机械设计基础课程设计(作业范例)

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机械设计基础课程设计报告

专业班级：

课题名称：设计一用于带式运输机上的单级圆锥齿轮减速器

姓名：

学号：

指导老师：

完成日期：

一、电动机的设计

1．电动机类型挑选

按工作要求和条件选取Y系列普通用途的全封闭（自扇）冷笼型三相异步电动机。

2．挑选电动机容量(1)计算工作机所需功率Pw

Pw=

=4000×1.2/1000×0.98Kw≈11Kw

其中，带式输送机的效率:ηw=0.98(查《机械设计、机械设计基础课程设计》P131附表10-1)。(2)计算电动机输出功率P0

按《机械设计、机械设计基础课程设计》P131附表10-1查得V带传动效率ηb=0.96，一对滚动球轴承效率ηr=0.99，一对圆锥齿轮传动效率ηg=0.97，联轴器效率ηc=0.98。（其中，η为电动机至滚筒主动轴传动装置的总效率，包括V带传动、一对圆锥齿轮传动、两对滚动球轴承及联轴器等的效率）。传动装置总效率为：

η=ηbηr2ηgηc=0.95×0.992×0.97×0.98=0.894，电动机所需功率为：

P0=η

w

P=4.90/0.894Kw≈5.48Kw。

依照P0选取电动机的额定功率Pm，使Pm=(1～1.3)P0=5.48～7.124Kw。为落低电动机分量和成本，由《机械设计、机械设计基础课程设计》P212附表10-112查得电动机的额定功率为Pm=5.5Kw。(3)确定电动机的转速

工作机主轴的转速nw，即输送机滚筒的转速：nw=

D

v

π100060?=60×1.2×1000/3.14×400r/min≈57.30r/min

依照《机械设计、机械设计基础课程设计》P12表3-3确定传动比的范围，取V带传动比ib=2～4,单级圆锥齿轮的传动比ig=2～3，则传动比范围比i=(2×2)～（4×3)=4～12。电动机的转速范围为：

n=inw=(4～12)×57.30r/min=230～688r/min，符合这一同步转速范围的有750r/min一种。依照同步转速查《机械设计、机械设计基础课程设计》P212附表10-11确定电动机的型号为Y160M2—8，其满载转速nm=970r/min。

此外，电动机的中心高、外形尺寸、轴伸尺寸等均可查表得出。3．计算总传动比并分配各级传动比(1)总传动比

i=w

m

nn=720/57.30r/min=12.57r/min

(2)分配各级传动比

为使带传动的尺寸别至过大，满脚

ib<ig，可取ib=3,则齿轮的

传动比：ig=i/ib=12.57/3=4.194．计算传动装置的运动和动力参数(1)各轴的转速

nⅠ=nm/ib=720/3r/min=240r/minnⅡ=nⅠ/ig=240/4.19r/min=57.30r/minnw=nⅡ=57.30r/min

(2)各轴的功率

PⅠ=Pmηb=5.5×0.96Kw=5.28Kw

PⅡ=PⅠηrηg=5.28×0.99×0.97Kw=5.07KwPW=PⅡηrηc=5.07×0.99×0.98Kw=13.28Kw(3)各轴的转矩各轴的转矩T0=9550

nP=9550×5.5/720N·m≈73N·m

T1=95501

1

nP=9550×5.28/240N·m≈210.1N·m

T2=2

2

9550

nP=9550×5.07/57.3N·m≈845N·mTw=9550Pw/nw=9550×4.92/57.3N·m≈820N·m(4)将计算的结果填入下表

5．电动机的草图

二、带传动的设计

由设计任务书条件要求，此减速器工作场合对传动比要求别严格但又要求传动平稳，所以适用具有弹性的饶性带来传递运动和动力。V带传动时当量摩擦系数大，能传递较大的功率且结构紧凑；故此处挑选V型槽带轮。

带轮材料常采纳铸铁、钢、铝合金或工程塑料等，当带的速度v≤25m/s时，可采纳HT150；当带速v=25～30m/s时，可采纳HT200；当v≥35m/s时，则用铸钢或锻钢（或用钢板冲压后焊接而成），传递功率较小时，可用铸铝或工程塑料等材料。

带轮的设计准则是，在保证代传动别产生打滑的前提下，具有脚够的疲劳强度，带轮的质量小，结构公益性好，无过大的铸造内应力，质量分布要均匀等。

1.确定计算功率

PC=KAP=1.2×5.5=6.6Kw

查《机械基础》P226页表9-7知：KA=1.2

2.确定V带型号

按照任务书要求，挑选一般V带。

依照PC=6.6Kw及n1=720r/min，查《机械基础》P227页图9-8确定选用B型一般V带。

3.确定带轮基准直径(1)确定带轮基准直径

依照《机械基础》P228页表9-8取标准值确定：dd1=140mm。(2)计算大带轮直径dd2=idd1（1-ε）=（720/240）×140×（1-0.02）mm=411.6mm依照GB/T13575.1-9规定，选取dd2=410mm。4.验算带速v=

1000

601

1?nddπ=3.14×140×720/60×1000m/s=5.28m/s

由于5m/s＜v＜25m/s,带速合适。5.确定带长及中心距(1)初取中心距a0=500mm

依照()()2102127.0ddddddadd+≤≤+知：385≤a0≤1100.(2)确定带长Ld：

依照几何关系计算带长得

()()0

221210422addddaLdddddo-+++=π

=1900.39mm

依照《机械基础》P226表9-6取相近的标准值Ld，Ld=2000mm(3)确定中心距

2

L-Ld0

d0+

=aa=500+(2000-1900.39)/2mm=549.81mm，取a=550mm；

amin=a-0.015Ld=550-0.015×2000mm=520mm；amax=a+0.03Ld=550+0.03×2000mm=610mm.

