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机械基础课程设计


课程设 计实训 报告

课程名称:机械基础 设计题目:一级圆柱齿轮减速器 系 别:机电工程系


专业班级:09 机电一体化 8 班 学生姓名:宁 学 号:02043093322

指导老师:张艳玲 设计时间:2010 年 12 月 10 日

河南质量工程职业学院 河南质量工程职业学院

09 级机械基础课程设计

河南质量工程职业学院 河南质量工程职业学院 工程
《机械基础》课程设计任务书 机械基础》
班级 09 机电 8 班 学生姓名 宁朕 指导教师 张艳玲

课程设计题目 主要 设计 内容

一级圆柱齿轮减速器

带式输送机传动系统中的减速器。要求传动系统中含有单级圆 柱齿轮减速器及V带传动。输送带的最大有效拉力F=3000N,输送带 的工作速度V=1.2 m/s,输送机滚筒直径D=250 mm。

主要 技术 指标 和设 计要 求

带式输送机在常温下连续工作、单向运转;空载起动,工作载荷 较平稳;两班制(每班工作 8 小时) ,要求减速器设计寿命为 7 年,大 修期为 3 年,中批量生产;三相交流电源的电压为 380/220V。

北京经济日报出版社, [1]张晓坤.隋晓朋.Autocad 中文版实用教程.北京: 2008.9 主要 参考 资料 及文 献 [2]徐锦康.机械设计.北京:高等教育出版社,2008.3 [3]唐金松.简明机械设计手册(第二版).上海:上海科学技术出版社, 2000.5 [4]黄祖德.机械设计.北京:北京理工大学出版社,2007.9 [5] 岳优兰,马文锁.机械设计基础.开封:河南大学出版社,2009.5

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09 级机械基础课程设计

目 录
1 电机的选择 ....................................................................................................................................4 1.2 电机容量的选择 ................................................................................................................4 1.3 电机转速确定 ....................................................................................................................4 1.4 电机主要外形和安装尺寸: .........................................................................................5 2 传动装置的运动和动力参数的计算 .......................................................................................5 2.1 分配传动比及计算各轴转速 .........................................................................................5 2.2 各轴输入功率,输出功率..............................................................................................5 2.3 各轴输入转矩 ...................................................................................................................5 3 V 带传动设计 .............................................................................................................................6 3.1.计算功率 Pc.......................................................................................................................6 3.2.确定大小带轮基准直径 .................................................................................................6 3.3.验算带速 ............................................................................................................................6 3.4.求 V 带基准长度和中心距 ............................................................................................6 3.5.验算小带轮包角...............................................................................................................6 3.7.求 V 带根数 Z ....................................................................................................................6 3.8. 求作用在带轮上的压力 FQ .........................................................................................6 4 减速器(齿轮)参数的确定 ....................................................................................................7 4.1.齿轮参数 ............................................................................................................................7 4.2. 按齿面接触强度设计 ...................................................................................................7 4.3.验算轮齿弯曲强度 ..........................................................................................................7 4.4, 齿轮的圆周速度 ..........................................................................................................8 5 轴的结构设计及验算 .................................................................................................................8 5.1 高速轴及低速轴的材料选择 .........................................................................................8 5.2,轴颈初估 ..........................................................................................................................8 5.3. 轴的径向尺寸设计 ........................................................................................................8 5.4.轴的轴向尺寸设计 ..........................................................................................................9 6 高速轴上的轴承寿命校核 .........................................................................................................9 6.1, 径向力计算:.............................................................................................................10
2

09 级机械基础课程设计

7 高速轴轴强度计算..................................................................................................................... 11 7.1 球垂直面的支撑反力: ................................................................................................ 11 7.2 球水平面的支撑反力..................................................................................................... 11 7.3.各截面弯矩图 ................................................................................................................. 11 7.5.求危险截面当量弯矩: ............................................................................................... 11 7.6.计算危险截面处的直径: .......................................................................................... 11 8 联轴器的选择..............................................................................................................................12 9 键连接的选择和计算 ................................................................................................................12 小结: ............................................................. 13 参考文献 ........................................................... 13 附 表 1 机 体 各 部 分 尺 寸(单位 mm) ............................... 14 附 表 2 减 速 器 整 体 最 大 几 何 尺寸及特性尺寸 .................. 14

