刘家哲11120120211机械设计基础课程设计(详细计算_带图纸)

1、一 前言1. 题目分析运动简图2. 原始数据：运输带的有效拉力： F=1800N运输带的有效速度： v= 1.5 m/s滚筒直径： D= 300 mm二 电动机的选择1. 选择电动机类型：根据任务书要求可知：本次设计的机械属于恒功率负载特性机械，且其负载较小，故采用Y型三相异步电动机（全封闭结构）即可达到所需要求。另外，根据此处工况，采用卧式安装。2. 选择电动机的功率：电动机所需工作功率为：由电动机至运输带的传动总效率为：式中： 18V带传动效率；齿轮传动的轴承效率；齿轮传动的效率；联轴器的效率；滚筒轴承的效率；滚筒效率。3. 确定精度查机械设计基础课程设计表5-4齿轮精度等级的适用范围，初

2、定精度等级为8的齿轮。查机械设计基础课程设计表9-4机械传动的摩擦副的效率概略值 P121取=0.96 ，=0.99 ，=0.97 . =0.97 . =0.98 .=0.96（初选齿轮为八级精度）则所以：电机所需的工作功率：3. 卷筒工作转速为： 取V带传动的传动比范围为：取单级齿轮传动的传动比范围为： 则可得合理总传动比的范围为：故电动机转速可选的范围为： 查机械设计基础课程设计附录21.则符合这一范围的同步转速有：750r/min、1000 r/min和1500r/min方案电 动机 型号额定功 率电动机转速(r/min)同步转 速满载转 速堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩1Y160

3、M1-847507202.02.02Y132M1-6410009602.22.23Y112M-44150014402.22.2综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器传动比，可见第2方案比较适合。此选定电动机型号为所选电动机的额定功率,满载转速查机械设计基础课程设计P124 ，得电动机主要外形和安装尺寸：中心高H外形尺寸 L×(AC/2+AD)×HD底角安装尺寸 A×B地脚螺栓孔直径 K轴 伸 尺 寸D×E装键部位尺寸 F×GD132520×345×315216×1781228×8010

4、×41三 总传动比和分配传动比由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n1、可得传动装置总传动比为： 2、分配各级传动装置传动比：查机械设计基础课程设计表9-3 P118常用传动机构的性能及适用范围取（单机减速器 i=35）因为：所以：初定：四 运动与动力参数的计算.为相邻两轴的传动效率P.为各轴的输入功率 （KW）T.为各轴的输入转矩 （N·m）n.为各轴的输入转速 （r/min）可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数1、 运动参数及动力参数的计算（1）计算各轴的转数：电动机 卷筒轴： （2）计算各轴的输入功率： 卷筒轴： （3）计算各轴的输入转

5、矩： 卷筒轴输入轴转矩： 综合以上数据，得表如下:轴名效率P （KW）转矩T （N·m）转速nr/min传动比 i效率输入输出输入输出电动机轴3.663.5936.4135.689603.140.98轴3.513.44109.64107.45305.734.000.98轴3.343.27417.34408.9976.431.000.98卷筒轴3.243.18404.84396.7476.43五 带传动的设计电动机的输出功率，转速，每天工作16小时。（1） 计算功率查机械设计基础第五版P218表13-8工作情况系数 （2） 确定V带型号根据查机械设计基础第五版P219 图13-15普通

6、V带选型图查出此坐标点的位置在A型上界。暂按选用A型带计算。（3） 求大、小带轮的基准直径d2、d1查机械设计基础第五版P219表13-9V带轮最小基准直径，得A带最小直径不能小于75mm，取由机械设计基础第五版P211式13-9得，查机械设计基础第五版P219表13-9V带轮最小基准直径，取d2=200mm。实际传动比 误差误差小于5%，故允许。其中=0.010.02（见机械设计基础第五版P211,此时取0.02）（4）带速验算：，此时V在范围525内，适合。（5）确定带的基准长度和中心距a查机械设计基础第五版P220得 0.7< <2 0.7×（100+200）<

