机械设计基础

1、l234567891011121314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 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- m):鼓轮的直径D (mr) 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/

2、日) : 2每日工作小时数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=420mn载荷平稳

3、，电源为三相交流，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2. 选择电动机功率卷筒所需的有效功率：FW= -FV(5500X1.7)/1000=9.35kw1000传动装置的总效率：V带传动的效率n带=0.96闭式齿轮的传动效率n齿轮=0.97一对滚动轴承的效率n轴承=0.98联轴器的效率n联轴器=0.99传动滚筒效率n滚筒=0.96传动总效率n =0.95 x 0.97 x 0.98 2x 0.99 x 0.96=0.83所需电动机功率

4、Fr= Fw =9.35/0.83=11.26kw由表9-39(指导书209页)可选用丫系列三相异步电动机丫180L-6型，额定功率P。=15kw或选用丫系列三相异步电动机Y160L-4型，额定功率P。=15kw，均满足P。 Pr。3. 选取电动机的转速滚筒转速60nw =77.34r/minD根据滚筒所需的功率和转速，可选择功率为15KW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万案号电机型号额定功率/KW同步转速/(r/mi n )满载转速/(r/mi n)总传动比1Y160L-4151500146020.372Y180L-6151000970

5、13.54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n0 (r/min )970电动机外伸轴长度E/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no=97Or/min总传动比i 总一n o/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=R=11.26kwno=97Or/m

6、inTo=955OX Po/n 0=9550X11.26/970=110.86 N 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n带=0.96 ,P1= P0 n 01= P0 n 带=11.26 X 0.96=10.81kwn1= n 0/i 01 =970/2.5=388r/minT1=9550X P1/n 1 =9550X 11.26/388=275.67 N mII轴：即减速器的低速轴，一对滚动轴承的传动比效率为n轴承=0.98闭式齿轮传动的效率为 n齿轮=0.97则n 12=0.97=0.98 0.97=0.95P2 =R n 12=10.81 X 0.95=10.

7、27kw n2 = n1 /i 12 =388/5.016=77.35r/minT2 =9550X P2 /n 2 =9550X 10.27/77.35=1267.98 N mm轴：即传动滚筒轴 n轴承=0.98n联轴器=0.99 n齿轮=0.97n 23=0.98 0.99 0.97=0.94P3=P2 X n 23=10.27 X 0.94=9.65kw n3= 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/mi n)转矩T/Nm传动型式传动

8、比效率n011.26970110.86V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 选取V带的型号 根据Pc和n°,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=ddin&#

9、176; =7.1m/s60 1000在5m/s25m/s之间，故合乎要求。（书P220） 确定从动轮基准直径dd2（书P211）ntdd2 = 1 dd1 (1-)=2.5 X 140 (1-0.02)=343mm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a。（书P220）取初定中心距 0.7(d d1+dd2)w a°w 2(d d1+dd2)a0=1.8( dd1 +dd2)=1.8(140+355)=891mm 确定带的计算基准长度Ld按式Ld0=2a0 + 2(d d1 + dd2)+(dd24a°8

10、91-(140355)2355 1404 891=2572.12 由表10-2 （书213页）取标准Ld =2500伽 确定实际中心距a = a0Ld 02=891 +25002572.122=855 mm（5）验算包角11 180° - (dd2 dd1) X 57.3 ° =180° - 355 140 X 57.3 ° =165°> 120° a855符合要求(6) 确定带根数z根据电机的转速n=970和小带轮直径140mm由图10-7 (书P214页)查得P0=2.2kw，再由表13-5 (书216页)得 卩。=0.3（

11、i=2.5）由表13-7 （书P217页）查得K a =0.96由表13-2 （书P212页）查得Kl=1.03Z=Pc=55=2.20 根（P0P0） Ka Kl （22 0.3） 0.97 1.03取Z=3根（7）、计算作用于轴上的载荷Fr单根V带的初拉力：F°=500邑（空-1） +q 2 =500 （空 1） 0.17 7.12=686.38N z Ka7.1 30.96式中q由表10-1 （指导书140页）查得q=0.17Kg/m。165FR=2F0Zsin 丄=2 686.38 3sin 史=4082.25N2 2（8）带轮结构设计带速V 30m/s 材料用灰铸铁用HT1

