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机械设计课程设计计算说明书题目螺旋输送机传动装置院系电力工程学院班级学号姓名目录
一、机械传动装置的总体设计
1.
1.1螺旋输送机传动装置简图
1.
1.2,原始数据
1.
1.3,工作条件与技术要求
1.
2.4,设计任务量
二、电动机的选择
三、计算总传动比及分配各级的传动比
3.1计算总传动比
3.2分配传动装置各级传动比
四、计算各轴的功率,转数及转矩
4.1已知条件
4.2电动机轴的功率,转速及转矩
4.3Ⅰ轴的功率,转速及转矩
4.4Ⅱ轴的功率,转速及转矩
4.5Ⅲ轴的功率,转速及转矩
五、传动零件的设计计算
5.1齿轮传动设计准则
5.2直齿
1、2齿轮的设计
5.3直齿
3、4齿轮的设计
六、轴的设计计算
6.1高速轴轴Ⅰ的设计和校核
6.2轴Ⅱ的设计及校核
6.3低速轴轴Ⅲ的设计及校核
七、键联接的选择及计算
八、轴承的选择及寿命计算
九、联轴器的选择
十、减速器结构和附件的设计
十一、润滑及密封设计
十二、减速器的维护和保养
十三、设计小结及体会计算及说明结果螺旋轴
5.
5.
4.6转矩T/(N·mm)
181121757267509259338368378.
7290725181.
25120.03传动比i
221.51
五、传动零件的设计计算由于传动装置有开式、闭式,齿面硬度有软齿面(硬度≤350HBS)、硬齿面(硬度>350HBS),齿轮转速有高与低,载荷有轻与重之分,所以实际应用中常会出现各种不同的失效形式分析研究试销形式有助于建立齿轮设计的准则,提出防止和减轻失效的措施设计齿轮传动时应根据齿轮传动的工作条件、失效情况等,合理地确定设计准则,以保证齿轮传动有足够的承载能力工作条件、齿轮的材料不同,轮齿的失效形式就不同,设计准则、设计方法也不同对于闭式软齿面齿轮传动,齿面点蚀是主要的失效形式,应先按齿面接触疲劳强度进行设计计算,确定齿轮的主要参数和尺寸,然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度闭式硬齿面齿轮传动常因齿根折断而失效,故通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算,确定齿轮的模数和其他尺寸,然后再按接触疲劳强度校核齿面的接触强度对于开式齿轮传动中的齿轮,齿面磨损为其主要失效形式,故通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计计算,确定齿轮的模数,考虑齿轮的模数,考虑磨损因素,再将模数增大10%~20%,而无需校核接触强度
5.1内传动
5.
1.1高速级
1、齿轮材料,确定许用应力由表
6.2选,小齿轮40Cr调质硬度HB1=260HBS大齿轮45正火硬度HB1=210HBS许用接触应力[σH]由式6-6,[σH]=工作条件使用寿命5每天8小时,每年300天连续工作,工作平稳接触疲劳极限,查图6-4接触强度寿命系数查图6-5得,接触强度最小安全系数许用弯曲应力,由式6-12弯曲疲劳极限查表6-7,双向传动乘
0.7弯曲强度寿命系数查图6-8弯曲强度尺寸系数查表6-9(设模数m小于5mm)弯曲强度最小安全系数2)齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级,按估取圆周速度齿宽系数,查表
6.9,按齿轮相对轴承为非对称布置小轮齿数,在推荐值20~40中选大齿轮数齿数比u小轮转矩初定螺旋角载荷系数已知载荷平稳,所以取动载系数齿间载荷分配系数齿向载荷分布载荷系数材料弹性系数查表
6.4得节点区域系数查图6-3得得重合度系数由推荐值
0.75~
0.88得螺旋角系数故===
29.09mm取45mm法面模数取标准值中心距a取整分度圆螺旋角分度圆直径圆周速度齿宽圆整大轮齿宽小轮齿宽
3、齿根弯曲疲劳强度校核计算当当量齿数齿形系数查表
6.5小轮大轮应力修正系数小轮大轮不变位时,端面啮合角端面模数重合度重合度系数则螺旋角系数由推荐值
0.85~
0.92=
0.__故齿根弯曲强度满足
4、齿轮其他主要尺寸计算大轮分度圆直径根圆直径顶圆直径
5.
