課程設(shè)計(jì)講義一

·PAGE90·機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書第十四章設(shè)計(jì)計(jì)算示例·PAGE91·第十四章設(shè)計(jì)計(jì)算示例題目：設(shè)計(jì)帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置圖14.1原始數(shù)據(jù)：運(yùn)輸帶的有效拉力f＝3

000N運(yùn)輸帶的線速度υ＝1.4m/s驅(qū)動(dòng)卷筒直徑D＝400

mm一班制連續(xù)工作，使用期五年，載荷比較平穩(wěn)，單向運(yùn)轉(zhuǎn)。一、電動(dòng)機(jī)的選擇和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算1．選擇合適的電動(dòng)機(jī)。（1）選擇電動(dòng)機(jī)類型。按照工作要求和條件，選用Y系列一般用途的全封閉自扇冷籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。（2）確定電動(dòng)機(jī)功率。工作機(jī)所需的功率PW為：（kW）式中，F(xiàn)=3

000N，v=1.4m/s，帶式輸送機(jī)的效率ηW=0.94，代入上式得：（kW）=4.47（kW）電動(dòng)機(jī)的輸出功率（kW）式中，為電動(dòng)機(jī)至滾筒主動(dòng)軸傳動(dòng)裝置的總效率（包括V帶傳動(dòng)、一對(duì)齒輪傳動(dòng)、兩對(duì)滾動(dòng)球軸承器等的效率），其值按下式計(jì)算：由表10-5查得：V帶傳動(dòng)效率b=0.95，一對(duì)齒輪傳動(dòng)（8級(jí)精度、油潤滑）效率g=0.97，一對(duì)滾動(dòng)軸承效率r=0.99，滑塊聯(lián)軸器效率c=0.98，因此，=0.95×0.97×0.992×0.98=0.885所以：（kW）選取電動(dòng)機(jī)的額定功率，使Pm=(1～1.3)Po，并由表10-3中取電動(dòng)機(jī)的額定功率為Pm=5.5kW。確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，滾筒軸的轉(zhuǎn)速為：（r/min）=66.85（r/min）按推薦的各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比的范圍，取V帶傳動(dòng)比ib=2～4，單級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比ig=3～5，則總傳動(dòng)比范圍為：i=(2×3)～(4×5)=6～20電動(dòng)機(jī)可選擇的轉(zhuǎn)速范圍相應(yīng)為：n′=i

·

nw=(6～20)×66.85（r/min）=401～1

337（r/min）電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速符合這一范圍的有750r/min和1

000r/min兩種類型。為降低電動(dòng)機(jī)的重量和價(jià)格，由表10-3選取同步轉(zhuǎn)速為1

000r/min的Y系列電動(dòng)機(jī)Y132M2－6，其滿載轉(zhuǎn)速為nm=960r/min。表10-3Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)（摘自JB/T10391-2002）型號(hào)額定功率P/kW滿載轉(zhuǎn)速（r

·

min-1）型號(hào)額定功率P/kW滿載轉(zhuǎn)速（r

·

min-1）型號(hào)額定功率P/kW滿載轉(zhuǎn)速（r

·

min-1）同步轉(zhuǎn)速n

=

1

500r

·

min-1同步轉(zhuǎn)速n

=

1

000r

·

min-1同步轉(zhuǎn)速n

=

750r

·

min-1Y90L-41.51

400Y100L-61.5940Y132S-82.2710Y100L1-42.21

430Y112M-62.2940Y132M--83710Y100L2-43.01

430Y132S-63960Y160M1-84720Y112M-44.01

440Y132M1-64960Y160M2-85.5720Y132S-45.51

440Y132M2-65.5960Y160L-87.5720Y132M-47.51

440Y160M-67.5970Y180L-811730Y160M-411.01

460Y160L-611970Y200L-815730Y160L-415.01

460Y180L-615970Y225S-818.57302．計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比并分配各級(jí)傳動(dòng)比（1）傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比。（2）分配各級(jí)傳動(dòng)比。由式i=ibig，為了使V帶傳動(dòng)的外廓尺寸不致太大，取帶傳動(dòng)比ib=3（注：①ib＜ig；②ib與ig差異不要太大），則齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為=0.885Y132M2－6三相異步電動(dòng)機(jī)Pm=5.5kWnm=960