12、50或HT200dd1<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，h min =3.5mm,e=19mm,fnin =11.5mmBd=14mm, min =7.5mmB=（z -1）e+2f=（3-1）19+2 11.5=61mmEL1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 217255HB大齿轮 45 正火,B=580MPa, s=290

13、MPa硬度 162217HB齿轮精度等级为8级.计算循环次数N叫=60nJ Lh =60 388 1 （8 365 16）=1088000000 （工作八年，两班制）N2 =吐=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 1 =Hlim1 = 600 =600MpaSH min1 .0H 2：= 380 =380MpaSH min1.0因 H 1< H 2 计算中取 H 1= H 2=380MPa2.按齿面接触强度确

14、定中心距小轮轮距T 1=9.55 106 旦=9.55 106 （10.81/388）=270000N mN1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 =188.9atZhZehaU）2（u1）=130.25mm取中心距a=130.25mm取小轮齿数乙=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 =6.5mm齿宽 b= a d1=104.2查表 4-1 (P57),取 m

15、=6.5mmd1=m Z1=136.5mmd2=m Z2=715mm圆周速度 v=3.14 136.5 388/60 1000=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=1.2525/100=0.256m/s由图11-2 (b)(指导书177页)按8级精度和v乙/100=1.024 得 kv=1.02齿宽 b a a 0.35 15554.25mm由图 113（a）（指导书 177页）按 b/d,54.25/50.9871.064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1

16、14（指导书178页）得k 1.2载荷系数 K KaKvK K 1.25 1.02 1.18 1.21.805由表 11 4（指导书 178页）Zv1 Z，coS25/cos11.2926.5133ZV2 Z2/COS 127/cos 11.29134.7得 1 0.796，2 0.822120.7960.8221.618b sin 54.25 sin11.29 “1.69mn3.14 22K（u 1）2.45 188.9由图116（指导书180页）得Z 0.754 0.754 0.98 2 1.805 1081832 （508 1）丫 54.25 50.9875.08611MPa h632.

17、8MPa3校核齿根弯曲疲劳强度按Zv1 26.51,Zv2 134.7由图 11 8（书 173页）查得 Yf2.9,YFa2 2.23由图 11 11（指导书 184页）查得 *a1 1.58,Ysa2 1.82由表 111（书 166页）查的 Yfe1 450MPa, Yfe2 300MPa, Sf 1.25由图1116（b ）（指导书187页）查得由图11 18指导书188页）查得YX1由图11 17（指导书188页）查得YN1Flim1 290MPa , Flim2 220MP aYx21.0,取 Yst2.0,SFmin 1.4Yn21.0450F1 =50=360MPa 11.25

18、F2 =°°=240MPa1.25=2KT1F1 bm mZ12 1.8 270000YFa1Ysa1 104 6.5 6.5 212.9 1.58=48.27MPa< F1 =360 Mpa,安全F1 Yf£ = 48.27YFa 1 sa12.23 1.822.9 1.58=42.76MPaf2 =240Mpa 安全5.齿轮主要参数及几何尺寸计算zi=21z2=114 m n =6.5mmu=5.428 d i=136.5mm d 2=741mma =438.75mm h a ha* hf c*ha ha* m 1 65.6.5mmhf (ha* c*)

19、m 1.25 6.5 8.125mmda1d12ha149.5mmda2d22ha754mmd f 1d12hf120.25mmd f 2d22hf724.75mm齿宽 b2 b 54.25,b1 b2(510)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 a 民3邑V n1其中 A°=110160，取 A°=1101p1101d1 A03l =110 打110 0.3 33mm1. n1 388考虑轴端有一个键槽d1=35mm该段轴长Il=70mm(3)

