哈工大機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)一、傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)1.1 電動(dòng)機(jī)的選擇1.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)類型根據(jù)設(shè)計(jì)要求和工作條件選用Y系列三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)為全封閉自扇冷式結(jié)構(gòu)，電壓為380 V。1.1.2 選擇電動(dòng)機(jī)容量根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，工作機(jī)的有效功率為Pw=Fxv1000=2130Nx1.1ms1000=2.343Kw從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)輸送帶之間的總效率為：=1224324式中，1、2、3、4分別為聯(lián)軸器、軸承、齒輪傳動(dòng)和卷筒的傳遞效率。由表9.1取1=0.99、2=0.99、3=0.97、4=0.97，則=1224324=0.992x0.994x0.972x0.97=0.86所以電動(dòng)機(jī)所需工作功率為Pd=Pw=

2、2.343kW0.86=2.72kW1.1.3 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速按表2.1推薦的傳動(dòng)比合理范圍，二級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比i=840，而工作機(jī)卷筒軸的轉(zhuǎn)速為nw=60x1000xvd=60x1000x1.1x240rmin88 rmin所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為nd=inw=840x88rmin=7043520 rmin符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750r/min、1000r/min和1500r/min三種。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、質(zhì)量、及價(jià)格等因素，為使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，決定選用同步轉(zhuǎn)速為1000 r/min的電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)類型、容量和轉(zhuǎn)速，查表15.1選定電動(dòng)型號(hào)為Y132S-6，其

3、主要性能如下表：電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率/Kw滿載轉(zhuǎn)速/(r/min)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y132S-63902.02.0電動(dòng)機(jī)的主要安裝尺寸和外形尺寸如下表：型號(hào)HABCDEFxGDGKbb1b2AAHAL1Y132S 13221614089388010x8331228021013560184751.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比并分配傳動(dòng)比總傳動(dòng)比i為i=nmnw=96088=10.91分配傳動(dòng)比i=iIxiII考慮潤滑條件，為使結(jié)構(gòu)緊湊，各級(jí)傳動(dòng)比均在推薦值范圍內(nèi)，取iI=1.4iII，故iI=1.4i=1.4x10.91=4iII=iiI=12.084.11=2.731.3 計(jì)算傳動(dòng)裝

4、置各軸的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)1.3.1 各軸的轉(zhuǎn)速I軸： nI=nm=960rminII軸： nII=nIiI=960rmin4=240rminIII軸： nIII=nIIiII=240 rmin2.73=88 rmin卷筒軸：nW=nIII=88rmin1.3.2 各軸的輸入功率I軸： PI=Pd1=2.72 kWx0.99=2.69 kWII軸： PII=PI23=2.69kWx0.99x0.97=2.58kWIII軸： PIII=PII23=2.58 kWx0.99x0.97=2.48 kW卷筒軸：P卷=PIII12=2.48x0.99x0.99=2.43 kW1.3.3 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)

5、機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Td為 Td=9.55x106xPdnm=9.550x106x2.72 kW960 rmin=2.71x104Nmm 所以： I軸： TI=Td1=27100Nmmx0.99=2.68x104Nmm II軸： TII=TI12iI=26800Nmmx0.99x0.97x4=10.29x104Nmm III軸： TIII=TII23iII=102900Nmmx0.99x0.97x2.73=2.698x105Nmm 卷筒軸：T卷=TIII12=269800Nmmx0.99x0.99=2.644x105Nmm 將以上結(jié)果匯總到表，如下軸名參數(shù)電動(dòng)機(jī)軸I軸II軸III軸滾筒軸轉(zhuǎn)速n/（r/

6、min）960.0960.0240.08888功率P/(kW)2.722.692.582.482.43扭矩T/(Nmm)傳動(dòng)比i14.02.731效率0.990.960.960.98二、傳動(dòng)件設(shè)計(jì)2.1 高速級(jí)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)2.1.1 選擇齒輪材料、熱處理方式和精度等級(jí)考慮到帶式運(yùn)輸機(jī)為一般機(jī)械，故大、小齒輪均選用45鋼，采用軟齒面，由文獻(xiàn)1表8.2得：小齒輪調(diào)制處理，齒面硬度為21725HBW，平均硬度為236HBW；為保證小齒輪比大齒輪具有更好的機(jī)械性能，大齒輪正火處理，齒面硬度為162217HBW，平均硬度為190HBW。大小齒輪齒面評(píng)價(jià)硬度差為46HBW，在3050HBW之間。選

