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文本内容:
1、课题谷物运输机传动装置设计
2、目的
1.综合运用机械设计课程及其他先修课程的知识,分析和解决机械设计问题,进一步巩固,加深和拓宽所学的知识
2.通过设计实践,逐步树立正确的设计思想,增强创新意识和竞争意识,熟悉掌握机械设计的一般规律,培养分析问题和解决问题的能力
3.通过设计计算,绘图以及运用技术标准,规范,设计手册等有关设计资料,进行全面的机械设计基本技能的训练
3、工作条件1.使用期限10年,二班制(每年按360天计)2.载荷平衡3.运输物品谷物4.单向传动,转速误差不得超过±5%
4、原始数据1.运输带牵引力P2200N2.运输带速度V
1.4m/s3.滚筒直径D300mm
5、设计计算内容1.运动参数的计算,电动机的选择;2.联轴器的选择;3.齿轮传动的设计计算;4.轴的设计与强度计算;5.滚动轴承的选择与强度校核;6.键的选择与强度校核
6、设计任务1.减速器装配图总图一张(M11);2.零件工作图四张(齿轮,轴,箱体,箱盖)注1)装配图底稿完成后,需经指导教师审阅同意后方可加深2)设计计算说明书1份
7、完成时间共3周(
2007.
12.17~
2008.
1.6)
8、参考资料
[1]《互换性与技术测量》,湖南大学出版社,徐学林主编
2007.3
[2]《机械制图(第四版)》,高等教育出版社,刘朝儒,彭福荫,高治一编
[3]《机械设计课程设计》.高等教育出版社(华中理工大学王昆,重庆大学何小柏,同济大学汪信远主编)
2006.12
[4]《机械设计(第八版)》,高等教育出版社,濮良贵,纪名刚主编,2006年5月第八版;拟定传动方案
1、分析传动系统的工作情况为了估计传动装置的总传动比范围,以便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其驱动卷筒的转速nw,即一般常选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机,因此传动装置总传动比约为11或16故可以拟定出以二级传动为主的多种方案根据传动要求使用期限10年,2班制(每年按360天计);载荷平衡;运输物品谷物;单向传动,转速误差不得超过±5%故可以采用双级圆柱直齿轮传动方案
2、传动装置简图计算及说明结果方案额定功率(KW)满载转速(r/min)同步转速(r/min)电动机质量(kg)一.Y132M1-64960100073二.Y112M-441440150043由方案1算得总传动比接近12,并可使各圆柱齿轮传动比在3~6之间,因此选用第1种方案进行设计
二、计算总传动比并分配各级传动比
1、传动装置总传比
2、分配各级传动比为了使两级的大齿轮有相近的浸油深度,高速级传动比和低速级传动可按下列方法分配则:
三、计算传动装置的运动和动力参数
1、各轴转速电动机轴第Ⅰ根轴第Ⅱ根轴第Ⅲ根轴计算及说明结果
2、各轴输入功率电动机轴第Ⅰ根轴第Ⅱ根轴第Ⅲ根轴
3、各轴转矩第Ⅰ根轴第Ⅱ根轴第Ⅲ根轴
四、齿轮设计计算高速级齿轮1,选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数按传动方案装置图,选用直齿圆柱齿轮传动运输机为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度材料选择,小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45号钢(调质),硬度为240HBS选小齿轮齿数,则大齿轮齿数2,按齿面接触强度计算由设计计算公式(10-9a)计算,即
3.36kw计算及说明结果确定公式内的各计算值1).试选载荷系数2).由表10-7选取齿宽系数3).由表10-6查得材料的弹性影响系数4).由图10-21d按齿轮面硬度查得小,大齿轮的接触疲劳强度极限分别为
5.由式10-13计算应力循环次数
6.由图10-19取接触疲劳寿命系数7).计算接触疲劳许用力取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得
