零件CAD课程设计.docx

1、零件CAD课程设计零件CAD课程设计说明书及样本图装备制造系班级： 数控C042班姓名： 张 越 学号： 1号 组号： 1组 日期： 2007年6月29日指导教师： 张光 零件CAD课程设计说明书一、设计题目. .第1页二、概述第2页三、电动机的选择. .第3页四、计算总传动比及分配各级的传动比. .第4页五、运动参数及动力参数计算. .第5页六、传动零件的设计计算.第6页七、轴的设计计算.第12页八、滚动轴承的选择及校核计算.第20页九、键联接的选择及校核计算. 第22页十、润滑的选择. 第25页十一、联轴器的选择. 第27页十二、轴承盖的选择. 第27页十三、减速器箱体和附件设计.第28页

2、十四、设计心得.第34页 一、 设计题目：一级圆柱齿轮减速器（CAD） 1.运动简图：图中标注是：（1）电动机；（2）V带（三角带）传动；（3）减速器（4，4，4”）联轴器；（5）卷筒（运输平皮带）。2. 工作条件：工作时间两班制（也可设定三班制），卷筒可连续转动，单向传动，载荷平稳，空载起动（一般情况），使用期限（510年），每年工作243天（两班制）。3. 原始数据 输送带（牵引力）F=2500N 滚筒直径D=200mm 输送带带速v=1m/s二、概述：1. 机械设计基础课程设计的目的（1） 培养我们综合运用所学的机械设计课程的知识去解决机械工程问题的能力，并使所学知识得到巩固和发展。（2

3、） 学习机械设计的一般方法和简单机械传动装置的设计步骤。（3） 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图和学习使用设计资料、手册、标准和规范。2. 机械设计基础课程设计的内容（1） 拟定和分析传动装置的设计方案。（2） 选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数。（3） 进行传动件的设计计算，结构设计，校核轴、轴承、连轴器、键等零部件的强度，选择润滑和密封方式。（4） 绘制减速器装配图。（5） 绘制零件工作图。（6） 编写设计计算说明书，准备答辩。3. 课程设计的进行方式课程设计是在教师指导下进行的。设计从分析任务书开始，经过必要地计算和结构设计，最后用设计计算说明书和图纸表达设计结果。由于减速

4、器装配图的设计和绘制过程比较复杂，它不是通过一次计算、一次绘制既可完成的，往往需要经过多次绘图、计算、修改。为此，应先进行装配草图的设计和绘制，然后再完成装配图。设计分阶段进行，每一阶段的设计经过认真检查无误后，方可进行下一阶段的设计。完成规定的全部设计任务后，方可参加设计答辩。4课程设计的要求 （1） 理论联系实际，力求设计合理，同时鼓励创新。 （2） 认真阅读教材中与课程有关的内容，认真查阅有关资料。 （3） 正确运用课程设计指导书，按步骤进行设计和计算，不要急于求成；按时完成全部设计任务。三、电动机的选择： 1选择电动机的类型： 按电动机的特性及工作条件选择。若无特殊要求一般选择Y系三相

5、异步电动机，其优点是可直接接在三相交流电路中，结构简单，价格便宜，维护方便。 2选择电动机的容量： 电动机的容量选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。容量选择过大，则电动机的价格高，传动能力又不能充分利用，而且由于电动机经常在轻载下运转，基效率和功率数都较低从而造成能源的浪费。 对于长期运行、载荷比较稳定的机械，通常按照电动机的额定功率选择，而不校核电动机的发热和起动转矩，选择电动机容量时应保证电动机的额定功率Ped应略大于工作机所需的电动机功率Pd即 PedPd3电动机输出功率： Pw=Fv/1000=25001/1000=2.5kw 4电动机至输送带的总功率：总=123 根据表21

6、查得 1=0.95（三角胶带传动） 2=0.99（弹性连轴器）3=0.99（滚动轴承） 4=0.97（8级精度的一般齿轮传动） 5=0.98（开式平型带传动） 总=1233345 =0.950.9930.9930.970.98 =0.855电动机所需的工作功率：Pd=Pw/总=2.5/0.85=2.9kw 6. 电动机额定功率： Ped为3kw 7.确定电动机转速：电动机输出轴转速：nw=601000V/D=6010001/3.14200=95.54r/min 表22查得 三角胶带传动的传动范围i1=24 闭式直齿圆柱齿轮传动的传动范围i2=34 总传动比范围为i=（24）（34） =616