r/mini=14.36ib=3ig=4.793．計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)（1）各軸的轉(zhuǎn)速。I軸（電動(dòng)機(jī)、小帶輪軸）：nI=960（r/min）Ⅱ軸（大帶輪、小齒輪軸）：nⅡ（r/min）=320（r/min）Ⅲ軸（大齒輪、滾筒軸）：nⅢ=nW（r/min）=66.81（r/min）（2）各軸的功率。I軸（電動(dòng)機(jī)、小帶輪軸）：PI=5.05（kW）Ⅱ軸（大帶輪、小齒輪軸）：PⅡ=Pmb=5.05×0.95=4.8（kW）Ⅲ軸（大齒輪軸）：PⅢ=PⅡrg=4.8×0.99×0.97=4.61（kW）軸號(hào)功率/kW轉(zhuǎn)速/（r/min）高速軸（小齒輪軸）低速軸（大齒輪軸）4.84.6132066.81二、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)1．選擇齒輪材料和熱處理方法要設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)無特殊要求，故考慮選用閉式軟齒面齒輪。小齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為255HBS，大齒輪材料為45鋼，正火處理，硬度為220HBS。[H1]=610MPa，[H2]=490MPa，[F1]=470MPa，[F2]=345MPa。2．選擇精度等級(jí)運(yùn)輸機(jī)為一般機(jī)械，速度較低，因此選擇8級(jí)精度。3．強(qiáng)度計(jì)算由于是閉式軟齒面齒輪，因此按齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式計(jì)算。TⅡ=9.55106×PⅡ/nⅡ=9.55×106×4.8/320=1.43×105（N

·

mm）d1≥==68.7（mm）4．選擇小齒輪的齒數(shù)z1取z1=25（推薦z1取值范圍20～30）z2=z1×i=254.79=119.75取z2=119。確定模數(shù)m=68.7/25=2.75，取m=3

mm小齒輪：45調(diào)質(zhì)大齒輪：45正火z1=25z2=119m=3

mm中心距a=m(z1+z2)/2=216（mm）主要尺寸分度圓直徑：d1=mz1=325=75（mm），d2=mz2=3119=357（mm）齒輪寬度：b2=dd1=175=75（mm），取b2=75（mm）b1=b2+（5~10）（mm）=80（mm）5．驗(yàn)算齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度復(fù)合齒形系數(shù)YFS1=4.24，YFS2=3.92（可參考《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教材）=71.9MPa≤[F1]≤[F2]強(qiáng)度符合要求。三、軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算1．高速軸（1）選擇軸的材料。因該齒輪無特殊要求，故選用45鋼調(diào)質(zhì)。（2）初估軸的外伸端直徑。d≥C（PⅡ/nⅡ）1/3（mm）考慮軸上有一鍵槽，將軸徑增大4%，即d=(31.07～25.4)×1.04

mm=32.31～26.42

mm；軸頭安裝帶輪，應(yīng)取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。查表12-10，取d1=dmin=28

mm。（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并繪制草圖。①

軸的結(jié)構(gòu)分析。要確定軸的結(jié)構(gòu)形狀，根據(jù)軸上零件的定位、裝拆順序和固定方式及軸的工藝性要求等，初步確定軸的形狀如圖14-2所示。②

