西華大學(xué)游梁抽油機(jī)課程設(shè)計(jì)(示例)

1、 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書課程設(shè)計(jì)說明書 課 程 名 稱: 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 課 程 代 碼: 6003479 題 目: 帶式運(yùn)輸機(jī)的減速 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名: 學(xué) 號(hào): 年級(jí)/專業(yè)/班: 機(jī)制11 -1 學(xué)院(直屬系) : 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 指 導(dǎo) 教 師: 秦 小 嶼 32一、 傳動(dòng)方案的擬定對(duì)于本機(jī)器，初步選擇原動(dòng)機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)任務(wù)書要求，要求本機(jī)器承載速度范圍大、傳動(dòng)比恒定、外輪廓尺寸小、工作可靠、效率高、壽命長。根據(jù)參考書第7頁常見機(jī)械傳動(dòng)的主要性能滿足圓柱齒輪的船東要求。對(duì)圓柱齒輪傳動(dòng)，為了使尺寸和重量更小，當(dāng)減速比i8時(shí)，建議采用二級(jí)以

2、上的傳動(dòng)方式。根據(jù)參考書第7頁常見機(jī)械傳動(dòng)的主要性能，二級(jí)齒輪減速器傳動(dòng)比范圍為：i=840，滿足要求。根據(jù)工作條件和原始數(shù)據(jù)可選擇展開二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)。因?yàn)榇朔桨缚煽?、傳?dòng)效率高、維護(hù)方便、環(huán)境適應(yīng)性好，但是也有缺點(diǎn)，就是寬度過大。其中選用斜齒圓柱齒輪，因?yàn)樾饼X圓柱齒輪兼有傳動(dòng)平穩(wěn)和成本低的特點(diǎn)，同時(shí)選用展開式可以有效的減小橫向尺寸。在沒有特殊要求的情況下，一般采用減速器。為了便于裝配，齒輪減速器的機(jī)體采用沿齒輪軸線水平剖分的結(jié)構(gòu)。綜上所述，傳動(dòng)方案總體布局如圖一所示：圖一1- 電動(dòng)機(jī) ，2-彈性聯(lián)軸器 ， 3-二級(jí)圓柱齒輪 ， 4-高速級(jí)齒輪減速器 ， 5-低速級(jí)齒輪 ， 6-剛性聯(lián)軸器

3、，7-卷筒 第3章 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)分析與確定懸點(diǎn)載荷P、抽油桿沖程S和沖次n是抽油機(jī)工作的三個(gè)重要參數(shù)，其中：（1） 懸點(diǎn)指執(zhí)行系統(tǒng)與抽油桿的聯(lián)結(jié)點(diǎn)；（2） 懸點(diǎn)載荷P（kN）指抽油機(jī)工作過程中作用于懸點(diǎn)的載荷；（3） 抽油桿沖程S（m）指抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的最大位移；（4） 沖次n（次/min）指單位時(shí)間內(nèi)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)。本小組為裝備10-2班第3小組，根據(jù)任務(wù)書要求，確定設(shè)計(jì)參數(shù)如下表1 設(shè)計(jì)參數(shù)上沖程時(shí)間下沖程時(shí)間沖程S(M)沖次N(次/MIN)懸點(diǎn)載荷P(N)6T/115T/111.412P1=30，P2=15設(shè)計(jì)要求：抽油桿上沖程時(shí)間為6T/11下沖程時(shí)間為5T

4、/11，則可推得上沖程曲柄轉(zhuǎn)角為192°，下沖程曲柄轉(zhuǎn)角為168°。(1)    極位夾角（2）行程要求經(jīng)查閱資料可知，通常取e/c=1.35           S = e =1.35c(3)最小傳動(dòng)角要求圖5 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析3.2 按K設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)如圖所示（1） 任選固定鉸鏈中心D的位置，由搖桿長度和擺角做出搖桿的兩個(gè)極限位置C1D和C2D。（2） 連接C1 和C2，做C1M垂直于C1 C2。（3） 作，C1N與C1M交于點(diǎn)P，可見（4）

