机械设计课程设计说明书

1、机械设计课程设计原始资料一、设计题目热处理车间零件输送设备的传动装备二、运动简图1 电动机2V带3齿轮减速器4联轴器 5滚筒6输送带1 各设计阶段完成后，需经指导老师审阅同意后方能进行下阶段的设计;2. 在指定的教室进行设计.一.电动机的选择一. 电动机输入功率巴6060x0.75x2% =44.785厂 / min2 幷 Rn 2x3.14x0.32Pw 9550_= 900x44.7轧 4.2 隔9550二.电动机输出功率巴其中总效率为“ =7带 X 加療 X 疏轮 X 联轴 X 滾筒=0.96 X 0.99 x 0.972 x 0.99 x 0.96 = 0.833伊誥8珈查表可得Y13

2、2S-4符合要求，故选用它。Y132S-4（同步转速1440/-/min , 4极）的相关参数表1额定功率满载转速堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩质量5.5kw1440 ?-/min2200N nun23OON nun68Rg二.主要参数的计算一. 确定总传动比和分配各级传动比传动装置的总传动比=144044.785= 32.15查表可得V带传动单级传动比常用值24,圆柱齿轮传动单级传动比常用值 为35,展开式二级圆柱齿轮减速器A *（1.31.5）心。初分传动比为=2.5, /； =4.243 , /3.031 o二、计算传动装置的运动和动力参数本装置从电动机到工作机有三轴，依次为I, II

3、, III轴，则1、各轴转速 q =如=1112 = 576 minW 2.55764243=135.753 r/min135.7533.031= 44.288 r/min2、各轴功率P = （）=打 x%带=5.5x0.96 = 5.28hvPu = Pjh =人 ； r X7“ 轮=5.28x0.99x0.97 = 5.070bvAll =4 加II = Ai X % 承 X 伽轮=5.070x0.99x0.97 = 4.86933、各轴转矩7； = 9550 吃=9550 x 仝-=36.476N mnA14407 = Tdiv 带（）=36.476x 2.5x0.96 = 87.542

4、N 加7, =7询 H = 87.542 x 4.243 x 0.99 x 0.97 = 356.695?/ - m 7；| =72ii =356.695x3031x099x097 = 1038221Nm项目电机轴高速轴1中间轴II低速轴III转速（r/min）1440576135.75362.706功率（也）5.55.285.0704.869转矩(E)36.47687.542356.6951038.221传动比2.54.2433.031效率0.960.960.922三V带传动的设计计算一、确定计算功率氏查表可得工作情况系数忍=1.2 故咕忍xP = l2x55 = 6如二. 选择V带的带型根

5、据Pg、n ,由图可得选用A型带。三. 确定带轮的基准直径心并验算带速卩1、初选小带轮的基准直径右。查表8-6和8-8可得选取小带轮的基准直径右=902、验算带速”按讣算式验算带的速度=6.782/w/jddn _ 龙 x 90x144060x1000 60x1000因为 v 30m/s，故此带速合适。3、计算大带轮的基准直径心2按式(8-15a)计算大带轮的基准直径心2 =/討4 =2.5x90 = 225”根据教材表8-8,圆整得如=224颐4、确定V带的中心距。和基准直径厶孑(1) 按计算式初定中心距勺=500mm (0.7(ddl +dd2) 1206、计算带的根数(1) 计算单根V带

6、的额定功率R由 心=90mm和n = 1440r/min查表可得R)= 1.064刼根据,z = 1440/min, i = 2.7 和 A 型带，查表可得 =0.169hv . =0.956、 kt = 0.96 o故匕=()+=) 匕=(1.064 + 0.169) x 0.956 x 0.96 = 1.132h v(2) 计算V带的根数ZZ = 5 = - = 5.830 故取V带根数为6根7、计算单根V带的初拉力的最小值（佗）阴査表可得A型带的单位长度质量q = 0.10畑/加（叽严00%生+心5宓船等0x6.7曲讪 应使带的实际初拉力佗 （坨）而o8、计算压轴力件=1614/V压轴力

