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中南大学机械设计机械设计基础课程设计_doc

机械设计

课程设计说明书(机械设计基础)

设计题目电动绞车传动装置的设计

学院专业班级:学号:

设计人:

指导老师:

完成日期:

中南大学

目录

一、设计任务书 (1)

二、机械传动装置的总体设计 (4)

1电机的选择 (4)

2传动装置的总传动比和分配各级传动比 (5)

3传动装置的运动学和动力学计算 (6)

三、传动装置主要零件的设计、润滑选择 (7)

1闭式齿轮传动 (7)

2开式齿轮传动 (9)

3开式齿轮传动 (11)

4轴的设计 (12)

5轴承的选择 (16)

6键的选择 (18)

7联轴器的选择 (19)

8附件选择 (19)

9润滑与密封 (21)

10箱体各部分的尺寸 (21)

四、设计总结 (23)

五、参考文献 (24)

设计计算及说明结果及依据

一、设计任务书

1 题目

电动绞车传动装置的设计

2 传动简图

3 原始数据:

表一原始数据

项目数据

运输带曳引力 F(KN)30

运输带速度 v(m/s) 0.25

滚筒直径 D(mm)350

4设计目的

(1)培养了我们理论联系实际的设计思想,训练了综合运用机

械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进

行分析和解决工程实际问题的能力,巩固、深化和扩展了

相关机械设计方面的知识;

(2)通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计,

使我们掌握了一般机械设计的程序和方法,树立正确的工

程设计思想,培养独立、全面、科学的工程设计能力和创

新能力;

(3)另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相

关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助

设计方面的能力。

5设计内容

(1) 传动装置的总体设计;

(2) 传动装置主要零件的设计、润滑选择; (3) 减速器装配图的设计; (4) 零件工作图的设计; (5)设计计算说明书的编写。

二 机械传动装置的总体设计

1 电机的选择

1.1 电机类型的选择

选择Y 系列三相异步电动机。

1.2 额定功率的确定

电动机所需功率为

η

w

d P P =

KW

P w :工作机构所需功率;

η:从电动机到工作机的传动总效率;

KW

5.71000

Fv

P w ==

F :工作机牵引力,30kN ; V :工作机的线速度,0.25m/s ;

η=η联×η3轴承×η闭式齿轮×η2开式齿轮 ×η滚筒

=0.992×0.993×0.97×0.952×0.98

=0.826

从课程设计书p7表2-4查得联轴器、轴承、齿轮、链和滚筒的效率值。则

KW 082.9826

.05

.7P d ==

额定功率值d ed P P ≥。

w P =KW 5.7

课程设计 表2-4

KW 082.9P d

=

1.3 电动机转速的确定

三相异步电动机常用的同步转速有3000、1500、1000、750r/min 。

1.4 标准型号确定

已知P d =9.082KW ,可选择转速1500和1000r/min 两种,考虑选用转速小的。因此,可选用的电机型号为Y160L-6,其参数值如下表:

表二 电机参数

电动机型号 额定功率(KW ) 满载转速(r/min ) 质量(Kg )

Y160L-6 11

970

147

电机额定功率P e =11KW 〉P d =9.082KW ,故可以选用。

2 传动装置的总传动比和分配各级传动比

2.1 总传动比

已知电机的满载转速

n m =970r/min ,

皮带轮转速

min /6.13D

v

100060n r =?=

π

总传动比

324.71n

n i m

==

2.2传动比分配

课程设计 表20-1

电动机型号: Y160L-6 970r/min

i=71.324

圆柱齿轮的传动比取3~6,取圆柱齿轮的传动比

i 闭=4,

则链的传动比

233.4i i ==

开i ,

3 传动装置的运动学和动力学计算

3.1各轴转速

min /598.13min /424.57min /5.242min /970n 3

42

31

210r i n n r i n n r i n n r n n m ≈=

≈=≈====开

3.2 各轴的功率

KW

P P KW P P KW P P KW P P KW P P ed 757.9855.9479.10912.1011234422332121010==========ηηηηηη

3.3 各轴的转矩

i 闭=4

233.4i =开

m N i T T m N i T T m N i T T m N T T m

N n P T ?==?==?==?==?==343.6852015.163967.412433.107299.10895502344223321210100

0开开闭ηηηηηη

三 传动装置主要零件的设计、润滑选择

1 闭式齿轮传动

1.1 齿轮材料的选择

因为减速器传递功率不大,所以齿轮采用软齿面。由教材p166表11-1,小齿轮选用45MnB 调质,齿面硬度为241~286HBS ,

,7201lim MPa H =σ而且MPa FE 5951=σ,大齿轮选用45钢,调质,齿面硬度197~286HBS ,MPa MPa FE H 445,58522lim ==σσ。

