[工学]机械设计课程设计李荣强.doc

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1、机械设计课程设计李荣强 04机电2班（17号） 200433005188一、 机械设计课程设计的目的课程设计是机械设计（或机械设计基础）课程中的最后一个教学环节，也是第一次对学生进行教全面的机械设计训练。其目的是：1、 通过课程设计，综合运用机械设计课程和其他相关理论和实际知识，来解决工程实际中的具体设计问题。通过设计实践，掌握机械设计的一般规律，培训分析和解决实际问题的能力。2、 培养机械设计的能力；通过传动方案的拟定，设计计算，结构设计，查阅有关标准和规范以及编写设计计算说明书等各个环节，要求学生掌握一般机械传动装置的设计内容、步骤和方法，并在设计构思和设计技能等方面得到相应的锻炼。二、机

2、械设计课程设计的设计题目和任务机械设计课程设计是对学生首次进行教全面的机械设计训练，其性质、内容和培养学生设计能力的过程与专业课的课程设计应有所不同。机械设计课程设计的题目，一般是选择内容和分量都比较适当的机械传动装置或简单机械，本次设计题目是设计运送原料的带式运输机用的圆柱齿轮减速器。设计内容：根据给定的工况参数，选择适当的电动机、选取联轴器、设计V带传动、设计两级齿轮减速器（所有的轴、齿轮、轴承、减速箱体、箱盖以及其他附件）和与输送带连接的联轴器。其传动简图如下： 动力及传动装置原始数据F(N)=5710，v(m/s)=1.12，D(mm)=610已知条件：（1） 运输戴的工作拉力F=57

3、10N；（2） 运输带工作速度v=1.12m/s；（3） 滚筒直径D=610mm；（4） 滚筒及运输带效率h=0.94，允许总速比误差Pd，符合要求，可避免发动机过热。电动机型号额定功率(kW)同步转速(r/min)满载转速nm(r/min)堵载转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y160M-411 150014602.2 2.23、 确定传动装置的总传动比及其分配根据电动机的满载转速和工作机主轴的转速，传动装置的总传动比： 总传动比： 按照传动比的一般分配原则（机械设计课程设计第7页），并根据机械设计课程设计“图22两级圆柱齿轮减速器传动比分配”和“表24双级减速器的传动比搭配”得一下各级传动比：V

4、带的传动比： 高速级的传动比： 低速级的传动比： 4、 计算传动装置的运动及动力参数计算各轴的转速：输入轴（电机芯轴）转速： r/min轴I的转速： r/min轴的转速： r/min轴的转速： r/min计算各轴的输入功率：轴I的功率： （KW）轴的功率： (KW)轴的功率： (KW)计算各轴的输入转矩：电机的芯轴转矩： Nm轴I的转矩： Nm轴的转矩： Nm轴的转矩： Nm四、V带的设计与校核 确定计算功率则： ，式中，工作情况系数取1.2 根据计算功率与小带轮的转速，查机械设计基础图10-10，选择B型V带。 确定带轮的基准直径取小带轮直径 ，大带轮的直径 根据国标：GB/T 13575.

5、1-1992 取大带轮的直径 验证带速 在之间。故带的速度合适。确定V带的基准直径和传动中心距初选传动中心距范围为：，取 V带的基准长度： 查机械设计基础表10-2，选取带的基准直径长度 实际中心距： 验算主动轮的最小包角 故主动轮上的包角合适。 计算V带的根数z 由，查机械设计基础表10-5，得，由，查表10-6，得，查表10-7，得，查表10-2，得， 取根。 计算V带的合适初拉力 查机械设计基础表10-1，取得 计算作用在轴上的载荷 带轮的结构设计 （单位）mm 带轮尺寸小带轮大带轮槽型BB基准宽度1414基准线上槽深3.53.5基准线下槽深10.810.8槽间距190.4190.4槽边

6、距11.511.5轮缘厚7.57.5外径内径 30 30带轮宽度带轮结构 实心式 轮辐式 V带轮采用铸铁HT150或HT200制造，其允许的最大圆周速度为25m/s.五、设计计算传动零件（一）设计计算齿轮传动1、高速级齿轮校核：（1）选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数。 考虑传递的功率比较大，故大、小齿轮都选用硬齿面。查表选大、小齿轮的材料为45钢，并经调质后表面淬火，齿面硬度为HRC1=HRC2=45 选取精度等级。初选8级精度（GB/T 10095-1988）。 选小齿轮齿数，大齿轮齿数 取Z2117 初选螺旋角15考虑闭式硬齿面齿轮传动的传动失效可能为点蚀，也可能为疲劳折断，故分别按接

