精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 西南交大

1、精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)V型帶單級(jí)圓柱減速器組 員: 指導(dǎo)老師：王俊國(guó)學(xué) 院: 機(jī)械工程學(xué)院年 級(jí)：專(zhuān) 業(yè): 測(cè)控技術(shù)與儀器年12月15前言 組員任務(wù)組員姓名負(fù)責(zé)任務(wù)第三模塊：計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比第五模塊：傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算第四模塊：運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算第七模塊：滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算第二模塊：電動(dòng)機(jī)選擇第六模塊：軸的設(shè)計(jì)計(jì)算第一模塊：傳動(dòng)方案擬定最后整合編排 參考文獻(xiàn)許賢澤精密機(jī)械設(shè)計(jì)M電子工業(yè)出版社20138秦大同，謝里陽(yáng)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M化學(xué)工業(yè)出版社201103目錄一、傳動(dòng)方案擬定2二、電動(dòng)機(jī)選擇2三、計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比3四、運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算3五、傳動(dòng)零件的

2、設(shè)計(jì)計(jì)算41、皮帶輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算42、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算5六、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算81. 輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算81）按扭矩初算軸徑82）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)92. 輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算111)按扭矩初算軸徑112)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11七、滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算131、計(jì)算輸入軸承132、計(jì)算輸出軸承14一、 傳動(dòng)方案擬定（1） 工作條件：使用年限8年，工作為二班工作制，載荷平穩(wěn)，環(huán)境清潔。（2） 原始數(shù)據(jù)：滾筒圓周力F=1100N；帶速V=2.5m/s；滾筒直徑D=500mm；滾筒長(zhǎng)度L=500mm。F=1100N V=2.5m/s D=500mm L=500mm二、 電動(dòng)機(jī)選擇1、電動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇： Y系列三相異步

3、電動(dòng)機(jī)2、電動(dòng)機(jī)功率選擇：（1）傳動(dòng)裝置的總功率：總=帶軸承齒輪聯(lián)軸器滾筒 =0.950.980.960.980.97=0.85 (2)電機(jī)所需的工作功率： P工作=FV/1000總 =11002.5/10000.8496 =3.237KW根據(jù)Po選取電動(dòng)機(jī)的額定功率Ped，使Pm=(11.3)Po=3.2374.208KW3、確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：計(jì)算滾筒工作轉(zhuǎn)速：n筒=601000V/D=6010002.5/(500)=95.49r/min按手冊(cè)推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取圓柱齒輪傳動(dòng)一級(jí)減速器傳動(dòng)比范圍I1=36。取V帶傳動(dòng)比I2=24，則總傳動(dòng)比理時(shí)范圍為I=624。故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為nd

4、=Ian筒=（624）95.49=5732292r/min符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750、1000、1500r/min和2000r/min。根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關(guān)手冊(cè)查出有三種適用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，因此有三種傳支比方案，如指導(dǎo)書(shū)P15頁(yè)第一表。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，可見(jiàn)第2方案比較適合，則選n=1000r/min 。4、確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)根據(jù)以上選用的電動(dòng)機(jī)類(lèi)型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132M1-6。其主要性能：額定功率：4KW，滿載轉(zhuǎn)速960r/min，額定轉(zhuǎn)矩2.0。質(zhì)量75kg。n筒=95.49r/min 總=0.85 P工作=3

5、.237KW 電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132M1-6三、 計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比1、 總傳動(dòng)比：i總=n電動(dòng)/n筒=960/76.4=10.05342、 分配各級(jí)偉動(dòng)比3、 （1）據(jù)指導(dǎo)書(shū)P7表1，取齒輪i齒輪=5（單級(jí)減速器i=36合理）4、 （2）i總=i齒輪I帶5、 i帶=i總/i齒輪=10.0534/5=2.016、i總=10.0534 i齒輪=5 i帶=2.01四、 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算1、計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速（r/min）nI=n電機(jī)=960r/minnII=nI/i帶=960/2.01=477.6r/min)nIII=nII/i齒輪=477.6/5=95.52(r/min)2、計(jì)算各軸的

6、功率（KW）PI=P工作=3.237KWPII=PI帶=3.2370.95=3.075KWPIII=PII軸承齒輪=3.0750.980.96=2.893KW3、計(jì)算各軸扭矩（Nmm）TI=9.55106PI/nI=9.551063.237/960=32201.4NmmTII=9.55106PII/nII=9.551063.075/477.6=61487.1NmmTIII=9.55106PIII/nIII=9.551062.893/95.52=289239.4NmmnI=960r/minnII=477.6r/min)nIII=95.52(r/min)PI=3.237KWPII=3.075KWP