8.许用接触应力计算及说明结果
2.计算
1.试算小齿轮分度圆直径,由计算公式
2.计算圆周速度
3.计算齿宽及模数
4.计算载荷系数K已知使用系数,根据,7级精度,由图10-8查得动载系数;由表10-3查得故载荷系数
5.按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径,由式(10-10a)得计算及说明结果
6.计算模数3,按齿根弯曲强度设计由式(10-5)得弯曲强度的设计公式为
①,确定计算参数
1.计算载荷系数
3.查取齿形系数由表10-5查得
4.查取应力校正系数由表10-5查得
5.由图10-20c查得小,大齿轮弯曲疲劳强度极限分别为
6.由图10-18取弯曲疲劳寿命系数
7.计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数,由式(10-12)得计算及说明结果
8.计算大,小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大
②,设计计算对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,取,已可满足弯曲强度但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数于是由取,则,取904,几何尺寸计算
①,计算分度圆直径
②,计算中心距
③,计算齿轮宽度90计算及说明结果取验算,合适低速级1,选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数
①,按传动方案装置图,选用直齿圆柱齿轮传动运输机为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度
②,材料选择,小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为350HBS,大齿轮材料为45号钢(调质),硬度为300HBS
③,选小齿轮齿数,则大齿轮齿数2,按齿面接触强度计算由设计计算公式(10-9a)计算,即确定公式内的各计算
1.试选载荷系数
2.由表10-7选取齿宽系数
3.由表10-6查得材料的弹性影响系数
4.由图10-21d按齿轮面硬度查得小,大齿轮的接触疲劳强度计算及说明结果极限分别为
5.由图10-19取接触疲劳寿命系数
6.计算接疲劳许用力取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得
7.许用接触应力计算
1.试算小齿轮分度圆直径,由计算公式得
2.计算圆周速度
3.计算齿宽及模数计算及说明结果
4.计算载荷系数K已知使用系数,根据,7级精度,由图10-8查得动载系数;由表10-3查得故载荷系数
5.按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径,由式(10-10a)得
6.计算模数3,按齿根弯曲强度设计由式(10-5)
①,确定计算参数
1.计算载荷系数
2.查取齿形系数计算及说明结果由表10-5查得
3.查取应力校正系数由表10-5查得
4.由图10-20c查得小,大齿轮弯曲疲劳强度极限分别为
5.由图10-18取弯曲疲劳寿命系数
6.计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数,由式(10-12)得
9.计算大,小齿轮的并加以比较大齿轮的数值较大
②,设计计算取=
2.5=
2.5计算及说明结果对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,取,已可满足弯曲强度但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数于是由取,则4,几何尺寸计算
①,计算分度圆直径
②,计算中心距
③,计算齿轮宽度取
5.各个齿轮参数参数齿轮齿轮1齿轮2齿轮3齿轮4齿数z25902884齿顶d5018070210齿宽b55507570齿全高h
4.
54.
54.
54.5模数m
222.
