中南大学机械设计实践课程设计说明书_2965.docx

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1、机械设计课程设计说明书（机械设计基础）设计题目电动绞车传动装置的设计中南大学目录 1414253671729311412516618719819921102123 24设计计算及说明一、设计任务书结果及依据1 题目电动绞车传动装置的设计2 传动简图3 原始数据：表一 原始数据项目数据运输带曳引力 F （KN）30运输带速度 v(m/s)0.25滚筒直径 D （mm）3504 设计目的（ 1） 培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识；（ 2） 通过对通用机械零件、

2、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力；（ 3） 另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。5 设计内容（1） 传动装置的总体设计；（2） 传动装置主要零件的设计、润滑选择；（3） 减速器装配图的设计；（4） 零件工作图的设计；（5）设计计算说明书的编写。二 机械传动装置的总体设计1 电机的选择1.1 电机类型的选择选择 Y 系列三相异步电动机。1.2 额定功率的确定电动机所需功率为PwPdKWPw：工作机构所需功率；：从电

3、动机到工作机的传动总效率；FvPw7.5KW1000Pw = 7.5KWF：工作机牵引力， 30kN；V：工作机的线速度，0.25m/s ；课程设计=联 × 3轴承 × 闭式齿轮 × 2开式齿轮 × 滚筒=0.992×0.993×0.97 ×0.95 2× 0.98表 2-4=0.826从课程设计书 p7 表 2-4 查得联轴器、轴承、齿轮、链和滚筒的效率值。则Pd9.082KW7.5Pd9.082KW0.826额定功率值 PedPd 。1.3 电动机转速的确定三相异步电动机常用的同步转速有3000、1500、10

4、00、750r/min 。1.4 标准型号确定已知 Pd=9.082KW，可选择转速 1500 和 1000r/min 两种，考虑选用转速小的。 因此，可选用的电机型号为 Y160L-6，其参数值如下表：课程设计表 20-1表二 电机参数额定功率满载转速电动机型号质量（ Kg）（ KW）（r/min ）Y160L-611970147电动机型号：Y160L-6970r/min电机额定功率Pe=11KWPd=9.082KW，故可以选用。2 传动装置的总传动比和分配各级传动比2.1总传动比已知电机的满载转速nm=970r/min ，皮带轮转速60 1000vn13.6r / minD总传动比i=71

5、.324n mi71.324n2.2 传动比分配圆柱齿轮的传动比取36，取圆柱齿轮的传动比i 闭 =4，则链的传动比i 开i，4.233i 闭3 传动装置的运动学和动力学计算3.1 各轴转速n 0n1 nm 970r / minn2n1242.5r / mini闭n3n257.424r / mini开n4n313.598r / mini开3.2各轴的功率P0Ped11KWPP0110.912KW1P2P12310.479KWP3P2249.855KWP4P329.757KWi 闭=4i 开4.2333.3各轴的转矩T09550P0108.299Nmn0T1T01107.433N mT2T123

6、i闭412.67 NmT3T224 i开1639.015N mT4T32i 开6852.343Nm三 传动装置主要零件的设计、润滑选择1 闭式齿轮传动1.1 齿轮材料的选择因为减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。由教材p166机械设计基表 11-1 ，小 齿轮选 用 45MnB 调质 ，齿 面硬度为241286HBS，础教材H lim 1 720MPa, 而且FE1 595MPa ，大齿轮选用45 钢，调质，齿表 11-1面硬度 197286HBS，MPaMPa 。H lim 2585, FE 24451.2 齿轮的设计（ 1） 确定许用应力由教材 p171 表 11-5 ，取 SH=1.