1.2 齿轮的设计

(1) 确定许用应力

由教材p171表11-5,取S H =1.1,S F =1.25,

[][][][]MPa

S MPa S MPa

S MPa S F

FE F F FE F H

H H H H 35647682.53154.6542

21

12lim 21

lim 1H ====

====

σσσσσσσσ

(2) 按齿面接触强度设计

根据课本p168表11-2暂时选择8级精度,根据p169表11-3选

《机械设计基础》教材 表11-1

《机械设计基础》教材

表11-5

《机械设计基础》教材

表11-2

表11-3

择载荷系数K=1.3,根据p175表11-6选择齿宽系数8.0d =Φ,已知小齿轮上的转矩

T 1=108300mm N ?

根据教材p171表11-4取Z E =188,则

[]mm

Z Z u u KT d H H

E d 04.7082.5315.21884148.01083003.12123

2

32

11=??

?

???+???=???

?

??+?

Φ≥σ

齿数取z 1=21,则z 2=21*4=84,实际传动比i=4,模数

mm mm z d m 34.321

04.7011===

齿宽

,m m 03.56d b 1d =Φ=

取 ,,m m 65b m m 60b 12== 按照p57表4-1选择m=4mm

mm m z d mm m z d 336,842211=?==?=

中心距 mm d d 2102

a 2

1=+=,

(3) 验算齿轮弯曲强度

根据教材p173图11-8选择Y Fa1=2.87,Y Fa2=2.24,根据p174图11-9选择Y Sa1=1.56,Y Sa2=1.76,则

[][]MPa

MPa Y Y Y

Y MPa

MPa z bm Y Y KT F Sa Fa Sa Fa F F Sa Fa 35698.7847669.89221

1221F 2

11

2

1

111F =≤===≤==σσσσσ

《机械设计基础》教材

表11-6

《机械设计基础》教材

表11-4

《机械设计基础》教材

表4-1

mm d 841=

mm d 3362=

《机械设计基础》教材

图11-8 图11-9

弯曲疲劳强度足够

(4) 齿轮的圆周速度

s m n d v /557.31000

601

1=?=

π

对照p168表11-2知选用8级精度是合适的。 1.3齿轮结构设计: 齿顶圆直径:

齿全高: 齿厚: 齿根高: 齿顶高: 齿根圆直径:

由于小齿轮,采用实心式圆柱齿轮;大齿轮因为分度圆半径较大采用锻造毛坯的腹板式结构

2 开式齿轮传动传动

2.1 齿轮材料的选择

开式齿轮选用:斜齿圆柱硬齿面齿轮

小齿轮:40Cr 表面淬火 硬度48~55HBC ,

lim11150~1210H MPa =σ,1700~740a FE MP =σ

大齿轮:40Cr 表面淬火 硬度48~55HBC ,

lim11150~1210H MPa =σ, 1700~740FE MP

2.2 齿轮的设计 (1)确定许用应力

,11802lim 1lim MPa H H ==σσ而且MPa FE FE 72021==σσ,

由教材p171表11-5,取S H =1.0,S F =1.25,

s

m v /557.3=

《机械设计基础》教材

表11-2

《课程设计》 表9-2

《机械设计基础》教材

表11-1

《机械设计基础》教材

表11-5

[][][][]MPa

S MPa

S F

FE F F H H H 57611801

211

lim 21H =====

=σσσσσσ

(2)按齿面弯曲强度设计

根据课本p168表11-2暂时选择9级精度,根据p169表11-3选择载荷系数K=1.5,根据p175表11-6选择齿宽系数8.0d =Φ,已知小齿轮上的转矩

T 2=412680mm N ?

==4.223

1z 取32, 2z =135.136,取 2z =136

实际传动比 i ==4.24

根据教材p173图11-8选择Y Fa1=2.74,Y Fa2=2.21,根据p174图11-9选择Y Sa1=1.63,Y Sa2=1.81,

由于:

[]

[]

322

2311

110*95.610*75.7--=>

=F Sa Fa F Sa Fa Y Y Y Y σσ

故:对小齿轮进行弯曲强度计算

[]