7、用8級(jí)精度。2.1.2初步計(jì)算傳動(dòng)主要尺寸因?yàn)槭擒淉X面閉式傳動(dòng)，故按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。由式中各參數(shù)為：(1) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。由前面設(shè)計(jì)可知，(2) 設(shè)計(jì)時(shí)，因v值未知，不能確定，故可初選載荷系數(shù)Kt = 1.11.8，此處初取Kt = 1.4。(3) 由表6.6取齒寬系數(shù)。(4) 由表8.5查得彈性系數(shù)。(5) 初選螺旋角由圖8.14查得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)。(6) 齒數(shù)比。(7) 初選= 21, 則 ，取。傳動(dòng)比誤差5%，符合設(shè)計(jì)要求。(8)端面重合度=1.88 -3.21z1+1z2cos= 1.88 -3.2117+189cos12=1.66。軸面重合度=0.318dz1tan=0.

8、3181.121tan12=1.42由圖6.16查得重合度系數(shù)Z=0.825由圖8.24查得螺旋角系數(shù)Z=0.99(9) 接觸許用應(yīng)力可由H= ZNHlimSH求得，由圖6.29（e）、（a）得接觸疲勞極限應(yīng)力Hlim1=570MPa，Hlim2=390MPa，SH=1.0。大小齒輪1、2的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為N1=60n1aLh=609601.0382505=1.728109N2= N1i1= 4.32108由圖6.30查得壽命系數(shù)ZN1=1.0，ZN2=1.1（允許有局部點(diǎn)蝕）；由表6.7，取安全系數(shù)SH=1.0。H1= ZN1HlimSH= 1.05701.0 =570.0MPaH2= Z

9、N2HlimSH= 1.13901.0 =429.0MPa故取H= H2= 429.0MPa計(jì)算小齒輪1的分度圓直徑d1t， 得d1t32KtTdu+1uZEZHZZH2=321.4268001.04+14189.82.450.8250.994292 =42.01 mm2.1.3確定傳動(dòng)尺寸(1) 計(jì)算載荷系數(shù)K。由表6.3查得使用系數(shù)KA=1.0。齒輪線速度如下式v= d1tn1601000=42.0196060000=2.11 m/s由圖6.7查得動(dòng)載荷系數(shù)KV = 1.13(設(shè)軸剛性大)；由圖6.12查得齒向載荷分布系數(shù)K=1.10；由表6.4查得齒間載荷分布系數(shù)K=1.2，故K=KAK

10、VKK=1.01.131.101.2=1.49(2) 對(duì) d1t進(jìn)行修正。因?yàn)镵與Kt有較大差異，故需對(duì)按照Kt值設(shè)計(jì)出來的 d1t進(jìn)行修正，即d1= d1t3KKt=42.89mm(3) 確定模數(shù)mnmn= d1cosz1= 42.89cos12 21=2.00按表6.1，取mn=2(4) 計(jì)算傳動(dòng)尺寸。中心距a= mnz1+z22cos= 221+852cos12=108.37 mm圓整為a=109mm,則螺旋角=arccosmnz1+z22a=arccos221+852109=13.47因?yàn)橹蹬c初選值相差較大，故與有關(guān)的數(shù)值需修正，修正后的結(jié)果是=1.64，=1.61，Z=0.78， Z

11、=0.98， d1=40.31。顯然值改變后，d1的計(jì)算值變化很小，因此不再修正mn和a。故d1=mnz1cos=221cos13.47=43.189 mmd2=mnz2cos=285cos13.47=174.811 mmb=dd1=1.043.189=43.189 mm圓整為b=45 mm。取b2=b=45mm，b1=50mm。2.1.4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度F= 2KTbmnd1YFYsYYF式中各參數(shù)：(1) K、T、mn同前。(2) 齒寬b = b2=45 mm。(3) 齒形系數(shù)YF與應(yīng)力修正系數(shù)Ys。當(dāng)量齒數(shù)zv1=z1cos3=21cos13.47=22.85zv2=z2cos3=

12、85cos13.47=91.41查圖6.20得齒形修正系數(shù)YF1=2.68，YF2=2.22。由圖6.21查得應(yīng)力修正系數(shù)Ys1=1.57，Ys2=1.81。(4) 查圖8.21得重合度系數(shù)Y=0.72。(5) 查圖8.26得螺旋角系數(shù)Y=0.90。(6) 許用彎曲應(yīng)力可由下式算得F= YNFlimSF查得彎曲疲勞極限應(yīng)力Flim1=220 MPa，F(xiàn)lim2=170 MPa查得壽命系數(shù)YN1= YN2=1.0。查得安全系數(shù)SF=1.25，故F1= YN1Flim1SF= 1.0220 1.25=176 MPaF2= YNFlim2SF= 1.0170 1.25=136 MPa故F1= 2KT