7、1 ，SF=1.25 ，机械设计基H lim 1654.54MPa础教材H1SH表 11-5H lim 2531.82MPaH 2SHFE 1476MPaF1SFFE 2356MPaF 2SF机械设计基（ 2） 按齿面接触强度设计根据课本 p168 表 11-2 暂时选择 8 级精度，根据 p169 表 11-3 选择载荷系数 K=1.3，根据 p175 表 11-6选择齿宽系数 d0.8 ，已知小齿轮上的转矩T1=108300N mm根据教材 p171 表 11-4取 ZE=188，则2KT1u 1ZE ZH2d13udH2321.3108300411882.50.84531.8270.04

8、mm齿数取 z1 =21，则 z2=21*4=84, 实际传动比 i=4 ，模数d170.04mmm 3.34mmz121齿宽bd d156.03mm ，础教材表 11-2 表 11-3机械设计基础教材表 11-6机械设计基础教材表 11-4取b 260mm，b165mm，按照 p57 表 4-1选择 m=4mm机械设计基d1 z1 m84mm, d2 z2础教材m 336mm表 4-1中心距d1d 2210mm ，a2d184mmd2336 mm（ 3） 验算齿轮弯曲强度根据教材 p173 图 11-8 选择 YFa1=2.87 ，YFa2=2.24 ，根据 p174 图机械设计基11-9

9、选择 Y =1.56 ，Y =1.76 ，则础教材Sa1Sa2F12KT1YFa1YSa189.69 MPabm 2 z1YFa 2YSa278.98 MPaF 2F1 YFa1YSa1F 1F 2图 11-8476MPa图 11-9356MPa弯曲疲劳强度（ 4） 齿轮的圆周速度vd1n13.557m / s100060对照 p168 表 11-2 知选用 8 级精度是合适的。1.3 齿轮结构设计 ：齿顶圆直径：齿全高：齿厚：齿根高：齿顶高：齿根圆直径：由于小齿轮，采用实心式圆柱齿轮；大齿轮因为分度圆半径较大采用锻造毛坯的腹板式结构2 开式齿轮传动传动2.1 齿轮材料的选择开式齿轮选用：斜齿

10、圆柱硬齿面齿轮小齿轮： 40Cr 表面淬火 硬度 4855HBC，H lim1 1150 1210MPa ， FE 1 700 740MPa 大齿轮： 40Cr 表面淬火 硬度 4855HBC，H lim11150 1210MPa ，FE 1700 740MP2.2 齿轮的设计（ 1）确定许用应力H lim 1H lim 21180MPa, 而且FE1FE 2720MPa ，足够v3.557m / s机械设计基础教材表 11-2课程设计表 9-2机械设计基础教材表 11-1由教材 p171 表 11-5 ，取 SH=1.0 ，SF=1.25 ，H lim 1机械设计基1180MPa础教材H1H

11、 2SH表 11-5FE 1576MPaF 1F 2SF（ 2）按齿面弯曲强度设计根据课本 p168 表 11-2暂时选择 9 级精度，根据 p169 表 11-3 选择载荷系数 K=1.5，根据 p175 表 11-6 选择齿宽系数d 0.8 ，已知小齿轮上的转矩机械设计基础教材表 11-2T2=412680N mm表 11-3表 11-6=4.223z1 取 32， z2 =135.136，取 z2 =136实际传动比 i=4.24根据教材 p173 图 11-8选择 YFa1=2.74 ，YFa2=2.21 ，根据 p174 图11-9 选择 YSa1=1.63 ，YSa2=1.81 ，

12、由于： YFa 1YSa17.75* 10 3YFa 2YSa26.95* 10 3F 1F 2故：对小齿轮进行弯曲强度计算机械设计基mn32KT1YFa 1YSa1=2.65， 取 m=2.75础教材dZ12F 1图 11-8图 11-9d1 z1m88mm, d 2z2m 374mm中心距ad1d 2mm2231bd d1 44mm，取b 245mm ，b150mm ，（ 3）验算齿轮接触强度H2KT1 u1H = 1180MpaZEZH985Mpab 2d12u(4) 齿轮的圆周速度vd1 n21.12m / s100060对照 p168 表 11-2 知 符合 9 级制造精度接触疲劳强