52.5中心距a11514070210140计算及说明结果
六、轴的设计1,初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢,调质处理根据表15-3,取A0=105,则有第Ⅰ根轴第Ⅱ根轴第Ⅲ根轴2,轴的结构设计根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度(以第Ⅲ根低速级轴为例)联轴器的计算转矩查标准GB5014-85,选用HL3型弹性柱销联轴器,其公称扭矩为630N·m半联轴器的孔故取,半联轴器与轴配合的毂孔长度为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上面不压在轴的端面上,故1-2段的长度应比略短一些,现取为了满足半联轴器的定位要求,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取1-2段直径初选滚动轴承按工作要求,查标准GB276-89,选取中窄3系列深沟球滚子计算及说明结果轴承6310其尺寸为,则为了使左端轴承定位压紧,则取,而取安装齿轮的一段,齿轮右端与右轴承之间采用套筒定位,已知齿轮轮毂宽度为75mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,故取齿轮的左端采用轴肩定位,轴肩高度,故取3,轴上零件的周向定位齿轮,半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接按由表6-1查得平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为44mm,配合为;同样,半联轴器与轴的连接,选用平键为,半联轴器与轴的配合为滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证,此处选轴的直径尺寸公差为m64,求轴上的载荷由力平衡有计算及说明结果受力如图;选材为45号钢调质处理,所以查表有;;计算及说明结果所以,危险截面为截面B;而此处,总弯矩扭矩5,按弯曲合成应力校核轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度,以轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取,轴的计算应力已知轴的材料为45钢,调质处理,由表15-1查得,因此,故安全6,校核轴的疲劳强度
(1)判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面Ⅱ和Ⅲ处过盈配合引起的应力集中最严重;从受载的情况来看,截面B上的应力最大,但应力集中不大,而且这里轴的直径最大,故不必校核由第三章附录可知,键槽的应力集中系数比过盈配合的小,因而该轴只需校核截计算及说明结果面Ⅱ左右两侧即可
(2)截面Ⅳ左侧抗弯截面系数W=
0.1d3=
0.1×723=
37324.8mm3抗扭截面系数WT=
0.2d3=
0.2×723=
74649.6mm3截面Ⅱ左侧的弯矩M为M=389190×=
300678.6N·mmT=38900N·mm轴的材料为45钢,调质处理由表15-1查得=640=275Mpa=155因r/d=3/60=
0.033,D/d=72/60=
1.2按附表3-2经插值后查得aσ=
1.84,aτ=
1.59;又由附图3-1可得轴的材料敏性系数为qσ=
0.84,qτ=
0.88故按式(附表3-4)可知kσ=1+qσ(aσ-1)=1+
0.84×(
1.84-1)=
1.71;kτ=1+qτ(aτ-1)=1+
0.88×(
1.59-1)=
1.52由附图3-2和3-3可知尺寸系数εσ=
0.65,扭转尺寸系数ετ=
0.84轴按磨削加工,由附图3-4得表面质量系数为βσ=βτ=
0.92轴未经表面强化处理,即βq=1,按式(3-12)和(3-12a)得综合系数为Kσ=kσ/εσ+1/βσ-1=
1.71/
0.65+1/
0.92-1=
2.72Kτ=kτ/ετ+1/βτ-1=
1.52/
0.84+1/
0.92-1=
1.90又由ξ3-1和ξ3-2得碳钢的特性系数ψσ=
0.1-
0.2,取ψσ=
0.1计算及说明结果ψτ=
0.05-
0.1,取ψτ=
0.05于是按式(15-6)~(15-8)计算安全系数得Sσ===
20.1Sτ===10Sca===
8.95>>S=
1.5故可知其安全
(3).截面Ⅳ右侧抗弯截面系数W=
0.1d3=
0.1×723=
37324.8mm3抗扭截面系数WT=
0.2d3=
0.2×723=
74649.6mm3截面Ⅳ右侧的弯矩M为M=194869×=
300678.6N·mmT=38900N·mm轴的材料为45钢,调质处理由表15-1查得=640=275Mpa=155因r/d=3/65=