3

1211

112F Sa Fa d n Z Y Y KT m σ?Φ≥=2.65,取m=2.75 mm m z d mm m z d 374,882211=?==?=

中心距 mm d d 2312

a 2

1=+=

mm 44d b 1d =Φ=

取 ,,m m 50b m m 45b 12== (3)验算齿轮接触强度

[]1180Mpa

=9851

b 22121H H

E H Mpa u

u d KT Z Z σσ≤=+=

(4) 齿轮的圆周速度

《机械设计基础》教材

表11-2 表11-3 表11-6

《机械设计基础》教材

图11-8

图11-9

s m n d v /12.11000

602

1=?=

π

对照p168表11-2知 符合9级制造精度

3 开式齿轮传动

3.1 齿轮材料的选择

开式齿轮选用:斜齿圆柱硬齿面齿轮 小齿轮:40Cr 表面淬火 硬度48~55HBC ,

lim11150~1210H MPa =σ,1700~740a FE MP =σ

大齿轮:40Cr 表面淬火 硬度48~55HBC ,

lim11150~1210H MPa =σ, 1700~740FE MP

3.2 齿轮的设计

(1)确定许用应力

,11802lim 1lim MPa H H ==σσ而且MPa FE FE 72021==σσ,

由教材p171表11-5,取S H =1.0,S F =1.25,

[][][][]MPa

S MPa

S F

FE F F H

H H 57611801

211

lim 21H ==

====σσσσσσ

(2)按齿面弯曲强度设计

根据课本p168表11-2暂时选择9级精度,根据p169表11-3选择载荷系数K=1.5,根据p175表11-6选择齿宽系数8.0d =Φ,已知小齿轮上的转矩

T 3=1638950mm N ?

==4.223

1z 取32, 2z =135.136,取 2z =136

接触疲劳强度足够

V=1.12m/s

《机械设计基础》教材

表11-2

《机械设计基础》教材

表11-1

《机械设计基础》教材

表11-5

《机械设计基础》教材

表11-2 表11-3 表11-6

实际传动比 i ==4.24

根据教材p173图11-8选择Y Fa1=2.74,Y Fa2=2.21,根据p174图11-9选择Y Sa1=1.63,Y Sa2=1.81,

由于:

[]

[]

322

2311

110*95.610*75.7--=>

=F Sa Fa F Sa Fa Y Y Y Y σσ

故:对小齿轮进行弯曲强度计算

[]

3

1211

122F Sa Fa d n Z Y Y KT m σ?Φ≥=4.207,取m=4.5 mm m z d mm m z d 612,1442211=?==?=

中心距 mm d d 3782

a 2

1=+=

m m 72d b 1d =Φ=

取 ,,m m 80b m m 75b 12== (3)验算齿轮接触强度

[]1180Mpa =4.9291

b 22

122H H

E H Mpa u

u d KT Z Z σσ≤=+=

(4) 齿轮的圆周速度

s m n d v /433.01000

603

1=?=

π

对照p168表11-2知 符合9级制造精度

4 轴的设计

4.1 轴的设计计算和校核

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

《机械设计基础》教材

图11-8 图11-9

接触疲劳强度足够

V=0.433m/s

《机械设计基础》教材

表11-2

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:

4.2 Ⅰ轴的尺寸设计

(1)Ⅰ轴的材料和热处理的选择 选 选择45钢调质。硬度达到197~286HBS

(2)初步计算各轴段直径

计算d 1,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

KW P 912.101=,m N T ?=433.1071

最小直径计算(查《机械设计基础》教材表14—2 取 c=112)

考虑键槽 :d>1.03*25.095=25.847mm 考虑与电动机的轴直径不能差太多,选用TL7联轴器

选择标准直径:

2)计算2d

3)计算 4)计算 5)计算 6)计算

7)各阶梯轴直径列表如下 名称

《机械设计基

础》教材 表14-1

《机械设计基

础》教材

表14—2

长度/mm 104

60

36

64

8

26

4.3 Ⅱ轴的尺寸设计

(1)Ⅱ轴的材料和热处理的选择

选 选择45钢调质。硬度达到197~286HBS

(2)初步计算各轴段直径

计算d 1,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

KW P 479.101=,m N T ?=433.4121

最小直径计算(查《机械设计基础》教材表14—2 取 c=110)

考虑键槽 :d>1.03*32.333=33.303mm

选择标准直径: 2)计算2d

3)计算 4)计算 5)计算 6)计算

7)各阶梯轴直径列表如下 名称

《机械设计基础》教材 表14-1

《机械设计基础》教材

表14—2

长度/mm 52 50 38 68 8 28 (3) Ⅱ轴的强度校核

1)计算齿轮受力(大齿轮采用锻造毛坯的腹板式)

圆周力:

径向力:

∵是直齿轮,故 轴向力:0a F N = 2)按许用应力校核轴的弯曲强度

①轴的受力简 图A (L=113mm) ②求支反力:

水平面支反力: 垂直面支反力:

③作弯矩图: 水平弯矩:(图B )

垂直弯矩:(图C ) ④求合成弯矩,做出弯矩图(图E )

⑤作扭矩图:(图D )

