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

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。

 

3. 电动机的选择及计算

3.1 电动机额定功率选择

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)。

表1-1 传动装置机械效率
联轴器1 圆柱齿轮 联轴器2 滚动轴承 运输机滚筒
0.990.970.990.990.96

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:

3.2 电动机的选择

3.2.1 电动机的类型选择

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

3.2.2 电动机型号的确定

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.

3.2.3 电动机的相关数据

  1. 中心高:
  2. 外伸轴径:
  3. 外伸轴长:

 

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

其中:

——运输带速度:1.50

——卷筒直径:250

计算得:

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

要求:

应使齿轮的传动比

为齿轮的传动比,为带传动的传动比。

有:

表2-1 带传动比的选择
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

 

4.4 各轴转速

上式中:

——高速轴、低速轴转速

——滚筒转速

4.5 各轴功率

按电动机所需功率计算:

上式中:

——分别为高速轴、低速轴功率

4.6 各轴转矩

上式中:

——分别为高速轴、低速轴转矩

 

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

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:

5.1.2 设计计算齿轮模数

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。

  1. 确定许用弯曲应力; 因为齿轮的循环次数:

所以取;则

  1. 计算小齿轮的名义转矩:
  1. 选取载荷系数。因为是斜齿轮传动,取
  2. 初步选定齿轮参数:
  1. 确定复合齿形系数。大、小齿轮选用同一材料及热处理,故按小齿轮的复合齿形系数带入:

查书图标得:

  1. 确定重合度与螺旋角系数。初选螺旋角,则 。端面重合度:

查得

带入式中:

取标准模数为。中心距:

圆整得; 则

  1. 计算几何尺寸

分度圆直径:

齿宽:

5.1.3 校核齿面接触疲劳强度

要求:

,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。

 

6. 轴的设计计算

6.1 轴的最小直径初算

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:

 

6.2 根据联轴器确定轴最小直径

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:

 

6.3 轴的径向尺寸确定

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3542-5042353325
低速轴45526050-454235

6.4 轴的轴向尺寸确定

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35101027-503575
高速轴3515-3315353475

6.5 轴的材料选择

选用使用最广的调制处理 45 钢。

 

7. 滚动轴承设计计算

7.1 轴承类型选择

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/T276-19943572426517
6209 GB/T276-19944585527819

7.2 轴承盖的选择

轴承外径螺钉直径螺钉数目
70-100M84

 

8. 键的设计计算

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
149205.5
128645.0

 

9. 轴、滚动轴承及键联接校核计算

9.1 轴的强度校核

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。

  1. 齿轮上作用力的大小、方向

    1. 转矩:
    2. 圆周力:
    3. 径向力:
    4. 轴向力:
  2. 求轴承的反支力

    1. 水平面上反支力:

    2. 垂直面上反支力:

  3. 弯矩图:

    1. 水平面弯矩:

    2. 垂直面弯矩:

    3. 合成弯矩:

    4. 转矩图:

    5. 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:

  1. 验算强度:

    1. 截面C当量弯矩最大,可能是危险截面,因此对截面C进行校核。查表得:
    1. 截面D虽只受弯矩,但它的直径最小,也可能是危险截面,截面D直径

    故该轴的强度足够。

 

9.2 滚动轴承寿命计算

  1. 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。

 

9.3 键的强度校核

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。

 

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

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

10.1.2 轴和轴承润滑

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。

10.2 密封方式选择

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:

型号
高速轴35 JB/ZQ4606-1997
低速轴45 JB/ZQ4606-1997

具体尺寸为:

轴径毡圈毡圈毡圈
高速轴354934748366
低速轴456144860467

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。

 

11. 减速器箱体结构设计

减速器的相关结构尺寸如下表:

名称符号
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

 

12. 减速器附件设计

12.1 窥视孔和视孔盖

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:

907560-7055407445

12.2 通气器

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:

M121.251816.514191024

12.3 起吊装置

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:

BHhrb
2721.510.86.7516

吊耳环尺寸:

dReb
13.5181216

12.4 油面指示器

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:

41262810642016

12.5 放油孔和螺塞

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:

11.82320.8182512331.0

12.6 起盖螺钉

为便于提起上盖,设计的起盖螺钉为:螺栓

12.7 定位销

为方便拆装定位,设计的定位销的直径设计为:8mm。

13. 小结

14. 参考资料

  1. 唐增宝,常建娥.机械设计课程设计(第三版)[M].武汉:华中科技大学出版社,2006
  2. 黄华梁,彭文生.机械设计基础(第四版) [M].北京:高等教育出版社,2007