机械设计基础知识26

1、l2345678910111213蚌埠学院2012目 录设计任务电动机的选择计算传动装置的运动和动力参数计算传动零件的设计计算齿轮的设计计算轴的设计计算减速器高速轴的校核减速器高速轴滚动轴承的选择及其寿命计算 高速键联接的选择和验算联轴器的选择减速器箱体的结构设计 润滑与密封参考文献14设计体会一设计任务1总体布置简图1电动机；2皮带；3齿轮减速器；4一带式运输机；5鼓轮；6联轴器2工作情况:载荷平稳、单向旋转3原始数据鼓轮的扭矩T (N-nj):鼓轮的直径 D ( mn : 420运输带速度V (m/s) : 1.7带速允许偏差() :5使用年限(年)：8工作制度(班/日)：2每日工作小时数

2、 164设计内容1. 电动机的选择与运动参数计算；2. 斜齿轮传动设计计算3. 轴的设计4. 滚动轴承的选择5. 键和连轴器的选择与校核；6. 装配图、零件图的绘制7. 设计计算说明书的编写5设计任务a) 减速器总装配图一张b) 齿轮、轴零件图各一张c) 设计说明书一份6设计进度1、第一阶段：总体计算和传动件参数计算2、第二阶段：轴与轴系零件的设计3、第三阶段：轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制4、第四阶段：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写二、电动机的选择计算如图2-1所示的胶带运输带的有效拉力F=5500N,工作速度v=1.7m/s,传动滚动直径 D=420mm载荷平稳，电源为三相交

3、流，空载启动，室内工作有粉尘，使用期限8年。带速允许误差大于-5%且小于5%,试选择电动机。图2-11 .选择电动机系列按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭自扇冷式结构，电压为380V,Y系列FVPW =(5500X1.7)/1000=9.35kw2 .选择电动机功率1000卷筒所需的有效功率：传动装置的总效率：V带传动的效率闭式齿轮的传动效率T齿轮=0.97一对滚动轴承的效率”轴承=0.98联轴器的效率T联轴器=0.99传动滚筒效率T滚筒=0.96传动总效率Y =0.95 X 0.97 X 0.98 2X 0.99 X 0.96=0.83所需电动机功率Pr= Pw =9.35/0.8

4、3=11.26kw由表9-39 （指导书209页）可选用 Y系列三相异步电动机Y180L-6型，额定功率 Po =15kw或选用Y系列三相异步电动机 Y160L-4型，额定功率 Po =15kw,均满足P0 > Pr。3.选取电动机的转速滚筒转速nW = 5 =77.34r/minD根据滚筒所需的功率和转速，可选择功率为15KVV同步转速分别为1500r/min和1000r/min两种型号的电动机电动机数据及传动比方案号电机型号额定功率/KW同步转速/(r/min )满载转速/(r/min)总传动比1Y160L-4151500146020.372Y180L-615100097013.54

5、通过比较决定选择第2种方案，电动机型号为丫180L-6,同步转速为1000r/min ,所选电动机的数据和安装尺寸如下表额定功率P0/kw15电动机外伸轴直径 D/mm38满载转速n。(r/min )970电动机外伸轴长度日mm80额定扭矩1.8电动机中心高 H/mm132三、传动装置的运动及动力参数计算1、分配传动比电动机的满载转数n0=970r/min总传动比i 总=n 0/n w = 970/77.34=12.54取i带=2.5则减速器的传动比i齿轮=i总/i带=12.54/2.5=5.0162、各轴功率、转速和转矩的计算0轴：即电机轴P0=Pr=11.26kwn0=970r/minT0

6、=9550 X P°/n 0=9550X11.26/970=110.86N mI轴：即减速器高速轴采用带联接传动比i带=2.5,带传动效率 ”带=0.96 ,P 1= P0 - 0 01= P0. T带=11.26 X 0.96=10.81kwni= n 0/i 01 =970/2.5=388r/minT1 =9550 X R/n 1=9550 X 11.26/388=275.67N mn轴：即减速器的低速轴，一对滚动轴承的传动比效率为T轴承=0.98闭式齿轮传动的效率为X齿轮=0.97则X 12=0.97=0.980.97=0.95P2=P1 - T 12=10.81 X 0.95

