机械设计基础课程实践设计说明书教材

设计说明书课程名称:机械基础设计实践学院:××学院班号:××××姓名:×××学号:**********指导老师:×××目录机械课程设计任务书 1一、系统运动方案设计 2二、选择电动机 2三、总传动比及各级传动比分配 3四、装置的运动和动力参数计算 3五、传动零件的设计计算 3（一）V带传动 3（二）齿轮传动 4（三）联轴器的选择 5六、轴的设计计算 5（一）高速轴的设计 6（二）低速轴的设计 8七、箱体及附件的设计计算 10八、润滑和密封 11设计小结 12参考文献 13

机械课程设计任务书一、设计题目

设计带式运输机传动装置，传动示意图如下：二、已知条件

1）鼓轮直径D=350mm

2）鼓轮上的圆周力F=1.5kN

3）运输带速度V=1.5m/s三、技术条件

1）传动装置的使用寿命预定为8年，单班制；

2）工作机的载荷性质平稳，启动过载不大于5%，单向回转；

3）电动机的电源为三相交流电，电压为380/220伏；

4）允许鼓轮的速度误差为±5%；

5）工作环境：室内。四、设计要求

1）减速器装配图一张；

2）零件图2张（由指导老师指定）；

3）设计说明书一份，按指导书的要求书写。一、系统运动方案设计根据已知条件：1）鼓轮直径D=350mm2）鼓轮上的圆周力F=1.5kN3）运输带速度V=1.5m/s4）传动装置的使用寿命预定为8年，单班制；6）工作机的载荷性质平稳，启动过载不大于5%，单向回转；7）电动机的电源为三相交流电，电压为380/220伏；8）允许鼓轮的速度误差为±5%；9）工作环境：室内。宜选用带-圆柱齿轮传动。其中减速器外传动选择V带传动，减速器选择一级圆柱齿轮减速器。二、选择电动机1.电动机类型选择：Y系列三相交流异步电机。2.电动机功率选择：Pd=Pw/ηPw=FV=2.25kWη=ηb·ηr2·ηg·ηc查表得：V带传动效率ηb=0.96球轴承传动效率ηr=0.998级精度齿轮传动效率ηg=0.97齿式联轴器传动效率ηc=0.99所以，η=0.96×0.992×0.97×0.99=0.9035Pd=2.25/0.9035=2.49kW3.电动机转速选择：鼓轮转速nw=1000×60v/(πD)=81.85r/minV带传动的传动比i1=2～4，一级圆柱齿轮的传动比i2=3～5，所以总传动比i=6～20，nd=492～1640。符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min、1500r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和带传动、减速器传动比，1000r/min的同步转速比较合适。所以选择Y132S-6电动机，额定功率3kW，满载转速960r/min。三、总传动比及各级传动比分配1.总传动比：i=nd/nw=11.7282.各级传动比：V带传动比取i1=3（V带传动比的常用值为2～4）；i2=i/i1=3.9四、装置的运动和动力参数计算1.计算各轴功率：P1=Pd·ηb=2.39kWP2=P1·ηr·ηg=2.2955kWPw=P2·ηc=2.27kW2.计算各轴转速：n1=nd/i1=320r/minnw=n2=n1/i2=82.05r/minnw的误差小于5%，符合要求。3.计算各轴转矩：T1=9550P1/n1=71.3N·mT2=9550P2/n2=267.2N·mTw=9550Pw/nw=264.2N·m五、传动零件的设计计算（一）V带传动1.确定计算功率：Pc=KA·P，查表得KA=1.0，故Pc=P=3kW。根据Pc、nd查图得：选用A型V带。2.确定带轮的基准直径D1、D2：查表得：D1min=75mm，参照基准直径系列值取D1=100mm。D2=i·=3×80=300。3.验算带的线速度：v=π·D1·nd/(60×1000)=5m/s满足5m/s≤v≤30m/s，故合适。4.确定中心距及带的基准长度：根据0.7(D1+D2)≤a0≤2(D1+D2)得：280mm≤a0≤800mm初定中心距a○=700mm。Ld’≈2a0+π(D1+D2)/2+(D2-D1)2/(4a○)=2042.6mm从普通V带基准长度表中选取Ld=2000mm。