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1 电机的选择
1.1 选择电机的类型和结构形式 依工作条件的要求,选择三相异步电机 a. 封闭式结构 b. u=380v . c. Y 型 1.2 电机容量的选择 工作机的功率 P 工作机=F 牵*V 运输带/1000= 3.6 V 带效率: 0.96 滚动轴承效率: 0.98 齿轮传动效率(闭式) : 0.97×1(对) 联轴器效率: 0.98 滚筒效率: 0.98

kw

传输总效率 η = 0.96×0.97×0.98×0.98×0.98 3 =0.84 则,电机功率 Pd=P 工作机 /η = 4.29 1.3 电机转速确定
60 × v = 60×1000×2.4/(3.14×260) =91.72r/min πd V 带传动比范围:2~4 一级圆柱齿轮减速器传动比范围:3~6 总传动比范围:6-24 ∴电机转速的可选范围为:550.32 kw~2201.28 kw 在此范围的电机的同步转速有:1440 r/min Y 系列三相异步电机技术数据 JB30 74-82) ( 选则电机的型号为; Y132S-4 性 能如下表:

kw

工作机主动轴转速 n 工作机=

表1 功率 KW 电机型 号
Y132S-4

满载时 转速 n r/min 电压 V 电流 A 功率因 数 额定转 矩 质量

5.5

1440

380

22.6

11.6

2.2

68kg

4

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电机主要外形和安装尺寸: 1.4 电机主要外形和安装尺寸:

表2
机座 号 132S 极 数 4,6,, A 216 B 140 C 89 D 38 E 80 F 10 G 33 H 132 K 12 L 475 AB 280 AC 270 AD 210 HD 315

表3
中心高 H 132 外形尺寸 L×(AC/2+AD) ×HD 600X345X315 地脚安装尺 寸 A×B 216X140 地脚螺栓孔 直径 K 12 轴伸尺寸 D×E 38X80 装配部位尺 寸 F×GD 10X33X38

2 传动装置的运动和动力参数的计算
所选电机满载时转速 nm= 总传动比:i 总= nm n工作机 1440 r/min = 15.70

2.1 分配传动比及计算各轴转速 i 总=iD×i 带传动的传动比 iD= 2 一级圆柱齿轮减速器传动比 i= 7.85 则高速轴 I 轴转速 n1= 720(r/min) 则低速轴 II 轴的转速 n2= 91.72(r/min) 2.2 各轴输入功率,输出功率 各轴输入功率, P 输出= η P 输入,效率如前所述。 则高速轴 I 轴的输入功率 PI= 4.29 KW,输出功率 PI=4.12 KW 则低速轴 II 轴的输入功率 PII= 4.00 KW,输出功率 PII= 3.92 2.3 各轴输入转矩 KW

5

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小带轮输入转矩 Td=28.45(N﹒m) I 轴输入转矩 TI=54.62(N﹒m) II 轴输入转矩 TII=415.90 (N﹒m)

3

V 带传动设计

3.1.计算功率 Pc 计算功率 已知 Pc,nm,已知电机输出功率,取 KA=1.2 故 Pc=KA×P=4.29 选择普通 V 带型号 确定所使用的 V 带为 A 型。 3.2.确定大小带轮基准直径 d1,d2 确定大小带轮基准直径 , 取 d1= 100mm ,带传动比 iD 已知,则 d2=iD d1 = iD×d1=2×100=200 3.3.验算带速 验算带速 V=∏d1n1/60×1000=3.14×100×1440/60×1000=7.54m/s 3.4.求 V 带基准长度和中心距(L0,a) 求 带基准长度和中心距( , ) 中心距应满足 0.7 d d1 + d d2 ≤ a0 ≤ 2 d d1 + d d2 所以初定中心距 a0 =450mm 带长 L0 =2a0+ 对 A



(

)

(

)

π
2

( d1 + d 2 ) +

( d1 ? d 2 ) 2 = 1376.56mm 。 4a 0

型带选用,Ld=1400mm
Ld ? L0 =461.72mm 2

则实际中心距 a≈a0+ 3.5.验算小带轮包角 验算小带轮包角

α = 180 0 ?

