中南大學機械設計課程設計論文

1、毬輪輸送機傳動裝置 設計計算說明書 設計課題鏈輪輸送機傳動裝置中的 _級園柱齒輪減速器的設計 地信（院） 班 級地質工程0803 姓 名 李娜 學 號0103080214 指導教師鄭志蓮老師 20102O3A學年第2學期 機械設計課程設計計算說明書 目錄 前言 課題研究 設計過程 一、傳動方案擬定 二、電動機的選擇 三、確定傳動裝置總傳動比及分配各級的傳動比 四、 傳動裝置的運動和動力設計 五、聯(lián)軸器的設計 六、齒輪傳動的設計 七、傳動軸的設計 八、鏈輪的設計 九、箱體的設計 十、鍵連接的設計 十一、滾動軸承的設計 十二、潤滑和密封的設計 十三、設計小結 前言 機械設計是根據使用要求對機械的工

2、作原理、結構、運動方式、 力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進行 構思、分析和計算并將其轉化為具體的描述以作為制造依據的工作過 程。 本課程設計采用單機齒輪減速器，這是因為齒輪減速器廣泛應用 于機械制造，紡織，輕工機械，冶金，船舶，航空等領域中是生產中具有 典型性，代表性的通用部件，運用極其廣泛。 齒輪減速器具有輪、軸、滾動軸承、螺紋連接等通用零件和箱體 等專用件,充分的反應了機械設計基礎課程的相關教學內容，使我們受 到木課程內外比較全而的基礎訓練。而且在畫裝配圖以及零件圖的時 候，也應用到了以前制圖的相關知識和內容，使相關內容得以鞏固、加 強和提高。 在設計的過程中我仔

3、細的精讀了機械設計基礎課本和設計書，并 查閱了相關資料，依據前而設計著的設計對實際設計中的每個環(huán)節(jié)加 以分析、概括和完善。 只有不斷地對機械設備進行改造充分發(fā)揮其應用能力，才能在各 個方而將工業(yè)生產逐步轉變?yōu)闄C械化、自動化、現(xiàn)代化。 機械設計課程設計任務書 一. 設計題目:設計用于鏈式運輸機的一級圓柱齒輪減速器 二、傳動方案圖： 三、原始數(shù)據 輸送帶壓力F (N) 2600N 輸送帶速度v(m /s) 2.3% 滾筒直徑D (mm) 450 m m 四.設計工作量： 1、減速器裝配圖一張(Ai圖紙:手工圖或CAD圖) 2、零件圖2張(一個組應有一套完整的非標準零件的零件圖) 3、設計說明書一份

4、 計算過程及計算說明 二、電動機選擇 1、電動機類型和結構的選擇：選擇Y系列三相異步電動機，此 系列電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷電動機，其結構簡單, 工作可靠，價格低廉，維護方便，適用于不易燃，不易爆，無腐蝕性 氣體和無特殊要求的機械。 2、電動機容量選擇： 電動機所需工作功率為： 式(1)： Pd = Pv/ n a ( k w) 由式(2)： Pw=FV/10 0 0(KW) 因此 Pd=FV/1000na (KW) 由電動機至運輸帶的傳動總效率為： 八總=n iX n 23x n3x n4x n5 式中：Hi、n 2 n3 口4、 5分別為鏈輪傳動、軸承、齒輪傳 動、聯(lián)軸器和卷筒的傳

5、動效率。 取n 1 = 0 .9 2 . R 2= 0 99.幾 3=0.9 8, n 4 = 0.9 9 Q 5=0.96 則:H 總=0.96 X 0.983 X0. 97X 0.99 X 0.96 =0 .83 所以：電機所需的工作功率： Pa = fv/ looo n總 =(2 6 00X2 3)/ (100 0X0. 8 3 ) =7.2 (kw) 3、確定電動機轉速 卷筒工作轉速為： n 卷筒= 60X 1 000 V/ ( Ji D) =(60 X 1000X2.3)/ (450 n ) =9 7.7 r/mi n 根據手冊P7表1推薦的傳動比合理范圍，取圓柱齒輪傳動一級 減速器

