第三組機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目：皮帶運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置中的單級(jí)圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖：工作條件:運(yùn)輸機(jī)連續(xù)工作，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，空載啟動(dòng)，使用期限10年，兩班制工作，輸送帶速度允許誤差為±5%。原始數(shù)據(jù)：輸送帶工作拉力 F=1500 N 輸送帶速度 w=1.7 m/s 滾筒直徑 D=280 mm 一、 運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)和電動(dòng)機(jī)選擇1. 選擇電動(dòng)機(jī)1) 傳動(dòng)裝置效率 =12345式中：1普通V帶傳動(dòng)效率，取1=0.96； 22兩對(duì)滾動(dòng)軸承效率，取2=0.993一對(duì)圓柱齒輪效率，取3=0.974彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器效率，取4=0.985運(yùn)輸機(jī)滾筒效率，取5=0.96 因此，=0.96×

2、0.992×0.97×0.98×0.96=0.86 2）電動(dòng)機(jī)所需功率 P=F·w/1000·=2000×1.6/1000×0.86=2.51(kw) 3）選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)根據(jù)工作條件，載荷平穩(wěn)選擇一般用途的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需功率，并考慮到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，總傳動(dòng)比就越大，減速器的尺寸也相應(yīng)增大，所以決定選用Y132MS-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率P=3KW，滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速n=960r/min,電動(dòng)機(jī)軸頸直徑D=260mm,電動(dòng)機(jī)外輪廓尺寸為475×mm×280mm×315mm。（如考慮過(guò)載

3、可選用Y132M2-6，5.5KW的電動(dòng)機(jī)） 2總傳動(dòng)比及其分配1) 滾筒軸工作轉(zhuǎn)速w=6×104×w /×D=6×104×1.6/×260=117.5(r/min) 2）總傳動(dòng)比 i=n/nw=960/117.5=8.17 3)傳動(dòng)比分配 I=ib·ig,為使普通V帶傳動(dòng)的輪廓尺寸不致過(guò)大，取傳動(dòng)比ib=3,則齒輪傳動(dòng)比ig=i/ib=8.17/3=2.72。3.運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算1）各軸轉(zhuǎn)速I(mǎi)軸:n1=n/ib=960/3=320(r/min)；II軸：n2=n1/nb=320/2.72=117.6(r/min)；滾筒軸：nw=

4、n2=117.6(r/min)。2）各軸上的功率I軸: P1=P·1=3×0.96=2.88（KW）II軸：P2=P1·2·3=2.88×0.99×0.97=2.77（KW）滾筒軸：Pw=P1·2·4=2.77×0.99×0.98=2.69（KW）3)各軸上的扭矩電機(jī)軸:T0=9.55×106×P/n=9.55×106×3/960=29844(N·mm)I軸: T1=9.55×106×P1/n1=9.55×106&#

5、215;2.88/320=85950(N·mm)II軸：T2=9.55×106×P2/n2=9.55×106×2.77/117.6=224944(N·mm)滾筒軸：Tw=9.55×106×Pw/nw=9.55×106×2.69/117.5=218634(N·mm)將以上算得的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)列表如下：軸名參數(shù)電機(jī)軸I軸II軸滾筒軸轉(zhuǎn)速n/(r·min-1)960320116116功率P/KW32.882.772.69扭矩T/(N·/mm)2984485950228

6、047221461傳動(dòng)比i3.002.762.761.00效率0.960.960.960.972圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容、依據(jù)及說(shuō)明計(jì)算結(jié)果1.選擇齒輪材料大小齒輪均選40Cr,大齒輪調(diào)質(zhì)處理，241286HBS，da2（估計(jì)直徑=101300mm）;小齒輪表面淬火，4855HRC大齒輪，40Cr，調(diào)質(zhì)，265HBS小齒輪，40Cr,表面淬火，52HRC2按輪齒齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)小齒輪傳遞的扭矩T1=9.55×106P1/n1T1=85950N·mm載荷系數(shù)查表13-8K=1.2齒寬系數(shù)查表13-12（ d=1.21.4） d=0.8試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極