13、度足够3 开式齿轮传动V=1.12m/s3.1齿轮材料的选择机械设计基开式齿轮选用：斜齿圆柱硬齿面齿轮础教材小齿轮： 40Cr 表面淬火硬度 4855HBC，表 11-2H lim1 1150 1210MPa ， FE 1 700 740MPa 大齿轮： 40Cr 表面淬火 硬度 4855HBC，H lim11150 1210MPa ，FE 1700 740MP3.2 齿轮的设计机械设计基础教材（ 1）确定许用应力表 11-1H lim 1H lim 2 1180MPa, 而且FE1FE 2720MPa ，由教材 p171 表 11-5 ，取 SH=1.0 ，SF=1.25 ，H lim 11

14、180MPaH1H 2SHFE 1576MPaF 1F 2SF（ 2）按齿面弯曲强度设计机械设计基根据课本 p168 表 11-2暂时选择 9 级精度，根据 p169 表 11-3 选础教材择载荷系数 K=1.5，根据 p175 表 11-6选择齿宽系数d 0.8 ，已知表 11-5小齿轮上的转矩T =1638950Nmm3=4.223机械设计基础教材表 11-2z1取 32， z2 =135.136，取 z2=136表 11-3表 11-6实际传动比i=4.24根据教材 p173 图 11-8 选择 YFa1=2.74 ，YFa2=2.21 ，根据 p174 图11-9 选择 YSa1=1.

15、63 ，YSa2=1.81 ，由于： YFa 1YSa17.75* 10 3YFa 2YSa26.95* 10 3F 1F 2故：对小齿轮进行弯曲强度计算mn32KT 2YFa 1YSa1=4.207，取 m=4.5dZ12F 1机械设计基d1 z1m144mm, d2z2m612mm础教材图 11-8d1d2图 11-9中心距a378mm2bd d172mm ，取b 275mm，b180mm，（ 3）验算齿轮接触强度HZEZH2KT2 u1H = 1180Mpab2 d12929.4Mpau(4) 齿轮的圆周速度vd1 n30.433m / s100060对照 p168 表 11-2 知 符

16、合 9 级制造精度4 轴的设计4.1轴的设计计算和校核不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。按承载性质，减速器中的轴属于转轴。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定接触疲劳强度足够V=0.433m/s机械设计基础教材表 11-2出轴的形状和几何尺寸，最后校核轴的强度。这里因为从动轴为轴，故只对轴进行强度的校核，对两根轴进行尺寸的设计计算过程：4.2 轴的尺寸设计（1）轴的材料和热处理的选择选选择 45 钢调质。硬度达到197286HBS（2）初步计算各轴段直径计算 d1

17、， 按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P 和扭矩 TP110.912KW ， T1107.433N m最小直径计算（查机械设计基础教材表142取 c=112 ）考虑键槽： 考虑与电动机的轴直径不能差太多，选用 TL7 联轴器选择标准直径：2）计算 d23）计算4) 计算5) 计算6) 计算7) 各阶梯轴直径列表如下名称机械设计基础教材表 14-1机械设计基础教材表 142直径 /mm405055607055长度 /mm1046036648264.3轴的尺寸设计（1）轴的材料和热处理的选择选选择 45 钢调质。硬度达到197286HBS（2）初步计算各轴段直径计算 d1， 按下列公式初步

18、计算出轴的直径，输出轴的功率P 和扭矩 TP1 10.479KW ， T1 412.433N m最小直径计算（查机械设计基础教材表142 取 c=110 ）机械设计基础教材考虑键槽 ： d>1.03*32.333=33.303mm表 14-1选择标准直径：2）计算 d23）计算机械设计基础教材表 1424) 计算5) 计算6) 计算7) 各阶梯轴直径列表如下名称直径 /mm354045506045长度 /mm52503868828（ 3） 轴的强度校核1）计算齿轮受力（大齿轮采用锻造毛坯的腹板式）圆周力：径向力：是直齿轮，故轴向力： Fa0N2）按许用应力校核轴的弯曲强度轴的受力简图 A

