機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書

1、設(shè)計(jì)題目： V 帶單級圓柱減速器 機(jī)電工程系 10 機(jī)械制造及自動(dòng)化一班 設(shè)計(jì)者：序 號：指導(dǎo)教師：二O一年十二月三十日機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一、傳動(dòng)方案擬定 2二、電動(dòng)機(jī)的選擇 2三、計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級的傳動(dòng)比 3四、 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算3五、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 3六、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 7七、滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算10八、鍵聯(lián)接的選擇及計(jì)算11計(jì)算過程及計(jì)算說明一、傳動(dòng)方案擬定設(shè)計(jì)單級圓柱齒輪減速器和一級帶傳動(dòng)(1)工作條件：使用年限 10年，工作為二班工作制，載荷平穩(wěn)，環(huán)境清潔。(2 )原始數(shù)據(jù)：滾筒圓周力F=1200N ;帶速V=1.9m/s；滾筒直徑D=460mm ;滾筒長度

2、L=500mm。二、電動(dòng)機(jī)選擇1、電動(dòng)機(jī)類型的選擇：因?yàn)楸緜鲃?dòng)的工作狀況是：載荷平穩(wěn)，環(huán)境清潔所以選用 常用的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。2、電動(dòng)機(jī)功率選擇：(1 )傳動(dòng)裝置的總功率：(查課程設(shè)計(jì)手冊第 5頁，表1-7)2n總=n帶Xq軸承Xn齒輪Xn聯(lián)軸器滾筒2=0.96 X 0.98 X0.97 X0.99 X0.96=0.85(2)電機(jī)所需的工作功率：P 工作 =FV/( 1000 n 總)=1200 X 1.9/(1000X0.85)F=1200NV=1.9m/sD=460mmL=500mmn 滾筒=72.61r/minn 總=0.85P 工作 =2.7KW=2.7KW3、確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：計(jì)

3、算滾筒工作轉(zhuǎn)速：n 筒=60X 1000V/( nD)=60 X 1000 X 1.9/( nX 50)=72.61r/min按課程設(shè)計(jì)手冊P5表1-8推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取圓柱齒輪傳動(dòng)一級減速器傳 動(dòng)比范圍I=36。取V帶傳動(dòng)比I 1 =24 ，則總傳動(dòng)比理時(shí)范圍為I a=624 。故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為n=l Xn筒=(624 ) X72.61=4361743r/min由課程設(shè)計(jì)手冊 P167 表12-1符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750、1000、和1500r/min。根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關(guān)手冊查岀有三種適用的電動(dòng)機(jī)型號：因此有三種傳 支比方案：綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置尺寸、重量、價(jià)格和

4、帶傳動(dòng)、減速器的傳 動(dòng)比，可見第2方案比較適合，則選 n=1000r/min。4、確定電動(dòng)機(jī)型號根據(jù)以上選用的電動(dòng)機(jī)類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動(dòng)機(jī)型號為 Y132S-6。電動(dòng)機(jī)型號其主要性能：額定功率：3KW，滿載轉(zhuǎn)速960r/min ，額定轉(zhuǎn)矩2.0。質(zhì)量Y132S-663 kg。三、計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級的傳動(dòng)比1、總傳動(dòng)比：i總=n電動(dòng)/n筒=960/72.61=13.222、分配各級傳動(dòng)比（1）據(jù)課程設(shè)計(jì)手冊P5表1-8，取齒輪i齒輪=6 （單級減速器i=36 合理）i 總=13.22（2 ）：i總=i齒輪x|帶據(jù)手冊得/ i 帶=i 總 /i 齒輪=13.22/6=2.2

5、03i齒輪=6i 帶=2.203四、運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算1、計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速（r/min ）n I=n 電機(jī)=960r/minn i =960r/minn II=n I/i 帶=960/2.203=435.8(r/min)n ii =435.8r/minn iii =n II /i 齒輪=435.8/6=72.6(r/min)n iii =72.6r/min2、計(jì)算各軸的功率（KW ）PI=P 工作 =2.7KWP| =P | Xn 帶=2.7 x 0.96=2.592KVPi=2.7KWP iii =p | Xn 軸承 Xn 齒輪=2.592 x 0.98 x 0.96Pii=2.592KW=

6、2.439KWPiii =2.439KW3、計(jì)算各軸扭矩（N mm ）Ti=9.55 X 10 6P|/n i=9.55 X 10 6 X2.7/960Ti =268593.8N mm=268593.8N mmTii =56800.3N mmTii=9.55 X 10 6Pii/n iiTiii =320832.6N mm=9.55 X 10 6 X2.592/435.8=56800.3N mmTiii =9.55 X 10 6Piii/n iii =9.55 X 10 6 X2.439/72.61=320832.6N mm五、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算1、皮帶輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（1 ）選擇普通V帶截型

