機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計1

機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計1第一頁，共25頁。第二頁，共25頁。

計算及說明一、設(shè)計任務(wù)書1、設(shè)計任務(wù)設(shè)計帶式輸送機的傳動系統(tǒng)，采用帶傳動和一級圓柱出論減速器2、原始數(shù)據(jù)輸送帶有效拉力F＝5000N

輸送帶工作速度v＝1.5m/s

輸送帶滾筒直徑d＝400mm

減速器設(shè)計壽命為8年（兩班制），大修期限4年3、工作條件兩班制工作，空載起動載荷平穩(wěn)，常溫下連續(xù)（單向）運轉(zhuǎn)，工作環(huán)境多塵；三相交流電源，電壓為380/220V。二、傳動系統(tǒng)方案的擬定帶式輸送機傳動系統(tǒng)方案如圖所示：（畫方案圖）帶式輸送機由電動機驅(qū)動。電動機1將動力傳到帶傳動2，再由帶傳動傳入一級減速器3，再經(jīng)聯(lián)軸器4將動力傳至輸送機滾筒5，帶動輸送帶6工作。傳動系統(tǒng)中采用帶傳動及一級圓柱齒輪減速器，采用直齒圓柱齒輪傳動。結(jié)果第三頁，共25頁。三、電動機的選擇按設(shè)計要求及工作條件選用Y系列三相異步電動機，臥式封閉結(jié)構(gòu)，電壓380V。1、電動機的功率根據(jù)已知條件由計算得知工作機所需有效功率設(shè)：η1－聯(lián)軸器效率＝0.97（表1-7）；

η2－閉式圓柱齒輪傳動效率＝0.99η3－V帶傳動效率＝0.96η4－一對軸承效率＝0.99η5－輸送機滾筒效率＝0.96

由電動機至運輸帶的傳動總效率為

工作機所需電動機功率

計算及說明結(jié)果Pw＝7.5KWη＝0.8588Pd=8.733kW第四頁，共25頁。

由表所列Y系列三相異步電動機技術(shù)數(shù)據(jù)中可以確定，滿足Pm≥Pd條件的電動機額定功率Pm應(yīng)取為11kW。2、電動機轉(zhuǎn)速的選擇根據(jù)已知條件由計算得知輸送機滾筒的工作轉(zhuǎn)速

