《机械设计》课程设计
说 明 书
目 录
一、目录........................................................................................................................ 1 二、设计任务书............................................................................................................ 1 三、传动方案的拟定.................................................................................................... 1 四、电动机的选择和传动装置的运动和动力参数.................................................... 2 五、传动零件的设计计算............................................................................................ 3 六、轴的校核计算........................................................................................................ 4 七、滚动轴承的选择和设计........................................................................................ 7 八、键的选择和键联结的强度计算............................................................................ 8 九、联轴器的选择...................................................................................................... 10 十、啮合件及轴承的润滑方法,润滑剂牌号及装油量.......................................... 11 十一、密封方式的选择.............................................................................................. 13 十二、减速器的附件及其说明.................................................................................. 14 十四、参考资料.......................................................................................................... 23
一、设计任务书
(1) 带式运输机数据:见数据表格。 (2) 工作条件:单班制工作,空在启动
二、拟定传动方案
为了估计传动装置的总传动比范围,以便合理的选择合适的传动机构和拟定传动方案。可先由已知条件计算起驱动卷筒的转速nw ,即
nw
601000v6010001.50
119.4r/min
D240
一般常选用转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机,因此传动装置总在传
动比约为8.1或12,根据总传动比数值,可初步拟定出以二级传动为主的多种传动方案。
如图2-1[2]所示的四种方案可作为其中的一部分,这些方案的主要优缺点:方案b不宜在长时间连续工作,且成本高;方案d制造成本较高。根据该带式传送机的工作条件,可在a和c两个方案中选择。现选用结构较简单、制造成本较低的方案a。 据此拟定传动方案如图:
结果: 1、电动机的类型和结构形式
按工作要求和工作条件,选用一般用途的Y(IP44)系列三相异步电动
机,它为卧式封闭结构。
2、电动机容量
(1)工作机所需功率pw
三、选择电动机
pw
FV12501.50
1.88KW 10001000
pw1.88kw
(2)电动机输出功率pd
pd
2
pw
传动装置的总效率 12345
式中,1、2…为从电动机至卷筒之间的各传动机构和轴承的效率。由
0.876
表2-4[2]查得:V带传动 1=0.95;滚动轴承 2=0.99;圆柱齿轮传动
3=0.97;弹性连轴器 4=0.99;卷筒轴滑动轴承 5=0.98,则
2
总效率 0.950.990.980.990.970.876
pw1.882.15KW 故pd 0.876
(3)电动机额定功率ped
依据表20-1[2]选取电动机额定功率ped2.2KW
3、电动机的转速
为了便于选择电动机的转速,先推算电动机转速的可选范围。由表2-1[2]查得V带传动常用比为范围i12~4,单级圆柱齿轮传动i23~6则电动机转速可选范围为
''ndnwi1'i2716~2866r/min
ped2.2kw
''
初选同步转速分别为1000r/min和1500r/min的两种电动机进行比较如下表:
计算传动装置的总
传动比及其分配各级传动比
1、传动置总传动
i
nm9407.9nw119.4
2、各轴转矩
六、V带传动设计
1、计算功率
pc
pc1.2ped2.64kw
2、选普通V带型号
根据
p3
T095500955022.35Nm
n0940p12.09
T19550955053.08Nm
n1376p22.01
T295509550161.31Nm
n2119
i=7.92、分配各级传动比:
取V带传动比i1=2.5。则单级圆柱齿轮减速器的传动比为
pc2.k641w
n,
i2
i7.9
3.16 i12.5
所得i2 符合一般圆柱齿轮传动和单级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。
五、传动装置的运动和动力参数
由[1]图13-15查出此坐标点位于A型与Z型交界处,现暂按选用A型计算。 3、求大、小带轮基准直径d2、d1。
1、各轴转速
按电动机额定功率为0轴,减速器高速轴为一轴,低速轴为2轴,各轴结果:
转速为
n0nm940r/min
n0960
n1376r/min
i12.5
n384
n21119r/min