6、傳動比范圍I = 36。 取鏈輪傳動比I 1 =25 o則總傳動比理論范圍為：la = 6 3 0 o 故電動機轉速的可選范為 N，d=F a X n 卷筒 =(6-30)X97 7 =5 8 6.229 3 1 r/ m i n 則符合這一范圍的同步轉速有：750、1 0 00和1500r/min 根據容量和轉速，由相關手冊查出三種適用的電動機型號:(如下 表) 方 案 電動 機型 號 額定功率 電動機轉速 (r/min) 電動機重 ft N 傳動裝宜傳動比 同步轉速 滿載轉 速 總傳動比 V帶傳動 器 1 Y132M-4 7.5 1500 1440 810 14.7 3.5 4.2 2 Y

7、160M-6 7.5 1000 970 1190 9.9 2.5 3.96 3 Y160L-8 7.5 750 720 1240 7.7 2 3.67 綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格 和鏈輪傳動、減速器傳動比,可見第2方案比較適合。 此選定電動機型號為Y 1 60M-6,其主要性能： 電動機主要外形和安裝尺寸： I F AC/2 AD AB 中心高H 外形尺寸 LX(AC/2+ADXHD 底角安裝尺寸 AXB 地腳螺栓孔直 徑 K 軸伸尺寸 DX E 裝鍵部位尺寸 FXGD 160 600X3 3 7.5X 385 2 1 6 X178 1 5 42X110 12X8 三、確定傳動

8、裝置的總傳動比和分配級傳動比: 由選定的電動機滿載轉速nm和工作機主動軸轉速n 1、可得傳動裝置總傳動比為： i a=nm/ n = n m/n 卷筒 =9 7 0/97. 7=9.9 總傳動比等于各傳動比的乘積 分配傳動裝置傳動比 i a = i o Xi （式中io、i分別為帶鏈輪傳動 和減速器的傳動比） 2、分配各級傳動裝置傳動比： 根據指導書P7表1 ,取io=2. 5 （鏈輪i=24） 因為：ia=ioXi 所以： i =ia/ i o =9. 9 / 2.5 = 3.96 四、傳動裝置的運動和動力設計： 將傳動裝置各軸由高速至低速依次定為I軸，II軸， 以及 io.ii,為相鄰兩軸

9、間的傳動比 n 0 1, n 12,為相鄰兩軸的傳動效率 P IPII, 為各軸的輸入功率（KW） T i.Tn為各軸的輸入轉矩（N m） n i ,nn,為各軸的輸入轉矩（r/m i n） 可按電動機軸至工作運動傳遞路線推算，得到各軸的運動和 動力參數(shù) 1、運動參數(shù)及動力參數(shù)的計算 (1)計算各軸的轉數(shù)： I 軸:n I = n m / io =970/2. 5 =3 8 8 (r/min ) II軸:nil = n i/ii =3 8 8/3.96=98 r/min 卷筒軸：n m= nn (2)計算各軸的功率： I 軸：P i =PdX n o i =PdX n i =7.5X0.9=7

10、.43 (KW) II軸：Pn= Pi x n 12= pi x n 2x n3 =7.5X0.98X0.9 9 =7. 21(KW) 由指導書的表i得到: n 1=0. 96 n2=0. 98 H 3=0.97 n4=0 .99 卷筒軸：Pm= p【i n 23= P h n 2 n 4 =7 . 21 X 0 .92X0.99=6. 5 7(KW) 計算各軸的輸入轉矩： 電動機軸輸出轉矩為： Td=9550 Pd/nm=955 0 X7. 5/9 70 =73. 84N m I 軸:T i = 95 5 0 Pi / nm =7 3.15N m II Tn =9550 PVnm =1 7

11、7.46N m io為帶傳動傳動比 il為減速器傳動比 滾動軸承的效率 q 為 0. 980.995 在 本設計中取0. 98 卷筒軸輸入軸轉矩：T m=Tii. n2. H 4 =64 0. 2 4 N m 計算各軸的輸出功率： 由于III軸的輸出功率分別為輸入功率乘以軸承效 率： 故：Pi = PiXr軸承= 7.4 3 X0.98X0.99= 7.21KW Pi 匸 Pn X 幾軸承=7.2 IX 0 . 9 9X0.9 2 =6.5 KW 計算各軸的輸出轉矩： 由于III軸的輸岀功率分別為輸入功率乘以軸承效 率：則： T I = T I X幾軸承 = 73. 15 X 0.98=71.

