機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、精品資料推薦機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)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(jí)的傳動(dòng)比 .4四、運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 .5五、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 .6六、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 12七、滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算 .19八、鍵聯(lián)接的選擇及計(jì)算 . 22設(shè)計(jì)題目： V 帶單級(jí)圓柱減速器 機(jī)電系 01 機(jī)電工程班 設(shè)計(jì)者：學(xué) 號(hào)：29 號(hào)指導(dǎo)教師：二OO三年六月十四日計(jì)算過(guò)程及計(jì)算說(shuō)明一、傳動(dòng)方案擬疋第三組：設(shè)計(jì)單級(jí)圓柱齒輪減速器和一級(jí)帶傳動(dòng)（1）工作條件：使用年限8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=1000N ;帶速V=2.0m/s ；

2、滾筒直徑 D=500mm ；滾筒長(zhǎng)度L=500mm。二、電動(dòng)機(jī)選擇1、 電動(dòng)機(jī)類型的選擇：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：n總=n帶Xn軸承齒輪聯(lián)軸器滾筒=0.96X 0.982 X 0.97X 0.99X 0.96=0.85（2）電機(jī)所需的工作功率：P 工作=FV/1000 n 總=1000X 2/1000X 0.8412=2.4KWF=1000NV=2.0m/sD=500mmL=500mmn 滾筒=76.4r/minn 總=0.8412P 工作=2.4KW283、確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：計(jì)算滾筒工作轉(zhuǎn)速:n 筒=60X 1000V/ n D=60 X 1000 X

3、2.0/nX 50=76.43r/mi n按手冊(cè)P7表1推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取圓 柱齒輪傳動(dòng)一級(jí)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)X 76.43=4591834r/min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(cè)查出有三種適 用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)：因此有三種傳支比方案：如指 導(dǎo)書(shū)P15頁(yè)第一表。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置 尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比， 可見(jiàn)第2方案比較適合，則選 n=1000r/min

4、。4、確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132S-6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(hào)為Y132S-6。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63kg。三、計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比1、總傳動(dòng)比:i總=門(mén)電動(dòng)/n筒=960/76.4=12.572、分配各級(jí)偉動(dòng)比i 總=12.57據(jù)手冊(cè)得i齒輪=6i 帶=2.095（1）據(jù)指導(dǎo)書(shū)P7表1，取齒輪i齒輪=6 （單級(jí)減速器i=36合理）（2）t i總=i齒輪x I帶-i 帶=i 總/i 齒輪=12.57/6=2.095四、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

5、i =960r/mi n nii=458.2r/min n 山=76.4r/minPi=2.4KWPii=2.304KWPiii=2.168KWTi=23875N mmTii=48020N mmTiii=271000N mmni=n 電機(jī)=960r/minnii= ni/i 帶=960/2.095=458.2(r/min)n川=nII/i 齒輪=458.2/6=76.4(r/min)2、計(jì)算各軸的功率(KW )Pi=P 工作=2.4KWPII=PIx n 帶=2.4 x 0.96=2.304KWPiii =Pii x n 軸承 x n 齒輪=2.304x 0.98x 0.96=2.168KW3

6、、計(jì)算各軸扭矩(N mm)Ti=9.55 x 106Pi/ni=9.55 x 106x 2.4/960=23875N mmTii=9.55x 106Pii/nii=9.55 x I06x 2.304/458.2=48020.9N mmTiii =9.55 x 106Pm /niii =9.55 x 106x 2.168/76.4=271000N 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帶截型由課本P83表5-9得：kA=1.2Pc=KaP=1.2x 3=3.9KW由課本P82圖5-10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5-10得，推薦的小帶輪

7、基準(zhǔn)直徑為75100mm則取 ddi=100mm>dmin=75dd2=ni/n2 ddi=960/458.2x I00=209.5mm 由課本 P74表 5-4, 取 dd2=200mm 實(shí)際從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 n2' =mld1/dd2=960x 100/200=480r/mi n轉(zhuǎn)速誤差為：n2-n2' /=458.2-480/458.2二0.048<0.05(允許)帶速 V : V= n dd1 n60x1000=n x 100x960/60x 1000=5.03m/s在525m/s范圍內(nèi)，帶速合適。(3) 確定帶長(zhǎng)和中心矩根據(jù)課本P84式(5-14 )得0. 7(