i23.16
各轴输入功率
按电动机额定功率Ped计算各轴输入功率,即
P0=Ped=2.2kw
P1=P0η1=2.20.952.09kw
P2=p1η2η3=2.880.990.972.01KW
n1940r/minn2376r/min n3119r/min
p02.2kwp12.09kwp22.01kw
由[1]表13-7,取d1112mm,由[1]式13-9得
d2
n1
d(1)940/376112(10.02)274.4mm n2
结果:
d1112mmd2280mm
`
由表13-7取d2280mm 4、验算带速v
v
d1n1
601000
112940
601000
5.512m/s
带速在5~25m/s范围内,合适。 5、求V带基准长度Ld和中心距a
初步选取中心距
a01.5d1d21.5(112280)588mm
取a0600mm,符合0.7(d1d2)a02(d1d2)。 由[1]式13-2得带长
(280112)22
L02a0(d2d1)(d2d1)/4a02600(112280)1828L01828mm224600
查[1]表13-2,对A型带选用Ld2000mm在由[1]式13-16计算中心矩
aa0
LdL020001828
600686mm 22
6、验算小带轮包角1 由[1]式13-1得
11800
d2d1
57.30180(280112)/60057.316601200,合a
适
7、求V带根数z
由[1]式13-15得
z
pc
(p0p0)KaKL
令n1940r/min,d1112mm,查[1]表13-3得
p01.15kw
由[1]式13-9得传送比
d2280i2.25
d1(1)112(10.02)
查[1]表13-4得 p0.11kw
由11660查[1]表13-5 得Ka0.97;查[1]表13-2得Kl1.03,由此可得
pc2.25
z1.74
(p0p0)KKL(1.150.11)0.971.03
取2根。
8、求作用在带轮上的压力FQ
查[1]表13-1得q=0.10kg/m,故由[1]式13-17得单根V带的初拉力
z2
F0
500pc5002.2
2.5/0.971)0.15.5122160.4N2.5/K1qv2
zv25.512
作用在轴上的压力
166FQ2zF0sin22160.4sin636.82N
22
1
FQ636.82N
9级精度
七、齿轮传动设计
1、选择材料、精度及参数
小齿轮:45钢,调质,HB=220 ([1]表11-1) 大齿轮:45钢,正火,HB=190 ([1]表11-1) 先采用9级精度
因Hlin1560MPa,Hlin2540MPa([1]图11-7c),sh1.1([1]表11-4),故
[H1]Flim1/SH560/1.1509MPa[H2]Flim2/SH540/1.1491MPa
因Flin1190MPa,Flim2160MPa([1]图11-10c),SF1.3([1]表11-4)。故
[F1]Flim1/SF190/1.3146MPa[F2]Flim2/SF160/1.3123MPa
2、按齿面接触强度设计
设齿轮按九级精度制造。取载荷系数K=1.2,齿宽系数0.4有上式知小齿轮的转矩T153.110Nmm,按式[1](11-5)计算中心距(已
结果:
3
知uz2/z13.2)
a(u(3.2120
z130z296
齿数z130,则z2uz13.23096,故实际传动比i=84/283.2 i3.2
模数m
2a2z120
1.90mm
1z23096
按[1]表4-1取m=2.5mm. 确定中心矩 a
m2(zz2.512)2
(3096)157.5 齿宽 baa0.4157.563mm 取b270mm,b163mm 则齿轮直径可得 d
2a
u1
d2120
1
4.2
57mm
d2d1u573.2182.4mm
3、验算齿轮弯曲强度
齿形系数 YF12.6,YF22.2([1]图11-9) 按[1]式11-8验算齿轮弯曲强度
2KTY1F1
21.251.31032.6F1bm2z2.52
30
28MPa[F1] 1634、齿轮的圆周速度
v
d1n
601000
2.530376
601000
1.48m/s
八、高速轴轴承的设计
(轴从右至左依次为1,2,3,4,5,6,7)
带轮作用在轴上的力F636.82N
高速轴的齿轮直径为d175mm,扭矩T153.1NM 则作用于齿轮上的圆周力: 结果:
m2.5mm
2T1251.3103
Ft11863.2N
d70
径向力:
Ft11863.2NFr1678.1NFn11941.6N
Ft11863.2
1941.6N 法向力: Fn1
coscos20
由已知条件知道工作时间为8年,且每天两班制工作,则大概总的各种
Fr1Ft1tan1863.2tan20678.1N
时间为
Lh36108257600h
考虑到最不利的情况,单个轴承所受的径向力为
F'Fr1678r122
339N
向心轴承只承受径向载荷时
PFr1
由式16-3[1]知基本额定动载荷
CfpPf(60n6Lh)1/N t10
查表16-9,16-10[1]得
轴承的外形如图:
结果:
9
c9.0kN
10
d30mmD55mm B13mm
d122.4mmd221mmd330mmd434mmd539mmd630mm
L340mm
确定L2 的长度:表3-1[2]
地脚螺钉直径df0.036a120.0361401217mm 箱盖、箱座连接螺栓直径
d2(0.50.6)df0.5178.5mm
L235mm
则计算后估计L722mm
L511mm
十、高速轴的校核
a)
c)
e)
f)
轴的跨度
LL3LB4L5L6L7
2L7
2
136mm (1)求垂直面的支承反力
F
L
Fr11vLFr126782
339N F2vF1v339N
(2)求水平面的支撑反力
FFt11HF2H
21863.22
931.6N 结果:
11
L139mmL235mmL340mmL458mm L511mmL624mmL722mm
(3)F在支点产生的反力
FK636.8265
431.2N
K96
F2FFF1F636.82431.21068NF1F
外力F作用方向与带的布置有关,在未有具体确定前,按最不利的情况考虑。
(4)绘垂直面弯矩图
结果:
F1V339NF2V339NF1H931.6NF2H931.6NF1F431.2NF2F1068N
L0.096
MavF2v33916.27Nm
22
Mav'Mav16.27Nm
(5)绘水平弯矩图
MaHF1H
(6)F力产生的弯矩
L0.096931.644.72Nm 22
