中北大学机械设计基础

中北大学课程设计说明书学生姓名：王正华学号：16学院：材料科学与工程学院专业：无机非金属材料工程题目：单级斜齿圆柱齿轮减速器指导教师：职称:年月日中北大学课程设计任务书2010/2011学年第一学期学院：材料科学与工程学院专业：无机非金属材料工程学生姓名：王正华学号：16课程设计题目：单级斜齿圆柱齿轮减速器起迄日期：8月23日～9月2日课程设计地点：5#102教室指导教师：系主任：下达任务书日期:2010年8月23日课程设计任务书1．设计目的：(1)通过课程设计，培养学生综合运用机械设计基础和其他先修课程的理论知识来分析解决机械设计问题的能力。(2)学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律。(3)进行机械设计基本技能的训练：例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范等。2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：设计一台单级斜齿圆柱齿轮减速器，该减速器用于双滚式压碎机的传动系统中。方案简图（题号10）：原始数据：碎料箱滚子轴转速rpm；碎料箱输入轴所需功率KW。技术条件：该压碎机两班制连续工作，单向回转，有较大振动，压碎机滚子转速允许误差为±5%，使用期限8年。3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：设计分段进行，在没有原则错误时才能进行下一阶段设计，以保证设计质量。1)设计计算选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数，进行传动件的设计计算，校核轴、轴承、键，选择联轴器等。2)草图绘制、审查和修改根据上述设计计算，绘制装配图的主、俯视图。3)绘制装配图除绘制草图内容外，绘制装配图的侧视图，编写技术要求，对零件编号，填写明细表及标题栏等。4)绘制零件图选择所设计减速器中任一轴和齿轮进行绘制。鼓励采用计算机绘图。5)编写设计说明书要求内容全面，条理清楚，书写认真，图示正确，符合规定要求。课程设计任务书4．主要参考文献：1.杨可桢,程光蕴.机械设计基础.第四版.北京:高等教育出版社,19992.吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册.第二版.北京:高等教育出版社,19995．设计成果形式及要求：1)草图1张（A1坐标纸）2)减速器装配图1张（A0图）3)零件图2张（A3图，传动零件轴和齿轮各一张，鼓励用计算机绘图）4)设计说明书一份6．工作计划及进度：2010年8月23日~8月25日设计计算8月25日~8月27日草图绘制、审查和修改8月27日~8月29日绘制装配图8月30日绘制零件图9月1日编写设计说明书9月2日答辩系主任审查意见：签字：年月日任务书数据(加粗者为补充数据)题号9(5+4)卷筒转速(rpm)485255606070758085卷筒所需功率(KW)3.24.25.52.966.57.07.58.0题号10(5+4)破料箱滚子轴转速(rpm)100115120120150115130140125破料箱输入轴所需功率(KW)2.84.03.15.24.26.04.94.53.5题号13(6+3)输送机主轴转速(rpm)9090100100110110120120115输送机主轴扭矩(105N·mm)2.43.42.83.62.53.23.03.84.2题号14(5+4)传送带卷筒转速(rpm)7510012515017090100110130减速器输出轴功率(KW)3.03.33.54.04.32.42.85.04.5题号15(5+4)输送机工作轴转速(rpm)47.56075859055100110120输送机工作轴扭矩(105N·mm)115.5108.17.87.06.04.53.0题号16(6+3)圆盘转速(rpm)5070859511012010011560给料机轴所需功率(KW)3.13.24.24.55.66.15.04.02.9学生应提交的材料:草图（用坐标纸绘制减速器装配图中的主、俯视图）；减速器装配图（A0图）；零件工作图两张（轴、齿轮各一张，A3图，用CAD绘制）；设计说明书一份（包括封面、目录、设计任务书、正文、参考资料）。日程安排：8月23日开始8月26日审草图9月2.3日答辩1.特性尺寸如传动零件中心距及其偏差；2.最大外形尺寸如减速器总的长、宽、高；3.安装尺寸如地脚螺栓孔，轴伸出端配合长度和直径；4.主要零件的配合尺寸如齿轮和轴、轴承与轴和轴承座孔的配合等。装配图上应标注的尺寸装配图上应写有技术特性、技术要求。装配图上零件编号应按顺时针方向排列。明细表和标题栏见《机械设计课程设计手册》P8，但需注意长度应为180mm（不是150mm）。图纸幅面、图样比例按《机械设计课程设计手册》P8要求。图上粗细线型要分明。零件图上应标注出:尺寸公差；表面粗糙度；形位公差；技术要求；传动件的啮合参数表。标题栏按《机械设计课程设计手册》P8要求，但需注意长度应为180mm（不是150mm）。图样比例按《机械设计课程设计手册》P8要求。图上粗细线型要分明。设计说明书的内容：（见P239）1.目录2.传动方案的分析和拟定3.电动机的选择4.传动装置运动及动力参数计算5.传动零件的设计计算6.轴的计算7.滚动轴承的选择和计算8.键连接的选择和计算9.联轴器的选择10.润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择11.参考资料设计说明书应加封面。设计任务书注意事项：1.通常选用转速为1000rpm和1500rpm的电动机；2.设计传动装置时，应按工作机实际需要的电动机输出功率Pd计算，不能按电动机的额定功率计算；转速取满载转速。3.一级减速器传动比范围i=3～6，一级开式传动i=3～7（均指圆柱齿轮）。4.带传动开口平带传动i=2～4（i≤6）；有张紧轮的平带传动i=3～5（i≤8）；三角带传动i=2～4（i≤7）。5.圆锥齿轮传动一级开式传动i=2～4（i≤8）；一级闭式传动i=2～3（i≤6）。5前言分析和拟定传动方案机器通常由原动机、传动装置和工作装置三部分组成。