8、dd1+dd2)< aoW 2(dd什dd2)0. 7(100+200) w aoW 2x (100+200)dd2=209.5mm取標(biāo)準(zhǔn)值dd2=200mmn2' =480r/mi n V=5.03m/s210mm w a0< 600mm取 ao=500所以有：210mmW ao< 600mm由課本P84式（5-15）得：Lo=2ao+1.57（ddi+dd2）+（dd2-ddi）/4ao=2 x 500+1.57（100+200）+（200-100） 2/4x 500 =1476mm根據(jù)課本P71表（5-2）取Ld=1400mm根據(jù)課本P84式（5-16）得：Ld

9、=1400mm a0=462mma0+Ld-L0/2=500+1400-1476/2=500-38=462mm（4）驗(yàn)算小帶輪包角a 1=180°-dd2-dd1/ax 57.30=180°-200-100/462 x57.30=180°-12.40=167.6°>120° （適用）（5）確定帶的根數(shù)根據(jù)課本 P78 表（5-5） P1=0.95KW根據(jù)課本 P79 表（5-6） P1=0.11KW根據(jù)課本P81表（5-7） K a =0.96根據(jù)課本P81表（5-8） Kl=0.96由課本P83式（5-12）得Z=Pc/P '

10、=P(Pi+ Pi)K a Kl=3.9/(0.95+0.11) x0.96x0.96=3.99(6)計(jì)算軸上壓力由課本P70表5-1查得q=0.1kg/m，由式(5-18) 單根V帶的初拉力：F0=500Pc/ZV (2.5/K a -1) +qV2=500 x 3.9/4 x 5.03x (2.5/0.96-1)+0.1 x 5.032N =158.01N則作用在軸承的壓力Fq,由課本P87式(5-19)Fq=2ZFosin a 1/2=2 x4x 158.01sin 167.6/2=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(jí)考慮減速器傳遞功率不在，所以齒輪米用軟 齒

11、面。小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度為240260HBS。大齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬 度220HBS ;根據(jù)課本P139表6-12選7級(jí)精度。 齒面精糙度Raw 1.63.2卩m(2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)由 d1> 76.43(kT1(u+1)/ © du彷 h2)1/3Z=4根Fo=158.01NFq =1256.7N由式(6-15)i齒=6確定有關(guān)參數(shù)如下：傳動(dòng)比i齒=6乙=20取小齒輪齒數(shù)Zi=20。則大齒輪齒數(shù)：Z2=120Z2=iZi=6x 20=120實(shí)際傳動(dòng)比lo=12O/2=6O傳動(dòng)比誤差：i-i o/I=6-6/6=0%<2.5%可用齒數(shù)比：u=i

12、o=6u=6由課本P138表6-10取© d=0.9轉(zhuǎn)矩T1Ti=9.55 x 106x P/ni=9.55x 106x 2.4/458.2=50021.8N mmT 1=50021.8N mm(4)載荷系數(shù)k由課本P128表6-7取k=1(5)許用接觸應(yīng)力(T HT h= T HlimZNT/SH 由課本 P134 圖 6-33 查得：T HlimZ1 =570Mpat HiimZ2 =350Mpaa HlimZ1 =570Mpa a HlimZ2=350Mpa由課本P133式6-52計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) NlNL1 =60n1rth=60 x 458.2x 1 x (16 x 365

13、 x 8)NL1=1.28x 109=1.28x 109N L2=2.14x 108NL2=NL1/i=1.28 x 109/6=2.14x 108Znt1 =0.92由課本P135圖6-34查得接觸疲勞的壽命系數(shù)：Znt2=0.98Znt1 =0.92Znt2=0.98通用齒輪和般工業(yè)齒輪，按般可靠度要求選取安全系數(shù)Sh=1.0(T hi=(T Hiimi Znti/Sh=570X0.92/1.0Mpa=524.4Mpa(T h2=(T Hiim2Znt2/Sh=350 x 0.98/1.0Mpa=343Mpa故得：di>76.43(kTi(u+1)/ © du彷 h2)1/

