机械设计基础课程设计范例

1、机械设计基础课程设计专业及班级：数控技术70511设计： xxx学号： 200507011016指导教师：日期： 2006.12.25目录前 言 .1第 1 章 选择传动方案 .2第 2 章 选择电动机 .32.1电动机的选择 .32.2输送机的输送量及功率计算.32.3电动机的功率 .32.3.1螺旋输送机主轴上所需功率.32.3.2工作机所需的电动机输出的功率为.32.4电动机的转速 .42.5传动装置总传动比 .42.6计算传动装置的运动和运动参数.42.6.1计算各轴输入功率 .42.6.2计算各轴转速 .42.6.3计算各轴转矩 .5第 3 章 选择 V 带 .63.1选择普通 V

2、带 .63.1.1按照计算功率 Pc , 选择 V 带型号 .63.1.2带传动的主要参数和尺寸.63.2初选中心距 .63.3确定 V 带的根数 .73.4计算紧张力 .73.5计算作用在轴上的力FR .73.6结构设计 .7第 4 章传动设计 .84.1选择高速级齿轮传动的材料及热处理.84.2强度计算 .84.3确定选择齿轮传动的参数和尺寸.84.4验算齿根弯曲应力 .94.5结构设计 .10第 5 章轴的选择 .115.1高速轴的设计 .115.1.1选择轴的材料 .115.1.2初步估算轴的最小直径 .115.1.3轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸.115.1.4按弯扭合成应力校核轴

3、的强度.115.1.5高速轴段的长度确定 .135.2低速轴计算 .145.2.1计算轴上的力 .145.2.2计算支反力 .145.2.3作弯距图，齿轮作用力集中在齿宽中心. 155.2.4轴输出转矩T = 659000155.2.5求最大当量转矩165.2.6强度校核165.2.7低速轴段的长度确定16第 6 章 联轴器的选择和计算17参 考 文 献18前 言机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、 重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，

4、还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。本设计中原动机为电动机，工作机为螺旋输送机。传动方案采用了一级传动，单级直齿圆柱齿轮减速器。螺旋传送机的传动装置主要由电动机、减速器、联轴器、等组成，也有用带传动或链传动的，由于考虑到传送机有时会卡住的原因， 不使电动机出现故障， 所以采用 V 带传动。用减速电动机可使传动装置更紧凑，且螺旋传送机的结构比较简单，容易操作，横截面尺寸也小密封性也好，特别使用与输送粉末状大的物料，便于在任何位置上装料卸料，造价也比较低廉，但是它的功率消耗比较大，对物料有研碎的作用，在传送的过程中会使一部分物料损失，机壳和中间轴承磨损较大，容易发生堵塞，

5、要求加料均匀，输送距离较短，运输能力较低。1第 1 章 选择传动方案本设备输送的物料为面粉，而螺旋输送机传动稳定，功率大，输送效率也比较高，所以很适合这种工作条件。螺旋输送机连续单向运转，水平输送，载荷变动小，三班制连续工作 10 年。图 1.1传动方案简图2第 2 章 选择电动机2.1电动机的选择根据已知的工作要求和条件选用Y 型全封闭笼型三相异步电动机。2.2输送机的输送量及功率计算Q 47D 2 pnr c(2.1)D=0.4m,P=0.24m,n=100r/min,由参考文献 3 查得 r=0.6*10 4 N/m3 , 表（17-2 ） =0.36 由表（ 17-4 ）=0 0，c=

6、1.0,Q=38.98368=39*10 4 n/h2.3电动机的功率2.3.1螺旋输送机主轴上所需功率QPw=( 0 L1 +H）kw(2.2)367由参考文献 3. 查0 =1.2 ， L1 =L=40m,H=0Pw =5.1kw2.3.2工作机所需的电动机输出的功率为Pd =kpw(2.3)k=1.3,pw =5.1kw,由电动机至工作机之间的总效率212342式中的分 别为 v 带传动 .齿轮传动的轴承传动 .齿轮传动 . 联轴器 . 的效率1234取1 =0.96 2 =0.97 3 =0.974 =0.97 =0.885Pd =1.35.1=7.49kw0.88532.4电动机的转

7、速按推荐的合理传动比范围，取V 带传动的传动比 i 124 , 单级齿轮传动比3-6 ，则合理总传动比的范围为 i =6 24，故电动机转速的可选范围为ndni1i 2 =100*(2-4)*（3-6 ）=600-2400 r min符合这一范围的同步转速有750 r min 1000 rmin1500 rmin 3000 rmin根据计算出的功率由表 8.1查出以下电动机的型号 其技术参数和传动比情况如下表 2.1 电动机型号电动机型额定功率电动机的转速传动装置的传动比方案KW同步转速号满载转速 总传动比带齿轮1Y160M-4111500144014.434.82.5传动装置总传动比i=nm