7、限應(yīng)力查圖13-6c小齒輪查圖13-6b大齒輪Hlim1=1170MPaHlim2=700 MPa接觸強(qiáng)度的最小安全系數(shù)查表13-2（一般可靠度）SHmin=1.10接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)N1=60anT=2.19×109N2=N1/i=5.21×108查圖13-7ZN1=1ZN2=1計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容、依據(jù)及說(shuō)明計(jì)算結(jié)果工作硬化系數(shù)查圖13-8Zw=1.05許用接觸疲勞應(yīng)力H=Hlim/SHmin·ZNZWH1=1197.8 MPaH2=668.2 MPa齒數(shù)比u=iU=2.72材料彈性系數(shù)查表13-9ZE=189.8 N/mm2節(jié)點(diǎn)區(qū)域（齒合）系數(shù)直齒圓柱齒

8、輪轉(zhuǎn)動(dòng)ZH=2.495計(jì)算實(shí)際齒數(shù)比設(shè)z1=26，則z2=26×2.72=71,取71，u=z2/z1z1=26 ,z2=71u=2.73傳動(dòng)比誤差i=i-z2/z2/ii=0.76%，符合要求查齒輪端面重合度查圖13-15（=0）t1=0.805 t2=0.9齒輪傳動(dòng)端面重合度t=t1+t2t=1.715齒面接觸疲勞強(qiáng)度重合度系數(shù)查圖13-16（=0）Z=0.87按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)d13(ZEZHZ/H)2·2KT1/ d·u±1/ud128.01mm3.確定傳動(dòng)主要參數(shù)計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容、依據(jù)及說(shuō)明計(jì)算結(jié)果齒輪模數(shù)m=d1/z1=2.750mm取m

9、=2mm齒輪工作寬度b=aab=40mm大齒輪寬度b2=bb2=40mm小齒輪寬度b1=b+(510)b1=45mm小齒輪分度圓直徑d1=mz1d1=52mm4.校核輪齒彎曲疲勞程度試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力查圖13-9Flim1=650 MPaFlim2=500 MPa彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)查表13-2（一般可靠度）SFmin=1.25彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)查圖13-10（N1=2.12×109，N2=5.03×108）ZN1=1ZN2=1彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)查圖13-11（m=3mm）Yx=1小齒輪許用彎曲疲勞應(yīng)力F1=Flim1/sFlim·YN1YXF

10、1=520 MPa大齒輪許用彎曲疲勞應(yīng)力F2=Flim1/sFlim·YN2YXF2=400 MPa計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容、依據(jù)及說(shuō)明計(jì)算結(jié)果齒輪齒形系數(shù)查表13-10YF1=2.6YF2=2.238齒輪應(yīng)力的修正系數(shù)查表13-11YS1=1.595YS2=1.752齒根彎曲強(qiáng)度的重合度系數(shù)查圖13-18Y=0.67小齒輪齒根彎曲強(qiáng)度校核F1=2KT1YF1YS1Y1/bd1mF1=134.6F1,安全大齒輪齒根彎曲強(qiáng)度校核F2=YF2YS2/ YF1YS1·F1F2=127.8F2,安全5.齒輪幾何尺寸計(jì)算小齒輪齒頂圓直徑da1=d1+2mha*da1=56mm小齒輪齒根圓

11、直徑df1=d1-2(ha*+c*)mdf1=47.5mm大齒輪分度圓直徑d2=mz2d1=142mm大齒輪齒頂圓直徑da2=d2+2mha*da2=146mm大齒輪齒根圓直徑df2=d2-2(ha*+c*)mdf2=137.5mm計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容、依據(jù)及說(shuō)明計(jì)算結(jié)果中心距a=m/2(z1+z2)a=97mm6.確定齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)齒輪圓周速度=d1n1/60×1000=0.87m/s選定齒輪傳動(dòng)精度和等級(jí)查表13-6，第組公差應(yīng)為8級(jí)精度，但通常用滾齒加工選用8級(jí)精度7.齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（略）8.繪制齒輪零件工作圖（略）2）設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容、依據(jù)及說(shuō)明計(jì)算結(jié)果1.確定V帶型號(hào)