7、的最小值为(FP)mjn = 2Z(佗)尬讪 sin = 2x6xl36xsin2 2四减速器斜齿圆柱齿轮传动的设计计算一、高速级齿轮1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按图所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。（2）运输装置为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。（3）材料选择：查表可选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS； 大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。(4) 选小齿轮齿数Z, = 20 ,大齿轮齿数Z2 =4.243x20 = 85,取Z2 =85（5）选取螺旋角，初选螺旋角0 = 142、按齿面接触强度设讣，按计算式

8、试算即厶n（1）确定公式的各讣算数值 试选 kt = 1.6 ,由图 10-26 a = 0.740 , sa2 = 0.820 则有 sa = saX +sa2 =1.560 小齿轮传递转矩71 M7.542N.用 查图10-30可选取区域系数乙/ = 2.433查表10-7可选取齿宽系数/ =1 查表10-6可得材料的弹性影响系数乙：=189.8MP5。 查图10-21d得按齿面硬度选取小齿轮的接触疲劳强度极限= 600M出,大齿轮的接触疲劳强度极限6伽2 = 550M巳。 按计算式汁算应力循环次数N, =60/7,; =60x576x1x（2x8x300x5）= &294x10$ 查图可

9、选取接触疲劳寿命系数匕加=102 , kHN2=.n o 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1陰 安全系数5 = 1,按讣算式（10-得= 1.02x600 = 612= l12x550 = 616M&有啲+臥=612;616 = 614吧2 2（2）讣算相关数值 试算小齿轮分度圆直径几，III计算公式得3 I2x1.6x87.542x1000 5.24 2.433x189.8 Jxx4.241 x 1.560614=50.01mm 计算圆周速度60x1000_-50.07x576 = L509m/j60x1000 计算齿宽及模数b =”打=1 x 50.07 = 50.07 mm=2429c

10、os p _ 50.07 x cos 14 20h = 2.25mi:t = 2.25 x 2.429” = 5.466”b _ 50.077? _ 5.466= 9.16 计算总相重合度兮fi = 0.318OrfZ, tan0 = 0.318x 1 x20x tan 14 = 1.586 计算载荷系数k查表可得使用系数kA = 1,根据v = 1.509/77/5, 7级精度，查表10-8可得动载 系数=1.07,由表10-4查得*梆的值与直齿轮的相同，为1.419= 1.350 = 1.4故载荷系数 k = kAkvkHakHp = 1x1.07x1.4x1.419 = 2.126 按实

11、际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，按计算式得= clu=45.814x 计算模数叫dx cos 655.046xcos 14.厶“20mn = = 2.67 nrni 3、按齿根弯曲强度设计，按计算式(10-17)试算即q dZ二 口(1) 确定公式的各讣算数值 .计算载荷系数k =出占你丛尸0 =1x1.07 x 1.4x1.35 = 2.022 根据纵向重合度% = 1.586，查图10-28可得螺旋角影响系数Yp = 0.88。 查图可选取区域系数乙彳=2.433 ,% = 0795 ,弘=0.875则有叮=63+% =1 查表取应力校正系数严1.569, 12 =1.783。 查表取

12、齿形系数YFal = 2.724, 丫加=2.194。(线性插值法) 查图10-20C可得小齿轮的弯曲疲劳强度极限6=500M号，大齿轮的弯 曲疲劳强度极限b曲=380M4 o 查图可取弯曲疲劳寿命系数纸I =0.87 , 52=0.90。 计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数5 = 1.4,按计算式(10-22)计算得=如鱼=(-S7-50() = 310.714M巳 L Fh S1.4“巧丄=你心唧=。叱&)= 244.286S1.47耳1.=2.724x1.569 =0014310.714计算大、小齿轮的并加以计算2.194x1.783244.286= 0.016大齿轮的数值较大。(

13、2) 设计计算卩 x 2.022 x 87.542 x 1000 x 0.88 x cos? 14V1x202x 1.586对比讣算结果，山齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于山齿根弯曲疲劳强 度计算的法面模数，故取耳=2枕，已可满足弯曲强度，但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径=55.046/;/;/来计算应有的齿数，于是有疗dCOS0zi55.046 x cos 14=26.7052取乙=27,则ZZ) =4.243x271154、儿何尺寸计算(1) 计算中心距=146.347打(Z|+Zjj _ (27 + 115)x22cos02 x cos 14将中心距圆整为a

