機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書

1、目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)41、設(shè)計(jì)帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)42、原始數(shù)據(jù)43、工作條件44、機(jī)器結(jié)構(gòu)圖4二、傳動(dòng)方案分析三、傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算5（一）、電動(dòng)機(jī)的選擇6（二）、傳動(dòng)比分配6（三）、傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)7四、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算5（一）、各主要尺寸計(jì)算8（二）、強(qiáng)度校核9五、軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算11（一）、軸的材料選擇和最小直徑估計(jì)11（二）、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12（三）、軸的強(qiáng)度校核13（一）、高速軸的校核13（二）、低速軸的校核14六、鍵連接的選擇和計(jì)算15（一）、高速軸上鍵的選擇和校核15（二）、中間軸上的鍵選擇和校核15（三）、低速軸的鍵選擇和校核15七、滾動(dòng)軸承的選擇和校核33（一

2、）、軸承的選擇16（二）、高速軸軸承的校核17（一）、低速軸軸承的校核18八、聯(lián)軸器的選擇20九、潤滑、密封裝置的設(shè)計(jì)21十、箱體的設(shè)計(jì)22十一、參考文獻(xiàn)24一、設(shè)計(jì)任務(wù)計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算及說明結(jié)果 設(shè)計(jì)任務(wù)1、設(shè)計(jì)帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置2、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：1）運(yùn)輸帶工作拉力：F=1350N2）運(yùn)輸帶工作速度：V=1.6m/s3）運(yùn)輸帶滾筒直徑：D=260mm4）工作年限：10年（每年按300天計(jì)算）；3班制。3、工作條件工作中有輕微振動(dòng)，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)送帶速度允許誤差為5；工作期限為10年，每年工作300天，三班制工作，一般用途；檢修期間隔為3年。帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)簡圖4、機(jī)器結(jié)構(gòu)如圖1-電動(dòng)機(jī)；2-V帶

3、傳動(dòng)；3-斜齒圓柱齒輪減速器；4-聯(lián)軸器；5-帶式運(yùn)輸機(jī)構(gòu)二、傳動(dòng)方案分析項(xiàng)目計(jì)算及說明結(jié)果1傳動(dòng)方式外傳動(dòng)為V帶傳動(dòng)。2減速器類型減速器為斜齒圓柱齒輪減速器3方案優(yōu)點(diǎn)該工作機(jī)有輕微振動(dòng)，由于V帶有緩沖吸振能力，采用V帶傳動(dòng)能減小振動(dòng)帶來的影響，并且該工作機(jī)屬于小功率、載荷變化不大，可以采用V帶這種簡單的結(jié)構(gòu)，并且價(jià)格便宜，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，大幅降低了成本?？傮w來講，該傳動(dòng)方案滿足工作機(jī)的性能要求，適應(yīng)工作條件、工作可靠，此外還結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、成本低傳動(dòng)效率高。三、傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算及說明結(jié)果1電動(dòng)機(jī)類型選擇根據(jù)動(dòng)力源和工作條件，選用Y型三相異步電動(dòng)機(jī)2電動(dòng)機(jī)容量選擇1運(yùn)輸

4、機(jī)主軸上所需要的功率P=FV/1000=1250×1.5/1000=1.875KW2傳動(dòng)總效率傳動(dòng)裝置的總效率：， 分別是：V帶傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)（閉式，精度等級(jí)為8），滾動(dòng)軸承（深溝球軸承一對(duì)），聯(lián)軸器（彈性聯(lián)軸器），運(yùn)輸帶的效率。查課程設(shè)計(jì)表2-3，?。?所以：3電動(dòng)機(jī)輸出功率電動(dòng)機(jī)所需功率：Pd=KPw/=1×1.875/0.872=2.16kW 式中，取載荷系數(shù) 1查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表16-1 取電動(dòng)機(jī)的額定功率P=1.875KW=2.16kw=2.2kw3電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速選擇滾筒的轉(zhuǎn)速： n筒=60×1000V/D=60×1000×1.5/

