機械設計基礎課題設計論文正稿

/機械設計基礎課程設計說明書設計題目：設計用于帶式運輸機的傳動裝置學院：港航學院專業(yè)：輪機工程年級：A11輪機1班指導教師：龔雅萍學生姓名：學號：110204115起迄日期：2013.8.30—2013.9.8港航學院輪機工程目錄TOC\o"1-1"\t"樣式2,2"第一章.設計任務書1第二章.設計內(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.齒輪的設計4第五章.低速級齒輪設計8第六章.軸的設計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設計任務書設計題目帶式運輸機的傳動裝置設計傳動裝置原理方案設計原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)編號A15輸送機工作軸功率P〔KW11.5輸送機工作軸轉速n〔1/min70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年試設計閉式齒輪傳動機構。運輸帶速度允許誤差為5%。設計工作量<1>設計說明書一份<2>速器零件工作圖1張設計內(nèi)容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.全封閉自扇冷式結構.電壓380V。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〔NV：運輸帶工作速度<m/s>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:η總=η1×η2×η3×η4×η5×η6=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η1=0.99一對滾動軸承的效率η2=0.99單機圓柱齒輪傳動的效率η3=0.98開式齒輪傳動的效率η4=0.95卷筒的傳動效率η5=0.96一對滑動軸承的效率η6=0.97電動機所需工作效率已知輸送機工作軸功率為：P=11.5KWPd=P/η總=11.5/0.85=13.53KW計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)傳動比的分配已知：輸送機工作軸轉速n=70r/min。常用同步電機的轉速為1500r/min和1000r/min。選單級圓柱齒輪減速器傳動比?=4～5。根據(jù)容量和轉速.由有關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.導致尺寸過大.傳動比?<7。結合電動機的額定功率.可選的電動機數(shù)據(jù)以及傳動裝置對應的傳動比如下表：確定電動機型號電動機型號額定功率〔KW滿載轉速〔r/min額定轉矩Y160L-41514602.2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.各參數(shù)的計算1>各軸的轉速=1\*ROMANI軸=2\*ROMANII軸=3\*ROMANIII軸卷筒軸2>各軸的輸入功率=1\*ROMANI軸=2\*ROMANII軸=3\*ROMANIII軸卷筒軸3各軸的輸入轉矩電動機軸的輸出轉矩為=1\*ROMANI軸=2\*ROMANII軸=3\*ROMANIII軸卷筒軸將上述計算結果匯總與下表.以備查用.軸名功率P/kw轉矩T/<N·mm>轉速n/<r/min>傳動比效率=1\*ROMANI軸13.088.77×10414404.040.97=2\*ROMANII軸12.693.44×104356.430.97=3\*ROMANIII軸12.3210.01×10511810.95卷筒軸11.589.38×105118齒輪的設計高速級齒輪設計選定齒輪類型、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矩3由《機械設計》表10-7選取齒寬系數(shù)。4由《機械設計》表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。5由《機械設計》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計算應力循環(huán)次數(shù)7由《機械設計》圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)；。8計算接觸疲勞許用應力取安全系數(shù)S=1設計計算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《機械設計》式〔10-10a得7計算模數(shù)按齒根彎曲強度設計由式〔10-5得彎曲強度的設計公式為確定公式內(nèi)的各計算數(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設計計算對比計算結果.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.可取由彎曲強度算得的模數(shù)1.794并就近圓整為標準值.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.并做到結構緊湊.避免浪費。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.低速級齒輪設計選定齒輪類型、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)初步設計齒輪主要尺寸<1>設計準則: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矩3由《機械設計》表10-7選取齒寬系數(shù)。4由《機械設計》表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。5由《機械設計》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計算應力循環(huán)次數(shù)7由《機械設計》圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)；。8計算接觸疲勞許用應力取安全系數(shù)S=1設計計算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《機械設計》式〔10-10a得7計算模數(shù)。按齒根彎曲強度設計彎曲強度的設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10-5查得；；7查取應力校正系數(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。設計計算對比計算結果.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.可取由彎曲強度算得的模數(shù)2.813并就近圓整為標準值.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.并做到結構緊湊.避免浪費。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.結構設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軸的設計齒輪軸的設計1輸入軸上的功率、轉速和轉矩由上可知..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.