机械设计课程设计资料

7zmsz95

        通过本课程设计将学过的基础理论知识进行综合应用，培养结构设计，计算能力，熟悉一般的机械装置设计过程。
& n  a# f8 ~2 o2 y: {+ i(二)
: Y8 A4 e$ v, O2 a, I2 U传动方案的分析
. N( D* P1 h( w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。
本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。
% E4 Z: ]+ V' o6 @1 I8 n) C8 u& s带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。
* m) L. x& _8 b! t8 Q6 A2 F* H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一。本设计采用的是单级直齿轮传动。
减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。
2 h& Z6 Y7 @' a! T8 u* E. B二、传动系统的参数设计
原始数据：运输带的工作拉力F=0.2 KN；带速V=2.0m/s；滚筒直径D=400mm（滚筒效率为0.96）。
6 g; K0 q8 u+ x/ Z) x工作条件：预定使用寿命8年，工作为二班工作制，载荷轻。
5 {1 x- m2 q* N) H6 Z% p* _! H  j* I工作环境：室内灰尘较大，环境最高温度35°。
& v" v9 @5 `; A动力来源：电力，三相交流380/220伏。
1
3 O/ A+ @; S) z、电动机选择
（1）、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机
9 @% y& E" m9 N; k' |" _（2）、电动机功率选择：
( o9 T. i; f2 o+ C( m! O# i①传动装置的总效率：
=0.98×0.99 ×0.96×0.99×0.96
8 j- Y+ m9 U+ U9 H* J$ W3 y②工作机所需的输入功率：
% L6 B7 |9 M6 R1 g: b! L因为 F=0.2 KN=0.2 KN= 1908N
=FV/1000η
7 l* }  A' h- @  \0 j! U=1908×2/1000×0.96
=3.975KW
③电动机的输出功率：
=3.975/0.87=4.488KW
使电动机的额定功率P ＝（1～1.3）P ，由查表得电动机的额定功率P ＝ 5.5KW 。
. X. u, F* _: c5 s0 N+ Z, ]6 A⑶、确定电动机转速：
) F" X7 o  J9 d; t3 v4 a- s' u$ b% l计算滚筒工作转速：
, @; c: ~' `5 U% F% w4 F3 H4 H=（60×v）/（2π×D/2）
=（60×2）/（2π×0.2）
=96r/min
" p' M6 ~1 A1 v: \) a由推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I’ =3~6。取V带传动比I’ =2~4，则总传动比理时范围为I’ =6~24。故电动机转速的可选范围为n’ =（6~24）×96=576~2304r/min
0 }6 [/ Z* q8 k1 R⑷、确定电动机型号
7 C/ f" V0 ?" M* u3 K9 f根据以上计算在这个范围内电动机的同步转速有1000r/min和1500r/min，综合考虑电动机和传动装置的情况，同时也要降低电动机的重量和成本，最终可确定同步转速为1500r/min ，根据所需的额定功率及同步转速确定电动机的型号为Y132S-4 ，满载转速 1440r/min 。
" \4 L$ U7 x4 E其主要性能：额定功率：5.5KW，满载转速1440r/min，额定转矩2.2，质量68kg。
2
、计算总传动比及分配各级的传动比
' ~, a, U, [7 I1 f  Y, {6 [（1）、总传动比：i =1440/96=15
（2）、分配各级传动比：
根据指导书，取齿轮i =5（单级减速器i=3~6合理）
; U- Y" U) B( F2 b4 T2 K+ x; ]=15/5=3
/ f& T1 i' A5 q: p  a8 \: e. Y8 D$ y3
) m  E2 @) o: q9 e7 m、运动参数及动力参数计算
" z, x9 F' R2 T⑴、计算各轴转速（r/min）
=960r/min
6 D* t' l4 P2 R$ P' b=1440/3=480(r/min)
# C5 ]7 p3 g2 X7 ?=480/5=96(r/min)
⑵计算各轴的功率（KW）
