机械设计基础

1、机械设计基础课程设计设计说明书学院： 冶金工程学院 系： 冶金工程 专业： 冶金工程 设计者： 王超 指导教师： 许爱瑾 2015年 6 月 24 日 安 徽 工 业 大 学目 录目录··································

2、3;································11.设计任务书················&#

3、183;············································22.电动机的选择计算···

4、83;·················································

5、83;·33.传动装置高、低速轴的转速、转矩与效率计算·······························4.传动皮带和齿轮零件的设计计算···········

6、·······························5.轴的设计计算·················

7、3;·········································6.滚动轴承的选择与寿命计算······&#

8、183;········································7.键联接的选择和验算·······

9、83;·············································8.联轴器的选择···&

10、#183;·················································&

11、#183;·····参考文献···········································

12、83;·····················1. 机械设计基础课程设计任务书课程设计题目：胶带运输机的传动装置设计设计题号： 6号 姓名： 王超 学号： 129014142 已知条件（见分配给每个学号的数据表）：1 输送带工作拉力F= 4.5 kN；2 输送带工作速度：V= 1.5 m/s；（允许输送带速度误差为±5%）；3 滚筒直径D= 320 mm；4 滚筒效率w=0.

13、96（包括滚筒轴承的效率损失）工作条件：见下表； 设计工作量： 减速器装配图一张（A1号图幅，绘三视图。注意图面布置，使其饱满均匀。技术特性、技术条件、标题拦书写必须规范）； 零件工作图2张（A3图幅低速轴与大齿轮，图中必需有齿轮参数表）； 设计说明一份（正文5000字，约15页）。工作条件工作期限5年（每年300天）检修期间隔1年工作条件两班工作载荷性质空载启动、单向连续运转、载荷平稳生产批量小批量生产动力来源三相交流电、电压220/380V2. 电动机的选择计算计算过程计算结果2.1选择电动机的转速2.1.1计算滚筒的转速带式输送机的传动方案示意图见设计任务书。滚筒的直径和工作带的带速已知

14、滚筒转速计算如下：2.2.2选择电动机的类型及同步转速因考虑带式输送机需要较大的转矩，而对转速要求不高，故选择电动机的步骤如下：选择电动机的类型因考虑工作条件为空载启动、单向连续运转、载荷平稳，所以选择三相异步电动机，封闭自扇冷式结构，380，系列，同步转速确定为。计算传动装置的总效率（参考手册P4 表1-5）传动装置的结构简图如设计任务书图。总效率的计算如下：其中：带的传动的效率；0.96 一对滚动轴承的效率；0.99 闭式齿轮传动效率；0.98 弹性柱销联轴器的效率；0.995滚筒的效率。0.96确定所需电机的功率 （kW） （kW）工作机实际需要的输入功率，kW，为工作机实际需要的电动机

15、输入功率，kW。滚筒的转速为： （注意：写出公式后接着写出带入数值的算式，不能直接写结果，否则成绩降一个等级）传动总效率为：计算过程计算结果.确定电机的型号所选电动机的额定功率应该等于或稍大于工作要求的功率。因为滚筒的转速。拟选择同步转速系列的电动机，由表12-1【2】 （2表示参考文献2，所使用机械设计课程设计手册）选择系列三相电动机132M-4 型，其额定功率为 ,满载转速。由表12-2、3、4、5【2】查得中心高H、轴伸尺寸E、键连接尺寸F。注意：1、小带轮的半径应该小于中心高H； 2、小带轮的宽度应与轴伸尺寸相当，这就要求带的根数不能太大。如果小带轮宽度宽度大于轴伸尺寸，应设法将带数减

16、小。 3、键连接尺寸应该和高速轴键槽相应。选4极或6极，1000或1500转的，并尽量选择1500转。电机型号为：132M-4 型;额定功率为: ;满载转速：。中心高H132 mm轴伸尺寸E80 mm键连接尺寸F= 10 mm。3. 传动装置的运动和动力参数计算计算过程计算结果3.1总传动比的计算 3.2各级传动比的分配根据表2-2.1和各级传动间的尺寸协调、结构均匀，满足，所以带和减速器分配如下： （24，最大是7）； （3 5，最大为8，并且最好使得齿数互质）。3.3传动装置的运动和动力参数的计算各轴的转速计算根据总的传动比及各级传动比的分配，计算各轴的转速如下：电机：；减速器高速轴：；减