1.2低速级
1、齿轮材料,确定许用应力由表
6.2选,小齿轮40Cr调质硬度HB1=260HBS大齿轮45正火硬度HB1=210HBS许用接触应力[]由式6-6,工作条件使用寿命5每天8小时,每年300天连续工作,工作平稳.接触疲劳极限,查图6-4接触强度寿命系数查图6-5得,接触强度最小安全系数许用弯曲应力,由式6-12弯曲疲劳极限查表6-7,双向传动乘
0.7弯曲强度寿命系数查图6-8弯曲强度尺寸系数查表6-9(设模数m小于5mm)弯曲强度最小安全系数2)齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级,按估取圆周速度齿宽系数,查表
6.9,按齿轮相对轴承为非对称布置小轮齿数,在推荐值20~40中选大齿轮数齿数比u故合适小轮转矩初定螺旋角=载荷系数已知载荷平稳,所以取动载系数齿间载荷分配系数齿向载荷分布载荷系数材料弹性系数查表
6.4得节点区域系数查图6-3得得重合度系数由推荐值
0.75~
0.88得=
0.78螺旋角系数故==法面模数取标准值中心距a取整分度圆螺旋角分度圆直径圆周速度齿宽圆整大轮齿宽小轮齿宽
3、齿根弯曲疲劳强度校核计算当当量齿数齿形系数查表
6.5小轮大轮应力修正系数小轮大轮不变位时,端面啮合角端面模数重合度重合度系数则螺旋角系数由推荐值
0.85~
0.92故齿根弯曲强度满足
4、齿轮其他主要尺寸计算大轮分度圆直径根圆直径顶圆直径综上,内传动齿轮数据高速级齿轮参数低速级齿轮参数模数
1.52小轮分度圆
51.
2051.20大轮
204.
80204.80中心距128128小轮
47.
4546.2大轮
201.
05199.80小轮
54.
2055.20大轮
207.
80208.80小轮5757大轮5252小轮齿数3325大轮齿数
1321005.2外传动(开式直齿锥齿轮传动)
1、齿轮材料,确定许用应力由表
6.2选,小齿轮40Cr调质硬度HB1=260HBS大齿轮45正火硬度HB1=210HBS许用接触应力[]由式6-6,工作条件使用寿命5每天8小时,每年300天连续工作,工作平稳接触疲劳极限,查图6-4接触强度寿命系数查图6-5得,接触强度最小安全系数许用弯曲应力,由式6-12弯曲疲劳极限查表6-7弯曲强度寿命系数查图6-8弯曲强度尺寸系数查表6-9(设模数m小于5mm)弯曲强度最小安全系数
2.齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级,按估取圆周速度齿宽系数,查表
6.9,取
0.3小轮齿数,在推荐值20~40中选大齿轮数齿数比u传动比误差故合适小轮转矩N·m载荷系数K已知载荷平稳,所以取动载系数由推荐值
1.05~
1.4齿向载荷分布由推荐值
1.0~
1.2材料弹性系数查表
6.4得节点区域系数查图6-3得得齿轮模数取标准值小__端分度圆直径小轮平均分度圆直径圆周速度齿宽圆整
3、齿根弯曲疲劳强度校核计算当当量齿数齿形系数查表
6.5小轮大轮应力修正系数小轮大轮故齿根弯曲强度满足
4、齿轮其他主要尺寸计算大__端分度圆直径锥距小__端顶圆直径大__端顶圆直径
六、轴的设计计算
6.1高速轴轴Ⅰ的设计
6.
