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《机械设计基础课程设计说明书》学号姓名指导老师20XX-X-XX前言机械设计课程是设在机械制图,机械原理,机械设计之后的一门必修课综合考察学生对前序课程的掌握及综合创新能力通过对一个机械系统的总体设计使学生在实践中对机械系统的各个组成部分,所学过的理论知识,设计过程的基本步骤和基本原理都有了较深层次的认识与此同时,可以充分发挥学生的创新能力作为机械传动的核心,减速器的设计无疑是至关重要的课程设计中也充分突出了其重要性本课程设计是围绕对减速器的设计展开的从主体部件——齿轮,到轴,到箱体,到油标,油塞,到吊环等的设计,甚至螺栓,轴承的选择,都严格按照工程设计要求展开,不放过一个细节每一个设计都做到有原则可依,有原理可循本设计是搓丝机传动装置设计通过训练,不但使学生牢固掌握了基本知识,掌握了基本技能,熟悉了机械设计的全过程,还能体会到机械设计制造在国民经济中的基础性地位目录机械设计课程设计任务书………………………………………………………………………
(3)传动方案的拟定…………………………………………………………………………………
(4)传动装置设计……………………………………………………………………………………
(5)V带传动设计……………………………………………………………………………………
(9)齿轮传动的设计………………………………………………………………………………
(11)Ⅰ轴的设计……………………………………………………………………………………
(21)Ⅱ轴的设计……………………………………………………………………………………
(25)Ⅲ轴的设计……………………………………………………………………………………
(28)键的校核………………………………………………………………………………………
(31)附表—结构设计………………………………………………………………………………
(34)参考资料………………………………………………………………………………………
(36)设计任务书设计题目搓丝机传动装置设计设计要求该机用于__轴辊螺纹,基本结构如上图所示上搓丝板__在机头上,下搓丝板__在滑块上__时,下挫丝板随着滑块作往复运动在起始(前端)位置时,送料装置将工件送入上、下搓丝板之间滑块向后运动时,工件在上、下搓丝板之间滚动,搓制出与搓丝板一致的螺纹搓丝板共两对,可同时搓制出工件两端的螺纹滑块往复运动一次,__一个工件室内工作,生产批量为5台动力源为三相交流380/220V,电动机单向运转,载荷较平稳使用期限为10年,大修期为3年,双班制工作专业机械厂制造,可__
7、8级精度的齿轮、蜗轮原始技术数据最大__直径/mm最大__长度/mm滑块行程/mm搓丝动力/kN生产率/(件/min)
81803208.532传动方案的拟定根据系统要求可知需要机构具有急回特性要有运动形式转换功能,即单向连续转动→往复直线运动根据上述要求,可以选择若干机构组合成多种机构系统,现列出以__案加以比较,在所有方案中齿轮
1、2可看作传动部分的最后一级齿轮方案1方案2方案1采用了曲柄滑块机构,曲柄长度仅为滑块行程的一半,故机构尺寸较小,结构简洁利用曲柄和连杆共线,滑块处于极限位置时,可得到瞬时停歇的功能同时该机构能承受较大的载荷方案2采用凸轮机构,该机构随能满足运动规律,然而系统要求的滑块行程为300~320mm,因而凸轮的径向尺寸较大,于是其所需要的运动空间也较大,同时很难保证运动速度的平稳性综合分析可知方案1最为可行传动装置设计机构设计简图各部分功能动力装置选择合适的电动机,动力源为三相交流380/220V,电动机单向运转,载荷较平稳传动装置因传动比较大,故采用两级传动减速,为使传动更平稳,在加一级带传动执行装置曲柄滑块机构,有急回特性,可提高生产率工作流程开动电动机,经过皮带传到1轴,经过两级减速,由3轴输出,带动曲柄滑块机构,使滑块(搓丝板)水平运动进行搓丝执行机构的设计本设计是要将旋转运动转换为往复运动,所以连杆机构、凸轮机构、齿轮齿条机构均可,但凸轮机构和齿轮齿条机构__复杂,成本都较高,所以还是连杆机构更合适一些根据设计的要求,工作机应该带动上搓丝板,且结构应该尽量简单,所以选择曲柄滑快机构可设压力角为,,代入直角三角形得,在直角三角形和中列方程得即解得L1=
152.38
三、电动机选择和运动、动力参数计算
1、电动机选择选择类型采用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机,电压380V
(1)选择容量V带传动一对轴承二级圆柱齿轮摩擦传动曲柄滑块总传动率公称搓动力F=8500N滑快平均速度电动机功率载荷平稳,电动机额定功率略大于即可,取=4kw
(2)确定电动机转速曲柄转速=32r/min确定传动比范围V带传动比范围;二级齿轮传动比范围电动机转速范围在相关手册中查阅符合这一转速范围的电机,综合考虑总传动比,结构尺寸及成本选取电动机型号定为Y132s-4,其技术数据如下表同步转速r/min满载转速r/min额定功率kW150014405.