17、速器低速轴：；滚筒的转速：。各轴的输入功率和转矩表3-1 各轴的输入功率和转矩功率（KW）转矩(N·M)电机（kW）高速轴（kW）低速轴=7.20.990.98=6.99（kW）总传动比：各级传动比分配： 注意：1、带设计好后，检验传动误差是否超标。否则，就要对初设传动比进行修正，主要是调整大小带轮直径。2、齿轮设计完了后，检验总的传动误差是否超标（允许输送带速度误差为±5%）。3、若提高传动装置精度，则需要在带设计完后进行本节计算。4、功率和转矩的计算理论上是按照实际需要功率进行计算，但是实际生产和使用中，为了使所设计的传动装置具有一定的超载能力，此处按额定功率和额定转矩

18、计算。4 传动零件设计计算计算过程计算结果4.1 减速器以外传动零件的设计计算 电机传动形式的选择从传动的形式和经济效性考虑，确定由电动机传动带，所以带轮的小带轮转速。 计算功率并选取带型号根据工况确定工况系数工作班制为2班制工作时间16小时载荷平稳根据表8-31查得 ，故 根据 kW和小带轮转速 r/min，由图8-101可知，工作点处于 BC 型相邻区之间，可取B 型和C 型分别计算，最后择优选用。本设计为减少带的根数，现取 B 型带。 确定带轮的基准直径与带速验算根据所选电机的型号可知，电机中心高为 132 ，又传动比确定为 ，所以小带轮的直径取为160 。根据小带轮的直径，确定大带轮的

19、直径，滑动率为0.015 1 大带轮的直径由表8-4 1 取 475 。此时从动轮实际转速转速误差 <5%，合适。根据公式：1 符合设计要求： 初定中心矩 2现根据结构要求，取 500 mm选择由电动机传动V带参考教材P147例题1。确定带的截型：带的带型为B 型确定小带轮直径:大带轮直径（半径一般小于减速器中心高）:注意：因为整个传动装置允许的传动误差为5%，所以齿轮齿数圆整就要和此处能够相消一部分误差。注意：若带速没有在此范围内，应重新进行设计。主要是调整带轮直径或者重新选择电动机或重新进行传动比的分配。计算过程计算结果 初算带的基准长度 mm由表811，选取带的基准长度 mm。 实

20、际中心矩和小带轮包角 中心矩可调整，则 mm小带轮包角： ，大于1200，能满足要求。 单根V带所能传递的功率和增量根据1440 r/min和160 mm查表82a1，用插值法求得 3.64 kW。已知 B 型V带，小带轮转速 r/min，传动比 3 ，查表82b1得： 0.46 kW。 计算V带的根数 由表851查得 0.92 ；由表861查得 1.0 ，故 2.43 取z 3 根。所采用得V带为 B-2240×3。 作用在带轮轴上的力 由式（817）1求单根V带的张紧力带传动的中心距为：596.46mm确定V带的根数：Z3V带型号： B-2240×3（例如：B1600&

21、#215;3）计算过程计算结果 1 （式中q-V带每米的重量）查表881 得q 0.17 kg/m，故 N 所以作用在轴上的力为 N 带轮的结构和尺寸设计 小带轮的尺寸，基准直径为参照表 12-1 以及表 12-3 电机的外型及安装尺寸可知：Y132M-4型电机的基本尺寸为：轴伸直径： 38 ;轴伸长度： 80 ;中心高： 132 ;所以小带轮的轴孔直径 38 ，毂长应小于 80 。根据以上参数及表8-71 ，确定小带轮的结构为辐板轮，轮槽尺寸及轮宽按表8-71 计算，并参照图8-121 带轮的典型结构，得到如图的简图。其中小带轮的各尺寸如表4-1。 表4-1：小带轮的基本尺寸槽型轮宽B基准直