7、III=2.893KWTI=32201.4NmmTII=61487.1NmmTIII=289239.4Nmm五、 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算1、皮帶輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（1） 選擇普通V帶截型由表5-9得：kA=1.2PC=KAP=1.24=4.8KW由圖5-10得：選用A型V帶（2） 確定帶輪基準(zhǔn)直徑，并驗(yàn)算帶速由圖5-10得，推薦的小帶輪基準(zhǔn)直徑為75100mm，則取dd1=100mmdmin=75；dd2=n1/n2dd1=960/458.2100=209.5mm由表5-4，取dd2=200mm實(shí)際從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n2=n1dd1/dd2=960100/200=480r/min轉(zhuǎn)速誤差為：n2-n2/n2

8、=458.2-480/458.2=-0.0481200（適用）（5）確定帶的根數(shù)根據(jù)表（5-5）P1=0.95KW根據(jù)表（5-6）P1=0.11KW根據(jù)表（5-7）K=0.96根據(jù)表（5-8）KL=0.96由式（5-12）得Z=PC/P=PC/(P1+P1)KKL=4.8/（(0.95+0.11) 0.960.96）=4.9135(6)計(jì)算軸上壓力由表5-1查得q=0.1kg/m，由式（5-18）單根V帶的初拉力：F0=500PC/ZV（2.5/K-1）+qV2=5004.8/(4.91355.03)(2.5/0.96-1)+0.15.032N= 158.31N 則作用在軸承的壓力FQ，由式（

9、5-19）FQ=2ZF0sin（1/2）=24.9135158.31sin（167.6/2）=1546.6Ndd2=209.5mm取標(biāo)準(zhǔn)值: dd2=209.5mmn2=480r/minV=5.03m/s210mma0600mm 取a0=500Ld=1400mma=462mmZ=5根F0=158.31NFQ=1546.6N2、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）選擇齒輪材料及精度等級(jí)考慮減速器傳遞功率不大，所以齒輪采用軟齒面。小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度為240260HBS。大齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬度220HBS；根據(jù)課本P139表6-12選7級(jí)精度。齒面粗糙度Ra1.63.2m(2)按齒面接觸

10、疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3由式（6-15）確定有關(guān)參數(shù)如下：傳動(dòng)比i齒=5 取小齒輪齒數(shù)Z1=20。則大齒輪齒數(shù)：Z2=i齒Z1=520=100 實(shí)際傳動(dòng)比I0=100/2=50傳動(dòng)比誤差：i-i0/I=5-5/5=0%2.5% 可用齒數(shù)比：u=i0=5由課本P138表6-10取齒寬系數(shù)d=1.0(3)轉(zhuǎn)矩T1T1=9.55106P/n1=9.551063.237/ 477.6=64726Nmm(4)載荷系數(shù)k 由表6-7取k=1(5)許用接觸應(yīng)力HH= HlimZNT/SH由圖6-33查得：HlimZ1=570Mpa HlimZ2=350Mpa由式6-

11、52計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NLNL1=60n1rth=60477.61(163658)= 1.34109NL2=NL1/i= 1.34109/6=2.23108由圖6-34查得接觸疲勞的壽命系數(shù)：ZNT1=0.92 ZNT2=0.98通用齒輪和一般工業(yè)齒輪，按一般可靠度要求選取安全系數(shù)SH=1.0H1=Hlim1ZNT1/SH=5700.92/1.0Mpa=524.4MpaH2=Hlim2ZNT2/SH=3500.98/1.0Mpa=343Mpa故得：d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3=76.43164726(5+1)/（0.953432）1/3mm=68.9322mm模數(shù)：m=d1

12、/Z1=68.9322/20=3.4466mm根據(jù)表6-1取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)：m=3.5mm(6)校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度根據(jù)（6-48）式 F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaH確定有關(guān)參數(shù)和系數(shù)分度圓直徑：d1=mZ1=3.520mm=70mmd2=mZ2=3.5100mm=350mm齒寬：b=dd1=1.070mm=70mm取b=70mm b1=75mm(7)齒形系數(shù)YFa和應(yīng)力修正系數(shù)YSa根據(jù)齒數(shù)Z1=20,Z2=100由表6-9相得YFa1=2.80 YSa1=1.55YFa2=2.18 YSa2=1.79(8)許用彎曲應(yīng)力F根據(jù)（6-53）式：F= Flim YSTYNT/SF由圖6-3