7、=10.27kwn2=n1/i 12=388/5.016=77.35r/minT2=9550 XP2/n 2 =9550X 10.27/77.35=1267.98 N m田轴：即传动滚筒轴 T轴承=0.98 T联轴器=0.99 T齿轮=0.97T 23=0.980.990.97=0.94P3=P2 * T 23=10.27 X 0.94=9.65kwn 3= n 2 /i 23 =77.35/1=77.35r/minT3=9550X P3/n 3 =9550X 9.65/77.35=1191.44 N m各轴运动及动力参数轴序号功率P/kw转速 n/(r/min)转矩T/Nm传动型式传动比效率

8、Y011.26970110.86V带传动2.50.96110.81388275.67闭式齿轮传动5.0160.97210.2777.351267.98弹性联轴器1.00.9939.6577.351191.44四、传动零件的设计计算1、V带传动的设计算（1）确定设计功率 Pc,载荷有轻度冲击，2班制， Ka=1.2PC=Ka X P=18kw（2）选取V带的型号 根据PC和3，因工作点处于 B型区，故选B型带。（课本图13-15）（3）确定带轮基准直径 dd1、dd2选择小带轮直径 dd1由表 10-4 （书 P214 页）确定 dd1 = 140mm验算带速 V （书P211）V=dd1n0

9、=7.1m/s60 1000在5m/s 25m/s之间，故合乎要求。（书P220）确定从动轮基准直径dd2 （书P211）dd2 =dd1 （1-尸2.5 X 140 （1-0.02）=343mmn2按表10-5 （书215页）取从动轮基准直径为dd2=355mm 确定中心距a和带的基准长度 Ld初定中心 a0 （书P220） 取初定中心距 0.7(d d1+dd2) < 30<2(d d+dd2)a 0=1.8( dd1 +dd2)=1.8(140+355)=891mmL d0=2a0 + ( dd1 +dd2)+22(dd, dd ) 乙1 =24a0确定带的计算基准长度Ld按

10、式355 140 2891 (140 355) =2572.1224 891由表10-2 （书213页）取标准 Ld =2500 mm确定实际中心距a = ao + LdLd02=891+ 2500 2572.12 =855 邮(5)验算包角 11 弋 180°(dd_dd1)- X 57.3 ° =180°355 140_。0X 57.3=165 >120855符合要求(6)确定带根数根据电机的转速n=970和小带轮直径 140mm10-7(书P214 页)查得P 0=2.2kw ,再由表 13-5216 页)得 P0=0.3 (i=2.5)由表13-7(

11、书P217 页)查得K a =0.96由表13-2(书P212 页)查得Kl =1.03Z= (PoPC5.5=2.20 根P0) Ka Kl (220.3) 0.97 1.03取Z=3根(7)、计算作用于轴上的载荷Fr单木V带的初拉力:Fo=500 Pc (z2.5Ka-1)+q2 =50018(7.1 32.50.961)20.17 7.1 =686.38N式中q由表10-1 (指导书140 页)查得 q=0.17Kg/m。1. 165FR=2F0Zsin 1=2 686.383sin=4082.25N22(8)带轮结构设计带速 V 30m/s 材料用灰铸铁用HT150或HT200dd1&

12、lt;300mm用腹板式dd2 >300mm用轮辐式(9)带轮轮槽尺寸由表 4-2 (指导书 224 页)得 h c=15mm,ha min =3.5mm,e=19mm,f min =11.5mmBd=14mm, min =7.5mmB=(z -1)e+2f=(3-1)19+2 11.5=61mm图4-1小带轮结构图图4-2大带轮结构图五、齿轮的设计计算:1 .选择齿轮材料精度等级齿轮减速器为一般机械，小齿轮材料选用45钢，调质处理,小齿轮 45 调质，B =650MPa, S =360Mpa,硬度 217 255HB;大齿轮45正火， b =580MPa,齿轮精度等级为 8级.计算循环