7、故电动机转速的可选范围为nd= inw =（616）95.54 =573.241528.64 r/min 所以nd=960 r/min（满载时转数） 8、确定电动机型号：查附表3，选定电动机型号为Y132S6四、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比：i总=nd/nw=960/95.54=10.05 2、分配各级传动比：三角带传动比齿轮传动比 三角带传动的传动比i带=2.6 根据表22查得 齿轮传动比为i齿轮= i总/i带=3.87五、运动参数及动力参数计算0轴：电机轴P0= Pd=2.94kwn0=960 r/minTo=9550P0/n0=95502.94/960=29.25Nm1轴：

8、三角带传入轴P1=Pd1=2.940.99=2.9106kwn1= n0=960 r/minT1=9550P1/n1=95502.9106/960=28.95Nm 2轴：三角带输出轴 P2=Pd12=2.91060.95=2.76kwn2= n0/ i带=960/2.6=369.23 r/min T2=9550P2/n2=95502.76/369.23=71.39Nm 3轴：减速器高速轴 P3=Pd1234=2.940.990.950.990.99=2.71kwn3= n2=369.23 r/min T3=9550P3/n3=95502.71/369.23=70.09Nm 4轴：减速器低速轴

9、P4=Pd123456=2.940.990.950.990.990.970.99=2.6kw n4= n0/ i带i齿轮=960/2.6 3.87=95.41r/min T4=9550P4/n4=95502.6/95.41=260.25Nm 5轴：滚筒轴 P4=Pd12345678=2.940.990.950.990.990.970.990.990.99=2.55kw n5= n4=95.41r/min T5=9550P5/n5=95502.55/95.41=255.24Nm序号/内容 功率P（kw） 转速 n（r/min） 转矩 T（Nm） 传动比 i 效率 0 2.94 960 29.25

10、 1 1 1 2.91 960 28.95 1 0.99 2 2.76 369.23 71.39 2.6 0.95 3 2.71 369.23 70.09 2.6 0.98 4 2.6 95.41 260.25 3.87 0.96 5 2.55 95.41 255.24 1 0.98六、（一）传动零件的设计计算1.带轮传动的设计计算 解：（1）确定计算功率PC，选择V型带。由于载荷平稳，工作时间两班制。 所以由书表117查得k=1.3，故计算功率为 PC=kP=1.33=3.9kw由于PC=3.9kw，n1=960 r/min。由书表118得，确定带的型号为A型号。 2.确定带轮的基准直径d1

11、和d2 由书表118，根据d1dmin的要求，取d1=100mm。 d2= d1 n1/ n2=100960/369.23=260mm3.验算带速 V=d1n1/601000=3.14 100960/601000=5.024 m/s 带速V在525 m/s范围内，故合适。 4计算中心距a，带长Ld 初定中心距为 0.7(d1+d2)a02(d1+d2)得 0.7(100+260)a02(100+260) 252mma0720mm 取a0=500mm 初定带长为L0=2a0+(d1+d2)/2+(d2-d1) 2/4a0 =2500+3.14（100+260）/2+（260-100）2/4500

12、=1578mm 由书表111取Ld=1600mm 中心距aa0+Ld-L0/2=500+1600-1578/2 =510mm 中心距变化范围为amin=a-0.015Ld=510-0.0151600 =486mm amax=a+0.03Ld=510+0.031600 =558mm5.验算小带轮包角 小带轮包角可按下列公式得 1=1800-（d2-d1）/a57.30=1800-（260-100）/51057.30 =162.10 1=162.101200 小带轮包角1合适。 6.确定V带的根数Z 根据书表114查得，单根普通V带所能传递的功率P0=0.96kw 根据书表115查得，单根普通V带