1.1轴Ⅰ的结构设计选取45号钢作为轴的材料,调质处理材料及热处理考虑到I轴为高速,以及齿轮材料后,选I轴材料为45号钢,调质220~240HBS根据公式取112Ⅰ轴的结构设计
①段根据圆整(按GB/T5014-85),并由选择联轴器型号为选择联轴器型号TL3钢弹性销轴联制联则I轴的
①段轴径和联轴器的长度可取段为使半联轴器定位,轴肩高度,孔可倒角c取2mm,且符合标准密封圈内径,取轴端盖宽度20mm,端盖外端面与半联轴器右端面30mm,,段为便于装拆轴承内圈,且符合标准轴承内径查GB/T297-94,暂选圆锥滚子轴承,新代号为32006,,其宽度,轴承润滑方式选择,选择脂润滑齿轮与箱体内壁间取15mm,考虑轴承脂润滑,取轴承据箱体内壁距离f=8mm,则段,作为轴向固定齿轮,保证小齿轮在远离电机的一侧为使套筒端面可紧靠的,应比齿轮毂孔长(取等于齿宽)短1~4mm可取,段取齿轮右端定位轴肩高度,则轴环直径,查设计守则轴承标准轴肩高度应满足拆卸要求,否则应将轴环分为两个轴段,轴段长度段该轴段直径,等于轴承宽度,至此,已初步确定了高速轴一轴的各段直径和长度Ⅰ1Ⅱ2Ⅲ3Ⅳ4Ⅴ5Ⅵ6Ⅶ低速轴的结构设计示意图高速轴结构设计参数段名参数123456直径/mm182630324030长度/mm425044552426键b×h×L/mm6×6×3010×8×30R或者C2×45oR2R2R2R2R22×45o
6.
1.2轴Ⅰ的校核求作用在齿轮上的力因已知高速级小齿轮的分度圆直径为从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面计算步骤如下高速轴设计受力参数载荷水平面H垂直面V支反力弯矩M总弯矩扭矩T按弯曲扭转合成应力校核轴的强度进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面C)的强度根据课本式15-5及表
7.2中的数据,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取=
0.6,轴的计算应力前已选轴材料为45钢,调质处理,查课本表15-1得[]=60MP因此〈[],故此轴安全
6.2轴Ⅱ的设计
6.
2.1轴Ⅱ的结构设计Ⅱ轴的结构设计和强度计算选取45钢作为轴的材料,调质处理查表14-2根据公式查表
8.6,取A=112则轴的结构设计确定轴的结构方案轴的结构设计确定轴的结构方案,初步分为五个轴段,确定各轴段直径和长度段根据轴承内径的标准,暂选圆锥滚子轴承,按GB/T283-94得新代号为32006,宽度.长轴承润滑方式选择,选择脂润滑段,轴径宜取,高速级中的大齿轮宽度52mm,所以此轴段长度应比齿轮宽度小2mm,故取段取齿轮右端定位轴肩高度h=4m则轴环直径查设计守则轴承标准轴肩高度应满足拆卸要求,否则应将轴环分为两个轴段,轴段长度段该轴段取对称轴段轴径,小斜齿轮宽度为,所以此轴段长度应比齿轮宽度小,故该轴段长取段该轴段取对称轴段直径,宽度,可取对称轴段轴长至此,已初步确定了中间轴的各段直径和长度对Ⅲ轴进行校正ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ
6.
2.2轴Ⅱ的校核按弯曲扭转合成应力校核轴的强度进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面C)的强度根据课本式15-5及表
7.2中的数据,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取=
0.6,轴的计算应力前已选轴材料为45钢,调质处理,查课本表15-1得[]=60MP因此〈[],故此轴安全
6.3低速轴轴Ⅲ的设计
6.
3.1轴Ⅲ的结构设计查表
8.6,取A=112则段根据轴转矩大小按GB/T323-1984选择联轴器型号为TL7钢弹性销轴联制联,则III轴的
①段轴径和联轴器的长度可取,,段为使半联轴器定位,轴肩高度,孔可倒角c取2mm,则,且符合标准密封圈内径,取轴端盖宽度20mm,端盖外端面与半联轴器右端面30mm,则,段为便于装拆轴承内圈,且符合标准轴承内径查GB/T297-94,暂选圆锥滚子轴承,新代号为32011,,其宽度,轴承润滑方式选择,选择脂润滑齿轮与箱体内壁间取15mm,考虑轴承脂润滑,取轴承据箱体内壁距离f=8mm,段,作为轴向固定齿轮,保证小齿轮在远离电机的一侧为使套筒端面可紧靠的,应比齿轮毂孔长(取等于齿宽)短1~4mm可取段取齿轮右端定位轴肩高度,则轴环直径,查设计守则轴承标准轴肩高度应满足拆卸要求,否则应将轴环分为两个轴段,轴段长度段该轴段直径,等于轴承宽度至此,已初步确定了低速轴Ⅲ轴的各段直径和长度Ⅰ1Ⅱ2Ⅲ3Ⅳ4Ⅴ5Ⅵ6Ⅶ低速轴的结构设计示意图Ⅲ轴结构设计参数段名参数123456直径/mm404855576555长度/mm1125050502428键b×h×L/mm12×8×7216×10×452×45oR2R2R2R2R22×45o
6.