d 2 ? d1 × 57.30 = 167.59 o >1200 a

合格。

3.7.求 V 带根数 Z 求 已知 n1,d1 得 P0= 1.4KW 已知传动比 iD, 得△P0=0.17KW 已知 α , 得 K α = 0.98 , 得 KL=0.96 则 V 带根数 Z=
Pc = ( P0 + ?P0 ) K α K L 3.49

取 Z=4

3.8. 求作用在带轮上的压力 FQ 可知 A 型带每米质量 q=0.10kg/m 500 Pc 2.5 单根 V 带的拉力 F0= ( ? 1) + qv 2=500×4.29/4×7.54×(2.5/0.98-1)+0.1 Zv Kα α1 × 7.54 × 7.54=137.97N. 作 用 在 轴 上 的 压 力 FQ=2ZF0sin =2 × 4 × 137.97 2
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sin

α1
2

=945.11N

4 减速器(齿轮)参数的确定 减速器(齿轮)
4.1.齿轮参数 齿轮参数 小齿轮用:45 号刚,热处理方法:调制处理,齿面硬度:HB=260HBS 大齿轮用:45 号钢,热处理方法:正火处理,齿面硬度:HB=215HBS ,取安全系数 SH= 1 则许用应力:

H1]=

,SF= 1



σ H lim 1
SH

= 600MPa , [σ H 2 ] = 500MPa, [σ F 1 ] =

σ H lim 2
SH

= 505MPa,

[σ H 1 ] = σ EF 1 =
SF

σ FE 2
SF

= 400MPa,

4.2. 按齿面接触强度设计 设齿轮按 8 级精度制造,按齿面接触强度设计, 得载荷系数 K=1.2 ,得齿宽系数 Φ d = 1.2 。 小齿轮输入功率 P=4.29 KW,转矩 T1=9.55×106× 可得弹性系数 ZE =189.8
P =57000(N﹒m)。 n1

2 KT1 u + 1 ? Z E Z H ? 则小齿轮直径 d1≥ 3 × u ? [Φ d ] Φd ? 取 d1=50mm

? ? =47.78mm ? ?

2

齿数取 Z1=20,Z2=i*Z1=20×2.5=50,模数 m=

d1 =50/20=2.5 Z1

标准模数 m=2.5,实际传动比 i=
d1= Z1m=20×2.5=50

Z2 =7.85 Z1
d2= Z2m=2.5×157=392

实际标准中心距离 a=( d1+ d2)/2=(50+392)/2=221mm 齿宽 b= Φ d ? d 1 =60mm(圆整) 为补偿安装误差,取小齿轮齿宽 b1=b+5=65mm 4.3.验算轮齿弯曲强度 验算轮齿弯曲强度 由图可知,取齿形系数,取齿形系数 YFa1= 1 ,YFa2= 1 , 由图可知,取外齿轮齿根修正系数修正 YSa1= 4.35,YSa2= 3.99,

7

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判断: Φ F 1 = 判断: σ F 2 =

2 KT1YFa1YSa1 = 51.22MPa ≤ [σ F 1 ] bm 2 Z 1

σ F 1YFa 2YSa1
YFa1YSa 2

= 44.45MPa ≤ [σ F 2 ]

满足条件,合适

4.4, 齿轮的圆周速度 , V=∏d1n1/60×1000=3.14×50×1440/60×1000=3.768 对照表可知,选择 8 级精度是合适的。

5 轴的结构设计及验算
5.1 高速轴及低速轴的材料选择 高速轴的材料为:45 刚,热处理方法:调制处理。 低速轴的材料为:45 刚,热处理方法:证火处理。 两根轴的许用弯曲应力 [σ ?1b ] = 55MPa 。 5.2,轴颈初估 , 初选小轮轴颈, 根据扭转强度计算初估轴颈。 由表 12-5 可知得常数 d1 ≥ C 3 22mm 。 大轮轴径 d2 ≥ C 3 C= 108 。

p2 = 21.34mm 。结合大带轮轮毂内径,圆整后暂取 d1= n1

p2 = 38.02mm n2



结合联轴器内径,圆整后

暂取 d2= 38mm 。 5.3. 轴的径向尺寸设计 根据轴及轴上零部件的固定,定位,安装要求,初步确定轴的径向尺寸。 高速轴: 各尺寸确定的依据:强度的原则,将主动轴设计为阶梯轴。各段轴径分别取:

d1 =22mm, d 2 =30mm, d 3 =35mm, d 4 =37mm, d 5 =45mm, d 6 =35mm。
低速轴: 各尺寸确定的依据:直径系列,取 d 3 =55mm。为便于齿轮装拆,与齿轮配合 处轴径 d 4 应大于 d 3 ,取 d 4 =57。齿轮左端用用套筒固定,右端用轴环定位,轴环 直径 d 5 满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴承的安装要求,根据选定轴承型号 确定。右端轴承型号与左端轴承型号相同,取 d 6 =55mm.
8