22、径轮毂孔径轮毂宽腹板厚B63160387612.629bdhaHfede14.071512.51934167.5 大带轮的尺寸计算方法同小带轮：大带轮的基准直径 475 。其结构简图如图4-2。大带轮的各尺寸如表4-2。表4-2：大带轮的基本尺寸槽型轮宽B基准直径轮毂孔径轮毂宽腹板厚B45475286012.629bdhaHfede14.071512.51938°482.5带的张紧力F0：F0= 288.43 N作用在轴上的力= 1670.59 N课程设计A必有带轮设计，课程设计B，可没有此项设计。小带轮的基本尺寸：如表4-1、图4-1。参考教材132P133图表。大带轮的基本尺寸：

23、如表4-2、图4-2。计算过程计算结果4.2 减速器内的零件设计选择齿轮材料、确定许用接触应力根据工作要求，小齿轮选用 45 钢，调质，硬度为 260 HBS；小齿轮选用 45 钢，调质，硬度为 220 HBS；由表951的公式，可确定许用接触应力：小齿轮3800.7HBS MPa大齿轮3800.7HBS MPa选择齿数和齿宽系数由于减速器是闭式传动，可选取 0.40 ,考虑加工和制造方便，取齿宽系数 0.4 。 确定载荷系数 因齿轮相对轴承对称布置，且载荷角平稳，故取 1.35 。 计算中心距 mm 选择齿数并确定模数取 23 ，则 。与互质。 mm取标准模数（表911）， 2.5 mm。

24、齿轮几何尺寸计算小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径中心距： mm大齿轮宽度 mm硬度可自己确定注意：1、所选取模数必须大于计算模数，若想调小模数，需要对之前的设计数据进行调整。2、当为小数时，尽量取偶数。3、 2.5 mm 57 mm= 62 mm 307 mm 312 mm 183 mm 77 mm72 mm圆整为整数计算过程计算结果小齿轮宽度 因小齿轮齿面硬度高，为补偿装配误差，避免工作时在大齿轮齿面上造成压痕，一般应比宽些，取 5 72+5=79 mm 确定齿轮精度等级 齿轮圆周速度 或 根据工作要求和圆周速度，由表9-31选用9 级精度。 齿轮弯曲强度验算1、确定

25、许用弯曲应力根据表9-7【1】查得 2、查齿形系数，比较小齿轮23 ，由表9-61查得2.70 ；小齿轮 124 ，由表9-61查得2.20 。 因 ，所以应验算 小 齿轮。3、验算弯曲应力 计算时应以齿宽带入，则88.25MPa< 192 MPa，安全。或 MPa< MPa，安全。齿轮精度等级：9经强度校验，齿轮轮齿满足弯曲强度要求。齿轮机构见手册P163表11-6计算过程计算结果4-3轴的设计计算（1）减速器高速轴的设计选取轴的材料因为该轴无特殊要求且精度要求较，所以选取 45 钢， 调质处理 （热处理），由表12-21查得118-107 估算最小轴径按扭转强度式估算最小轴径

26、由于V带轮配合段直径处有一键槽，应增大3%按轴的标准调整 mm 高速轴的结构设计、受力分析及强度校验根据带轮的大小，初选轴承为6028型，则高速轴基本尺寸如图4-3所示：按照以上的轴的结构，画出轴的计算简化式：如图4-4所示：圆周力Ft=径向力由齿轮径向力和带压轴力引起的垂直面弯矩图 由齿轮圆周力引起的水平面弯矩图计算过程计算结果轴的扭矩图T=146360N·mm合成弯矩图M1= MH1=142001N·mm当量弯矩图 N·mm 确定危险截面，根据当量弯矩图，弯矩的危险截面位于图中弯矩最大处。1、低速轴6段，高速轴5段即可。2、进行轴的设计必须先计算部分箱体主要结