14、 = 147mm。P = arccos(Z+Z?)2a(27 + 115)x2=arccos2x147= 14.986(2) 按圆整后的中心距修正螺旋角因0值改变不多，故参数%乙,等不必修正。(3) 计算大、小齿轮的分度圆直径=238.099/77/?乙-115x2cos p cos 14.986*(4) 计算齿轮宽度1? = 6丛=1x55.901 = 55.90 Imm圆整后取 B = 55mm , B2 = 60mnt。二、低速级齿轮1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数(1) 按图所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。(2) 运输装置为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。(3) 材

15、料选择，在同一减速器各级小齿轮(或大齿轮)的材料，没有特殊情 况，应选用相同牌号，以减少材料品种和工艺要求，故查表可选择小齿轮材 料为40Cr (调质)，硬度为52HRC：大齿轮材料为45钢(调质)，硬度为45HRC.(4) 选小齿轮齿数Z3=23,大齿轮齿数4 =23x3.031 = 70.92470(5) 选取螺旋角，初选螺旋角0 = 142、按齿面接触强度设讣，按汁算式试算即厶/ 2k,T2 u+1 ZuZE*曲d而7(1)确定公式的各讣算数值 试选kt = 1.6 小齿轮传递转矩Z =356695A* 查表10-7可选取齿宽系数典=1 查图10-26可选取区域系数ZH = 2.433

16、, sa3 = 0.765 ,=0.870 则有 = + = L635 查表可得材料的弹性影响系数Z=I89.8MP5o 查图得按齿面硬度选取小齿轮的接触疲劳强度极限b”向3 =600M巳，大齿轮的接触疲劳强度极限=550M。按汁算式计算应力循环次数M =60迪几=60x135.753x1x(2x8x300x5) = 1.955x10s3需j亦2 查图可选取接触疲劳寿命系数=1.12, kHN4 =1.18o 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S = l,于是得b=匕 N3b “m3 = 1.12 X 600 = 672M作Sb L = zb川 t =1.18x550 = 649M

17、Csb =曲严儿=672 + 649 = 660.5呢2(2)计算相关数值试算小齿轮分度圆直径山计算公式得hxl.6x3.567xl05Q 1x1.674.031 (2.433x189.8 ?xx I3.031 I 660.5 丿=76.848计算圆周速度rrd屮2 _ /rx 76.848x135.75360x1000 60x1000=0.546m/j计算齿宽，及模数 b * = Ai = 1 x 76.848 = 76.848/72/z?76.848 x cos 1423=3.240mmh = 2.25mtn = 2.25 x 3.240 = 729mm=76848 =10.547.29计

18、算总相重合度勺 = 03180 tan/? = 0.318xlx23xkm 14 =1.824 计算载荷系数k查表可得使用系数kA=9根据2 = 0546川/$, 7级精度，查表可得动载系数褊=104,匕/ = 1425, kEp = 1.36 , kHa 1 = kFa 1 = 1.4故载荷系数 R1 = kAkv kHa 匕/ = 1 x 1 04x 1 4x 1.424 = 2.075 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，按计算式得=76.848 x2 075一_ =83.804/讪1.6 计算模数叫.cL cos B 83.804xcos 14“匕in = 3535,r Z3233

19、、按齿根弯曲强度设讣,咖式试叫JJWW(1)确定公式的各计算数值 计算载荷系数k =臥匕比/ = 1 x 1 4x 1x 1.36 = 1.556 根据纵向重合度* = 1.824 ,查图可得螺旋角影响系数丫直=0.88。 计算当量齿数ZV3=-=23=25,178cos p cos 14770ZV4 = = : = 76.628cos p cos 14 查表可取齿形系数y加=2.616,岭“=2.227。 查表可取应力校正系数冷3 = 1591, =1.763 0 (线性插值法) 查图可得小齿轮的弯曲疲劳强度极限b舲=500M巳，大齿轮的弯曲疲劳强 度极限b叩=380M。 查图可取弯曲疲劳寿

20、命系数kFN3 = 0.90 , kFN, = 0.93 o 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数5 = 1.4,按计算式计算张皿=()9()r?()() = 321.429MLS1.4“刁 L =沁也=-)-93-S()= 252.429叱S14 计算大、小齿轮的牡尹并加以计算0訂么3心 _2616xl591_g3刃丄 321.429KT-2.227x1.763252.429= 0.016大齿轮的数值较大。（2）设计计算x0.016 = 2.572mm,2x 1.556 x 356.695 x 10000 x 0.88 x cos214V1x232x 1.635对比讣算结果，山齿面接触疲