7、; <2×（100+200） 210< <600取由机械设计基础P205式13-2得带长：得查机械设计基础P212表13-2 V带的基准长度,对于普通A带选用带长再机械设计基础由式13-16反求实际中心距：(6)验算小轮包角：由机械设计基础P205式13-1得：，合适。（7） 求V带根数z：由机械设计基础P218式13-15得：。此处查机械设计基础P214表13-3单根普通V带的基本额定功率得；根据步骤（3）得，查机械设计基础P216表13-5单根普通V带的额定功率的增量得p=0.11kw,由=162.638，查机械设计基础P217表 13-7包角的修正系数得，查机

8、械设计基础P212表13-2得。故 ，取整根z=4根（8）求作用在带轮轴上的压力:查机械设计基础P212表13-1V带的截面尺寸（GB/T115441997）得q=0.1kg/m。由机械设计基础P220式13-17得单根V带初拉力作用在轴上的压力为：(9)V带轮宽度的确定：查机械设计基础P224表13-10得A型带轮，查V带轮的轮槽齿轮GB/T104122002，故有带轮宽度 取B=65。表3.所设计带传动中基本参数带型号长度根数A型1400mm4根中心距带轮直径宽度462mmd1=100,d2=20065mm安装初拉力对轴压力实际传动比150.61N1197.7N2.83六 齿轮传动的设计计

9、算1. 齿轮材料和热处理的选择：查机械设计基础第五版P166表11-1常用齿轮材料及其力学性能。小齿轮：初选45号钢，其热处理方式为调质。齿面硬度取240HBS，接触疲劳极限，弯曲疲劳极限。大齿轮：初选45号钢，其热处理方式为正火。齿面硬度取200HBS，接触疲劳极限，弯曲疲劳极限。由机械设计基础第五版P171表11-5最小安全系数得： （选择较高可靠度）。由机械设计基础第五版P175例子得：大齿轮小齿轮大齿轮，小齿轮；2. 按齿面接触强度设计：根据前计算，可得齿轮传动所需传动比为，轴实际转速为。设齿轮按8级精度制造，查机械设计基础第五版P169表11-3载荷系数K得 (电动机，中等冲击)，此

10、取1.4计算。查机械设计基础第五版P175表11-6齿宽系数，当两软齿面对称分布时， ，此取1.1计算。小齿轮转矩查机械设计基础第五版P171表11-4弹性系数查机械设计基础第五版P171式11-3，可得设计公式故有： 上公式中所代是为了安全计算，使得两齿轮均适用。齿数取32，则有，取整得满足传动比的前提下，尽可能使两齿数互质）。故实际传动比；其误差为；故满足误差范围。初估模数为，查机械设计基础第五版P57表4-1得标准模数为m=2.mm，故实际分度圆直径为：。中心距为：。初估齿宽为：由机械设计基础第五版P175得，保证啮合，小齿轮比大齿轮宽510毫米，取取3. 验算齿轮弯曲强度：查机械设计基

11、础第五版P173图11-8，可得齿形系数；查机械设计基础第五版P174图11-9得齿根修正系数查机械设计基础第五版P172式11-5知：校核，安全。，安全。4. 齿轮的圆周速度：，对照查机械设计基础第五版P165表11-2知即可，故选取8级便可达到要求。表4.齿轮传动设计的基本参数材料热处理齿数分度圆直径齿宽小齿轮45钢调制326485大齿轮45钢正火15831680模数实际传动比中心距44.9375190七 减速器箱体基本尺寸设计根据机械设计基础课程设计第2版P145表12.1铸铁减速箱体的主要结构尺寸中的经验公式可算出如下数据：1. 箱体壁厚：箱盖：。箱座：2. 凸缘：箱盖凸缘厚度，箱座凸