故需同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉矩.查《機械設計》表14-1.取.則：按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件.查機械設計手冊.選用GY4型凸緣聯(lián)軸器.其公稱轉矩為。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。齒輪軸的結構設計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.Ⅰ-Ⅱ段左端需制出一軸肩.故取Ⅱ-Ⅲ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Ⅰ-Ⅱ段的長度應比略短一些.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)寬度取,。4>軸承端蓋的總寬度為<由減速器及軸承端蓋的結構設計而定>。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Ⅵ-Ⅴ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《機械設計設計手冊》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《機械設計》表15-2.取軸端圓角,各軸肩處的圓角半徑R2。求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結構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。從軸的結構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鍵的計算與小齒輪Ab=8h=7L1=b1-5=65-5=60mmL2=L1-b=60-8=52mm與大齒輪Ab=14h=9L21=b1-5=62.5-5=57.5mmL2=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8×60GB/T1096-2003大齒輪上的鍵的型號為鍵14×57.5GB/T1096-2003鍵的校核：T1=9550×P1/n1=9550×5.445/1440=36.11N·m減速器低速軸T2=9550P2/sn2=9550×5.12/429.85=113.75N·mσp=4T1/dhL1=4×36110/26×7×52=15.26≤60MPaσp=4T2/dhL2=4×113750/62.5×9×43.5=18.6≤60MPa減速器的潤滑與密封齒輪傳動的潤滑各級齒輪的圓周速度均小于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.既要避免攪油損失太大.又要充分的潤滑。油池應保持一定的深度和儲油量。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。油量計算以每傳遞1KW功率所需油量為350—700.各級減速器需油量按級數(shù)成比例。該設計為雙級減速器.每傳遞1KW功率所需油量為700—1400。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1/6～1/3齒輪半徑；大齒輪齒頂距箱底距離大于30—50mm〔設計值取40mm的要求得：最低油深：最高油深：箱體內(nèi)壁總長：L=638mm箱體內(nèi)壁總寬：b=197mm可見箱體有足夠的儲油量.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)側設置擋油盤。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入箱體.選用氈圈密封。減速器的密封箱蓋和箱座的結合面處理干凈.脫塵脫油后.涂上水玻璃或密封膠,以增強密封效果。減速器箱體及附件的選擇箱體結構形式及材料本減速器采用剖分式箱體.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.并且要求仔細加工。為了保證箱體有足夠剛度.在軸承座處設有加強肋。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)。主要附件作用及形式1通氣器齒輪箱高速運轉時內(nèi)部氣體受熱膨脹.為保證箱體內(nèi)外所受壓力平衡.減小箱體所受負荷.設通氣器及時將箱內(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齒輪嚙合情況及注入潤滑油.在箱體頂部設有窺視孔。為了防止?jié)櫥惋w出及密封作用.在窺視孔上加設視孔蓋。由表14.7[注2]A=140m3油標尺用油標尺尺寸M124油塞為了排出油污.在減速器箱座最低部設置放油孔.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.在箱蓋凸緣上設有啟蓋螺釘一個.擰動起蓋螺釘.就能頂開箱蓋。結構參見減速器總裝圖.尺寸取M16。制造、安裝及使用說明制造要求盡量選用接近理想減速比：減速比=伺服馬達轉速/減速機出力軸轉速。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矩值<TP>,是否超過減速機之最大負載扭力。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,轉速可以滿足平常運轉,但在伺服全額輸出時,有不足現(xiàn)象時,我們可以在電機側之驅動器,做限流控制,或在機械軸上做扭力保護,這是很必要的。安裝要求正確的安裝.使用和維護減速器.是保證機械設備正常運行的重要環(huán)節(jié)。因此.在您安裝減速器時.請務必嚴格按照下面的安裝使用相關事項.認真地裝配和使用。第一步是安裝前確認電機和減速器是否完好無損.并且嚴格檢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防塵孔上的螺釘.調(diào)整夾緊環(huán)使其側孔與防塵孔對齊.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.且二者外側法蘭平行。如同心度不一致.會導致電機軸折斷或減速機齒輪磨損。使用說明檢查維護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。它們的相關位置可參考減速機的安裝位置圖來確定?！?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。安裝油位螺塞?！?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：換油時減速機仍應保持溫熱。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通過了將近兩周的強化學習.動手.我終于完成了關于帶式運輸機的傳動裝置的設計.并反復地修改.非常辛苦！但是.本次設計關于帶式運輸機的傳動裝置.使我學會了很多東西.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計這門課的興趣。它也使我學習的內(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。同時我在設計中學會了CAD制圖.并熟練地運用.能夠比較熟悉地運用有關參考資料、計算圖表、手冊.熟悉有關的國家標準和行業(yè)標準