8、 = 1440 =14.4n100取 v 带传动比 i 1 =3，则圆柱齿轮减速器传动比i 2 = i =4.8i12.6计算传动装置的运动和运动参数2.6.1计算各轴输入功率电动机主轴 Pd =11kw轴 I （高速轴） P1 = p d 1 =11*0.96=10.56轴 2（低速轴） P2 =P1 2 3 =11*0.97*0.99=10kw2.6.2计算各轴转速电动机轴n m =1440r/min轴 1n1= nm=480r/mini1轴 2n2= n1=100r/mini 242.6.3计算各轴转矩T d =9550 pd =49.7(2.4)nm轴 1T1 =9550 p1 =14

9、3.1n1轴 2T2 =9550 p2=659100表 2.2 各轴系数输入功率 P转速 r/min输入转矩 T传动比 i效率 N.m电动机轴11144049.730.96轴 110.56480143.14.80.96轴 210100659.05第3章选择V带3.1选择普通 V 带传送带包括 V 带，平带，两种，考虑V 带的效率比较高，安全，所以选择普通V 带。3.1.1按照计算功率 Pc , 选择 V 带型号Pc =k A Pk A 由表 13-27 查，工作 16-24 个小时， k A =1.3Pc =1.3*7.19=9.3kw由参考文献 3. 图 13-17 查， V 带为 B 型3

10、.1.2带传动的主要参数和尺寸D1 由参考文献 3. ，按 B 型查取 D1 125mmD2 = n1 D1 (1- )=375mmn2V=n1 D1=3.14m/s60 * 10003.2初选中心距a0 = (0.7 2)( D1D 2 )=(0.7 2)(125+375)=350 1000mm取 a0 =800mml p = 2a02( D1D2 )(D2 D1 )2= 2800(125 375)(375125)24a024800=2404mm由参考文献 3. 表 5-2 ，按 B 型查取基准长度 l p =2500mm 实际中心距l pl p2500 2404 =847.54mm,取 a

11、=848a a0=800+22amina0.015l p =848-0.015 2500=810.5mm6amaxa0.035l p =848-0.035 2500=935.5mmD2 D157.3=163.1 120=180 -a3.3确定 V 带的根数zPCP0 )( P0(3.1)式子中 P0 由参考文献 3. ，按 D1125 V=9.42m/s B 型利用插入法查取P0 =2.60+ 28(1.791.6)=2.653KW(76)100 P0 =0.0001 T=0.0001*1440*3.1=0.4464KW（ T 由参考文献 3. 表 13-19 按 B 型， i= n1 =3

12、查取 T=3.1 N m ）n2K由表 13-20 ，按=163.1 （插入法）查取K =0.95+ (0.98 0.95) 3.1 =0.9593170160K c 按 l p =2500mm, B 型查取 K c =1.03z=9.3根取 z=4=4.2（ 2.653+0.4464 ）*0.9593*1.033.4计算紧张力F0 =500 Pc( 2.51)9V 2式中，由参考文献3. 表 5-1 ，按 B 型取 q=0.17kg/mzVKF0 =50013.66（2.5）0.17 9.422=180.8N79.420.959313.5 计算作用在轴上的力FRFR =2zF0 sin 18

13、0.8163.73=2505.9N=2 7sin223.6结构设计D1 =125mm小带轮采用实心式结构D 2 =375mm大带轮采用轮辐式结构7第4章传动设计4.1选择高速级齿轮传动的材料及热处理由参考文献 2. 表 11-1 小齿轮的材料 用 45 钢，调质热处理 200250HBS，大齿轮的材料用 45 钢，正火热处理 170217HBS。4.2强度计算因为大小齿轮硬度均小于350HBS，所以高速级齿轮为闭式软齿面的齿轮传动。按齿面接触强度计算KT13H 2 Aa (i1)ai (4.1)其中 A 由参考文献 3. 表 13-1 ，按直齿 =12查取 A =476K 由参考文献 3. 表

14、 13-3 ，按电动机连续单向运动，载荷平稳，选 K=1.2=0.4H H lim0 .9H lim 由参考文献 3. ，按齿轮材料、调质、正火热处理， 220HBS，180HBS查取，H lim 1 =560MPa H lim 2 =520MPaH 1 =0.9 560MPa=504MPaH 2 =0.9 520MPa=468MPa1.244=128.5mm483（ 4+1） 3446820.44.3确定选择齿轮传动的参数和尺寸z1 =2340, 选 z1 =23, z2 =iz1 =5*23=115m= 2= 2 * 128.5 =1.862z1z2 23 115由表 3-2 查取 m=2

15、mm所以实际的中心距 = m( z1 z2 ) =1382齿宽 b=b2 = a =0.4*138=55.2mm取 55mmb1 =b2 +(3 5)mm=60mm8d1z=2*23=46mmd a1=m(z1 +2)=2*(23+2)=50=m 1d2 =m=2*115=230mmda 2 = (2)=2*(115+2)=234z2m z24.4验算齿根弯曲应力FF F=Ft K A KV K Fa YFsY K FB(4.2)bm其中 Ft1 = 2000T1 = 2000 49.7 =2160d146 K A 由参考文献 3. 表 13-3按原动机工作平稳工作载荷较平稳查取 K A =1