12、缘厚度，箱座底凸缘厚度。3. 螺钉及螺栓：地脚螺钉直径,查机械设计基础课程设计第2版P146表122凸台及凸缘的结构尺寸，取地脚螺钉数目：；轴承旁连接螺栓直径查机械设计基础课程设计第2版P146表122凸台及凸缘的结构尺寸，取盖与座连接螺栓直径，查机械设计基础课程设计第2版P146表122凸台及凸缘的结构尺寸，取 连接螺栓的间距；轴承端盖螺钉直径，查机械设计基础课程设计第2版P146表122凸台及凸缘的结构尺寸，取；视孔盖螺钉直径；查机械设计基础课程设计第2版P146表122凸台及凸缘的结构尺寸，取定位销直径（取整得）。4. 螺钉螺栓到箱体外避距离：查机械设计基础课程设计第2版表12-2得：至

13、箱体外壁距离为：；到凸缘边缘距离：；轴承旁凸台半径：箱体外壁至轴承端面距离：。5. 箱体内部尺寸：大齿轮齿顶圆与箱体内壁距离；齿轮端面到箱体内壁的距离（增加散热）；箱盖、箱座肋厚。6. 视孔盖由于单级减速器中心距为，故查机械设计基础课程设计第2版P148表12-4得：视孔盖长，横向螺栓分布距离，视孔盖宽，纵向螺栓分布距离，螺栓孔直径，孔数4个。7. 其中吊耳和吊钩吊耳环的结构设计：根据机械设计基础课程设计第2版P146表12-3超重吊耳和吊钩中的推荐设计公式知：吊耳肋厚度为，吊耳环孔径为，倒角为，吊耳环空心到箱体外壁距离为。吊钩的结构设计：吊钩长，吊钩高，吊钩内深，吊钩内圆半径，吊钩厚度。八

14、轴的设计A. 高速轴:1. 选择轴的材料、热处理方式：由于无特殊要求，选择最常用材料45钢，热处理方式为调质处理。查机械设计基础第五版P241表14-1轴的常用材料及其主要力学性能得知：硬度：；强度极限：；屈服极限：；弯曲疲劳极限：。查机械设计基础第五版P246表14-3轴的许用弯曲，用插入法得弯曲需用应力（静）。查机械设计基础第五版P245表142常用材料的值和C值，得45钢取C=1182. 初步估算轴最小直径：由机械设计基础第五版P245式14-2得： 传递转矩轴段的最小直径，故，由于开了一个键槽，故取25（圆整）长系列60 短系列423. 轴的结构设计：根据高速轴上所需安装的零件，可将其

15、分为7段，以表示各段的直径，以表示各段的长度。（处安装大带轮，处安装轴承端盖，处安装一号轴承与套筒，处安装小齿轮，处安装二号轴承）1) 径向尺寸：根据常用结构，取；查机械设计基础课程设计第2版P12表1-14知倒角倒圆推荐值为：，故孔（大带轮）倒角推荐值为1.0mm，故取，由于查机械设计基础课程设计第2版表P14表1.19圆柱形轴伸，故此修正为；此先选轴承为6207型号轴承（无轴向力，故选深沟球轴承，直径系列选2号轻系列；为便于安装及轴上尺寸基准，选08号内径），查机械设计基础课程设计第2版P290附录表4.2深沟球轴承，查得轴承内径d=35，轴承外径D=72mm，轴承宽度，轴承安装直径范围,

16、故取；为方便加工测量，取（此也为小齿轮内孔直径）；由于套筒与轴承间隙配合，取”，；对齿轮内孔倒角1.6mm，故取（取47mm）;由于对称分布故2) 轴向尺寸：由机械设计基础第五版图13-17得：根据大带轮的内孔宽，为防止由于加工误差造成的带轮晃动，取；确定轴承润滑方式：，故选取脂润滑方式；为防止箱体内部润滑油渐到轴承上冲走润滑脂，将轴承与箱体内壁距离取大于8mm（由于所选套筒长度25mm，故轴承断面到箱体内壁的距离取15mm），为适宜齿轮传动时散热，取齿轮距箱体内壁为,故有；修正套筒档齿轮时，为保证精度取，修正：轴环取，故取；由于安装时齿轮箱体轴承均对称分布，取，（包括越程槽尺寸）；轴承到端盖

