机械设计基础课程设计范例.doc

_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：200507011016指 导 教师：日 期：2006.12.25目 录前 言1第1章 选择传动方案2第2章 选择电动机32.1 电动机的选择32.2 输送机的输送量及功率计算32.3 电动机的功率32.3.1 螺旋输送机主轴上所需功率32.3.2 工作机所需的电动机输出的功率为32.4 电动机的转速42.5 传动装置总传动比42.6 计算传动装置的运动和运动参数42.6.1 计算各轴输入功率42.6.2 计算各轴转速42.6.3 计算各轴转矩5第3章 选择V带63.1 选择普通V带63.1.1 按照计算功率P,选择V带型号63.1.2 带传动的主要参数和尺寸63.2 初选中心距63.3 确定V带的根数73.4 计算紧张力73.5 计算作用在轴上的力73.6 结构设计7第4章 传动设计84.1 选择高速级齿轮传动的材料及热处理84.2 强度计算84.3 确定选择齿轮传动的参数和尺寸84.4 验算齿根弯曲应力94.5 结构设计10第5章 轴的选择115.1 高速轴的设计115.1.1 选择轴的材料115.1.2 初步估算轴的最小直径115.1.3轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸115.1.4按弯扭合成应力校核轴的强度115.1.5 高速轴段的长度确定135.2 低速轴计算145.2.1 计算轴上的力145.2.2 计算支反力145.2.3 作弯距图，齿轮作用力集中在齿宽中心155.2.4 轴输出转矩 T = 659000155.2.5 求最大当量转矩165.2.6 强度校核165.2.7 低速轴段的长度确定16第6章 联轴器的选择和计算17参 考 文 献18-可编辑修改-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。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 (2.1)D=0.4m,P=0.24m,n=100r/min,由参考文献3查得r=0.6*10N/m,表（17-2）=0.36由表（17-4）=0，c=1.0,Q=38.98368=39*10n/h2.3 电动机的功率2.3.1 螺旋输送机主轴上所需功率 +H）kw (2.2)由参考文献3.查 =1.2， =L=40m,H=0 =5.1kw2.3.2 工作机所需的电动机输出的功率为 (2.3)k=1.3, =5.1kw,由电动机至工作机之间的总效率式中的分别为v带传动. 齿轮传动的轴承传动. 齿轮传动.联轴器.的效率 取=0.96 =0.97 =0.97=0.97 =0.8852.4 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,单级齿轮传动比3-6，则合理总传动比的范围为=624，故电动机转速的可选范围为i=100*(2-4)*（3-6）=600-2400 rmin符合这一范围的同步转速有750 rmin 1000 rmin 1500 rmin 3000 rmin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电动机型号方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i=14.4取v带传动比i=3，则圆柱齿轮减速器传动比i=4.82.6 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=11kw轴I（高速轴）P= p=11*0.96=10.56轴2（低速轴）P=P=11*0.97*0.99=10kw2.6.2 计算各轴转速电动机轴 n=1440r/min轴1 n=480r/min轴2 n=100r/min2.6.3 计算各轴转矩T=9550=49.7 (2.4)轴1 T=9550=143.1轴2 T=9550=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P,选择V带型号P=kPk由表13-27查，工作16-24个小时，k=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D由参考文献3.，按B型查取D125mmD=D(1-)=375mmV=3.14m/s3.2 初选中心距= (0.72)()=(0.72)(125+375)=3501000mm 取=2404mm由参考文献3.表5-2，按B型查取基准长度=2500mm实际中心距a=800+=847.54mm,取a=848=848-0.0152500=810.5mm=848-0.0352500=935.5mm=180-=163.11203.3 确定V带的根数 (3.1)式子中由参考文献3.，按 V=9.42m/s B型利用插入法查取=2.60+=2.653KW =0.0001T=0.0001*1440*3.1=0.4464KW （T由参考文献3.表13-19按B型，i=3查取T=3.1）由表13-20，按=163.1（插入法）查取 =0.95+=0.9593按=2500mm, B型查取=1.03z=4.2根 取z=43.4 计算紧张力 =500 式中，由参考文献3.