12、工作情況系數(shù)查表11-6KA=1.2計(jì)算功率PC=KAP=1.4×5.5=7.7KWPC=3.6KW選V帶型號(hào)由圖11-15，按PC及n1選V帶型號(hào)A型計(jì)算傳動(dòng)比i=n1/n2=960/310=2.494i=32.確定帶輪直徑選小帶輪基準(zhǔn)直徑由圖11-16及教材表11-1，表11-7dd1=100mm設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容、依據(jù)及說(shuō)明計(jì)算結(jié)果驗(yàn)算帶速=d1n1/60×1000=5.024m/s,在允許范圍確定大帶輪直徑取彈性滑動(dòng)率 =0.02dd2=idd1(1-)=294mm由表11-1、表11-7選取標(biāo)準(zhǔn)值dd2=280mm實(shí)際傳動(dòng)比i= dd2/dd1(1-)=400/

13、160(1-0.02)=2.857從動(dòng)帶輪實(shí)際轉(zhuǎn)速n2=n1/i=960/2.857=336m/s計(jì)算轉(zhuǎn)速誤差n2=385-376.32/385×100%=2.25%n2±5%,符合要求3.確定中心距及V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度初定中心距由0.7（dd1+dd2）a02（dd1+dd2）知354mma01010mm,暫取a0=400a0=400mm，符合設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容、依據(jù)及說(shuō)明計(jì)算結(jié)果初定V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld0=2a0+/2（dd2+dd1）+（dd1-dd2）2/4a0Ld0=1419.85mm確定V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度由表11-3，B型Ld=1400mm計(jì)算長(zhǎng)度實(shí)際中心距aa0+(Ld-L

14、d0)/2amin=376mmamax=448mma=390.075mm滿(mǎn)足不超過(guò)500mm計(jì)算小帶輪包角1180o-57.3 o×（dd1-dd2）/a1153.56o,符合要求 4.確定V帶根數(shù)單根V帶基本額定功率查表11-8（n1略小于980r/min,dd1=150mm,但值均略?。┤0=0.96KW單根V帶基本額定功率增量查表11-9（按n1= 980r/min,但值略小；i2）取P0=0.11KW包角修正系數(shù)查表11-10（按150o）K=0.925V帶長(zhǎng)度修正系數(shù)查表11-3KL=0.96V帶根數(shù)Z=PC/(P0+P0)KaKL=3.79取Z=4根（在生產(chǎn)中也可取Z=

15、3根）設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容、依據(jù)及說(shuō)明計(jì)算結(jié)果5.計(jì)算作用在軸上的載荷V帶線密度查表11-1q=0.10kg/m單根V帶初拉力F0=500Pc/z(2.5/K-1)+q2F0=155N壓軸力FQ=2F0zsin1/2=2×212×4sin149.3/2=1207F=1207N6.帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小帶輪可采用整體式，大帶輪采用輻版式帶輪材料均采用HT150具體結(jié)構(gòu)及零件工作圖3)確定齒輪精度等級(jí)及側(cè)隙根據(jù)齒輪的圓周速度和對(duì)噪音的要求，確定兩齒輪的精度等級(jí)及其側(cè)隙分別為:小齒輪 8GJ 大齒輪 8FH4)計(jì)算嚙合力圓周力 Ft=2T1/d1=2×85950/142=121

16、1(N)徑向力 Fr= Ft·tann=1211×tan20o/COS14.07o=454(N)軸向力 Fa=Ft·tan=1211×tan14.07o=304(N)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目小齒輪大齒輪材料及熱處理40Cr鋼調(diào)質(zhì)40Cr鋼正火基本參數(shù)齒數(shù)Z2671法面模數(shù)mn2mm分度圓法面壓力角n20o螺旋角及方向14.07 o（左）14.07 o (右)法面齒頂高系數(shù)han*1法面頂隙系數(shù)Cn*0.25主要尺寸/mm中心距a100齒寬b4540分度圓直徑d142340齒頂圓直徑da56146齒根圓直徑 df47.5137.5精度等級(jí)（GB10065-88）8GJ

