机械设计基础0002

1、机械设计基础课程设计第1 页设计说明书学院：冶金工程学院系：冶金工程专业：冶金工程设计者：王超指导教师：许爱瑾2015 年 6 月 24 日安徽工业大学- 1 -2020-3-30目录 11. 设计任务书22. 电动机的选择计算33. 传动装置高、低速轴的转速、转矩与效率计算4. 传动皮带和齿轮零件的设计计算5. 轴的设计计算6. 滚动轴承的选择与寿命计算7. 键联接的选择和验算8. 联轴器的选择第2 页参考文献- 2 -2020-3-30第3 页1. 机械设计基础课程设计任务书课程设计题目： 胶带运输机的传动装置设计- 3 -2020-3-30设计题号： 6 号姓名： 王超 学号： 1290

2、14142已知条件（见分配给每个学号的数据表） ：1 输送带工作拉力 F= 4.5 kN ；2 输送带工作速度： V= 1.5 m/s；允许输送带速度误差为 5% ）；3 滚筒直径 D= 320 mm；4 滚筒效率 w=0.96 （包括滚筒轴承的效率损失）工作条件：见下表；设计工作量 ： 减速器装配图一张（ A1 号图幅，绘三视图。注意图面布置，使其饱满均匀。 技术特性、技术条件、标题拦书写必须规范） ； 零件工作图 2 张（ A3 图幅低速轴与大齿轮，图中必需有齿轮参数表） ；第4 页 设计说明一份（正文 5000 字，约 15 页）。工作条件工作期限5 年（每年 300 天）检修期间隔1年

3、工作条件两班工作载荷性质空载启动、 单向连续运转、载荷平稳- 4 -2020-3-30生产批量小批量生产动力来源三相交流电、电压220/380V2. 电动机的选择计算计算过程计算结果第5 页- 5 -2020-3-302.1 选择电动机的转速2.1.1 计算滚筒的转速带式输送机的传动方案示意图见设计任务书。滚筒的直径和工作带的带速已知滚筒转速计算如下：60 1000 vD60 1000 1.532089.52r /min2.2.2 选择电动机的类型及同步转速因考虑带式输送机需要较大的转矩， 而对转速要求不高， 故选择电动机的步骤如下：选择电动机的类型因考虑工作条件为空载启动、单向连续运转、载荷

4、平稳，所以选择三相异步电动机，封闭自扇冷式结构，380V ， Y 系列，同步转速确定为 n0 1500 r /min 。计算传动装置的总效率 （参考手册 P4 表 1-5 ）传动装置的结构简图如设计任务书图。总效率的计算如下：2V b g c W 0.8808其中： V V 带的传动的效率；0.96对滚动轴承的效率；0.99g 闭式齿轮传动效率；0.98- 6 -2020-3-30滚筒的转速为： nW 89.52r /min （注意：写出公式 后接着写出带入数 值的算式，不能直 接写结果，否则成 绩降一个等级）传动总效率为：第6 页弹性柱销联轴器的效率；0.9950.8808滚筒的效率。 0.

5、96确定所需电机的功率PwFV kW10004.5 1.5 1000 6.751000kW )PdPw6.750.88087.6635kW )Pw 工作机实际需要的输入功率， kW ，Pd 为工作机实际需要的电动机输入功率，kW 。计算结果第7 页计算过程- 7 -2020-3-30 .确定电机的型号所选电动机的额定功率应该等于或稍大于工作要求的功率。因为滚筒的转速 nW 89.52 r/min 。拟选择同步转速 n0 1500 r /min 系列的电动机，由表 12-1 【2】 （2 表示参考文献 2，所使用机械设计课程设计手册） 选择Y 系列三相电动机 Y 132M-4 型，其额定功率为

6、Pe 7.5 kW ,满载 转速 nm 1440 r /min 。由表 12-2 、3、4、5【2】查得中心高 H 、轴伸尺寸 E、键连接尺寸 F。 注意： 1 、小带轮的半径应该小于中心高 H；2 、小带轮的宽度应与轴伸尺寸相当，这就要求带的根数不能太大。如果小带轮宽度宽度大于轴伸尺寸，应设法将带数减小。3 、键连接尺寸应该和高速轴键槽相应。选4极或 6极，1000 或 1500 转的， 并尽量 选择 1500 转。电机型号为：Y 132M-4型 ;额定功率为 :Pe 7.5 kW ;满载转速：nm 1500 r /min 。 中心高 H 132 mm 轴 伸 尺 寸 E 80 mm键连 接