7、触疲劳强度和弯曲强度设计，分析对比再确定方案。（2）按齿面接触疲劳强度设计 1） 载荷系数K：试选K=1.5 小齿轮传递的转矩： Nm 齿宽系数：查机械设计附表6.5选取 弹性影响系数：查机械设计表6.4得 节点区域系数： 由,得 端面重合度： 代入上式得 =1.659 接触疲劳强度极限：按齿面硬度查表得 ， 应力循环次数： 接触疲劳寿命系数：查机械设计附图6.4得 ，接触疲劳许用应力： 取失效概率为1%，安全系数，得 因，故取。 2）计算 小齿轮分度圆直径 计算圆周速度： m/s小齿轮齿宽 mm齿宽与齿高比：计算载荷系数: 由v1.19m/s，8级精度，由机械设计附图6.1查得由附表6.2查

8、得，由附表6.1查得，参考附表6.3中8级精度公式估计 由 机械设计附图6.2查得载荷系数 修正分度圆直径： mm计算模数：（3）按齿根弯曲疲劳强度计算：计算载荷系数： 确定齿型系数和应力校正系数： 当量齿数 查表得 计算螺旋角影响系数： 轴面重合度 取 计算许用弯曲应力 ： 查机械设计附图6.3查得 查图可得 ，,取安全系数 = = 确定 ： 计算齿轮模数： = =1.91 比较两种强度计算结果，确定模数为 （4）几何尺寸的计算： 中心距 取 修正螺旋角： 计算齿轮分度圆直径： 计算齿轮齿宽： 取 则 2、低速级齿轮校核：（1）选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数。 考虑传递的功率比较大，故

9、大、小齿轮都选用软齿面。查表选大、小齿轮的材料为45钢，大、小齿轮调质。硬度为250HBS 选取精度等级。初选8级精度（GB/T 10095-1988）。 选小齿轮齿数，大齿轮齿数 初选螺旋角15考虑闭式硬齿面齿轮传动的传动失效可能为点蚀，也可能为疲劳折断，故分别按接触疲劳强度和弯曲强度设计，分析对比再确定方案。（2）按齿面接触疲劳强度设计 1） 载荷系数K：试选K=1.5 小齿轮传递的转矩： Nm 齿宽系数：查机械设计附表6.5选取 弹性影响系数：查机械设计表6.4得 节点区域系数： 由,得 端面重合度： 代入上式得 =1.641 接触疲劳强度极限：按齿面硬度查表得 ， 应力循环次数： 接触

10、疲劳寿命系数：查机械设计附图6.4得 ，接触疲劳许用应力： 取失效概率为1%，安全系数，得 因，故取。 2）计算 小齿轮分度圆直径 计算圆周速度： m/s小齿轮齿宽 mm齿宽与齿高比：计算载荷系数: 由v0.59m/s，8级精度，由机械设计附图6.1查得由附表6.2查得，由附表6.1查得，参考附表6.3中8级精度公式: 取由 机械设计附图6.2查得载荷系数 修正分度圆直径： mm计算模数：（3）按齿根弯曲疲劳强度计算：计算载荷系数： 确定齿型系数和应力校正系数： 当量齿数 查表得 计算螺旋角影响系数： 轴面重合度 取 计算许用弯曲应力 ： 查机械设计附图6.3查得 查图可得 ，,取安全系数 =

11、 = 确定 ： 计算齿轮模数： = 比较两种强度计算结果，确定模数为 （4）几何尺寸的计算： 中心距 取 修正螺旋角： 计算齿轮分度圆直径： 计算齿轮齿宽： 取 则 3、减速器铸造箱体的主要结构尺寸设计。 查设计基础表3-1经验公式，及结果列于下表。名称结果（mm）名称结果(mm)底座壁厚8.6地脚螺栓直径20箱盖壁厚8地脚螺栓数目6底座上部凸圆厚度14螺栓孔凸缘的配置尺寸22，18，30箱盖凸圆厚度12地脚螺栓孔凸缘尺寸30，25，48底座下部凸圆厚度20箱体内壁与齿轮距离20底座加强筋厚度8底座深度200箱底加强筋厚度7底座高度 244轴承座联接螺栓直径12视孔盖固定螺钉直径7底座与箱盖联