13、次数Ns=290MPa,硬度 162 217H1帅=60门" Lh =60 388 1 (8365 16）=1088000000 （工作八年，两班制）N2 = N1 =1088000000/5.016=2.17108i由表11-5 (P171页)取载荷系数 SHmin =1.0由图 11-1 (书 166 页)查得 HLim1=600Mpa , HLim2=380MPa计算许用接触应力H lim 1600 一H 1 = =600MpaSH min1.0h 2 = _HJim = 28°=380MpaSHmin1.0因 H 1< H 2 计算中取H 1= H 2=380

14、MPa2 .按齿面接触强度确定中心距小轮轮距T 1T1 =9.5510 6 2=9.55106 (10.81/388)=270000N mNi由表 11-3 (P169)取得 K=1.8,由表 11-6 (P175)取得 a =0.8 ,由表 11-4 (P171)取得 ZE =188.9ZhZe 23 2KTi (1) (u 1)at3L-HJ =130.25mmtaU取中心距a=130.25mm取小轮齿数Z1 =21则大齿轮数Z2=110所以 i 实=114/21=5.23计算得到 i= (5.23-5.016 ) /5.416=0.04i在正负5%之间，故合理。模数 m=d1/ Z1 =

15、6.5mm齿宽 b= a d1 =104.2查表 4-1 (P57),取 m=6.5mmd1 =m Z1 =136.5mmd2 =m Z2 =715mm圆周速度 v=3.14136.5388/601000=2.77m/s对照表11-2 (P168)可知，选用8级精度是合适的3验算齿面接触疲劳强度按电机驱动载荷轻度冲击由表11-3得kA=1.25由图 11-2 (b)(指导书 177 页)按 8 级精度和 vZ1/100=1.02425/100=0.256m/s 得 kv=1.02齿宽 b a a 0.35 155 54.25mm由图11 3(a)(指导书 177页)按 b/d1 54.25/5

16、0.987 1.064考虑到轴的刚度较大和 齿轮相对轴承为非对称 布置，得k 1.18由表11 4（指导书178页）得k 1.2载荷系数 K KaKvK K 1.25 1.02 1.18 1.2 1.80533由表 11 4（指导书 178页）Zv1 Z/cos25/Cos 11.2926.5133ZV2 Z2/COS 127/cOS"29134.7得 10.796,2 0.822120.796 0.822 1.618b sin 54.25 sin11.29, 51.69mn3.14 2由图11 6（指导书180页）得Z 0.7542KTi（u 1）HZhZeZZ ,二'22

17、.45 188.9:bd1 u611MPa h 632.8MPa0.754 0.981.805 108183 （5.08 1）254.25 50.9875.083校核齿根弯曲疲劳强度按Zv126.51,Zv2 134.7由图11 8（书 173页）查得 Yf 2.9,YFa2 2.23由图11 11（指导书184页）查得 工a11.58,Ysa2 1.82由表 11 1（书 166页）查的 Yfe1 450MPa, Yfe2 300MPa, Sf 1.25由图11 16（b）（指导书 187页）查得 Flim1 290MPa, Flim2 220MPa由图 11 18指导书 188页）查得 Y

18、x1 YX2 1.0，取丫st 2.0,SFmin 1.4由图11 17（指导书188页）查得YN1 YN2 1.0F1450=360MPa1.25F2 =陋=240MPa1.252KT1F1 bm mZ1丫 丫 2 1.8 270000Fa1 sa1 -104 6.5 6.5 212.9 1.58=48.27MPa< F1 =360 Mpa,安全YFa 2 Ysa2F1 = 48.27YFa1Ysa12.23 1.82=42.76MPa2.9 1.58F2 =240Mpa,安全5.齿轮主要参数及几何尺寸计算i=136.5mm d 2=741mmZ1 =21z2=114 m n =6.5

