1、2014 届机械设计课程设计目 录1、机械设计课程设计任务书 -（3）2、电动机的选择-（5）3、传动装置的运动和动力参数的计算 -（7）4、传动零件设计计算-（8）5、轴的设计计算及校核-（13）6、轴承的校核 -（19）7、键的选择和校核 - （22）8、箱体的设计 - 2014 届机械设计课程设计2（22）9、键等相关标准的选择- （24）10、减速器结构与润滑、密封方式的概要说明-（25）附录 轴的反力及弯矩、扭矩图 - （29）1设计题目单级蜗杆减速器带式输送机传动系统设计1.1. 工作原理及已知条件工作原理：带式输送机工作装置如下图所示己知条件：1.工作条件：三班制，运输机连续工作
2、，单向动转，载荷平稳，空载起动。2.使用寿命：使用期限 10 年（每年300 工作日） ；3.运输带速度允许误差；5；三、原始数据已知条件 传送带工作拉力F（ kN）传送带工作速度v（ m/s）滚筒直径D（ mm）参数 2.8 0.8 3352014 届机械设计课程设计3电 动 机联 轴 器蜗 杆 减 速 器 联 轴 器滚 筒 输 送 带2014 届机械设计课程设计52.1 电动机的选择计算2.1.1 选择电动机2.1.1.1 选择电动机的类型按工作要求和条件选取 Y 系列一般用途全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。2.1.1.2 选择电动机容量工作机所需的功率： kwkwFVPw 24.108
3、.2103由电动机至工作机之间的总效率： 4321a其中 分别为联轴器，轴承，蜗杆和卷筒1的传动效率。查表可知 =0.99（滑块联轴器） =0.98（滚子轴承）12=0.73（单头蜗杆） =0.96（卷筒） 3 4所以： 63.09.78.09.2xxa所以电动机输出功率： kwkwPad5.63./42.1.1.3 确定电动机转速根据已知条件计算出工作机滚筒的工作转速为 r/min63.45r/in358.01610*6kwDVnw=1.6kwwP=0.63a=2.54kwdPnw=45.63r/min2014 届机械设计课程设计6电动机转速可选范围：nd=i* wnd=(1070)*45.
4、63=456.33650.4r/min2.1.1.4 确定电动机型号查表 16-1，可得：方案号电动机型号额定功率 同步转速 满载转速 总传动比 极数 1 Y112M-2 4kw3000r/min2890r/min63.33 22 Y112M-4 4kw1500r/min1440r/min31.59 43 Y132M1-6 4kw1000 r/min960r/min 21.04 64 Y160M1-8 4kw 750r/min 720r/min 15.78 82014 届机械设计课程设计7经合考虑，选定方案 3。因为同步转速较高，电动机价格比较便宜，而且方案 3 的传动比不是很大，尺寸也不是很
5、大，结构还比较紧凑。2.1.2 计算总传动比和各级传动比的分配2.1.2.1 计算总传动比：21.0463.59wanim2.1.2.2 各级传动比的分配 2.1.2.3 由于为蜗杆传动，传动比都集中在蜗杆上，其他不分配传动比。电动机的型号为Y132 M1-6=21.04ai2014 届机械设计课程设计8将所计算的结果列表：参数电动机 蜗杆 蜗轮 滚筒转速(r/min) 960 960 45.63 45.63功率(P/kw) 3.56 3.52 2.52 2.45转矩(Nm) 35.41 35.06 715.68 694.35传动比 i 21.98效率 0.99 0.73 0.96计算及说明3