17、内壁的距离，前所选轴承端盖螺钉由公式得轴承端盖厚度，查机械设计基础课程设计第2版P315附录5.5GB/T57802000可取C级M10非全螺线的螺栓。此时取端盖到大带轮的扳手空间为，此时取。4. 对高速轴进行弯扭强度校核：据机械设计基础第五版P168式11-1可求得：圆周力，据机械设计基础第五版P168式11-1（a）径向力（标准安装，故压力角为20°）；根据前轴的结构设计可得：带轮中心到一号轴承中的距离；修正K=108mm一号轴承到齿轮中心的距离；齿轮中心到二号轴承中心的距离；故有两轴承中心距为。1) 求垂直面的支承反力：根据受力分析，可列方程：（齿轮在两轴承中心）。故可求得：。

18、2) 求水平支撑反力：3) 带轮对轴的作用力在指点产生的反力：（外力F作用方向与带传动的布置有关，在具体布置尚未确定前，可按最不利情况考虑）。4) 绘制垂直面的弯矩图：5) 绘制水平面的弯矩图：6) 力产生的弯矩图：7) 求合成弯矩图：考虑最不利情况，直接由公式得8) 折合当量弯矩（如图f）：由前算出查机械设计基础第五版中P246“由转矩性质而定的折合系数”知，故。9) 计算危险截面处轴的许用直径：由上知轴承为危险截面，故由机械设计基础第五版P247式14-6可得：。由此可知，此轴安全。B. 低速轴：1. 选择轴的材料、热处理方式：由于无特殊要求，选择最常用材料45钢，热处理方式为调质处理。查

19、机械设计基础第五版P241表14-1轴的常用材料及其主要力学性能得知：硬度：；强度极限：；屈服极限：；弯曲疲劳极限：。查机械设计基础第五版P246表14-3轴的许用弯曲，用插入法得弯曲需用应力（静）。查机械设计基础第五版P245表142常用材料的值和C值，得45钢取C=1182.初步估算轴最小直径：由机械设计基础第五版P245式14-2得： 传递转矩轴段的最小直径故，由于开了一个键槽，故。校核：查机械设计基础课程设计第2版P14表1.19圆柱形轴伸，取,长系列L=110mm，短系列L=82mm3.轴的结构设计：根据低速轴上所需安装的零件，可将其分为7段，以表示各段的直径，以表示各段的长度。（处

20、安装联轴器，处安装轴承端盖，处安装三号轴承与套筒，处安装大齿轮，处安装四号轴承）1) 径向尺寸：联轴器的初步选择：由于联轴器与轴通过键联接，则轴取。根据基轴查机械设计基础课程设计第2版P283表3.4弹性柱销联轴器，选用凸缘联轴器，可得其轴孔直径为，深孔长度为，轴段长取短系列L=80mm。根据上所选联轴器，取；根据密封毡圈的标准，取；根据此处尺寸，查机械设计基础课程设计第2版附录四P290深沟球轴承（GB/T2711994）选择6210型号轴承，因而可知所选轴承内径为50mm，外径为90mm，且轴承宽度，安装尺寸。故取；为方便测量取；套筒取，故；查机械设计基础课程设计第2版P12表1-14知倒

21、角倒圆推荐值为：，故孔（大齿轮）倒角推荐值为2mm，故取；为对称分布，故取2) 轴向尺寸：确定轴承润滑方式：故选取脂润滑方式。根据上定箱体两内壁间的宽度可算得大齿轮到箱体内壁的距离为12.5mm, 为防止箱体内部润滑油渐到轴承上冲走润滑脂，将轴承与箱体内壁距离取大于8mm（为套筒尺寸此取27.5mm），故有；修正：套筒档齿轮时，为保证精度取，修正轴环取，故取；由于安装时齿轮箱体轴承均对称分布，取，（包括越程槽尺寸）；轴承到端盖内壁的距离，由于轴承外径为90mm故，选端盖螺钉为，轴承端盖厚度，查机械设计基础课程设计第2版P315附录5.5可选用的螺栓。此时取端盖到大带轮的扳手空间为，故此取，修正