Mav16.27NmMav'16.27NmMaH49.1NmM2F41.39NmMaF20.70NmMa68.29Nm
'
Ma68.29Nm
M2FFK636.820.06541.39Nm
危险截面F力产生的弯矩
MaFF1F
L0.096
431.220.70Nm 22
2
2
(7)求合成弯矩:
考虑最不利情况,把MaF与MavMaH直接相加。
M241.39NmMe75.35Nm
MaMaF20.7068.29Nm
'MaMaF20.7068.29NM2M2F41.39Nm
轴传递的转矩T=53.1Nm (8)求危险截面的当量弯矩
可知齿轮的中间为危险面,其产生的弯矩认为轴为脉动循环变应力取其中折合系数
0.6
Me75.35Nm
(9)计算危险截面处的轴直径。材料为45钢,调质表14-1[1],表14-3[1]查得
b650MPa
[1b]60MPa
d23.24mm
则
12
考虑到键槽对轴的削弱,将d加大4%,故 d1.0423.2424.17mm
设计中取得直径大于此值,所以设计中的数值符合。
十一、低速轴承的设计
带轮作用在轴上的力F636.82N
高速轴的齿轮直径为d2182.4mm 扭矩T2161.3Nm 则作用于齿轮上的圆周力:
Ft21768.64NFr2643.7NFn21882.33N
2T22161.3103
Ft21768.64N
d2182.4
径向力:
Fr2Ft2tan1768.64tan20643.7N
法向力:
Fn2
为
Ft21768.64
1882.33N coscos20
由条件知道工作时间为8年,且每天两班制工作,则大概总的各种时间
Lh360108257600h
考虑到最不利的情况,单个轴承的所受的径向力为
Fr'2F
Fr2643.7
636.82958.67N 22
向心轴承只承受径向载荷时PFr2 由式16-3[1]得知基本额定动载荷
fpp60n1/
CLhN
ft106
查表16-9,16-10[1]得
ft1fp1.2C
1.2643.760117.5
576005720N5.7KN6
110
低速深沟球轴承的外型尺寸如图所示:
结果:
13
13
十二、低速轴直径和长度设计
轴承的内径为35mm,则d335mm 最细的轴径由14-2[1]dCpn
查表14-2[1]C=118
d130.4mm
取标准化(表11-2[2]) d131.5mm 轴1与轴2相接处有定位轴肩
则
d232mm
轴3与轴4处有套筒定位
d4d32239mm
d5d4342mmd638mm
高速齿轮宽为56mm,取其长度 L468mm
结果:
14
d20mm
D37mm B12mm
d131.5mmd233.5mmd335mmd439mmd542mmd735mmd638mm
由V带轮的结构知 L1.5ds
dsd131.5mm
L11.531.546.0mm
先初定
L624mm
L3的长度要大于轴和套筒的总合:
L352mm
确定L2的长度:表3-1[2] 地脚螺钉直径
df0.036a120.036157.51217.67mm箱盖、箱座连接螺栓直径
d2(0.50.6)df0.517.678.8mm
则计算后估计 L235mm
L
513mm
十三、低速轴的校核
(轴从右至左依次为
1,2,3,4,5,6,7)
e)
f)
轴的跨度 L119mm
15
结果:
L146mmL235mmL352mmL454mm L722mmL513mmL624mm
(1) 求垂直面的支持反力
Fr1658.5329NF1V L22
F2VF1V329N
(2) 求水平面的支持反力 F1HF2H
FriF1V329NF1V329NF1H904.6NF2H904.6NF1F347.84NF2F984.66N
F1809.2t1904.6N 22
FK636.2265F1F347.84N
L119
F2FFF1F636.82347.84984.66N
外力F作用方向与带的布置有关,在未具体确定前,按最不利的情况考虑。
(4) 绘垂直面弯矩图 (3) F在支点产生的反力
L0.119
MaVF2V32919.6Nm
22
M'aVMav19.6Nm
(5) 绘制水平弯矩图 MaHF1H(6) F力产生的弯矩
M2FFK636.820.06541.4Nm 危险面上F力产生的弯矩: MaFF1F(7) 求合成弯矩图
考虑最不利的情况,把MaF与MaVMaH直接相加。
2
2
MaV19.6NmM'aV19.6NmMaH53.8NmM2F41.4NmMaF20.7NmMa77.64Nm
'Ma77.64Nm
L0.119
904.653.8Nm 22
Me125.8Nm
L0.11939820.7Nm 22
Ma
22MaV
MaH+MaF20.777.64N
m
'MaMaF20.777.64Nm
M2M2F41.4Nm
轴传递
的转矩T=165Nm
(8) 求危险截面的当量弯矩
可知齿轮的中间为危险面aa面,其产生的弯矩认为轴为脉动循环变应力取
其中折合系数a
0.6
Me125.8Nm
结果:
16
结果:
d=29mm
17
(1)高速轴
轴1段键的长度:L=32mm 轴4段键的长度:L=56mm
结果:
L132mmL256mm
4T
[p] 平键连接的挤压条件:Pdhl
由已知条件知有轻微冲击,则p100~120MPa。
4T1453.59103
p47.8MPa
d1hl120732
p2
4T1435.5910
17.2MPad4hl434756
3
高速轴的p1p2的验证结果均满足条件的要求。 (2)低速轴
轴1段键的长度:L=40mm 轴4段键的长度:L=50mm
L140mmL450mm
4T24165103
p159.5MPa
d1hl131.5840
p2
4T2416510
42.3MPad4hl439850
3
低速轴的p1p2的验证结果均满足条件的要求。
十五、箱体的结构设计
(1)箱座高度
d
Ha2(30~50)7
2
*
da2(z2ha)m(9621.0)3294mm
df(z2h2c)m(96220.25)3280.5mmH
294
3020197mm2
'*a
*
H197mm
齿高为:hda2df294280.513.5mm
则齿轮浸油深度hh13.5mm符合条件齿轮浸油深度大于10mm的要求。
总的油深 hh3043.5mm 箱体内储油宽度大约为57+20*2=97mm
箱体内储油长度大约为da1da230317mm
''
''
'
18
则储藏的油量
Q9731743.51337581.5mm31337.6cm3
单级减速器每传递1kw的功率所需的油量:350~700cm3
.