6.验算小带轮包角：

οο3.571801

21?--

=a

ddddα=151.9°＞120°，符合要求。

7.确定V带根数Z

依照dd1=140mm及n1=720r/min，查《机械基础》P224表9-3得:

P0=1.75Kw，

依照带型和i查《机械基础》P224表9-4得：ΔP0=0.23Kw，查《机械基础》P225表9-5得：Kα=0.93，查《机械基础》P226表9-6得：Kl=0.98,

Z=Pc/[P0]≥

Lc

KKPPPα)(00?+=3.66,

取Z=4.

8.确定V带初拉力F0

查《机械基础》P219表9-1得:q=0.17㎏/m,则

F0=500

2)15.2(qvKvZPc+-α

N=268.6N9.作用在轴上的力FQFQ=2ZF0sin

2

1

α=2×4×268.6×sin151.9/2N=2084.5N

10.带轮的结构尺寸及草图B型V带：

节宽bp/mm:14.0；顶宽b/mm:17.0；高度h/mm:11.0；楔角θ:40°；

截面面积A/mm2:138；每米带长质量q/（kg·m-1

）:0.17。V带轮：

基准宽度bp/mm:14.0；基准线至槽顶高度hamin:3.5；槽顶宽b/mm:17.2；基准线至槽底深度hfmin:10.8；

槽间距e/mm:19±0.4；第一槽对称线至端面距离f/mm:12.5；

最小轮缘厚度δ/mm:7.5；

轮缘宽度B/mm:

B=(Z-1)e+2f(Z为齿模数)=82mm。

三．减速器齿轮设计

设计任务书齿轮传动由主动轮、从动轮（或齿条）和机架组成，经过齿轮的啮合将主动轴的运动和转矩传递给从动轴，使其获得预期的转速和转矩。锥齿轮的传动比恒定，结构紧凑且效率高，工作可靠且寿命长。鉴于齿轮的以上优点所以选用齿轮传动，即圆锥齿轮是两

相交轴传动。因此齿轮传动在机械传动中应用广泛。

齿轮材料要求齿面硬，齿芯也要有韧性，具有脚够的强度以及具有良好的加工工艺及热处理性，当齿轮的尺寸较大（da＞400mm～600mm）或结构复杂别容易锻造以及一些低速运载的开式齿轮传动时，才有铸钢；高速小功率、精度要求别高或需要低噪音的特别齿轮传动中，也常采纳非金属材料。

材料：小齿轮40Cr调质后表面淬火处理齿面平均硬度HB1=48～55；

大齿轮45钢调质处理齿面平均硬度HB2=217～255。

1.材料挑选及热处理

由于结构要求紧凑，故采纳硬齿齿轮传动。查《机械基础》P181表6-3，挑选小齿轮材料为40cr,调质后淬火处理，齿面平均硬度HB=53HRC；大齿轮选用45钢调质处理，齿面平均硬度HB=250HRC。

2.参数挑选和几何尺寸计算

(1)齿数比

取小齿轮齿数Z1=20，则大齿轮齿数Z2=20×4.19=84，

实际齿数比μ=Z2/Z1=4.2，与要求相差别大，可用。

(2)齿宽系数

两轮为硬齿面非对称布置，φR=b/R=0.284。

普通取:取φR=0.25～0.30，齿宽b≤R/3（查《机械基础》P195表7-2）。

(3)载荷系数

由于载荷较平稳，且采纳硬齿面齿轮，应取最大值，故查《机械基础》P183表6-5，取K=1.2。

3．确定许用应力

小齿轮查《机械基础》P181表6-3，取[σH1]=1080MPa,[σbb1]=510MPa,由于承受单向载荷，故[σbb1]=510MPa别变；

大齿轮查《机械基础》P181表6-3，用插值法得[σH2]=522MPa,[σbb2]=304MPa,因受单向载荷，故[σbb2]=304MPa别变。

4．挑选精度

运输机为普通机械，速度别高，故挑选9级精度。5.依照齿轮强度条件设计(1)按齿面接触疲劳强度设计

依照齿面接触疲劳强度，按《机械基础》P197公式（7-7）确定尺寸d：

d≥

]3

2.09550000n

P

T?τ[ZHZE/[σH]]·[4KT1/0.85φR(1-0.5φR)

2

μ]

=104.05mm

式中φR=0.28，按《机械基础》P183表6-5选载荷系数K=1.2，转矩T1=9.55×106P1/N1=9.55×1065.28/240N·mm=2.1×105N·mm。

查机械基础P181表6-3[σH1]=1080MPa，[σH2]=522MPa,钢制齿轮配合：ZE=189.8√N/mm2。

计算圆周速度v：v=

1000

601

1?nddπ=3.14×104.05×240/60×1000=1.31m/s

(2)按齿根弯曲疲劳强度设计

依