12、69 N m T i【=Tii x n軸承 =1 77.46X0.98= 1 73.9N m 六、齒輪傳動的設計： (1)、選定齒輪傳動類型、材料、熱處理方式、精 度等級。 小齒輪選硬齒面，大齒輪選軟齒面，小齒輪 的材料為45號鋼調質，齒面硬度為220HBS,大 齒輪選用4 5號鋼正火，齒面硬度為1 9 0HBS。 齒輪精度初選8級 齒寬系數(shù)巾a查表可得，2 a = 0.4, 小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限： 。響=53旳兀喚= 53OMP 查表6- 8按一般可靠要求取Sh=1 貝 IJ 。嚴皿1 = 560 MPa s” o“2 = = 530 MP 取兩式計算中的較小值,即oh =53OMp

13、a 小大齒輪的彎曲疲勞強度： 查表 6 -8,取 Sf=1.3 貝 U o 1 = IklBL = 122 = 147 Sp 1.3fl ,=注上=139肋 -SF 1.3 按接觸強度設計 齒輪按8級精度制造，去載荷系數(shù)k=l. 5,齒寬系 數(shù) V a =0.4 屮心距a3|()2 = 160niin o V H u 常用小齒輪小齒數(shù)z 1 = 17-40,取zl =2 6 , Z2 = 3. 9 6X26= 1 02. 9 6 ,取整為 10 2,由m=2 (z 1 + z 2) a=2.5 取 m=3,則得 a=m/2(zl+z2)=l 9 2mm,巾 a=b/ a 得 b 2= a V

14、a=77mm, b 2 為大齒輪 寬，小齒輪寬為bl = 8 3mm。 校核齒的彎曲強度 齒形系數(shù)YF1=2. 65, YF2=2. 19 按最小齒齒寬計算 o Fl=2KTlYFl/bm2zl=32. 3 MPa, oF2 = o Fl YFl/YF2=39MPao 齒輪圓周速度 = ndl n 1/6 0 X 1 000=3.959 5 4 m/s.符合強度要求。 選8級精度合適。 分度圓直徑d 1 =7 8 mm, d 2= 3 06mm,齒頂圓直 徑 da 1 =84mm, d a2= 3 12mm,齒根圓直徑 d f l=70.5mm, d f 2 = 2 9 8 . 5mm,全齒高

15、 h =6.7 5 m m 七軸的設計 1, 齒輪軸的設計 (1)確定軸上零件的定位和固定方式(如圖) -;- 2軸 :一 / / /A 3齒輪軸的輪齒段 4一 1,5滾動軸承 套筒 6密封蓋7軸端擋圈8軸承端蓋9帶輪1 0 I 鍵 (2)按扭轉強度估算軸的直徑 選用4 5#合金鋼，調制處理，硬度2172 55HB 軸的輸入功率為Pl = 7 . 4 3 KW 轉速為 n I = 9 70 r/min 根據課本P2 0 5(132)式，并查表1 32 ,取c= 116 D1 2 C-3l = 116x3； = 22.852 Y m 970 D 2 2 3 1.7mm。 考慮到鍵槽對軸強度消弱的

16、影響，直徑增加5%, 得 dl=24.36mm, d2=3 2 ,86mm,將軸標準化 d 1 =30mm, d2=35mm。 D i = 二,聯(lián)軸器的選擇 30mm 電動機的選擇為Y 1 6 0M 6,其外伸軸的直徑 Li=80mm 為4 2 mm,輸入軸最小直徑為30mm,所以選擇梅花 形彈性聯(lián)軸器。Y型ML4聯(lián)軸器。. D 2 = 3 6 (3)確定軸各段直徑和長度 mm 錯誤!從聯(lián)軸器開始右起第一段,由于聯(lián)軸器與軸通過 L2=55mm 鍵聯(lián)接，則軸應該增加5 %，取Di=O 3 0 mm,又 聯(lián)軸器的長度為82mm,取軸長稍小于聯(lián)軸器的長 D3= 度為80mm o 40mm 錯誤!右起