Q'
Q
2.03
658.9cm3
350658.9700cm3符合要求
(2)箱体的刚度设计(表3-1[2]) 1、箱座的壁厚
0.025a0.025157.515mm 按要求墙壁厚至少取8mm。 箱座的壁厚为9mm. 2、箱盖壁厚
10.02a0.02157.514mm
箱盖的厚度至少为8mm。 取其壁厚1为8mm.
3、箱体凸缘厚度
箱座 b1.51.5913.5mm
箱盖 b11.511.5812mm 箱底座 b22.5922.5mm 4、加强肋厚
箱座 m0.850.8597.6mm
箱盖 m10.8510.8586.8mm 5、地脚螺钉直径
d10.036a120.036157.51217.7mm
6、地脚螺钉数目
因为a250mm时,n=4 取4颗螺钉
7、轴承旁边连接螺栓直径
d10.75df0.7517.713.3mm
8、箱盖、箱座连接螺栓直径
d20.5df0.517.78.85mm
9、轴承盖螺钉直径和数目(表9-9[2])
19
结果:
5mm18mmb13.5mmb112mmb222.5mmm7.6mmm16.8mmd117.7mm地脚螺钉数目n4连接螺栓直径d113.3mm
箱盖、箱座螺钉直径d28.85mm轴承盖螺钉直径d36mm数目四颗
观察孔盖螺钉的直径d45.3mm
所选的轴承外径为55mm
45
所以 d36mmn4
10、轴承盖外径
由表15-3[2]知所选的轴承外径 D249mm. 11、观察孔盖螺钉的直径
d40.3df0.317.75.3mm
12、dfdd2至箱外的距离:dfd2至凸缘边缘的距离
C1min18mm
C2min12mm
13、轴承旁凸台半径
R1C212mm
14、箱体外壁至轴承座端面的距离
l1C1C271218737mm
十六、减速器附件的设计
(1)窥视孔及视孔盖
取A的宽度为100mm
A1A5d410055.3126.5mmA00.5(AA1)0.5(100126.5)113mmBB15d420055.3173.5mm
B00.5(BB1)0.5(200173.5)186.8mmh2mm
(2)通气器
由已知选M181.5型号
20
结果:
C1min18mmC2min12mmR112mml137mm
外型安装图:
结果:
(3)游标尺
由条件可选M16型的。 安装图:
(4)放油孔与螺塞
放油孔应设在油池的最低处,平时用罗塞堵住,采用圆柱螺塞时,箱座上装置处应设凸台,并加封油垫片。放油孔不能高于油池底面,以免排不干净。
(5)起盖螺钉
起盖螺钉设置在箱盖连接凸缘上,其螺纹有效长度应大于箱盖凸缘的厚度。
长度L=15mm (6)定位销 外型尺寸:
21
选A型
结果:
d8mmL27mm
Lbb11213.525.5mm
所以
直径取8mm
L取27mm。
十七、润滑与密封
(1) 润滑的选择:
在上面箱座高度设计的时候已经选择了减速器采用浸油润滑的方式,
单级的圆柱齿轮,当m
了浸油润滑0 mm
方式 '
齿高为:hda2df294280.513.5mm
则齿轮浸油深度 hh13.5mm
符合条件齿轮浸油深度大于10mm的要求。 总的油深 hh3043.5mm 箱体内储油宽度大约为 5720297mm 箱体内储油长度大约为 da1da230317mm 则储藏的油量
''''
'
d0.8d20.88.857mm
Q9830941.251337581.5mm31337.6cm3
单级减速器每传递1kw 的功率所需的油为350~700cm。 减速器传递的功率为2.03kw,则1kw的油量:
3
Q
658.9cm3
2.03
350658.9700cmQ'
符合要求
22
其它的零件经设计可采用脂润滑,选用的润滑剂为:
钙基润滑脂(GB491-87)中的3号,其抗水性好,使用与工业,农业和交通运输等机械设备的轴承润滑,特别是使用与水或潮湿的场合。
(2)密闭的形式:
选择接触式密封中的毡圈密封,其密封效果是靠安装与梯形轴上的梯形槽中所产生的径向压力来实现的,可补偿磨损后所产生的径向间隙,且便于更换毡圈。
其特点是:结构简单,廉价,但磨损较快、寿命短,它主要用于轴承采用脂润滑,且密封轴的表面圆周速度较小的场合。
结果:
轴承用脂润滑
毡圈密封
十八、课程设计总结
从整体上来说通过详细的计算和仔细的校核并且结合了实际情况,设计的过程基本正确,
结果基本合理,可以满足设计的要求。
课程设计使我们对所学的知识得到了一次系统,完整的复习,让我们初步了解到机械的选择、设计与加工基本知识。课程设计的过程中,进一步增强了数据的处理和一些细节处理的能力。
在设计的过程中,还有一些小的问题还未能处理的很好,我会努力找的到不足,多加注意,以便以后能做的更好。
十九、参考文献
[1]、《机械设计基础》(第四版)扬可桢,程光蕴主编 高等教育出版社 [2]、《机械设计课程设计》王昆,何小柏,汪信远主编 高等教育出版社
23
《机械设计》课程设计
说 明 书
目 录
一、目录........................................................................................................................ 1 二、设计任务书............................................................................................................ 1 三、传动方案的拟定.................................................................................................... 1 四、电动机的选择和传动装置的运动和动力参数.................................................... 2 五、传动零件的设计计算............................................................................................ 