机械设计基础课程设计1. 设计任务书2. 传动方案的分析与拟定3. 电动机的选择及计算3.1 电动机额定功率选择3.2 电动机的选择3.2.1 电动机的类型选择3.2.2 电动机型号的确定3.2.3 电动机的相关数据4. 传动装置的运动和动力参数计算4.1 转速计算4.1.1 滚筒转速4.1.2 电动机转速4.2 总传动比计算4.3 带传动传动比的选取4.4 各轴转速4.5 各轴功率4.6 各轴转矩5. 传动零件的设计计算5.1 参数选择和强度计算5.1.1 选择齿轮材料5.1.2 设计计算齿轮模数5.1.3 校核齿面接触疲劳强度6. 轴的设计计算6.1 轴的最小直径初算6.2 根据联轴器确定轴最小直径6.3 轴的径向尺寸确定6.4 轴的轴向尺寸确定6.5 轴的材料选择7. 滚动轴承设计计算7.1 轴承类型选择7.2 轴承盖的选择8. 键的设计计算9. 轴、滚动轴承及键联接校核计算9.1 轴的强度校核9.2 滚动轴承寿命计算9.3 键的强度校核10. 润滑及密封方式设计10.1 润滑方式及润滑剂选择10.1.1 齿轮润滑10.1.2 轴和轴承润滑10.2 密封方式选择11. 减速器箱体结构设计12. 减速器附件设计12.1 窥视孔和视孔盖12.2 通气器12.3 起吊装置12.4 油面指示器12.5 放油孔和螺塞12.6 起盖螺钉12.7 定位销13. 小结14. 参考资料
设计题目:带式输送机中单级斜齿圆柱齿轮减速器。
工作条件:两班制工作(16小时),使用年限为5年,单向连续运转,载荷平稳。
原始数据:
| 运输带拉力 | 运输带速度 | 卷筒直径 |
|---|---|---|
| 2100 | 1.5 | 250 |
根据题设,已确定传动方案为:前置为电动机,通过联轴器连接减速器,后置为联轴器连接的皮带滚筒。
减速器类型为:一级斜齿圆柱齿轮减速器。
传动机构所需的输出功率:
式中:
——运输带拉力()
——运输带速度()
传动装置总效率:
上式中:
——带传动效率; ——圆柱齿轮传动效率; ——联轴器传动效率; ——滚动轴承效率; ——运输机滚筒效率。
下表为传动装置机械效率查P6表2-2确定( 齿轮效率按8级精度查表)。
| 联轴器1 | 圆柱齿轮 | 联轴器2 | 滚动轴承 | 运输机滚筒 |
|---|---|---|---|---|
| 0.99 | 0.97 | 0.99 | 0.99 | 0.96 |
带入上表数据求得:
电动机所需额定功率:
取电动机的额定功率为:
综合考虑传动比及输出功率大小,选用Y系列三相异步电动机,安装形式为B3
查表选择电动机型号为:Y112M-4-B3
Y系列三相异步电动机,机座中心高为112mm,中机座,磁极数为4,安装形式为B3.
其中:
——运输带速度:1.50
——卷筒直径:250
计算得:
要求:
应使齿轮的传动比
设为齿轮的传动比,为带传动的传动比。
有:
| 的选择 | 齿轮传动比 |
|---|---|
| (不满足) | |
| (满足) | |
| (满足) |
由上表可选择带传动的传动比为
上式中:
——高速轴、低速轴转速
——滚筒转速
按电动机所需功率计算:
上式中:
——分别为高速轴、低速轴功率
上式中:
——分别为高速轴、低速轴转矩
根据题设条件,查表大、小齿轮均选用20CrMnTi钢渗碳淬火,齿面硬度:56~62 HRC. 查询《表面硬化钢-弯曲疲劳极限》图表和《表面硬化钢-齿面接触疲劳极限》图像得:
弯曲疲劳极限应力:
接触疲劳极限应力:
由于该齿轮传动为硬齿面传动,应按轮齿的弯曲疲劳强度计算齿轮的模数,然后校核齿面接触疲劳强度。
所以取;则
查书图标得:
按查得
带入式中:
取标准模数为。中心距:
圆整得; 则
分度圆直径:
齿宽:
要求:
取,又钢制齿轮,带入得:
计算许用接触应力,取:
因为,故接触疲劳强度足够。
高速轴:最小轴径与皮带轮配合,一个键槽,得:
圆整得:
低速轴:最小轴径与联轴器配合,一个键槽,得:
圆整得:
要求:
高速轴最小轴径应由皮带轮孔径确定,也可参考电机轴径确定。 低速轴最小轴径应由以下所选联轴器标准孔径确定。 应保证: 高速轴最小轴径<低速轴最小轴径
根据初算数据,低速轴可选用联轴器型号:
根据电动机轴径:
由此可确定:
要求:
轴的径向尺寸一般应由两端向中间确定。 ①联轴器、带轮 、透盖、滚动轴承等配合轴段由孔径定轴径; ②滚动轴承定位轴肩直径应查滚动轴承表确定; ③用轴肩定位的相邻轴段轴径相差6~10mm; ④不需轴肩定位的相邻轴段轴径相差1~3mm 。
| 轴 | 轴承孔径 | 轴承轴肩 | 轴肩定位 | 齿轮 | 轴承轴肩 | 轴承孔径 | 轴段 | 联轴器孔径 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 高速轴 | 35 | 42 | - | 50 | 42 | 35 | 33 | 25 |
| 低速轴 | 45 | 52 | 60 | 50 | - | 45 | 42 | 35 |
要求:
轴的轴向尺寸一般应由中间向两端确定。
①与联轴器、带轮和齿轮配合的轴段长应比轮毂宽短2-3mm,在联轴器、带轮与透盖之间的外伸轴段长应方便透盖螺钉取出,初取12-16mm; ②与滚动轴承配合的轴段长比轴承宽1~2mm; ③当需用套筒或挡油盘等固定轴上零件时,相应轴段长应比轮毂宽短2~3mm 。
| 轴 | 轴承段 | 轴承轴肩 | 轴肩定位 | 齿轮 | 轴承轴肩 | 轴承段 | 轴端 | 联轴器 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 低速轴 | 35 | 10 | 10 | 27 | - | 50 | 35 | 75 |
| 高速轴 | 35 | 15 | - | 33 | 15 | 35 | 34 | 75 |
选用使用最广的调制处理 45 钢。
由于轴主要承受径向载荷,且轴的转速较高,选择深沟球轴承。成对使用,对称安装。
| 轴承型号 | 内径 | 外径 | 安装内径 | 安装外径 | 轴承宽 |
|---|---|---|---|---|---|
| 6207 GB/T276-1994 | 35 | 72 | 42 | 65 | 17 |
| 6209 GB/T276-1994 | 45 | 85 | 52 | 78 | 19 |
| 轴承外径 | 螺钉直径 | 螺钉数目 |
|---|---|---|
| 70-100 | M8 | 4 |
各处的键均采用有轻度冲击的普通平键的联接方式,材料为45钢,类型为:B 型平键。
要求:
按键所在轴段直径由P107表11-8确定键宽b和键高h。 键长按短于所在轴段长度5-10mm选取,在零件装入一侧,键端距轴端距离应为2-5mm。综合考虑,最后由表中键的长度系列确定键长。
大齿轮宽:
故选用键为:
| 型号 | 键宽 b | 键高 h | 键长 l | 轴上深度 t |
|---|---|---|---|---|
| 14 | 9 | 20 | 5.5 | |
| 12 | 8 | 64 | 5.0 |
要求:
只要求校核低速轴。
① 轴上零件的分布力应简化为力作用宽度中点的集中力; ② 轴所受支承反力作用点应查轴承表确定。
必须画出轴的受力图、弯矩图,转矩图及合成弯矩图。
齿轮上作用力的大小、方向
求轴承的反支力
水平面上反支力:
垂直面上反支力:
弯矩图:
水平面弯矩:
垂直面弯矩:
合成弯矩:
转矩图:
当量弯矩图:单向回转,视转矩为脉动循环,,截面C处的当量弯矩:

验算强度:
故该轴的强度足够。
求当量动载荷:查表得,当减速箱受到平稳或轻微冲击时:,取。
径向载荷:
轴承2未受到轴向载荷,,轴承1受到轴向载荷,则,查表得
轴承2:
轴承1:轴承1型号为深沟球轴承6209,,,
因为,故校核轴承1的寿命:
由此可确定轴承的工作寿命足够。
选用键的材料为:45钢,查表得,取校核低速轴大齿轮键:
故满足要求。
采用油池浸油润滑。
应使低速级大齿轮浸油深度为一到二个齿高,保证不低于10mm。