16、 1.2取 K A=1.2 K V 由参考文献 3. 图 13-5按公差组7 级 v1 z1= 9.4223=2.17查取 K v =1100100 K F 由参考文献 3. 图 13-6, 按 d = b55.21.2 且齿轮布置方式为不对称 , 齿面硬d146度 350HBS查取 K F1.32 K F 由参考文献 3. 表 13-5, 按公差组 7 级为经表面淬火的直齿轮查取KF =1 YFS 由参考文献 3. 图 13-4, 按 z123z2115 X=0 查取 YFS 1 =4.21YFS2 =3.95 Y 由参考文献 3. 图 13-8 ，按11=1.88-3.2（ z1z2 ）c

17、os =1.72 及=0查取 Y =0.68F lim 由参考文献3. 图 13-3, 按齿轮材料调质钢， 200HBS，正火钢 170HBS查取F lim 1 =210MpaF lim 2 =200Mpa YN 按长期工作， N N 0 ，查取 YN =19Y 一般取 Y =1YR 按表面粗糙度值 R 3.2 mm,查取 YR =1 YX 由图 13-12按齿轮材料调质钢，模m=2,查取 YX =11 SF min 由表13-7 ，按失效概率 1000 ，查取 SF min =1.25F 1=2101 11 1 =168MPa1.25F2=200 1111 =160Mpa1.25F 1 =

18、2160 1.211.324.21 0.68 =88.7Mpa F 155.22F 2 =YFS 288.73.95=83.2Mpa F 2F 14.21YFS14.5结构设计da150mmda 2234mm5535400204013.2852020 0 +0.7-50- 0105图 4.1 大齿轮结构图10第5章轴的选择5.1高速轴的设计5.1.1选择轴的材料45 号钢 调制 HBS = 2305.1.2初步估算轴的最小直径根据教材公式取 A 0 =110d A 0 3 p1 =1103 7.19 =24.65 (mm)n14805.1.3 轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸考虑代轮的结构要求

19、及轴的刚度处轴径 dmin = 30 (mm)按轴的结构要求取轴承处轴径d = 40 (mm)5.1.4 按弯扭合成应力校核轴的强度 计算作用在轴的力小齿轮受力分析圆周力 Ft 1=2T1 =2*143100=6211d146径向力 F r 1 = Ft1 tann6221 tan 20 =2297coscos9 4146轴向力 F a1 =Ft 1 tan =6221tan94146=1063带传动作用在轴上的压力Q = 25059 计算支反力水平面 RAV=RBH = Ft1 =6221=3110522垂直面MAV=0d1RAV 103.5-Fr 1 56.5- Fa1-Q(112+103

20、.5)=02RAV = 669611F=0RBV = R AV - Q - Fr 1 =1893.7 作弯距图图 5.1 水平面弯距MCH = -R BH 56.5= -3110.5 56.5= -175715垂直面弯距MAV = -Q 97= -2505.9 112= -280660.8MCV1 = -Q （112+56.5） + R AV 56.5= -2505.9 168.5+669656.5= -43920MCV 2 = - R BV 47= -1893.7 47= -89003.9合成弯距 MA = M AV =28066012MMC1C 2=M CH2M CV2=175715243

21、9202 =2080591=M CH2M CV22=175715289003.92 =213318作转距图 T 1 =143100 计算转距当扭转剪应力为脉动循环变应力时，取系数=0.6M caD =2（2M DT1） =85860M caA =2(2M HT1） =243072M cac1 =M c21(T1 ) 2 =208059M cac2 =22M c 2（ T1） =213318 轴的材料为45 号钢，查得拉伸强度极限 B =650 mpa对称循环变应力时的许用应力 1 b =60 mpaA 剖面计算弯距最大处计算应力McaA= M caA=18.9 mpa 1 bcaA =（安全）

22、W0.1d B3D剖面轴径最小，该处计算应力caD = M caDM caD3=17.3 mpa 1 b（安全）W0.1d D5.1.5高速轴段的长度确定高速轴选用深沟球型号为6008 号轴承直径是 40mm宽度 15mm箱体内壁与小齿轮的间隙1 =12mm小齿轮的直径 50mm,长度 60mm 为固定齿轮加一个轴套长度 12mm,直径 42mm 轴承端盖与安装螺母留间隙总长 30mm,直径 35mm 高速轴带轮宽 65mm,直径 30130.015A-B0.015 A-BAAB0 412612201205 3500020060 0. . .30 00 050 030 0+ + -+ + +0

23、8004443A1.61.665465527223A A0.04A3.23+04025.-0.20 0+0-1图 5.2高速轴简图5.2低速轴计算5.2.1计算轴上的力圆周力 Ft 1=2T2 = 2659000=5730d2230径向力 Fr1Ft 1 tann 5730tan 200=2116coscos9 4146轴向力 Fa1 = Ft1 tan =5730tan94146” =9795.2.2计算支反力水平支反力 FAH = FCH = Ft =28652Ld 2FrFL垂直支反力 FAV =22 =1626.6LFCV = Fr - FAV =489145.2.3作弯距图，齿轮作用力集中在齿宽中心图 5.3水平面弯距图MBH =F AH L =141817.52垂直面弯矩图MBV1 =F AV L =8