19、 (L=113mm)求支反力：水平面支反力：垂直面支反力：作弯矩图：水平弯矩：（图 B）垂直弯矩：（图 C）求合成弯矩，做出弯矩图（图E）作扭矩图：（图 D）C点左C 点右作危险截面当量弯矩图（图E）该轴单项工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取=0.59校核危险截面轴径Q 45 号优质碳素钢调质处理时，查机械设计基础教材14 1b650Mps360Mpe280Mp1 b60 MPaC 剖面的轴径故：强度足够轴受力简图校核分析：机械设计基础教材表 14-1轴的强度足够5 轴承的选择5.1滚动轴承的选择与校核因为闭式齿轮选择直齿圆柱齿轮， 考虑承受载荷和只承受径向力，主动轴承和从动轴承均

20、选用深沟球轴承。（1）主动轴承 ：根据轴径值查课程设计教材 145 表 15-3 深沟球轴承各部分尺寸，选择 6211（GB276-89）型深沟球轴承 2 个。各部分尺寸如下表 ：轴承代号尺寸 /mmdDB62115510021计算轴承寿命：当量动载荷温度系数 ft1载荷系数 f p1.5对球轴承寿命系数3要求轴承寿命：（十年两般制工作，按每年工作300 天，每班工作 16个小时）L 10 300 16 48000h <课程设计所以轴承寿命合格表 15-3选 择 6211（2）从动轴承 ：根据轴径值查机械制图教材 145 表 15-3（GB276-89）深沟球轴承各部分尺寸，选择 630

21、9（GB276-89）型深沟球轴承 2 个。 型深 沟球轴各部分尺寸如下表 ：承轴承代号尺寸 /mmdDB63094510025计算轴承寿命：当量动载荷温度系数 ft 1载荷系数 f p1.5 对球轴承寿命系数3机械设计基础教材表 16-11要求轴承寿命：（十年两般制工作，按每年工作300 天，每班工作 16个小时）轴承寿命合格L10 300 16 48000h <课程设计所以轴承寿命合格表 15-36键的选择选 择 6309（GB276-89）选择 45号钢，由于键的工作面是侧面，选用平键。型深沟球轴6.1主动轴承(1) 主动轴外伸端，考虑到键在轴中部安装， 选择平键就可以了，且联轴器

22、轴长度 =42mm，故选择 C12×80GB1096-79型键。键的工作长度：机械设计基础教材表 16-1145钢许用挤压力为：所以强度足够，合格（2）主动轴上与齿轮连接处，考虑键槽在轴中部安装，故两键在同一母线上。选用 18*50 GB1096-79型键键的工作长度：45钢许用挤压力为：所以强度足够，合格6.3从动轴1) 从动轴外伸端，选择 C10×32GB1096-79型键。键的工作长度：45钢许用挤压力为：所以强度足够，合格（2）从动轴上与齿轮连接处，考虑键槽在轴中部安装，故两键在同一母线上。选用 14*48 GB1096-79型键键的工作长度：45钢许用挤压力为：所

23、以强度足够，合格7 联轴器的选择由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，选用弹性套柱销联轴器，取工作情况系数k1.3选用 TL7 40*112 型（ GB4323-84）弹性套柱销联轴器 , 根据主动轴连接联轴器处，将各种参数列表如下 ：课程设计表 14-1选择C12×80GB1096-79型键。课程设计表 14-1选 用 18*50 GB1096-79型键课程设计表 14-1选择C10×32GB1096-79型键型公称许用轴孔直轴孔长轴孔号转矩 T转数 n径 d外径 D材料度 L类型HTTL7500 2800 40 112 190 Y 型 150