5、5;240=119.43r/min電動(dòng)機(jī)的合理同步轉(zhuǎn)速： 取V帶傳動(dòng)比范圍(表2-2)24；單級(jí)齒輪減速器傳動(dòng)比36.則總傳動(dòng)比合理時(shí)范圍為=624。故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為n筒=（624）×119.42=7172867r/min符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750 r/min 、1000 r/min和1500r/min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，選n=1500r/min 其滿載轉(zhuǎn)速為1420 r/min=1420 r/min4電動(dòng)機(jī)型號(hào)確定根據(jù)以上選用的電動(dòng)機(jī)類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y100L1-4。5傳動(dòng)比分配1、

6、 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比 ： i =nm/n=1420/119.42=11.892、 分配傳動(dòng)比： 取=4 帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比 =11.89/=11.89/4=2.9725=11.89=4=2.97256傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算1、各軸轉(zhuǎn)速： =1420 r/min=478 r/min = = =119.5 r/min =119.5 r/min2、各軸功率：=kw=2.07kw =kw=1.99kw =kw=1.95kw3、各軸轉(zhuǎn)矩：=9550=9550=14.53 =9550=9550=41.36 =159.13 =155.93 =1420 =478 =119.5=119.5=2.07kw1.99

7、kw=1.95kw=14.53=41.36=159.13=155.93上述數(shù)據(jù)制表如下：參數(shù)軸名輸入功率 （）轉(zhuǎn)速（）輸入轉(zhuǎn)矩（）傳動(dòng)比 電動(dòng)機(jī)軸2.16142014.532.9725軸（減速器高速軸）1.99 47841.364軸（減速器低速軸）1.95119.43159.13四、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算及說明結(jié)果1選擇材料、熱處理方式和公差等級(jí)選擇齒輪材料；小齒輪材料都取為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理， （考慮到齒輪使用壽命較長 (GB699-1988)；大齒輪材料取為：ZG310-570,調(diào)質(zhì)處理， 選取齒輪為8級(jí)的精度（GB 100951998）45號(hào)鋼大小齒輪皆調(diào)資處理8級(jí)精度2計(jì)算確定

8、傳動(dòng)的主要尺寸初選螺旋角 選小齒輪的齒數(shù)；大齒輪的齒數(shù) 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 式中： 1、中心距 式中： 查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖11-1式中：；查表：；齒寬系數(shù)?。?、計(jì)算模數(shù) 取模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值3、計(jì)算中心距 mm圓整中心距，取4、修正螺旋角： 5、計(jì)算兩齒輪分度圓直徑 小齒輪 大齒輪 6、計(jì)算齒寬 取小齒輪齒寬（齒輪軸）；大齒輪齒寬（大齒輪）m=2mma=130mm3校核彎曲疲勞強(qiáng)度按課本P171表11-5取安全系數(shù)SH=1，SF=1.25ZH =2.5 ，ZE =189.8（課本P171表11-4）H1= H2 =Hlim1/SH=590/1MPa=590MpaF1= F2=0.7FE1/SF=0

9、.7×450/1.25MPa=252MpaZV1= Z1/ cos3=28.12ZV2= Z2 /cos3=112.48查查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)P173 表11-8，得YFa1=2.648 YFa2=2.23 查查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)P174 表11-9，得YSa1=1.62 YSa2=1.81 YFa1YSa1 /F1=2.648×1.62/252=0.017 YFa2YSa2 /F2=2.23×1.81/252=0.016 故用小齒輪進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核 法面模數(shù)：=2(2kTII/dZ22 ×YFa2 YSa2 / F2 ×cos2)1/3=(21.3159