7、尺寸 F= 10mm 。- 8 -第8 页2020-3-303. 传动装置的运动和动力参数计算计算过程计算结果- 9 -2020-3-30第9 页3.1 总传动比 i 的计算nmnw144089.5216.09总传动比 i ：i 16.09各级传动比分配：3.2 各级传动比的分配 根据表 2-2.1 和各级传动间的尺寸协调、结构均匀，满足 iV ig，所以 V带和减速器分配如下：iViV 3 （24，最大是 7）；ig 5.4 （3 5，最大为 8，ig 5.4并且最好使得齿数互质）3.3 传动装置的运动和动力参数的计算 各轴的转速计算计算各轴的转速如下：电机： nm1440r /min；nm

8、1440减速器高速轴： ng1m480 r /min ；iV3480减速器低速轴： ng25.488.89r /min ；滚筒的转速：nW89.52r /min。根据总的传动比及各级传动比的分配，各轴的输入功率和转矩功率（ KW ）转矩(N M)PdT1 Td 9550 d电机P1P额定 7.5 （ kW ）nm7.66359550 50.82 1440P2P1 带传动 7.5 0.967T.22 T1iV 带传动高速轴（ kW ）50.82 3 0.95 146.36表 3-1 各轴的输入功率和转矩- 10 -2020-3-30第 10 页1 、带设计好后， 检验 传动误差是否超标。 否则，

9、就要对初设传 动比进行修正，主要 是调整大小带轮直 径。2、齿轮设计完了后， 检验总的传动误差是 否超标（允许输送带 速度误差为 5% ）。 3、若提高传动装置精 度，则需要在带设计 完后进行本节计算。低速轴P3 P2 轴承 齿轮 =7.20.99 0.98=6.99（kW ）T3 T2ig 轴承 齿轮146.36 5.4 0.99 0.98766.794、功率和转矩的计算理论上是按照实际需要功率进行计算，但是实际生产和使用中，为了使所设计的 传动装置具有一定的 超载能力，此处按额 定功率和额定转矩计 算。- 11 -2020-3-30第 11 页4 传动零件设计计算计算结果计算过程4.1 减

10、速器以外传动零件的设计计算 电机传动形式的选择选择由电动机传动V带参考教材 P147 例题 1 。从传动的形式和经济效性考虑，确定由电动机传动V 带，所以 V 带轮的小带轮转速 nv1 nm 1440 r / min 。 计算功率并选取 V 带型号根据工况确定工况系数工作班制为 2 班制工作时间 16 小时载荷平稳根据表 8-3 1 查得 KA 1.2 ，故Pc K AP1 1.2 7.5 9 kW根据 Pc 9 kW 和小带轮转速 ng1 480 r/min ，由图 8-101 可知，工作点处于 BC 型相邻区之间， 可取 B 型和 C 型分别计算， 最后择优选用。本设计为减少带的根数，现取

11、 B 型带。大带轮的直径 dd 2iV dd1(1 ) 31601 0.015472.8mm由表 8-4 1 取 dd2 475 mm 。此时从动轮实际转速ddd1n21n1 1dd20.9851601440475477.78确定 V 带的截型：V 带的带型为 B 型确定小带轮直径 :dd1 160 mm大带轮直径 （半径第 12 页 确定带轮的基准直径与带速验算 根据所选电机的型号可知，电机中心高 H 为 132 mm，又传动 比确定为 iV 3 ，所以小带轮的直径 dd1 取为 160 mm。 根据小带轮的直径，确定大带轮的直径，滑动率 为 0.015 1- 12 -2020-3-30转速

12、误 YF 2 ，所以应验算 小 齿轮。F 1 F 23 、验算弯曲应力计算时应以齿宽 b2 带入，则2KT1YF1 2 1.35 146.36 2.70 1000F11 2F12 88.25第 20 页F1 bz1m284.1 23 2.52- 20 -2020-3-3088.25MPa 192 MPa ，安全。2KT2YF2或 F 22 2F2 MPa MPa ，安全。bz2m计算过程经强度校验， 齿轮轮齿满足弯曲强 度要求。齿轮机构见手册P163 表 11-6 计算结果- 21 -2020-3-30第 21 页4-3 轴的设计计算（1）减速器高速轴的设计 选取轴的材料因为该轴无特殊要求且精

