机械设计基础

1、机械设计基础课程设计设计说明书学院：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日安徽工业大学目录1.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.联轴器的选择参考文献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设计题号：6号姓名： 王超 学号:129014142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 ；

2、（允许输送带速度误差为 5%）；3滚筒直径D= 320 mm;4滚筒效率n 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）； 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2.1选择电动机的转速2.1.

3、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 v60 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 n01500 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：

4、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;y0.98滚筒的转速为：rw 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:弹性柱销联轴器的效率;0.9950.8808滚筒的效率。0.96确定所需电机的功率PwFV kW10004.5 15 10006.751000(kW)PdPw6.750.88087.6635(kW)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。计算过程计算结果选4极或6极，1000或1500转的，并尽量选择1500转。电机型号

5、为：Y 132M-4 型；额定功率为：Pe7.5 kW ;满载转速：nm 1500 r/min 中心高H = 132 mm轴伸尺寸 E = 80mm键连接尺寸F= 10mm 。 .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 n 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 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

6、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。3.传动装置的运动和动力参数计算计算过程计算结果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：iv 3（24,最大是7）; ig 5.4（35 ,最大为8 ,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根据

7、总的传动比及各级传动比的分配,计算各轴的转速如下:电机：nm1440r / min;nm1440减速器咼速轴:ng1480 r / min ;Iv3480减速器低速轴:ng25.488.89r /min .;滚筒的转速：nw89.52r /mino各轴的输入功率和转矩功率（KW）转矩(N M)FdT； Td = 9550 d电机RP额定 7.5 (kW )nm7.66359550 50.821440P2P带传动7.5 0.967I2T1iV带传动高速轴(kW)50.82 3 0.95146.36表3-1各轴的输入功率和转矩ivig 5.41、带设计好后，检验 传动误差是否超标。 否则，就要对初

8、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l3P2轴承齿轮=7.20.99 0.98=6.99（ kW）T3T2ig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。4. 传动零件设计计算计算结果计算过程4.1减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

9、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 nvi 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Wi6小时载荷平稳根据表8-3 1喳得KA 1.2 ，故Pc KaR 1.2 7.5 9 kW根据Pc 9 kW和小带轮转速ng1 480 r/min，由图8-10 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B型带。 确定带轮的基准直径与带速验算确定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

10、径根据所选电机的型号可知，电机中心高H为132mm，又传动比确定为iV 3，所以小带轮的直径 dd1取为160 mm。.大带轮的直径dd2iV dd1 (1) 31601 0.015472.8mm由表8-4 1取dd2=475 mm。此时从动轮实际转速ddd1n21 qdd20.985c 1601440475477.78根据小带轮的直径，确定大带轮的直径，滑动率为0.015 1转速误Yf2 ，所以应验算小齿轮。F 1F 2、验算弯曲应力计算时应以齿宽b2带入，则2KTf12 1.35 146.36 2.70 1000F1 2 88.25bz1m84.1 23 2.588.25MPa192 MP

11、a，安全。卡2KT2Yf2、人或 F2 厂=MPaMPa，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(118 107)(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

12、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:如图4-4所示：圆周力Ft=FtF RCHa=85b=56c=562 T22 146.36 1000575135.4N径向力FrFt tan5135.4 tan20 1869.1F 1670.6NF (a b c) Frbh (b c) Ft b 0Frbh370.8NFF RCHF RBH Ft 0Frch3835.6 N 由齿轮径向力Fr和V带压轴力F引起的垂直面弯矩图m VFrcvMv Fr b 1869.1 56104669.6N由齿轮圆周力引起的水平面弯矩图M Hr-a 1670.6 85142001N/mmM H 2 F

13、rbh a (FFrbh ) b370.8 85 (1670.6 370.8) 56104451.6N / mm计算过程轴的扭矩图TT= 146360N mm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）合成弯矩图M = .Mv2 + Mh2F IMF-3、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，t）M 1= Mhi=142001N mm104669.62 104451.62147871.1N/mm/ 2 2当量弯矩图Me =

14、 M 2 +( T)2ihr-J47871.12 (0.6 146360)22 2Me.M2 ( T) 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 处。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 16X1Q X1QQ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PI 7 2d C3(118 107) 3(51.1 46.3) mm n 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.

15、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 -2Q2Q-3-3Q按照以上的轴的结构，画出轴的计算简化式：如图4-4所示：a=63b=60c=932T 2 766.79 1034995.4N d307Fr 1869.1NF圆周力Ft径向力斤2 由齿轮径向力 Fr和V带压轴力F引起的垂直面弯矩图 mvFrbvFrFrcv11a | b c l.J.J丨丨 llllln一M v=Fr b=1869.1 X60=112146 N mm由齿轮圆周力引起的水平面弯矩图M HabcJHFrchJltlKM H=Ft b=4

16、995.4 X60=299724 N mm 轴的扭矩图Tab cT=766079 N mm计算过程合成弯矩图M =Mv2一2HFrBVFrFrcv2222M . Mv Mh .121146299724323281.3N / mm当量弯矩图M e = . M 2 + ( T)2FrbhFtFrchIa b c Me 計 562297.9d 3%344.2 diV0.1 -ib 0.1 65df2 (123 2 0.5) 2.5 305根据咼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

17、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 4.0t13.3l 45(其中1 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：2FtVP hisP键连接的剪切强度校核：旦Vbls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何系数 K-

18、1.3计算转矩 Tc-K XT-669.39N ?mm（2）选择联轴器的型号轴伸出端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 ?m D/2116158箱座凸缘厚度12箱底内壁到最大齿轮齿顶距离b。11箱座底凸缘厚度20df/d1/ d2到外箱壁距离C1262218凸缘宽度40df/ d1/d2到凸缘边距离 C2242016凸台高度48:齿轮端面与内壁最小距离28齿顶与内壁最小距离 i：10高速轴轴承中心与小齿轮中心距离A66轴承边离箱内壁距离310低速轴