14、3=76.431 x 50021.8x (6+1)/0.9 x 6 x 34321/3mm=48.97mm模數(shù)：m=d1/Z1=48.97/20=2.45mm根據(jù)課本P107表6-1取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)：m=2.5mm(6)校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度根據(jù)課本P132 (6-48)式(T F=(2kTbm2Z1)YfaYsaW (T h確定有關(guān)參數(shù)和系數(shù)分度圓直徑：d1=mZ 1=2.5 x 20mm=50mm d2=mZ 2=2.5 x 120mm=300mm齒寬：b= © dd1=0.9x 50mm=45mm取 b=45mmb=50mm齒形系數(shù)YFa和應(yīng)力修正系數(shù)Ysa根據(jù)齒數(shù)Z1=20,Z2=1

15、20由表6-9相得t H1=524.4Mpat H】2=343Mpad1=48.97mmm=2.5mmd1=50mm d2=300mm b=45mmb1=50mmY Fa1=2.80Y Sa1=1.55Y Fa1=2.80Y Fa2=2.14Y Sa2=1.83Y Sa1 = 1.55(8)許用彎曲應(yīng)力(T fY Fa2=2.14根據(jù)課本P136 (6-53)式：Y Sa2=1.83T F=T Flim YSTYnt/Sf由課本圖6-35C查得：t Flim1 =290Mpat Fiim1=290Mpa t Flim2 =210MpaT Flim2 =210MpaY nt1 =0.88由圖 6

16、-36 查得：YNT1=0.88Ynt2=0.9Y nt2=0.9試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)Y st=2Y st=2按般可靠度選取安全系數(shù)Sf=1.25Sf=1.25計(jì)算兩輪的許用彎曲應(yīng)力t f 1= t Flim1 YstYntSf=290x 2x 0.88/1.25Mpa=408.32Mpat f2= t Flim2 YstYnt2/Sf =210 x 2 x 0.9/1.25Mpa=302.4Mpa將求得的各參數(shù)代入式(6-49)T F1=(2kT1/bm2Z"YFa1 Ysa1=(2x 1x50021.8/45x2.52x20) x2.80x 1.55Mpat F1=77.2Mp

17、at F2=11.6Mpa=77.2Mpa< t f1T F2=(2kTbm2Z2)YFa1 Ysa1=(2 x 1x 50021.8/45x 2.52x 120) x 2.14x 1.83Mpa=11.6Mpa< t f2故輪齒齒根彎曲疲勞強(qiáng)度足夠(9) 計(jì)算齒輪傳動(dòng)的中心矩 aa=m/2(Zi+Z2)=2.5/2(20+120)=175mm(10) 計(jì)算齒輪的圓周速度 VV= n dini/60x 1000=3.14x 50x458.2/60x 1000a =175mmV =1.2m/s=1.2m/s六、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、按扭矩初算軸徑選用45#調(diào)質(zhì)，硬度2172

18、55HBS根據(jù)課本P235( 10-2)式，并查表10-2，取c=115d> 115 (2.304/458.2)1/3mm=19.7mm考慮有鍵槽，將直徑增大 5%,則d=22mmd=19.7x (1+5%)mm=20.69選 d=22mm2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1 )軸上零件的定位，固定和裝配單級(jí)減速器中可將齒輪安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)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(guò)渡配合固定， 兩軸承分別以軸肩和大筒定位，則采用過(guò)渡配合固 定(2)確定軸各段直徑和長(zhǎng)度工段：di=22mm 長(zhǎng)度取Li=50mmt h=2cc=1.5mmII 段:d2=di+2h=22+2x