5、作的外接圓，在此圓周上任取一點(diǎn)A作為曲柄的固定鉸鏈中心連接AC1 和AC2因同弧所對(duì)圓周角相等，所以（5） 因極限位置處曲柄與連桿共線，故AC1=b-a，AC1=b+a 從而得到AD=d圖6 圖解法按K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)桿長在限定范圍內(nèi)取、c，計(jì)算a、d、b，得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件尺寸；取5組數(shù)據(jù) 表2 圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)桿長數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)abcD10.5001.5001.4002.40020.5601.6001.5002.50030.6301.7001.6902.60040.6801.7601.7002.45050.5051.9001.3202.4393.3 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析利用Matlab軟件進(jìn)

6、行編程計(jì)算和畫圖，具體程序在附錄中。其中通過（3）組數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)程序運(yùn)行得到結(jié)果為：圖7 運(yùn)動(dòng)位移圖圖8 運(yùn)動(dòng)速度圖圖9 運(yùn)動(dòng)加速度圖此時(shí)滿足傳動(dòng)角條件確定四桿桿長長度為a=0.630;b=1.700;c=1.690;d=2.560;其滿足曲柄條件且如圖加速度有最小值=0.4575m/懸點(diǎn)上沖程中最大速度為：=0.6511m/s第4章 常規(guī)游梁式抽油機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)分析4.1 傳動(dòng)比分配和電動(dòng)機(jī)選擇（1）根據(jù)工況初采用展開式二級(jí)圓柱齒輪減速，聯(lián)合V型帶傳動(dòng)減速，選用三相籠型異步電機(jī) ，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380VY型由電機(jī)至抽油桿的總傳動(dòng)效率為：其中，分別為帶傳動(dòng)、軸承、齒輪傳動(dòng)、聯(lián)軸

7、器和四連桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率。取0.96，取0.99，取0.97，取0.99，取0.90。（2）預(yù)選滾子軸承，8級(jí)圓柱斜齒輪，則則電動(dòng)機(jī)所需工作功率（3）根據(jù)手冊(cè)推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為，二級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比，則總傳動(dòng)比的合理范圍為，故電機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為（4）選擇電動(dòng)機(jī)符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750，1000 r/min考慮速度太小的電機(jī)價(jià)格、體積、重量等因素， 表3 電機(jī)數(shù)據(jù)表電機(jī)型號(hào)功率kW滿載轉(zhuǎn)速r/min額定轉(zhuǎn)矩最大額矩Y132M1-6410002.02.0Y132M2-65.510002.02.0 由于Y123M功率太小，因此綜合考慮后，選定

8、電機(jī)型號(hào)為Y132M2-6（5）確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比分配傳動(dòng)比，初選V帶，以致其外廓尺寸不致過大，則減速器傳動(dòng)比為則二級(jí)齒輪減速器，高速級(jí)，則低速級(jí)傳動(dòng)分配如下圖所示圖10 傳動(dòng)分配示意圖4.2 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速：I軸II軸III軸曲柄轉(zhuǎn)軸4.3各軸扭矩計(jì)算電機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩：各軸輸出轉(zhuǎn)矩I軸II軸III軸曲柄轉(zhuǎn)軸4.4各軸功率計(jì)算計(jì)算各軸輸入功率：I軸II軸III軸曲柄轉(zhuǎn)軸各軸輸出功率分別為輸入功率乘軸承效率0.98，則第5章 齒輪減速器設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 高速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算5.1.1確定材料及許用應(yīng)力選取圓柱斜齒輪硬齒面的組合：小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為300,;大齒輪