7、由課本P64表7-10 得：kA=1.2Pc=KaP=1.2 X 3=3.9KW由課本P65圖7-11得：選用A型V帶(2) 確定帶輪基準(zhǔn)直徑，并驗(yàn)算帶速由課本圖7-11得，推薦的小帶輪基準(zhǔn)直徑為：80100mm則取 dd1=100mmd min=80d d2=n 1/n 2 d d1 =960/435.8 x 100=220.3mm由課本 P54 表 7-4，取 dd2=200mm實(shí)際從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 n 2 =nd d1 /d d2 =960 x 100/200=480r/min轉(zhuǎn)速誤差為：(n2-n 2)/n 2=(435.8-480)/435.8=-0.1010.05(允許)帶速 V: V=

8、nd d1 n 1 /60 x 1000= nX 100 x 960/60 x 1000=5.03m/s 在525m/s 范圍內(nèi)，帶速合適。(3) 確定帶長和中心矩根據(jù)課本P66式(7-21 )得0.7(d d1 +d d2)a0 2(dd1 +d d2)0.7(100+200) a 0 2 x (100+200)所以有：210mmia60=180 0-(200-100)/462x50 0=180 0-13 0=167 0120 0 (適用)(5 )確定帶的根數(shù)根據(jù)課本 P63 表(7-8 ) Po=0.97KW根據(jù)課本 P67 表(7-11 ) P0=0.11KW根據(jù)課本 P68 表(7-1

9、3 ) Ka =0.96根據(jù)課本 P68 表(7-14 ) Kl=0.96由課本P66 式(7-26 )得Z=P c/P 1 =P c/(P 0+ P0)K aK=3.9/(0.97+0.11)x96 x0.96=3.92所以取4根。(6)計(jì)算軸上壓力由課本P61 表7-6查得q=0.1kg/m ，由P69式(7-27 )單根V帶的初拉力：2F0=500P c/(ZV)(2.5/K a1 ) +qVdd2 =220.3mm取標(biāo)準(zhǔn)值dd2 =200mmn2 =480r/minV=5.03m/s210mma 05.03) X(2.5/0.96-1)+0.1豕03 2N=158.01N則作用在軸承的

10、壓力Fq,由課本P70式(7-28 )F0=158.01NFq=2ZF osin a/2=2 X 4 X 158.01sin1670/2=1256.7NFq =1256.7N2、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算(1 )選擇齒輪材料及精度等級(查課本P99表8-8)考慮減速器傳遞功率不大，所以齒輪采用軟齒面。小齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為217255HBS 。大齒輪選用45鋼，正火，齒面硬度162217HBS ;根據(jù)課本P111表8-15選7級精度。齒面精糙度Raw 1.63.2 gm(2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)由課本 P103 式 8-18 , d1 2kT 1(u+1) Z e2 ZH2/(4d u甬2

11、)3確定有關(guān)參數(shù)如下：傳動(dòng)比i齒=6取小齒輪齒數(shù)Z1 =20。則大齒輪齒數(shù)：Z2=iZ 1 =6 X 20=120實(shí)際傳動(dòng)比1 0=120/20=6傳動(dòng)比誤差：i-i/l=6-6/6=0%2kT 1(u+1) Z e Z H/(4d u由2)2221/3=2 X 1 X 56800 X 7 X 189.8 2X2.5 1(0.96 X 350 2) mm=58.45mmd 1=58.45mm模數(shù)：m=d i/z i =58.45/20=2.92mm根據(jù)課本P107表6-1取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)：m=3mmm=3mm(6)校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度根據(jù)課本 P105( 8-19a )式2bF=(2kT 1/bm

12、2Z1)Y FaYsa h確定有關(guān)參數(shù)和系數(shù)分度圓直徑：d 1=mZ 1 =3 X 20mm=60mmd 1=60mmd 2=mZ 2=3 X 120mm=360mmd2=360mm齒寬：b= dd 1 =0.9 X60mm=54mmb=54mm取 b=54mmb 1 =59mmb1=59mm(7)齒形系數(shù)YFa和應(yīng)力修正系數(shù)Ysa根據(jù)齒數(shù)Z1=20,Z 2=120由表8-12相得YFa1=2.80YSa1=1.55YFa1 =2.80YFa2=2.14Ysa2=1.83Ysa1=1.55(8)許用彎曲應(yīng)力OFYFa2 =2.14根據(jù)課本P106(8-21b )式：Ysa2=1.83cf=(F