27、构尺寸（铸造）（说明书附表）（手册P158表11-1、2、3、4、5）3、在估算最小轴径后，为确定轴向尺寸，一般在此时需要初绘装配底图1（P205图16-4，中心线，）计算过程计算结果（2）减速器低速轴的设计估算最小轴径按扭转强度式估算最小轴径 由于V带轮配合段直径处有一键槽，应增大3%按轴的标准调整 低速轴的结构设计、受力分析及强度校验根据带轮的大小，初选轴承为6214型，则高速轴基本尺寸如图4-3所示：按照以上的轴的结构，画出轴的计算简化式：如图4-4所示：圆周力径向力由齿轮径向力和带压轴力引起的垂直面弯矩图MV=Fr·b=1869.1×60=112146 N·

28、;mm由齿轮圆周力引起的水平面弯矩图MH=Ft·b=4995.4×60=299724 N·mm轴的扭矩图T=766079 N·mm经过有关计算，高速轴满足要求。经过有关计算，低速轴满足要求。低速齿轮键的选择：A型圆头普通平键，标记示例：GB/T 1096 键16×10×100计算过程合成弯矩图当量弯矩图 确定危险截面，根据当量弯矩图，弯矩的危险截面位于图中弯矩最大处。查表得 =65根据高速轴的结构简图可知，该齿轮轴中齿轮的齿根圆直径为 305 mm ，满足要求。4-4 滚动轴承的选择 由于 高速轴选用深沟球轴承 低速轴选用深沟球轴承4

29、-5 键的选择与校核 键选为A型圆头普通平键大带轮与高速轴连接键：因轴径d为 28 ，所以查表7-21的键的基本尺寸为： （其中，可比轴上零件的轮毂短些。）根据轴的尺寸和齿轮材料为钢材，按轻微冲击载荷，查表7-31得 60 MPa 。键连接挤压强度校核： 键连接的剪切强度校核： 键的强度足够，键连接安全。大齿轮与低速轴连接键：（同上）小带轮与电机轴连接键：（同上）低速轴与联轴器连接键：（同上）4-6 联轴器的选择 根据低速轴的扭矩要求，查表可知，选择联轴器为HL3型弹性柱销联轴器，其基本尺寸如下：（1）计算载荷由表查得载荷系数K=1.3计算转矩Tc=K×T=669.39Nmm (2)

30、选择联轴器的型号轴伸出端安装的联轴器初选为LT8型弹性柱销联轴器（GB/T4323-2002），公称转矩Tn=710Nm，许用转速n=3000r/min，Y型轴孔，主动端孔直径d=48mm，轴孔长度L1=112mm。从动端孔直径d=40mm，轴孔长度L1=112mm。Tc=669.39Nm<Tn=710Nmn=89.9r/min<n=3000r/min5 其他零件设计计算过程计算结果5-1 箱体及其配套零件设计根据低速轴的上的转矩，确定箱体及配套零件如下表：表5-1圆柱齿轮减速器铸铁箱体的结构尺寸名称符号设计选用值下箱座壁厚 8 mm上箱座壁厚 8 mm下箱座上部凸缘厚度 12 m

31、m上箱盖凸缘厚度 12 mm地脚螺栓底脚厚度 20 mm箱座上的肋厚 6.8 mm箱盖上的肋厚 6.8 mm单级圆柱齿轮减速器中心距 184 mm地脚螺栓直径 20 mm Mm安装地脚螺栓孔径 22 mm地脚凸缘上的沉头座直径 36 mm地脚凸缘尺寸（扳手空间） 26 mm 24 mm地脚螺栓数目 4轴承旁的联接螺栓直径 16 mm安装轴承旁的联接螺栓孔径 17.6 mm轴承旁凸台上的沉头座直径 30 mm轴承旁凸台的凸缘尺寸（扳手空间）22 mm 20 mm上下箱联接螺栓直径 12 计算过程计算结果安装上下箱联接螺栓的孔径 13.2 上下箱凸缘上的沉头座直径 22 上下箱联接螺栓处的的凸缘尺寸（扳手空间） 18 16 mm检查孔盖螺钉直径 7 mm检查孔盖螺钉数目4 圆锥定位销直径 8 m