机械设计基础课程设计

机电系09数控技术设计人：彭通文胡勇马建航刘道涛指导老师：李荣贵州师范大学职业技术学院2010年12月27日目录一、设计任务书……………………………………………………1二、传动方案的拟定及说明………………………………………4三、电动机的选择…………………………………………………4四、传动装置的运动参数和动力参数的计算……………………5五、传动件齿轮的设计及计算……………………………………7六、轴的设计计算及说明…………………………………………10七、键联接的选择及校核计算及连轴器的选择…………………19八、减速器润滑与密封的选择……………………………………23九、减速箱体的结构及附件设计…………………………………23十、设计小结………………………………………………………25十一、参考资料目录………………………………………………26机械设计课程设计任务书题目：设计一通用电动绞车传动装置中的一级圆柱齿轮减速器总体布置简图1—电动机2—带制动轮联轴器3—圆柱齿轮减速器4—轴承5—开式齿轮6—卷筒7—钢丝绳一.工作情况：载荷有轻微震动。二.原始数据输送带拉力F/N:1300输送带速度r/(m/s):0.6滚筒直径D(mm):350带速度允许误差（%）：5使用年限（年）：8工作制度（班/日）：3三.设计内容1.电动机的选择与运动参数计算；2.斜齿轮传动设计计算3.轴的设计4.滚动轴承的选择5.键和连轴器的选择与校核；6.装配图、零件图的绘制7.设计计算说明书的编写四.设计任务1.减速器总装配图一张2.齿轮、轴零件图各一张3.设计说明书一份五.设计进度1.第一阶段：总体计算和传动件参数计算2.第二阶段：齿轮与轴系零件的设计3.第三阶段：轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制4.第四阶段：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写二.传动方案的拟定及说明由题目所知传动机构类型为：圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。本传动机构的特点是：减速器横向尺寸较小，两大齿轮浸油深度可以大致相同。结构较复杂，轴向尺寸大，中间轴较长、刚度差，中间轴承润滑较困难。三、电动机的选择1.电动机类型和结构的选择因为本传动的工作状况是：载荷有轻微震动。所以选用常用的封闭式Y（IP44）系列的电动机。2.电动机容量的选择1）工作机所需功率PwPw＝13KNkWsm8.7/6.02）电动机的输出功率Pd＝Pw/ηη＝轴承’联齿轴承ηηηη23＝0.9408Pd＝8.29kW3.电动机转速的选择nd＝（i1’·i2’…in’）nw初选为同步转速为750r/min的电动机4．电动机型号的确定由表20－1查出电动机型号为Y180L-8,其额定功率为11kW，满载转速730r/min。基本符合题目所需的要求。三、传动装置的运动参数和动力参数的计算1传动装置的运动和动力参数1）计算总传动比由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为：i＝nm/nw卷筒转动转速：n=dv=757.3210006035014.36.0r/mini=nn满=75.32730=22.3取闭i=5开i=闭总ii=53.22=4.462）合理分配各级传动比（1）转速n（2）功率P（3）转矩T各轴转速、输入功率、输入转矩轴号功率P/Kw转速n(r/min)转矩T(mN)传动比i损失率08.29730108.4511Ⅰ8.29730108.4550.98Ⅱ8.124146531.4054.460.96Ⅲ7.79923.7352275.264.460.96五、传动件齿轮的设计及计算1、选小齿轮材料为45钢，调后240~270HBS1，大齿轮材料为45钢，正火180~210HBS2。该齿轮为一般齿轮传动，圆周速度不大于6m／s，初选7级精度。2、因该齿轮为比上闭式软齿面的钢制齿轮，所以应按齿面接触疲劳强度设计齿轮。由下式设计小齿轮的分度圆直径。d1≥321)1(43.76HduuKT（1）选载荷系数k，因为是软齿面载荷平稳，对称布置，查表可得k=1.0~1.2取k=1.1.（2）选取宽度系数：d=0.8（3）计算小齿轮转矩T1=95491np=954973029.8≈108.44（mn）（4）计算接触疲劳许用应力HPHP=(SHHmin.Zn)a按齿面硬度的中间值255HBS1,195HBS2,查得1limH=650(MPa)2limH=600(MPa)b接触疲劳寿命系数ZN.因载荷稳定，故N=6060njth,每年按260个工作日，每日24小时，th=8x260x24=49920h.N1=60x730x1x49920≈2.186X109N2==21N2.186X109/5=4.373X108ZN1=1ZN2=1.03C接触疲劳最小安全系数SH.要求一般可靠性，SH.=1d计算1HP=limZN1/SH=650(MPa)2HP=limZN2/SH=618(MPa)（5）计算小齿轮的分度圆直径d1323158.0644.1081.161810xxxxxd≈59.36（mm）(6)圆周速度V1V1=10006011xdn=2.3（sm）因为V1〈6（sm）所以取7级精度合适。3、主要参数的选择和几何尺寸计算。（1）齿数z1=22z2=iz1=22x5=110.(2)模数m=zd11=59.36/22=2.69取m=3mm(3)分度圆直径d1=mz1=3x22=66mmd2=3x110=330mm(4)中心距a=221dd=396/2=198(5)齿轮宽度b=4dxd1=0.8x66=52.8mmb1=52.8mmb2=48+(5-10)=62.8mm4、齿根弯曲疲劳强度校核（1）齿形系数YF和应力修正系数YS依据z1，z2查表可得YF1=2.81YS1=1.73YF2=1.56YS2=1.80（2）弯曲疲劳许用应力FP=（SFFMlin）YN由齿面硬度的中间值255和195，查得1Flin=225（MPa）2limF=215（MPa）所以YN1=1YN2=1弯曲疲劳最小安全系数要求一般可靠性Sh=1所以1FP=225（MPa）2FP=215（MPa）5、校核弯曲疲劳强度1F=2094873.181.244.1081.12000xxxxxX1F1FP2F2FP所以弯曲疲劳强度足够六、轴的设计计算及说明1.