額定功率相同的同類型電動機，可以有幾種轉(zhuǎn)速供選擇，如三相異步電動機就有四種常用的同步轉(zhuǎn)速，即3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min。（電動機空載時才可能達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，負(fù)載時的轉(zhuǎn)速都低于同步轉(zhuǎn)速）。電動機的轉(zhuǎn)速高，極對數(shù)少（相應(yīng)的電動機定子繞組的極對數(shù)為2、4、6、8），尺寸和質(zhì)量小，價格也便宜，但會使傳動裝置的傳動比加大，結(jié)構(gòu)尺寸偏大，成本也會變高，若選用低轉(zhuǎn)速的電動機則相反。一般來說，如無特殊要求，通常選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min或1000r/min的電動機。選用同步轉(zhuǎn)速為1000r/min的電動機，對應(yīng)于額定功率Pm為11kW的電動機型號應(yīng)為Y160M-6型。有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)及相應(yīng)算得的總傳動比：電動機型號：Y160M-6；額定功率：11kW；同步轉(zhuǎn)速：1000r/min；滿載轉(zhuǎn)速：970r/min；總傳動比：13.536；電動機中心高H＝160mm，軸伸出部分用于裝聯(lián)軸器段的直徑和長度分別為D=42mm和E=110mm。第五頁，共25頁。四、傳動比的分配帶式輸送機傳動系統(tǒng)的總傳動比由傳動系統(tǒng)方案，分配各級傳動比：五、傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)計算傳動裝置從電動機到工作機有三軸，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ軸，傳動系統(tǒng)各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩計算如下：Ⅰ軸（電動機軸）：Ⅱ軸（減速器高速軸）：Ⅲ軸（減速器低速軸）：Ⅳ軸（輸送機滾筒軸）：第六頁，共25頁。將計算結(jié)果和傳動比及傳動效率匯總?cè)绫?－1表1－1傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)軸號電動機帶傳動圓柱齒輪傳動工作機Ⅰ軸Ⅱ軸Ⅲ軸Ⅳ軸轉(zhuǎn)速n(r/min)970277.1472.3672.36功率P(kw)8.7338.3848.2177.891轉(zhuǎn)矩T(Nm)85.98288.911084.471041.45傳動比I3.53.851傳動效率η0.960.98010.9603第七頁，共25頁。六、傳動零件的設(shè)計計算傳動裝置中除減速器外還有其他傳動時，通常先設(shè)計減速器外部的傳動零件。1、V帶傳動已知條件：原動機種類和所需的傳遞的功率（或轉(zhuǎn)矩）、轉(zhuǎn)速、傳動比、工作條件和尺寸限制等。設(shè)計計算主要內(nèi)容：確定帶的種類、選擇帶的型號、選擇小帶輪直徑、大帶輪直徑、中心距、帶的長度、帶的根數(shù)、初拉力F0和作用在軸上的載荷FQ。設(shè)計計算時應(yīng)注意的問題：注意檢查帶輪尺寸與傳動裝置外廓尺寸的相互關(guān)系的協(xié)調(diào)，如小帶輪外圓半徑是否大于電動機的中心高，大帶輪半徑是否過大造成帶輪與機器底座相干涉；注意帶輪軸孔尺寸與電動機軸或減速器輸入軸尺寸是否相適應(yīng)；小帶輪的帶速應(yīng)滿足5m/s≤v1≤25m/s；帶的根數(shù)應(yīng)控制在Z≤（4～5）根以下，避免帶的根數(shù)過多致使帶的受力不均及軸伸出段過長；帶輪直徑確定后，要驗算帶傳動的實際傳動比和大帶輪轉(zhuǎn)速，以此修正減速器傳動比和輸入轉(zhuǎn)矩。不用設(shè)計帶輪結(jié)構(gòu)第八頁，共25頁。2、減速器內(nèi)部傳動零件的設(shè)計計算已知條件：所需傳遞的功率（或轉(zhuǎn)矩）、轉(zhuǎn)速、傳動比、工作條件和尺寸限制等。設(shè)計內(nèi)容：選擇材料，分析失效形式，確定設(shè)計準(zhǔn)則，確定齒輪傳動的參數(shù)（中心距、齒數(shù)、模數(shù)和齒寬等）、齒輪的其他幾何尺寸和結(jié)構(gòu)。設(shè)計時應(yīng)注意的問題：齒輪材料與熱處理的選擇：齒輪直徑d≤500mm時，采用鍛造毛坯；d＞500mm時，鑄造毛坯；齒根圓到鍵槽底部距離e≤（2～2.5）m時，齒輪軸。同一減速器內(nèi)大小齒輪的材料盡可能一致，軟齒面小齒輪調(diào)質(zhì)，大齒輪正火，熱處理方法見教材P188表9-4b。齒輪強度計算中的規(guī)定：齒輪強度計算中不論是針對小齒輪還是大齒輪的（許用應(yīng)力或齒形系數(shù)用哪個齒輪的數(shù)值），器公式中的轉(zhuǎn)矩、齒輪直徑或齒數(shù)都應(yīng)是小齒輪的輸入轉(zhuǎn)矩T1、小齒輪分度圓直徑d1和小齒輪齒數(shù)Z1。