/ ^- ?3 m% x- i3 r) w/ f7 ^% a电动机的额定功率Pm=5.5KW
$ p7 j9 c8 g( n* I; X+ e所以
& G! f9 p9 j* x$ b- JP =5.5×0.98×0.99=4.354KW
=4.354×0.99×0.96 =4.138KW
+ q% `9 \, C/ [* |- E=4.138×0.99×0.99=4.056KW
⑶计算各轴扭矩（N?mm）
2 l2 C0 o. R- Q( ?TI=9550×PI/nI=9550×4.354/480=86.63N?m
0 U" \/ S; e, U6 {$ G& q7 D=9550×4.138/96 =411.645N?m
! K- b* B4 S$ G3 F=9550×4.056/96 =403.486N?m
三、传动零件的设计计算
' G2 b1 H- v, z! m, |7 E4 J, A: N: l（一）齿轮传动的设计计算
) r! b6 U9 K) D& s（1）选择齿轮材料及精度等级
! j& N  }( R: v) [9 C; S2 ]考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240~260HBS。大齿轮选用45#钢，调质，齿面硬度220HBS；根据指导书选7级精度。齿面精糙度R ≤1.6~3.2μm
（2）确定有关参数和系数如下：
传动比i
( o" D0 m- Z+ }  ^; s0 F取小齿轮齿数Z =20。则大齿轮齿数：
5 W2 \% ^( {/ ?: Y=5×20=100
9 {/ A: H6 @5 h1 o, C4 F$ O，所以取Z
实际传动比
1 ]! B& a" s9 B) E) bi =101/20=5.05
! P, y3 X$ z; I- n6 |传动比误差：（i -i）/I=（5.05-5）/5=1%<2.5% 可用
% q' z1 W* @; n( i% l" P* {* p$ n齿数比：
6 v9 `$ q0 _/ R- Ou=i
$ L) R7 f: h% x取模数：m=3 ；齿顶高系数h =1；径向间隙系数c =0.25；压力角 =20°；
则
h *m=3，h ）m=3.75
h=（2 h ）m=6.75，c= c
分度圆直径：d =×20mm=60mm
d =3×101mm=303mm
7 Z7 G1 v. d- q: T$ D6 X$ u由指导书取
φ
+ P3 y) t+ ?! M  z! Z) j+ ?齿宽：
, O+ e* J" M  e/ _" Nb=φ =0.9×60mm=54mm
0 E, l. e3 P2 L$ W9 R=60mm ，
b
3 H6 _6 I$ ^% K7 H. e3 b1 L/ q7 I齿顶圆直径：d ）=66，
d
; }6 Z" F% ^) n+ P' ?齿根圆直径：d ）=52.5，
d ）=295.5
基圆直径：
( ~# ]# f  U$ |9 v: ad cos =56.38，
( w4 |4 H2 ]2 \+ B+ W2 s9 pd cos =284.73
4 O% A9 `5 C5 O" _; |# M(3)计算齿轮传动的中心矩a：
a=m/2(Z )=3/2(20+101)=181.5mm 液压绞车≈182mm
（二）轴的设计计算
1
、输入轴的设计计算
/ Y; N' L8 H/ f$ m$ n3 p⑴、按扭矩初算轴径
* e2 s6 L  G. m9 T0 Q% j选用45#调质，硬度217~255HBS
根据指导书并查表，取c=110
所以 d≥110 (4.354/480) 1/3mm=22.941mm
) g: ^" m" I: X" h' jd=22.941×(1+5%)mm=24.08mm
% K5 Z5 w( {; u  c  H2 _, J∴选d=25mm
⑵、轴的结构设计
1 `' y; G+ Z0 u! {①轴上零件的定位，固定和装配
' o8 `/ n  j2 W3 y单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和大筒定位，则采用过渡配合固定
②确定轴各段直径和长度
/ Y3 ~- B% E* P& x0 J- K  kⅠ段：d =25mm
  ~# d0 ?/ {1 U4 ]， L =（1.5～3）d ，所以长度取L
∵h=2c
c=1.5mm
) I% @, }# D, h+2h=25+2×2×1.5=31mm
' Y0 |, B& X4 Z* Q- y8 S) o: q9 x考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：
- U* ]" f; q0 r2 Z, s: uL =（2+20+55）=77mm
* Q; ]$ Z) K* A$ ]' p% {III段直径：
初选用30207型角接触球轴承，其内径d为35mm,外径D为72mm，宽度T为18.25mm.