实际中心距a≈a0+(Ld-Ld’)/2=679mm。5.验算小带轮包角：α1=180°-（D2-D1）/a×57.3°=163°≥120°所以小带轮包角合适。6.确定V带跟数：查表得：P0=0.95kW，ΔP0=0.11kW，Kα=0.96，KL=0.95。z=Pc/[(P0+ΔP0)·Kα·KL]=3.1取z=4.7.确定初拉力查表得：q=0.10kg/mF0=500Pc(2.5/K-1)/(zv)+qv2=122.8N8.计算作用在轴上的压力：FQ=2zF0sin(α1/2)=971.6N（二）齿轮传动1.选择齿轮材料及确定许用应力：小齿轮用40Cr调质，硬度取260HBS；大齿轮用45调质，硬度取225HBS，小齿轮硬度与大齿轮硬度差为35HBS较合适。查图表得：σHlim1=700MPa，σHlim2=540MPa，SH=1.1；σFlim1=240MPa，σFlim2=180MPa，SF=1.3故[σH1]=σHlim1/SH=636MPa[σH2]=σHlim2/SH=491MPa[σF1]=σFlim1/SF=185MPa[σF2]=σFlim2/SF=138MPa2.按齿面接触强度设计：取载荷因数K=1.1，齿宽因数ψa=0.4。已知小齿轮上转矩T1=71.3N·m=7.13×104N·mm，u=i2=3.9，则取齿数z1=31，则z2=i2z1=121，故实际传动比i2=121/31=3.903，模数m=2a/(z1+z2)=1.84mm，故取m=2mm。确定中心距a=m(z1+z2)/2=152mm齿宽b=ψaa=60.8mm取b2=60mm，b1=65mm。3.验算齿轮弯曲强度：查表得：齿形因数YF1=2.58，YF2=2.15。所以，σF1=2KT1YF1/(bm2z1)=54.4MPa≤[σF1]σF2=σF1(YF2/YF1)=45.3MPa≤[σF2]，安全。4.齿轮的圆周速度：v=πmz1n1/(60×1000)=1.04m/s，查表可知，选用8级精度是合适的。（三）联轴器的选择减速器输出轴与工作机轴之间常选用具有较大补偿两轴线偏移作用的联轴器，如齿式联轴器。所以选用六、轴的设计计算（一）高速轴的设计1.选择轴的材料及热处理方式：由于高速轴为齿轮轴，可选45Cr，调制。查表得：σb=750MPa，σs=550MPa，[σ-1b]=69MPa。2.最小轴径估算式中P1=2.39kW，n1=320r/min，C=100，所以，输入轴的最小轴径为dmin=19.5mm，考虑到有一个键槽，轴径扩大5%，经圆整，取最小轴径d1=1.05dmin=25mm。3.轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案，如图2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1）由于小齿轮的直径较小，因此做成齿轮轴的结构。其齿根圆的直径df1=59mm。（2）因为带轮毂宽度H=(1.5～2)dmin=37.5～50mm，取H=48mm，轴段1安装带轮部分应略小于毂孔宽度，故L1=45mm。该处轴周转速度小于3m/s，可选用毡圈油封，轴承内径暂定25mm。（3）轴段3和7的设计。此段安装轴承。因轴承不受轴向力，故选用深沟球轴承。由轴承产品目录中初步选取轴承6007，其尺寸为d×D×B=35mm×62mm×14mm，故d3=35mm，该轴承采用脂润滑，考虑到需要安装封油盘，取L3=25mm。因为两个轴承相同，则d7=35mm，L7=25mm。（4）轴段2的长度设计。箱座壁厚δ=0.025a+1≥8mm，0.025a+1=4.8mm，取δ=8mm，箱盖壁厚δ1=0.02a+1≥8mm，0.02a+1=4.04mm，取δ1=8mm；由指导书表5-4公式可确定：箱座凸缘厚度b=12mm箱盖凸缘厚度b1=12mm箱座低凸缘厚度b2=20mm地脚螺钉直径df=18mm地脚螺钉数目n=4轴承旁边连接螺栓直径d1=12mm箱盖与箱座连接螺栓直径d2=10mm轴承端盖螺钉直径d3=8mm窥视孔盖螺钉直径d4=6mm定位销直径d=6mmdf、d1、d2至外箱壁距离c1=22mmdf、d1、d2至凸缘边缘距离c2=20mm轴承旁凸台半径R1=20mm凸台高度h=45mm外箱壁至轴承座端面距离l1=50mm大齿轮顶圆与内箱壁距离Δ1=12mm齿轮端面与内箱壁距离Δ2=11mm箱盖肋厚m1=7mm箱壁肋厚m=7mm轴承端盖外径D2=102mm轴承端盖凸缘厚度t=10mm综合考虑到箱体尺寸，L2≥δ+l1+t-L3=43mm，考虑到调整垫片厚度，及带轮毂与箱体之间的间隙，取L2=55mm。