確定軸各段的直徑。根據(jù)軸各段直徑確定的原則，本題中各段直徑選取如下：軸段①為軸的最小直徑，已取定d1=28

mm；軸段②要考慮帶輪的定位和安裝密封圈的需要，取d2=34

mm[取定位軸肩高h(yuǎn)=(0.07～0.l)d1]；軸段③安裝軸承，為便于裝拆應(yīng)取d3＞d2，且與軸承內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)系列符合，故取d3=35

mm（軸承型號(hào)為6207）；軸段④安裝齒輪，此直徑盡可能采用推薦的標(biāo)準(zhǔn)系列值（查表10-6），但軸的尺寸不宜取得太大，故取成d4=37.5mm；軸段⑤為軸環(huán)，考慮左面軸承的拆卸和右面齒輪的定位和固定，取軸徑d5=45

mm；軸段⑥取與軸段③同樣的直徑，即d6=35

mm。圖14-2③

確定軸各段的長(zhǎng)度。為保證齒輪固定可靠，軸段④的長(zhǎng)度應(yīng)略短于齒輪輪轂長(zhǎng)度（設(shè)齒輪輪轂長(zhǎng)與齒寬b1相等，為80mm），取L4=78mm；為保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰，應(yīng)留一定間隙，取兩者間距為15mm，為保證軸承含在箱體軸承孔中，并考慮軸承的潤滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁距離為5mm（脂潤滑，如為油潤滑應(yīng)取得小些）。故軸段⑤長(zhǎng)度為L(zhǎng)5=（15＋5）mm=20mm；根據(jù)軸承內(nèi)圈寬度B＝17mm，取軸段⑥長(zhǎng)L6=18mm；因兩軸承相對(duì)齒輪對(duì)稱，故取軸段③長(zhǎng)度L3=（2＋20＋17）mm=39mm。為了確定L2，必須先確定箱體上軸承孔的長(zhǎng)度L?？紤]孔內(nèi)安裝零件，L=B+m+Δ3=17+（0.10～0.15）72+5=29.2～32.8mm。為了避免擰緊螺釘時(shí)端蓋歪斜，一般取m=（0.10～0.15）D，D為軸承外徑?？紤]箱外聯(lián)接螺栓扳手空間位置，L≥δ+c1+c2+5～8mm，為此，由表5-3可計(jì)算出箱體壁厚δ=8mm，軸承端蓋旁聯(lián)接螺栓直徑d=12mm，由表5-4查出c1=18mm；c2=16mm。則L≥δ+c1+c2+(5～8)=8+18+16+6=48mm。比較孔內(nèi)安裝零件和箱外聯(lián)接螺栓扳手空間位置的要求，取大值，所以取L=48mm。根據(jù)軸承外徑D=72mm，由表11-7查出軸承端蓋厚度e

=10mm，軸承端蓋上聯(lián)接螺栓為M8。由表10-16查出螺栓頭部高度h≈6mm。為保證帶輪不與軸承端蓋上聯(lián)接螺釘相碰，并使軸承端蓋拆卸方便，帶輪端面與端蓋間應(yīng)留適當(dāng)間隙，再根據(jù)箱體和軸承端蓋的尺寸取定軸段②長(zhǎng)度，L2=L-B-Δ3＋e＋h＋(10～15)=48-5-17＋10＋6＋(10～15)=52～57mm，取L2=54mm；根據(jù)帶輪孔長(zhǎng)度L=（1.5～2）d1mm，取L1=45mm。2．低速軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（略）注意：低速軸外伸端直徑的確定：①