19、mm u=5.428 da =438.75mm h a ha* hf c* ha ha* m 1 65. 6.5mm hf (ha* c*)m 1.25 6.5 8.125mm da1 d1 2ha 149.5mm da2 d2 2ha 754mm df1 d1 2hf 120.25mm df2 d2 2hf 724.75mm 齿宽 b2 b 54.25," b2 (5 10) 59.24 64.24mm,取60mm六轴的设计计算1.减速器高速轴的设计计算(1)选择轴的材料轴的材料为45号钢，调质处理(2)按扭矩初步估算轴端直径按公式d1 自31且,n1其中 A0 =110 160,

20、取 A0=110R11.01d1A)3 1=110 3110 0.3 33mm, n11 388考虑轴端有一个键槽d1=35mm该段轴长ll=70mm(3)初选滚动轴承该轴设计为直齿齿轮轴，考虑到强度要求，选用深沟球轴承。根据轴端尺寸，带轮的定位方式和轴承的大概安装位置，初选单列圆锥滚子轴承6210.(4)设计轴的结构图6-1a.轴的径向（轴径）尺寸的确定根据定位方式和轴承的大概安装位置等初选d1=35mm,d2=42mm,d3=d4=50mm齿轮轴的分度圆直径d=137mm。b.轴的轴向尺寸的确定各轴段如图6-1所示，根据各轴段上安装的零件宽度等结构确定各段长分别为：di 段 70mm,d2

21、段 65mm,d3> d4 段均 50mm釉环均 8mmc .确定轴承的润滑方式与密封方式 齿轮轴的最大圆周速度：2.782m/sV 短13.14 137 38860 100060 1000由于V>2m/s所以滚动轴承采用油润滑高速轴密封处的圆周速度V0.844m/sV dn 3.14 42 38860 100060 1000由于V<2m/s,所以采用毡圈密封。低速轴密封处的圆周速度V0.244m/sV dn 3.14 65 71.6460 100060 1000由于V<2m/s所以也可以采用毡圈密封。七减速器高速轴的校核1 .对轴进行分析，作当量弯矩图(1) .计算作

22、用于齿轮轴上的作用力转矩 T 9.55 106 -PL 270994 N mm ni一 2T 2 270994圆周力 Ft=2T 2709943596Nd 137径向力 Fr = Ft 3596N轴向力Fa = Ft tan3596 tan0 0 .(2).求支座反力.a.铅直面内的支座反力RaY(L1L2)FtL20据 MB 0,得FLL1L23596 65 1731N70 65据 y 0,得FtRay3596 1731 1865Nb.水平面内的支座反力Raz(LiL2)FaFL 0FLRaz'-Fa2L21373596 65 0 2- 1731N70 65Z 0,得 RbzFr R

23、az 3596-1731=1865Na.铅直面内弯矩MY图在 C点 McyRayL 1731 70 121170N mmb.水平面内弯矩 MZ图在 C点左边 Mcz RAZL11773 70 121170N mmCZ AZ 1在 C点右边 MczRbzL2 1865 65 121225N mmCZBZ 2c.作合成弯矩图在C点左边McymCymCzv"(12117()2(12117()2171334N mm在c点右边McvMCyMcZ式121170)2(121225)2172061N mm(4) .作转矩图T=270994N mm(5) .作当量弯矩图该轴单向工作转矩按脉动循环考虑取

24、 =0.6当量弯矩Mv= M 2 ( T)2在C点左边Mvca;m1( T)2,(171334)2(0.6 270994)2231537N mm在 C点右边Mvc Mc2 ( T)2(172061)2 (0.6 0)2172061N mm在D点Mvd T 0.6 270994 162596N mm(6) .按当量弯矩计算轴的直径由Mv图看出C点的当量弯矩 Mv最大。D点轴的断面尺寸较小。所以该轴的危险断面是C点和D点。由45钢(调制处理)查表 13-1 (指导书218页)得 b=650MPa在查表13-2 查表得 b =60MPa b 1按式（13-4）计算C点轴的直径dC3/ MVC 33.