21、劳强度计算的法面模数大于山齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，故取叮=3加八已可满足弯曲强度，但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径心=83.804“来计算应有的齿数，于是有7 cos0Z3-严804314。7.1053取Z3 = 26 ,则Z4=j2Z3=3.031x28=84.868854、儿何尺寸计算(1)计算中心距,(Z.+Zj/w/(28 + 85)x3a1 =一丄丄= 一 =174.689/wn2cos0 2 x cos 14将中心距圆整为=115mm o(2)按圆整后的中心距修正螺旋角P * = arccos=arccos（28 + 85）x32x175-=14

22、.403-因/r值改变不多，故参数/、zj等不必修正。(3) 计算大、小齿轮的分度圆直径仏=右叮= cos 卩Lsl4.403f 726”Zjn *85x3.cL =亠亠=263.274切cos0 cos 14.403*(4) 计算齿轮宽度b =屛3 = 1x 86.726 = 86.726”圆整后取艮=90”，B4 = 95mm。五轴的设计计算一、高速轴的设计1、求作用在齿轮上的力高速级齿轮的分度圆直径为(1山=51.761= 3398N.27； _ 2x875427 51.7613叫COS0tan 20cosl4 2r41Mx3398 = 12757VFae = Fje tan 0 = 3

23、398x tan 13.7 = 846N2、选取材料可选轴的材料为45钢，调质处理。3、计算轴的最小直径，查表可取4 = 112竺=23.44呦576应该设计成齿轮轴，轴的最小直径显然是安装连接大带轮处，为使右“与带轮相配合，且对于直径d = 1614/V o将轴系部件受到的空间力系分解到铅垂面和水平面上两个平面力系图一F d2图二FpF revFre图三注图二中化,通过另加弯矩而平移到作用轴线上 图三中代通过另加转矩而平移到指向轴线Frlv x(151 + 50) - x xl51 = 02巴 2，=2163N锋iv=_耳2V = 1824N同理F皿=853/V3398-853 = 2545

24、/VFr I = y) Friv2 + Frll/2 = V18242+25452 = 3131NFrl = yj Fr2V2 + Fr2H2 =(2163 亍+853, = 2014N6、求两轴承的计算轴向力和巧2对于70000AC型轴承，轴承的派生轴向力Fd =0.68x7；Fd = 0.68 xFri= 0.68 x 3131 = 2129.08Fd2 = 0.68 x Fr2 = 0.68 x 2014 = 1369.52NFae + Fd2= 846 +1369.52 = 2215.22V Fdl故 Fz= 2215.2N, Faz=Fd= 1369.52N7、求轴承的当量动载荷A和

25、对于轴承1.=竺丄=0.70 0.68F八3131a iw h c 1369.52 a对于轴承2亠=0.68Fj 2014查表可得径向载荷系数和轴向载荷系数分别为：对于轴承 1 X, =0.41 , Y. =0.87对于轴承2X=1,匕=0 A =力(X| + 乙化 J = 1(0.41X 3131 + 0.87 x 2215.2)= 3210.934/VP2 =办(“丄心+匕巧 2)T(1x2014 + 0) = 2014/V8、求该轴承应具有的额定载荷值因为A 则有小 l60n.L1 160x576x2x8x300x5小5心= 24993.1NvC故7307AC符合要求。9、弯矩图的计算水

26、平面：Fnh = 853/V, Fnh、= 2545X,则其各段的弯矩为:1 2BC段:由弯矩平衡得 M- Fnh、x = 0 = M = 853x(0 xM =-2545x + 513098(151xM =1614 (0xM = 一549x + 226034 (104.5a 255.5)CD段：MqF NViF r则 M - Fpx + Fg (x-104.5) + Fr(x-255.5)-= 0M =-1824x+567555 (255.5x306)做弯矩图如下从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C处的M、My及M的值列于下表表3载荷水平面H垂直面V

27、支持力FrUl = 2545NFrW = 18247VF仔2 = 8537V為丫 =2163N弯矩MM” =128803 呦A/口 =85765N ”MV2 = 1015237V - mm总弯矩M =V1288032+857652 =154745 和M2 = VI288032+ 1015232 =164003N 劲扭矩卩T = 87542/V-/wn10、按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面B）的 强度。根据汁算式及上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环 变应力，取a = 0.6,轴的汁算应力= 357MjM/+(a7 )2 J16