6、 计算传动装置的运动和动力参数3.1 蜗杆蜗轮的转速：蜗杆转速和电动机的额定转速相同蜗轮转速： min/63.450.219rn滚筒的转速和蜗轮的转速相同3.2 功率蜗杆的功率：p 1=3.560.99=3.52KW蜗轮的功率：p 2=3.520.730.98=2.52kW滚筒的功率：p 3=2.520.980.99=2.54Kw3.3 转矩 mNnpTmd .4135960.5950id .14.311T .68715942052a2 mNi 3.4.08.6.7333结果n=45.63 r/minp1=3.52KWp2=2.52KWp3=2.45KW2014 届机械设计课程设计94.选择蜗
7、轮蜗杆的传动类型根据 GB/T10085-1988 的推荐，采用渐开线蜗杆 ZI。4.1 选择材料考虑到蜗杆的传动功率不大，速度只是中等，故选择 45 钢，蜗杆螺旋部分要求淬火，硬度为 4555HRC，蜗轮用铸锡磷青钢 ZCuSn10P1，金属模铸造，为了节约贵重金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁 HT100 制造。4.2 按齿面接触强度进行设计传动中心矩计算公式如下： 23lim2HhnESZKTa(1)确定作用在蜗轮上的转矩=715.68Nm2(2)确定载荷系数 K因工作载荷较稳定，故取载荷分布系数 KA=1.0(3)确定弹性影响系数 EZ因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故 =1
8、47EZ21MP渐开线蜗杆 ZI45 钢ZCuSn10P1青铜HT100=715.68Nm2TKA=1.0=147E21MP2014 届机械设计课程设计10(4)确定接触系数 Z先假设蜗杆分度圆 d1和传动中心矩 a 的比值 ，3.01d从图 13.12 可查得 =3.1Z(5)确定接触疲劳极限 limH根据蜗轮材料为 ZCuSn10P1，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，可从表 13.2 中查得无蜗轮的基本许用应力 =265MPalimH(6) 确定接触疲劳最小安全系数 liS根据推荐值可取 =1.2limHS（7）确定寿命系数 2405382hL6.137.066 hhZ（8）计算中心距2lim
9、23 HhnESZKTa 361065.0.1793415680. 23 取中心矩 a=375mm这时 ， =3.032.5.1adZ由图 11-18 查得，因为 d2,且与轴承内径标准系列相符，故取 d3=55mm.( 轴承型号选30211)轴段 4 安装蜗轮，此直径采用标准系列值，故取d4=60mm轴段 5 为轴环，考虑蜗轮的定位和固定取 d5=70mm轴段 6 考虑左端轴承的定位需要，根据轴承型号 30211查得 d6=64mm轴段 7 与轴段 3 相同轴径 d7=55mm5.2.2 确定各轴段长度为了保证蜗轮固定可靠，轴段 4 的长度应小于蜗的轮毂宽度 2mm，取 L4=60mm为了保
10、证蜗轮端面与箱体内壁不相碰及轴承拆装方便，蜗轮端面与箱体内壁间应有一定间隙，取两者间距为 23mm为保证轴承含在箱体轴承孔中，并考虑轴承的润滑，取轴承端面与箱体内壁的距离为 2mm .根据轴承宽度 B=21mm，取轴段 7 长度 L7=21mm，因为两轴承相对蜗轮对称，故取轴段 3 长度为L3=（2+23+2+21 ）=48mm。为了保证联轴器不与轴承盖相碰， 取L2=22+46=68mm。根据联轴器轴孔长度 112mm，取 L1=110mm。因此，定出轴的跨距为 L=（10.5+25+60+25+10.5）=131mm.（一般情况下，支点按照轴承宽度中点处计算）蜗轮轴的总长度为 L 总 =1
11、31+21+68+110=330mm。轴的结构示意图如图所示：d1=46mmd2=52mmd3=55mmd4=60mmd5=70mmd6=64mmd7=55mmL4=60mmL7=21mmL3=48mmL2=68mmL1=110mmL=131mmL 总 =330mm2014 届机械设计课程设计182014 届机械设计课程设计195.2.3 轴的校核计算按弯扭组合进行强度校核（轴的受力简图及弯扭矩图见下图）（a） 绘制轴的受力图蜗轮的分度圆直径 d=533mm； 转矩 T=715.68Nm蜗轮的切向力Ft=2T/d=2715.68/533*10-3=2685.5N蜗轮的径向力Fr=Fttan=2
