機械設計課程設計

1、吉林大學機械設計課程設計計算說明書一、傳動方案擬定.2二、電動機的選擇.2三、計算總傳動比及分配各級的傳動比.4四、運動參數(shù)及動力參數(shù)計算.5五、傳動零件的設計計算.6六、軸的設計計算.12七、滾動軸承的選擇及校核計算.19八、鍵聯(lián)接的選擇及計算.22設計題目：V帶單級圓柱減速器機電系機電工程班設計者： 學 號： 指導教師：二八年8月22日計算過程及計算說明一、傳動方案擬定第三組：設計單級圓柱齒輪減速器和一級帶傳動（1） 工作條件：使用年限8年，工作為二班工作制，載荷有中等沖擊，允許螺旋軸轉速偏差為5，該機器由一般機械廠小批量生產。（2） 原始數(shù)據(jù)：；螺旋軸轉速nw=135r/min,螺旋軸輸

2、入轉矩T=300Nm。二、電動機選擇1、電動機類型的選擇： Y系列三相異步電動機2、電動機功率選擇：（1）傳動裝置的總功率：總=帶2軸承齒輪聯(lián)軸器=0.960.9820.970.99=0.89(2)電機所需的工作功率：P工作=Tnw/9550=300135/9550=4.24KW3、確定電動機轉速：電機所需功率PP工作/總=4.24/0.89=4.76KW根據(jù)以上選用的電動機類型，所需的額定功率及同步轉速，選定電動機型號為Y132M2-6。其主要性能：額定功率：5.5KW，滿載轉速960r/min，額定轉矩2.0。質量63kg。三、計算總傳動比及分配各級的偉動比1、總傳動比：i總=n電動/n筒

3、=960/135=7.12、分配各級偉動比（1） 據(jù)指導書P7表1，取齒輪i齒輪=6（單級減速器i=36合理）（2） i總=i齒輪I帶i帶=i總/i齒輪=7.1/3.2=2.2四、運動參數(shù)及動力參數(shù)計算1、計算各軸轉速（r/min）nI=n電機=960r/minnII=nI/i帶=960/2.2=436.4(r/min)nIII=nII/i齒輪=436.4/3.2=136(r/min)2、 計算各軸的功率（KW）PI=P電機 =5.5KWPII=PI帶=5.50.95=5.225KWPIII=PII軸承齒輪=5.2250.980.96=4.9157KW3、 計算各軸扭矩（Nmm）TI=9.55

4、106PI/nI=9.551065.5/960=54713.5NmmTII=9.55106PII/nII=9.551065.225/436.4=114341.8NmmTIII=9.55106PIII/nIII=9.551064.9157/136=345183.3Nmm五、傳動零件的設計計算1、 皮帶輪傳動的設計計算（1） 選擇普通V帶截型由表5-6得：kA=1.4PC=KAP=1.45.5=7.7KW由圖5-7得：選用B型V帶（2） 確定帶輪基準直徑，并驗算帶速由課本圖5-7得，推薦的小帶輪基準直徑為125140mm則取D1=127mmDmin=125mm驗算帶速 =6.38m/s在525m/

5、s范圍內，帶速合適。D2=（n1/n2）D1=（960/436.4）127=279.4mm由表5-8，取D2=280mm實際從動輪轉速n2=n1D1/ D2=960127/280=435.4r/min轉速誤差為：D1- D2/ D2=1.85 所以合適（3） 確定帶長和中心矩根據(jù)課本P84式（5-14）得0. 7(D1+ D2)a02(D1+ D2)0. 7(127+280)a02(127+280)所以有：284.9mma0814mm取a0=540mm帶長：L0=2a0+1.57(D1+ D2)+( D2- D1)/4a0=2540+1.57(125+2800)+(280-125)2/4540

6、=1782mm取Ld=1800mm：中心距aa0+Ld-L0/2=540+=549mm(4)驗算小帶輪包角1=1800-57.30=1800-57.30=1640（適用）（5）確定帶的根數(shù)根據(jù)表（5-5）P0=1.64KW根據(jù)表（5-10）P0=0.30KW根據(jù)表（5-9）K=0.95根據(jù)表（5-3）KL=1.01由得Z=PC/P=PC/(P1+P1)KKL=7.7/(1.64+0.30) 0.951.01=4.14取z=4,符合表5-7推薦槽數(shù)。(6)計算軸上拉力由表5-4查得q=0.17kg/m，由式（5-22）單根V帶的初拉力：F0=（500PC/z）（2.5/K-1）+q2=（5007

