm

23、(2): (3):查机械设计手册3表20.6-1, (4): (5):轴肩考虑内壁圆整 (6): (7):查机械设计手册3表20.6-1 ; (8)L(总长): (9)两轴承支点距离S:5低速轴轴承的选择和校核 (1)低速轴轴承的选择基本额定载荷Cr=32KNCor=24.8KN,校核轴承,轴承使用寿命为8年,每年按300天每天按小时计算 由已知计算低速轴传递的转矩;齿轮4的分度圆直径 则圆周力径向力 (2) 校核低速轴轴承是否满足工作要求,画轴的受力简图 (3)则合成支反力 (4)计算轴承的当量载荷,由于只受径向载荷则,查表13-6可知载荷系数;由此 (5)校核所选轴承 由于两支承用相同的轴

24、承,故按当量动载荷较大的轴承计算,查表13-4取温度系数,计算轴承工作寿命: 6低速轴上键的强度校核 由于低速轴传递的力矩一定和联轴器配合的轴段要细一些,所以只需校核联轴器定位的键 (1)键的选择 选用普通 圆头平键 A型,轴径 ,查表6-1,得宽度b=14mm,高度h=9mm, (2)键的校核 键长度小于轮毂长度且键长不宜超过,前面算得取 ,根据键的长度系列查表6-1选键长L=100mm 键,轴,轮毂的材料都为钢,有轻微冲击,查6-2得许用挤压应力,取. 键的工作长度: 键与轮毂键槽的接触高度: 由式6-1得: 第七章减速器的润滑密封的选择1传动零件的润滑 (1)齿轮传动润滑,由前面已经算得

25、齿轮圆周速度 V=2m/s,滚动轴承采用油润滑而低速轴轴的齿轮圆周速度v2m/s,由于第一轴选用了油润滑,故也用油润滑利用齿轮转动将油引入油沟从而使轴承得以润滑 2减速器密封 (1)轴外伸端密封 高速轴:与之配合的轴的直径是40mm,查机械工程图学附表33选d=39mm毡圈油封;中速轴:无需密封圈;低速轴:与之配合的轴的直径是55mm,查机械工程图学附表33,选d=53mm 毡圈油封 (2)箱体结合面的密封 软钢纸板第八章 箱体的结构设计一箱体的结构根据箱体与轴的配合与轴承的配合与齿轮的配合,取铸铁减速器箱体其主要结构尺寸如表9-1所示:表9-1尺寸表名 称符号减速器型式及尺寸关系箱座厚度8m

26、m箱盖厚度18mm箱盖凸缘厚度b112mm箱座凸缘厚度b15mm箱座底凸缘厚度b220 mm地脚螺钉直径df20 mm地脚螺钉数目n6轴承旁边联结螺栓直径d116 mm盖与座联结螺栓直径d212 mm联接螺栓d2的间距l160mm轴承端盖螺钉直径d310 mm视孔盖螺钉直径d46mm定位销直径d8 mm至外箱壁距离至凸缘边缘距离C1C226 22 18mm24 16mm轴承旁凸台半径R1R1=C2凸台高度h根据低速级轴承外径决定外箱壁至轴承座端面距离l156mm铸造过度尺寸x,yX=3mm,y=15mm大齿轮顶圆与内箱壁距离110mm齿轮端面与内箱壁距离210mm箱盖,箱座肋厚m1mm1=6.

27、8mm, m=6.8mm,轴承端盖外径D2高速轴的:D2=120mm中速轴的:D2=120mm低速轴的:D2=130mm轴承旁联接螺栓距离S二箱体上附件的设计(1)视孔及视孔盖,视孔盖结构及尺寸如图9-1所示: (a) (b)图9-1 结构尺寸图(2)油标图9-2所示 (3)放油孔及放油螺塞图9-3 图9-2油标 图9-3放油螺塞 如上图杆式油标,螺纹直径选为M16,则相应系数为: 放油螺塞的直径取为,则相应的其他参数为: (4)旋盖式油杯由于油杯为标准件,所以综合考虑,选定为旋盖式油杯,型号为A50 GB 1154,结构如图9-4(1)为通气孔 (2)为油杯内撑 (3)为放油口 (4)为油杯

28、盖 图9-4油杯对箱体的装配及配合要求 ,根据减速器的工作环境,为闭式工作,而且有多处相对运动,所以应该考虑密封及润滑情况,根据箱体及齿轮的润滑,所以运用浸油润滑,对于轴承,运用箱体上的回油槽回油润滑对减速器的密封,在箱体剖分面各接触面及密封处均不允许漏油剖分面涂密封胶由于箱体为铸铁的,所以考虑到外观及使用要求,表面涂漆第九章 设计小结本次的课程设计,我们综合运用了各方面的知识,如机械设计机械原理工程材料机械制造基础材料力学理论力学Auto CADSolid edge等科目,在本次的设计中,我学会了把自己所有的知识学以致用,综合考虑各方面的因素,如质量,体积,材料,造价,安装,工艺等通过本次的

29、作业,让我们有了一个对问题的整体把握,最重要的是使我掌握了设计的基本步骤和设计的逻辑思维,相信在不久将来我们就都可以胜任一件复杂的机械设计工作,进而我们可以做一名机械设计的工程师在设计中,也遇到了许多问题,设计也不是很合理,如箱体的工艺性,齿轮的计算不够精确,螺钉的数量和大小的选用也不够合理,起用吊环和吊钩的设计有许多地方都是凭着自己的所谓的经验等等缺陷,不过在最后都得到了妥善的解决,或是自己有了一定的认识与体会,能够确信下一次会合理的解决这些问题,并且在本次的设计中,对一些问题还有了一些突破性的认识,如只有多做才能够积累足够的经验,只有自己动手了,才能发现问题,有了自己的经验,才会在设计初选

30、时能根据经验作出合理的初想通过这次的课程设计,既是让我们锻炼自己的能力,也是对我们知识的一次全方位的检验,让我们能够在实践中发现自己的问题与不足,然后才能鞭策自己去学习解决问题,也只有这样,我们才能在前进中不断的提升自己的实力,不断充实自己,让自己成长为一个合格的机械工程师第十章 主要参考文献1. 吴宗泽,罗圣国主编机械设计课程设计手册北京:高等教育出版社,19922. 濮良贵,纪名刚主编机械设计第七版北京:高等教育出版社,19963. 徐灏主编机械设计手册北京:机械工业出版社,19914. 周开勤主编机械零件手册第四版北京:高等教育出版社,19945. 吴宗泽主编机械结构设计北京:机械工业出版社,19886. 章日晋等主编机械零件的结构设计北京:机械工业出版社,19877. 减速器实用技术手册编委会编减速器实用技术手册北京:机械工业出版社,19928. 齿轮手册编委会齿轮手册北京:机械工业出版社,19909. 机械工业部洛阳轴承研究所编全国滚动轴承产品样本,199510. 余梦生,吴宗泽主编机械零部件手册造型设计指南北京:机械工业出版社,199611. 廖念钊,古莹庵,莫雨松,李硕根,杨兴骏编互换性与技术测量第四版中国计量出版社,2001