9、用45鋼，硬度為300, ;取，取，；5.1.2按輪齒彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪按8級(jí)精度制造。取載荷系數(shù)，齒寬系數(shù)   計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩初選螺旋角齒數(shù)z取，則 齒形系數(shù) 查手冊(cè)可得 因?yàn)楣蕬?yīng)對(duì)大齒輪進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。 法向模數(shù)      取。中心距 取確定螺旋角齒輪分度圓直徑取5.1.3驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度安全所以5.1.4齒輪圓周速度選擇8級(jí)齒輪精度合適。5.2 低速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算5.2.1確定材料及許用應(yīng)力選取圓柱斜齒輪齒面的組合：小齒輪用40Cr,調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為300,;大齒輪用45鋼，齒面硬度為310

10、,;取，取，；5.2.2按輪齒彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪按8級(jí)精度制造。取載荷系數(shù)，齒寬系數(shù)   計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩初選螺旋角齒數(shù)z取，則 查手冊(cè)可得 因?yàn)楣蕬?yīng)對(duì)小齒輪進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。 中心距 取齒輪分度圓直徑取5.2.3驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度5.2.4齒輪圓周速度選擇8級(jí)齒輪精度合適。5.3結(jié)論及運(yùn)動(dòng)簡圖高速級(jí)幾何尺寸低速速級(jí)幾何尺寸圖11 齒輪結(jié)構(gòu)示意圖第6章 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算6.1 帶鏈傳動(dòng)的方案比較鏈傳動(dòng)是通過鏈條將具有特殊齒形的主動(dòng)鏈輪的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到具有特殊齒形的從動(dòng)鏈輪的一種傳動(dòng)方式。具有無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強(qiáng)，

11、相同工況下的傳動(dòng)尺寸?。凰鑿埦o力小，作用于軸上的壓力??；能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作等特點(diǎn)；然而它僅能用于兩平行軸間的傳動(dòng)；成本高，易磨損，易伸長，傳動(dòng)平穩(wěn)性差，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加動(dòng)載荷、振動(dòng)、沖擊和噪聲，不宜用在急速反向的傳動(dòng)中。而帶傳動(dòng)是利用張緊在帶輪上的柔性帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力傳遞的一種機(jī)械傳動(dòng)。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動(dòng)力，且其造價(jià)低廉、不需潤滑、維護(hù)容易等特點(diǎn)，因此，帶傳動(dòng)常適用于大中心距、中小功率、帶速v =525m/s，在近代機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用十分廣泛，綜合考慮帶鏈傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)我們選擇帶傳動(dòng)。6.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算（1）計(jì)算功

12、率查表，由于載荷變動(dòng)較大取1.3，P4.48kW故（2）選取V帶型號(hào)查圖選取C型帶，小帶輪200355mm。查表初選大輪準(zhǔn)直徑，在允許范圍內(nèi)取（3）  驗(yàn)算帶速v  在525m/s之間，故能充分發(fā)揮V帶的傳動(dòng)能力。（4）    確定中心距和帶的基準(zhǔn)長度初定中心距??；符合帶長 查表取   實(shí)際中心距（4）     驗(yàn)算小帶輪包角 包角合適（5）     確定V帶的根數(shù)因 傳動(dòng)比  i=3.2，由表線性插值得  

13、;   則  取z=4 根（6）     確定初拉力F。單根普通V帶的初拉力   C帶 q=0.1kg/m（7）     計(jì)算帶輪軸所受壓力  6.3結(jié)論及運(yùn)動(dòng)簡圖選取C型V帶 中心距 帶長 大帶輪 小帶輪圖12 帶輪結(jié)構(gòu)簡圖第7章 軸系部件設(shè)計(jì)計(jì)算7.1 各軸初算軸徑III軸：1.選擇軸材料 45鋼  調(diào)質(zhì)217255HBS2.初算軸徑 取C=110 得因鍵槽影響，故將軸徑增加4%5%,取軸徑為110mm。7.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)