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将估算轴径 d=42mm 作为外伸端直径 d1 ,与联轴器相配,考虑联轴器用轴肩实现 轴向定位,取第二段轴直径 d 2 =50mm。齿轮与左边轴承从左侧装入,考虑装拆方 便及零件固定的要求,装轴承处轴径 d 3 应大于 d 2 ,考虑滚动轴承 5.4.轴的轴向尺寸设计 轴的轴向尺寸设计 根据轴及轴上零部件的固定,定位,安装要求,初步确定轴的轴向尺寸。 高速轴: 各尺寸确定的依据:综合考虑轴上零件的尺寸及于减速器箱体尺寸的关系,各 段轴长分别取: 1 =54mm, 2 =50mm, 3 =56mm, 4 =60mm, 5 =15mm, 6 =28mm。 L L L L L L 低速轴: 各尺寸确定的依据:综合考虑轴上零件的尺寸及于减速器箱体尺寸的关系, 分别取: L1 =86mm, L2 =60mm, L3 =40mm, L4 =60mm, L5 =16mm, L6 =42mm 低速轴草图:

图2

高速轴草图:

图3

6 高速轴上的轴承寿命校核

9

09 级机械基础课程设计

高速轴承的主要参数

表4 轴承内经 轴承代号 mm 轴承外径 mm 轴承宽度 mm 径向基本额 定动载荷 Cr

6407

35

92

26

56.80kN

低速轴承的主要参数
表5

轴承内经 轴承代号 mm

轴承外径 mm

轴承宽度 mm

径向基本额 定动载荷 Cr

6311

55

110

30

44.80kN

根据轴的受力情况可知,高速轴上靠近带轮一侧的轴承所受的径向力最大,故 为最危险轴承。 6.1, 径向力计算: , 径向力计算: 已知轴的各部分尺寸,带轮的压轴力,齿轮的受力。 齿轮所受的转矩:T=9.55×1000000P/N=57000N.mm 圆周力

F t = 2T
d

= 2×57000/50=2280N

径向力

Fr = F t tan=2280×tan20°=830N

由于为直齿轮,轴向力 Fa =0
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7 高速轴轴强度计算
已知轴的各部分尺寸,带轮的压轴力,齿轮的受力。 7.1 球垂直面的支撑反力: 球垂直面的支撑反力

R VA = RVB =0.5 Fr =0.5×830 =415 ( N ? m)
7.2 球水平面的支撑反力

R HA = RHB =0.5 F t =0.5×2280=1140 (N )
7.3.各截面弯矩图 各截面弯矩图

图4
由图可知,合成弯矩按最不利的情况,即带轮压轴力与齿轮受力共面, 则,Ma=
2 2 ( M av + M aH ) + M aF = 58350 ( N ? mm)

7.4.求轴传递的转矩: 求轴传递的转矩: 求轴传递的转矩
T=Ft ? d1 = 138.15 ( N ? m) 2

7.5.求危险截面当量弯矩: 求危险截面当量弯矩: 求危险截面当量弯矩
Me= M a + (αT ) = 54832 2 + 19955 2 =58350N.m
2 2

7.6.计算危险截面处的直径: 计算危险截面处的直径: 计算危险截面处的直径

Me d≥ 3 = 0.1[σ ?1b ]

3

99121 0 .1 × 55

=26.2(mm)
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若考虑到键对轴的消弱,将 d 增加 5﹪, 故危险轴段直径: Φ =27.8mm 〈结构设计尺寸 Φ =80mm,合格。