52.
22.2分配传动比a计算总传动比b分配减速器的各级传动比若V带的传动比取,则减速器的传动比为取两级的圆柱齿轮减速器高速级的传动比为则低速级的传动比为
3、计算传动装置的运动和动力参数a)、计算各轴转速电机轴1轴2轴3轴b、计算各轴输入功率电机轴1轴2轴3轴c、计算各轴输入转矩电动机输出转矩1轴2轴3轴将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表轴名功率比P/kW转矩T/N·m转速nr/min传动比i效率输入输出输入输出电机轴
4.
26228.
265144030.961轴
4.
09281.
4144804.
5830.962轴
3.
929358.
26104.
7353.
2730.963轴
3.
7731126.
032.000
四、传动零件设计及校核
1、V带传动设计项目计算内容计算结果
1、确定计算功率工作情况每天工作16小时,载荷较平稳,交流异步重载由表
34.1取计算功率
2、确定带型由查表31-15取A型传动带取A型
3、确定带轮直径和带速由表
31.3a取小带轮直径,由A型,取大带轮直径大带轮转速取ε=1%,=370mm取标准值由得设计项目计算内容计算结果查表
31.2取标准值
(3)、求实际中心距a
5、小带轮包角α
6、确定带的根数z由表
31.3a得查表
31.__得单根v带额定功率增量由表
31.9查得包角修正系数由表
31.2查得带长修正系数取根
7、确定v带初拉力由表
31.1得带速
8、计算作用在轴上的力
2、齿轮设计a高速级齿轮设计设计项目计算内容计算结果
1、选择材料精度等级斜齿轮啮合好,且可以抵消一部分蜗杆轴向力,降低轴承轴向负荷,故选用斜齿轮,批量较小,小齿轮用40Cr,调质处理,硬度241HB~286HB,平均取260HB,大齿轮用45钢,调质处理,硬度为229HB~286HB,平均取240HB8级精度
2、初步估算小齿轮直径采用软齿面传动,按齿面接触疲劳强度初步估算小齿轮分度圆直径由附录A表A1取,初取u=4转矩由表
27.11查取查图27-24接触疲劳极限取中较小值
3、确定基本参数校核圆周速度v和精度等级查表
27.18级精度合理确定齿数取8级精度合理设计项目计算内容计算结果确定模数查表
27.4取确定螺旋角小齿轮直径大齿轮直径初步尺宽
4、校核齿面接触疲劳强度1)计算齿面接触应力查图27-17非变位斜齿轮查表
27.11弹性系数重合度系数由表
27.5设计项目计算内容计算结果无变位,端面啮合角螺旋角系数使用系数查表
27.6,取动载系数查图27-5,取齿间载荷分配系数查表
27.7设计项目计算内容计算结果齿向载荷分配系数,由表
27.8非对称支撑,8级精度齿面接触应力2)计算许用接触应力接触强度寿命系数由图27-23齿面工作硬化系数接触强度尺寸系数查表
27.15润滑油膜影响安全系数由表
27.14查最小安全系数设计项目计算内容计算结果许用接触应力3)验算合格
5、确定传动主要尺寸中心距圆整取精确螺旋角齿宽
6、齿根弯曲疲劳强度计算1)计算齿根弯曲应力、、同前查图27-8得齿型系数查图27-19非变位应力修正系数查图27-20重合度系数螺旋角系数查图27-212)计算许用弯曲应力由图27-24c有表
27.14由图27-26得由图27-25得取3)校核合格b)、低速级齿轮设计项目计算内容计算结果
1、选择材料精度等级斜齿轮啮合好,且可以抵消一部分蜗杆轴向力,降低轴承轴向负荷,故选用斜齿轮,批量较小,小齿轮用40Cr,调质处理,硬度241HB~286HB,平均取250HB,大齿轮用45钢,调质处理,硬度为229HB~286HB,平均取250HB8级精度
2、初步估算小齿轮直径采用软齿面传动,按齿面接触疲劳强度初步估算小齿轮分度圆直径由附录A表A1取,初取转矩由表
27.11查取查图27-22b接触疲劳极限取取中较小值
3、确定基本参数校核圆周速度v和精度等级查表
27.18级精度合理确定齿数取确定模数取确定螺旋角小齿轮直径大齿轮直径初步尺宽8级精度合理
4、校核齿面接触疲劳强度1)计算齿面接触应力查图27-16非变位斜齿轮查表
27.11弹性系数设计项目计算内容计算结果重合度系数由表
27.5无变位,端面啮合角螺旋角系数设计项目计算内容计算结果使用系数查表
