機械設(shè)計基礎(chǔ)課題設(shè)計 論文

1、機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書設(shè)計題目： 設(shè)計用于帶式運輸機的傳動裝置 學(xué) 院： 港航學(xué)院 專 業(yè)： 輪機工程 年級： A11輪機1班 指導(dǎo)教師： 龔雅萍 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 110204115 起迄日期： 2013.8.302013.9.8 港航學(xué)院輪機工程目錄第一章.設(shè)計任務(wù)書1第二章.設(shè)計內(nèi)容1第三章.計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)2第四章.齒輪的設(shè)計4第五章.低速級齒輪設(shè)計8第六章.軸的設(shè)計12第七章.鍵的計算15第八章.減速器的潤滑與密封15第九章.減速器箱體及附件的選擇16第十章.制造、安裝及使用說明17第一章. 設(shè)計任務(wù)書1.1 設(shè)計題目帶式運輸機的傳動裝置設(shè)計1.2 傳

2、動裝置原理方案設(shè)計1.3 原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)編號A15輸送機工作軸功率 P（KW）11.5輸送機工作軸轉(zhuǎn)速 n（1/min）701.4 工作條件單向傳動，載荷平穩(wěn)，每天平均工作4小時，使用壽命15年試設(shè)計閉式齒輪傳動機構(gòu)。運輸帶速度允許誤差為5%。1.5 設(shè)計工作量(1)設(shè)計說明書一份(2)速器零件工作圖1張第二章. 設(shè)計內(nèi)容2.1 選擇電動機的類型按工作要求和工作條件選用Y系列三相籠型異步電動機，全封閉自扇冷式結(jié)構(gòu)，電壓380V。2.2 選擇電動機的容量工作機的有效功率:PW=FvF：運送帶工作拉力（N） V：運輸帶工作速度(m/s)2.3 傳動裝置的總功率：從電動機輸出軸到運輸帶的總工作效率為:

3、總=1×2×3×4×5×6=0.99×0.99×0.98×0.95×0.96×0.97=0.85式中：剛性聯(lián)軸器的效率1=0.99一對滾動軸承的效率2=0.99單機圓柱齒輪傳動的效率3=0.98開式齒輪傳動的效率4=0.95卷筒的傳動效率5=0.96一對滑動軸承的效率6=0.972.4 電動機所需工作效率已知輸送機工作軸功率為：P=11.5KWPd=P/總=11.5/0.85=13.53KW第三章. 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)3.1 傳動比的分配已知：輸送機工作軸轉(zhuǎn)速n=70r/min。常用同

4、步電機的轉(zhuǎn)速為1500 r/min和1000r/min。選單級圓柱齒輪減速器傳動比¡=45。根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關(guān)手冊查出有三種適用的電動機型號，綜合考慮電動機和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比，則選n=1500r/min。開式齒輪為避免齒輪數(shù)過多，導(dǎo)致尺寸過大，傳動比¡<7。結(jié)合電動機的額定功率，可選的電動機數(shù)據(jù)以及傳動裝置對應(yīng)的傳動比如下表：3.2 確定電動機型號電動機型號額定功率（KW）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）額定轉(zhuǎn)矩Y160L-41514602.23.3 傳動比的分配(1)總傳動比 為 分配傳動比 考慮潤滑條件等因素，初定 ，3.4 各參數(shù)的計算

5、1)各軸的轉(zhuǎn)速 I軸 II軸 III軸 卷筒軸 2)各軸的輸入功率 I軸 II軸 III軸 卷筒軸 3）各軸的輸入轉(zhuǎn)矩電動機軸的輸出轉(zhuǎn)矩為 I軸 II軸 III軸 卷筒軸 將上述計算結(jié)果匯總與下表，以備查用.軸名功率P/kw轉(zhuǎn)矩T/(N·mm)轉(zhuǎn)速n/(r/min)傳動比效率I軸13.088.77×10414404.040.97II軸12.693.44×104356.430.97III軸12.3210.01×10511810.95卷筒軸11.589.38×105118第四章. 齒輪的設(shè)計4.1 高速級齒輪設(shè)計選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)(

6、1)按簡圖所示的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動，軟齒輪面閉式傳動。(2)運輸機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度(GB10095-88)。(3)材料選擇。由機械設(shè)計表10-1，選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。(4)選小齒輪齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，即 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值1）試選載荷系數(shù)。2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 3）由機械設(shè)計表10-7選取齒寬系數(shù)。4）由機械設(shè)計表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。5）由機械設(shè)計圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸

7、疲勞強度極限。6）由式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)7）由機械設(shè)計圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)；。8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力取安全系數(shù)S=1 4.2 設(shè)計計算1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。 2）計算圓周速度v3）計算齒輪寬度b 4)計算齒寬高之比模數(shù)：齒高：5）計算載荷系數(shù)查表10-2得使用系數(shù);根據(jù)、7級精度，由圖10-8得動載系數(shù)；直齒輪，由表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，；由，查圖10-13得，故載荷系數(shù)6）校正分度圓直徑由機械設(shè)計式（10-10a）得7）計算模數(shù)4.3 按齒根彎曲強度設(shè)計由式（10-5）得彎曲強度的設(shè)計公式為4.4 確定公式內(nèi)的各計算

8、數(shù)值1)由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限；2)由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；3)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)，由式（10-12）得4）計算載荷系數(shù)K。5)查取齒形系數(shù)。由表10-5查得 ；6）查取應(yīng)力校正系數(shù)由表10-5查得 ；7）計算大、小齒輪的并加以比較。 大齒輪的數(shù)值大。8）設(shè)計計算對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的強度，由于齒輪模數(shù)m的大小取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)1.794并就近圓整為標(biāo)

9、準(zhǔn)值，按接觸強度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) 則 這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。4.5 幾何尺寸計算1）計算分度圓直徑2)計算中心距3）計算齒輪寬度取，第五章. 低速級齒輪設(shè)計5.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)(1)按簡圖所示的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動，軟齒輪面閉式傳動。(2)運輸機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度(GB10095-88)。(3)材料選擇。由機械設(shè)計表10-1，選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS

10、。(4)選小齒輪齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)5.2 初步設(shè)計齒輪主要尺寸(1)設(shè)計準(zhǔn)則:先由齒面接觸疲勞強度計算，再按齒根彎曲疲勞強度校核。(2)按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，即 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值1）試選載荷系數(shù)。2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 3）由機械設(shè)計表10-7選取齒寬系數(shù)。4）由機械設(shè)計表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。5）由機械設(shè)計圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限。6）由式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)7）由機械設(shè)計圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)；。8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力取安全系數(shù)S=1 5.3 設(shè)計計算1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。 2）計

11、算圓周速度3）計算齒輪寬度b4)計算齒寬高之比模數(shù)：齒高：5）計算載荷系數(shù) 查表10-2得使用系數(shù); 根據(jù)、7級精度，由圖10-8得動載系數(shù)；直齒輪， 由表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，；由，查圖10-13得，故載荷系數(shù) 6）校正分度圓直徑由機械設(shè)計式（10-10a）得7）計算模數(shù)。5.4 按齒根彎曲強度設(shè)計彎曲強度的設(shè)計公式為確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限；由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)，由式（10-12）得5）計算載荷系數(shù)K。 6)查取齒形系數(shù)。由表10-

12、5查得 ；7）查取應(yīng)力校正系數(shù)由表10-5查得 ；8）計算大、小齒輪的并加以比較。 大齒輪的數(shù)值大。5.5 設(shè)計計算對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的強度，由于齒輪模數(shù)m的大小取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)2.813并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按接觸強度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)。 則 這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。5.6 幾何尺寸計算1）計算分度圓直徑2)計算中心距3）計算齒輪寬度取，

13、結(jié)構(gòu)設(shè)計及繪制齒輪零件圖簡圖齒數(shù)齒寬分度圓直徑中心距第一級z127B165d154a1136z2109B260d2218第二級z327B385d381a2162z481B480d4243第六章. 軸的設(shè)計6.1 齒輪軸的設(shè)計1）輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 由上可知，2）求作用在齒輪上的力 因已知小齒輪的分度圓直徑 而 3）初步確定軸的最小直徑材料為45鋼，正火處理。根據(jù)機械設(shè)計表15-3，取，于是，由于鍵槽的影響，且,故,輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩，查機械設(shè)計表14-1，取，則： 按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小

14、于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查機械設(shè)計手冊，選用GY4型凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為。半聯(lián)軸器的孔徑，故取，半聯(lián)軸器長度，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。6.2 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度：為了滿足辦聯(lián)軸器的軸向定位要求，-段左端需制出一軸肩，故取-段的直徑；右端用軸端擋圈定位。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故-段的長度應(yīng)比略短一些，現(xiàn)取。2)初步選擇滾動軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。按照工作要求并根據(jù)，查機械設(shè)計手冊表6-1選取深溝球軸承6008，其尺寸為，故，。3)軸肩高度，故取，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)