14、計(jì) 圖13 I軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖14 II軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖15 III軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7.3滾動(dòng)軸承壽命驗(yàn)算7.3.1 第三對(duì)軸承（1）軸III受力分析齒輪的圓周力 齒輪的徑向力（2）計(jì)算軸上的支反力經(jīng)計(jì)算得垂直面內(nèi)  圖18 第三對(duì)軸承受力分析      水平面內(nèi) （3）軸承的校核初選軸承型號(hào)為32228輕微沖擊，查表得沖擊載荷系數(shù)     計(jì)算軸承A受的徑向力軸承B受的徑向力計(jì)算附加軸向力查表得3000型軸承附加軸向力 查得則 軸承A，軸承B 計(jì)算軸承所受軸向載荷由于，即B軸承放松，A軸承壓緊由此得 計(jì)算當(dāng)

15、量載荷軸承A , 查得則,軸承B ,查得則軸承壽命計(jì)算因，按軸承B計(jì)算 查得7.4軸的強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算7.4.1 I軸的校核：7.4.1.1彎扭強(qiáng)度校核(1)求垂直面的支承反力：(2)求水平面的支承反力：(3)求F在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力：(4)繪制垂直面彎矩圖（5）繪制水平面彎矩圖圖19 彎矩圖（6）繪制F力產(chǎn)生的彎矩圖（7）求合成彎矩圖：考慮最不利的情況，把與直接相加（8）求危險(xiǎn)截面當(dāng)量彎矩：從圖可見，m-m處截面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量彎矩為：（取折合系數(shù)）（9）計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑因?yàn)椴牧线x擇調(diào)質(zhì)，查得，則：因?yàn)?，所以該軸是安全的。7.4.1.2扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核已知，查得滿足要求。7.4.1.3扭轉(zhuǎn)剛度校核

16、已知 滿足要求。7.4.2 II軸的校核：7.4.2.1彎扭強(qiáng)度校核(1)求垂直面的支承反力：(2)求水平面的支承反力：(3)繪制垂直面彎矩圖（4）繪制水平面彎矩圖圖20 彎矩圖（7）求合成彎矩圖：（8）求危險(xiǎn)截面當(dāng)量彎矩：當(dāng)量彎矩為：（取折合系數(shù)）（9）計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑因?yàn)椴牧线x擇調(diào)質(zhì)，查得，則：因?yàn)?，所以該軸是安全的。7.4.2.2扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核已知，查得滿足要求。7.4.2.3扭轉(zhuǎn)剛度校核已知 滿足要求。7.4.3 III軸的校核：7.4.3.1彎扭強(qiáng)度校核(1)求垂直面的支承反力：(2)求水平面的支承反力：圖21 彎矩圖(3)繪制垂直面彎矩圖（4）繪制水平面彎矩圖（5）求合成彎矩圖

17、：考慮最不利的情況，把與直接相加（8）求危險(xiǎn)截面當(dāng)量彎矩：從圖可見，m-m處截面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量彎矩為：（取折合系數(shù)）（9）計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑因?yàn)椴牧线x擇調(diào)質(zhì)，查得，則：因?yàn)椋栽撦S是安全的。7.4.3.2扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核已知，查得滿足要求。7.4.3.3扭轉(zhuǎn)剛度校核已知 滿足要求。第8章 連接件的選擇和計(jì)算8.1 齒輪連接平鍵的選擇與計(jì)算8.1.1中間軸上的鍵（1）鍵的選擇選擇A型普通平鍵的鍵連接（2）鍵的強(qiáng)度校核鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，查得許用擠壓應(yīng)力為=100-120MPa，取=110MPa。 故此鍵能安全工作。8.1.2 III軸上的鍵（1）鍵的選擇選擇A型普通平鍵的鍵連接（2）鍵的