17、第二段直徑取d2= d 1 + 2 X (0. 0 7 L3=45mm 0 .1) X d 1 =3 6 mm,考慮到帶有密封的軸承端蓋 的軸段長度，應根據軸承端蓋的厚度來確定，并考慮 聯(lián)軸器和箱體外壁之間應有一定的距離，故取L2=5 D4=O46m 5mm。 m 錯誤!右起第三段，該段裝有滾動軸承，選用深溝 L 4 =81 mm 球軸承，則軸承有徑向力,而軸向力為零，選用630 8 型軸承，其尺寸為d XDXB=4 0 X 9 0X23,那么該段 D 5 =52m 的直徑為D3=40mm,長度為L3=45mm。 m 錯誤!右起第四段，該段裝有齒輪，并且齒輪與 L5= 2 3 mm 軸之間用鍵

18、連接，直徑要增加5 %,則該段取4 5mm,即 d4=46mm,取軸段長度 L4= 8 3-2=8lm m, D6= 4 8 m 錯誤!右起第五段，d5=d 4 +2X (0.070. l)d m 4 =52mm,L=0. 1 Xd4X 1.4=6. 3mm。 L6= 23mm 錯誤!右起第六段，由于同一軸上的軸承選用同一型號， 便于軸承座孔鎮(zhèn)制和減少軸承類型，取d 6=d3=40m m丄 d =23- 2 =21mm。 (4)求齒輪上作用力的大小、方向 o ac(O,i)小齒輪分度圓直徑:di=78mm Ft=187 6Nm 作用在齒輪上的轉矩為：T1 =73. 15 x10s N mm F

19、r= 6 2 創(chuàng)X 25.4Nr 繪制軸的工藝圖（見圖紙） 八.箱體結構設訃 (1) 窺視孔和窺視孔蓋在減速器上部可以看到傳動 零件嚙合處要開窺視孔,以便檢查齒面接觸斑 點和赤側間隙，了解嚙合情況。潤滑油也由此注 入機體內。窺視孔上有蓋板，以防止污物進入 機體內和潤滑油飛濺出來。 (2) 放油螺塞減速器底部設有放油孔，用于排出污 油，注油前用螺塞賭注。 (3)油標油標用來檢查油面高度，以保證有正常 的油量。油標有各種結構類型，有的已定為國家標 準件。 (4)通氣器減速器運轉時，由于摩擦發(fā)熱，使機體 內溫度升高，氣壓增大，導致潤滑油從縫隙向外 滲漏。所以多在機蓋頂部或窺視孔蓋上安裝通氣 器，使機

20、體內熱漲氣自由逸出，達到集體內外氣壓 相等，提高機體有縫隙處的密封性能。 (5 )啟蓋螺釘機蓋與機座結合面上常涂有水玻璃 或密封膠，聯(lián)結后結合較緊，不易分開。為便于取 蓋,在機蓋凸緣上常裝有一至二個啟蓋螺釘，在啟 蓋時，可先擰動此螺釘頂起機蓋。在軸承端蓋上 也可以安裝啟蓋螺釘，便于拆卸端蓋。對于需作 軸向調整的套環(huán)，如裝上二個啟蓋螺釘，將便于調 整。 (6)定位銷為了保證軸承座孔的安裝精度， 在機蓋和機座用螺栓聯(lián)結后，鎮(zhèn)孔Z前裝上兩個定 位銷，孔位置盡量遠些。如機體結構是對的，銷孔 位置不應該對稱布置。 (7)調整墊片調整墊片由多片很薄的軟金屬制成， 用一調整軸承間隙。有的墊片還要起調整傳動零