13、功率增量为P0=0.11kw 根据书表116查得，包角修正系数为Ka=0.95 根据书表111查得，带长修正系数为KL=0.99Z=PC/(P0+P0)KKL =3.9/(0.96+0.11) 0.950.99 =3.88 取Z=47计算初压力F0由书表112查得q=0.1kg/m，单根V带的初拉力：F0=500PC/ZV（2.5/K-1）+qV2=5003.9/45.024(2.5/0.96-1)+0.15.0242 =160.65N8.计算轴上的力FyFy=2ZF0sin1/2=24160.65sin167.6/2=1233.792N9.带轮的材料选用 小带轮的材料为铸铁（AT150）因为

14、直径采用实心式带轮。大带轮的材料为HT150，因为直径d2=260mm。采用腹板式带轮。 10.普通V带轮的轮槽尺寸 V带为A型号，查书表113查得 bd=11mm hamin=2.75mm e=150.3mm fmin=9mm hfmin=8.7mm min=6mm =34 根据机械设计手册 235页 查得 轮宽 B=（Z-1）e+2f=（4-1）15+29 =63mm 11带轮的安装与维护 安装时，两轮的轴线应平行，否则带间磨损严重，一般应使小轮包角1120。要先将中心距缩小，带套在带轮上再慢慢拉紧，不要硬撬，带装好后，带的张紧程度是大拇指能按下12mm为宜，在使用过程中对带传递应进行定期

15、检查，发现有疲劳破坏现象时，应及时将V带更换，用安全防护罩将带传动罩起来，即保证人身安全，又防止酸碱等腐蚀腰带，而发生意外。（二）圆柱齿轮的设计 以知：电动机驱动载荷平稳，齿轮相对于支撑面对称布置，卷筒可连续转，单向传动。空载起动，工作时间两班制。单向运动传递功率P1=2.71kw，主动轮转速n1=369.23 r/min，齿数比u=3.87解：1.选择齿轮材料、热处理方式 该直齿圆柱齿轮无特殊要求，可选用一般齿轮材料，根据书表131和表132查得，并考虑HBW1=HBW1+（3050）的要求，小齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度取230HBW。大齿轮选用45钢，正火处理齿面，硬度取190HB

16、W。 2.确定精度等级 减速器为一般齿轮传动，常用的是69级精度。 3确定许用应力 由书图1311c，图1314c分别查得Hlim1=570Mpa Hlim2=530Mpabblim1=190Mpa bblim2=175Mpa由书表135查得SH=1.1和SF=1.4 H1=Hlim1/SH=570/1.1=518.18MpaH2=Hlim2/SH=530/1.1=481.8Mpa bb1=bblim1/SF=190/1.4=135.71 Mpa bb2=bblim2/SF=175/1.4=125 Mpa 因齿面硬度小于350HBW，属于软齿面，所以按齿面接触疲劳强度进行设计。齿面按弯曲疲劳强

17、度进行校核。4. 按齿面接触疲劳强度设计 计算中心距 a (u+1)（335/H) 2akT/ u1/3 （1）取H = H2=481.8 Mpa （2）小齿轮转矩T1=9.55106P1/n1=9.551062.71/369. 23=70093.17 Nmm （3）取齿宽系数a=0.4 u=3.87 （4）由于原动机为电动机，载荷平稳支撑为对称布置。 查书表134。选k=1 将上述数据代入，得初算中心距a0 (3.87+1) （335/481.8) 2170093.17/0.43.871/3=136mm 5确定基本参数计算齿轮的主要尺寸 （1）选择齿数 取Z1=23，则Z2=iZ1=3.87

18、23=89 （2）确定模数 m=2 a0/ （Z1+ Z2)=2136/（23+89）=2.43mm 由书表52取m=2.5mm （3）确定中心距 a=m（Z1+ Z2) =2.5（23+89）/2=140mm 根据机械设计手册805页圆柱齿轮减速器标准中心 取a=150mm （4）确定齿宽 b2=a a=0.4150=60mm 为了补偿两轮轴向尺寸的误差，使小轮宽度略大于大轮（510）mm，故取b2=60mm，b1=66mm（5）分度圆直径：d1=mZ1=2.523=57.5mmd2=mZ2=2.589mm=222.5mm d2200mm 从动齿轮设计为腹板式 压力角=20 齿顶高ha1=h