12、接螺栓直径10箱盖高度215.5六、设计计算轴（一）轴的设计（1）选择轴的材料选取45号钢 ，调质，HBS230（2） 初步估算轴的最小直径根据教材公式，取A0 =104，得 d A0 26.83（mm）( 3 )轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸考虑电机轴的结构及轴的刚度，取装带轮处轴径为30mm，按照轴的结构要求，取轴承处轴径为40mm，初选轴的轴承为圆锥滚子轴承30308 GB/T 297-1994。 两轴承支点间的距离：，式中： 小齿轮齿宽， 箱体内壁与小齿轮端面的间隙， 箱体内壁与轴承端面的距离， 轴承宽度，选取30308型圆锥滚子轴承，查表13-1，得到 阶梯轴中间部分的长度，131

13、.5 得到：带轮对称线到轴承支点的距离 式中：轴承盖的凸缘厚度， 轴承盖端面至带轮端面的距离，带轮宽度，得到： （4）按弯扭合成应力校核轴的强度 绘出轴的计算简图 ，如图 高速轴的弯矩和转矩（a）受力简图；（b）水平面的受力和弯矩图；（c）垂直面的受力和弯矩图；（d）合成弯矩图；（e）转矩图；（f）计算弯矩图 计算作用在轴上的作用力. 小齿轮的受力分析：圆周力 6075.56 （N）径向力2296.37（N）轴向力=1701.18（N） 带传动作用在轴上的压力Q2019.88(N) 计算支反力水平面内 183 = 244.5得 = 4547.35(N) = -=1528.21 (N)垂直面内

14、得3751.92 N 得-564.33 N 作弯矩图水平面内 = -183 = -279662.43 N.mm垂直面内 N.mm N.mm N.mm合成弯矩 N.mm N.mm N.mm 作扭矩图 =164040N.mm 作计算弯矩图当扭转剪应力为脉动循环变应力时，取系数 = 0.6 N.mm N.mm N.mm N.mm 按弯扭合成力校核周轴的强度轴的材料为45号钢，调制，查表得拉伸强度极限= 650MPa，对称循环变应力时得许用应力b60MPa由计算弯矩图可见，A剖面得计算弯矩最大，该处得计算弯矩为bD剖面轴径最小，该处得计算应力为b(5) 轴的结构简图（二）轴的设计（1）选择轴的材料选取

15、45号刚 ，调质，HBS230（2） 初步估算轴的最小直径根据教材公式，取A0 =104，得 d A0 *43.56（mm）( 3 )轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸按照轴的结构要求，取轴承处轴径为50mm，轴承处轴径也为最小直径处初选轴的轴承为圆锥滚子轴承30210 GB/T 297-1994。两轴承支点间的距离：，式中： 小齿轮齿宽， 大齿轮齿宽， 箱体内壁与小齿轮端面的间隙， 箱体内壁与左轴承端面的距离， 箱体内壁与右轴承端面的距离， 轴承宽度，选取30210型圆锥滚子轴承，查表13-1，得到 得到： （4）按弯扭合成应力校核轴的强度 绘出轴的计算简图 ，如图中间轴的弯矩和转矩（a）受力

16、简图；（b）水平面的受力和弯矩图；（c）垂直面的受力和弯矩图；（d）合成弯矩图；（e）转矩图；（f）计算弯矩图 计算作用在轴上的作用力. 齿轮的受力分析：圆周力 （N） （N）径向力（N）（N）轴向力(N) （N） 计算支反力水平面内得 =9778.45(N) =9012.05 (N)垂直面内 得1423.94 N 得4153.02N 作弯矩图水平面内 = 89.5 = 875171.275 N.mm = 63 = 567759.15 N.mm垂直面内 N.mm N.mm N.mm N.mm合成弯矩 N.mm N.mm N.mm N.mm 作扭矩图 =701800 N.mm 作计算弯矩图当扭转

17、剪应力为脉动循环变应力时，取系数 = 0.6 N.mm N.mm N.mm N.mm N.mm 按弯扭合成力校核周轴的强度轴的材料为45号钢，调制，查表得拉伸强度极限= 650MPa，对称循环变应力时得许用应力b60MPa由计算弯矩图可见，C剖面得计算弯矩最大，该处得计算弯矩为bA,B剖面轴径最小，该处得计算应力为b(5) 轴的结构简图（三）轴的设计（1）选择轴的材料选取45号钢 ，调质，HBS230（2） 初步估算轴的最小直径根据教材公式，取A0 =104，得 d A0 *62.79（mm）( 3 )轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸考虑输出端的结构要求及轴的刚度，取装联轴器处轴径为65mm，