齒輪齒數(shù)的選擇：不發(fā)生根切；在滿足強度條件的要求下z1應(yīng)盡可能取大，以增大ε，提高傳動平穩(wěn)，減少加工量；齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)。第九頁，共25頁。齒寬系數(shù)：見教材P196齒寬：為保證齒輪安裝后能全齒捏合，小齒輪的齒寬比大齒輪的齒寬大5～8mm；模數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)值，工程上要求傳遞動力的齒輪模數(shù)m≥1.5mm。齒輪的參數(shù)：齒輪計算中的參數(shù)有m、z、α、a、d、da、df、ha*、hc*等，相互影響并有一定幾何關(guān)系見教材P177表9-2。齒輪參數(shù)中，齒寬b、齒數(shù)z要圓整；模數(shù)m、分度圓壓力角α取標(biāo)準(zhǔn)值；分度圓直徑d、齒頂圓直徑da、斜齒輪的螺旋角β既不需要圓整又不取標(biāo)準(zhǔn)值，而是取精確值。列出設(shè)計計算結(jié)果：中心距模數(shù)齒數(shù)分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑齒寬齒輪精度等級材料及熱處理第十頁，共25頁。第十一頁，共25頁。七、減速器軸的設(shè)計軸的長度和支承位置尚未確定，無法按彎扭合成強度條件完成轉(zhuǎn)軸的初步計算，為此先繪制減速器軸的布置簡圖，初定支承跨距，根據(jù)所受傳動零件載荷的大小、方向和作用點求出軸的支承反力，作出軸的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖，再按彎扭合成強度條件初步計算軸的直徑，最后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核。1、繪制軸的布置簡圖和初定跨距：由減速器傳動零件的設(shè)計計算得齒輪傳動中心距、齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)。選定比例尺，按中心距a和齒輪幾何尺寸畫出2根軸線和齒輪輪廓，并參考同類型減速器結(jié)構(gòu)畫出軸（圖冊P216、218、219）、軸承及減速器箱體內(nèi)壁和軸承座孔。（手冊P176、177圖15-4）考慮齒輪與箱體內(nèi)壁沿軸向不發(fā)生干涉，計入尺寸k（≥δ－箱座壁厚）；為保證滾動軸承完全放入箱體軸承座孔內(nèi)，計入尺寸c，當(dāng)軸承采用油潤滑時，可取c=3～5mm，采用脂潤滑時，可取c=10~15mm初取軸承寬度n=15~30mm，n1、n2分別表示1軸、2軸所用滾動軸承寬度；b表示減速器低速級大齒輪寬度，則小齒輪寬度為b＋(5～10)mm由此，初步取定軸及軸上零件的相互位置，求得2根軸的支承跨距為：待有關(guān)零件的結(jié)構(gòu)尺寸確定后，可對初定跨距進(jìn)行修正。一般情況下，如傳動跨距屬偏于安全或出入不大，則不必修改及重新計算第十二頁，共25頁。兩根軸結(jié)構(gòu)設(shè)計第十三頁，共25頁。2、軸的材料及熱處理：主要是碳鋼和合金鋼，正火處理3、軸的受力分析：作用在軸上的載荷有：齒輪的嚙合力（已知）；傳遞的轉(zhuǎn)矩（已知）；零件自重（忽略）；支承反力（未知）。由力或力矩平衡條件求出支承反力并作出軸的彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖及當(dāng)量彎矩圖。齒輪傳動中嚙合力的方向與齒輪的轉(zhuǎn)向、旋向及其為主動件還是從動件有關(guān)，在力分析時需先根據(jù)工作機給定的運動方向確定各輪轉(zhuǎn)向，然后結(jié)合其旋向及主動還是從動判定嚙合力的方向，最后按要求計算嚙合力的大小。圓周力、徑向力、軸向力均影響支承反力，作軸的簡力圖時，要分清各自所在的平面，以區(qū)別這些力是矢量和還是代數(shù)和。4、軸的初步計算：(按扭轉(zhuǎn)強度計算）當(dāng)按上式初算軸徑后，如果在軸的相應(yīng)截面處開有一個鍵槽，則應(yīng)將該直徑加大3%；如同一截面處有兩個鍵槽，直徑加大7%。當(dāng)該直徑處裝有標(biāo)準(zhǔn)件，則應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)件與軸的裝配尺寸圓整。第十四頁，共25頁。5、按彎扭合成強度計算a)畫出軸的計算簡圖，并求出水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)的支承反力。對傳動件上的載荷可簡化為作用在輪緣寬度中點的集中力，支反力作用點的位置根據(jù)軸承類型確定；b)計算水平面彎矩MH并畫出水平面彎矩圖；c)計算垂直面彎矩MV并畫出垂直面彎矩圖；d)計算合成彎矩，畫出合成彎矩圖；e)計算軸的轉(zhuǎn)矩T（T=9.55×106P/n），畫出轉(zhuǎn)矩圖；