13、bmnd1YF1Ys1YY= 21.5216813.3840236.052.681.570.720.90=48.32 MPa F1F2= F1YF2Ys2YF1Ys1=48.322.221.812.681.57=46.14 MPaF2 滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度要求。2.1.5 齒輪傳動(dòng)其它幾何尺寸各齒輪的尺寸及參數(shù)計(jì)算詳見下表。圓柱齒輪幾何尺寸表序號(hào)項(xiàng)目代號(hào)計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果1齒數(shù)齒輪1z1/21齒輪2z2/852法面模數(shù)(mm)mn/23端面模數(shù)(mm)mtmn/cos2.0574法面壓力角（度)n/205端面壓力角（度)t20.5666齒頂高系數(shù)han*/17頂隙系數(shù)cn*/0.258標(biāo)準(zhǔn)中心距

14、(mm)amnz1+z22cos1099實(shí)際中心距(mm)a10910螺旋角/11變位系數(shù)齒輪1x10齒輪2x2012齒頂高(mm)齒輪1ha1han*cos*mt2齒輪2ha2213齒根高(mm)齒輪1hf1han*+cn*cos*mt2.5齒輪2hf22.514分度圓直徑(mm)齒輪1d1mt*z43.189齒輪2d2174.81115齒頂圓直徑(mm)齒輪1da1da= d+2xha47.189齒輪2da2178.81116齒根圓直徑(mm)齒輪1df1df= d-2xhf38.189齒輪2df2169.8112.2.1 選擇齒輪材料、熱處理方式和精度等級(jí)與高速級(jí)一樣，低速級(jí)大、小齒輪均

15、選用45#鋼，采用軟齒面，小齒輪調(diào)制處理，齒面硬度為21725HBW，平均硬度為236HBW；為保證小齒輪比大齒輪具有更好的機(jī)械性能，大齒輪正火處理，齒面硬度為162217HBW，平均硬度為190HBW。大小齒輪齒面評(píng)價(jià)硬度差為46HBW，在3050HBW之間。選用8級(jí)精度。2.2.2 初步計(jì)算傳動(dòng)主要尺寸因是閉式軟齒面?zhèn)鲃?dòng)，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)d332KT3du+1uZEZHZH2式中各參數(shù)為：(1) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T2。T2=102900Nmm(2) 設(shè)計(jì)時(shí)，因v值未知，Kv不能確定，故可初選載荷系數(shù)Kt = 1.11.8，此處初取Kt = 1.3。(3) 由參考文獻(xiàn)1表8.

16、6取齒寬系數(shù)d=1.0。(4) 由參考文獻(xiàn)1表8.5查得彈性系數(shù)ZE=189.8MPa。(5) 由參考文獻(xiàn)1圖8.14查得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH=2.5。(6) 齒數(shù)比u= i2=2.73。(7) 初選z3=23, 則z4=uz3=2.7323=62.79 ，取z4=63。傳動(dòng)比誤差5%，符合設(shè)計(jì)要求。=1.88 -3.21z3+1z4cos= 1.88 -3.2123+1631.0=1.69。由圖8.5查得重合度系數(shù)Z= 0.87(8) 接觸許用應(yīng)力可由H= ZNHlimSH算得，由高速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)可知Hlim3=570MPa，Hlim4=390MPa，SH=1.0。而N3=N2，故壽命系數(shù)ZN3=

17、ZN2=1.05（允許有局部點(diǎn)蝕），N4= N3i2= 4.9151082.94=1.33108，由參考文獻(xiàn)1圖6.30查得壽命系數(shù)ZN4=1.15（允許有局部點(diǎn)蝕）；則H3= ZN3HlimSH= 1.05x5701.0 =598.5 MPaH4= ZN2HlimSH= 1.15x3901.0 =448.5MPa故取H= H4= 448.5MPa計(jì)算小齒輪3的分度圓直徑d3t d3t32KtT2du+1uZEZHZH2=321.383925.301.22.73+12.73189.82.50.87448.52 =67.473mm2.2.3 確定傳動(dòng)尺寸(1) 計(jì)算載荷系數(shù)K。由參考文獻(xiàn)1表8.