轴的设计计算与校核：不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。按承载性质，减速器中的轴属于转轴。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定出轴的形状和几何尺寸，最后校核轴的强度。这里因为从动轴为Ⅱ轴，故只对Ⅱ轴进行强度的校核，对两根轴进行尺寸的设计计算过程。具体步骤如下：1、电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。选择45钢正火。硬度达到170～217HBS,抗拉强度b=600MPa，屈服强度e=360MPa。[b1]=55MPa2.初步计算各轴段直径（1）计算d1，按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T最小直径计算（查《机械设计基础》教材表15—3取c=110）考虑键槽19.25%)51(46.24d选择标准直径mmd281（2）计算2d因2d必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取2d=30mm；（3）计算3dmmmmdd40~36)5~1(23，且3d必须与轴承的内径一致，圆整3d=40mm，初选轴承型号为6208,查附表可知，B=18mm，D=80mm，;2.15,8.22KNKNccar（4）计算4dmmmmdd45~41)5~1(34，为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取4d=45mm；（5）计算5d取5d=55mm；（6）计算6dmmdd4036，同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。电动机轴各阶梯轴直径列表如下：名名称1dd12dd23dd34dd45dd56dd6直直径（mm）2828353540404545555540403、计算轴各段长度（1）计算1L半联轴器的长度l=62mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不压在轴的端面上，故第一段的长度应比l略短一些，取1L=60mm;（2）计算2L取箱体壁厚为6mm，L1=28,m取4取2L=38mm；（3）计算3L取L3=38mm（4）计算4LmmbL6026224小齿轮；（5）计算5LmmdabL3.105.44.1)1.0~0.0(4.14.1445，取（6）计算6LmmBL281018106轴承；各段轴长度列表如下:名称长度/mm6038386011282强度校核部分具体步骤如下：（1）输出轴的功率P和扭矩T（2）最小直径计算（查《机械设计基础》教材表14—1取c=110）考虑键槽mmd19.2546.2403.1选择标准直径d=28mm（3）计算齿轮受力（大齿轮采用锻造毛坯的腹板式）圆周力：NdTF3286661084502222径向力：NaFF1195tan3286tan200∵是直齿轮，故轴向力：0aFN（4）按许用应力校核轴的弯曲强度1）轴的受力简图（图A）（L=109mm）2）求支持反力水平面支反力NFRRHBHA164332865.05.0垂直面支反力NFRRVBVA5.59711955.05.03）作弯矩图水平弯矩（图B）mmNLRMHAHC8954416431095.05.0垂直弯矩（图C）mmNLRmvavc325645.5971095.05.01）求合成弯矩，作出合成弯矩图（图E）2）作扭矩图（图D）C点左'0.TNmmC点右mmNdFTT107582662862213）作危险截面当量弯矩图（图E）该轴单项工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取=0.594）校核危险截面轴径45号优质碳素钢调质处理时，查《机械设计基础》教材14—3C剖面的轴径mmmmd15.25454故：强度足够从动轴受力简图校核分析3轴Ⅱ的设计1、电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。选择45钢正火。硬度达到170～217HBS,抗拉强度b=600MPa，屈服强度e=360MPa。[b1]=255MPa2.初步计算各轴段直径（1）计算d1，按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T最小直径计算（查《机械设计基础》教材表15—3取c=110）考虑键槽087.43%)51(832.41d选择标准直径mmd451（2）计算2d因2d必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取2d=55mm；（3）计算3dmmmmdd60~56)5~1(23，且3d必须与轴承的内径一致，圆整3d=60mm，初选轴承型号为6208,查附表可知，B=27mm，D=110mm，;6.35,5.47KNKNccar（4）计算4dmmmmdd65~61)5~1(34，为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取4d=65mm；（5）计算5d取5d=78mm；（6）计算6dmmdd6036，同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。电动机轴各阶梯轴直径列表如下：名称直径（mm）4555606578603、计算轴各段长度（1）计算1L半联轴器的长度l=62mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不压在轴的端面上，故第一段的长度应比l略短一些，取1L=60mm;（2）计算2L取箱体壁厚为6mm，L1=28,m取4取2L=38mm；（3）计算3L取L3=47mm（4）计算4LmmbL502522小齿轮4；（5）计算5L（6）计算6LmmBL37102710轴承6；各段轴长