机械设计及制造毕业设计.doc

1、 0 / 42 目 录 1. 设计任务书 2 2. 传动系统方案的分析 2 3. 电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算 3 4. 传动零件的设计计算 6 5. 轴的设计计算 23 6. 轴承的校核 36 7. 键联接的选择及校核计算 39 8. 联轴器的选择 41 9. 润滑与密封 41 10. 减速器附件的选择 42 11. 设计小结 42 12. 参考文献 42 1 / 42 设计计算及说明 结果 一、设计任务书 1.1 传动方案示意图 1.2 已知条件： 1滚筒效率 g=0.95( 包括滚筒与轴承的效率损失 )； 2工作情况 ： 两班制，连续单向运转，载荷较平稳； 3使用折旧期 ：

2、 4 年一次大修，每年 280 个工作日，寿命 8 年； 4工作环境 ： 室内，灰尘较大，环境最高温度 35 ； 5制造条件及生产批量 ： 一般机械厂制造，小批量生产； 6. 运输带速度允许误差 ： 5% ； 7动力 ：电力，三相交流， 电压 380/220V 1.3 基本参数 : 输送带工作拉力 F= 2.5 KN 输送带工作速度 =1.3m/s 滚筒直径 D=240mm 1.4 工作量 1、传动系统方案的分析； 2、电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算； 3、传动零件的设计计算； 4、轴的设计计算； 5、轴承及其组合部件选择和轴承寿命校核； 6、键联接和联轴器的选择及校核； 7、减速

3、器箱体，润滑及附件的设计； 8、装配图和零件图的设计； 9、设计小结； 10、参考文献； 二、 传动系统方案的分析 传动方案见上图 ，其拟定的依据是结构紧凑且宽度尺寸较小 ，传动效率高，适用在恶劣环境下长期工作，虽然所用的锥齿轮比较贵，但此方案是最合理的。其减速器的传动比为10-25，用于输入轴于输出轴相交而传动比较大的传动。 2 / 42 三、电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算 3.1 电动机的选择 1、电动机类型选择：选择电动机的类型为三相异步电动机，额定电压交流 380V。 2、电动机容量选择： （二）选择电动机 ，电动机类型选择 根据电源及工作及工作条件，选用卧式封闭型 Y（

4、IP44）系列三相交流异步电动机。 ，选择电动机容量 1) 工作机所需功率 wP kwFvPw 1000 2) 传动装置总效率 5243231 a 式中， 21 、 为从电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。查 机械设计课程设计手册， 由表 1 5 查得：滚子 轴承 98.01 （一对） ；8 级 精度的 圆柱齿轮传动 2 0.98 ； 8 级精度的圆锥齿轮传动 3 0.97 ； 弹性联轴器 4 0.99 ；滚筒效率 95.05 ，则 3 2 3 21 2 3 4 5 0 . 9 8 0 . 9 8 0 . 9 7 0 . 9 9 0 . 9 5 0 . 8 3 3a 3) 所需电动机功

5、率 2 5 0 0 1 .3 3 .9 01 0 0 0 0 .8 3 3wdaPP k w k w 4) 确定电动机额定功率 edP 根据 ded PP ，选取电动机额定功率 4.0edP kw ，计算电动机转速可选范围并选择电动机型号 卷筒轴工作速度： 6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 1 . 3 1 0 3 . 5 / m in3 . 1 4 2 4 0vnrD 查 机械 设计课程设计手册 按表 1 推荐，取圆锥 圆柱齿轮减速器 传动比范围 10 25i ，则电动机可选转速 ： 1 2 7 3 . 2 3 1 8 3 / m i ndn i n r F=2500N V=1.