18、3查得使用系數(shù)KA=1.0。齒輪線速度如下式v= d3tnII601000=67.473240601000=0.85 m/s由參考文獻(xiàn)1圖6.得動(dòng)載荷系數(shù)KV = 1.07；由參考文獻(xiàn)1圖6.12載荷分布系數(shù)K=1.1參考文獻(xiàn)1表6.4得齒間載荷分布系數(shù)K=1.2故K=KAKVKK=1.01.071.11.2=1.41(2) 因?yàn)镵與Kt相差較大，故需按Kt值計(jì)算出的d3t進(jìn)行修正，即d3=d3t3KKt=67.47331.411.3=69.325mm(3) 確定模數(shù)mm= d3z3= 69.32523=3.01 mm （按表6.1取m=3mm)(4) 計(jì)算傳動(dòng)尺寸。中心距a= 12mz3+z

19、4= 12323+63=129mma) 計(jì)算傳動(dòng)尺寸d3=mz3=323=69mmd4=mz4=363=189mmb= dd3=69取b3=70 mm，b4=75 mm 。2.2.4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度F= 2KTbmdYFYsYF式中各參數(shù)：(1) K、T2、m同前。(2) 齒寬b = b3 =70mm。(3) 齒形系數(shù)YF與應(yīng)力修正系數(shù)Ys。查參考文獻(xiàn)1 圖8.19得YF3=2.67，YF4=2.23查參考文獻(xiàn)1 圖8.20得Ys3=1.57，Ys4=1.77查參考文獻(xiàn)1 圖8.15得重合度系數(shù)Y=0.70。許用彎曲應(yīng)力可由下式算得F= YNFlimSF查得彎曲疲勞極限應(yīng)力Flim3=2

20、20 MPaFlim4=170 MPa由前面計(jì)算N3=N2=4.915108，N4=1.33108查參考文獻(xiàn)1 圖6.31得壽命系數(shù)YN3= YN4=1.0。查參考文獻(xiàn)1 表6.7得安全系數(shù)SF=1.25，故F3= YN3Flim3SF= 1.0220 1.25=176 MPaF4= YNFlim4SF= 1.0170 1.25=136 MPa故F3= 2KTIIbmd3YF3Ys3Y= 21.4583925.30702.557.52.671.570.70=70.97 MPa F4= F3YF4Ys4YF3Ys3=70.972.231.772.671.5766.82 MPa 容易看出F1F3F

21、21.212 mm齒輪端面與內(nèi)機(jī)壁距離210 mm機(jī)蓋、機(jī)座肋厚m1、mm10.851,m0.85軸承端蓋外徑D2軸承座孔徑+(55.5)d3視具體軸承而定軸承端蓋凸緣厚度e(11.2)d39 mm軸承旁連接螺栓距離ssD2視具體軸承而定3.2 草圖第一階段3.2.1 間距確定(1) 取中間軸上兩齒輪軸向間距4=6mm。(2) 因采用油潤滑，軸承外圈端面至機(jī)體內(nèi)壁的距離要留出安放擋油板的空間，取3=4 mm；取擋油板寬度C=4 mm。(3) 取中間軸上齒輪2端面至機(jī)體內(nèi)壁的距離2=10 mm3.2.2 高速軸軸系部件設(shè)計(jì)(1) 選擇軸的材料因傳遞功率不大，且對(duì)質(zhì)量與結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，故選用4

22、5鋼并進(jìn)行調(diào)制處理。(2) 初步軸徑dmin，并根據(jù)相配聯(lián)軸器的尺寸確定軸徑d1和長度L1對(duì)于轉(zhuǎn)軸，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初算軸徑，由參考文獻(xiàn)3第759頁得，C=97106，考慮軸端彎矩比轉(zhuǎn)矩小，取C= 97，則dmin=C3Pn=9732.69960=13.68 mm考慮鍵槽影響，取dmin=13.681+5% mm=14.36 mm。(3) 確定軸的軸向固定方式因?yàn)辇X輪減速器輸出軸的跨距不大，且工作溫度變化不大，故軸向固定采用兩端固定方式。(4) 聯(lián)軸器及軸段前面計(jì)算的dmin即為軸段的直徑，又考慮軸段上安裝聯(lián)軸器，因此軸段的設(shè)計(jì)與聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。由前面設(shè)計(jì)可知，選用彈性柱銷聯(lián)軸器。查文獻(xiàn)1表1