13、lim Y StYnt/S F由課本 P109圖8-33( b)查得：(Fiim1 =290MpaoFiim2 =210MpaoFiim1 =290Mpa由圖 8-36 查得：Ynt1=0.88Ynt2=0.9OFlim2 =210Mpa試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)YST=2YNT1 =0.88按一般可靠度選取安全系數(shù)Sf=1.25Ynt2=0.9計(jì)算兩輪的許用彎曲應(yīng)力Yst =2(F 1=(Fiim1 YstYnt1 /S f=290 X 2 X 0.88/1.25MpaSf=1.25=408.32Mpa(F 2=(Fiim2 YstYnt2 /S f =210 X 2 X0.9/1.25Mpa=

14、302.4Mpa將求得的各參數(shù)代入式(8-19a )2(F1 =(2kT 1/bm Z1 )YFa1 Ysa1=(2 X 1 X 56800/54 X 32X20)X2.80 X1.55Mpa=50.7 Mpa o f12(F2=(2kT 1/bm 2Z2)YFa1 Ysa10F1 =77.2Mpa2=(2 X 1 X 56800/54 X 32X120)X2.14 X1.83Mpa=7.62 Mpa115 (P/n)=115 (2.592/435.8)mm=20.8mm考慮有鍵槽，將直徑增大5%，則d=20.8 x (1+5%)mm=21.9選 d=22mm2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1 )軸上零件的

15、定位，固定和裝配單級減速器中可將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面由軸肩 定位，右面用套筒軸向固定，聯(lián)接以平鍵作過渡配合固定，兩軸承分別以軸肩和 套筒定位，則采用過渡配合固定。(2 )確定軸各段直徑和長度工段：d 1=22mm長度取L1 =50mm/ h=2cc=1.5mm( 機(jī)械手冊 P442 表 14-4)II 段:d 2=d 1+2h=22+2 x 2 x 1.5=28mm二 d 2=28mm初選用7206c型角接觸球軸承，其內(nèi)徑為 30mm,寬度為16mm.考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面和箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離。取套筒長為20mm，通過密封蓋軸段長應(yīng)根據(jù)密封蓋的寬度，并考

16、慮聯(lián)軸器和箱體外壁應(yīng)有一定矩離而定，為此，取該段長為55mm，安裝齒輪段長度應(yīng)比輪轂寬度小2mm,故II段長：L2= (2+20+16+55) =93mmIII 段直徑 d= 3 35mmL3=L 1-L=59-2=57mmIV段直徑d 4由手冊得：c=1.5h=2c=2x 1.5=3mmd 4=d 3+2h=35+2 x 3=41mm長度與右面的套筒相同，即L4=20mm但此段左面的滾動(dòng)軸承的定位軸肩考慮，應(yīng)便于軸承的拆卸，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)查取由手冊得安裝尺寸h=3.該段直徑應(yīng)取：(30+3x 2) =36mm 因此將V段設(shè)計(jì)成階梯形，左段直徑為36mmV段直徑 d 5=30mm.長度 L5=19m

17、m由上述軸各段長度可算得軸支承跨距L=109mm(3)按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算 求分度圓直徑：已知 d 1=60mm 求轉(zhuǎn)矩：已知T59167N mm 求圓周力：Ft根據(jù)課本P122(8-37 )式得Ft=2 T II/d 1=56800/60=946.7Nd=22mm d 1=22mmL1 =50mm d2=28mmL2=93mmd3=35mmL3=57mmL4=20mmd4=36mmd5=30mmL5=19mmL=109mmFt =946.7N 求徑向力Fr根據(jù)課本P122（8-37 ）式得Fr=Ft tan 46.7 xtan20 =344.6N 因?yàn)樵撦S兩軸承對稱，所以：La=l B=54.

18、5mmFr=344.6N（1）繪制軸受力簡圖（如圖 a）（2 ）繪制垂直面彎矩圖（如圖 b）軸承支反力：Fay=F BY=Fr/2=172.3NFaz=F bz=F2=473.3N由兩邊對稱，知截面 C的彎矩也對稱。截面 C在垂直面彎矩為Mc1=F AyL/2=172.3X109/2=9.4N-m(3)繪制水平面彎矩圖(如圖 c)Fay =172.3NFby =172.3NFaz =473.3NFbz =473.3NBz白XMc1 =9.4N -m截面C在水平面上彎矩為：M C2 =F az L/2=473.3X 109/2=25.8N m(4) 繪制合彎矩圖(如圖 d )2 2 1/2 2

