机械设计任务书

目录1 设计任务书 11.1 总 体 布 置 简 图 11.2 工作条件11.3 原始数据11.4 设计内容11.5 设计任务21.6 设计进度22 传动方案的分析 23 电动机的选择 23.1 系 统 电 动 机 类 型 的 选 择 23.2 选 择 电 动 机 容 量 23.3 选 择 电 动 机 的 转 速 33.4 电动机的技术参数和外型、 安装尺寸4 传动装置运动和动力参数计算4.1 测 传 动 装 置 总 传 动 比 44.2 分 配 各 级 传 动 比 45.1齿轮设计55.1.1高速级齿轮传动设计55.1.2低速级齿轮传动设5 传动件的设计计算 4计 1116166 轴的设计计算 6.1 高速级轴（轴 I ）的设计6.2 中速轴（ II 轴）的设计186.3 低速轴（轴 III ）的设计207 滚动轴承的选择计算 237.1 输 出 轴 承 的 选 择 与 计 算 238 键联接的选择及校核计算 258.1 输 出 轴 与 联 轴 器 的 键 连258.2 输出轴与齿轮的键连接9 联轴器的选择 269.1 输入轴（轴 I ）的联轴器的选择269.2 输出轴（轴 III ）的联轴器的选择2610 减速器附件的选择 2611 润滑与密封 2712设计小结 27参考文献 281 设计任务书1.1 总体布置简图图 1-1 总体布置简图1.2工作条件使用年限为 10 年，（每年工作 300 天），一班制，带式运输机中等冲击， 转向不变。1.3 原始数据运输带曳引力 F（ N）：1820运输带速度 V（m/s）：0.82滚筒直径 D （mm）： 2651.4 设计内容（1）电动机的选择与运动参数计算（2）传动装置的设计计算（3）轴的设计（4）滚动轴承的选择与校核（5）键的选择和校核（6）联轴器的选择（7）装配图、零件图的绘制（8）编写设计计算说明书1.5 设计任务（1）减速器总装配图一张（2）低速轴、齿轮、箱盖或箱座各一张（3）设计说明书一份1.6 设计进度（1）第一阶段：总体计算和传动件参数计算（2）第二阶段：轴与轴系零件的设计（3）第三阶段：轴、轴承、键及联轴器的校核及草图绘制（4）第四阶段：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写2 传动方案的分析由设计任务书知传动类型为：二级展开式斜齿齿轮减速器 传动方案应满足工作机的性能要求， 适应工作条件， 工作可靠， 而且要求结 构简单，尺寸紧凑，成本低，传动效率高，操作维护方便。设计时可同时考虑几 个方案，通过分析比较最后选择其中较合理的一种。 下面为课程设计中的 b、c、 d 几种方案的比较。 a 方案宽度和长度尺寸较大，带传动不适应繁重的工作条件 和恶劣的环境。但若用于链式或板式运输机， 有过载保护作用； b 方案结构紧凑， 若在大功率和长期运转条件下使用， 则由于蜗杆传动效率低， 功率损耗大， 很不 经济；d 方案宽度尺寸小 , 适于在恶劣环境下长期连续工作 . 但圆锥齿轮加工比圆 柱齿轮困难； c 方案 与 b 方案相比较宽度尺寸较大，输入轴线与工作机位置是 水平位置，宜在恶劣环境下长期工作。根据传动要求和给定数据，故选择方案 c，二级圆柱齿轮减速器传动。3 电动机的选择3.1 电动机类型的选择Y系列三相异步电动机3.2选择电动机容量1. 工作机所需功率 ? = 1000 = 1.4924 kw60 1000? = = 59r/min ? ?2. 电动机输出功率 ?考虑传动装置的功率损耗，电动机的输出功率为? ?= ? ?试中为 ?从电动机到工作机主动轴之间的总效率，即?= ?1?2 ?22 ?33 ?4?其中1，2，3，4分别为传动系统中联轴器，齿轮传动及滚动轴承的效 率和滚筒效率，取 1=0.99， 2 =0.98， 3=0.98， 4 =0.98?= ?1?2 ?22 ?33 ?4?0 . 8 8 =6电动机的输出功率为：?= ?= 1.685 kw ? ?3. 确定电动机的额定功率 ?