17、8FH嚙合力/N圓周力Ft1211徑向力Fr454軸向力Fa304三、軸的設(shè)計(jì)1.選取軸的材料和熱處理方法運(yùn)輸機(jī)減速器是一般用途的減速器，所以軸的材料選用40Cr鋼，粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理便可滿(mǎn)足使用要求。40Cr經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，硬度為214286HBS，由教材表15-1知：b=650 Mpa，s=360 Mpa,-1=300 Mpa，-1=155 Mpa。許用彎曲應(yīng)力-1=60 Mpa。2按鈕最小直徑計(jì)算公式為： DminA·由教材表15-5查得A=126103,取A=115軸：d1min115·=23.92（mm）軸：d2min115·=32.96（mm）滾筒軸：

18、d3min115·=32.79（mm）在軸上，軸的最小直徑要安裝皮帶輪盤(pán)，軸端軸徑應(yīng)將估算直徑加大5%,d125.1mm。取標(biāo)準(zhǔn)直徑為30mm估取安裝軸承處的軸徑為40mm。在軸上，軸的最小直徑要安裝聯(lián)軸器，軸端軸徑應(yīng)將估算直徑加大5%，d234.6mm。取標(biāo)準(zhǔn)直徑為35mm，估取安裝軸承處的軸徑為40mm。3.聯(lián)軸器的選擇減速器輸出軸與滾筒軸采用凸緣聯(lián)軸器。由前計(jì)算知T2=85.95 N·m，由附錄表4-4選用凸緣聯(lián)軸器，型號(hào)為YLD3聯(lián)軸器45*84，GB501485。主要參數(shù)尺寸如下：許用最大扭矩Tmax=25 N·m許用最大轉(zhuǎn)速nmax=10000r/mi

19、n主動(dòng)端 d1=60mm，J1型軸孔L=64mm，A型鍵槽從動(dòng)端 d2=60mm，J1型軸孔L=64mm，A型鍵槽顯然，軸的軸徑、工作轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均在選用范圍內(nèi)。4軸承的選擇軸：在軸上，既作用著徑向力Fa，故選用圓錐滾子軸承，型號(hào)問(wèn)7006C。其主要尺寸如下：d=30mm，D=55mm， B=13mm。軸：同樣，在軸上選用軸承型號(hào)為7008C。其主要尺寸如下：d=40mm，D=65mm，T=25.1mm，B=15mm。5軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在軸上，兩端的軸承已初選用7006C型，與軸承配合的軸徑為30mm，以軸肩作軸向定位，因此在安裝小齒輪處的直徑必須不小于35mm，但小齒輪的根圓直徑只有49.5mm，

20、故小齒輪應(yīng)采用實(shí)心式的結(jié)構(gòu)。在軸上，兩端的軸承已選用7008C型，與軸承配合的軸徑為40mm，一端以軸肩作軸向定位，齒輪從另一端裝拆。故從軸肩開(kāi)始，軸上各段徑向尺寸應(yīng)依次遞減。6軸的強(qiáng)度計(jì)算（以軸為例）根據(jù)I軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取=140mm，=70mm。由前面計(jì)算可知：T1=85950N·m，F(xiàn)t1=1211N，F(xiàn)r1=454N，F(xiàn)a1=304N。（1） 根據(jù)軸系部件結(jié)構(gòu)圖，作出軸系空間力圖，如圖7-2b所示。（2） 作出軸垂直平面力圖，求支反力Fva、Fvb，繪彎矩圖Mv，如圖7-2b所示 FVB=(N)FVA=FVB-Fr2=285.63-454=-168.3（N） 齒輪中心面右側(cè)彎