7、.7/46.38）(2.5/0.95-1)+0.176.382N=253N則作用在軸承的壓力FQFQ=2ZF0sin1/2=24256.7sin=2004.3N齒輪2、齒輪傳動的設計計算（1）選擇齒輪材料及精度等級考慮減速器傳遞功率不在，所以齒輪采用軟齒面。根據(jù)表6-2，選小齒輪選用40Cr調質，齒面硬度為230240HBS。大齒輪選用45鋼，調質，齒面硬度220HBS；選8級精度。齒面精糙度Ra1.63.2m(2)按齒面接觸疲勞強度設計由d1確定有關參數(shù)如下：傳動比i齒=3.2取小齒輪齒數(shù)Z1=27。則大齒輪齒數(shù)：Z2=iZ1=3.227=86.4實際傳動比i0=87/27=3.22傳動比誤

8、差：i-i0/i=3.2-3.22/3.2=0.6%2.5% 可用齒數(shù)比：u=i0=3.22由課表6-6取 =1.0(3)轉矩T1T1=9.55106P/n1=9.551065.225/436.4=114341.8Nmm(4)初選載荷系數(shù)kt=1.5由表得=189.8， ZH=2.42Z=0.98, 由圖6-13得 Z=0.78=1.67=0.318z1tan=2.3 (5)許用接觸應力HH= HlimZNT/SH由圖6-16c查得：HlimZ1=540Mpa HlimZ2=390Mpa由式6-12計算應力循環(huán)次數(shù)NLNL1=60n1rth=60436.41(163008)=1.0109NL2

9、=NL1/i0=1.0109/3.22=3.14108查得接觸疲勞的壽命系數(shù)：ZNT1=1.00 ZNT2=1.05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=5400.98/1.0Mpa=529MpaH2=Hlim2ZNT2/SH=3901.05/1.0Mpa=413Mpa所以取H2=413Mpa設計齒輪參數(shù)故得：d1t = =72.08mm修正d1t：=m/s2.00m/s所以選脂潤滑查得KA=1.50， KV=1.07，K=1.12， K=1.20K=KA KV KK=1.501.071.121.2=2.16d1= d1mmm=mm 根

10、據(jù)表6-1取標準模數(shù)：m=3mm計算齒輪傳動的中心矩aa=m(Z1+Z2)/2cos= 3(27+87)/2cos150=177mm=arccosarccos分度圓直徑：d1= mZ1/ cos=3x27/ cos=83.84mm=84mmd2=m Z2/ cos=3x87/ cos=270.16mm=270mm齒寬：b= d1=1.083.84mm=84mm取B1=85mm, B2=80mm(6)校核齒根彎曲疲勞強度F=YFaYSaF計算當量齒輪斷面系數(shù) =0.67， 由圖6-28得=0.87齒形系數(shù)YFa和應力修正系數(shù)YSa根據(jù)齒數(shù)Z1=27,Z2=87由表6-19,6-20相得YFa1=

11、2.53 YSa1=1.62YFa2=2.16 YSa2=1.78由圖6-21，查得YN1=0.90, YN2=0.92 F= Flim YSTYN/SF由課本圖6-35C查得：Flim1=340Mpa Flim2 =310Mpa按一般可靠度選取安全系數(shù)SF=1.25計算兩輪的許用彎曲應力F1=Flim1 YN1/SF=3400.90/1.25Mpa=244MpaF2=Flim2 YN2/SF =3100.92/1.25Mpa=228Mpa將求得的各參數(shù)代入式（6-49）F1=YFa1YSa1=2x2.16x114341.8x0.67x0.87x2.53x1.62/(85x84x3.0)Mpa

12、=55.1Mpa F1F2=F1 YFa2 YSa2/YFa1YSa1=55.1x2.16x1.78/2.53x1.62Mpa=51.7Mpa F2故輪齒齒根彎曲疲勞強度足夠軸六、軸的設計計算輸入軸的設計計算1、按扭矩初算軸徑選用45#調質，硬度217255HBS取c=110dc考慮有鍵槽，將直徑增大5%，則d=25.2(1+7%)mm=26.97mm=27mm選d=32mm2、軸的結構設計（1）軸上零件的定位，固定和裝配單級減速器中可將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，聯(lián)接以平鍵作過渡配合固定，兩軸承分別以軸肩和大筒定位，則采用過渡配合固定（2）

13、確定軸各段直徑工段：d1=32mm 初選用7208AC型角接觸球軸承，其內徑為40mm,寬度為18mm. (3)按彎矩復合強度計算求分度圓直徑：已知d1=84mm求轉矩：已知T2=50021.8Nmm求圓周力：Ft=2T2/d2=2x114341.8/84=2868N求徑向力FrFr=Fttan/cos=2868tan200/cos150=1080.7NFa= Fttan=2868xtan150=768.48N因為該軸兩軸承對稱，所以：LA=LB=72mm=L(1)繪制軸受力簡圖（如圖a）（3） 繪制垂直面彎矩圖（如圖b）軸承支反力：FY=FAY=FBY=Fr/2=1434NFZ=FAZ=FB