d≥C（PⅢ/nⅢ）1/3。②

考慮軸上有一鍵槽，將軸徑增大4%。③

軸頭安裝聯(lián)軸器，應(yīng)按聯(lián)軸器孔徑取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值，查表10-24。b1=80mmb2=75mm強(qiáng)度足夠高速軸：45鋼調(diào)質(zhì)d1=dmin=28mmd2=34mmd3=35mmd4=37.5mmd5=45mmd6=35mmL4=78mmL5=20mmL6=18mmL3=39mmL2=54mmL1=45mm表10-5機(jī)械傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比概略值類別傳動(dòng)類別效率單級(jí)傳動(dòng)比最大常用圓柱齒輪傳動(dòng)7級(jí)精度（稀油潤滑）8級(jí)精度（稀油潤滑）9級(jí)精度（稀油潤滑）開式傳動(dòng)（脂潤滑）0.980.970.960.94～0.9610153～54～6錐齒輪傳動(dòng)7級(jí)精度（稀油潤滑）8級(jí)精度（稀油潤滑）開式傳動(dòng)（脂潤滑）0.970.94～0.970.92～0.956662～32～34帶傳動(dòng)V帶傳動(dòng)0.9572～4鏈傳動(dòng)開式閉式0.90～0.930.95～0.9772～4蝸桿傳動(dòng)自鎖單頭雙頭四頭0.40～0.450.70～0.750.75～0.820.82～0.92開式100閉式8015～6010～40一對(duì)滾動(dòng)轉(zhuǎn)承球軸承滾子軸承0.990.98一對(duì)滑動(dòng)軸承潤滑不良正常潤滑液體摩擦0.940.970.99聯(lián)軸器0.99運(yùn)輸滾筒0.94～0.96螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)（滑動(dòng)）0.30～0.60表12-10帶輪孔徑系列值161820222425283032353840424550556065707580859095100110120130140150表10-6標(biāo)準(zhǔn)尺寸（直徑、長(zhǎng)度和高度等）（摘自GB/T2822-2005）（單位：mm）R10R20R40R10R20R40R10R20R40R10R20R4010.010.040.040.040.014014050050050011.242.515053012.512.512.545.545.516016016056056013.247.517060014.014.050.050.550.018018063063063015.053.019067016.016.016.056.556.520020020071071017.060.021275018.018.063636322422480080080019.06723685020.020.020.0717125025025090090021.27526595022.422.48080802802801

0001

0001

00023.68530025.025.025.0909031531531526.59533528.028.010010010035535530.010637531.531.531.511211240040040033.511842535.535.512512512545045037.5132475表5-3減速器鑄造箱體的結(jié)構(gòu)尺寸（參考圖5-15）名稱符號(hào)單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器尺寸關(guān)系箱座（體）壁厚δ0.025δ+1≥8箱蓋壁厚δ10.085δ≥8箱座、箱蓋、箱座底的凸緣厚度（b、b1、b2）b=1.5δ；b1=1.5δ；b2=2.5δ地腳螺栓直徑及數(shù)目（df、n）a≤100＞100～200＞200≥4df120.04a+80.047a+8軸承旁聯(lián)接螺栓直徑d10.75df箱座、箱蓋聯(lián)接螺栓直徑d2（0.5～0.6）df軸承端蓋螺釘直徑d3查表11-7檢查孔蓋螺釘直徑d4d4=

6锪孔直徑D0；df、d2至箱外壁的距離c1；df、d2至凸緣邊緣的距離c2查表5-4軸承座外徑D2凸緣式軸承蓋：D2=D

+（5～5.5）d3；D為軸承外徑嵌入式軸承蓋：D2=1.25D

+10

mm軸承旁聯(lián)接螺栓距離S以d1螺栓和d3螺釘互不干涉為準(zhǔn)盡量靠近，一般S≈D2軸承旁凸臺(tái)半徑R1R1≈c2軸承旁凸臺(tái)高度h根據(jù)低速軸軸承外徑D2和d1扳手空間c1的要求，由結(jié)構(gòu)確定箱外壁至軸承座端面距離L1c1+c2+（5～8）箱座、箱蓋的肋厚m1、mm1＞0.85δ1；m≥0.85δΔ1≥1.2δ表5-4螺栓安裝尺寸尺寸符號(hào)螺栓直徑M6M8M10M12M14M16M18M20M22M24M27M30c1min121416182022242630343840c2min101214161820222426283235D0152024283234384244505562R0max5810表11-7凸緣式軸承端蓋的結(jié)構(gòu)尺寸符號(hào)尺寸關(guān)系符號(hào)尺寸關(guān)系D（軸承外徑）30～6062～100110～130140～280D5D1-