传动装置用来传递原动机的运动和动力、变换其运形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置的传动方案是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。满足工作装置的需要是拟定传动方案的基本要求，同一种运动可以有几种不同的传动方案来实现，这就是需要把几种传动方案的优缺点加以分析比较，从而选择出最符合实际情况的一种方案。合理的传动方案除了满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。所以拟定一个合理的传动方案，除了应综合考虑工作装置的载荷、运动及机器的其他要求外，还应熟悉各种传动机构的特点，以便选择一个合适的传动机构。因链传动承载能力低，在传递相同扭矩时，结构尺寸较其他形式大，但传动平稳，能缓冲吸振，宜布置在传动系统的高速级，以降低传递的转矩，减小链传动的结构尺寸。故本文在选取传动方案时，采用链传动。众所周知，链式输送机的传动装置由电动机、链、减速器、联轴器、滚筒五部分组成，而减速器又由轴、轴承、齿轮、箱体四部分组成。所以，如果要设计链式输送机的传动装置，必须先合理选择它各组成部分，下面我们将一一进行选择。三．运动学与动力学的计算第一节选择电动机电动机是常用的原动机，具体结构简单、工作可靠、控制简便和维护容易等优点。电动机的选择主要包括选择其类型和结构形式、容量（功率）和转速、确定具体型号。（1）选择电动机的类型：按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。（2）选择电动机的容量：工作所需的功率：Pd=Pw/ηPw=F*V/（1000ηw）所以：Pd=F*V/（1000η*ηw）由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机的效率）为η*ηw=η1*η2*η2*η3*η4*η5*η6式中η1、η2、η3、η4、η5、η6分别为齿轮传动、链传动、联轴器、卷筒轴的轴承及卷筒的效率。取η1=0.96、η２=0.99、η3=0.97、η4=0.97、η5=0.98、η6=0.96，则：η*ηw=0.96×0.99×0.99×0.97×0.97×0.98×0.96=0.832所以：Pd=F*V/1000η*ηw=2600×1.5/(1000×0.832)kW=4.68kW根据Pd选取电动机的额定功率Pw使Pm=(1∽1.3)Pd=4.68∽6.09kW由查表得电动机的额定功率Pw=7.5kW（3）确定电动机的转速：卷筒轴的工作转速为：nw=60×1000V/πD=60×1000×1.5/(3.14×400)r/min=71.66r/min按推荐的合理传动比范围，取链传动的传动比i1=2∽5，单级齿轮传动比i2=3∽5则合理总传动比的范围为:i=6∽25故电动机的转速范围为：nd=i*nw=(6∽25)×71.66r/min=429.96∽1791.5r/min符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min、1500r/min，再根据计算出的容量，由附表5.1查出有三种适用的电动机型号，其技术参数及传动比的比较情况见下表。方案电动机型号额定功率电动机转速r/min传动装置的传动比Ped/kW同步转速满载转速总传动比带轮齿轮1YL0L-87.575072010.0433.352Y160M-67.5100097013.543.53.873Y132M-47.5150014404.17*334.17综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及链传动和减速器的传动比，可知方案3比较适合。因此选定电动机型号为Y160M-6,所选电动机的额定功率Ped=7.5kW，满载转速nm=970r/min，总传动比适中，传动装置结构紧凑。所选电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如下表所示。中心高H外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD底脚安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸D×E装键部位尺寸F×GD160600×417×385254×2101542×11012×49第二节计算总传动比并分配各级传动比电动机确定后，根据电动机的满载转速和工作装置的转速就可以计算传动装置的总传动比。（1）计算总传动比：i=nm/nw=1440/115=12.52（2）分配各级传动比：为使链传动的尺寸不至过大，满足ibig,可取ib=3.5，则齿轮的传动比：ig=i/ib=12.52/3=4.17（3）计算传动装置的运动和动力参数：各轴的转速nΙ=nm/ib=1440/3=480r/minnΠ=nΙ/ig=480/115=4.17r/minnw=nΠ=r/min各轴的功率PΙ=Pm*η1=7.5×0.96=7.2kWPΠ=PΙ*η2*η3=7.2×0.99×0.97=6.914kWPw=PΠ*η2*η4=6.914×0.99×0.97=6.64kW(4)各轴的转矩电动机的输出轴转矩TdTd=9550×Pm/nm=9550×7.5/970=73.84Nm其他轴转矩TΙ=9550×PΙ/nΙ=9550*6.84*0.96/480=130.644NmTΠ=9550×PΠ/nΠ=9550*6.06/115=503.24NmTw=9550×Pw/nw=Nm第三节各轴的转速，功率及转矩，列成表格参数轴名电动机轴Ι轴Π轴滚筒轴转速1440480115115功率6.846.566.066转矩130.644503.24传动比34.17效率0.960.98*0.98*0.980.99五．齿轮的设计计算计算项目计算内容计算结果1齿轮的材料的选择１．料选用20CrMnTi合金钢渗碳淬火。由表6-5，表6-6，齿面硬度56-62HRC，B=1080aMP，S=850aMP。由表6-4选择齿轮精度8级。该对齿轮为硬齿面齿轮，先按齿根弯曲疲劳强度设计，再按齿面接触疲劳强度校核。２．齿根弯曲疲劳强度设计2按齿根的弯曲设计由公式nm13212FaSadFYYYYKTZ由式T=9.55×610*P/N小齿轮转矩1T=9.55×610×6.84*0.96/480=13.06×410N.㎜取1Z=19i=4.17,2Z=19*4.17=79.23=80，取2Z=80实际传动比'i=80