学位论文-—机械设计课程设计盘磨机传动装置的设计.doc
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1、第一章 课程设计任务书年级专业过控101学生姓名付良武学 号1008110074题目名称盘磨机传动装置的设计设计时间第17周19周课程名称机械设计课程设计课程编号设计地点化工楼一、 课程设计(论文)目的1.1 综合运用所学知识,进行设计实践巩固、加深和扩展。1.2 培养分析和解决设计简单机械的能力为以后的学习打基础。1.3 进行工程师的基本技能训练计算、绘图、运用资料。二、 已知技术参数和条件2.1 技术参数:主轴的转速:42rpm 锥齿轮传动比:23电机功率:5kW电机转速:1440rpm2.2 工作条件:每日两班制工作,工作年限为10年,传动不逆转,有轻微振动,主轴转速的允许误差为5%。1
2、电动机;2、4联轴器;3圆柱斜齿轮减速器;5开式圆锥齿轮传动;6主轴;7盘磨三、任务和要求3.1 编写设计计算说明书1份,计算数据应正确且与图纸统一。说明书应符合规范格式且用A4纸打印;3.2 绘制斜齿圆柱齿轮减速器装配图1号图1张;绘制零件工作图3号图2张(齿轮和轴);标题栏符合机械制图国家标准;3.3 图纸装订、说明书装订并装袋;注:1此表由指导教师填写,经系、教研室审批,指导教师、学生签字后生效;2此表1式3份,学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件(包括实验室、主要仪器设备等)4.1 机械设计教材 4.2 机械设计课程设计指导书4.3 减速器图册4.4 机械设计课程设
3、计图册4.5 机械设计手册 4.6 其他相关书籍五、进度安排序号设计内容天数1设计准备(阅读和研究任务书,阅读、浏览指导书)12传动装置的总体设计23各级传动的主体设计计算24减速器装配图的设计和绘制75零件工作图的绘制16编写设计说明书27总计15六、教研室审批意见教研室主任(签字): 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任(签字): 年 月 日八、备注指导教师(签字): 学生(签字):计算及说明结果第二章 传动方案的整体设计2.1传动装置总体设计方案:2.1.1 组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。2.1.2 特点:齿轮相对于轴承不对称分布,故沿轴向载荷分布不均匀,要求轴有较大的
4、刚度。选择锥齿轮传动和一级圆柱斜齿轮减速器(展开式)。2.2电动机的选择 根据已知任务书给定的技术参数,由给定的电动机功率为5KW,电动机转速为1440r/min,查表17-7选取电动机型号为Y132S4,满载转速1440 r/min,同步转速1500r/min。2.3确定传动装置的总传动比和分配各级的传动比2.3.1总传动比由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速=42,可得传动装置总传动比为nm/1440/4234.29。2.3.2分配传动装置传动比锥齿轮传动比:=3减速器传动比:=/=34.29/3=11.43高速级传动比:1=低速级传动比:2.4计算传动装置的运动和动力参数2.4.
5、1 各轴转速n(r/min)n0=nm=1440 r/min高速轴1的转速:n1nm1440 r/min中间轴2的转速:低速轴3的转速:主轴6的转速:2.4.2 各轴的输入功率P(KW)P0=Pm=5kw高速轴1的输入功率: P1=P0c=50.99=4.95kw中间轴2的输入功率:P2=P11g=4.950.980.98=4.75kw低速轴3的输入功率: P3=P22g=4.750.980.98=4.57kw主轴6的输入功率: P4=P3ggd=4.570.980.990.97=4.30kwPm为电动机的额定功率;c为联轴器的效率;g为一对轴承的效率;1高速级齿轮传动的效率;2为低速级齿轮传
6、动的效率;d为锥齿轮传动的效率。2.4.3 各轴输入转矩T(Nm)T0=9550P0/n0=3.316 Nm高速轴1的输入转矩T1=9550P1/n1=(95504.95)/1440=3.283104Nm中间轴2的输入转矩T2=9550P2/n2=(95504.75)/366.4=1.238105Nm低速轴3的输入转矩T3=9550P3/n3=(95504.57)/126.3=3.4556105Nm主轴6 的输入转矩T4=9550P4/n4=(95504.30)/42.1=9.7542105Nm 第三章 传动零件的设计计算 3.1 高速级斜齿轮的设计和计算 3.1.1 选精度等级,材料及齿数
7、(1)齿轮的材料,精度和齿数选择,因传递功率不大,转速不高,小齿轮用40Cr,大齿轮用45号钢,锻选项毛坯,大齿轮、正火处理,小齿轮调质,均用软齿面,小齿轮硬度为280HBS,大齿轮硬度为240HBS。(2)齿轮精度用7级,软齿面闭式传动,失效形式为点蚀。(3)虑传动平稳性,齿数宜取多些,取=24,则=243.93=94.32,取=94。(4)选取螺旋角。初选螺旋角为=14o3.1.2 按齿面接触强度设计 由设计公式 试算(1)确定公式内的各计算数值 1)试选载荷系数Kt=1.6。 2)计算小齿轮传递的转矩。3)由机械设计课本表10-7选取齿宽系数4)由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=1