15、寬度取,。4)軸承端蓋的總寬度為(由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定)。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離，故。5)由小齒輪尺寸可知，齒輪處的軸端-的直徑，。至此，已初步確定了軸的各段和長度。6)軸上零件的周向定位半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用A型平鍵連接。按由機械設(shè)計設(shè)計手冊表4-1查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為。同時為了保證半聯(lián)軸器與軸配合有良好的對中性，故選擇半聯(lián)軸器與軸的配額為；滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。7)確定軸上圓角和倒角尺寸參考機械設(shè)計表15-2，取軸端圓角,各軸肩處的圓角半徑R2

16、。6.3 求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖。作為簡支梁的軸的支撐跨距。根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算處的截面C處的、及的值列于下表。載荷 水平面H 垂直面V支反力彎矩總彎矩扭矩第七章. 鍵的計算與小齒輪 A b=8 h=7 L1=b1-5=65-5=60mm L2=L1-b=60-8=52mm 與大齒輪 A b=14 h=9 L21=b1-5=62.5-5=57.5mm L2=L1-b=57.5-14=43.5mm 根據(jù)表10-9得小齒輪上的鍵的型號為 鍵8×60 GB/T1096-2003大

17、齒輪上的鍵的型號為 鍵14×57.5 GB/T1096-2003 鍵的校核：T1=9550×P1/n1=9550×5.445/1440=36.11 N·m減速器低速軸 T2=9550P2/sn2=9550×5.12/429.85=113.75 N·mp=4T1/dhL1=4×36110/26×7×52=15.2660MPap=4T2/dhL2=4×113750/62.5×9×43.5=18.660MPa第八章. 減速器的潤滑與密封8.1 齒輪傳動的潤滑各級齒輪的圓周

18、速度均小于12m/s，所以采用浸油潤滑。另外，傳動件浸入油中的深度要求適當(dāng)，既要避免攪油損失太大，又要充分的潤滑。油池應(yīng)保持一定的深度和儲油量。8.2 油號選擇由表16-2注2傳動潤滑油運動粘度為220mm2/s。由表16-1注2用N200工業(yè)齒輪油。8.3 油量計算以每傳遞1KW功率所需油量為350700，各級減速器需油量按級數(shù)成比例。該設(shè)計為雙級減速器，每傳遞1KW功率所需油量為7001400。由高速級大齒輪浸油深度約0.7個齒高，但不小于10mm,低速大齒輪浸油深度在1/61/3齒輪半徑；大齒輪齒頂距箱底距離大于3050mm（設(shè)計值取40mm）的要求得：最低油深：最高油深：箱體內(nèi)壁總長：

19、L=638mm箱體內(nèi)壁總寬：b=197mm可見箱體有足夠的儲油量.8.4 潤滑與密封由于低速級齒輪的圓周速度小于2m/s，所以軸承采用脂潤滑。又因為加速器工作場所的要求，選用抗水性較好，耐熱性較差的鈣基潤滑脂（GB491-87）。軸承內(nèi)密封：由于軸承用油潤滑，為了防止齒輪捏合時擠出的熱油大量沖向軸承內(nèi)部，增加軸承的阻力，需在軸承內(nèi)側(cè)設(shè)置擋油盤。軸承外密封：在減速器的輸入軸和輸出軸的外伸段，為防止灰塵水份從外伸段與端蓋間隙進(jìn)入箱體，選用氈圈密封。減速器的密封箱蓋和箱座的結(jié)合面處理干凈，脫塵脫油后，涂上水玻璃或密封膠,以增強密封效果。第九章. 減速器箱體及附件的選擇9.1 箱體結(jié)構(gòu)形式及材料本減速

20、器采用剖分式箱體，分別由箱座和箱蓋兩部分組成。用螺栓聯(lián)接起來，組成一個完整箱體。剖分面與減速器內(nèi)傳動件軸心線平面重合。此方案有利于軸系部件的安裝和拆卸。剖分接合面必須有一定的寬度，并且要求仔細(xì)加工。為了保證箱體有足夠剛度，在軸承座處設(shè)有加強肋。箱體底座要有一定寬度和厚度，以保證安裝穩(wěn)定性和剛度。減速器箱體用HT200制造。鑄鐵具有良好的鑄造性能和切削加工性能，成本低。鑄造箱體多用于批量生產(chǎn)。9.2 主要附件作用及形式1）通氣器齒輪箱高速運轉(zhuǎn)時內(nèi)部氣體受熱膨脹，為保證箱體內(nèi)外所受壓力平衡，減小箱體所受負(fù)荷，設(shè)通氣器及時將箱內(nèi)高壓氣體排出。由表7.19注1選用通氣器。2）窺視孔和視孔蓋 為便于觀察