23、3.1取KA=1.5，計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc1= KAT=1.526.8=40.2 Nm由參考文獻(xiàn)2表13.1查詢可得GB/T 5014-2003中的LH1型彈性柱銷聯(lián)軸器符合要求，其參數(shù)為：公稱轉(zhuǎn)矩160 Nm，許用轉(zhuǎn)速為7100 r/min，軸孔直徑范圍是1224 mm。滿足電動(dòng)機(jī)軸徑要求。取與軸相連端軸徑16 mm，軸孔長度30 mm，J型軸孔，選用A型鍵，聯(lián)軸器主動(dòng)端代號(hào)為HL2 1630 GBT5014-2003。相應(yīng)的，軸段的直徑d1=16mm，軸段長度應(yīng)該比聯(lián)軸器略短，故取其長度為l1=28 mm(5) 密封圈與軸段聯(lián)軸器右端采用軸肩固定，取軸肩高度h=1 mm，則軸段的直徑d_2=18

24、mm。(6) 軸承與軸段及軸段由前面設(shè)計(jì)知，軸承類型為角接觸軸承，暫取軸承型號(hào)為7304C，由文獻(xiàn)2表12.2查得內(nèi)徑d=20 mm，外徑D=52 mm，寬度B=15 mm，定位軸肩直徑damin=27 mm，。故軸段的直徑d3=20 mm。軸段的直徑應(yīng)與軸段相同，即d7=20 mm。(7) 軸段由于齒輪齒根圓直徑較小，若選擇d4=30mm， df1-d4-t1=38-30-3.3S，故A-A截面安全。(3) 校核鍵連接的強(qiáng)度滾筒與軸連接處為平鍵連接，擠壓應(yīng)力p=4Tdhl式中：d鍵連接處的軸徑，mm； T傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nmm； h鍵的高度，mm； l鍵連接長度，mm；故p=4Tdhl=4x26

25、980042x8x63= 50.98 MPa鍵、軸材料均為45鋼，p= 120150MPa。p p，故強(qiáng)度滿足需要。(4) 校核軸承強(qiáng)度由參考文獻(xiàn)2查得6208軸承的Cr=29500 N,C0=18100N。軸承工作環(huán)境無軸向力，軸承1的工作環(huán)境比軸承2工作環(huán)境惡劣，故只需校核軸承2。計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P=XFr其中，X為動(dòng)載荷徑向系數(shù)，F(xiàn)r為軸承徑向載荷。由參考文獻(xiàn)1表11.12可知，X=1。則P=XFr= Fr= FR2=1979.21 N(5) 校核軸承壽命軸承在100下工作，fT=1。根據(jù)其載荷性質(zhì)，取fP=1.1。軸承壽命為Lh=10660xnfTCrPfP3=10660x88x1x29

26、5001.1x1979.213=4.71105 h已知減速器使用五年，三班工作制，則預(yù)期壽命為Lh=8x3x250x5=30000 h軸承壽命很充裕。3.3 草圖第二階段3.3.1 傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1) 齒輪2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪2 齒頂圓直徑da2=178.81 mm，為了減少質(zhì)量和節(jié)約材料，采用腹板式結(jié)構(gòu)。采用自由鍛毛坯結(jié)構(gòu)，如下圖所示。圖中各尺寸如下：dh=27 mmD11.6dh=1.627=43.2 mm取D1=45 mmD2da-10m=178.81-10*2=158.81 mm， 為增強(qiáng)齒根部強(qiáng)度，取D2=160 mmc=0.20.3b=0.20.345=913.5 mm取c=10 m

27、mr=0.5c=0.510=5 mmD0=0.5D1+D2=0.545+160=102.5mmd00.25D2-D1=0.25160-45=28.75 mmL=1.21.5dh=4252.5=45mm(2) 齒輪3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪3 齒頂圓直徑da3=75mmV0，滿足設(shè)計(jì)，潤滑條件較好。(2) 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳見A0圖紙。3.4.2 減速器的附件設(shè)計(jì)(1) 窺視孔蓋和窺視孔在機(jī)蓋頂部開有窺視孔，能看到 傳動(dòng)零件齒合區(qū)的位置，并有足夠的空間，以便于能伸入進(jìn)行操作，窺視孔有蓋板，機(jī)體上開窺視孔與鑄造的凸緣一塊，有便于機(jī)械加工出支承蓋板的表面并用墊片加強(qiáng)密封，蓋板用鋼板焊接制成，用M6螺栓緊固。按要求選取A=90,B=60，A1=120，B1=90，C=105，C1=7