10、.131000/0.4/0.16 cos2)1/3=1.15滿足彎曲疲勞強(qiáng)度4、驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度H=ZE ZH Z （2kTII/bd×u+1/u）1/2 =189.82.5（cos）1/2 (21.3159.1310005/58/52/52/4）1/2=304.77 Mpa H1= H2 =590Mpa驗(yàn)證安全5齒輪的圓周速度計(jì)算V=dnII /（60×1000）=3.14×208×119.43/60/1000 =1.3m/s對(duì)照機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)P168 表11-2，選9級(jí)制造精度是合宜的齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸，制表如下：(詳細(xì)見零件圖)名稱 代號(hào)計(jì)算公式結(jié)果

11、小齒輪大齒輪中心距 130mm傳動(dòng)比4法面模數(shù)設(shè)計(jì)和校核得出2法面壓力角略螺旋角一般為 全齒高 4.5齒數(shù)Z 略 25100分度圓直徑 略52mm208mm齒頂圓直徑=+256mm212mm齒根圓直徑 dfdf =-249.5mm205.5mm五、軸的設(shè)計(jì)及校核計(jì)算1、輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算及說明結(jié)果1 選材1、因傳動(dòng)效率不大并對(duì)重量及機(jī)構(gòu)沒有特殊要求，故選擇軸的材料為：選取45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)，HBS2302已知條件高速軸傳遞功率=2.07kw，轉(zhuǎn)速=478r/min，小齒輪分度圓直徑=52mm，齒輪寬度=58mm，轉(zhuǎn)矩=413603、初算軸徑2、初步估算軸的最小直徑根據(jù)表15-3，取C=1

12、06，則mm考慮有鍵槽，將直徑增大5%，則主動(dòng)軸：dC(PI/nI) 1/3=d min1×(1+5%)mm=18.12mm由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選d min1=20mm從動(dòng)軸：dC(PII/nII) 1/3= 28.43mm取d min1=20mm4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、主動(dòng)軸：帶領(lǐng)寬度為= 取為50mm，則軸段（1）長度比帶輪寬度略小，取=48mm。軸段（3.）與軸段（7）安裝軸承。取7007AC軸承，故取mm 軸段（2）的長度除與軸上零件有關(guān)外，還與軸承座寬度及軸承蓋等零件有關(guān)，綜合考慮，取，。 高速軸軸段（5）上為齒輪，。軸段（4）與軸段（6）對(duì)稱，起固定作用，綜合比較，取，2、 從動(dòng)軸：軸段

13、（3）與軸段（7）上安裝軸承，取7009AC軸承，查表得其尺寸 D=75mm B=14mm，故取，取，從動(dòng)軸軸段（4）上安裝齒輪，其長度比齒輪寬度小23mm，比 稍大取其長度為 ，取 軸段（1）上安裝聯(lián)軸器，考慮到聯(lián)軸器尺寸，取，.考慮到聯(lián)軸器軸向固定及密封圈尺寸，取，。主動(dòng)軸：=48mmmm從動(dòng)軸：5強(qiáng)度校核主動(dòng)軸校核從動(dòng)軸校核主動(dòng)軸：圓周力Ft=2T1/d1=2×41.36/52=1.59kN徑向力Fr= Fttan/cos=1.59×tan20°/cos15°57=0.6kN軸向力Fa=Fttan=1.59×tan15.470=0.427

14、N按扭矩和彎曲組合變形強(qiáng)度條件進(jìn)行校核計(jì)算1 水平面H內(nèi)的支座反力:FH1=FH2= Fr/2=0.6/2=0.3kN 2 鉛垂平面V內(nèi)的支座反力：RV1=RV2= Ft/2=1.59/2=0.795kN MH=50FH1=50×0.3=15kN·mm MV=50RV1=50×0.795=39.75kN·mmM合=(MH2+MV2)1/2=(152+39.752)1/2=42.48k N·mm校核軸的強(qiáng)度危險(xiǎn)截面處的強(qiáng)度條件：=MC/W=MC/0.1d3=4.248×10/0.1×583=2.178<-1原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