0.046,D/d=65/55=
1.18按附表3-2经插值后查得aσ=
1.84,aτ=
1.59;又由附图3-1可得轴的材料敏性系数为qσ=
0.84,qτ=
0.88故按式(附表3-4)可知kσ=1+qσ(aσ-1)=1+
0.84×(
1.84-1)=
1.71;计算及说明结果kτ=1+qτ(aτ-1)=1+
0.88×(
1.59-1)=
1.52由附图3-2和3-3可知尺寸系数εσ=
0.65,扭转尺寸系数ετ=
0.84轴按磨削加工,由附图3-4得表面质量系数为βσ=βτ=
0.92轴未经表面强化处理,即βq=1,按式(3-12)和(3-12a)得综合系数为Kσ=kσ/εσ+1/βσ-1=
1.71/
0.65+1/
0.92-1=
4.27Kτ=kτ/ετ+1/βτ-1=
1.52/
0.84+1/
0.92-1=
3.44又由ξ3-1和ξ3-2得碳钢的特性系数ψσ=
0.1-
0.2,取ψσ=
0.1ψτ=
0.05-
0.1,取ψτ=
0.05于是按式(15-6)~(15-8)计算安全系数得Sσ===
16.56Sτ===
9.51Sca===
8.25>>S=
1.5故可知其安全
七、润滑与密封
①、润滑齿轮采用浸油润滑参考
[1]P245当齿轮圆周速度时,圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高,三分之一齿轮半径,大齿轮的齿顶到油底面的距离≥30~60mm参考
[1]P310轴承润滑采用润滑脂,润滑脂的加入量为轴承空隙体积的,采用稠度较小润滑脂
②、密封Sca=
8.25计算及说明结果防止外界的灰尘、水分等侵入轴承,并阻止润滑剂的漏失查
[4]P383表10-37,高低速轴密封圈为唇形密封圈(FB型)GB/T
9877.1-1998
八、减速器的箱体和附件的设计
1、箱体用来支持旋转轴和轴上零件,并为轴上传动零件提供封闭工作空间,防止外界灰砂侵入和润滑剂逸出,并起油箱作用,保证传动零件啮合过程良好的润滑材料为HT200加工方式如下加工工艺路线铸造毛坯→时效→油漆→划线→粗精加工基准面→粗、精加工各平面→粗、半精加工各主要加工孔→精加工主要孔→粗、精加工各次要孔→加工各紧固孔、油孔等→去毛刺→清洗→检验
2、箱体的结构尺寸(机械设计课程设计手册p17)箱座壁厚,所以,取箱盖壁厚,所以,取箱座、箱盖、箱底座凸缘的厚度箱座、箱盖的肋厚地脚螺钉的直径df=
0.036a+12取M16;因a=160mm所以地脚螺钉的数目为6个轴承旁联接螺栓的直径d1=
0.75df=15mm取M12箱盖、箱座联接螺栓的直径d2=
0.5df=12,mm取M14;L=160mm轴承盖外径(其中,D为轴承外径,为轴承盖螺钉的直径)(见表9-9,表9-10)中心高H≥Ra+40+20;取180mm轴承盖螺钉的直径数目4;窥视孔盖板螺钉的直径,取M6计算及说明结果至箱外壁的距离C1f=26mmC11=22mmC12=16mm至凸缘边缘的距离C2f=24mmC21=20mmC22=14mm轴承旁凸台的半径,h由结构确定外箱壁到轴承座端面的距离l1=C1+C2+10=53mm齿轮顶圆与内箱壁距离,取△1=44mm齿轮端面与内箱壁距离,取
3、附件包括窥视孔及窥视孔盖、通气器、轴承盖、定位销、启箱螺钉、油标、放油孔及放油螺塞、起吊装置
九、滚动轴承的选择和强度校核
①、初选轴承高速轴6303d×D×B=17×47×14中间轴6306d×D×B=30×72×19低速轴6310d×D×B=50×110×27轴承端盖外径高速轴D2=D+5d3=47+5×8=87mm中间轴D2=D+5d3=72+5×8=112mm低速轴D2=D+5d3=110+5×8=150mm
②、轴承使用寿命的计算(L’h=t=48000hn=960r/min)高速轴轴承选用6303,Cr=
10.5kNCor=
6.55kNFrA==
155.9N计算及说明结果FtA==
428.7N径向当量动负荷Pr=Fr==
456.2N径向当量静负荷P0r=Fr==
456.2N所以由式故可满足预期寿命的要求中间轴轴承选用6306,Cr=
20.8kNCor=
14.2kNFrA==
423.8NFtA==1164N径向当量动负荷Pr=Fr==
1238.8N径向当量静负荷P0r=Fr==
1238.8N所以由式故可满足预期寿命的要求低速轴轴承选用6310,Cr=
47.5kNCor=
35.6kNFrA===3480NFtA===1396N径向当量动负荷Pr=fpFr=
1.2×3480=4176N计算及说明结果径向当量静负荷P0r=Fr=1396N所以由式h48000h故可满足预期寿命的要求
十、键连接的选择和校核计算型号扭矩T(N·m)直径d工作长度(l=L-b)K=
0.5h高速轴5×5×
1454.