3 六、轴的校核计算........................................................................................................ 4 七、滚动轴承的选择和设计........................................................................................ 7 八、键的选择和键联结的强度计算............................................................................ 8 九、联轴器的选择...................................................................................................... 10 十、啮合件及轴承的润滑方法,润滑剂牌号及装油量.......................................... 11 十一、密封方式的选择.............................................................................................. 13 十二、减速器的附件及其说明.................................................................................. 14 十四、参考资料.......................................................................................................... 23
一、设计任务书
(1) 带式运输机数据:见数据表格。 (2) 工作条件:单班制工作,空在启动
二、拟定传动方案
为了估计传动装置的总传动比范围,以便合理的选择合适的传动机构和拟定传动方案。可先由已知条件计算起驱动卷筒的转速nw ,即
nw
601000v6010001.50
119.4r/min
D240
一般常选用转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机,因此传动装置总在传
动比约为8.1或12,根据总传动比数值,可初步拟定出以二级传动为主的多种传动方案。
如图2-1[2]所示的四种方案可作为其中的一部分,这些方案的主要优缺点:方案b不宜在长时间连续工作,且成本高;方案d制造成本较高。根据该带式传送机的工作条件,可在a和c两个方案中选择。现选用结构较简单、制造成本较低的方案a。 据此拟定传动方案如图:
结果: 1、电动机的类型和结构形式
按工作要求和工作条件,选用一般用途的Y(IP44)系列三相异步电动
机,它为卧式封闭结构。
2、电动机容量
(1)工作机所需功率pw
三、选择电动机
pw
FV12501.50
1.88KW 10001000
pw1.88kw
(2)电动机输出功率pd
pd
2
pw
传动装置的总效率 12345
式中,1、2…为从电动机至卷筒之间的各传动机构和轴承的效率。由
0.876
表2-4[2]查得:V带传动 1=0.95;滚动轴承 2=0.99;圆柱齿轮传动
3=0.97;弹性连轴器 4=0.99;卷筒轴滑动轴承 5=0.98,则
2
总效率 0.950.990.980.990.970.876
pw1.882.15KW 故pd 0.876
(3)电动机额定功率ped
依据表20-1[2]选取电动机额定功率ped2.2KW
3、电动机的转速
为了便于选择电动机的转速,先推算电动机转速的可选范围。由表2-1[2]查得V带传动常用比为范围i12~4,单级圆柱齿轮传动i23~6则电动机转速可选范围为
''ndnwi1'i2716~2866r/min
ped2.2kw
''
初选同步转速分别为1000r/min和1500r/min的两种电动机进行比较如下表:
计算传动装置的总
传动比及其分配各级传动比
1、传动置总传动
i
nm9407.9nw119.4
2、各轴转矩
六、V带传动设计
1、计算功率
pc
pc1.2ped2.64kw
2、选普通V带型号
根据
p3
T095500955022.35Nm
n0940p12.09
T19550955053.08Nm
n1376p22.01
T295509550161.31Nm
n2119
i=7.92、分配各级传动比:
取V带传动比i1=2.5。则单级圆柱齿轮减速器的传动比为
pc2.k641w
n,
i2
i7.9
3.16 i12.5
所得i2 符合一般圆柱齿轮传动和单级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。
五、传动装置的运动和动力参数
由[1]图13-15查出此坐标点位于A型与Z型交界处,现暂按选用A型计算。 3、求大、小带轮基准直径d2、d1。
1、各轴转速
按电动机额定功率为0轴,减速器高速轴为一轴,低速轴为2轴,各轴结果:
转速为
n0nm940r/min
n0960
n1376r/min
i12.5
n384
n21119r/min
i23.16
各轴输入功率
按电动机额定功率Ped计算各轴输入功率,即
P0=Ped=2.2kw
P1=P0η1=2.20.952.09kw
P2=p1η2η3=2.880.990.972.01KW
n1940r/minn2376r/min n3119r/min
p02.2kwp12.09kwp22.01kw
由[1]表13-7,取d1112mm,由[1]式13-9得
d2
n1
d(1)940/376112(10.02)274.4mm n2
结果:
d1112mmd2280mm
`
由表13-7取d2280mm 4、验算带速v
v
d1n1
601000
112940
601000
5.512m/s
带速在5~25m/s范围内,合适。 5、求V带基准长度Ld和中心距a
初步选取中心距
a01.5d1d21.5(112280)588mm