21、齒輪嚙合情況及注入潤滑油，在箱體頂部設(shè)有窺視孔。為了防止?jié)櫥惋w出及密封作用，在窺視孔上加設(shè)視孔蓋。由表14.7 注2 A=140m3）油標(biāo)尺 用油標(biāo)尺尺寸M124）油塞為了排出油污，在減速器箱座最低部設(shè)置放油孔，并用油塞和封油墊密封。 選用油塞尺寸 M165）啟蓋螺釘在箱體剖分面上涂有水玻璃，用于密封，為便于拆卸箱蓋，在箱蓋凸緣上設(shè)有啟蓋螺釘一個，擰動起蓋螺釘，就能頂開箱蓋。結(jié)構(gòu)參見減速器總裝圖，尺寸取M16。第十章. 制造、安裝及使用說明10.1 制造要求盡量選用接近理想減速比：減速比=伺服馬達(dá)轉(zhuǎn)速/減速機出力軸轉(zhuǎn)速。扭力計算：對減速機的壽命而言,扭力計算非常重要,并且要注意加速度的最大轉(zhuǎn)

22、矩值(TP),是否超過減速機之最大負(fù)載扭力。適用功率通常為市面上的伺服機種的適用功率,減速機的適用性很高,工作系數(shù)都能維持在1.2以上,但在選用上也可以以自己的需要來決定。A.選用伺服電機的出力軸徑不能大于表格上最大使用軸徑。B.若經(jīng)扭力計算工作,轉(zhuǎn)速可以滿足平常運轉(zhuǎn),但在伺服全額輸出時,有不足現(xiàn)象時,我們可以在電機側(cè)之驅(qū)動器,做限流控制,或在機械軸上做扭力保護(hù),這是很必要的。10.2 安裝要求正確的安裝，使用和維護(hù)減速器，是保證機械設(shè)備正常運行的重要環(huán)節(jié)。 因此，在您安裝減速器時，請務(wù)必嚴(yán)格按照下面的安裝使用相關(guān)事項，認(rèn)真地裝配和使用。 第一步是安裝前確認(rèn)電機和減速器是否完好無損，并且嚴(yán)格檢

23、查電機與減速器相連接的各部位尺寸是否匹配，這里是電機的定位凸臺、輸入軸與減速器凹槽等尺寸及配合公差。 第二步是旋下減速器法蘭外側(cè)防塵孔上的螺釘，調(diào)整夾緊環(huán)使其側(cè)孔與防塵孔對齊，插入內(nèi)六角旋緊。之后，取走電機軸鍵。第三步是將電機與減速器自然連接。連接時必須保證減速器輸出軸與電機輸入軸同心度一致，且二者外側(cè)法蘭平行。如同心度不一致，會導(dǎo)致電機軸折斷或減速機齒輪磨損。10.3 使用說明檢查維護(hù)不同的潤滑油禁止相互混合使用。油位螺塞、放油螺塞和通氣器的位置由安裝位置決定。它們的相關(guān)位置可參考減速機的安裝位置圖來確定。 （1）油位的檢查 切斷電源，防止觸電！等待減速機冷卻！移去油位螺塞檢查油是否充滿。安

24、裝油位螺塞。 （2）油的檢查 切斷電源，防止觸電！等待減速機冷卻！打開放油螺塞，取油樣。檢查油的粘度指數(shù)：如果油明顯渾濁，建議盡快更換。對于帶油位螺塞的減速機，檢查油位，是否合格。安裝油位螺塞 （3）油的更換 冷卻后油的粘度增大放油困難，減速機應(yīng)在運行溫度下?lián)Q油。切斷電源，防止觸電！等待減速機冷卻下來無燃燒危險為止！注意：換油時減速機仍應(yīng)保持溫?zé)帷?在放油螺塞下面放一個接油盤。打開油位螺塞、通氣器和放油螺塞。將油全部排除。裝上放油螺塞。注入同牌號的新油。油量應(yīng)與安裝位置一致。油位螺塞處檢查油位。擰緊油位螺塞及通氣器?？偨Y(jié)通過了將近兩周的強化學(xué)習(xí)，動手，我終于完成了關(guān)于帶式運輸機的傳動裝置的設(shè)計，并反復(fù)地修改，非常辛苦！但是，本次設(shè)計關(guān)于帶式運輸機的傳動裝置，使我學(xué)會了很多東西，受益匪淺。首先，它讓我把上課枯燥的內(nèi)容運用到了實際生活中，并提高了我對機械設(shè)計這門課的興趣。它也使我學(xué)習(xí)的內(nèi)容更為豐富，不過必須掌握教材上的知識，這樣，即便在設(shè)計的過程中遇到很多麻煩自己也能及時的查閱教材及其他資料。同時我在設(shè)計中學(xué)會了CAD制圖，并熟練地運用，能夠比較熟悉地運用有關(guān)參考資料、計算圖表、手冊，熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，獲得了一個工程技術(shù)