14、Z=Ft/2=540NF支=由兩邊對稱，知截面C的彎矩也對稱。MC= F支L=1532x72=110304Nmm(5)繪制扭矩圖（如圖e）轉矩：T=114341.8Nmm(6)繪制當量彎矩圖（如圖f）轉矩產生的扭剪按脈動循環(huán)變化，取=0.6，截面C處的當量彎矩：Mec=MC2+(T)21/2=1103042+(0.6114341.8)21/2=131877.4Nmm(7)校核危險截面C的強度由式（6-3）e=Mec/0.1d33=99.6/0.1413=40.246MPa -1b=60MPa該軸強度足夠。輸出軸的設計計算1、按扭矩初算軸徑選用45#調質鋼，硬度（217255HBS）取c=110

15、dc=c (P3/n3)1/3=110(4.9/136)1/3=36.3mmd=36.3(1+7%)mm= 38.8mm取d=42mm2、軸的結構設計（1）軸的零件定位，固定和裝配單級減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，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渡配合，兩軸承分別以軸承肩和套筒定位，周向定位則用過渡配合或過盈配合，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度初選7211AC型角接球軸承，其內徑為55mm，寬度為21mm。 (3)按彎扭復合強度計算求分度圓直徑：已知d2=270mm求轉矩：已知

16、T3=345183.3Nmm根據(jù)作用力與反作用力得圓周力：Ft=2868N求徑向力Fr =1080.7N軸向力Fa=768.48N兩軸承對稱LA=LB=72mm(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFY=FAY=FBY=Fr/2=1434NFZ=FAZ=FBZ=Ft/2=540NF支= (2)由兩邊對稱，書籍截C的彎矩也對稱MC= F支L=1532x72=110304Nmm (5)=0.6 Mec=MC2+(T)21/2=1103042+(0.6345183.3)21/2=234598.9Nmm (6)校核危險截面C的強度由式（10-3）e=Mec/（0.1d3）=234598.9/(0

17、.1423)=31.7Mpa-1b=60Mpa此軸強度足夠軸承七、滾動軸承的選擇及校核計算根據(jù)根據(jù)條件，軸承預計壽命163008=38400小時1、計算輸入軸承（1）已知n=436.4r/min兩軸承徑向反力：FR1=FR2=1532N初先兩軸承為角接觸球軸承7208AC型得軸承內部軸向力FS=0.68FR 則FS1=FS2=0.68FR1=1042N(2) Fa=768N故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端FA1=FS1+ Fa =1810N FA2=FS2=1042N(3)求系數(shù)x、yFA1/FR1=1810N/1532N=1.18FA2/FR2=1042N/1532N=0.68根據(jù)課本

18、P263表（11-8）得e=0.68FA1/FR1e x1=0.41 FA2/FR2P2 (5)軸承壽命計算 故取P=3304N角接觸球軸承=3根據(jù)手冊得7208AC型的Cr=35200NLH=預期壽命足夠2、 計算輸出軸承因為Cr輸入3/n入=35.23/436.4=100Cr輸出3/n出=50.53/136=947由公式LH =可知預期壽命足夠八、鍵聯(lián)接的選擇及校核計算1.輸入軸與V帶輪的鍵軸徑d1=32mm查手冊得，選用A型平鍵，得：鍵A bxhxL1 =10x8x50 l=L1-b=50-10=40mmT2=114341.8Nmm h=8mmp=4T2/dhl=2x114341.8/3

19、2x8x40=22.33MpaR(110Mpa)2、輸入軸與齒輪1聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接軸徑d3=45mm L3=70mm T=114341.8Nm選A型平鍵 bxhxl=14x9x70l=L3-b=70-14=56mm h=9mmp=4T/dhl=4114341.8/45956=20.17Mpap(110Mpa)3、輸出軸與齒輪2聯(lián)接用平鍵聯(lián)接軸徑d2=62mm L2=63mm T=345183.3Nmm選用A型平鍵鍵bxhxL2=18x11x63 l=L2-b=63-18=45mm h=11mmp=4T/dhl=4345183.3/621145=44.99Mpap4、輸出軸與聯(lián)軸器聯(lián)接用平鍵聯(lián)接

20、軸徑d2=42mm L2=70mm T=345183.3Nmm選用C型平鍵鍵bxhxL2=12x8x70l=L2-b=70-12=58mm h=8mmp=4T/dhl=4345183.3/42858=70.85Mpapn滾筒=135r/min總=0.892P工作=4.24KW電動機型號Y132M2-6i總=7.1據(jù)手冊得i齒輪=3.2i帶=2.2nI =960r/minnII=435.4r/minnIII=136r/minPI=5.5KWPII=5.225KWPIII=4.9157KWTI=54713.5NmmTII=114341.8NmmTIII=345183.3Nmmdd2=279.4mm取標準值dd2=280mmn2=435.4r/minV=6.38m/s284.9mma0814