18、按照轴的结构要求，取轴承处轴径为70mm， 初选轴的轴承为圆锥滚子轴承30214 GB/T 297-1994。两轴承支点间的距离：，式中： 大齿轮齿宽， 箱体内壁与大齿轮端面的间隙， 箱体内壁与左轴承端面的距离， 箱体内壁与右轴承端面的距离， 阶梯轴中间部分的长度， 轴承宽度，选取30214型圆锥滚子轴承，查表131，得到 得到：安装联轴器的轴上的键的径向对称中心到轴承支点的距离式中：轴承盖的凸缘厚度， 轴承盖端面至联轴器端面的距离，联轴器宽度，得到：（其中根据轴的转矩N.M和前面选择的轴孔直径为65mm，查表选择弹性柱销齿式联轴器，其型号为：ZL-5,工称转矩为4000N.m,轴孔直径为65

19、mm.） （4）按弯扭合成应力校核轴的强度 绘出轴的计算简图 ，如图低速轴的弯矩和转矩（a）受力简图；（b）水平面的受力和弯矩图；（c）垂直面的受力和弯矩图；（d）合成弯矩图；（e）转矩图；（f）计算弯矩图 计算作用在轴上的作用力. 齿轮的受力分析：圆周力 （N） 径向力（N）轴向力 （N） 计算支反力水平面内 156 = 243.5得 = 7917.78(N) = 4441.06 (N)垂直面内 得575.63 N 得4096.63 N 作弯矩图水平面内 = 156= -692805.36 N.mm 垂直面内 N.mm N.mm合成弯矩 N.mm N.mm 作扭矩图 = 2101930 N.

20、mm 作计算弯矩图当扭转剪应力为脉动循环变应力时，取系数 = 0.6 N.mm N.mm N.mm 按弯扭合成力校核周轴的强度轴的材料为45号钢，调制，查表得拉伸强度极限= 650MPa，对称循环变应力时得许用应力b60MPa由计算弯矩图可见，C剖面得计算弯矩最大，该处得计算弯矩为bD剖面轴径最小，该处得计算应力为b(5) 轴的结构简图 七、选择滚动轴承及寿命计算1、校核轴的两圆锥滚子轴承30308 GB/T 297-1994（其中C86.2kN，） 1）计算轴的受力SA Fa SBA B Fa1701.18 N 查机械设计课程设计表13-1得： 所以轴承A被“压紧”，轴承B被“放松” 2）计

21、算轴受到的当量动载荷和： 查表对于轴承A取 对于轴承B取 取 则 N因为，所以按轴承A验算轴承寿命2、校核轴的两圆锥滚子轴承30210 GB/T 297-1994（其中C72200N，） 1）计算轴的受力SA Fa SBA B Fa1957.36N 查机械设计课程设计表13-1得： 所以轴承A被“压紧”，轴承B被“放松” 2）计算轴受到的当量动载荷和： 查表对于轴承A取 对于轴承B取 取 则 N因为，所以按轴承A验算轴承寿命3、校核轴的两圆锥滚子轴承30214 GB/T 297-1994（其中C125000N，） 1）计算轴的受力SA Fa SBA B Fa3460.53N 查机械设计课程设计

22、表13-1得： 所以轴承B被“压紧”，轴承A被“放松” 2）计算轴受到的当量动载荷和： 查表对于轴承A取 对于轴承B取 取 则 因为，所以按轴承B验算轴承寿命八、键连接的选择和强度校核：1、 高速轴与V带轮用键连接：（1） 选用圆头普通平键（A型）按轴径30mm及轮毂长度120mm，查机械设计课程设计附表10-1选键.（2） 强度校核： 键材料选用45号钢，V带轮材料为铸铁，查表得键联接得许用应力 键的工作长度： 键与轮毂的槽的接触高度： 则键的工作挤压应力： 可见键达到挤压强度要求。2、 中间轴与齿轮的键连接：（3） 由于齿轮的精度为8级，且齿轮不在轴端，因此选用圆头普通平键（A型），后来因

23、为用单键校核发现强度达不到要求，因此选用双键。根据，轮毂长为55mm，查附表10-1选键（4） 强度校核： 键材料选用45号钢，查表得键的许用挤压应力 键的工作长度： 键与轮毂的槽的接触高度： 则键的工作挤压应力： 可见键达到挤压强度要求。3、 低速轴与齿轮的键连接：（5） 由于齿轮的精度为8级，且齿轮不在轴端，因此选用圆头普通平键（A型）。根据，轮毂长为110mm，查附表10-1选键（6） 强度校核： 键材料选用45号钢，查表得键的许用挤压应力 键的工作长度： 键与轮毂的槽的接触高度： 则键的工作挤压应力： 可见键达到挤压强度要求。4、 低速轴与联轴器用键连接：（7） 选用圆头普通平键A型按