大齿轮转速:,大齿轮分度圆直径:,则齿轮的圆周转速:
查表可得黏度推荐值为:
查表选用齿轮润滑油为:L-CKC460 GB/T 5903-1995
齿轮圆周速度 的齿轮减速器的轴承,常采用润滑脂润滑。故此减速器采用润滑脂润滑,将润滑脂填充在轴承座内,每工作 3~6 个月需补充一次润滑脂,每过一年需拆开清洗更换润滑脂。高速轴转速为 ,低速轴转速为 ,属于中低转速,润滑脂的量一般不超过轴承座空间的 2/3。
查表可选择:钙钠基润滑脂(SH0368-1992),代号为:1 号。
为防止箱体内润滑剂外泄,此减速器的密封面间相对速度较小,故采用接触式密封,选毡圈油封,材料为半粗羊毛毡,查表根据轴承处轴径确定型号:
| 轴 | 型号 |
|---|---|
| 高速轴 | 35 JB/ZQ4606-1997 |
| 低速轴 | 45 JB/ZQ4606-1997 |
具体尺寸为:
| 轴 | 轴径 | 毡圈 | 毡圈 | 毡圈 | 槽 | 槽 | 槽 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 高速轴 | 35 | 49 | 34 | 7 | 48 | 36 | 6 |
| 低速轴 | 45 | 61 | 44 | 8 | 60 | 46 | 7 |
箱体底座与箱盖之间采用水玻璃或密封胶密封,以防止润滑油从箱体剖分面处渗出。
减速器的相关结构尺寸如下表:
| 名称 | 符号 | 值 |
|---|---|---|
| 箱体壁厚 | ||
| 箱盖壁厚 | ||
| 轴承旁联螺栓 | ||
| 轴承旁联螺栓位置 | ||
| 箱体螺栓直径 | ||
| 凸台高度 | ||
| 大齿轮外轮廓 | ||
| 小齿轮外轮廓 | ||
| 箱座高度 | ||
| 箱盖凸缘厚度 | ||
| 箱座凸缘厚度 | ||
| 高速轴轴承盖外径 | ||
| 低速轴轴承盖外径 | ||
| 地脚螺钉直径 | ||
| 地脚螺钉数目 | ||
| 地脚螺钉通孔直径 | ||
| 地脚螺钉沉头座直径 | ||
| 起盖螺钉直径 | ||
| 大齿轮齿顶圆到内壁的距离 | ||
| 齿轮端面到箱体内壁的距离 | ||
| 视孔盖螺钉直径 |
在机盖顶部开有窥视孔,能看到传动零件啮合区的位置,并且有足够的空间进行深入操作;窥视孔有盖板,机体上开窥视孔与凸缘,有便于机械加工出支承盖板的表面,并用垫片加强密封,盖板用铸铁制成。
查表得,单级减速器中心距选用的参数为:
| 90 | 75 | 60 | - | 70 | 55 | 40 | 7 | 4 | 4 | 5 |
由于减速器运转时,机体内温度升高,气压增大,为便于排气,在机盖顶部的窥视孔上安装通气器,以便达到体内为压力平衡。
选用为通气塞:
尺寸参数为:
| M121.25 | 18 | 16.5 | 14 | 19 | 10 | 2 | 4 |
为了方便运输和搬运,此减速器设计了吊钩和吊耳。
吊钩尺寸:
| B | H | h | r | b |
|---|---|---|---|---|
| 27 | 21.5 | 10.8 | 6.75 | 16 |
吊耳环尺寸:
| d | R | e | b |
|---|---|---|---|
| 13.5 | 18 | 12 | 16 |
为指示减速器内油面的高度是否符合要求,以便保持箱内正常的油量,在减速器箱体上设置油面指示装置。采用的型号为:M12 (12)。
相关尺寸参数为:
| 4 | 12 | 6 | 28 | 10 | 6 | 4 | 20 | 16 |
为了更换减速器箱体内的污油,应在箱体底部油池的最低处设置排油孔。平时排油孔用油塞堵上,并用密封圈以加强密封。采用的型号为:。
相关尺寸参数为:
| 11.8 | 23 | 20.8 | 18 | 25 | 12 | 3 | 3 | 1.0 |
为便于提起上盖,设计的起盖螺钉为:螺栓。
为方便拆装定位,设计的定位销的直径设计为:8mm。