6 K3 ]* g  g: I! X6 B9 b0 v  h=d=35mm，L =T=18.25mm，取L
6 Y. s1 Q' m  Z; n# t& zⅣ段直径：
由手册得：c=1.5
h=2c=2×1.5=3mm
& |* y" m" s8 k( j此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑，应便于轴承的拆卸，应按标准查取由手册得安装尺寸h=3.该段直径应取：d =（35+3×2）=41mm
# S( }! \( {, Z: I" g/ F4 [因此将Ⅳ段设计成阶梯形，左段直径为41mm
% [8 w. z6 b* Z1 r+2h=35+2×3=41mm
$ X5 p# C9 W" _5 c, }$ a1 p长度与右面的套筒相同，即L
Ⅴ段直径：d =50mm. ，长度L =60mm
取L
+ q+ Y7 G; v$ e由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=80mm
: c- q9 K9 ~6 b: _' pⅥ段直径：d =41mm， L
8 ]* X8 K8 e6 `- o$ m% h' c# v: {1 }Ⅶ段直径：d =35mm， L ＜L3，取L
2
、输出轴的设计计算
⑴、按扭矩初算轴径
选用45#调质钢，硬度（217~255HBS）
# C9 }- @! B- v$ i# M+ R根据课本P235页式（10-2），表（10-2）取c=110
, o# Y  P' |- l' l$ s=110× (2.168/76.4) =38.57mm
考虑有键槽，将直径增大5%，则
d=38.57×(1+5%)mm=40.4985mm
5 y/ D0 i6 R& }6 M' ]! T∴取d=42mm
⑵、轴的结构设计
# _9 e) u" L' W; V7 G6 ]5 P①轴的零件定位，固定和装配
/ F% _% @& }9 T4 c+ A单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。
②确定轴的各段直径和长度
初选30211型角接球轴承，其内径d为55mm，外径D=100mm，宽度T为22.755mm。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为20mm，则该段长42.755mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。
则
0 c5 Q. q  E3 xd =42mm
1 \( W5 q" v6 ^L
  k3 E! m9 M8 V& X1 D= 50mm
L
$ m: ^- c2 U3 y) {5 d- A7 o( \= 55mm
5 E1 F( a+ y- w/ uL
6 g& A* p( r5 b& m- k% g8 E% C& f, v= 60mm
# ^: ]! {" G/ M4 ZL
0 E: g5 \) ?& {- B9 n, }# t0 U= 68mm
L
=55mm
$ m- x. {- O. t; XL
/ j: ~/ d) k0 t3 a- |四、滚动轴承的选择
- L& G- u5 S4 h! ^  h8 ^; k1
、计算输入轴承
: p; r  \+ d0 }5 c- Y. d* `选用30207型角接触球轴承，其内径d为35mm,外径D为72mm，宽度T为18.25mm.
2
、计算输出轴承
选30211型角接球轴承，其内径d为55mm，外径D=100mm，宽度T为22.755mm
五、键联接的选择
1
、输出轴与带轮联接采用平键联接
键的类型及其尺寸选择：
带轮传动要求带轮与轴的对中性好，故选择C型平键联接。
6 [2 E* Q- U& Z( i' Z% S( y根据轴径d =42mm ，L =65mm
6 |+ }; X8 W$ {查手册得，选用C型平键，得： 卷扬机
( |( e: `9 C# w! P, u4 v装配图中22号零件选用GB1096-79系列的键12×56
则查得：键宽b=12，键高h=8，因轴长L ＝65，故取键长L=56
2
5 I* {# I% T5 o' c8 h、输出轴与齿轮联接用平键联接
=60mm,L
' O+ W; p+ b& U1 P' ^: i9 o查手册得，选用C型平键，得：
装配图中 赫格隆36号零件选用GB1096-79系列的键18×45
则查得：键宽b=18，键高h=11，因轴长L ＝53，故取键长L=45
# c$ E0 E/ Z' j1 _: n3
/ L* q- L5 k( ?) e3 }) s# ?、输入轴与带轮联接采用平键联接
! i' J  A! u! k! P* V=25mm
, I  X, N- j/ Z+ X! n+ ^L
查手册
选A型平键，得：
装配图中29号零件选用GB1096-79系列的键8×50
则查得：键宽b=8，键高h=7，因轴长L ＝62，故取键长L=50
9 A8 m: W3 Y. u& \) ]+ C5 x4
、输出轴与齿轮联接用平键联接
=50mm
L
! `; o( K0 e' Z查手册
9 c6 _6 Q7 O/ G0 g1 D: ~选A型平键，得：
2 Z. S9 p& w+ c2 e" a装配图中26号零件选用GB1096-79系列的键14×49
+ U0 O) i: _3 N" g# c5 B则查得：键宽b=14，键高h=9，因轴长L ＝60，故取键长L=49
六、箱体、箱盖主要尺寸计算
4 ~4 J- F3 A0 H2 c: o箱体采用水平剖分式结构，采用HT200灰铸铁铸造而成。箱体主要尺寸计算如下：
七、轴承端盖
& e6 t6 ~$ S* s7 [2 [+ b+ t主要尺寸计算
  Y1 ~2 F8 k' c  o; m轴承端盖：HT150 d3=8
" k9 J) ?( I# E# _( In=6 b=10
八、减速器的
减速器的附件的设计
) C: H# f) x% n1
$ G2 k/ y: o4 H* k. @9 w; ?、挡圈 ：GB886-86
) H* N  J2 u& k. m查得：内径d=55，外径D=65，挡圈厚H=5，右肩轴直径D1≥58
# c3 b1 b. k% X2
) D- i9 Q+ i2 C' w9 p! S、油标 ：M12：d =6，h=28，a=10,b=6，c=4，D=20，D
3
、角螺塞
0 L, i* A: m0 }: oM18
* j) T% m. h# ]8 x×
9 ~$ B2 |! R( R! S  U1.5 ：JB/ZQ4450-86
; K8 F& W0 O0 P& ?6 N- N, T) |' k