8 联轴器的选择
根据轴孔直径 d2=42mm。 输出转矩 T=57000 选定联轴器型号:LX3

表6 公称转 许用转 D 矩 630 数 5000 160 75 125 D1 D2 转 动 惯 质量 量 0.6 8kg∕m

9 键连接的选择和计算
本设计减速器共需键: (4)个 9.1 高速轴上键安装轴段直径为 Φ =35mm, 高速轴上键安装轴段直径为: 选择普通圆头平键为:h=(10) ,b=(8) , 根据对应轴段长度,确定键长 L=(40) 9.2 齿轮轴上所需键安装轴段直径为 Φ =30mm, 齿轮轴上所需键安装轴段直径为: 选择普通圆头平键为:h=(10) ,b=(8) , 根据对应轴段长度,确定键长 L=(50) 9.3 大轴上联轴器所需键安装段直径: Φ =42mm, 大轴上联轴器所需键安装段直径: 选择普通圆头平键为:h=(8) ,b=(12) , 根据对应轴段长度,确定键长 L=(70)

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小结:
机械设计课程设计是我们机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练,是 机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性环节。 通过这次机械设计课程的设计,综合运用了机械设计课程和其他有关先修课 程的理论,结合生产实际知识,培养分析和解决一般工程实际问题的能力,并使 所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。 学习机械设计的一般方法,掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的 设计原理和过程。 进行机械设计基本技能的训练,如计算、绘图、熟悉和运用设计资料(手册、 图册、标准和规范等)以及使用经验数据,进行经验估算和数据处理等。 注:1.箱座与箱盖凸缘接合面的密封 选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法 2.观察孔和油孔等处接合面的密封 在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封 3.轴承孔的密封 闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部 轴的外伸端与透盖的间隙,由于 V<3(m/s) ,故选用半粗羊毛毡加以密封 4.轴承靠近机体内壁处用挡油环加以密封,防止润滑油进入轴承内部

参考文献
[1]张晓坤.隋晓朋.Autocad 中文版实用教程.北京:北京经济日报出版社,2008.9 [2]徐锦康.机械设计.北京:高等教育出版社,2008.3 [3]唐金松.简明机械设计手册(第二版).上海:上海科学技术出版社,2000.5 [4]黄祖德.机械设计.北京:北京理工大学出版社,2007.9 [5] 岳优兰,马文锁.机械设计基础.开封:河南大学出版社,2009.5

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09 级机械基础课程设计

附 表 1

机 体 各 部 分 尺 寸(单位 mm) 单位 符号 δ δ1 b b1 b2 df n d1 d2 l d3 d4 d c1 c2 R1 h l1 △1 △2 m1,m D2 s 尺寸 7 5 10 8 16 M20 4个 15 10 170 10 8 8 26

名称 机座壁厚 机盖壁厚 机座凸缘厚度 机盖凸缘厚度 机座底凸缘厚度 地脚螺钉直径 地脚螺钉数目 轴承旁联接螺栓直径 盖与座联接螺栓直径 连接螺栓 d2 的间距 轴承端盖螺钉直径 窥视孔盖螺钉直径 定位销直径 df,d1,d2 至外机壁距离 df,d2 至土元边缘距离 轴承旁凸台半径 凸台高度 外机壁与轴承座端面距离 大齿轮端面圆与内机壁距离 齿轮端面与内机壁距离 机盖,机座筋厚 轴承端盖外径 轴承旁联接螺栓距离

22 20 20 70

18 24 24

56 9 8 5 140 140 8

附 表 2

减 速 器 整 体 最 大 几 何 尺寸及特性尺寸 宽度方向最大尺寸 408 高度方向最大尺寸 484 特性尺寸

长度方向最大尺寸 698

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河南质量职业学院机电工程系 课程设计综合成绩评定表 课程设计综合成绩评定表
姓名 课程名称 设计题目 指导教师评语 宁朕 学号 020430393322 机械基础 一级圆柱齿轮减速器 班级 机电八班

指导教师签字:张艳玲 2010 年 设计报告成绩综合评定 项
1、计算和绘图能力 2、综合运用专业知识能力 3、运用计算机能力和外语能力 4、查阅资料、运用工具书的能力 5、独立完成设计能力 6、书写情况(文字能力、整洁度) 7、表述能力(逻辑性、条理性)

12 月 10





标准
10 20 10 10 10 10 10

成绩

平时考核成绩(20)

设计考核成绩(80)

综合成绩

教研室主任签名:魏



2010

年 12 月

10



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