12、685.5tan20=977.4N蜗轮轴向力Fa=Fttan=2685tan10.1=478.4N（b） 求水平面 H 内的支反力及弯矩由于蜗轮相对支撑点对称布置，故两端支承反力相等。= NHAF75.13425.268/tBC 截面处的弯矩N.9.01LMA（C）求垂直平面 V 内的支反力及弯矩支反力由 得0A022DFllarVBlrN3.14622.534.782134.97( FvbrVA 98169截面 C 左侧的弯矩 mNLvaMc 7.32.04821Ft=2685.5NFr=977.4NFa=478.4N= NHAF4.15= NB=87.95HCM2014 届机械设计课程设计
13、20截面 C 右侧的弯矩 mNLFvbMc 78.95213.0462求合成弯矩截面 C 左侧的合成弯矩 VCH .3)6.(.8722211截面 C 右侧的合成弯矩 mNMVCH 03.1.7895.2222计算转矩 nPT4.26329502求当量弯矩因为单向传动，转矩为脉动循环变化，故折算系数=0.6,危险截面 C 处的当量弯矩为:a 222 4.576.03.1)(aTMecc=316.651N*m计算截面 C 处的直径，校验强度 mecda 6.3851.01.033 因此处有一键槽，故将轴径增大 5%，即：d=38.6*1.05=40.54mm而结构设计中，此处直径已初定为 60m
14、m，故强度足够5.3 蜗杆轴的设计5.3.1 轴的材料的选择，确定许用应力考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩。选取轴的材料为 45 钢，淬火处理。2MvcmN78.951C5.93=2CMmN03.1T= N54.39=316.65N*mecM=38.6mmad强度足够45 钢2014 届机械设计课程设计2按扭转强度，初步估计轴的最小直径 dA mnp73.196052.330Tc=1.2*9550*3.52/960=42.02mm5.3.2 确定各轴段直径查表 GB 4384-1997 选用 WH6 滑块联轴器，标准孔径d=40mm，即轴伸直径为 40mm联轴
15、器轴孔长度为：84mm。轴的结构设计从轴段 d1=40mm 开始逐渐选取轴段直径，d2 起固定作用，定位轴肩高度可在（0.070.1）d 范围内，故 d2=40+0.1d1=44mm，该直径处安装密封毡圈，取标准直径。应取 d2=45mm；d3 与轴承的内径相配合，为便与轴承的安装，选定轴承型号为 30310。取 d3=50mm。d4 起定位作用，由 h=（0.070.1）d3=（0.070.1）50=3.55mm，取h=4mm，d4=d3+h=50+4=54mm；d6=d4=54mm;d7 段装轴承，取 d7=d3=50mmd5 段取蜗杆齿顶圆直径 d5=96mm;5.3.3 确定各轴段长度
16、L1 取联轴器轴孔长度 84mmL2 安装端盖取 L2=40mmL3 安装轴承，取轴承宽度 L3=B=20mmL4 和 L6 为了让蜗杆与涡轮正确啮合，取L4=L6=138mmL7 也安装轴承和端盖 L7=30mmL5 为蜗杆轴向齿宽取 L5=107mm定出轴的跨度为;d=17.73mmd1=40mmd2=45mmd3=50mmd4=54mmd6=54mmd7=50mmd5=96mmL1=84mmL2=40mmL3=20mmL4=138mmL7=30mmL5=107mmL 总= 557mm2014 届机械设计课程设计2L=L4+L6+L5+1/2L3+1/2L3 =403mm蜗杆的总长度为：5