24、8 附件选择8.1 窥视孔和视孔盖窥视孔应设在箱盖顶部能够看到齿轮啮合区的位置，其大小以手能伸进箱体进行检查操作为宜。窥视孔出应设计凸台以便于加工。视孔盖可用螺钉紧固在凸台上，并应考虑密封。故选择A=100mm的视孔盖。8.2 通气器通气器设置在箱盖顶部或视孔盖上。 较完善的通气器内部支撑一定曲路，并设置金属网。通气器规格尺寸应与减速器大小相适应，故选择的通气螺塞。8.3 油面指示器油面指示器应设置在便于观察且油面较稳定的部位， 如低速轴附近。常用的油面指示器有圆形油标、长形油标、管状油标、油标尺等形式，但油标尺结构简单，我们采用 M20（20）的油标尺。油标尺安装位置不能太低，以避免油溢出油

25、标尺座孔。课程设计表 14-1选 用 14*48 GB1096-79型键课程设计表 17-3TL7 40*112 型（ GB4323-84）弹性套柱销联轴器选 择 A=100mm 的视孔盖8.4 放油孔和螺塞放油孔应设置在油池的最低处，平时用螺塞堵住。由设计指导书p79 表选择 M16*1.5 的外六角油塞及封油垫。采用圆柱螺塞时，箱座上装螺塞处应设置凸台，并加封油垫片。放油孔不能高于油池底面，以避免油排不干净。8.5起吊装置吊环螺钉可按起重量选择， 根据指导书 p81 选择 M10的吊环螺钉。为保证起吊安全，吊环螺钉应完全拧入螺孔。箱盖安装吊环螺钉处应设置凸台，以使吊环螺钉有足够的深度。8.

26、6 定位销采用圆柱销做定位销。两定位销间的距离越远越可靠，因此，通常将其设置在箱体联结凸缘的对角处，并应做非对称布置。定位销的直径（ d=0.8d 2），其长度应大于箱盖、箱座凸缘厚度之和。8.7 起盖螺钉选择的通气螺塞采用 M20（20）的油标尺选 择M16*1.5的外六角油塞及封油垫起盖螺钉设置在箱盖联结凸缘上， 其螺纹有效长度应大于箱盖凸缘厚度。起盖螺钉直径可与凸缘联结螺钉相同，螺钉端部制成圆柱形并光滑倒角获支撑半球形。选择 M10 的吊环螺钉9 润滑及密封9.1 润滑方式 ：（1）齿轮 v=5.557m/s<<12m/s, 应用浸油润滑（2）由于齿轮速度 v1.52m/s,

27、 轴承采用油润滑。轴承采用油润滑9.2润滑油牌号及用量（1）齿轮润滑选用 150号机械油，最低至最高油面距1020mm（2）轴承润滑用全损耗系统用油GB443-89系列的L-AN15/L-AN32/L-AN469.3 密封方式（ 1） 轴承内部与机体内部处用挡油盘加以密封， 防止润滑油进入轴承内部（ 2） 轴承孔的密封：闷盖和透盖的间隙用与之对应的轴承外部密封，轴的外伸端与透盖之间的间隙， 用旋转轴唇形密封圈密封。密封圈考过盈配合安装于轴承盖的孔中。以防漏油，密封唇开口向内安装。（ 3） 孔和油孔等处接合面的密封，用石棉橡胶纸，垫片进行密封。（ 4）箱座与箱盖凸缘结合面涂密封漆或水玻璃密封10

28、 箱体各部分的尺寸箱体参数表 1名 称符 号圆锥圆柱齿轮减速器计算结果机座壁厚0.025a+3mm8mm8机盖壁厚1（0.80.85 ）8mm8机座凸缘厚度b1.5 12机盖凸缘厚度b11.5 12机座底凸缘厚度p2.5 20地脚螺钉直径d0.036a+12mm20f地脚螺钉数目na 250mm4轴承旁连接螺栓直径d10.75 d f12机座与机盖连接螺栓d2(0.50.6) df10直径l150200mm10连接螺栓 d 的间距2轴承端螺钉直径d3(0.40.5) df8窥视孔盖螺钉直径d4(0.30.4) df6定位销直径d(0.70.8) d28选择 M8圆柱销df 、d1 、d2 至外机壁距离d1 、d2 至缘边距离轴承旁凸台半径凸台高度外机壁到轴承端面距离内机壁到轴承端面距离大齿轮齿顶