27.6,取动载系数查图27-5,取齿间载荷分配系数查表
27.7齿向载荷分配系数,由表
27.8对称支撑,8级精度许用接触应力3)验算合格设计项目计算内容计算结果
5、确定传动主要尺寸中心距圆整取精确螺旋角齿宽校核齿根疲劳强度3)校核合格
3、轴的设计a高速轴的设计
1、选择材料、热处理为齿轮轴,材料选择与齿轮相同,为45#钢,调质处理,217~255HB计算项目计算内容计算结果
2、按扭转强度估算轴径查表26-2取C=112有一个键,扩大7%
3、初步设计轴的结构初选深沟球轴承6207设计图
4、轴的空间受力分析圆周力
5、支反力及弯矩计算径向力轴向力带传动对轴的作用力1)、水平面支反力及弯矩计算
40266.5计算项目计算内容计算结果各自的弯矩图合成弯矩合成弯扭图
40266.512)、垂直面支反力及弯矩计算计算项目计算内容计算结果
6、转矩图
7、进行弯扭强度校核转矩按脉动循环考虑有α=[σ-1b]/[σ0b]=
0.59由表26-2查得σb=650MPa,由表26-4查得[σ-1b]=60MPa[σ0b]=
102.5Mpa,MeC=MC2+αT21/2=
152028.36Nm则安全MeC=
152028.3Nm
8.校核滚动轴承的寿命
①求轴承所受的力
②求当量动载荷FrB=FBV2+FBH21/2=
1055.35NFrA=F__2+FAH21/2=
757.125N6207轴承寿命预期寿命合格b中间轴的设计计算项目计算内容计算结果
1、选择材料、热处理材料选择与齿轮相同,为45#钢,调质处理,217~255HB
2、按扭转强度估算轴径查表26-2取C=112有两个键,扩大10%
3、初步设计轴的结构初选深沟球轴承
62104、轴的空间受力分析圆周力Ft1=2T/d1=
11556.77NFt2=2T/d2=
8738.05N径向力Fr1=Ft1×tanαn/cosβ1=
4381.58NFr2=Ft2×tanαn/cosβ2=
3312.90N轴向力Fa1=Ft1×tanβ1=
3200.63NFa2=Ft2×tanβ=
2368.01N计算项目计算内容计算结果
5、支反力及弯矩计算各自弯矩图1)、水平面支反力及弯矩计算FAH=
1186.57NFBH=Fr1+Fr2-FAH=
6507.91NM′HC=FAH×51=
60515.07NmM″HC=5Nm2)、垂直面支反力及弯矩计算F__=
3297.4NFBV=Ft1+Ft2-F__=
479.75N3)、合成弯矩图MC=(MVC2+M″HC2)1/2=
53240.93MD=(MVD2+M″HD2)1/2=
50515.1FAH=
1186.57NFBH=
6507.91N设计项目计算内容计算结果
6、转矩图
7、进行弯扭强度校核则α=65/110=
0.59转矩按脉动循环考虑有α=[σ-1b]/[σ0b]由表26-2查得σb=650MPa,由表26-4查得[σ-1b]=65MPa[σ0b]=110Mpa,MeC=MC2+αT21/2则6565,所以能符合要求
8、校核滚动轴承的寿命=
1.3FBr=
13319.76NFAr=
6608.23N选用6210轴承根据要求L10h应满足大于三年,即>365×3×16=17520h由计算结果可知所用轴承满足要求合格c低速轴的设计计算项目计算内容计算结果
1、选择材料、热处理为齿轮轴,材料选择与齿轮相同,为45#钢,调质处理,217~255HB
2、按扭转强度估算轴径查表26-2取C=112有两个键,扩大10%
3、初步设计轴的结构初选深沟球轴承
62134、轴的空间受力分析圆周力径向力轴向力计算项目计算内容计算结果
5、支反力及弯矩计算各自弯矩图1)、水平面支反力及弯矩计算2)、垂直面支反力及弯矩计算
6、转矩图
7、求当量弯矩由表
26.1由表
26.3计算项目计算内容计算结果应力矫正系数M′HC=1079500__mM″HC=
146751.54__m=
112321.7N.mm=
212342.46N.mm则由得安全设计项目计算内容计算结果
8.校核滚动轴承的寿命选用6213轴承e=
0.22Fr1=
17617.43NFr2=
2767.7N由表
34.6得当量动载荷寿命预期寿命合格
5、键的选择与校核a)高速轴大带轮键的选择与校核设计项目计算内容计算结果