21、 件軸向位置的作用。 (8)環(huán)首螺釘、吊環(huán)和吊鉤在機蓋上裝有環(huán)首螺 釘或鑄出吊環(huán)或吊鉤，用以搬運或拆卸機蓋。 (9)密封裝置在伸出軸與端蓋之間有間隙， 必須安裝密封件，以防止漏油和污物進入機體內。 密封件多為標準件，其密封效果相差很大，應根 據具體情況選用。 箱體結構尺寸選擇如下表： 名稱 符號 尺寸(mm) 機座壁厚 8 8 機蓋壁厚 5 1 8 機座凸緣厚度 b 12 機蓋凸緣厚度 b 1 1 2 機座底凸緣厚度 b 2 20 地腳螺釘直徑 df 20 地腳螺釘數(shù)目 n 4 軸承旁聯(lián)結螺栓直徑 d 1 1 6 機蓋與機座聯(lián)接螺栓直徑 d 2 1 2 聯(lián)軸器螺栓d 2的間距 1 160 軸承

22、端蓋螺釘直徑 d3 1 0 窺視孔蓋螺釘直徑 d4 8 定位銷直徑 d 8 dn di. d2至外機壁距離 C i 2 6,22, 18 df, d 2至凸緣邊緣距離 C2 2 4,16 軸承旁凸臺半徑 Ri 24 ,1 6 凸臺高度 h 根據低速級軸承座外徑確泄，以便于扳手操作為準 外機壁至軸承座端而趾離 11 6 0.44 大齒輪頂圓與內機壁距離 1 12 齒輪端面與內機壁距離 2 10 機蓋、機座肋厚 ml , m2 7, 7 軸承端蓋外徑 D2 90, 105 軸承端蓋凸緣厚度 t 1 0 軸承旁聯(lián)接螺栓距離 s 盡量靠近，以Mdl和Md2互不干涉為準，一般s = D2 九.鍵聯(lián)接設計

23、 1 輸入軸與聯(lián)軸器聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接 此段軸徑 di=3 0 mm,Li= 8 Omm 查手冊得，選用C型平鍵，得： A 鍵 8x7 GB109 6 7 9L=Lj-b=80-8=72mm T=73. 15Nm h=7mm 根據課本P 243(10-5)式得 o P=4 T / (d h L) = 4x7 35x1000/ ( 3 0 x7x72) = 19. 4 Mp a o r (llOMpa) 2、輸入軸與齒輪1聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接 軸徑 d2=4 5 mm L 2=83mm T I =73. 15Nm 查手冊選A型平鍵GB1 0 9 6 - 79 B 鍵 14x9 GB1096-79 l=

24、L2-b= 8 3 14=69mmh =9mm o 嚴 4 Tl / (d h *1) =4 x735xl000/(45x9x 6 9) =107. 8Mpa o P (1 1 0 Mpa) 十滾動軸承設計 根據條件,軸承預計壽命 Lh5x365x8=14600 小時 1輸入軸的軸承設計計算 (1) 初步計算當量動載荷P 因該軸承在此工作條件下只受到Fr徑向力作用，所以P =Fr=628. 8 0N (3 )選擇軸承型號 查課本表11-5 ,選擇6 3 0 8軸承 Cr=31. 2KN 2.輸出軸的軸承設計計算 (3)選擇軸承型號 查課本表1 1 一 5 ,選擇63 0 9軸承 Cr=4 0

25、.8KN 十一、密封和潤滑的設計 1 .密封 由于選用的電動機為低速,常溫，常壓的電動機則可以選用 毛氈密封。毛氈密封是在殼體圈內填以毛氈圈以堵塞泄漏間 隙，達到密封的目的。毛氈具有天然彈性，呈松孔海綿狀，可 儲存潤滑油和遮擋灰塵。軸旋轉時，毛氈又可以將潤滑油自 行刮下反復自行潤滑。 2.潤滑 (1) 對于齒輪來說，由于傳動件的的圓周速度v 12m / s,采用 浸油潤滑,因此機體內需要有足夠的潤滑油，用以潤滑和 散熱。同時為了避免油攪動時泛起沉渣，齒頂?shù)接统氐酌?的距離H不應小于3 050mm。對于單級減速器,浸油深 度為一個齒全高，這樣就可以決定所需油量，單級傳動，每 傳遞1KW需油量V0=0. 3 50. 7m (2) 對于滾動軸承來說，由于傳動件的速度不高,且難以經常供 油，所以選用潤滑脂潤滑。這樣不僅密封簡單，不宜流失， 同時也能形成將滑動表面完全分開的一層薄膜。 十二.聯(lián)軸器的設計 (1