取a0600mm,符合0.7(d1d2)a02(d1d2)。 由[1]式13-2得带长
(280112)22
L02a0(d2d1)(d2d1)/4a02600(112280)1828L01828mm224600
查[1]表13-2,对A型带选用Ld2000mm在由[1]式13-16计算中心矩
aa0
LdL020001828
600686mm 22
6、验算小带轮包角1 由[1]式13-1得
11800
d2d1
57.30180(280112)/60057.316601200,合a
适
7、求V带根数z
由[1]式13-15得
z
pc
(p0p0)KaKL
令n1940r/min,d1112mm,查[1]表13-3得
p01.15kw
由[1]式13-9得传送比
d2280i2.25
d1(1)112(10.02)
查[1]表13-4得 p0.11kw
由11660查[1]表13-5 得Ka0.97;查[1]表13-2得Kl1.03,由此可得
pc2.25
z1.74
(p0p0)KKL(1.150.11)0.971.03
取2根。
8、求作用在带轮上的压力FQ
查[1]表13-1得q=0.10kg/m,故由[1]式13-17得单根V带的初拉力
z2
F0
500pc5002.2
2.5/0.971)0.15.5122160.4N2.5/K1qv2
zv25.512
作用在轴上的压力
166FQ2zF0sin22160.4sin636.82N
22
1
FQ636.82N
9级精度
七、齿轮传动设计
1、选择材料、精度及参数
小齿轮:45钢,调质,HB=220 ([1]表11-1) 大齿轮:45钢,正火,HB=190 ([1]表11-1) 先采用9级精度
因Hlin1560MPa,Hlin2540MPa([1]图11-7c),sh1.1([1]表11-4),故
[H1]Flim1/SH560/1.1509MPa[H2]Flim2/SH540/1.1491MPa
因Flin1190MPa,Flim2160MPa([1]图11-10c),SF1.3([1]表11-4)。故
[F1]Flim1/SF190/1.3146MPa[F2]Flim2/SF160/1.3123MPa
2、按齿面接触强度设计
设齿轮按九级精度制造。取载荷系数K=1.2,齿宽系数0.4有上式知小齿轮的转矩T153.110Nmm,按式[1](11-5)计算中心距(已
结果:
3
知uz2/z13.2)
a(u(3.2120
z130z296
齿数z130,则z2uz13.23096,故实际传动比i=84/283.2 i3.2
模数m
2a2z120
1.90mm
1z23096
按[1]表4-1取m=2.5mm. 确定中心矩 a
m2(zz2.512)2
(3096)157.5 齿宽 baa0.4157.563mm 取b270mm,b163mm 则齿轮直径可得 d
2a
u1
d2120
1
4.2
57mm
d2d1u573.2182.4mm
3、验算齿轮弯曲强度
齿形系数 YF12.6,YF22.2([1]图11-9) 按[1]式11-8验算齿轮弯曲强度
2KTY1F1
21.251.31032.6F1bm2z2.52
30
28MPa[F1] 1634、齿轮的圆周速度
v
d1n
601000
2.530376
601000
1.48m/s
八、高速轴轴承的设计
(轴从右至左依次为1,2,3,4,5,6,7)
带轮作用在轴上的力F636.82N
高速轴的齿轮直径为d175mm,扭矩T153.1NM 则作用于齿轮上的圆周力: 结果:
m2.5mm
2T1251.3103
Ft11863.2N
d70
径向力:
Ft11863.2NFr1678.1NFn11941.6N
Ft11863.2
1941.6N 法向力: Fn1
coscos20
由已知条件知道工作时间为8年,且每天两班制工作,则大概总的各种
Fr1Ft1tan1863.2tan20678.1N
时间为
Lh36108257600h
考虑到最不利的情况,单个轴承所受的径向力为
F'Fr1678r122
339N
向心轴承只承受径向载荷时
PFr1
由式16-3[1]知基本额定动载荷
CfpPf(60n6Lh)1/N t10
查表16-9,16-10[1]得
轴承的外形如图:
结果:
9
c9.0kN
10
d30mmD55mm B13mm
d122.4mmd221mmd330mmd434mmd539mmd630mm
L340mm
确定L2 的长度:表3-1[2]
地脚螺钉直径df0.036a120.0361401217mm 箱盖、箱座连接螺栓直径
d2(0.50.6)df0.5178.5mm
L235mm
则计算后估计L722mm
L511mm
十、高速轴的校核
a)
c)
e)
f)
轴的跨度
LL3LB4L5L6L7
2L7
2
136mm (1)求垂直面的支承反力
F
L
Fr11vLFr126782
339N F2vF1v339N
(2)求水平面的支撑反力
FFt11HF2H
21863.22
931.6N 结果:
11
L139mmL235mmL340mmL458mm L511mmL624mmL722mm
(3)F在支点产生的反力
FK636.8265
431.2N
K96
F2FFF1F636.82431.21068NF1F
外力F作用方向与带的布置有关,在未有具体确定前,按最不利的情况考虑。
(4)绘垂直面弯矩图
结果:
F1V339NF2V339NF1H931.6NF2H931.6NF1F431.2NF2F1068N
L0.096
MavF2v33916.27Nm
22
Mav'Mav16.27Nm
(5)绘水平弯矩图
MaHF1H
(6)F力产生的弯矩
L0.096931.644.72Nm 22
Mav16.27NmMav'16.27NmMaH49.1NmM2F41.39NmMaF20.70NmMa68.29Nm
'
Ma68.29Nm
M2FFK636.820.06541.39Nm
危险截面F力产生的弯矩
MaFF1F
L0.096
431.220.70Nm 22
2
2
(7)求合成弯矩:
考虑最不利情况,把MaF与MavMaH直接相加。