15、符合要求從動(dòng)軸：圓周力 Ft= 2T2 /d2=2×163.64/160=1.53KN徑向力 Fr= Ft tan/ cos=2.05tan20。/cos18。20=0.58KN軸向力 Fa= Ft tan=2.05×tan18。20=0.41 KN按扭矩和彎曲組合變形強(qiáng)度條件進(jìn)行校核計(jì)算1 水平面H內(nèi)的支座反力:FH1=FH2= Fr/2=0.58/2=0.29kN 2 鉛垂平面V內(nèi)的支座反力：RV1=RV2= Ft/2=1.53/2=0.765kN MH=50FH1=50×0.29=14.5kN·mm MV=50RV1=50×0.765=3

16、8.25kN·mmM合=(MH2+MV2)1/2=(14.52+38.252)1/2=40.91k N·mm校核軸的強(qiáng)度危險(xiǎn)截面處的強(qiáng)度條件：=MC/W=MC/0.1d3=4.091×10/0.1×583=2.097<-2原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案符合要求驗(yàn)證符合要求驗(yàn)證符合要求六、鍵連接的選擇和強(qiáng)度校核計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算及說明結(jié)果1主動(dòng)軸鍵連接的選擇主動(dòng)軸外伸端d=25mm,考慮到鍵在軸中部安裝，故選鍵6×30GB/T1096-1990,b=10mm,L=30mm,h=8mm,t=5mm,k=h-t=3mm,選擇45鋼，許用擠壓應(yīng)力p=100MPap=2

17、T/dkl=2×41360/25×3×48 =22.98Mpa<R(100Mpa)則強(qiáng)度足夠，合格驗(yàn)證合格2從軸鍵連接的選擇從動(dòng)軸外伸端d=35mm,考慮到鍵在軸中部安裝，故選鍵10×55GB/T1096-1990,b=10mm,L=50mm,h=8mm,t=5mm,k=h-t=3mm,選擇45鋼，許用擠壓應(yīng)力p=100MPap=2T/dkl=2×159130/35× 3×50 =60.63Mpa<R(100Mpa)則強(qiáng)度足夠，合格驗(yàn)證合格3從動(dòng)軸與齒輪聯(lián)接處鍵連接的選擇從動(dòng)軸與齒輪聯(lián)接處d=50mm,考慮鍵槽在

18、軸中部安裝，故選鍵16×50 GB/T1096-1990,b=16mm,L=50mm,h=10mm,t=6mm,k=h-t=4mm,選擇45鋼，許用擠壓應(yīng)力p=100MPap=2T/dkl=2×159130/58×4×50 =27.44Mpa<R(100Mpa)則強(qiáng)度足夠，合格驗(yàn)證合格七、滾動(dòng)軸承的選擇和校核計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算及說明結(jié)果1條件根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命10年，要求一天工作24小時(shí)，一年工作日為300天，得24×300×10=72000小時(shí)2軸承選擇1、由上面的設(shè)計(jì)，初選軸承的內(nèi)徑 小齒輪軸的軸承內(nèi)徑d1=25mm 大齒輪軸

19、的軸承內(nèi)徑d2=35mm由于軸承要承受徑向和軸向的載荷，故選擇角接觸球軸承,查手冊:小齒輪軸上的軸承選擇型號(hào)為7007C大齒輪軸上的軸承選擇型號(hào)為7009C7007型號(hào)的軸承的主要參數(shù)；d=35mm D=62mm B=14mm Cr=19.5KN 14.2KN7009型號(hào)軸承的主要參數(shù)：4525.820.575163軸承的校核主動(dòng)軸軸承校核從動(dòng)軸軸承校核小齒輪軸的軸承（1）計(jì)算軸承的軸向載荷和徑向載荷小齒輪軸的軸向力Fa1=427NA端軸承所受的徑向力FRA=(RAH2+RAV2) 1/2=(431) 2+(300) 2 1/2=525.1NB端軸承所受的徑向力FRB=(RBH2+RBV2)

