机械设计基础课程设计范例

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：指导教师：日 期：2006.12.25TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"前言 4\o"CurrentDocument"第1章选择传动方案 5\o"CurrentDocument"第2章选择电动机 6\o"CurrentDocument"2.1电动机的选择 6\o"CurrentDocument"2.2输送机的输送量及功率计算 6\o"CurrentDocument"2.3电动机的功率 62.3.1螺旋输送机主轴上所需功率 62.3.2工作机所需的电动机输出的功率为 6\o"CurrentDocument"2.4电动机的转速 7\o"CurrentDocument"2.5传动装置总传动比 7\o"CurrentDocument"2.6计算传动装置的运动和运动参数 72.6.1计算各轴输入功率 72.6.2计算各轴转速 72.6.3计算各轴转矩 8\o"CurrentDocument"第3章选择V带 9\o"CurrentDocument"3.1选择普通V带 93.1.1按照计算功率Pc，选择V带型号 93.1.2带传动的主要参数和尺寸 9\o"CurrentDocument"3.2初选中心距 9\o"CurrentDocument"3.3确定V带的根数 10\o"CurrentDocument"3.4计算紧张力 10\o"CurrentDocument"3.5计算作用在轴上的力Fr 10\o"CurrentDocument"3.6结构设计 10\o"CurrentDocument"第4章传动设计 11\o"CurrentDocument"4.1选择高速级齿轮传动的材料及热处理 11\o"CurrentDocument"4.2强度计算 11\o"CurrentDocument"4.3确定选择齿轮传动的参数和尺寸 11\o"CurrentDocument"4.4验算齿根弯曲应力 12\o"CurrentDocument"4.5结构设计 13\o"CurrentDocument"第5章轴的选择 14\o"CurrentDocument"5.1高速轴的设计 145.1.1选择轴的材料 145.1.2初步估算轴的最小直径 145.1.3轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸 145.1.4按弯扭合成应力校核轴的强度 145.1.5高速轴段的长度确定 16\o"CurrentDocument"5.2低速轴计算 175.2.1计算轴上的力 175.2.2计算支反力 175.2.3作弯距图，齿轮作用力集中在齿宽中心 185.2.4 轴输出转矩T= 659000 185.2.5求最大当量转矩 195.2.6强度校核 195.2.7低速轴段的长度确定 19\o"CurrentDocument"第6章联轴器的选择和计算 20\o"CurrentDocument"参考文献 21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，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，要求加料均匀，输送距离较短，运输能力较低。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。小带轮-^1 [/-大带轮TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1 I—U 减速器II ~日. } /I电动机一、―4 I ——— N图1.1传动方案简图第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=47D2pn珂c （2.1）D=0.4m,P=0.24m,n=100r/min,由参考文献3查得r=0.6*104N/m3，表（17-2）①=0.36由表（17-4）3=00,c=1.0,Q=38.98368-=39*104n/h2.3电动机的功率2.3.1螺旋输送机主轴上所需功率P=£(3L+H)kw (2.2)w367 0i由参考文献3.查30=1.2,L1=L=40m,H=0P=5.1kw2.3.2工作机所需的电动机输出的功率为(2.3)k=1.3,p=5.1kw,由电动机至工作机之间的总效率nn^n1234式中的分气气嚣七别为v带传动.齿轮传动的轴承传动.齿轮传动.联轴器.的效率取七如96n2=0.97n3=°.97气=°.97n=0.885P=1.3-^^=7.49kw0.885

