机械设计课程设计计算说明书正式版.doc

机械设计基础课程设计计算说明书完成时间 _ 2010年7 月8 日 学 号 02080506设 计 者 _ 石 洪 波班 级 _ 建环08-1班学 院 _力学与建筑工程学院 设计题目 _带式输送机传动装置设计_指导老师 _ 李 中 凯机械设计基础课程设计计算说明书一、传动方案拟定二、电动机的选择三、计算总传动比及分配各级的传动比四、运动参数及动力参数计算五、传动零件的设计计算六、轴的设计计算七、滚动轴承的选择及校核计算八、键联接的选择及计算九、箱体及附件设计十、设计小结计算过程及计算说明第一章 设计任务书 所选数据编号：31.1 相关数据要求 1 、输送带拉力（kN）5.5 、输送带速度（m/s）1.45、滚筒直径（mm）2601.2 机械设计课程的内容计算及设计工作：1、 电机选择2、 运动和动力参数计算3、 传动、轴系零件设计（带传动计算、齿轮强度计算、轴强度计算、轴承寿命计算、键强度计算）4、 选择联接件、密封、润滑5、 箱体结构设计6、 装配图、零件图绘制7、 绘图工作 减速器装配图1张（A1图纸）； 零件图2张（A3图纸，高速轴，低速大齿轮） 设计计算说明书1份，（20页）一、传动方案拟定设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动（1）工作条件：使用年限10年，工作为二班工作制，载荷平稳，环境清洁。（2）原始数据：滚筒圆周力F=5500N；带速v=1.45m/s；滚筒直径D=260mm。二、电动机选择1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机2、电动机功率选择：（1）传动装置的总效率： =0.960.9820.970.990.96=0.85（2）电机所需的工作功率：=(55001.45)/(10000.85)=9.38kW3、确定电动机转速：计算滚筒工作转速：=(6010001.45)/(260)=138r/min4、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y160L-6。其主要性能：额定功率：11KW，满载转速970r/min，额定转矩2.0。三、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比： i总=n电动/n筒=970/107=9.072、分配各级传动比（1） 取齿轮i齿轮=3（单级减速器i=36合理）（2） i总=i齿轮i带i带=i总/i齿轮=9.07/3=3.02四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）nI=n电机=970 r/minnII=nI/i带=970/3.02=321.19 r/minnIII=nII/i齿轮=321.19/3=107 r/min2、 计算各轴的功率（kW）PI=P工作=9.38 kWPII=PI带=9.380.96=9.0048 kWPIII=PII轴承2齿轮= 9.00480.9820.96 =8.30 kW3、 计算各轴扭矩（Nm）TI=9.55103PI/nI=9.551039.38/970=92.349 NmTII=9.55103PII/nII=9.551039.0048/321.19 =267.74 NmTIII=9.55103PIII/nIII=9.551038.30/107 =740.79 Nm五、传动零件的设计计算1、皮带轮传动的设计计算 （1）求计算功率由教材P218表13-8得：工作情况系数kA=1.2PC=kAP=1.211=13.2 kW（2）选择V带型号由教材P219图13-15得：选用B型V带（3）确定带轮基准直径由教材P219，表13-9知，小带轮基准直径应大于等于125mm 则取dd1=160mm dmin=125mm dd2 = (n1/n2)(1-)dd1 = (970/321.19)160(1-0.02)=473.54 mm由教材P219表13-9，取dd2=475mm 实际从动轮转速n2=(1-)n1dd1/dd2= 970160(1-0.02)/475=320.20 r/min转速误差为：(n2- n2)/n2=(321.19-320.20)/321.19 =0.003120 （适用）（7）确定V带的根数根据教材P214表（13-3），P0=2.66 kW根据课本P216表（13-5），P0=0.3 kW根据课本P217表（13-7），K=0.95根据课本P212表（13-2），KL=1.05由课本P218式（13-15）得z = PC/P=PC/(P0+P0) KKL) =13.2/(2.66+0.3) 0.951.05 = 4.47 所以取z = 5根（8）计算轴上压力由教材P212表13-1查得q=0.17kg/m，由式（13-17）单根V带的初拉力：F0=(500PC/zv)(2.5/K-1)+qv2=50013.2/(58.12)(2.5/0.95-1)+0.178.122 =276.44N则作用在轴承的压力FQ，由教材P222，得FQ=2zF0sin(1/2)=25276.44sin(159.63 /2)=2720.84N2、齿轮传动的设计计算 （1）选择材料及确定需用应力考虑减速器传递功率和闭式传动方式，齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240260HBS。