(2.5～3)

d3d3(螺釘直徑)6～88～1010～1212～16e1.2d3n（螺釘數(shù)）4466e1（0.1～0.15）D(e1≥e)d0d3

+

(1～2)m由結(jié)構(gòu)確定D1無套杯時(shí)：D1

=

D

+

2.5d328～10有套杯時(shí)：D1

=

D

+

2.5d3

+

22b8～10套杯厚度：s2

=

7～12h（0.8～1）bD2D1

+（2.5～3）d3透蓋密封槽的結(jié)構(gòu)尺寸由密封方式及其裝置決定非全螺紋A和B級(jí)（GB/T

5782-2000）表10-16六角頭螺栓（單位：mm）全螺紋A和B級(jí)（GB/T

5783-2000）GB/T

5782-2000GB/T

5783-2000標(biāo)記示例：螺紋規(guī)格d

=

M12，公稱長(zhǎng)度l

=

80

mm，性能等級(jí)為8.8級(jí)、表面氧化、A級(jí)六角頭螺栓螺栓GB/T5782-2000，M12

×

80螺紋規(guī)格dM5M6M8M10M12（M14）M16（M18）M20（M22）M24（M27）M30k公稱3.545.36.47.58.81011.512.514151718.7cmax0.50.60.8smax8101316182124273034364146emin產(chǎn)品等級(jí)A8.9711.0514.3817.7720.0323.3526.7530.1433.5337.7239.98——B8.6310.8914.2017.5919.8522.7826.1729.5632.9537.2939.5545.2050.85dwmin產(chǎn)品等級(jí)A6.98.911.614.616.619.622.525.328.231.733.6——B6.78.711.414.416.419.222.024.827.731.433.23842.7rmin0.20.250.40.60.81非全螺紋a5Pb（參考）l＜12516182226303438424650546066125≤l≤200——2832364044485256606672l＞200—————5357616569737985l范圍25～5030～6035～8040～10045～12050～14055～16060～18065～20070～22080～24090～26090～300全螺紋a2.43.03.754.55.2567.5910.5l范圍8～5012～6016～8020～10025～10030～14035～10035～18040～10045～20040～10055～20040～100l系列公稱8，12，16，20～70（5進(jìn)位），80～160（10進(jìn)位），180～300（20進(jìn)位）注：1．括號(hào)內(nèi)為盡量不采用規(guī)格，非全螺紋的l范圍為商品規(guī)格。2．產(chǎn)品等級(jí)：A

級(jí)用于d≤24或l≤10d（或l≤150

mm），B級(jí)用于d＞24或l＞10d(或l＞150

mm)。表10-24LT型彈性套柱銷聯(lián)軸器（摘自GB/T4323－2002）標(biāo)記示例：例1：TL6聯(lián)軸器4標(biāo)記示例：例1：TL6聯(lián)軸器40×112GB/T4323-2002主動(dòng)端d1=40

mm，Y型軸孔L=112

mmA型鍵槽從動(dòng)端d2=40

mm，Y型軸孔L=112

mmA型鍵槽例2：TL3聯(lián)軸器GB/T4323-2002主動(dòng)端dz=16

mm，Z型軸孔L1=30

mmC型鍵槽從動(dòng)端d2=18

mm，J型軸孔L1=30

mmB型鍵槽型號(hào)公稱轉(zhuǎn)距Tn/N·m許用轉(zhuǎn)速[n]/（r/min）軸孔直徑d1，d2，dz軸孔長(zhǎng)度DD1D2bb1sA轉(zhuǎn)動(dòng)慣量