2.4电动机的转速按推荐的合理传动比范围，取V带传动的传动比i广2-4，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七=叫i2=100*(2-4)*(3-6)=600-2400r/min符合这一范围的同步转速有750r/min1000r/min1500r/min3000r/min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电动机型号万案电动机型号额定功率KW电动机的转速传动装置的传动比同步转速满载转速总传动比带齿轮1Y160M-4111500144014.434.82.5传动装置总传动比1440I001440I00-=14.4取v带传动比i]=3，则圆柱齿轮减速器传动比i2=」=4.8112.6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P广11kw轴I（高速轴）P1=pdn1=11*0.96=10.56轴2（低速轴）P2=P1n2n3=11*0.97*0.99=10kw2.6.2计算各轴转速电动机轴n=1440r/min轴1n=n-m=480r/min1i1n轴2n=尸=100r/mm22.6.3计算各轴转矩T广9550%=49.7 (2.4)m轴1T1=9550p=143.11轴2 T2=955010O-=659表2.2各轴系数输入功率P转速r/min输入转矩TN.m传动比i效率n电动机轴11144049.730.96轴110.56480143.14.80.96轴210100659.0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P二、P、由表13-27查，工作16-24个小时，ka=1.3P=1.3*7.19=9.3kw由参考文献3.图13-17查，V带为B型3.1.2带传动的主要参数和尺寸D1由参考文献3.，按B型查取D1N125mmnz-、D=—D(1-g)=375mm2V= =3.14m/s60*10003.2初选中心距a0=(0.7〜2)(D1+D2)二(0.7〜2)(125+375)=350〜1000mm取a°=800mml'=2a+-(D+D)+(D2―Di)2=2x800+-(125+375)+(375-125)2p02i2， 4a 2 4x8000=2404mm由参考文献3.表5-2，按B型查取基准长度l=2500mm实际中心距a^a+K、=800+ _=847.54mm,取a=8480 2 2a.=a-0.0151二848-0.015X2500=810.5mm

=a-0.0351=848-0.035X2500=935.5mmTOC\o"1-5"\h\zmax pa=180°-D2-Dix57.3°=163.1°>120°a3.3确定V带的根数z= Pc(*0) (3.1)式子中P0由参考文献3.，按D]=125V=9.42m/sB型利用插入法查取p_9 ,28x(1.79—1.6) 阴侦wP=2.60+——(7_6)i00 -2.653KW△P=0.0001AT=0.0001*1440*3.1=0.4464KW(△T由参考文献3.表13-19按B型，i=K=3查取T=3.1N-m)nK=0.95K=0.95+(0.98-°%)x3.1=0.9593a 170-160Ka由表13-20,按a=163.1°（插入法）查取9.3K按1=2500mm,B型查取Kc=1.039.3取z=4z= =4.2取z=4(2.653+0.4464)*0.9593*1.033.4计算紧张力F=500P(¥-1)+9V2式中，由参考文献3.表5-1,按B型取q=0.17kg/m0zVKaF=500X13.66x(2.5-1)+0.17x9.422=180.8N0 7x9.42 0.95933.5计算作用在轴上的力FR日 a 16373°fr=2zF0sin~2=2X7X180.8Xsin ；=2505.9N3.6结构设计D1=125mm 小带轮采用实心式结构D2=375mm 大带轮采用轮辐式结构

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200〜250HBS，大齿轮的材料用45钢，正火热处理170〜217HBS。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'、KTC气(/+1)3W』b:]2 (4.1)其中Aa由参考文献3.表13-1，按直齿3=12°查取Aa=476K由参考文献3.表13-3，按电动机连续单向运动，载荷平稳，选K=1.2Wa=0.4b[b]=0gHlim。Hlim由参考文献3.，按齿轮材料、调质、正火热处理，220HBS，180HBS查取，bh].「560MPab引.2=520MPa[bh]]=0.9X560MPa=504MPa [b丑]2=0.9X520MPa=468MPa1.2x44aN483(4+1)3： =128.5mm30.4x4x46824.3确定选择齿轮传动的参数和尺寸2*128.523+115=1.862七二23〜40，选七二23,z22*128.523+115=1.8622m= 七+z2由表3-2查取m=2mm所以实际的中心距。=m(Z1+Z2)=1382齿宽b=b2=WaXa=0.4*138=55.2mm取55mmb1=b2+(3〜5)mm=60mm