f)計算當(dāng)量彎矩。根據(jù)第三強度理論，當(dāng)量彎矩

式中α是根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)。6、滾動軸承的選擇軸承的內(nèi)徑尺寸可根據(jù)軸頸直徑選定，軸承類型對直齒一般選深溝球軸承，軸承的型號應(yīng)通過壽命計算最后確定。軸承的預(yù)期壽命取減速器大修期限。軸承是利用齒輪旋轉(zhuǎn)時濺起的稀油進(jìn)行潤滑，應(yīng)設(shè)計輸油溝將飛濺到內(nèi)壁上的油經(jīng)導(dǎo)油槽流入軸承；當(dāng)浸油齒輪的圓周速度v≤2m/s時，應(yīng)采用潤滑脂潤滑軸承，為避免可能濺起的稀油沖掉潤滑脂，可在軸承內(nèi)側(cè)加裝擋油盤。第十五頁，共25頁。7、鍵聯(lián)接和聯(lián)軸器的選擇軸上零件齒輪及聯(lián)軸器的周相固定，一般采用過盈配合加普通平鍵聯(lián)接。平鍵的剖面尺寸（鍵寬b×鍵高h(yuǎn)）按軸徑d由標(biāo)準(zhǔn)中查取，鍵長L由輪轂長度L’決定，一般取L=L’－（5～10）mm，且L≤（1.6～1.8）d，再根據(jù)鍵的標(biāo)準(zhǔn)長度系列取定。鍵聯(lián)接應(yīng)滿足擠壓強度條件和剪切強度條件，按強度條件對鍵聯(lián)接的強度進(jìn)行校核。聯(lián)軸器主要用于聯(lián)接兩軸以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。減速器輸出軸可選用HL型彈性柱銷聯(lián)軸器（GB5014－85）。然后根據(jù)聯(lián)軸器所傳遞的計算轉(zhuǎn)矩、被聯(lián)接軸的轉(zhuǎn)速和直徑確定其結(jié)構(gòu)尺寸，并按標(biāo)準(zhǔn)選定聯(lián)軸器型號。第十六頁，共25頁。八、減速器箱體的設(shè)計鑄鐵減速器箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸（圖冊P146表11-1），列表各主要結(jié)構(gòu)尺寸；減速器箱體兼作油池。減速器傳動零件一般采用浸油潤滑方式進(jìn)行潤滑，對單級圓柱齒輪減速器，以浸入大齒輪一個齒全高為宜，但浸油深度不應(yīng)小于10mm。為避免由于齒輪旋轉(zhuǎn)攪起沉積在箱底的油污，大齒輪頂圓與油底面的距離應(yīng)大于8～12倍模數(shù)，并應(yīng)不小于30～50mm。九、減速器附件的設(shè)計減速器附件包括：窺視孔及窺視孔蓋、通氣器、軸承蓋、定位銷、啟箱螺釘、游標(biāo)、放油孔及放油螺塞和起吊裝置等。第十七頁，共25頁。十、減速器裝配圖的設(shè)計減速器裝配圖視圖的繪制尺寸的標(biāo)注：特性尺寸配合尺寸、外形尺寸、安裝尺寸零件序號、標(biāo)題欄和明細(xì)表（表1－14）減速器技術(shù)特性和技術(shù)要求十一、減速器零件工作圖的設(shè)計軸類零件工作圖的設(shè)計（尺寸及其偏差的標(biāo)注；表面粗糙度的標(biāo)注；形位公差的標(biāo)注；編寫技術(shù)要求）齒輪零件圖的設(shè)計第十八頁，共25頁。第十九頁，共25頁。第二十頁，共25頁。草圖框架設(shè)計步驟：1、據(jù)齒輪中心距繪二軸軸線2、繪齒輪齒頂圓及