19、 2x 1.5=28mm二 d2=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(zhǎng)為 20mm,通過(guò)密圭寸 蓋軸段長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)密土圭蓋的寬度，并考慮聯(lián)軸器和 箱體外壁應(yīng)有一定矩離而定，為此，取該段長(zhǎng)為55mm，安裝齒輪段長(zhǎng)度應(yīng)比輪轂寬度小2mm,故II段長(zhǎng)：L2= (2+20+16+55) =93mmIII 段直徑 d3=35mmL3=L i-L=50-2=48mmW段直徑d4=45mm由手冊(cè)得：c=1.5h=2c=2 x 1.5=3mmd4=d3+2h=35+2 x3=41mm長(zhǎng)度與右面的套筒相同，即

20、L4=20mmdi=22mmLi=50mmd2=28mmL2=93mmd3=35mmL3=48mmd4=41mmL4=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)杳取由手冊(cè)得安裝尺 寸h=3.該段直徑應(yīng)?。?30+3 x 2) =36mm 因此將W段設(shè)計(jì)成階梯形，左段直徑為36mmV段直徑 d5=30mm. 長(zhǎng)度 L5=19mm由上述軸各段長(zhǎng)度可算得軸支承跨距L=100mm(3)按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算 求分度圓直徑：已知 di=50mm 求轉(zhuǎn)矩：已知T2=50021.8N mm 求圓周力：Ft根據(jù)課本P127 (6-34)式得Ft=2T2/d2=50021.8/50=10

21、00.436N 求徑向力Fr根據(jù)課本P127 (6-35)式得Fr =Ft tana =1000.436xtan20°=364.1N 因?yàn)樵撦S兩軸承對(duì)稱，所以：LA=LB=50mm(1)繪制軸受力簡(jiǎn)圖(如圖a)(2)繪制垂直面彎矩圖(如圖 b) 軸承支反力：Fay=Fby=F/2=182.05NFaz=Fbz=F"2=500.2Nd5=30mmL=100mmFt =1000.436NFr=364.1NFay =182.05NFby =182.05NFaz =500.2N由兩邊對(duì)稱，知截面 C的彎矩也對(duì)稱。截面 C在垂直面彎矩為Mci=9.1N mMci=FAyL/2=182

22、.05 x 50=9.1N m繪制水平面彎矩圖（如圖rrrrnTFfirnrrn截面C在水平面上彎矩為:M C2=25N mMc2=FazL/2=500.2 x 50=25N mM c =26.6N m(4) 繪制合彎矩圖(如圖d)Mc=(M ci2+M C22)1/2=(9.12+252)1/2=26.6N m(5) 繪制扭矩圖(如圖e)T=48N m轉(zhuǎn)矩：T=9.55 x(卩2伯2)x 106=48N m(6) 繪制當(dāng)量彎矩圖(如圖f)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪文治武功力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取Mec =99.6N ma =1，截面C處的當(dāng)量彎矩：Mec=M c2+( a T)21/2=26.62+(1 x

23、48)21/2=54.88N m(7) 校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度(T e =14.5MPa<CT -1b由式(6-3)(T e=Mec/0.1d33=99.6/0.1 x 413=14.5MPa< (T -1b=60MPa該軸強(qiáng)度足夠。輸出軸的設(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P235頁(yè)式(10-2),表(10-2)取c=115d> c(P3/ n3)1/3=115(2.168/76.4)1/3=35.08mmd=35mm取 d=35mm2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1) 軸的零件定位，固定和裝配單級(jí)減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央， 相對(duì)兩軸承

24、對(duì)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(guò)渡配 合，兩軸承分別以軸承肩和套筒定位，周向定位則用過(guò)渡配合或過(guò)盈配合， 軸呈階狀，左軸承從 左面裝入，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(zhǎng)度初選7207c型角接球軸承，其內(nèi)徑為 35mm， 寬度為17mm?？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(zhǎng)為 20mm，則該段長(zhǎng)41mm，安裝齒輪段長(zhǎng)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=300mm 求轉(zhuǎn)矩：已知 T3=271N m 求圓周力Ft:根據(jù)課本P127 (6-34)式得Ft