21、矩MV左為：齒輪中心面右側(cè)彎矩MV右為：MV右=FVB·=285.63×70=19994.1(N·mm)（3） 作出軸水平平面力圖，求支反力FHA、FHB,繪彎距圖MH，如圖72d所示。FHZ=FHB=605.5（N）MH=FHA·=605.5×70=42385（N·mm）（4） 求總反力FA、FB，繪總彎矩圖M，如圖72e所示。 FA= FB=(N·mm) 齒輪中心面左側(cè)總彎矩M左為：M左=(N·mm)齒輪中心面右側(cè)總彎矩M右為：M右=(N·mm)5）會(huì)扭矩圖，如圖7-2f所示。6）繪當(dāng)量彎矩圖，如圖7

22、-2g所示。因?yàn)槠н\(yùn)輸機(jī)為單向傳動(dòng)，從安全角度出發(fā)，軸上轉(zhuǎn)矩T2，按脈動(dòng)循環(huán)考慮，故取校正系數(shù)=0.6.齒輪中心面處最大當(dāng)量彎矩Mc為：MC左=MC右=(N·mm)7）選擇危險(xiǎn)截面，進(jìn)行強(qiáng)度核算。根據(jù)當(dāng)量彎矩圖，初取齒輪中心面為危險(xiǎn)截面。該截面有鍵槽，故應(yīng)將軸徑加大5%，由此得必須軸徑d為： d1.05（mm）（式中：由教材表15-1查得-1=60Mpa由計(jì)算結(jié)果可知，軸徑必須小于安裝齒輪處實(shí)際軸徑，所以強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。四、軸承壽命計(jì)算（以軸軸承為例）I軸軸承已初選型號(hào)為7006C的一對(duì)圓柱滾動(dòng)軸承正裝，其有關(guān)數(shù)據(jù)如下：額定動(dòng)載荷C=11.5Kn, y=1.5,載荷系數(shù)fp=1.1，

23、溫度系數(shù)ft=1.0.軸承受力情況如圖7-3所示。由前面計(jì)算可知：RA=627.59N，RB=670.91N。RA、RB即為軸承徑向力FrA、FrB。FrA=RA=627.59N，F(xiàn)rB=RB=670.91N。1計(jì)算軸承內(nèi)部軸向力S SA= SB= 2計(jì)算軸承的軸向力FaA和FaB已知軸向外載荷Fa2=304N，方向向右，各軸向力方向如圖7-3所示。由于 Fa2+SA=304+201.8=505.8(N) SB=223(N)即Fa2+SA>SB。因此，軸承B被“壓緊”，軸承A被“放松”，故得 FaA=SA=201.8(N) FAb=Fa2+SA=505.8(N)3計(jì)算軸承額定壽命Lh因?yàn)?/p>

24、PBPA，所以按右側(cè)軸承計(jì)算軸承的額定壽命Lh： Lh=96880由題給工作條件，該皮帶運(yùn)輸機(jī)兩班制工作，試用期限10年。若每年以300個(gè)工作日計(jì)。則軸承的預(yù)期壽命為： L=8×2×300×10=48000(h)由于Lh>>L，所以軸承合乎要求。五、選用鍵并校核強(qiáng)度（以軸為例）軸上安裝齒輪處選用鍵的類(lèi)型為:鍵10×8GB109679，b=10mm，h=8mm，L=45mm，鍵槽深t=5mm，鍵工作長(zhǎng)度l=L-6=45-10=35mm，T1=859507N·m，d=35mm。因?yàn)閷?duì)于按標(biāo)準(zhǔn)選擇的平鍵連接，具有足夠的剪切強(qiáng)度，故按擠壓強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度校核。 由教材表15-3查得，鍵連接的許用擠壓應(yīng)力p=（3050）Mpa。顯然p<p，故連接強(qiáng)度足夠，能夠滿(mǎn)足要求，安全。軸上安裝聯(lián)軸器處所選用鍵的類(lèi)型為：鍵14×9GB109679，b=14mm，h=9mm，L=75mm，t=5.5mm，l=L-b=75-14=61（m