24、轴径60mm及轮毂长度142mm，查附表10-1选键.（8） 强度校核： 键材料选用45号钢，查表得键的许用挤压应力 键的工作长度： 键与轮毂的槽的接触高度： 则键的工作挤压应力： 可见键达到挤压强度要求。九、选择联轴器输出端联轴器连接减速器低速轴与工作机之间,由于轴的转速较低,传递转矩比较大,且减速器工作机常不在同一机座上,要求有较大的轴线偏移补偿,且为了缓和冲击,避免振动影响减速器内传动件的正常工作,可选用有弹性元件的挠性联轴器,据此选用弹性柱销联轴器,材料为45钢.联轴器的计算转矩,查表取工作情况系数KA1.5，故计算转矩为由轴的直径为60mm,查机械设计手册轴及其连接表5-2-32选用

25、弹性柱销齿式联轴器型号为：ZL5 GB/T 50151985 ,许用转矩为4000,许用转速为4000r/min.十、减速器的润滑： 齿轮传动的圆周速度为v为 高速级大齿轮 = = 1.40 (m/s) 低速级大齿轮 = = 0.62 (m/s) 因 v 12 m/s ，所以采用浸油润滑，由机械设计课程设计附表14-1，选用 全损耗系统用油（），考虑到两级斜齿轮的直径相差不大，所以同时将两个大齿轮浸入油中，而且浸油深度不少于10mm。对轴承的润滑，因，采用脂润滑，由表14-2选用钙钠基润滑脂 （），只需填充轴承空间的，并在轴承内侧设挡油环，使油池中的油不能进入轴承以致稀释润滑脂。心得体会 短短

26、两个星期的机械设计课程设计过去了，现在细细回想起来，还真是感慨万千！自己在学习机械设计的时候就感觉到有些吃力，有太多的公式了，开始的时候显得很枯燥无味。虽然老师很早就给了我们设计用的提纲和数据，但由于当时学的机械设计的知识还很有限，刚开始的时候还真是感觉无从下手！ 就这样一直到课程设计的开始，自己都还没准备什么，看着同学都在如火如荼的展开理论计算，自己心里也很着急。后来在同学的帮助下，再加上自己看了以往师兄做的课程设计，自己渐渐找到了设计的门路。之后便展开了繁重的理论计算，期间出现的问题很多很多，解决了这个问题又发现了另外一个问题，还重新算了几遍，从中也发现自己的很多问题，不过经过自己的努力都

27、一一克服了！完成了理论计算，便开始画草图了，在画图时结果发现了一个大问题，就是齿轮间出现了干涉。当时自己的心情啊，真的有些很无奈，辛辛苦苦的计算又出问题了。没办法，只能重新设计齿轮，后来终于也都把草图画完了，总算没出现什么大问题。最后便是用AutoCAD画图了。由于很久没用过AutoCAD了，开始时还把AutoCAD大概复习了一下，呵呵，不过用AutoCAD画图还是花了我很多时间，主要是画草图的时候有很多的数据都是没有查表的，都是大概画上去的，所以在用AutoCAD画的时候就花了很多时间去查表，比如箱体的尺寸，螺栓的尺寸等等。花了差不多有3天的时间才把所有的AutoCAD图给画完了！ 总的来说

28、，经过这两个星期的课程设计，自己不但很好的巩固了机械设计方面的知识，对机械方面的设计有了一个感性的认识，从中也让自己发现了自身的很多问题，如有时候比较粗心大意，显得比较急躁，考虑问题有时候还是很不全面的等等。这次的课程设计，也锻炼我们查找资料，独立完成设计的能力，很好的锻炼了我们的专业知识，为以后可能从事机械方面的工作打下了一个很好的基础。这次的课程设计，也得到了老师和同学的很多帮助，有了他们的指导，自己少走了很多弯路，有时候大家一起讨论问题，也很好的锻炼我们的团体意识。短短的两个星期就这样过去了，但这次的课程设计留给我们的很多很多参考资料（1）机械设计，朱文坚、黄平、吴昌林主编，高等教育出版社2005年2月出版；（2）机械设计课程设计，朱文坚、黄平主编，华南理工大学出版社2004年1月出版；（3）机械原理，孙桓、陈作模主编，高等教育出版社2001年5月出版；（4）互换性与测量技术,黄镇昌编,华南理工大学出版社2001年1月出版；（5）机械设计手册减速器.电机与电器成大先主编，化学工业出版社2004年1月出版（6）机械设计手册轴及其联接成大先主编，化学工业出版社2004年1月出版（7）机械设计手册轴承成大先主编，化学工业出版社2004年1月出版（8）机械设计手册机械传动成大先主编，化学工业出版社2004年1月出版32