17、57mm2014 届机械设计课程设计05.3.4 蜗杆轴的强度校核按弯扭组合进行强度校核（轴的受力简图及弯扭矩图和蜗轮轴相似，故不再作图）（a） 绘制轴的受力图（b） 求水平面 H 内的支反力及弯矩Ft1=Fa2=478.4NFr1=Fr2=977.4NFa1=Ft2=2685.5N由于蜗杆相对支撑点对称布置，故两端支承反力相等。=HAFNtB 2.394.782/C 截面处的弯矩 mLMA .480.39（C）求垂直平面 V 内的支反力及弯矩支反力由 得0A0211DFlarVBlrN25.7403285.26403.97FvbrVA 1.971截面 C 左侧的弯矩 mNLvaMc 76.4
18、203.152截面 C 右侧的弯矩 Fb18.5.72求合成弯矩截面 C 左侧的合成弯矩 mNMVCH 85.67.42.82211截面 C 右侧的合成弯矩Ft1=478.4NFr1=977.4NFa1=2685.5N=239.2NHAFCMmN2.48VAFN15.21MvcmN8.521CMmN85.672014 届机械设计课程设计16.轴承的校核6.1 校核 30311 查表 GB/T297-1994 额定动载荷 Cr=90.8103 N基本静载荷 Cor=115*103 N(1) 求两轴承受到的径向载荷 Fr1和 Fr2由前面设计蜗轮时求得的：Fr1v= = NVAF9.48Fr2v=
19、 NVB3.6Fr1H= =1342.75 NHAFFr2H= =1342.75NBFr1= N6.14275.3)9.48(221 rvFr2= N9862F（1） 求两轴承计算轴向力 Fa1和 Fa2查表 GB/T297-1994 可知e=0.4附加轴向力轴向力 FA=478.4N轴承 2 端被压紧，故求当量动载荷 P1 和 P2Fr2v=1462.3NFr1H=1342.75 NFr2H=1342.75 NFr1= N6.47Fr2 = N3.985e=0.41SFN84.752S.61aFN87.452a.0NYFRS 87.45.1261RS 392 21 7.954.87.45FS
20、NFA Sa.1A74022014 届机械设计课程设计2e3.0614278.5Fra查表 GB/T297-1994，取 X=1,Y=0er5.398.2查表 GB/T297-1994，取 X=0.4,Y=1.5计算 P1、P2，由于载荷平稳取 fp=1,则验算轴承寿命因为 P1P2，所以按轴承的受力大的计算：所以轴承满足寿命要求。NyFxPar6.14271Npr38.250417.405.3980)2 240108.5 )()(7 38.59063.4517160310hPCnhLL2014 届机械设计课程设计36.2 校核 303110查表 GB/T297-1994 额定动载荷 Cr=7
21、3.2103 N基本静载荷 Cor=92.0*103 N(2) 求两轴承受到的径向载荷 Fr1和 Fr2由前面设计蜗轮时求得的：Fr1v= = NVAF15.2Fr2v= NB7Fr1H= =239.2 NHAFr2H= =302.8NBFFr1= N45.326.915.21 rvFr2= N7722求两轴承计算轴向力 Fa1和 Fa2查表 GB/T297-1994 可知e=0.422pN38.504=hL7108.5轴承满足寿命要求Fr1 N45.326Fr2= N.792014 届机械设计课程设计4附加轴向力轴向力 FA=3030.7N轴承 2 端被压紧，故求当量动载荷 P1 和 P2e
22、36.045.291Fra查表 GB/T297-1994，取 X=1,Y=0er7982查表 GB/T297-1994，取 X=0.4,Y=1.4计算 P1、P2，由于载荷平稳取 fp=1,则NyFxPar14.3911验算轴承寿命因为 P1P2，所以按轴承的受力大的计算：所以轴承满足寿命要求。1SFN59.62S3.82pN68.47hLh4102.5轴承满足寿命要求NYFRS 59.164.231RS 3.8.72 21 09.25.69. FSNFA Sa.11A482p68.47243.2968.7002720102.5)()(4 4.81732096011670 30hPCnh LL