选定电动机的额定功率 ?= 2.2 ?3.3 选择电动机的转速? = 59 r/min因为 ?= （860 ）?则电动机转速的可选范围为?= （860 ） 59 = 4723540 r/min可见同步转速为 750r/min , 1000r/min ，1500r/min 的电动机都符 合，这里初选同步转速为 1000r/min ， 1500r/min 的两种电动机进行比 较，如下表：表 3-1 电动机方案比较表（指导书 表 20-1 ）方案电动机型号额定功率（ kw）转速（ r/min ）同步/ 满载电动机质量（ kg ）传动装置总传动比1Y100L1-42.2150014203422.292Y112M-62.210009404514.76由表中数据可知，方案 2 的总传动比最小，传种装置结构尺寸最小， 再综合考虑重量及价格因素， 决定采用方案 2，选定电动机型号为 Y112M-6。 3.4 电动机的技术参数和外型、安装尺寸表 3-2 电动机参数（指导书 表 20-2 ）型号HABCDEFGDGY112M-61121901407028608724KABADACHDAABBHAL1224519011526550180154004 传动装置运动和动力参数计算4.1 传动装置总传动比9405915.93?= ? =?4.2 分配各级传动比取高速级的圆柱齿轮传动比 ?1?= 4.19，取 ?1?= 1.1?2?，则低速级的圆柱齿轮 的传动比 i2 为?2?= ?1?= 154.923 = 3.8由指导书 表 2-1 及表 2-2 知，传动比合理。5 传动件的设计计算1. 各轴转速电动机轴为轴，减速器高速级轴为轴，中速轴为轴，低速级轴为轴，带轮轴为轴，则?I?= ? = 940 ?/?I?I?I = ?I = 219.63 r/min?1?II?I?II = ?II = 57.80 r/min ?2?按电动机额定功率 Ped 计算各轴输入功率 ?=?e?d ?0?1 = 2.2 0.99 = 2.178 kw ?=? ?1?2 = 2.178 0.97 0.99 = 2.09 kw ?=?2?3 = 2.09 0.97 0.99 = 2.01 kw2. 各轴转矩?2.178?= 9550 = 9550 = 22.13 Nm ?940?2.09?= 9550 = 9550 = 90.88 Nm?219.63?2.01?= 9550 = 9550 = 330.45 Nm?57.8将计算结果汇总列表如下表 5-1 传动件参数汇总表转（ r/min ）940940219.6357.8功率（ kw）2.22.1782.092.01转 ( N m)22.3522.1390.88330.45传动比15.94.193.8效率10.95070.91310.8865.1 齿轮设计高速级齿轮传动设计1. 选择材料、精度及参数a . 根据传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动b . 带式运输机为一般工作机器，速度不高，故选用 8 级精 度 GB10095-88）c . 材料选择。 查图表（表 10-1 ），选择小齿轮材料为 40Cr（调质）， 硬度为 241-286 HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 217-255 HBS。d . 初选小齿轮齿数 ?1 = 24 ，则大齿轮齿数Z2=Z 1 i1 =24 4.19=100.56?1?= ?1?= 4.19e . 初选螺旋角 =14f . 选取齿宽系数 d ： d =12. 齿面接触强度设计按下式试算?1?32?1?+?1?(? )1）确定公式内的各计算数值a. 试选 ? ?=? 1.6 。b. 展开式斜齿轮传递的转矩 T1=21.67 N mc. 查图表（ P图 10-30）选取区域系数 ZH =2.433(表 10-5 )选取弹性影响系数 ZE =189.8 MPa2d. ?1 = 0.78 ?1 = 0.87 ?