3.2轴Ⅲ的校核作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为先确定轴承支持点位置,查圆锥滚子轴承,新代号为32011,取其支点尺寸,因此轴的支撑点到齿轮载荷的作用距离从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面计算步骤如下表
7.2低速轴设计受力参数载荷水平面H垂直面V支反力弯矩M总弯矩扭矩T按弯曲扭转合成应力校核轴的强度进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面C)的强度根据课本式15-5及表
7.2中的数据,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取=
0.6,轴的计算应力前已选轴材料为45钢,调质处理,查课本表15-1得[]=60MP因此〈[],故此轴安全
七、键联接的选择及计算选取钢作为平键材料,查表
3.2已知N/mm
7.1Ⅰ轴键
①连接联轴器与轴的键键GB/T1095-2003连接齿轮与轴的键键GB/T1095-2003显然符合
7.2Ⅱ轴键
①连接大齿轮与轴的键键GB/T1095-2003:
②连接小齿轮与轴的键键GB/T1095-2003:
7.3Ⅲ轴键
①连接联轴器与轴的键键GB/T1095-2003:
②连接齿轮与轴的键键GB/T1095-2003:
八、轴承的选择及寿命计算
8.1轴承选择ⅠⅡⅢ轴承代号62063200632011基本额定动载荷荷
19.
535.
880.2极限转速9500(脂)6300(脂)400(脂)外径D625590宽度B161723判定系数e
0.
290.
260.31温度系数ft
1.0(小于120℃)载荷系数fp
1.5中等冲击寿命指数3(球轴承)10/3(滚子轴承)
8.2校核
8.
2.1Ⅰ轴轴承校核转速径向力温度系数ft=
1.0120℃载荷系数fp=
1.5中等冲击由当量动载荷公式其中(球轴承)由校核公式
8.
2.2II轴轴承校核基本信息转速左右轴分开校核⑴左轴承轴承轴向力径向力由当量动载荷公式其中由校核公式⑵右轴承轴承轴向力径向力由当量动载荷公式其中由校核公式
8.
2.3Ⅲ轴轴承校核转速径向力温度系数ft=
1.0120℃载荷系数fp=
1.5中等冲击由当量动载荷公式其中(滚子轴承)由校核公式
九、联轴器的选择Ⅰ轴所以查《机械设计课程设计》表14-7取的联轴器TL3因为Ⅲ轴,所以查《机械设计课程设计》表14-7取的联轴器TL7
十、减速器结构和附件的设计减速器的箱体采用铸造(HT150)制成,采用剖分式结构.
1.机体有足够的刚度在机体为加肋,外轮廓为长方形,增强了轴承座刚度
2.考虑到机体内零件的润滑,密封散热因其传动件速度小于12m/s,故采用侵油润油,同时为了避免油搅得沉渣溅起,齿顶到油池底面的距离H为40mm为保证机盖与机座连接处密封,联接凸缘应有足够的宽度,联接表面应精创,其表面粗糙度为
3.机体结构有良好的工艺性.铸件壁厚为10,圆角半径为R=2机体外型简单,拔模方便.