6、3m/s D=240mm 0.833 3.90dp kw 4.0edP kw 电 动 机 型 号 为Y112M-4 3 / 42 可见同步转速为 1500 min/r 的电动机 符合。 查 机械设计课程设计手册表 12-1 符合的有， 如下表： 选定电动机型号为 Y112M-4。 ， 电动机的技术数据和外形，安装尺寸。 查 机械设计课程设计手册 表 12-9 查出 Y132M2-6 型电动机的主要技术数据和 外形、安装尺寸。尺寸 D=32mm，中心高度 H=112mm，轴伸长E=80mm。 （三）计算传动装置总传动比和各级传动比 ，传动装置的总传动比 1440 1 3 .91 0 3 .5mn

7、i n ，分配各级传动比 对于圆锥 圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮传动比： 1 0 .2 5 0 .2 5 1 3 .9 3 .4 7 5ii 则 圆柱齿轮的传动比为： 4 12 iii （四）计算传动装置的运动参数 1 各轴的转速 n（ r/min） 减速器高速轴为 I 轴，中速轴为 II 轴，低速轴为 III 轴， min/1440I rnn m II 1 1440 4 1 4 / m in3 .4 7 5nnri III 2 414 1 0 3 .5 / m in4nnri III 1 0 3 .5 / m inIVn n r 2 各轴的输入功率 方案 电动机型号 额定功率（ kw） 电动机转

8、速（ r/min） 电动机质量 (kg) 总传动比 同步 满载 1 Y112M-4 4.0 1500 1440 43 25.46 4 / 42 按电动机额定功率 edP 计算各轴输入功率，即 14 3 . 9 0 0 . 9 9 0 . 9 8 3 . 7 8 4edP P k W ； 221 2 4 3 . 9 0 0 . 9 9 0 . 9 7 0 . 9 8 3 . 5 9 7dP P k W ； 331 2 3 4 3 . 9 0 0 . 9 9 0 . 9 7 0 . 9 8 0 . 9 8 3 . 4 5 4dP P k W ； 2 3 2 31 2 3 4 5 3 . 9 0 0

9、 . 9 9 0 . 9 7 0 . 9 8 0 . 9 8 0 . 9 5 3 . 2 4 9I V dP P k W ； 3 各轴的输入转矩 T（ N）和输出转矩 T (kW) 3 .9 09 5 5 0 9 5 5 0 2 5 .8 61440ddmPT N mn ； 0 1 4 2 5 . 8 6 1 0 . 9 9 0 . 9 8 2 5 . 0 9dT T i N m ； 220 1 1 2 4 2 5 . 8 6 1 3 . 4 7 5 0 . 9 9 0 . 9 7 0 . 9 8 8 2 . 8 8dT T i i N m ； 330 1 2 1 2 3 4 2 5 . 8

10、6 1 3 . 4 7 5 4 0 . 9 9 0 . 9 7 0 . 9 8 0 . 9 8 3 1 8 . 3 9dT T i i i N m 15 3 1 8 . 3 9 0 . 9 9 0 . 9 8 2 9 9 . 4 4IVT T N m ； 轴的输出转矩分别为输入转矩乘轴承效率 0.98。 运动和运动参数计算结果 汇总如下表： 表 3 轴的运动及动力参数 项目 电动机轴 高速级轴 I 中间轴 II 低速级轴III 工作机轴IV 转速（ r/min） 1440 1440 414 103.5 103.5 功率（ kw） 4.0 3.784 3.597 3.454 3.249 转矩(N

11、m ) 25.86 25.09 82.88 318.39 299.44 传动比 1 .3475 4.0 1 效率 0.99 0.98 0.96 0.98 5 / 42 设计计算及说明 结果 四、传动零件的设计计算 （一） 直齿圆锥 齿轮传动的设计 （主要参照教材 机械设计（第八版） 1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1.1 选用标准直齿 圆 锥齿轮传动， 压力角取 20。 1.2 带式输送机为一般工作机器 ，查表 选用 8 级精度 。 1.3 材料选择。 查表选择小齿轮材料为 40Cr（ 调质 ） ， 齿面硬度 280 HBS，大齿轮材料为 45钢（调质 ） ， 齿面硬度 240 HBS