= 1.65?= ?1 tan ?/?= 1.903f. 螺旋角系数 Z?= cos(?=) cos(14) = 0.985 (2)计算接触疲劳许用应力 H 。由图 10 - 25d 查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为?H?lim1 = 600 MPa， ?Hlim2 = 550 MPa。 由式(10 - 15)计算应力循环次数?1 = 60?1?= 60 940 1 (8 300 10) = 1.382 1093.3 108?2 = ?1 1.382 1094.192 ?由图 10 - 23 查取接触疲劳寿命系数 ? ?1? = 0.95，?2 = 1取失效概率为 1% 、安全系数 S = 1，由式( 10 - 14)得?1?2取? = 560MPa。? ?1?H?lim1? ?2? ?H?lim2?= 570 MPa= 550 MPa3)试算小齿轮分度圆直径3 2? ?1?+ 1 ? 2?1? ? ? ( ? )1.6 21.67 1031.654.19 + 1 4.19( 2.433 189.8)560= 32.8 mm4) 调整小齿轮分度圆直径a. 计算实际载荷系数前的数据准备圆周速度?1?1?= 60 1000 = 1.65 m?s齿宽b = ?1?= 1 32.8 = 32.8mmb. 计算实际载荷系数 ?由表10 - 2查得使用系数 ?= 1.5。1.033。根据?= 1.65 m?s、8级精度，由图 10 - 8查得动载系数 ?=计算齿轮的圆周力2?1? 2 22.13 1033?1= ?1?1?= 38.57N= 1.148 103 N?1 1.5 1.148 103? ?1= 44.65N/mm? 38.57查表 10 - 3 得齿间载荷系数 ?H = ?F = 1.4 。由表10 - 4用插值法求得 ?H= 1.448。于是，实际载荷系数?= ? ? ? = 1.50 1.033 1.4 1.448 = 3.14c. 由式（ 10 - 12），按实际载荷系数算得分度圆直径?1 = ?1? = 32.8 3.14 = 41.06mm1 1? ?1.6齿轮模数?1 cos?m = = 1.68 mm?1?3. 齿根弯曲疲劳强度设计由式（ 10-7）计算模数?(?) (?F?a?s?a)( ? )1）确定式中的各参数值a. ?= 2.78 。b. ?= 0.88?Fa ?s?ac.计算?F?a?s?a24由当量齿数?1?1= ?3?(?) = ?3?(?1?4) = 26.27?2101?2= = 112.75?2 ?3?(?) ?3?(?1?4)查图 10 - 17 查得齿形系数 ?F?a1 = 2.592，?F?a2 = 2.17。 查图 10 - 18 查得应力修正系数 ?s?a1 = 1.596，?s?a2 = 1.8002 由图 10 - 24c 查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别?lim1 = 500 MPa， ?lim2 = 380 MPa。由图 10 - 22 查得弯曲疲劳寿命系数 ?N1 = 0.91，?N2 = 0.95取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由式（ 10 - 14）得?1? ?1?F?lim1 ?= 325MPa?2?2?F?lim2?= 257.86 MPa= 0.013?F?a1 ?s?a1?1= 0.015?F?a2 ?s?a2?2取2）试算模数试算模数?F?a ?s?a?F?a2 ?s?a2?2= 0.015? 32?1?242 1.653）调整齿轮模数 1）计算实际载荷系数前的数据准备?(?)( ?F?a ?s?a ) ? ?1?2( ? )0.015 mm = 1.198mm2.78 21.67 103 0.88 ?2?