221314321.2MPa中间轴12×8×
40175.
642404.
551.3MPa低速轴12×8×
56517.
206050657.3MPa12×8×
4445444.
558.5MPa由于键采用静联接,冲击轻微,且其材料为钢,由表6-2可知=(100—120),所以上述各键皆为安全的
十一、零件图设计
(一)、零件图的作用作用计算及说明结果
1、反映设计者的意图,是设计、生产部门组织设计、生产的重要技术文件
2、表达机器或部件运载零件的要求,是制造和检验零件的依据
(二)、零件图的内容及绘制
1、选择和布置视图
(1)、轴采用主视图和剖视图主视图按轴线水平布置,再在键槽处的剖面视图
(2)、齿轮采用主视图和侧视图主视图按轴线水平布置(全剖),反映基本形状;侧视图反映轮廓、辐板、键槽等
2、合理标注尺寸及偏差
(1)、轴参考
[3]P113,径向尺寸以轴线为基准标注,有配合处径向尺寸应标尺寸偏差;轴向尺寸以轴孔配合端面及轴端面为基准,反映加工要求,不允许出现封闭尺寸链
(2)、齿轮参考
[3]P116~117径向尺寸以轴线为基准,轴孔、齿顶圆应标相应的尺寸偏差;轴向尺寸以端面为基准,键槽尺寸应相应标出尺寸偏差
4、合理标注形状和位置公差
(1)、轴取公差等级为6级,查
[3]P115表8-2,及
[1]P103表6-16,P104表6-18并参考
[3]P119图8-5轴求得形位公差推荐标注项目有圆柱度、圆跳动度、对称度
(2)、齿轮取公差等级为8级查
[3]P117表8-4及
[1]P103表6-16,P104表6-18并参考
[3]P121图8-7求得形位公差推荐标注项目有圆柱度、圆跳动度、对称度
5、合理标注表面粗糙度
(1)、轴查
[3]P115表8-1轴加工表面粗糙度Ra荐用值
①、与传动件及联轴器等轮毂相配合的表面取
1.6
②、与滚动轴承相配合的表面,轴承内径d≤80mm取
1.
0.
③、与传动件及联轴器相配合的轴肩端面取
3.2
④、平键键槽工作面取
3.2,非工作面取
6.3
⑤、与滚动轴承相配合的轴肩端面,d≤80mm的取
2.
0.
(2)、齿轮查
[3]P117表8-3齿轮表面粗糙度Ra荐用值
①、齿轮工作面、齿顶圆、与轴肩配合的端面取
3.2
②、轴孔取
1.6
③、平键键槽取
3.2(工作面);
12.5(非工作面)6.技术要求
(1)、轴调质处理217~255HBS
(2)、齿轮正火处理162~217HBS
7、标题栏参考
[2]P8图1-9
十二、完成装配图
(1)、标注尺寸参考
[3],标注尺寸反映其的特性、配合、外形、安装尺寸
(2)、零件编号(序号)由重要零件,按顺时针方向依次编号,并对齐
(3)、技术要求参考
[3]P107~110
(4)、审图
(5)、加深
十四、设计小结由于时间紧迫,所以这次的设计存在许多缺点,比如说箱体结构庞大,重量也很大齿轮的计算不够精确等等缺陷,我相信,通过这次的实践,能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作,有能力设计出结构更紧凑,传动更稳定精确的设备。