23、2014 届机械设计课程设计57.键的选择和校核7.1 蜗轮与联轴器相配合的键的选择查 GB1095-2003：A 型普通平键根据轴的最小直径 d=42mm,选择键 b*h=12mm8mmL=80mml=L-b=80-12=68mmk=0.5h=0.58=4mmMPa =110MPa38.9426810.531023KldT 合格7.2 蜗杆与联轴器相配合的键的选择查 GB1095-2003：A 型普通平键根据轴的最小直径 d=40mm,选择键 b*h=12mm8mmL70mml=L-b=70-12=58mmk=0.5h=0.58=4mmMPa =110MPa4.50841.210233Kld
24、T合格：A 型普通平键b*h=12mm8mm合格A 型普通平键b*h=12mm8mm合格2014 届机械设计课程设计62014 届机械设计课程设计08.箱体的设计计算8.1 箱体的结构形式和材料箱体采用铸造工艺，材料选用 HT200。因其属于中型铸件，铸件最小壁厚 810mm，取 =10mm8.2 铸铁箱体主要结构尺寸和关系如下表：名称 减速器型式及尺寸关系箱座壁厚 =10mm箱盖壁厚 1 1=0.8=9.6mm 取 1=10mm箱座凸缘厚度 b1，箱盖凸缘厚度 b，箱座底凸缘厚度 b2b1=1.51=15mmb=1.5=15mmb2=2.5=2.510=25mm地脚螺钉直径及数目 df=0.
25、036a+12=21mm 取 df=25mm n=6轴承旁联接螺栓直径 d1=0.75df=18.75mm 取 d1=20mm盖与座联接螺栓直径 d2=（0.50.6）df 取 d2=16mm联接螺栓 d2 间的间距 l=150200mm轴承端盖螺栓直径 d3=（0.40.5）df 取 d3=12mm 检查孔盖螺栓直径 d4=（0.30.4）df 取 d4=8mmDf，d1，d2 至外壁距离 df，d2 至凸缘边缘距离C1=26,20,16 C2=24,14轴承端盖外径 D2=140mm 轴承旁联接螺栓距离 S=140mm轴承旁凸台半径 R1=16mm轴承旁凸台高度 根据轴承座外径和扳手空间的
26、要求由结构确定箱盖，箱座筋厚 m1=9mm m2=9mm蜗轮外圆与箱内壁间距离 1=16mm蜗轮轮毂端面与箱内壁距离 2=30mm2014 届机械设计课程设计19.键等相关标准的选择本部分含键的选择，联轴器的选择，螺栓、螺母、螺钉的选择，垫圈、垫片的选择，具体内容如下：键的选择查 GB1095-2003 蜗轮轴与半联轴器相配合的键：A 型普通平键，b*h=12mm8mmGB1095-2003 半联轴器与蜗杆轴的连接 b*h=12mm8mmA 型，12mm8mmA 型，12mm8mm 联轴器的选择根据轴设计中的相关数据，查 GB4323-1997，选用联轴器的型号 WH6WH6GB4323-19
27、97螺栓，螺母，螺钉的选择考虑到减速器的工作条件，后续箱体附件的结构，以及其他因素的影响选用螺栓 GB5782-86， M10*35， 数量为 3 个M12*100， 数量为 6 个螺母 GB6170-86 M10 数量为 2 个M12， 数量为 6 个螺钉 GB5782-86 M6*20 数量为 2 个M8*25， 数量为 24 个M6*16 数量为 12 个 M10*35M12*100M10M12M6*20M8*25M6*166.4 销，垫圈垫片的选择选用销 GB117-86，B8*30，数量为 2 个选用垫圈 GB93-87 数量为 8 个选用止动垫片 1 个选用石棉橡胶垫片 2 个选用 08F 调整垫片 4 个GB117-86B8*30GB93-87止动垫片石棉橡胶垫片08F 调整垫片有关其他的标准件，常用件，专用件，详见后续装配图2014 届机械设计课程设计210.减速器结构与润滑、密封方式的概要说明