大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度220HBS。H= Hlim/SH，由教材P166表11-1查得：Hlimz1=700Mpa Hlimz2=600Mpa通用齿轮和一般工业齿轮，按一般较高可靠度要求选取安全系数，SH=1.25，SF=1.6H1=Hlim1/SH=700/1.25 Mpa=560 MpaH2=Hlim2/SH=600/1.25 Mpa=480 Mpa（2）按齿面接触疲劳强度设计根据教材P168表11-2选7级精度。齿面精糙度Ra1.63.2m。由教材P169表11-3，取载荷系数k=1；小齿轮上的转矩T1T1 =9.55106P/n2=9.551069.38/321.19 =278897.2259 Nmm由，确定有关参数如下：传动比i齿=3取小齿轮齿数z1=20。则大齿轮齿数：z2=iz1=320=60 实际传动比i0=60/20=3传动比误差：i-i0/i=3-3/3=0%2.5% 可用齿数比：u=i0=3由教材P175表11-6取=0.9弹性系数ZE=188.9故得：d176.43(kT1(u+1)/ uH2)1/3=76.431278897.2259(3+1)/(0.934802)1/3mm=92.83 mm模数：m=d1/z1=92.83/20=4.6415mm根据教材P57表4-1取标准模数：m=5mm确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mz1=520mm=100mmd2=mz2=560mm=300mm齿宽：b=d1=0.9100mm=90mm取b2=90mm(大齿轮齿宽) b1=95mm(小齿轮齿宽)(9)计算齿轮传动的中心矩aa=m/2(Z1+Z2)=5/2(20+60)=200mm（3）校核齿根弯曲疲劳强度根据教材P172（11-5）式F=(2kT1/bm2z1)YFaYSaH齿形系数YFa和应力修正系数YSa根据齿数z1=20，z2=60根据教材P174表11-8、11-9相得YFa1=2.94 YSa1=1.56YFa2=2.32 YSa2=1.72则许用弯曲应力F，根据教材P173式F= Flim YSTYNT/SF由教材P166表11-1查得Flim1=450Mpa Flim2 =600Mpa按一般可靠度选取安全系数SF=1.6 计算两轮的许用弯曲应力F1=FE1/SF=450/1.6Mpa=281.25MpF2=FE2 /SF =600/1.6Mpa=375Mpa将求得的各参数代入教材P172式(11-5)F1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1=(21278897.2259/905220) 2.941.56Mpa=56.85Mpa F1F2=(2kT1/bm2Z2)YFa2YSa2=(21278897.2259/955260) 2.321.72Mpa=15.62Mpa F2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够（4）计算齿轮的圆周速度vv=d1n1/601000=3.14100321.19/601000=1.68m/s六、轴的设计计算 输入轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调质，硬度217255HBS根据教材P245（14-2）式dC(P/n)1/3，并查表14-2，取C=110d110 (9.0048/321.19)1/3mm=33.42mm考虑有键槽，将直径增大5%，则d=33.42(1+5%)mm=35.09mm选d=35mm2、轴的结构设计 （1）轴上零件的定位，固定和装配 单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮右面由轴肩定位，左面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和套筒定位，则采用过渡配合固定 （2）确定轴各段直径和长度1段：d1=35mm 长度取L1=54mm2段：d2=45mm 长度取L2 =57mm3段：初选用7210C型角接触球轴承，其内径为50mm,宽度为24mm；取套筒长为28mmd3=50mm L3=24+28=52mm4段：d4=60mm L4= 48mm5段: h=0.14 d1 +5=0.1435+5=10mm d5 = d4 +2h=60+20=80mm L5 =1.4h=1.410=14mm6段：d6 =52mm L6 =14mm7段：d7 =50mm