20、1/2=(2360.7) 2+(300) 2 1/2=2125.1N兩軸承的派生軸向力查表得:FS=0.68FR 則FSA=0.68FRA=357N則FSB=0.68FRB =1445.1N 由于FSA水平向右FSB水平向左 Fa1水平向右有FSA + Fa1=357+427=784N<FSB因而軸有向左移動(dòng)的趨勢，即軸承A被壓緊，軸承B被放松FAa=Fa+FSB=-427+1445.1=1018NFAb=FSB=1445.1N（2）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷FAa/FRA=1018/427=2.38>0.68FAb/FRB=1445/2415=0.68查手冊，得:P1= (0.41FRa+0

21、.87FAa)= (0.41×612.2+0.87×890)=1025.3NP2= FRB= 1642.2N P2 >P1所以只需校核軸承2的壽命 (3)軸承壽命計(jì)算由于有輕微沖擊，故由表13-6，取fp=1工作溫度低于1000C，查表13-4，得fT=1.0軸承2的壽命為:LH=106/60n(ftC/fpP) 3=106/（60×960）×(22500/1×1445)3=44649.8h>40000h預(yù)期壽命足夠2、計(jì)算從動(dòng)軸承 (1)計(jì)算軸的軸向載荷和徑向載荷 大齒輪軸的軸向載荷Fa=727.47NA端所承受的徑向力FRA=(

22、RAH2+RAV2) 1/2=(150) 2+(602.2) 2 1/2=620.6NB端軸承所受的徑向力FRB=(RBH2+RBV2) 1/2=(1354.4) 2+(602.2) 2 1/2=1482.2N兩軸承的派生軸向力查表得:FS=0.68FR 則FSA=0.68FRA=422.0N則FSB=0.68FRB =1007.9N 由于FSA水平向右FSB水平向左 Fa2水平向右有: FSA + Fa2=422+889.89=1311.9N>FSB=1007.9N因而軸有向右移動(dòng)的趨勢，即軸承B被壓緊，軸承A被放松FAa=FSa=422NFAb=FSB=Fa+Fsa=1311.9N（

23、2）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷FAa/FRA=422/620.6=0.68=0.68FAb/FRB=1311.9/1482.2=0.885查手冊得:P1= (0.41FRa+0.87FAa)= (0.41×620.6+0.87×422)=622NP2= FRB=1445N P2 >P1所以只需校核軸承2的壽命(3)軸承壽命計(jì)算由于有輕微沖擊，故由表13-6，取fp=1.2工作溫度低于1000C，查表13-4，得fT=1.0軸承2的壽命為:LH=106/60n(ftC/fpP) 3=106/（60×960）×(28500/1.2×1445)3=6957

24、5h>40000h此軸承合格驗(yàn)證合格驗(yàn)證合格八、聯(lián)軸器的選擇計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算及說明結(jié)果1聯(lián)軸器類型根據(jù)工作要求，為了緩和沖擊，保證減速器的正常工作，輸出軸 選用彈性柱銷聯(lián)軸器。2聯(lián)軸器型號(hào)確定軸的最小直徑d min1=20mm，則聯(lián)軸器的最小直徑為20mm，有HL1 HL2兩種型號(hào)型號(hào)公稱轉(zhuǎn)矩Tn軸孔直徑軸孔長度HL116020 22 （24）52HL231520 22 2452彈性主銷聯(lián)軸器中考慮到轉(zhuǎn)矩變化小，取KA1.3Tn=KaTw=1.3×155.93 N·m=202.71 N·m因此選擇HL2型號(hào)彈性柱銷聯(lián)軸器選用HL2九、減速器潤滑和密封方式的選擇計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算及說明結(jié)果1、潤滑齒輪傳動(dòng)的圓周速度V=dnII /（60×1000）=3.14×208×119.43/60/1000=1.3m/s因?yàn)椋海圆捎媒蜐櫥?；查表，選用LAN68全損耗系統(tǒng)用油（GB443-1989）,大齒輪浸入油中的深度大約1-2個(gè)齒，單不應(yīng)少于10mm。對(duì)軸承的潤滑，因?yàn)椋?，采用脂潤滑，只需要填充軸