M241.39NmMe75.35Nm
MaMaF20.7068.29Nm
'MaMaF20.7068.29NM2M2F41.39Nm
轴传递的转矩T=53.1Nm (8)求危险截面的当量弯矩
可知齿轮的中间为危险面,其产生的弯矩认为轴为脉动循环变应力取其中折合系数
0.6
Me75.35Nm
(9)计算危险截面处的轴直径。材料为45钢,调质表14-1[1],表14-3[1]查得
b650MPa
[1b]60MPa
d23.24mm
则
12
考虑到键槽对轴的削弱,将d加大4%,故 d1.0423.2424.17mm
设计中取得直径大于此值,所以设计中的数值符合。
十一、低速轴承的设计
带轮作用在轴上的力F636.82N
高速轴的齿轮直径为d2182.4mm 扭矩T2161.3Nm 则作用于齿轮上的圆周力:
Ft21768.64NFr2643.7NFn21882.33N
2T22161.3103
Ft21768.64N
d2182.4
径向力:
Fr2Ft2tan1768.64tan20643.7N
法向力:
Fn2
为
Ft21768.64
1882.33N coscos20
由条件知道工作时间为8年,且每天两班制工作,则大概总的各种时间
Lh360108257600h
考虑到最不利的情况,单个轴承的所受的径向力为
Fr'2F
Fr2643.7
636.82958.67N 22
向心轴承只承受径向载荷时PFr2 由式16-3[1]得知基本额定动载荷
fpp60n1/
CLhN
ft106
查表16-9,16-10[1]得
ft1fp1.2C
1.2643.760117.5
576005720N5.7KN6
110
低速深沟球轴承的外型尺寸如图所示:
结果:
13
13
十二、低速轴直径和长度设计
轴承的内径为35mm,则d335mm 最细的轴径由14-2[1]dCpn
查表14-2[1]C=118
d130.4mm
取标准化(表11-2[2]) d131.5mm 轴1与轴2相接处有定位轴肩
则
d232mm
轴3与轴4处有套筒定位
d4d32239mm
d5d4342mmd638mm
高速齿轮宽为56mm,取其长度 L468mm
结果:
14
d20mm
D37mm B12mm
d131.5mmd233.5mmd335mmd439mmd542mmd735mmd638mm
由V带轮的结构知 L1.5ds
dsd131.5mm
L11.531.546.0mm
先初定
L624mm
L3的长度要大于轴和套筒的总合:
L352mm
确定L2的长度:表3-1[2] 地脚螺钉直径
df0.036a120.036157.51217.67mm箱盖、箱座连接螺栓直径
d2(0.50.6)df0.517.678.8mm
则计算后估计 L235mm
L
513mm
十三、低速轴的校核
(轴从右至左依次为
1,2,3,4,5,6,7)
e)
f)
轴的跨度 L119mm
15
结果:
L146mmL235mmL352mmL454mm L722mmL513mmL624mm
(1) 求垂直面的支持反力
Fr1658.5329NF1V L22
F2VF1V329N
(2) 求水平面的支持反力 F1HF2H
FriF1V329NF1V329NF1H904.6NF2H904.6NF1F347.84NF2F984.66N
F1809.2t1904.6N 22
FK636.2265F1F347.84N
L119
F2FFF1F636.82347.84984.66N
外力F作用方向与带的布置有关,在未具体确定前,按最不利的情况考虑。
(4) 绘垂直面弯矩图 (3) F在支点产生的反力
L0.119
MaVF2V32919.6Nm
22
M'aVMav19.6Nm
(5) 绘制水平弯矩图 MaHF1H(6) F力产生的弯矩
M2FFK636.820.06541.4Nm 危险面上F力产生的弯矩: MaFF1F(7) 求合成弯矩图
考虑最不利的情况,把MaF与MaVMaH直接相加。
2
2
MaV19.6NmM'aV19.6NmMaH53.8NmM2F41.4NmMaF20.7NmMa77.64Nm
'Ma77.64Nm
L0.119
904.653.8Nm 22
Me125.8Nm
L0.11939820.7Nm 22
Ma
22MaV
MaH+MaF20.777.64N
m
'MaMaF20.777.64Nm
M2M2F41.4Nm
轴传递
的转矩T=165Nm
(8) 求危险截面的当量弯矩
可知齿轮的中间为危险面aa面,其产生的弯矩认为轴为脉动循环变应力取
其中折合系数a
0.6
Me125.8Nm
结果:
16
结果:
d=29mm
17
(1)高速轴
轴1段键的长度:L=32mm 轴4段键的长度:L=56mm
结果:
L132mmL256mm
4T
[p] 平键连接的挤压条件:Pdhl
由已知条件知有轻微冲击,则p100~120MPa。
4T1453.59103
p47.8MPa
d1hl120732
p2
4T1435.5910
17.2MPad4hl434756
3
高速轴的p1p2的验证结果均满足条件的要求。 (2)低速轴
轴1段键的长度:L=40mm 轴4段键的长度:L=50mm
L140mmL450mm
4T24165103
p159.5MPa
d1hl131.5840
p2
4T2416510
42.3MPad4hl439850
3
低速轴的p1p2的验证结果均满足条件的要求。
十五、箱体的结构设计
(1)箱座高度
d
Ha2(30~50)7
2
*
da2(z2ha)m(9621.0)3294mm
df(z2h2c)m(96220.25)3280.5mmH
294
3020197mm2
'*a
*
H197mm
齿高为:hda2df294280.513.5mm
则齿轮浸油深度hh13.5mm符合条件齿轮浸油深度大于10mm的要求。
总的油深 hh3043.5mm 箱体内储油宽度大约为57+20*2=97mm
箱体内储油长度大约为da1da230317mm
''
''
'
18
则储藏的油量
Q9731743.51337581.5mm31337.6cm3
单级减速器每传递1kw的功率所需的油量:350~700cm3
.