13、度要求较，所以选取 45 钢， 调质 处理 （热处理），由表 12-2 1查得 C 118-107 估算最小轴径按扭转强度式估算最小轴径d(118 107)3 7.2480(29.1 26.4)mm由于 V 带轮配合段直径处有一键槽，应增大 3%按轴的标准调整 d (1 0.03) 26.4 27 mm 高速轴的结构设计、受力分析及强度校验根据 V 带轮的大小，初选轴承为 6028 型，则高速轴基本尺寸如图4-3 所示：按照以上的轴的结构，画出轴的计算简化式：第 22 页如图 4-4 所示：- 22 -2020-3-30圆周力Ft=FtFRCHa=85b=56c=562 T22 146.36

14、1000575135.4N径向力 Fr Ft tan5135.4 tan20 1869.1F 1670.6NF (a b c) FRBH (b c) Ft b 0FRBH 370.8NFFRCH FRBH Ft 0FRCH 3835.6N 由齿轮径向力 Fr 和V 带压轴力 F 引起的垂直面弯矩图 M VFRCV第 23 页M v Fr b 1869.1 56 104669.6N- 23 -2020-3-30由齿轮圆周力引起的水平面弯矩图 M HM H1 Fa 1670.6 85 142001N / mmMH2 FRBH a (F FRBH ) b370.8 85 (1670.6 370.8)

15、 56104451.6N /mm计算过程轴的扭矩图 TT= 146360N mm- 24 -2020-3-30计算结果1 、低速轴 6 段，高 速轴 5 段即可。2、进行轴的设计必 须先计算部分箱体 主要结构尺寸（铸 造）（说明书附表） （手 册 P158 表 11-1 、2 、3、4、5）第 24 页22合成弯矩图 M = MV2 + M H 23、在估算最小轴径 后，为确定轴向尺 寸，一般在此时需 要初绘装配底图 1 （ P205 图 16-4 ， 中心线，）M 1= M H1=142001N mm104669.62 104451.62147871.1N /mm22当量弯矩图 M e =

16、M 2 +( T)2第 25 页- 25 -2020-3-30147871.12 (0.6 146360)2 22Me M 2 ( T)2 171981.1N mm 确定危险截面， 根据当量弯矩图， 弯矩的危险截面位于图中弯矩最大第 26 页处。- 26 - 2020-3-30计算结果 经过有关计算，高 速轴满足要求。 经过有关计算，低 速轴满足要求。 低速齿轮键的选 择：A 型圆头 普通平 键，标记示例：GB/T 1096 键 1610 100第 27 页计算过程(2)减速器低速轴的设计估算最小轴径按扭转强度式估算最小轴径P7.2d C3(118 107) 3 (51.1 46.3) mmn

17、88.9由于 V 带轮配合段直径处有一键槽，应增大 3%按轴的标准调整 d (1 0.03) 46.3 48mm 低速轴的结构设计、受力分析及强度校验根据 V 带轮的大小，初选轴承为 6214 型，则高速轴基本尺寸如图4-3 所示：- 27 -2020-3-30按照以上的轴的结构，画出轴的计算简化式：如图 4-4 所示：Fra=63 b=60 c=932T 2 766.79 103 4995.4N d 307Fr 1869.1NFt圆周力 Ft径向力 Fr2由齿轮径向力 Fr 和V 带压轴力 F 引起的垂直面弯矩图 M VFRBVFrFRCVa b c第 28 页M V=Fr b=1869.1

18、 60=112146 N mm- 28 -2020-3-30由齿轮圆周力引起的水平面弯矩图 M HabcHFRCHM H=Ft b=4995.4 60=299724 N mm 轴的扭矩图 Ta b c第 29 页T=766079 N mm- 29 -2020-3-30计算过程合成弯矩图 M =MV2+MFRBVFrFRCVa b c2 2 2 2M MV2 MH21211462 2997242 323281.3N /mm当量弯矩图Me = M2+( T)2FRBHFtFRCHa b cMeM 2 ( T)2 323281.32 (0.6 766790)2 562297.9N / mm第 30