L7 =24mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=128mm (3)按弯矩复合强度计算小齿轮:求分度圆直径：已知d1=100mm求转矩：已知T2=278897.2259Nmm求圆周力：Ft根据教材P248式得Ft=2T2/d1=278897.22592/100=5577.94N求径向力FrFr=Fttan=5577.94tan200=2030.20N因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=64mm (1)绘制轴受力简图（如图a） （2）绘制垂直面弯矩图（如图b）轴承支反力：FAY=FBY= Fr /2=1015.10NFAZ=FBZ= Ft /2=2788.97N由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为MC1=FAyL/2=1015.1064=64.992Nm (3)绘制水平面弯矩图（如图c）截面C在水平面上弯矩为：MC2=FAZL/2=2788.9764=178.494Nm (4)绘制合弯矩图（如图d）MC=(MC12+MC22)1/2=(64.9922+178.4942)1/2=189.96Nm (5)绘制扭矩图（如图e）转矩：T=9.55（P2/n2）106=267.74Nm (6)绘制当量弯矩图（如图f）转矩产生的扭切引力按应力脉动循环变化，取=1，截面C处的当量弯矩：Mec=MC2+(T)21/2=189.962+(1267.74)21/2=328.28Nm (7)校核危险截面C的强度由教材P245式（14-5）e=Mec/0.1d43=328.28103/0.1603=15.20MPa -1b=80MPa该轴强度足够。 输出轴的设计计算1、 按扭矩初算轴径选用45#调质钢，硬度（217255HBS）根据教材P245页式（14-2），表（14-2）取C=110dC(P3/n3)1/3=110(8.30/107)1/3=46.9mm取d=50mm2、轴的结构设计 （1）轴的零件定位，固定和装配 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。 （2）确定轴各段直径和长度1段：d1=50mm 长度取L1=54mm2段：d2=60mm 长度取L2 =57mm3段：初选用7013C型角接触球轴承，其内径为65mm,宽度为24mm；取套筒长为28mmd3=65mm L3=24+28=52mm4段：d4=75mm L4= 48mm5段: h=0.14 d1 +5=0.1435+5=10mm d5 = d4 +2h=60+20=95mm L5 =1.4h=1.410=14mm6段：d6 =67mm L6 =14mm7段：d7 =65mm L7 =24mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=128mm (3)按弯矩复合强度计算大齿轮:求分度圆直径：已知d2=300mm求转矩：已知T3=740.79Nm求圆周力Ft：Ft=2T3/d2=2740.79103/300=4938.6N求径向力Fr Fr=Fttan=4938.6tan20=1797.50N两轴承对称LA=LB=64mm(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAY=FBY=Fr/2=1797.50/2=898.75NFAZ=FBZ=Ft/2=4938.6/2=2469.3N (2)由两边对称，书籍截C的弯矩也对称截面C在垂直面弯矩为MC1=FAYL/2=898.7564=57.52Nm (3)截面C在水平面弯矩为MC2=FAZL/2=2469.364=158.04Nm (4)计算合成弯矩MC=（MC12+MC22）1/2 =（57.522+158.042）1/2 =168.18Nm (5)计算当量弯矩：根据教材P235得=1Mec=MC2+(T)21/2=168.182+(1740.79)21/2 =759.64Nm (6)校核危险截面C的强度由式（10-3）e=Mec/（0.1 d4）=759.64103/(0.1753)=18Mpa-1b=60Mpa此轴强度足够七、滚动轴承的选择及校核计算根据根据条件，轴承预计寿命1036016=57600小时1、计算输入轴承 （1）已知n2=321.19r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=2788.97N初先两轴承为角接触球轴承7210C型根据课本P281（16-12）得轴承内部轴向力FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=1757.05N (2) FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端FA1=FS1=1757.05N FA2=FS2=1757.05N (3)求系数x、yFA1/FR1=1757.05N/2788.97N =0.63FA2/FR2=1757.05N/2788.97N =0.63根据课本P280表（16-11）得e=0.68FA1/FR1e x1=1 FA2/FR257600h预期寿命足够2、计算输出轴承 (1)已知n3=107r/min Fa=0 FR=FAZ=2469.3N试选7013C型角接触球轴承根据教材P281表（16-12）得FS=0.63FR,则FS1=FS2=0.63FR=0.632469.3=1555.66N (2)计算轴向载荷FA1、FA2FS1+Fa=FS2 Fa=0任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端两轴承轴向载荷：FA1=FA2=FS1=1555.66N (3)求系数x、yFA1/FR1=1555.66/2469.3=0.63FA2/FR2=1555.66/2469.3=0.63根据课本P280表（16-11）得：e=0.68FA1/FR1e x1=1 y1=0FA2/FR257600h此轴承合格八、键联接的选择及校核计算1、输入轴与带轮联接采用平键联接输入轴轴径d1=35mm,L1=54mm查手册得，选用C型平键，得：b=10 键108 GB1096-79 l=45mmT2=267.74Nm h=8mm根据教材P158（10-26）式得p=4T2/dhl=4267740/(35845) =84.997MpaR(110Mpa)2、输入轴与齿轮联接采用平键联接轴径d4=60mm L4=48mm T=267.74Nm查手册 选A型平键键1811 GB1096-79l=32mm h=11mmp=4T/dhl=4267740/(601132) =50.71Mpap(110Mpa)3、输出轴与齿轮2联接用平键联接轴径d4=75mm L4=48mm T=740.79Nm查手册 选用A型平键键2012 GB1096-79l=40mm h=12mm据课本P243式（10-5）得p=4T/dhl=4740790/(751240)=82.31Mpa1.2 mm 取14mm。箱盖、箱座肋厚m1=6mm，m2=6mm。轴承离连接螺栓距离s=44.78mm。毡圈油封高速轴取d=50，D=90，杆载油标选12。D1=16，d3=6，h=28，d2=12，a=10。圆锥销选GB119-86，A83。减速器附件的选择通气器由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M181.5起吊装置润滑与密封一、 齿轮的润滑采用浸油润滑，由于低速级周向速度为，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为50mm。二、 滚动轴承的润滑由于轴承周向速度为1.2ms，所以适合用油脂润滑，挡油圈密封。三、 润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。四、 密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定十、设计小结本次设计时间从2010年6月26日到7月10日，历时两周。在这十四天的时间里，我们需要完成一份二十多页的设计说明书和三张大图。刚开始的时候，几乎都一头雾水，认为它高不可攀。但是，在老师不耐其烦的答疑下，我们由生疏到熟悉，一步一步的完成了任务。看来，任何事情都要经历过了才知道它到底是什么情况。虽然，由于有几门考试要准备而使得时间有些紧的缘故，让这次设计存在许多缺点，比如说箱体结构庞大，重量也很大，齿轮和轴的计算不够精确等等。但是，我认为还是很成功的，因为，我们尽心了，尽力了。我相信，通过这次的课程设计，定能够给我们的将来留下经验。因此，我认为这是值得的。参考资料目录1机械课程设计简明手册，化学工业出版社，骆素君主编，2006年8月第一版；2机械设计基础（教材），高等教育出版社，杨可桢主编，2006年5月第五版； 3机械设计与理论，科学出版社，李柱国主编，2003年8月第一版4机械设计课程上机与设计，高等教育出版社，程志红主编，2006年10月第一版F=5500Nv=1.45m/sD=260mmn滚筒=107r/min总=0.85P工作=9.38kW电动机型号Y160L-6i总=9.07据手册得i齿轮=3i带=3.02nI =970r/minnII=321.19r/minnIII=107r/minPI=9.38 kWPII=9.0048 kWPIII=8.30 kWTI=92.349 NmTII=267.74 NmTIII=740.79 Nmdd1=160mmdd2=473.54mm取标准值dd2=475mmn2=320.20r/minv=8.122m/s444.5a01270取a0=800 mmLd=2800mma=886mmz=5根F0=276.44NFQ =2720.84NHlimZ1=700MpaHlimZ2=600MpaH1=560MpaH2=480MpaT1=278.897Nmi齿=3z1=20z2=