20、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3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d仁35mm,d2=42mm,d3=d4=50m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段 65mm,d3 d4 段均 50mm轴环均 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/sdg 3.14 137 38

21、860 1000 60 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Vdn60 10003.14 42 38860 10000.844m/ s由于V<2m/s,所以采用毡圈密圭寸低速轴密封处的圆周速度 Vdn60 10003.14 65 71.6460 10000.244m/s由于V<2m/s所以也可以采用毡圈密圭寸七减速器高速轴的校核1. 对轴进行分析，作当量弯矩图。(1) .计算作用于齿轮轴上的作用力转矩 T 9.55 106 已 270994 N mm圆周力 Ft = 2T 2 2709943596 Nd137径向力 Fr=Ft 3596 N轴向

22、力 Fa=Fttan 3596 tan00 .(2) .求支座反力.a. 铅直面内的支座反力RAY (L1L2)Ft L20据 Mb 0，得cFt L2359665, c Ray1731NL1L27065据 丫 0，得 Rby Ft Ray 359617311865Nb. 水平面内的支座反力据Mb 0，得Raz (L1L2)FaFrL20FrL2Fa3596 65L1L270 651731N据 Z0,得RbzFr Raz 3596-173 仁1865N(3) 作弯矩图a. 铅直面内弯矩M图在 C点 McyRayL1 1731 70 121170N mmb. 水平面内弯矩MZ图在 C点左边 MC

23、ZRazL1 1773 70 121170N mm在 C 点右边 MczRbz L2 1865 65 121225N mmc. 作合成弯矩图在C点左边Mc M CymCzf(1211702(1211702171334N mm在C点右边MCJmCyMCZv"(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=0.6当量弯矩Mv=t M 2 ( T)2在C点左边QO*OQMvc v'Mc ( T) <(171334)(0.6 270994)231537N mm在 C点右边M

24、vcMe2 ( T)2.(172061)2 (0.6 0)2 172061N mm在D点MvdT 0.6 270994 162596 N 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 1 =60MPa按式(13-4)计算C点轴的直径M VC0.1 b 133.78mm考虑键槽影响，有一个键槽，轴径加大 5%dC 33.78 (10.05)35.47mm该值小于原设计该点处轴的直径，安全D点轴的直径M VD30.04mm0

25、.1 b 1考虑键槽影响，有一个键槽，轴径加大 5%dD 30.04 (10.05)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 X 90X 20)。基本额定动载荷 C=27KN基本额定静载荷 C0=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垂直支反力分别为：Ray 1731N，Rby 1865N合成支反力：SbSbRa = . RayRaz； 2 217132 171322422N18652 186522637N-RbyRbzRa24222Y2 2.

26、3rb2637527N2Y2 2.3Rb =SaFa573 0573N573N Sa 527NAA 573N, AB 527N0.24 e 0.212422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,fm=1.5Pa= fd fm（ X aRaYaAa）=1.2 1.5 （0.924220.9 527）4777.3NABr5270.20 e 0.212637所以取Xb=1,Yb=04746.6NPB= fd fm RB 1.2 1.5 2637Pa>PB计算轴承A的寿命Pa=£ T106（ 1 27000）60 388（ 4

27、777.3）158930h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带与轴的配合直径为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 bx h=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

28、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 =100MPa键的计算长度l=L-b=65-8=57mm4Tdhl4 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位移。故选用弹性柱销联轴器。由式Tc=KAT=1.5 x 1310.71=1966.07 N - m n= 71.64r/min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 Nm<1966.0

29、7 N-m，许用转矩n =2800r/min>71.64r/min十一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，箱体的结构尺寸如表 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容计算公式计算结果箱座壁厚度S(0.25 3)160a 1 8= (56) mm取S =8mm箱盖壁厚度S11 (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 =16mm n=4Df=16mm n=4通气孔直径D ' =20mmD ' =20mm地脚沉头座直径D0D0=45mmD0=45mm底座凸缘尺寸C1min=25mmCimin=25mmC2min=23mmC2min=23mm轴承旁连