19、2 1/2Mc=(M C12+M C22)=(9.4 2+25.8 2)=27.5N -m(5) 繪制扭矩圖(如圖e )轉(zhuǎn)矩：T=9.55X ( PH/ n H) X10 6=56.8N-mMc2=25.8N-mMc =27.5NmT=56.8Nm(6) 繪制當(dāng)量彎矩圖(如圖f)(課本P159式11-4 )轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪文治武功力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取a=1，截面C處的當(dāng)量彎矩：2 2 1/2Mec=M c +( a T)2 2 1/2=27.52+(1 X 56.8) 2=63.11N-m(7)校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度由課本P160式(11-6 )a e=Mec/ (0.1d 43)=63.11 X

20、 1000/(0.1 X 36 3)=13.53 MPav a-1 b=60MPa該軸強(qiáng)度足夠。輸岀軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、按扭矩初算軸徑選用45#調(diào)質(zhì)鋼，硬度(217255HBS)根據(jù)課本 P158 式(11-2 )，表(11-3 )取 c=1151/31/3dc(P3/n 3)=115(2.439/72.6)=37.1mm取 d=37mm2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1 )軸的零件定位，固定和裝配單級減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面用 軸肩定位，右面用套筒軸向定位，周向定位采用鍵和過渡配合，兩軸承分別以軸 承肩和套筒定位，周向定位則用過渡配合或過盈配合，軸呈階狀，左軸承從左面

21、裝入，齒輪套筒，右軸承和皮帶輪依次從右面裝入。(2 )確定軸的各段直徑和長度初選7208c型角接球軸承，其內(nèi)徑為 40mm，寬度為18mm?？紤]齒輪端面和 箱體內(nèi)壁，軸承端面與箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定矩離，則取套筒長為20mm，則該段長41mm，安裝齒輪段長度為輪轂寬度為 2mm。(3)按彎扭復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算 求分度圓直徑：已知 d2=360mm 求轉(zhuǎn)矩：已知 Ta=321N - m 求圓周力Ft :根據(jù)課本P122 (8-37 )式得3Ft=2T 3/d 2=2 X 321 X 10 3/360=1783.3N 求徑向力Fr根據(jù)課本P122 (8-37 )式得Fr=Ft - tan a1783.3 X

22、0.36379=648.7N T兩軸承對稱二 La=L B=54.5mm(1)求支反力 Fax、F by、Faz、FbzFax=F BY=Fr/2=648.7/2=324.35NFaz=F bz=F2=1783.3/2=891.65N由兩邊對稱，書籍截 C的彎矩也對稱截面C在垂直面彎矩為Mc1=F ayL/2=324.35X 54.5=17.7N-m(3)截面C在水平面彎矩為Mc2=F azL/2=891.65X 54.5=48.59N-mMec =63.11N-ma e =13.53MPaa1bd=37mmFt =1783.3NFr=648.7NFax=F by =324.35NFaz=F

23、bz =891.65NMc1=17.7N-mMc2=48.59N- m(4)計(jì)算合成彎矩Mc= ( Mci2+Mc22)1/2=(17.72 2+48.59 2) 1/2=51.72N-mMe =51.72Nm(5)計(jì)算當(dāng)量彎矩：根據(jù)課本 P189式11-4得a =12 2 1/2 2 2 1/2Mec=M c2+( a TJ 1/2 =51.72 2+(1 X321) 2=325.1N-mMec =325.1N-m(6)校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度由課本P160式(11-6)a e=Mec/ (0.1d 3) =275.06/(0.1 X47 3)a e =31.3Mpa=31.3 Mpa a -1

24、 b=60Mpaa1b此軸強(qiáng)度足夠七、滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命16 X 365 X 10=56960 小時(shí)軸承預(yù)計(jì)壽命56960h1、計(jì)算輸入軸承(1 )已知 n n =435.8r/min兩軸承徑向反力：Fr1=f R2 =473.3N初先兩軸承為角接觸球軸承 7206AC 型根據(jù)課本P180得軸承內(nèi)部軸向力Fs=0.63F r 貝U Fs1=F s2=0.63F R1 =298.2NFs1=F sj=298.2N(2) / Fs1 +Fa=F S2 Fa=0故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端Fa1 =F S1 =298.2NFaj =F sj =298.2N求系數(shù)x、yFa1/F R1 =298.2N/473.3N=0.63Faj/F rj =298.2N/473.3N=0.63根據(jù)課本 P178 表(12-8 )得e=0.68Fa1/F R1 ex 1=1Fa2/F R2 56960h預(yù)期壽命足夠2、計(jì)算輸岀軸承(1)已知 n m=72.6r/minFa=0Fr=F az=891.65N試選7208AC型角接觸球軸承根據(jù)課本 P179 表(12-9 )得 Fs=0.063F r, _則Fs1=F s2=0.63F r=0.63 X 891.65=561.7N 計(jì)算軸向載荷F