(?1?4)?1 =?1? cos ?=1.25 32cos14= 41.66mm?=?1?160 1000= 1.65m?sb=? ?= 32.8 mmh = 3.07mmb = 32.8h = 3.0710.672）计算实际载荷系数 ?由图10 8查得动载系数 K?= 1.033 。2?1? 2 22.13 103 ?1=?1 ?1?24.35?1 1.50 1.82103? ?1=N/mm =? 24.35N = 1.82 103 N112N/mm 100?/?查表查表查图10 1K3F = 1.28。则载荷系数KF = KAKvKFKF = 2.78d 1 ? z1 = d1?m?=? 31.87。取z1 = 32 ，z2 = 324.19 = 136.96，为了齿数互质且便于安装， z2 取 137。4. 几何尺寸计算1) 计算中心距a= (?1+?2)?2?(322+13?7?)?214= 108.86 ?2 ?14取中心距为 110mm2)按圆整后的中心距修正螺旋角10 - 3 得齿间载荷分布系数 KF = 1.4。10 4用插值法查得 KH = 1.448 。3)= arccos(?1 + ?2?)?= ?(3?2?+?137) 2 = 16.212 1104)计算齿轮宽度2?计算小、大齿轮的分度圆直径?1? 32 1.25?1 = = 41.66?16.21 ?2?2 = 2 ? = 174.4?2 ?b =?1 = 1 41.66 = 41.66?取?2?= 45?,?1? = 55?。5)结构设计由 e 2mt1 ，小齿轮做成齿轮轴 齿顶圆直径 ?2 500?，大齿轮可以做成腹板式结构。5圆整中心距后的强度校核齿轮副的中心距在圆整之后， ? ?、? 、和?、?、?等均发生变化，应重 新校核齿轮强度，以明确齿轮的工作能力。（ 1） 齿面接触疲劳强度校核圆整中心距后的各计算结果为 ? = 3.14 、 ?1?= 21.67 103 ?、?= 1、?1 = 41.66 ? 、 u= 4.19 、 ? = 2.4331?= 189.8 MPa1?2 。2?1?+ 1? ? ?= 2?113?+?13.35 22.13 103 4.2 + 11 51.84 34.22.433 189.8 0.49 0.96= 198 ?圆整中心距后的各计算结果为2）齿根弯曲疲劳强度校核?= 2.78、 ?1?= 21.67 103 ?、?F?a1 = 2.592、?s?a1 = 1.596、? = 0.66、 ? = 0.88、?1、?= 1.25 ?。?1? ?F?a1 ?s?a1 ?cos?2?1 =?3?1?22.419 22.13 103 2.6 1.60 0.66 0.42 cos22.19 2 =1 23 242= 11.49? 100?/?10 4用插值法查得 KH2 = 1.417。查图10 1K3F2= 1.35。则载荷系数KF2 = KA2 Kv2 KF2KF2= 2.893）按实际载荷系数计算齿轮模数m2 =3 ?23 2.89mt2 ?2 = 1.46 = 1.91 ? ?21.3取圆整得 m2=2， d3d 3 ?= 45.67 ，z3 = 3 = 22.16 m取z3 = 24，z4 = 24 3.8 = 91.2，为了齿数互质且便于安装， z4 取 95。.4 几何尺寸计算(1)计算中心距a= (?3 +?4 )? ? = (24+91) 2?= 119 ? 2?2 ?14取中心距为 120mm(2)按圆整后的中心距修正螺旋角= arccos (?3 + ?3?)?= ?(?3?2?+?113) 2 = 14.842?(3)计算小、大齿轮的分度圆直径?3?3? = 3 ?= 50?3 ? ?4?4?=?1?95?4 =2 150(4) 计算齿轮宽度b=?2?3 = 50?取?4?= 45?,?3? =50?。5)结构设计小齿轮采用实心式， 齿顶圆直径 ?4? 500?