19、a*m=12.5=2.5mm 齿根高hf=（ha*+ c*）m=（1+0.25）2.5=3.125mm 全齿高h=ha+hf=2.5+3.125=5.625mm齿顶高直径da1= d1+2 ha=62.5mm da2 = d2+2 ha=227.5mm齿根高直径df1= d1-2 hf=51.25mm df2 = d2-2 hf=216.25mm基圆直径d b 1= d1 cos=57.5cos20=54.69mm d b 2= d2 cos=222.5cos20=211.61mm 齿距 P=m=3.142.5=7.85mm 齿厚 s=m/2=3.925mm 齿槽宽s=e=3.925mm 基圆

20、齿距与法向齿距 Pb= Pn=Pcos=7.85cos207.47mm （6）验算齿根弯曲疲劳强度 取Z1=23，Z2=89由书图1313查得 YF1=2.71和Y F2=2.35代入得bb1=2kT1 YF1/bm2Z1=40.04Mpa bb1=40.04 Mpa bb 1=135.71 Mpa 安全 bb2=bb1 Y F2/ YF1=34.72Mpa bb2=34.72 Mpa bb 2=125 Mpa 安全 故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够 （7）验算圆周速度 v=d1n1/（601000）=1.11 m/s 由书表133查得 确定公差为9级精度 由书表1310查得v2.5 采用油润滑 运

21、动黏度v=220m2/s 根据机械设计手册 表8119 434页 因为主动轴齿轮采用实心式齿轮 所以 L=（1.21.5）D1=60mm 因为从动轴齿轮采用腹板式齿轮 所以D1= 1.6D1=88mm L=（1.21.5）D=66mm =4m=10mmc=0.2B=18mmD2= df2-2 =203.75mmD0=0.5（D1+D2）=145.88mmd0=0.25（D2-D1）=28.94mmn=0.5m=1.25mm设定腹板6个孔七、轴的设计计算 （一）从动轴的设计计算 已知：P4=2.6kw，从动齿轮转速96.41 r/min。 分度圆直径d2=222.5mm，单向传动，载荷平稳，工作

22、时间两班制。 （1）选择轴的材料，确定许用应力 查书表162得选用45钢，正火处理，硬度在170217HBW，抗拉强度b=600Mpa 查书表164得许用弯曲应力-1bb=55Mpa （2）按扭转强度计算最小直径dC(P/n)1/3 由书表163，C=118107取C=115 d234.49mm考虑到轴颈上有一键槽，应将轴径增大3%，但因为从动轴传递的功率较小，故不用将轴径增大。根据弹性套柱销连轴器TL6内孔直径取d2=35mm，查附表210。选弹性套柱销联轴器（GB43241984）（3）轴的结构设计 （a）确定轴上零件布置在箱中央，轴承对称地布置在两侧，轴在外轴端安装联轴器，齿轮以轴环和套

23、筒实现轴向定位和固定，以平键联接和过盈配合H7/r6实现周向固定。查53表，为便于装拆和调整等要求，通常将轴设计成阶梯轴。 （b）确定轴各段直径和长度 根据轴各段直径确定的原则，采用阶梯轴尺寸按由小至大，由两端到中央的顺序确定。而装有密封件和滚动轴承处的直径，则应与密封件和轴承的内径一致。轴上两个支点的轴承，应尽量采用相同的型号，便于轴承座孔的加工。 查表51 外伸轴直径d1=35mm 联轴器定位肩高度a=3mm，圆角半径R=2，直径d2=41mm 为安装轴承便于安装，两滚动轴承处的轴径直径d3d2。且查表51查得，轴颈的直径d3=47mm。 因为两相邻轴段直径的变化仅是轴上的拆装方便或区分表

24、面，所以两直径略有差值。即轴颈直径d3=45mm。 因直齿圆柱齿轮减速器的轴有存在径向载荷，所以选深沟球轴承来承受径向载荷。选择轴承型号60209 宽度系列代号为窄，直径系列代号为轻，内径代号09。安装齿轮，采用标准系列值，取d4=55mm。 轴环处考虑齿轮定位和固定直径。查机械设计手册 771页8355 查 得，a=（0.070.1）d4，a=5.5 d5= d4+2a=66mm 轴上两轴承的轴径的直径应一致d6=45mm。 （c）确定各段轴的长度 因为选用弹性套柱销联轴器（GB43231984）。主动端 Z型轴孔，C型键槽dz=35mm，L=60mm，A=45mm。TL6型号。对于安装联轴