19、页确定危险截面， 根据当量弯矩图， 弯矩的危险截面位于图中弯矩最大 处。- 30 -2020-3-30查表得 -1b =65Me2562297.9d 3 2 3 44.2 d10.1 -1b 0.1 65 1d f 2 (123 2 0.5) 2.5 305 根据高速轴的结构简图可知， 该齿轮轴中齿轮的齿根圆直径为 305 mm ，满足要求。4-4 滚动轴承的选择由于高速轴选用深沟球轴承低速轴选用深沟球轴承4-5 键的选择与校核键选为 A 型圆头普通平键大带轮与高速轴连接键：因轴径 d 为 28 ，所以查表 7-2 1 的键的基本尺寸为：b h 8X7t 4.0t1 3.3l 45(其中 l

20、1.5d ，可比轴上零件的轮毂短些。 )根据轴的尺寸和齿轮材料为钢材，按轻微冲击载荷，查表7-3 1 得 P 60 MPa 。 键连接挤压强度校核：- 31 -第 31 页2020-3-302FtP hls P键连接的剪切强度校核：Ft bls 键的强度足够，键连接安全。大齿轮与低速轴连接键： （同上）小带轮与电机轴连接键： （同上）低速轴与联轴器连接键： （同上）4-6 联轴器的选择根据低速轴的扭矩要求，查表可知，选择联轴器为 HL3 型弹性 柱销联轴器，其基本尺寸如下：（1）计算载荷由表查得载荷系数 K=1.3计算转矩 Tc=K T=669.39N ?mm（2） 选择联轴器的型号轴伸出端

21、安装的联轴器初选为 LT8 型弹性柱销 联轴器 （ GB/T4323-2002 ）， 公 称 转 矩 Tn=710N ?m ， 许 用 转 速 n=3000r/min ， Y 型轴孔，主动端孔直径 d=48mm ，轴孔长度 L1=112mm 。从动端孔直径 d=40mm ，轴孔长度 L1=112mm 。Tc=669.39N ?mTn=710N ?mn=89.9r/minn=3000r/min- 32 -第 32 页2020-3-305 其他零件设计计算过程计算结果- 33 -2020-3-30第 33 页5-1 箱体及其配套零件设计第 34 页根据低速轴的上的转矩 TNm ，确定箱体及配套零件

22、如下表：表 5-1 圆柱齿轮减速器铸铁箱体的结构尺寸名称符号设计选用值下箱座壁厚8mm上箱座壁厚18mm下箱座上部凸缘厚度b12mm上箱盖凸缘厚度b112mm地脚螺栓底脚厚度p20mm箱座上的肋厚m6.8mm箱盖上的肋厚m16.8mm单级圆柱齿轮减速器中心距a184mm地脚螺栓直径d20mmMm 安装地脚螺栓孔径d22mm地脚凸缘上的沉头座直径D36mm地脚凸缘尺寸（扳手空间）L1min26mmL2min24mm地脚螺栓数目n4轴承旁的联接螺栓直径d116mm安装轴承旁的联接螺栓孔径d 117.6mm轴承旁凸台上的沉头座直径D130mm- 34 -2020-3-30轴承旁凸台的凸缘尺寸（扳手空

23、间）c122 mmc220 mm上下箱联接螺栓直径d212 mm计算结果第 35 页计算过程- 35 -2020-3-30安装上下箱联接螺栓的孔径d213.2mm上下箱凸缘上的沉头座直径D322mm上下箱联接螺栓处的的凸缘尺寸 （扳c318mm手空间）c416mm检查孔盖螺钉直径d47mm检查孔盖螺钉数目n44圆锥定位销直径d58mm圆锥定位销数目n52轴承盖螺钉直径d38轴承座外径D2156mm轴承旁凸台高度h45mm轴承旁凸台半径R20轴承旁联接螺栓的距离S80mm箱体外壁至轴承座端面的距离K47mm轴承座孔长度K55mm大齿轮顶圆与箱体内壁间的距离110mm齿轮端面与箱体壁间的距离2mm10- 36 -第 36 页2020-3-30参考书目1 机械设计基础 ，第六版；卢玉明编，高等教育出版社2 机械设计基础课程设计手册 ，第 4 版；吴宗泽，罗圣国主第 37 页编，高等教育出版社， 2012.05- 37 -2020-3-30附数据汇总表：小带轮半径80电机中心高度132大带轮半径237.5减速器中心高度173小齿轮分度圆 157高速轴最小直径28小齿轮齿顶圆 da163高速轴轴承型号62