，大齿轮可以做成腹板式结构。5圆整中心距后的强度校核齿轮副的中心距在圆整之后， ?、? 、和?、?、?等均发生变化， 应重新校核齿轮强度，以明确齿轮的工作能力。6.齿面接触疲劳强度校核圆整中心距后的各计算结果为 ?= 1.96 、 ?2?= 89.18 103 ?、?= 1、?3 = 58.04? 、 u= 3.8 、 ?= 2.433 、 ?=1?189.8 MPa ?2 。2?1?+ 1 3b?33 ? ?1.96 89.18 103 3.8 + 11.63 58.04 3 3.82.433 189.8 = 74 ?圆整中心距后的各计算结果为7. 齿根弯曲疲劳强度校核?= 1.96、 ?2?= 89.18103 ?、?F?a3 = 2.60、?s?a3 = 1.58， ?= 0.42、= 14.84 、 ?= 1、?=2 ?、?3? = 28。? ?1? ?F?a4?s?a4?cos?23 2 = 79.13? ?1，所以 ?1 = ?1+ ?= 1343.33N因为 ?1 - ? 1440000? 60? ?故所选用轴承满足寿命要求。确定使用圆锥滚子轴承 30211。?8 键连接的选择与校核计算8.1输出轴与联轴器的键连接(1) 由轴 III 的设计知初步选用平键 149，TIII =330.45 N m，采用圆头普通平键 A 型(2) 校核键连接的强度键、轴和轮毂 的材料 都是钢 ，由课本 (表 6-2 )查得许用应力=100-120MPa，取 p =110MP。a 键的工作长度 l =L-b=56mm，键与轮毂键槽的接触高度 k=0.5h=7mm。由式 p32T 10 可得 kld32TIII 10p III =34.47MPa2TIII 103 kld可见连接的强度不够，选用两个平键 16109 联轴器的选择9.1 输入轴（轴 I）的联轴器的选择根据轴 I 的设计，选用 TL4型弹性套柱销联轴器（ 45 钢），其尺寸如下表所 示表 9-1 输入轴联轴器型号T（ N m ）n （ r/min ）d2 （ mm）L（ mm）转动惯量（ kg m2 ）TL4 63420028620.0049.2输出轴（轴III ）的联轴器的选择表 9-2输出轴联轴器转动惯量型号T（ N m ）n （ r/min ）d2 （ mm）L（ mm）（ kg m2 ）HL3 630500038820.6根据轴 III 的设计，由于 Tca =330.45 N m,载荷中等冲击，较平稳，常具有 缓冲的性能，轴为较低速轴，根据标准 GB5014-85，选用 HL3型弹性柱销联轴器 （ 45钢），其尺寸如下表所示10 减速器附件的选择1视孔盖选用 A=120mm的视孔盖。2通气器选用通气器（经两次过滤） M181.53油面指示器根据指导书表 9-14 ，选用 2 型油标尺 M204油塞根据指导书 9-16 ，选用 M201.5 型油塞和垫片5起吊装置根据指导书表 9-20 ，箱盖选用吊耳 d=20mm6定位销根据指导书表 14-3 ，选用销 GB117-86 A6307起盖螺钉选用螺钉 M82011 润滑与密封 由于该减速器是一般齿轮减速器，故采用油润滑。 输入轴和输出轴的外伸处，为防止润滑脂外漏及外界的灰尘等造成轴承的 磨损或腐蚀，要求设置密封装置，所以采用毛毡圈油封，即在轴承盖上开出梯 形槽，将毛毡按标准制成环形，放置在梯形槽中以与轴密合接触；或在轴承盖 上开缺口放置毡圈油封，然后用另一个零件压在毡圈油封上，以调整毛毡密封 效果，它的结构简单，所以用毡圈密封。12 设计小结 通过十多天的课程设计，感受颇深，复习了学过的知识同时也学到了很多 东西。通过课程设计， 把以前学的东西融合在了一起， 进行了一次综合的运用， 用到了材料力学、理论力学、热加工、机械设计和机械原理等，把这些课程系 统的应用了一遍，同时也是最好的复习，并且把不同的专业课程串在了一起学 习，真正理解了什么是机械设计。另外在设计过程中感悟到了设计所必须的严 谨态度，要对设计中出现的每一个数