表5-1，按B型取q=0.17kg/m =500=180.8N3.5 计算作用在轴上的力 =2=27180.8=2505.9N3.6 结构设计 =125mm 小带轮采用实心式结构 =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200250HBS，大齿轮的材料用45钢，正火热处理170217HBS。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 (4.1)其中由参考文献3.表13-1，按直齿=12查取=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=1.2 =0.4 .9由参考文献3.，按齿轮材料、调质、正火热处理，220HBS，180HBS查取，=560MPa =520MPa=0.9560MPa=504MPa =0.9520MPa=468MPa483（4+1）=128.5mm4.3 确定选择齿轮传动的参数和尺寸=2340,选=23,=i=5*23=115m=1.862由表3-2查取m=2mm所以实际的中心距=138齿宽b=0.4*138=55.2mm取55mm =+(35)mm=60mm=m=2*23=46mm =m(z+2)=2*(23+2)=50=m=2*115=230mm =2*(115+2)=2344.4 验算齿根弯曲应力= (4.2)其中=2160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=11.2 取=1.2由参考文献3.图13-5按公差组7级=2.17 查取=1由参考文献3.图13-6,按=且齿轮布置方式为不对称,齿面硬度350HBS 查取由参考文献3.表13-5,按公差组7级为经表面淬火的直齿轮 查取=1由参考文献3.图13-4,按 X=0查取=4.21 =3.95由参考文献3.图13-8，按=1.88-3.2（）cos=1.72及=0查取=0.68由参考文献3.图13-3,按齿轮材料调质钢，200HBS，正火钢170HBS查取=210Mpa =200Mpa按长期工作， N，查取=1一般取=1按表面粗糙度值3.2mm,查取=1由图13-12 按齿轮材料调质钢，模m=2,查取=1由表13-7，按失效概率，查取=1.25 =168MPa=160Mpa=88.7Mpa=83.2Mpa4.5 结构设计 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 A=110 d (mm)5.1.3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= 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径向力 F=2297轴向力 F=Ftan=6221tan94146=1063带传动作用在轴上的压力Q = 25059 计算支反力水平面垂直面 = 0103.5- 56.5-Q(112+103.5)=0= 6696 F = 0R= R- Q - F=1893.7 作弯距图 图5.1 水平面弯距M= -R56.5= -3110.556.5= -175715垂直面弯距M= -Q97= -2505.9112= -280660.8M= -Q（112+56.5）+ R56.5= -2505.9168.5+669656.5= -43920M= - R47= -1893.747= -89003.9合成弯距M= M=280660 M=208059 M=213318作转距图 T=143100 计算转距当扭转剪应力为脉动循环变应力时，取系数=0.6=85860=243072=208059=213318 轴的材料为45号钢，查得拉伸强度极限=650 mpa对称循环变应力时的许用应力=60 mpaA剖面计算弯距最大处计算应力=18.9 mpa （安全）D剖面轴径最小，该处计算应力=17.3 mpa （安全）5.1.5 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40mm宽度15mm箱体内壁与小齿轮的间隙=12mm小齿轮的直径50mm,长度60mm为固定齿轮加一个轴套长度12mm,直径42mm轴承端盖与安装螺母留间隙总长30mm,直径35mm高速轴带轮宽65mm,直径30图5.2高速轴简图5.2 低速轴计算5.2.1 计算轴上的力圆周力=5730径向力=2116轴向力=tan=5730tan94146”=9795.2.2 计算支反力水平支反力=2865垂直支反力=1626.6= - =4895.2.3 作弯距图，齿轮作用力集中在齿宽中心图5.3水平面弯距图M=F=141817.5垂直面弯矩图M=F=80516.7M=F=24205.5合成弯矩图B截面为危险截面截面B左M=163080.17截面B右M=143868.275.2.4 轴输出转矩 T = 659000轴频繁启动，停，单向运转，可以为扭转应力为脉动循环变化 =0.6=0.6659000=3954005.2.5 求最大当量转矩M=427710.545.2.6 强度校核=10.14 =55 mpa（安全）5.2.7 低速轴段的长度确定低轴选用深沟球型号为6006 轴承直径是30mm,宽度13mm箱体内壁与大齿轮间隙=12mm大齿轮内直径40 mm,长度60mm为固定齿轮加一个轴套长度14mm,直径30mm轴承端盖与安装螺母留间隙总长20mm直径26mm低速轴与联轴器配合再加上挡圈压在联轴器上L=52mm图5.4 低速轴结构简图第6章 联轴器的选择和计算连轴器的计算转矩T （6.1）查表工作情况系数 因前面再计算电动机