8、89.8MP。 5)由图10-21d按齿面强度查地小、大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1=600Mpa Hlim2=550Mpa。 6)由式10-13计算应力循环次数。 N1=60n1j Lh=6014401(2836510)=5.05N2=N1/i2=5.05109/3.93=1.2897)由图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=0.90,KHN2=0.95。 8)计算接触疲劳许用应力。取失效概率为0.01,安全系数S=1由式10-12得:H1=Hlim1 KHN1/S=6000.90/1 Mpa=540 MpaH2=Hlim2 KHN2/S=5500.95/1 Mpa=522.5Mpa9
9、) 由图10-30选取区域系数ZH=2.433。10) 由图10-26查得 ,则11) 许用接触力:计算1)试算=39.629mm2) 圆周速度(3)齿宽模数 (4)计算纵向重合度(5)计算载荷系数K根据V=2.988m/s,7级精度,由图10-8查得动载系数Kv=1.12。;由表10-2查得使用系数KA=1.25;由表10-4查得7级精度,小齿轮相对支承非对称布置时,=1.417。查图10-13得=1.34;故载荷系数:(6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由式10-10a得 (7)计算模数3.1.3 按齿根弯曲强度设计由式10-5得弯曲强度的设计公式为(1)确定公式内的各计算数值1
10、)计算载荷系数KK=1.251.121.41.34=2.632)根据纵向重合度=1.903,从图10-28查得螺旋角影响系数=0.883)计算当量齿数4) 查取齿形系数 由表10-5查得 5) 查取应力校正系数由表10-5查得6)由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限7)由图10-18取弯曲疲劳寿命系=0.86,=0.89;8)计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式10-12得/S=0.86500/1.4=307.14MPa/S=0.89380/1.4=241.57MPa 9)计算大、小齿轮的并加以比较 =2.5921.596/307.14=0.
11、01347MPa=2.1781.791/241.57=0.01615MPa大齿轮的数值大。(2) 设计计算对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于mn由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大于主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取mn=2mm,按接触强度算得的分度圆直径=47.643mm,算出小齿轮齿数(3)几何尺寸计算1)计算中心距将中心距圆整为122mm2) 将圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多,故参数,等不必修正。 b3) 计算分度圆直径=942/cos14.7123=194.373mm4) 计算
12、齿轮宽度圆整后取B2=50mm,B1=55mm 5)结构设计齿顶高齿根高齿高齿顶圆直径:小齿轮=d+2=53.627 mm 大齿轮=198.373 mm 齿根圆直径:小齿轮=d-2=44.627 mm 大齿轮= d-2=190.373 mm3.2 低速级斜齿轮的设计和计算 3.2.1 选精度等级,材料及齿数。 1)齿轮的材料,精度和齿数选择,因传递功率不大,转速不高,小齿轮用40Cr,大齿轮用45号钢,锻选项毛坯,大齿轮、正火处理,小齿轮调质,均用软齿面,小齿轮硬度为280HBS,大齿轮硬度为240HBS。 2)齿轮精度用7级,软齿面闭式传动,失效形式为占蚀。 3) 虑传动平稳性,齿数宜取多些
13、,取,则,取。4) 选取螺旋角。初选螺旋角14。3.2.2 按齿面接触强度设计 由设计公式试算(1)确定公式内的各计算数值 1)试选载荷系数Kt=1.6 2)计算小齿轮传递的转矩。3)由机械设计课本表10-7选取齿宽系数4)由表10-6查得材料的弹性影响系数=189.8MP5)由图10-21d按齿面强度查地小,大齿轮的接触疲劳强度极限 6) 由式10-13计算应力循环次数。7)由图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=0.95,KHN2=0.97。8)计算接触疲劳许用应力。取失效概率为0.01,安全系数S=1.由式10-12得H1=Hlim1 KHN1/S=6000.95/1 Mpa=570M
14、paH2=Hlim2 KHN2/S=5500.97/1 Mpa=533.5Mpa9)由图10-30选取区域系数10)由图10-26查得 则11)许用接触力(2)计算1)试算2)圆周速度V=d1t n2/(601000)=1.169 m/s 3)齿宽4) 计算纵向重合度 5)计算载荷系数K根据V=1.169m/s,7级精度,由图10-8查得动载系数Kv=1.08,;由表10-2查得使用系数KA=1.25;由表10-4查地7级精度,小齿轮相对支承非对称布置时,=1.421;查图10-13得;故载荷系数: 6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由式10-10a得7) 计算模数3.2.3 按齿根
15、弯曲强度设计由式10-5得弯曲强度的设计公式为(1)确定公式内的各计算数值1)由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限2)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.89,KFN2=0.90; 3)计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式10-12得: 4)计算载荷系数KK=KAKVKFKF=1.251.081.41.35=2.555)根据纵向重合度=1.903,从图10-28查得螺旋角影响系数=0.88 6)计算当量齿数7)查取齿形系数 由表10-5查得 YFa1=2.592;YFa2=2.227 8)查取应力校正系数 由表10-5查得 YSa