4.键连接：采用普通平键连接，选择GB/T1096键8×7×40。5.轴上受力分析：按第三强度理论校核，其中，W=πdf13/32。轴的强度符合要求。6.轴承寿命校核：查表得，C=16.2kN，X=1，Y=0，ft=1，fp=1.1，ε=3；P=XFr+YFa=430NLh=106/(60n)·[(ftC)/(fpP)]ε=2092475h≥23360h=8年所以轴承寿命符合要求。（二）低速轴的设计1.选择轴的材料及热处理方式：由于减速器的轴为一般用途轴，可选45钢，调制。查表得：σb=650MPa，σs=360MPa，[σ-1b]=54MPa。2.最小轴径估算式中P2=2.2955kW，n2=82r/min，C=90，所以，输入轴的最小轴径为dmin=27.3mm，考虑到有两个键槽，轴径扩大10%，经圆整，取最小轴径d2=1.1dmin=30mm。3.轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案，如图2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1）由于所选联轴器宽度为82mm，轴段1长度应略小于联轴器宽度，所以取L1=80mm。（2）考虑到箱体尺寸及大小齿轮的啮合关系，取L2=55mm。（3）轴段3和6的设计。此段安装轴承。因轴承不受轴向力，故选用深沟球轴承。由轴承产品目录中初步选取轴承6008，其尺寸为d×D×B=40mm×68mm×15mm，故d3=40mm，该轴承采用脂润滑，考虑到需要安装封油盘，取L3=27mm。因为两个轴承相同，所以d6=40mm，L6=27mm。考虑到箱体尺寸，取L6=40mm。（4）考虑到轴段5需要安装齿轮，结合齿轮尺寸，取D5=50mm比较合适。4.键连接：轴与联轴器间采用普通平键连接，选择GB/T1096键8×7×40；轴与大齿轮间采用普通平键连接，选择GB/T1096键14×9×50。5.轴上受力分析：弯矩图、扭矩图与高速轴类似，Mmax=52N·m，T2=267.2N·m，其中，W=πD53/32。轴的强度符合要求。6.轴承寿命校核：查表得，C=17.0kN，X=1，Y=0，ft=1，fp=1.1，ε=3；P=XFr+YFa=430NLh=106/(60n)·[(ftC)/(fpP)]ε=9436224h≥23360h=8年所以轴承寿命符合要求。七、箱体及附件的设计计算1.箱体参数：（高速轴计算时已给出）箱座凸缘厚度b=12mm箱盖凸缘厚度b1=12mm箱座低凸缘厚度b2=20mm地脚螺钉直径df=18mm地脚螺钉数目n=4轴承旁边连接螺栓直径d1=12mm箱盖与箱座连接螺栓直径d2=10mm轴承端盖螺钉直径d3=8mm窥视孔盖螺钉直径d4=6mm定位销直径d=6mmdf、d1、d2至外箱壁距离c1=22mmdf、d1、d2至凸缘边缘距离c2=20mm轴承旁凸台半径R1=20mm凸台高度h=45mm外箱壁至轴承座端面距离l1=50mm大齿轮顶圆与内箱壁距离Δ1=12mm齿轮端面与内箱壁距离Δ2=11mm箱盖肋厚m1=7mm箱壁肋厚m=7mm轴承端盖外径D2=102mm轴承端盖凸缘厚度t=10mm2.附件选择：通气器：由于在室内使用，选简易式通气器，采用M12×1.25；油面指示器：选用游标尺M12；起吊装置：采用箱盖吊耳、箱座吊耳；放油螺塞：选用外六角油塞及封油垫圈M14×1.5；箱盖与箱座连接螺栓GB/T5782-2000M10×35，材料Q235A；轴承旁连接螺栓GB/T5782-2000M12×110，材料Q235A；轴承端盖螺钉GB/T5783-2000M8×20，材料Q235A；窥视孔盖螺钉GB/T5782-2000