12、。 1.4 初选小齿轮齿数 1 24z ：大齿轮齿数 2 3 .4 7 5 2 4 8 3 .4z ，取 Z2=84. 2.按齿面接触强度设计 2.1 试算小齿轮分度圆直径 3 2211 )()5.01( 4HEHddtt ZZuTKd 2.1.1 确定公式中的 各参数值 2.1.1.1 试选 1.3HtK 2.1.1.2 计算小齿轮传递的 转矩 661113 .7 8 49 .5 5 1 0 9 .5 5 1 0 2 5 0 9 51440PT N m mn 2.1.1.3 查图 10-25 选取齿宽系数 0.3R 2.1.1.4 查表得 区域系数 2.5HZ 2.1.1.5 查表 10-5

13、 得 材料 的 弹性影响系数 =189.8EZ MPa1/2 2.1.1.6 计算接触疲劳许用应力 H 查图 10-25d 得 小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为 Hlim1 600 MPa，Hlim2 550 MPa。 计算应力循环次数 9116 0 6 0 1 4 4 0 1 ( 2 8 2 8 0 8 ) 3 . 0 9 7 1 0hN n jL 912193.09 7 100.89 1 103.475NN i 6 / 42 查图 10-23 取 接触疲劳寿命系数120 .9 0 , 0 .9 5H N H NKK。 取 失效概率为 1%， 安全系数 S=1， 得 1 H l i m 1

14、1 0 . 9 0 6 0 0 5401HNH K S MPa 2 H l i m 22 0 . 9 5 5 5 0 5231HNH K S MPa 取 1H 和 2H 中的 较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即 2 523HH MPa 2.1.2 试算小齿轮分度直径 2131 22324 ()( 1 0 .5 ) 4 1 .3 2 5 0 9 0 2 .5 1 8 9 .8( ) 5 2 .2 40 .3 ( 1 0 .5 0 .3 ) 3 .4 7 5 5 2 3t HEtd d HKT ZZdum m m m 2.2 调整小齿轮分度圆直径 2.2.1 计算实际载荷系数前 的数据准备

15、2.2.1.1.圆周速度 v 11 ( 1 0 . 5 ) 5 2 . 2 4 ( 1 0 . 5 0 . 3 ) 4 4 . 4 0m t Rd d m m 11 4 4 . 4 0 1 4 4 0 3 . 3 5 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0tdnv m s 2.2.1.2 当量齿轮的齿宽系数 d 2 21 1 0 . 3 5 2 . 2 4 3 . 4 7 5 1 2 8 . 3 422Rtdub m m 12 8 .3 4 0 .6 44 4 .4 0mbd d 2.2.2 计算实际载荷系数 HK 2.2.2.1 查表 10-2 得使用系数 1AK 2.2.2.2

16、根据 vm=3.35m/s、 8 级精度 ，查 图 10-8 得动载系数 Kv=1.12 2.2.2.3 直齿锥齿轮精度较低， 取齿间载荷分配系数 1HK 2.2.2.4 由表 10-4 用 插值法 查表得 8 级 精度 、 小齿 悬臂 时，得齿向载荷分布系数 1.33HK 7 / 42 由此 ，得到实际载荷系数 1 1 . 1 2 1 1 . 3 3 1 . 4 9A V H HK K K K K 2.2.3 按实际载荷系数 算得 的 分度圆直径 3311 1.4952.24 54.671.3tHtKd d mmK 以及相应的齿轮模数 115 4 .6 7 2 .2 824dm z （ 2）

17、 按齿根弯曲疲劳强度设计 3.1 试算模数 13 2 2 21(1 0 . 5 ) 1F t F a s at FRR K T Y Ym zu 3.1.1 确定公式中的各参数值 3.1.1.1 试选 1.3FtK 3.1.1.2 计算 Fa saFYY 由分锥角1 1a r c t a n (1 / ) a r c c o s 1 6 . 0 53 . 4 7 5u 和 2 9 0 1 6 .0 5 7 3 .9 5 ， 可得当量齿数 ： 11124 2 4 .9 7c o s c o s 1 6 .0 5V zz 22284 3 0 3 .8 2c o s c o s 7 3 .9 5V z