16、1=1.596;YSa2=1.763 9) 计算大、小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大。(2) 设计计算对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于mn由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大于mn主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取mn=2.5,按接触强度算得的分度圆直径d1=72.449,算出小齿轮齿数取,取(3)几何尺寸计算1)计算中心距将中心距圆整为141 mm2) 将圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多,故参数等不必修正。 b3) 计算分度圆直径4) 计算齿轮宽度圆整后取B3=72,B2=77.5)
17、结构设计齿顶高齿根高齿高齿顶圆直径小齿轮大齿轮齿根圆直径小齿轮,大齿轮第四章 轴的设计计算4.1 中间轴的设计计算4.1.1 中间轴上的功率P、转速n和转矩T由已知,得:P= P=4.75KW, n= n=366.4r/min4.1.2 确定轴的最小直径先按式15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢,调质处理。根据表15-3,取A0=112。得4.1.3 轴的结构设计(1)拟定轴上零件的装配方案轴的设计示意图如下:(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。1)由于=26.31 mm,轴上开有两键槽,增加后轴径d=30 mm取安装轴承处(该轴直径最小处) 轴径d=30 mm,则d
18、-=d-=30 mm。2)初步选择滚动轴承。选单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据 d-=30 mm,选轴承型号30206,其尺寸为dDT=30 mm62 mm17.25mm。考虑到箱体铸造误差,使轴承距箱体内壁6 mm。3)取轴上安装大齿轮和小齿轮处的轴段-和-的直径d-=d-=34mm.两端齿轮与轴承之间采用套筒定位。已知大齿轮轮毂的宽度为50mm,小齿轮的轮毂宽度为77mm.为了使套筒可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故分别取L-=74mm,L-=47mm。两齿轮的另一端采用轴肩定位,轴肩高度:h0.07d-=0.0734=2.38mm,取h=3mm;轴环处的直径:d-=34+6=
19、40 mm;轴环宽度:b1.4h=1.43=4.2mm,取L-=5mm。4)由于安装齿轮的轴段比轮毂宽度略短,所以L-=17.25+6+16+3=42.25 mm L-=17.25+6+18.5+3=44.75 mm (3)轴上零件的周向定位 齿轮与轴的周向定位均采用平键连接。按d-和d-分别由表6-1查得平键截面bh=10 mm8 mm,长度分别为63 mm和36 mm, 同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为;滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为m6。(4)确定轴上的圆角和倒角尺寸参考表15-2,取轴端倒角为245。(5) 轴的校
20、核经校核,该轴合格,故安全。4.2 高速轴的设计计算4.2.1 求高速轴上的功率P、转速n和转矩T由已知,得:P=P1=4.95kw,n=n1=1440 r/min4.2.2 初步确定轴的最小直径 先按式15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢,调质处理。根据表15-3,取A0=112.得 轴上有一键槽,则增加后得直径d=20 mm,高速轴的最小直径为安装联轴器处轴的直径d-,取d-=20 mm。4.2.3 轴的结构设计(1)拟定轴上零件的装配方案轴的设计示意图如下:(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)为了满足半联轴器的轴向定位要求,-轴段左端需制出一轴肩,故取-段的直
21、径d-=24 mm,左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径D=26 mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=38 mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故取-段的长度应比L1略短一些,现取L-=36mm。2)初步选择滚动轴承。因轴承同时承受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据 d-=24 mm,选轴承型号30205,其尺寸dDT=25 mm52 mm16.25 mm,故d-=d-=25 mm.由于轴承右侧需装甩油环,且轴承需离箱体内壁一段距离,考虑到箱体铸造误差,使轴承距箱体内壁6 mm。,则取L-=L-=16.25 mm。右端滚动轴承采用轴肩
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