d1=mz=2*23=46mm1d2d1=mz=2*23=46mm1d2=mz=2*115=230mm24.4验算齿根弯曲应力da1=m(z+2)=2*(23+2)=501da2=m(z+2)=2*(115+2)=2342其中fkkkyyk°[二—tAVFa_Fs」8_FBF 广 rbm(4.2)=2000x4"=216046②Ka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Ka=1〜1.2取Ka=1.2③Kv由参考文献3.图13-5按II公差组7级*1=9.42③Kv由参考文献3.图13-5按II公差组7级*100 100KfP由参考文献3.图13-6,锣d=d=柴=L2且齿轮布置方式为不对称,齿面硬1度V350HBS查取%=1.32⑤Kf.由参考文献3.表13-5,按II公差组7级为经表面淬火的直齿轮查取Kf.=1⑥Yfs由参考文献3.图13-4，按七=23乙2=115X=0查取^fs1=4.21丫fs2=3.951 1 + ]cosB=1.72及3=0°查⑦Yep由参考文献3.图13-8，按ea=[1.88-3.2X(Z1]cosB=1.72及3=0°查正火钢170HBS正火钢170HBS查取⑧°Flim由参考文献3.图13-3,按齿轮材料调质钢，200HBS,°fHm1=210Mpa °fiim2=200Mpa⑨Yn按长期工作，N>No，查取Yn=1

Yr按表面粗糙度值RaW3.2umm，查取YR=1'由图13-12按齿轮材料调质钢，模m=2，查取'=11Sfn由表13-7，按失效概率W10°。，查取%=1.25[气:i=21。x1x1x1x1顶8眄1.25[气:2=2。。x1x1x1x1=160Mpa1.252160x1.2x1x1.32x4.21x0.68cC1= 5522 二88.7MpaVW]1c =c^fs2=88.7x395=83.2MpaV[c]F2 F1Y 4.21 F2FS14.5结构设计d=50mma1d=234mma2图4.1大齿轮结构图第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A0=110dNA3乙=1103719=24.65(mm)叭n1 34805.1.3轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸考虑代轮的结构要求及轴的刚度处轴径d.=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2TF=——=圆周力2TF=——=2*14310046=6211径向力F=径向力F=Ftana

r1 cos3轴向力6221xtan20_QQO7 =2297cos9°41、46、、F=Ftan3=6221tan9°41、46、、=1063a1t1带传动作用在轴上的压力Q=25059计算支反力水平面R=R=^=竺1=31105

AVBH2 2垂直面EM=0RavX103.5-F1X56.5-Fx勺-Q(112+103.5)=0Rv=6696

EF=0RBV=RAV-Q-F,1=1893.7作弯距图图5.1水平面弯距Mch=-R^^X56.5=-3110.5X56.5二-175715垂直面弯距M成二-QX97=-2505.9X112=-280660.8MCV1=-Q(112+56.5)+R郡X56.5=-2505.9X168.5+6696X56.5=-43920Mcv=-RbvX47=-1893.7X47=-89003.9合成弯距Ma=M成二280660

Mc1二伽^+M*二J1757152+439202=208059M=M2+M2=十1757152+89003.92=213318C2%CH CV2作转距图T1=143100计算转距当扭转剪应力为脉动循环变应力时，取系数a=0.6Md二伽；+（a）2=85860Ma二』Mh+凹元=243072M二.；M2+（aT）2=208059cac1 c1 1M2=J‘M22+（aT）2=213318mpa（安全）（安全）轴的材料为45号钢，查得拉伸强度极限8b=650mpampa（安全）（安全）对称循环变应力时的许用应力[8_1]b=60A剖面计算弯距最大处计算应力8=U7A=caA=18.9mpaV[81]bcaAW0.1』3 _1BD剖面轴径最小，该处计算应力8 = caD= caD-=17.3mpaV[8_1]bcaDW 0.1』3D5.1.5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①40mm宽度15mm箱体内壁与小齿轮的间隙△1=12mm小齿轮的直径中50mm,长度60mm为固定齿轮加一个轴套长度12mm,直径中42mm轴承端盖与安装螺母留间隙总长30mm,直径中35mm高速轴带轮宽65mm,直径中30图5.2高速轴简图5.2低速轴计算5.2.1计算轴上的力=5730圆周力F=奚=2*659°°0=5730，id2 230径向力Fr1Ftana———11 ncos35730xtan200 =211bcos9°41'46''轴向力F1=F]tanB=5730tan9°