25、78mm 0.1 b 1考虑键槽影响，有一个键槽，轴径加大 5%de 33.78 (1 0.05) 35.47mm该值小于原设计该点处轴的直径，安全。D点轴的直径dD 3：MVD30.04mm,0.1 b 1考虑键槽影响，有一个键槽，轴径加大 5%dD 30.04 (1 0.05) 31.54mm该值小于原设计该点处轴的直径，安全。八减速器高速轴滚动轴承的选择及其寿命计算已知：6210轴承(50 X9QX 20)。基本额定动载荷 C=27KN,基本额定静载荷 G=19.8KN,e=0.21，丫=2.3.由前面计算得知：该对轴承的水平支反力分别为：Raz 1731, Rbz 1865垂直支反力分

26、别为：Ray 1731N, RBY1865N合成支反力：Ra=R；y R；Z. 17132 17132 2422NRb = v'r2y RBz J18652 18652 2637NSaRa2Y24222 2.3527NSbRb2Y26372 2.3573NSbFa 573 0 573N Sa 527NAa 573N, Ab 527NAarA57324220.24 e 0.21所以取 XA =0.9,YA=0.9轴承承受轻度载荷冲击，支反力A处有弯矩。所以取 fd =1.2,f m =1.5PA = fd fm( XARA YAAA)=1.2 1.5 (0.9 2422 0.9 527)

27、4777.3NAb 527 八A曳0.20Rb 2637e 0.21所以取X b=1,Y b=0PB = fd fm Rb1.21.5 2637 4746.6N106/1 27000、百()360 388 4777.3158930h106 ftcPA>PB计算轴承a的寿命PA=60n P预期寿命满足要求九.高速轴键联接的选择和验算大带轮装在高速轴轴端，需用键进行周向定位和传递转矩。由前面设计计算得知：V带带轮材料为钢 ，轴的材料为45钢，V带与轴的配合直彳空为 35mm V带轮毂长为 70mm 传递转矩 T=114.11Nm1 .选择键的材料、类型和尺寸。a.键的材料选用45钢，b.选择

28、最常用的 A型普通平键，因为它具有结构简单，对中性好，装拆方便等优点。c.键的截面尺寸由键所在轴段的直径d=35mm由标准中选定，键的长度由轮毂长确定，查表得bXh=8*7,L=65mm.2 .键联接的强度计算普通平键的主要失效形式是键，轴和轮毂三个零件中较弱零件的压溃。由于带轮材料是钢，许用挤压应力由表9-7 （指导书135页）查得 p =l00MPa键的计算长度l=L-b=65-8=57mm4Tp = dhl4 114.11 10335 7 5732.68MPa p=100Mpa 安全十联轴器的选择在减速器低速轴与工作机之间需采用联轴器联接。由于工作机和减速器之间可能产生一定的径向位移和角

29、位移。故选用弹性柱销联轴器。由式Tc= KAT=1.5 X 1310.71=1966.07 Nl - m n= 71.64r/min A由表2-14-1（课设指导书 114页）LH4 联轴器40X 84 GB/T50142003其公称转矩 Tn=1250 N- m <1966.07 N m ,许用转矩n =2800r/min>71.64r/min减速器箱体的结构设计参照参考文献机械设计课程设计（修订版）鄂中凯，王金等主编东北工学院出版社1992 年第19页表1.5-1可计算得，箱体的2构尺寸如表8.1 :表8.1箱体的结构尺寸减速器箱体采用 HT200铸造，必须进行去应力处理设计内

30、容计 算 公 式计算结果箱座壁厚度5(0.25 160a 1 8= (56) mm取 S =8mm箱盖壁厚度5 11(0.8 0.85)8= (6.4608)取 S 1=8mm机座凸缘厚度bb=1.5 S =1.5 X 8=12mmb=12mm机盖凸缘厚度b1b1=1.5 S 1=1.5 X 8=12mmb1=12mm箱底座凸缘厚度PP=2.5 S =2.5 X 8=20mmP=20mm地脚螺钉直径和数目Df=16mmn=4Df=16mm n=4通气孔直径Df' =20mmDf' =20mm地脚沉头座直径 D0D0=45mmD0=45mm底座凸缘尺寸C1min=25mmC1min=25mmC2min