1、键的选择及参数为静联接,选用普通平键A型(圆头)查课程设计手册p122得时,应选用键
2、挤压应力校核由表
33.1得合格
3、许用切应力校核由《机械零件设计问题解析》p102表4-1查得合格b)中间轴键的选择与校核设计项目计算内容计算结果
1、键的选择及参数为静联接,选用普通平键A型(圆头)查课程设计手册p122得时,应选用键
2、挤压应力校核由表
33.1得合格
3、许用切应力校核由《机械零件设计问题解析》p102表4-1查得合格c)低速轴键的选择与校核设计项目计算内容计算结果
1、键的选择及参数为静联接,选用普通平键A型(圆头)查课程设计手册p122得,应选用键应选用键
2、挤压应力校核由表
33.1得合格
3、许用切应力校核由《机械零件设计问题解析》p102表4-1查得合格
五、减速器机体各部分结构尺寸名称符号减速器型式及尺寸/箱座壁厚考虑铸造工艺,壁厚取箱盖壁厚考虑铸造工艺,壁厚取箱座凸缘厚度取=15mm名称符号减速器型式及尺寸/箱盖凸缘厚度取为=15mm箱座底凸缘厚度取=24mm地脚螺钉直径取地脚螺钉数目取轴承旁联接螺栓直径箱盖与箱座联接螺栓直径取联接螺栓的间距轴承端盖螺钉直径窥视孔盖螺钉直径取定位销直径取名称符号减速器型式及尺寸/螺栓扳手空间与凸缘宽度__螺栓直径至外箱壁距离13182226至凸缘边距离11162024沉头座直径20263240轴承旁凸台半径凸台高度外箱壁之轴承座端面距离取大齿轮顶圆与内机壁距离取齿轮轮毂端面与内机壁距离取箱盖箱座肋厚、轴承端盖外径取名称符号减速器型式及尺寸/轴承旁联接螺栓距离
六、润滑和密封形式的选择
1、齿轮润滑在减速器中,采用浸油润滑,由表6-75,选用全损耗用油,用于齿轮传动的润滑浸油深度一般要求为中间轴大齿轮一个齿高,但不高于低速轴齿轮分度圆半径的1/
32、滚动轴承的润滑两对轴承处的零件轮缘线速度均小于,所以应考虑使用油脂润滑,但应对轴承处值进行计算值小于时宜用油脂润滑;否则应设计辅助润滑装置三对轴承处值分别为,,,均小于,所以可以选择油脂润滑采用脂润滑轴承的时候,为避免稀油稀释油脂,需用挡油板将轴承与箱体内部隔开在选用润滑脂的牌号时,根据手册查得常用油脂的主要性质和用途因为本设计的减速器为室内工作,环境一般,不是很恶劣,所以轴承选用通用锂基润滑脂SY7324-87,它适用于宽温度范围内各种机械设备的轴承,选用牌号为的润滑脂
3、密封形式的选择为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部影响机体工作,在构成机体的各零件间,如机盖与机座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间,需设置不同形式的密封装置对于无相对运动的结合面,常用密封胶、耐油橡胶垫圈等;对于旋转零件如外伸轴的密封,则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构本设计中由于密封界面的相对速度不是很大,采用接触式密封,输入轴与轴承盖间V3m/s,采用粗羊毛毡封油圈,输出轴与轴承盖间也为V3m/s,故采用粗羊毛毡封油圈
七、其他技术说明
①减速器装配前,必须按图纸检验各个部分零件,然后需用煤油清洗,滚动轴承用汽油清洗,内壁涂刷抗机油浸蚀的涂料两次
②在装配过程中轴承装配要保证装配游隙
③轴承部位油脂的填入量要小于其所在轴承腔空间的2/3
④减速器的润滑剂在跑合后要立即更换,其次应该定期检查,半年更换一次润滑轴承的润滑脂应定期添加
⑤在机盖机体间,装配是涂密封胶或水玻璃,其他密封件应选用耐油材料
⑥对箱盖与底座结合面禁用垫片,必要时可涂酒精漆片或水玻璃箱盖与底座装配好后,在拧紧螺栓前应用
0.05mm塞尺检查其密封性在运转中不许结合面处有漏油渗油现象
⑦减速器装配完毕后要进行空载试验和整机性能试验空载实验在额定转速下正反转各1~2小时,要求运转平稳、声响均匀、各联接件密封处不得有漏油现象负载实验在额定转速及额定载荷下,实验至油温不再升高为止通常,油池温生不得超过,轴温升不得超过
⑧搬动减速器应用底座上的钓钩起吊箱盖上的吊环仅可用与起吊箱盖
⑨机器出厂前,箱体外表面要涂防护漆,外伸轴应涂脂后包装运输外包装后,要注明放置要求
八、____《机械设计综合课程设计》机械工业出版社王之栎王大富主编《机械设计基础下册》北京____大学吴瑞祥主编。