13、5C查得：Flim1=290Mpa Flim2 =210Mpa由圖6-36查得：YNT1=0.88 YNT2=0.9試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)YST=2按一般可靠度選取安全系數(shù)SF=1.25 計(jì)算兩輪的許用彎曲應(yīng)力F1=Flim1 YSTYNT1/SF=29020.88/1.25Mpa=408.32MpaF2=Flim2 YSTYNT2/SF =21020.9/1.25Mpa=302.4Mpa將求得的各參數(shù)代入式（6-49）F1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1=2164726/（703.5220）2.801.55Mpa=32.76Mpa F1F2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1

14、=2164726/(703.52100) 2.181.79Mpa=7.6Mpa F2故輪齒齒根彎曲疲勞強(qiáng)度足夠(9)計(jì)算齒輪傳動(dòng)的中心矩aa=m/2(Z1+Z2)=3.5/2(20+100)=210mm(10)計(jì)算齒輪的圓周速度VV=d1n1/(601000)=3.1468.9322477.6/(601000)=1.72m/si齒=5Z1=20Z2=i齒Z1=100u=5T1=64726NmmHlimZ1=570MpaHlimZ2=350MpaNL1= 1.34109NL2=2.23108ZNT1=0.92ZNT2=0.98F1=408.32MpaF2=302.4Mpad1=68.9322mm

15、m=3.5mmd1=70mmd2=350mmb=70mm b1=75mmYFa1=2.80 YSa1=1.55YFa2=2.18 YSa2=1.79Flim1=290Mpa Flim2 =210MpaYNT1=0.88 YNT2=0.9YST=2SF=1.25F1=32.76Mpa F2=7.6Mpaa=210mmV=1.72m/s六、 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1）按扭矩初算軸徑由于設(shè)計(jì)的是一級(jí)減速器的輸入軸，旋轉(zhuǎn)方向假設(shè)左旋，屬于一般軸的設(shè)計(jì)問(wèn)題，選用45鋼 調(diào)質(zhì)處理 硬度217255HBW 1=60Mpa根據(jù)（13-2）式，并查表13-4，可知45鋼的C值為107118，當(dāng)彎矩相

16、對(duì)于扭矩的影響較小時(shí)，C應(yīng)取小值，故取C=107dC3Pn所以d107 (3.075/477.6)13 mm=19.9mm考慮有鍵槽，將直徑增大5%，則d=19.9(1+5%)mm=20.90mm選d=21mmd=21mm2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）軸上零件的定位，固定和裝配單級(jí)減速器中可將齒輪安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱(chēng)分布，齒輪左面由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，聯(lián)接以平鍵作過(guò)渡配合固定，兩軸承分別以軸肩和大筒定位，則采用過(guò)渡配合固定（2）確定軸各段直徑和長(zhǎng)度I段: d1=21mm 長(zhǎng)度取L1=50mmII段:h=2c c=1.5mmd2=d1+2h=21+221.5=27mmd2=27mm初

17、選用7206c型角接觸球軸承，其內(nèi)徑為30mm,寬度為16mm.考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面和箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離。取套筒長(zhǎng)為20mm，通過(guò)密封蓋軸段長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)密封蓋的寬度，并考慮聯(lián)軸器和箱體外壁應(yīng)有一定矩離而定，為此，取該段長(zhǎng)為55mm，安裝齒輪段長(zhǎng)度應(yīng)比輪轂寬度小2mm,故II段長(zhǎng)：L2=（2+20+16+55）=93mmIII段:d3=35mmL3=L1-L=50-2=48mm段直徑d4=45mm由手冊(cè)得：c=1.5 h=2c=21.5=3mmd4=d3+2h=35+23=41mm長(zhǎng)度與右面的套筒相同，即L4=20mm但此段左面的滾動(dòng)軸承的定位軸肩考慮，應(yīng)便于軸承的拆卸，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)查取由

18、手冊(cè)得安裝尺寸h=3.該段直徑應(yīng)取：（30+32）=36mm因此將段設(shè)計(jì)成階梯形，左段直徑為36mm段直徑d5=30mm. 長(zhǎng)度L5=19mm由上述軸各段長(zhǎng)度可算得軸支承跨距L=100mm(3)按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算 分度圓直徑：已知d1=70mm 轉(zhuǎn)矩：已知T2=64726Nmm 求圓周力：Ft根據(jù)（6-34）式得Ft=2T2/d1=264726/70=1849.31N 徑向力Fr根據(jù)（6-35）式得Fr= Fttan=1849.31tan20=673.1N因?yàn)樵撦S兩軸承對(duì)稱(chēng)，所以：LA=LB=50mm(4)繪制軸受力簡(jiǎn)圖（圖略）(5）繪制垂直面彎矩圖（圖略）軸承支反力：FAY=FBY=Fr/2