25、器的轴段，应使轴段的长度略短于相配轮毂的宽度。 l1=58mm为保证齿轮固定可靠，而且齿轮端面与箱体之间不相碰及轴承拆卸方便，齿轮端面与箱体壁间应留有一定间隙，为使轴承含在箱体内取两者之间间距为15.79mm。选择凸缘式轴承盖，密封圈B=（614）mm，取B=6mm。根据机械设计手册表692 1493页。轴承盖b1=12mm，L=16mm。l2=43.79mm 查机械设计手册 986页 轴承宽度b=19mm，r=2，套筒设定为8mm。l3=41mm安装齿轮的轴段，应使轴段的长度略短于相配轮毂的宽度，因为轮毂宽度L=66mm，所以跟齿轮联接的轴段l4=64mm。轴环宽度l5=b=1.4a=7.7

26、mm根据机械设计手册 表8355查得 轴径l6=21mm为防止传动件润滑油飞溅到轴承内，轴承面向箱体内壁侧应加挡油环l=（1015）mm， 设定挡油环长度为12mm。l6=33mm（二）主动轴的设计计算 已知：P3=2.71kw，主动齿轮转速369.23 r/min。 分度圆直径d1=57.5mm，单向传动，载荷平稳，工作时间两班制 （1）选择轴的材料，确定许用应力 查书表162得选用45钢，调质处理，硬度在217255HBW，抗拉强度b=650Mpa 查书表164得许用弯曲应力-1bb=60Mpa （2）按扭转强度计算最小直径dC(P/n)1/3 由书表163，C=118107取C=118

27、d223.93mm考虑到轴颈上有一键槽，应将轴径增大3%，但因为从动轴传递的功率较小，故不用将轴径增大。根据弹性套柱销连轴器TL4内孔直径取d1=24mm，查附表210。选弹性套柱销联轴器（GB43241984）（3）轴的结构设计 （a）确定轴上零件布置在箱中央，轴承对称地布置在两侧，轴在外轴端安装联轴器，齿轮以轴环和套筒实现轴向定位和固定，以平键联接和过盈配合H7/r6实现周向固定。查53表，为便于装拆和调整等要求，通常将轴设计成阶梯轴。 （b）确定轴各段直径和长度 根据轴各段直径确定的原则，采用阶梯轴尺寸按由小至大，由两端到中央的顺序确定。而装有密封件和滚动轴承处的直径，则应与密封件和轴承

28、的内径一致。轴上两个支点的轴承，应尽量采用相同的型号，便于轴承座孔的加工。 查表51 外伸轴直径d1=24mm 联轴器定位肩高度a=2.5mm，圆角半径R=1.5，直径d2=29mm 为安装轴承便于安装，两滚动轴承处的轴径直径d3d2。且查表51查得，轴颈的直径d3=24mm。 因为两相邻轴段直径的变化仅是轴上的拆装方便或区分表面，所以两直径略有差值。即轴颈直径d3=35mm。 因直齿圆柱齿轮减速器的轴有存在径向载荷，所以选深沟球轴承来承受径向载荷。选择轴承型号60207 宽度系列代号为窄，直径系列代号为轻，内径代号07。 安装齿轮，采用标准系列值，取d4=40mm。 轴环处考虑齿轮定位和固定直径。查机械设计手册 771页8355 查 得，a=（0.070.1）d4，a=4.5 d5= d4+2a=54mm 轴上两轴承的轴径的直径应一致d6=35mm。 （c）确定各段轴的长度 因为选用弹性套柱销联轴器（GB43231984）。主动端 Z型轴孔，C型键槽dz=24mm，L=52mm，A=35mm。TL4型号。对于安装联轴器的轴段，应使轴段的长度略短于相配轮毂的宽度。 l1=50mm为保证齿轮固定可靠，而且