28、8663?+(0.6x87542)2W 一0.1x353前已选定轴的材料为43钢，调质处理，查表可得b_J = 6OM化，因此故安全。11、键的选择和校核高速轴上与大带轮相配合的轴上选择键连接，山于大带轮在轴端部，故选用单圆头平键（C型）根据d = 35 ,从表6-1中查得键的截面尺寸为：宽度：b = 10”仏高度：h = 8mm,山轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长为：L = SO/?/?键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得巧=120150M取其平均植，引巧键的工作长度/=厶一 = 80 - 5 = 15mm2键和轮毂键槽的接触舟度A: =0.5/? = 0.5x8 = 4/77/?/山I 2T

29、2x8.754xl04厂心“1询厶汪则 bp17.0A7巳 v bp |, n/ n 适 o卩 kid 4x75x35L Pi所以选用：键 C 0mmx8mmx80mm GB/T 1096-200312、确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为1.6,各轴肩处圆角半径为2。二、中间轴的设计1、求作用在齿轮上的力因为高速轴的小齿轮与中速轴的大齿轮相啮合，故两齿轮所受的F八F“、Fae都是作用力与反作用力的关系，则大齿轮上所受的力为FleX= 3398N FreX= 1275N Faei = 8467V中速轴小齿轮上的三个力分别为化2 =3944N 位2=14821013N2、选取材料可选轴的材料为45

30、钢，调质处理。3、计算轴的最小直径，查表可取人=112d. = A,匡=112x I = 37.44pz2Y 135.753轴的最小直径显然是安装轴承处，为使轴承便于安装，且对于直径d 心所以 Fd=564.4N Faz =1397.4N8、求轴承的当量动载荷片和出F 1564 4对于轴承1仏=- = 0.98 0.68Fr 1588对于轴承2矗=竺匕=0.6 出则有c話 栏霁59I.454X 60x127x2x8x300x5 =3Q60281Q/vCf故7208AC符合要求。10、弯矩图的计算水平面：% = 1664/V, Fnij： = 1118N。AB段:r nhi则 M = -FnhX

31、、即 M =-1664.r (0 a M = 2280%一269770 (68.4xA/=-1118x+784227(151.4x206.4)。铅垂面：=1629N/V”, =11282AB段:M-wX = 0nM =1629x(0xM = 147x +145296(68.4x 151.4)CD段：旳一曲 + 恥一684) + -1514)一/%+/% =0=-1128x+232819(151.4 x 206.4)1629x(0 x 68.4)M = 147a +145296(68.4 x151.4)232819-1128x(151.4x 1.4/?, 取厶,_刃=12mm。 山装配关系可确定

32、Si = 60mm. 计算得厶=145.5”，L, = 132.5?，厶=67”。6、轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用普通平键（A型）连接。轴与齿轮连接采用半键bxh = 25nunx 14nun , L二70 mm ,齿轮轮毂与轴的配合为-。/?6同样半联轴器与轴连接，采用键bxhxL = 8mmx 1 bnmx 1 OQmm o半联轴器与轴的配合为伫。滚动轴承与轴的周向定位是山过渡配合保证的，此外选 kb轴的直径尺寸公差为?6。7、轴上齿轮所受切向力Fle = 3944N ,径向力Fre = 14827V，轴向力臨=1013NT. = 103822d4 = 263.27

33、4”9O8、求两轴承所受的径向载荷凡和作2将轴系部件受到的空间力系分解到铅垂面和水平面上两个平面力系图一图三F riH146,8 F146.8 + 54.8 ”= 2871.92 IN0F r2HFrex46.S+Faex 1482x146.8 + 1013x-26v2/4J = = 1740.605N146.8 + 54.8201.6Fr2V = Fre 一 Frhr = 1482 一 1740.605 = -258.605卩抽=化_尸曲=3944 - 2871.921 = 1072.079Fri =（片+ 片=3029705.76 + 8247930.23 = 3358.219N Frl = yj fr2V2 + Fr2ll2 = V66876.546+1149353.382 = 1102.8289、求两轴承的计算轴向力巧i和你2