22、：由上选联轴器可知。4. 对低速轴进行弯扭强度校核据机械设计基础第五版P168式11-1可求得：圆周力径向力（标准安装，故压力角为20°）；根据前轴的结构设计可得：三号轴承到齿轮中心的距离；齿轮中心到四号轴承中心的距离；故有两轴承中心距为。求垂直面的支承反力：根据受力分析，可列方程：（齿轮在两轴承中心）。故可求得：。求水平支撑反力：绘制垂直面的弯矩图：绘制水平面的弯矩图：5）求合成弯矩图：考虑最不利情况，直接由公式得6）折合当量弯矩：由前算出查机械设计基础第五版中P246“由转矩性质而定的折合系数”知，。10) 计算危险截面处轴的许用直径：由上知安装大带轮的截面为危险截面，故由机械设

23、计基础第五版P247式14-6可得：。由此可知，此轴安全。11) 计算危险截面处轴的许用直径：由（图1）知轴上安装小齿轮的截面为危险截面，故由【1】式14-6可得：。由此可知，此轴安全。 九 联轴器的选择根据前选出的联轴器设计的低速轴校核得知，轴满足要求，查机械设计基础课程设计第2版P283附录3.4，故联轴器定为Hl4弹性柱销联轴器，其型号：GB/T50142003十 对轴承的校核A. 对轴承6207的寿命计算：将任务书中的使用期限10年换算为小时得其使用寿命必须大于小时。根据机械设计基础第五版P279式163得其寿命计算为，查机械设计基础第五P279表168温度系数与表169载荷系数，此取

24、（轴承工作温度100）（轻微冲击或无冲击）。故，查机械设计基础第五版P322附表1常用向心轴承的径向基本额定动载和径向额定静载，可知其径向基本额定动载荷为，根据机械设计基础第五版P278可知球轴承取，1） 校核计算得知其当量动载荷由机械设计基础第五版P279式164得当量动载荷为,由于直齿轮给轴承径向载荷时，由机械设计基础第五版P280式165得故带入公式得：其寿命为,满足要求。B. 对轴承6210的寿命计算：将任务书中的使用期限10年换算为小时得其使用寿命必须大于小时。根据机械设计基础第五版P279式163得其寿命计算为，查机械设计基础第五P279表168温度系数与表169载荷系数，此取（轴

25、承工作温度100）（轻微冲击或无冲击）。故，查机械设计基础第五版P322附表1常用向心轴承的径向基本额定动载和径向额定静载，可知其径向基本额定动载荷为，根据机械设计基础第五版P278可知球轴承取，2） 校核计算得知其当量动载荷由机械设计基础第五版P279式164得当量动载荷为,由于直齿轮给轴承径向载荷时，由机械设计基础第五版P280式165得故带入公式得：其寿命为，满足要求。十一 普通平键的选择及校核根据工程经验，此处无特殊要求，故均选用A型平键连接。1. 带轮处键连接：由于此处轴径为25mm，查机械设计基础第五版P156表10-9普通平键和键槽的尺寸得：选用键：，。键槽：mm由于此处转矩不大，选取铸铁为材料，故由表下的L系列选取，R=0.2mm即。对平键进行强度校核：查机械设计基础第五版P158表10-10得其许用挤压应力为（轻微冲击），根据机械设计基础第五版P158式10-26得平键的挤压强度：，故符合要求。2. 小齿轮处键连接：由于此处轴径为42mm，查机械设计基础第五版P156表10-9普通平键和键槽的尺寸得：选用键：，。键槽：R=0.2