18、強(qiáng)度校核鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，查得許用擠壓應(yīng)力為=100-120MPa，取=110MPa。 故此鍵能安全工作。8.2 帶輪連接平鍵的選擇與計(jì)算8.2.1大帶輪上的鍵（1）鍵的選擇查表選擇C型普通平鍵（2）鍵的強(qiáng)度校核鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由參考資料1中的表6-2查得許用擠壓應(yīng)力為=100-120MPa，取=110MPa。 故此鍵能安全工作。8.2.2小帶輪上的鍵（1）鍵的選擇查得Y225S-8型電機(jī)輸出軸直徑為60mm故選擇A型普通平鍵（2）鍵的強(qiáng)度校核鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由參考資料1中的表6-2查得許用擠壓應(yīng)力為=100-120MPa，取=110MPa。8.3螺紋連接件的選擇表

19、4 螺紋連接件選擇螺紋連接件名稱尺寸地腳螺栓直徑M24地腳螺栓數(shù)目6軸承旁螺栓直徑M20機(jī)蓋與基座連接螺栓直徑M12軸承蓋螺栓直徑M10窺視孔蓋螺栓直徑M8定位銷直徑M10 Y系列三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算公式及有關(guān)數(shù)據(jù)皆引自1第1220頁pw =3.78kw =0.79pd =4.79kwn=33.15rmin電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y112M-2in =87.18i1 =7.15 i2 =4.35n1 =1032.14r/minn2 =144.36r/min n4 =33.19r/min p1 =4.60 kWp2 =4.37kWp3 =4.16kWp4 =4.03kWp1

20、' =4.51kW；p2' =4.28kW；p3' =4.08kW。Td =15.83T1 =42.55T2 =289.18T3 =1195.81T4 =1160.17T=1090齒輪的計(jì)算公式及有關(guān)數(shù)據(jù)和圖表皆引自2第189208頁齒輪材料：40 Cr并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火小齒輪50HRC大齒輪50HRCT1 =4.25×104Nmm1=1Hlim=600Hlim2=550N1=1.486×109N2=2.079×108H1=0.95×600=570MPa H2=533.5MPad1t=46.365mmv=2.50m/sb=46.3

21、65mmmt=1.931mmbh=10.66Kv=1.09. KA=1;KH=1.419KF=1.35K=1.547d1=49.133m=2.05F1=303.57F2=238.86K=1.472m1.55z1=25z2=176齒輪的計(jì)算公式及有關(guān)數(shù)據(jù)和圖表皆引自2第189208頁齒輪材料：40 Cr并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火小齒輪50HRC大齒輪50HRCT2 =3.65×105NmmHlim=600Hlim2=550N1=2.079×108N2=4.779×107H1=570MPa H2=533.5MPad1t97.335mmv=0.74m/sb=97.335mmmt

22、=4.06mmh=9.13mm bh=10.67Kv=1KA=1KH=1.419KF=1.35K=1.419d1=100.21m=4.18FE1=500MPa FE2=380KFN1=0.85；KFN2=0.88F1=303.57F2=238.86K=1.35m1.46軸的計(jì)算公式及有關(guān)數(shù)據(jù)和圖表皆引自2第355365頁dmin=19.16mm聯(lián)軸器型號(hào)LH2深溝球軸承6206dmin=37.38mmp1=102.03p1=102.3<此鍵安全p2=43.7p2=43.7<，此鍵安全此軸承滿足要求二、 技術(shù)要求1 裝配前，所有零件用煤油清洗，滾動(dòng)軸承用汽油清洗，機(jī)體內(nèi)不允許有任何雜物存在。內(nèi)壁涂上不被機(jī)油浸蝕的涂料兩次；2 嚙合側(cè)隙用鉛絲檢驗(yàn)不小于0.16mm，鉛絲不得大于最小側(cè)隙的四倍；3 用涂色法檢驗(yàn)斑點(diǎn)。按齒高接觸斑點(diǎn)不小于40；按齒長接觸斑點(diǎn)不小于50。必要時(shí)可用研磨或刮后研磨以便改善如接觸情況；4 應(yīng)調(diào)整軸