19、=336.5NFAZ=FBZ=Ft/2=924.7N由兩邊對(duì)稱(chēng)，知截面C的彎矩也對(duì)稱(chēng)。截面C在垂直面彎矩為MC1=FAyL/2=336.550=18.3Nm(6)繪制水平面彎矩圖（圖略）截面C在水平面上彎矩為：MC2=FAZL/2=924.750=46.3Nm(7)繪制合彎矩圖（圖略）MC=(MC12+MC22)1/2 =(18.32+46.32)1/2 =49.9Nm(8)繪制扭矩圖（圖略）轉(zhuǎn)矩：T=9.55（P2/n2）106=65Nm(9)繪制當(dāng)量彎矩圖（圖略）轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪文治武功力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取=1，截面C處的當(dāng)量彎矩：Mec=MC2+(T)2(1/2) =49.92+(165)

20、212 =81.88Nm(10)校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度由式（6-3）e=Mec/0.1d3=81.88/（0.1413）=11.9MPa -1b=60MPa該軸強(qiáng)度足夠。d1=21mmL1=50mmd2=27mmL2=93mmd3=35mmL3=48mmd4=41mmL4=20mmd5=30mmL5=19mmL=100mmFt=1849.31NFr=673.1NFAY=FBY=336.5NFAZ=924.7NMC1=18.3NmMC2=46.3NmMC=49.9NmT=65NmMec=81.88Nme=11.9MPa -1b2. 輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1)按扭矩初算軸徑選用45鋼 調(diào)質(zhì)處理 硬度217

21、255HBW 1=60Mpa根據(jù)課本P235頁(yè)式（10-2），表（10-2）取c=107dC3Pn所以d107 (2.893/95.52)13 mm=33.35mm取d=35mmd=35mm2)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）軸的零件定位，固定和裝配單級(jí)減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱(chēng)分布，齒輪左面用軸肩定位，右面用套筒軸向定位，周向定位采用鍵和過(guò)渡配合，兩軸承分別以軸承肩和套筒定位，周向定位則用過(guò)渡配合或過(guò)盈配合，軸呈階狀，左軸承從左面裝入，齒輪套筒，右軸承和皮帶輪依次從右面裝入。（2）確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度初選7207c型角接球軸承，其內(nèi)徑為35mm，寬度為17mm?？紤]齒輪端面和箱體

22、內(nèi)壁，軸承端面與箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定矩離，則取套筒長(zhǎng)為20mm，則該段長(zhǎng)41mm，安裝齒輪段長(zhǎng)度為輪轂寬度為2mm。(3)按彎扭復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算 求分度圓直徑：已知d2=350mm 求轉(zhuǎn)矩：已知T3=289239.4Nmm 圓周力Ft：根據(jù)課本P127（6-34）式得Ft=2T3/d2=2289.2/350=1652.7N 徑向力Fr根據(jù)課本P127（6-35）式得Fr=Fttan=1652.7tan20=601.5N 兩軸承對(duì)稱(chēng)LA=LB=49mm(4)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=601.5/2=300.7NFAZ=FBZ=Ft/2=1652.7/2=826.4N

23、(5)由兩邊對(duì)稱(chēng)，書(shū)籍截C的彎矩也對(duì)稱(chēng)截面C在垂直面彎矩為MC1=FAYL/2=300.749=14.7Nm(6)截面C在水平面彎矩為MC2=FAZL/2=826.449=40.49Nm(7)計(jì)算合成彎矩MC=(MC12+MC22)1/2 =(14.72+40.492)1/2 =43.07Nm (8)計(jì)算當(dāng)量彎矩：根據(jù)課本P235得=1Mec=MC2+(T)2(1/2) =43.072+(1289.2)212 =292.40Nm (9)校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度由式（10-3）e=Mec/0.1d3=292.40/（0.1413）=41.5MPa -1b=60MPa此軸強(qiáng)度足夠Fr=601.5NFAX=FBY=300.7NFAZ=FBZ=826.4NMC1=14.7NmMC2=40.49NmMC=43.07NmMec=292.40Nme=41.5MPa -1b七、 滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命163658=487