25、=1806.7NFt=2T3/d2=2x 271 x 103/300=1806.7N 求徑向力Fr根據(jù)課本P127 (6-35)式得Fr=Ft tana =1806.7x0.36379=657.2N .兩軸承對(duì)稱二 LA=LB=49mm(1)求支反力 Fax、Fby、Faz、FbzFax =Fby=F/2=657.2/2=328.6NFaz =Fbz=F"2=1806.7/2=903.35N由兩邊對(duì)稱，書(shū)籍截C的彎矩也對(duì)稱 截面C在垂直面彎矩為M ci=FayL/2=328.6 x 49=16.1N m(3) 截面C在水平面彎矩為Mc2=FazL/2=903.35 x 49=44.2

26、6N m(4) 計(jì)算合成彎矩Mc= ( Mc12+Mc22) 1/2=(16.12+44.262) 1/2=47.1N m(5) 計(jì)算當(dāng)量彎矩：根據(jù)課本 P235得a =1Mec=M c2+( a T)21/2=47.1 2+(1 x271)21/2=275.06N m(6) 校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度由式(10-3)(T e=Mec/ (0.1d) =275.06/(0.1 x 453)=1.36Mpa<(T -1b=60Mpa二此軸強(qiáng)度足夠Fax=Fby =328.6NFaz=Fbz =903.35NMc1=16.1N mMc2=44.26N mMc =47.1N mMec =275.06

27、N m(T e =1.36Mpa<CT -1b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16x 365x 8=48720 小時(shí)1、計(jì)算輸入軸承(1)已知 nn =458.2r/min兩軸承徑向反力：Fri =Fr2=500.2N初先兩軸承為角接觸球軸承 7206AC型 根據(jù)課本P265 (11-12)得軸承內(nèi)部軸向力Fs=0.63Fr 則 Fs1=Fs2=0.63Fr1=315.1N(2) I Fs1+Fa=Fs2Fa=0故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端Fa1 =Fs1=315.1NFa2=Fs2=315.1N(3) 求系數(shù)x、yFa1 /Fr1=315.1N/500.

28、2N=0.63Fa2/Fr2=315.1N/500.2N=0.63根據(jù)課本P263表(11-8)得e=0.68FA1 /FR1<eX1 = 1FA2/FR2<eX2=1y1=0y2=0(4) 計(jì)算當(dāng)量載荷P1、P2根據(jù)課本P263表(11-9 )取f p=1.5根據(jù)課本P262 (11-6)式得P1=fp(X1FR 1+y 1Fa1)=1.5 x (1 x 500.2+0)=750.3N軸承預(yù)計(jì)壽命48720hFs1=Fs2=315.1NX1 = 1y1=0X2=1y2=0P2=fp(X2FRi+y2FA2)=1.5 X (1x 500.2+0)=750.3N(5)軸承壽命計(jì)算T

29、Pi=P2 故取 P=750.3NT角接觸球軸承E =3根據(jù)手冊(cè)得7206AC型的Cr=23000N 由課本P264( 11- 10c)式得LH=16670/n(ftCr/P) e=16670/458.2 x (1 x 23000/750.3)3=1047500h>48720h二預(yù)期壽命足夠2、計(jì)算輸出軸承(1) 已知 nm=76.4r/minFa=0Fr=Faz=903.35N試選7207AC型角接觸球軸承根據(jù)課本 P265 表(11-12)得 Fs=0.063Fr,則Fs1=Fs2=0.63Fr=0.63x 903.35=569.1N(2) 計(jì)算軸向載荷Fa1、Fa2t Fs1+Fa=Fs2Fa=0任意用一端為壓緊端，1為壓緊端，2為放松 端兩軸承軸向載荷：Fa1=Fa2=Fs1=569.1NP1=750.3NP2=750.3NLH=1047500h預(yù)期壽命足夠Fr =903.35NFs1=569.1N(3)求系數(shù)x、yFai/Fri=569.1/903.35=0.63