C 点左 C 点右

⑥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α=0.59

⑦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—1 650b Mp σ=360s Mp σ=280e Mp σ=

[]

160

b MPa

σ

-

=

C剖面的轴径故:强度足够

Ⅱ轴受力简图校核分析:

5 轴承的选择

5.1 滚动轴承的选择与校核

因为闭式齿轮选择直齿圆柱齿轮,考虑承受载荷和只承受径向力,主动轴承和从动轴承均选用深沟球轴承。

(1)主动轴承:根据轴径值查《课程设计》教材P145表15-3深沟球轴承各部分尺寸,选择6211(GB276-89)型深沟球轴承 2个。

各部分尺寸如下表:

轴承代号

尺寸/mm

d D B

6211 55 100 21 《机械设计基础》教材

表14-1

Ⅱ轴的强度足够

计算轴承寿命: 当量动载荷

温度系数1t f = 载荷系数 1.5p f = 对球轴承寿命系数3ε=

要求轴承寿命:(十年两般制工作,按每年工作300天,每班工作16

个小时)

103001648000L h =??=< 所以轴承寿命合格 (2)从动轴承:根据轴径值查《机械制图》教材P145表15-3深沟球轴承各部分尺寸,选择6309(GB276-89)型深沟球轴承 2个。 各部分尺寸如下表:

轴承代号

尺寸/mm

d D B

6309 45 100 25

计算轴承寿命: 当量动载荷

温度系数1t f = 载荷系数 1.5p f = 对球轴承寿命系数3ε=

要求轴承寿命:(十年两般制工作,按每年工作300天,每班工作16个小时) 103001648000L h =??=<

所以轴承寿命合格 6 键的选择

选择45号钢,由于键的工作面是侧面,选用平键。 6.1 主动轴

(1)主动轴外伸端,,考虑到键在轴中部安装,选择平键就可以了,且联轴器轴长度=42mm ,故选择C12×80GB1096-79型键。

键的工作长度: 45钢许用挤压力为:

《课程设计》

表15-3

选择6211

(GB276-89)

型深沟球轴

《机械设计基础》教材 表16-11

轴承寿命合格

《课程设计》 表15-3

选择6309(GB276-89)

型深沟球轴

《机械设计基础》教材

表16-11

所以强度足够,合格

(2)主动轴上与齿轮连接处,考虑键槽在轴中部安装,故两键在同一母线上。选用18*50 GB1096-79型键

键的工作长度:

45钢许用挤压力为:

所以强度足够,合格

6.3 从动轴

1)从动轴外伸端,,选择C10×32GB1096-79型键。

键的工作长度:

45钢许用挤压力为:

所以强度足够,合格

(2)从动轴上与齿轮连接处,考虑键槽在轴中部安装,故两键在同一母线上。选用14*48 GB1096-79型键

键的工作长度:

45钢许用挤压力为:

所以强度足够,合格

7 联轴器的选择

由于减速器载荷平稳,速度不高,无特殊要求,考虑装拆方便及经济问题,选用弹性套柱销联轴器,取工作情况系数 1.3

k

选用TL7 40*112型(GB4323-84)弹性套柱销联轴器,根据主动轴连接联轴器处,将各种参数列表如下:《课程设计》表14-1

选择C12×80GB1096-79型键。

《课程设计》表14-1

选用18*50 GB1096-79

型键

《课程设计》表14-1

选择C10×32GB1096-79型键

型号

公称

转矩T

许用

转数n

轴孔直

径d

轴孔长

度L

外径D 材料

轴孔

类型

TL7 500 2800 40 112 190 HT

150

Y型

8 附件选择

8.1窥视孔和视孔盖

窥视孔应设在箱盖顶部能够看到齿轮啮合区的位置,其大小以手能伸进箱体进行检查操作为宜。窥视孔出应设计凸台以便于加工。视孔盖可用螺钉紧固在凸台上,并应考虑密封。故选择A=100mm的视孔盖。

8.2通气器

通气器设置在箱盖顶部或视孔盖上。较完善的通气器内部支撑一定曲路,并设置金属网。通气器规格尺寸应与减速器大小相适应,故选择的通气螺塞。

8.3油面指示器

油面指示器应设置在便于观察且油面较稳定的部位,如低速轴附近。常用的油面指示器有圆形油标、长形油标、管状油标、油标尺等形式,但油标尺结构简单,我们采用M20(20)的油标尺。油标尺安装位置不能太低,以避免油溢出油标尺座孔。

8.4放油孔和螺塞《课程设计》表14-1

选用14*48 GB1096-79

型键

《课程设计》表17-3

TL7 40*112型

(GB4323-84)弹性套柱销联轴器

选择A=100mm 的视孔盖

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机械设计基础课程设计doc43
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