18、z 查图 10-17 得齿形系数 14.2,68.2 21 FaFa YY 查图 10-18 得应力修正系数 84.1,59.1 21 SaSa YY 查图 10-24c 得 小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为 lim1 500F MPa， lim2 380F MPa 查图 10-22 取 弯曲疲劳 寿命系数 120 .8 5 , 0 .8 8F N F NKK 区弯曲疲 安全系数 1.7S ,得 8 / 42 111 0 . 8 5 5 0 0 2 5 01 . 7F N F EF K M P aS 222 0 . 8 8 3 8 0 1 9 71 . 7F N F EF K M P a

19、S 1112 .6 8 1 .5 9 0 .0 1 7 2 5 0F a S aFYY 2222 .2 5 1 .7 1 0 .0 2 0 1 9 7F a S aFYY 因为大齿轮的 Fa saFYY 大于小齿轮 ，所以取 Fa saFYY =0.020 3.1.2 试算模数 13 2 2 21( 1 0 . 5 ) 1F t F a s at FRR K T Y Ym zu 3 2 2 21 . 3 2 5 0 9 5 0 . 0 2 0 1 . 2 00 . 3 ( 1 0 . 5 0 . 3 ) 2 3 3 . 4 7 5 1 mm 3.2 调整齿轮模数 3.2.1 计算实际载荷系数前

20、的数据准备 3.2.1.1 圆周速度 v 11 1 .2 0 2 4 2 8 .8td m z m m 11 ( 1 0 . 5 ) 2 8 . 8 ( 1 0 . 5 0 . 3 ) 2 4 . 4 8mRd d m m 1 2 4 . 4 8 1 4 4 0 1 . 8 5 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0mtm dnv m s 3.2.1.2 齿宽 2 21 1 0 . 3 2 8 . 8 3 . 4 7 5 1 1 5 . 6 222Rtdub m m 3.2.2 计算实际载荷系数 FK 3.2.2.1 查表得使用系数 1AK 3.2.2.2 根据 V=1.3m/s、

21、7 级精度 ，查 表 得动载系数 Kv=1.12 3.2.2.3 直齿锥齿轮精度较低， 取齿间载荷分配系数 1FK 3.2.2.4 查表 10-4 得 直齿锥齿轮传动 ， 取 1.33HFKK 由此 ，得到实际载荷系数 9 / 42 1 1 . 1 2 1 1 . 3 3 1 . 4 9F A V F FK K K K K 3.2.3 按实际载荷系数 算得的齿轮模数 33 1.491.20 1.261.3FtFtKm m m mK 按照 齿根弯曲疲劳强度 计算的 模数，就近选择标准模数 m=1.5mm，按照接触疲劳强度算得的分度圆直径 d1=52.24mm， 算出小齿轮 齿数 11 5 2 .

22、2 4 3 4 .8 31 .5dz m , 取 Z1=35，则大 齿轮齿数 Z2=uZ1=3.475*35=121.6.为了使两齿轮的齿数互质，取Z2=122. （ 3） 几何尺寸计算 4.1 计算分度圆直径 d1=mz1=1.5*35=52.5 d2=mz2=1.5*122=183 4.2 计算分锥 角 1 35a r c t a n (1 / ) a r c t a n 1 6 . 0 1122u 2 9 0 1 6 .0 1 7 3 .9 9 4.3 计算齿轮宽度 21 1 2 8 .5 52Rtdub m m 取 b1=b2=29mm 强度校核 5 齿面接触 疲劳 强度 校核 5.1

23、 小齿轮接触疲劳强度条件 EHdd tH ZZudTK 3121 )5.01( 4 5.1.1 确定公式中的 各参数值 5.1.1.1 查表得使用系数 1AK 5.1.1.2 根据 11 5 2 . 5 1 4 4 0 3 . 9 6 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m dnv m s 、 7 级精度 ，查 图 10-8 得动载 系数 Kv=1.12 5.1.1.3 直齿锥齿轮精度较低， 取齿间载荷分配系数 1HK 5.1.1.4 由表 10-4 用 插值法 查表得 8 级 精度 、 小齿 悬臂 时，得齿向载荷分布系数 1.33HK 由此 ，得到实际载荷系数 1 35z 2 122z m=1.5 1 52.5d mm 2 183d mm 1 16.01 2 73.99 b1=b2=29mm