4.对附件设计A视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔,能看到传动零件齿合区的位置,并有足够的空间,以便于能伸入进行操作,窥视孔有盖板,机体上开窥视孔与凸缘一块,有便于机械__出支承盖板的表面并用垫片加强密封,盖板用铸铁制成,用M6紧固B油螺塞放油孔位于油池最底处,并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧,以便放油,放油孔用螺塞堵住,因此油孔处的机体外壁应凸起一块,由机械__成螺塞头部的支承面,并加封油圈加以密封C油标油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处油尺安置的部位不能太低,以防油进入油尺座孔而溢出.D通气孔由于减速器运转时,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改上__通气器,以便达到体内为压力平衡.E盖螺钉启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度钉杆端部要做成圆柱形,以免破坏螺纹.F位销为保证剖分式机体的轴承座孔的__及装配精度,在机体联结凸缘的长度方向各__一圆锥定位销,以提高定位精度.润滑密封设计对于二级圆柱齿轮减速器,因为传动装置属于轻型的,且传速较低,所以其速度远远小于,所以采用脂润滑,箱体内选用SH0357-92中的50号润滑,装至规定高度.密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封,联接凸缘应有足够的宽度,联接表面应精创,其表面粗度应为密封的表面要经过刮研而且,凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大并匀均布置,保证部分面处的密封性.减速器机体结构尺寸如下名称符号计算公式(mm)结果(mm)箱座壁厚10箱盖壁厚10箱盖凸缘厚度15箱座凸缘厚度15箱座底凸缘厚度25地脚螺钉直径M22地脚螺钉数目查手册4轴承旁联接螺栓直径M16机盖与机座联接螺栓直径M12轴承端盖螺钉直径M8视孔盖螺钉直径M6定位销直径=
9.5,,至外机壁距离查机械课程设计指导书302218,至凸缘边缘距离查机械课程设计指导书262016外机壁至轴承座端面距离=+40大齿轮顶圆与内机壁距离15齿轮端面与内机壁距离15机座肋厚
8.5轴承端盖外径+D轴承外径102(1轴)95(2轴)130(3轴)轴承旁联结螺栓距离102(1轴)95(2轴)130(3轴)
十一、润滑密封设计对于二级圆柱齿轮减速器,因为传动装置属于轻型的,且传速较低,所以其速度远远小于,所以采用脂润滑,箱体内选用SH0357-92中的50号润滑,装至规定高度.密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封,联接凸缘应有足够的宽度,联接表面应精创,其表面粗度应为密封的表面要经过刮研而且,凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大并匀均布置,保证部分面处的密封性.
十二、减速器的维护与保养齿轮的维护
(1)使用齿轮传动时,在启动、加载、卸载及换档的过程中应力求平稳,避免产生冲击载荷,以防引起断齿等故障
(2)经常检查润滑系统的状况(如润滑油的油面高度等)油面过底则润滑不良,油面过高会增加搅油功率的损失对于压力喷油润滑系统还需检查油压状况,油压过底会造成供油不足,油压过高则可能是因为油路不畅通所致,需及时调整油压,还应按照使用规则定期更换或补充规定牌号的润滑油
(3)注意检查齿轮传动的工作状况,如有无不正常的声音或箱体过热现象润滑不良和装配不符合要求是齿轮失效的重要原因声响监测和定期检查是发现齿轮损伤的主要方法轴的维护在工作过程中,对机械要定期检查和维修,对于轴的维护重点注意三个方面
(1)认真检查轴和轴上零件的完好程度,若发现问题应及时维修或更换轴的维修部位主要是轴颈及轴端对精度要求较高的轴,在磨损量较小时,可采用电镀法或热喷涂(或喷焊)法进行修复轴上花键、键槽损伤,可以用气焊或堆焊修复,然后再铣出花键或键槽也可以将原键槽焊补后再铣制新键槽
(2)认真检查轴以及轴上主要传动零件工作位置的准确性、轴承的游隙变化并及时调整
(3)轴上的传动零件(如齿轮、链轮等)和轴承必须保证良好的润滑,应当根据季节和工作地点,按规定选用润滑剂并定期加注要对润滑油及时检查和补充,必须及时更换
十三、设计小结这次课程设计内容是螺旋输送机上的两级展开式圆柱斜齿轮减速器的设计我有体会如下培养我们一种理论__实际的设计思想;训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力;巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用加深我们对所学知识的了解系统的回顾所学的《机械设计》,《理论力学》等课程对知识的综合运用,提高了分析问题和解决问题的能力为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持衷心的感谢老师的指导和帮助设计中还存在不少缺点,需要我继续努力学习和掌握有关机械设计的知识,继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力继续加强思维的缜密性最后感谢老师的指导和修正!!!==
1.4=1=33u=4故合适与估值接近齿根弯曲强度满足=
1.4u=4故合适与估值接近齿根弯曲强度满足=
1.4N·m与估值接近齿根弯曲强度满足II图为H水平面力和弯矩分析III图为V垂直面力和弯矩分析;IV图为合成弯矩分析当量弯矩图Ⅰ图为轴受力分析;II图为H水平面力和弯矩分析III图为V垂直面力和弯矩分析VI当量弯矩图Ⅰ轴联轴器与轴齿轮与轴Ⅱ轴大齿轮与轴小齿轮与轴Ⅲ轴联轴器与轴齿轮与轴。