Q'
Q
2.03
658.9cm3
350658.9700cm3符合要求
(2)箱体的刚度设计(表3-1[2]) 1、箱座的壁厚
0.025a0.025157.515mm 按要求墙壁厚至少取8mm。 箱座的壁厚为9mm. 2、箱盖壁厚
10.02a0.02157.514mm
箱盖的厚度至少为8mm。 取其壁厚1为8mm.
3、箱体凸缘厚度
箱座 b1.51.5913.5mm
箱盖 b11.511.5812mm 箱底座 b22.5922.5mm 4、加强肋厚
箱座 m0.850.8597.6mm
箱盖 m10.8510.8586.8mm 5、地脚螺钉直径
d10.036a120.036157.51217.7mm
6、地脚螺钉数目
因为a250mm时,n=4 取4颗螺钉
7、轴承旁边连接螺栓直径
d10.75df0.7517.713.3mm
8、箱盖、箱座连接螺栓直径
d20.5df0.517.78.85mm
9、轴承盖螺钉直径和数目(表9-9[2])
19
结果:
5mm18mmb13.5mmb112mmb222.5mmm7.6mmm16.8mmd117.7mm地脚螺钉数目n4连接螺栓直径d113.3mm
箱盖、箱座螺钉直径d28.85mm轴承盖螺钉直径d36mm数目四颗
观察孔盖螺钉的直径d45.3mm
所选的轴承外径为55mm
45
所以 d36mmn4
10、轴承盖外径
由表15-3[2]知所选的轴承外径 D249mm. 11、观察孔盖螺钉的直径
d40.3df0.317.75.3mm
12、dfdd2至箱外的距离:dfd2至凸缘边缘的距离
C1min18mm
C2min12mm
13、轴承旁凸台半径
R1C212mm
14、箱体外壁至轴承座端面的距离
l1C1C271218737mm
十六、减速器附件的设计
(1)窥视孔及视孔盖
取A的宽度为100mm
A1A5d410055.3126.5mmA00.5(AA1)0.5(100126.5)113mmBB15d420055.3173.5mm
B00.5(BB1)0.5(200173.5)186.8mmh2mm
(2)通气器
由已知选M181.5型号
20
结果:
C1min18mmC2min12mmR112mml137mm
外型安装图:
结果:
(3)游标尺
由条件可选M16型的。 安装图:
(4)放油孔与螺塞
放油孔应设在油池的最低处,平时用罗塞堵住,采用圆柱螺塞时,箱座上装置处应设凸台,并加封油垫片。放油孔不能高于油池底面,以免排不干净。
(5)起盖螺钉
起盖螺钉设置在箱盖连接凸缘上,其螺纹有效长度应大于箱盖凸缘的厚度。
长度L=15mm (6)定位销 外型尺寸:
21
选A型
结果:
d8mmL27mm
Lbb11213.525.5mm
所以
直径取8mm
L取27mm。
十七、润滑与密封
(1) 润滑的选择:
在上面箱座高度设计的时候已经选择了减速器采用浸油润滑的方式,
单级的圆柱齿轮,当m
了浸油润滑0 mm
方式 '
齿高为:hda2df294280.513.5mm
则齿轮浸油深度 hh13.5mm
符合条件齿轮浸油深度大于10mm的要求。 总的油深 hh3043.5mm 箱体内储油宽度大约为 5720297mm 箱体内储油长度大约为 da1da230317mm 则储藏的油量
''''
'
d0.8d20.88.857mm
Q9830941.251337581.5mm31337.6cm3
单级减速器每传递1kw 的功率所需的油为350~700cm。 减速器传递的功率为2.03kw,则1kw的油量:
3
Q
658.9cm3
2.03
350658.9700cmQ'
符合要求
22
其它的零件经设计可采用脂润滑,选用的润滑剂为:
钙基润滑脂(GB491-87)中的3号,其抗水性好,使用与工业,农业和交通运输等机械设备的轴承润滑,特别是使用与水或潮湿的场合。
(2)密闭的形式:
选择接触式密封中的毡圈密封,其密封效果是靠安装与梯形轴上的梯形槽中所产生的径向压力来实现的,可补偿磨损后所产生的径向间隙,且便于更换毡圈。
其特点是:结构简单,廉价,但磨损较快、寿命短,它主要用于轴承采用脂润滑,且密封轴的表面圆周速度较小的场合。
结果:
轴承用脂润滑
毡圈密封
十八、课程设计总结
从整体上来说通过详细的计算和仔细的校核并且结合了实际情况,设计的过程基本正确,
结果基本合理,可以满足设计的要求。
课程设计使我们对所学的知识得到了一次系统,完整的复习,让我们初步了解到机械的选择、设计与加工基本知识。课程设计的过程中,进一步增强了数据的处理和一些细节处理的能力。
在设计的过程中,还有一些小的问题还未能处理的很好,我会努力找的到不足,多加注意,以便以后能做的更好。
十九、参考文献
[1]、《机械设计基础》(第四版)扬可桢,程光蕴主编 高等教育出版社 [2]、《机械设计课程设计》王昆,何小柏,汪信远主编 高等教育出版社
23