机械设计课程设计计算说明书.doc

1机械设计课程设计计算说明书 一、传动方案拟定.2 二、电动机的选择.2 三、计算总传动比及分配各级的传动比.4 四、运动参数及动力参数计算.5 五、传动零件的设计计算.6 六、轴的设计计算.12 七、滚动轴承的选择及校核计算.19 八、键联接的选择及计算.22 设计题目：V带单级圆柱减速器 第五组 计算过程及计算说明 一、传动方案拟定 第三组：设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动 （1） 工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载启动，使用年限8年，大批量生产，工作为二班工作制，运输带速允许误差正负5。 （2） 原始数据：工作拉力F=2500N；带速V=1.50m/s； 滚筒直径D=400mm。 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）传动装置的总功率： 总=带2轴承齿轮联轴器滚筒 =0.950.9820.970.990.980.96 =0.82 (2)电机所需的工作功率： P工作=FV/1000总 =25001.50/10000.82 =4.57KW 3、确定电动机转速： 计算滚筒工作转速： n筒=60000V/D =600001.50/400 =71.7r/min 按书P21表34推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围Ia=35。取V带传动比I1=24，则总传动比理时范围为Ia=620。故电动机转速的可选范围为n筒=（620）71.7=4301433.3r/min 符合这一范围的同步转速有750、1000、1500r/min。 根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号：因此有三种传支比方案：综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第2方案比较适合，则选n=1000r/min 。 4、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Y132M2-6。 其主要性能：额定功率：5.5KW，满载转速960r/min，额定转矩2.0。 三、计算总传动比及分配各级的伟动比 1、总传动比：i总=n电动/n筒=960/71.7=13.4 2、分配各级传动比 （1） 据指导书，取齿轮i齿轮=5（单级减速器i=35合理） （2） i总=i齿轮I带 i带=i总/i齿轮=13.4/5=2.68 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=960r/min nII=nI/i带=960/2.68=358(r/min) nIII=nII/i齿轮=358/5=71.6(r/min) 2、 计算各轴的功率（KW） PI=P工作=4.57KW PII=PI带=4.570.96=4.4KW PIII=PII轴承齿轮=4.40.980.96 =4.14KW 3、 计算各轴扭矩（Nm） TI=9.55PI/nI=9.554.570.99/960 =45Nm TII=9.55PII/nII =9.554.570.990.990.95/358 =113.5Nm TIII=9.55PIII/nIII=9.554.2/71.6 =567.5Nm 五、传动零件的设计计算 1、 皮带轮传动的设计计算 （1） 选择普通V带截型由课本表得：kA=1.2 Pd=KAP=1.24.57=5.484KW 由课本得：选用A型V带 （2） 确定带轮基准直径，并验算带速 由课本得，推荐的小带轮基准直径为 112140mm 则取dd1=140mm dd2=n1/n2dd1=（960/358）140=375.2mm 由课本P202表11-8，取dd2=375mm 实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=960140/375 =358.4r/min 转速误差为：n2-n2/n2=358358.4/358 =-0.0011200（适用） （5）确定带的根数 根据课本(11-4) P0=1.62KW 根据课本(11-5) P0=0.11KW 根据课本(11-6）K=0.98 根据课本（7-23）KL=1.09 由课本式（7-23）得 Z= Pd/(P0+P0)KKL =4.57/(1.62+0.11) 0.981.09 =2.5（根）取整数为3根。 (6)计算轴上压力 由课本查得q=0.1kg/m，由式（11-20）单根V带的初拉力： F0=500Pd/ZV（2.5/K-1）+qV2 =5004.57/37.03(2.5/0.98-1)+0.17.032 =124N 则V带对轴的压力Q Q=2ZF0sin1/2=23124sin173.550/2 =743N 2、齿轮传动的设计计算 （1）选择齿轮材料及精度等级 考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度取为270HBS。大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度230HBS；根据课本选7级精度。齿面精糙度Ra1.63.2m (2)按齿面接触疲劳强度设计 由d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3 确定有关参数如下：传动比i齿=5 取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数： Z2=iZ1=520=100 实际传动比I0=100/20=5 传动比误差：i-i0/I=5-5/5=0%2.5% 可用 齿数比：u=i0=5 由课本取d=1 (3)转矩T1 T1=9550P/n1=95504.57/960 =45.5Nm (4)载荷系数k 由课本取k=1 (5)许用接触应力H H= HlimZNT/SH由课本查得： Hlim1=713Mpa Hlim2=568.4Mpa 由课本查得接触疲劳的寿命系数： ZNT1=0.92 ZNT2=0.98 通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0 H1=Hlim1ZNT1/SH=7130.92/1.0Mpa =655.96 H2=Hlim2ZNT2/SH=568.40.98/1.0Mpa =557.032故得： d1 (kT1(3.54ZE)2(u+1) /duH2)1/3 = (3.54188.9)245.51.2(5+1)/15(568.4)21/3 =44.9mm 模数：m=d1/Z1=44.9/20=2.25mm 根据课本表5-2取标准模数：m=2.5mm (6)校核齿根弯曲疲劳强度 根据课本式 F=(2kT1/bm d 1)YF1YS1H 确定有关参数和系数 分度圆直径：d1=mZ1=2.520=50mm d2=mZ2=2.5100mm=250mm 齿宽：b2=dd1=144.9mm=44.9mm 取b2=45mm b1=50mm (7)齿形系数YF1和应力修正系数YS1 根据齿数Z1=20,Z2=100由表相得 YFa1=2.80 YSa1=1.55 YFa2=2.14 YSa2=1.83 (8)许用弯曲应力F 根据课本P84（5-38）式： F= Flim /SF 由课本查得： Flim1=240+0.4(HBS-200) =268MpaFlim2=190+0.2(HBS-135)=209 按一般可靠度选取安全系数SF=1.0 计算两轮的许用弯曲应力 F1=Flim1 /SF=268/1.0Mpa =268Mpa F2=Flim2 /SF =209/1.0Mpa =209Mpa 将求得的各参数代入式（6-49） F1=(2kT1/bm d 1)YF1YS1 =(2145.5/502.550) 2.801.55Mpa =63.2Mpa F1 F2=(2kT1/bmd2)YFa1YSa1 =(2145.5/452.5250) 2.141.83Mpa =12.7Mpa F2 故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够 (9)计算齿轮传动的中心矩a a=m/2(Z1+Z2)=2.5/2(20+100)=150mm (10)计算齿轮的圆周速度V V=d1n1/601000=3.1450960/601000 =2.512m/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40Cr调质钢，硬度（241286HBS） 根据课本取c=110 dc(PII/nII)1/3=110(4.4/358)1/3=25.4mm 取d=28mm 2、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（2）确定轴各段直径和长度I段：d1=28mm 长度取L1=40mmh=2c c=1.5mmII段:d2=d1+2h=28+221.5=34mmd2=35mm初选用7207C型角接触球轴承，其内径为35mm,宽度为17mm. 考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取该段长为38mm. L2=38-17-L3=38-17-2=19mmd3=d2+2h=35+6=41mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=126mm(3)按弯扭复合强度计算求分度圆直径：已知d1=250mm 求转矩：已知T1=117.4N.m 求圆周力Ft：根据课本式得 Ft=2T1/d1=2117.4/250=939.2N 求径向力式得 Fr=Fttan=939.20.36379=342N 两轴承对称 LA=LB=62mm (1)求支反力FAY、FBY、FAZ、FBZ FAX=FBY=Fr/2=342/2=171N FAZ=FBZ=Ft/2=939.2/2=469.6N (2)由两边对称，截C的弯矩也对称 截面C在垂直面弯矩为 MC1=FAY L/2= 17162/2 =5.3Nm (3)截面C在水平面弯矩为 MC2=FAZL/2=469.662/2 =14.6Nm (4)计算合成弯矩 MC=（MC12+MC22）1/2 =（5.32+14.62）1/2 =15.5Nm (5)计算当量弯矩：根据课本得=0.6 Mec=MC2+(T)21/2=15.52+(0.6117.4)21/2 =72.1Nm (6)校核危险截面C的强度 d=(MC/0.10.1b-1)1/3 =12.5mm28mm 此轴强度足够 输出轴的设计计算 1、按扭矩初算轴径 选用45#调质，硬度217255HBS根据轴的材料和热处理方法，并确定轴材料的许用应用b-1 =55MPa b=600MPa 根据课本并查表，取C=110 d110 (4.14/71.6)1/3=42.5mm 考虑有键槽，将直径增大5%，则 d=42.5(1+5%) =44.6mmTc=KT=1.595504.14/71.6=828.3N.m 选d=45mm 2、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大筒定位，则采用过渡配合固定（2）确定轴各段直径和长度 I段：d1=45mm 长度取L1=82mm h=2c c=1.5mm II段:d2=d1+2h=45+221.5=51mm d2=51mmd3=d7=55 初选用7211C型角接触球轴承，其内径为55mm, 宽度为21mm. 考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm.安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm故 L4=43mm(轮毂宽度B2=45mm,L4比B2小13mm)d4=60mm 由手册得：c=1.5 h=2c=21.5=3mm d5=d4+2h=60+23=66mmL5=8L7=22mm(轴承宽度为B3=21mm，挡油环厚为1mm)根据减速器结构设计要求，初步确定q2=1015,l2=510mmL6=q2+l2-L5=(1015)+( 510)-8=11mmL3=B3+l2+q2+(13mm)=21 + (1015)+ (13mm)=45mmL2=60mm(根据减速器箱体结构等尺寸初步确定为5565)两轴承之间的跨距L=B3+2l2+2q2+B2=21+2(510)+2(1015)+45 =100mm (3)按弯矩复合强度计算 求分度圆直径：已知d1=40mm 求转矩：已知T2=552.2Nm 求圆周力：Ft 根据课本式得Ft=2T2/d=2552.2/60=18.4KN求径向力Fr 根据课本式得 Fr=Fttan=18.4tan200=6.7KN(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： RH1 =50Fr/100=506.7/100=3.35KN RH2=Fr-RH1=6.7-3.35=3.35KN Rv1=Rv2=Ft/2=18.4/2=9.2KN截面1在水平面弯矩为 MC1= RH150=3.3550=167.5Nm (3)绘制铅垂面弯矩图(如图c),截面1在铅垂面上弯矩为： MC2= 50Rv1=9.250=460Nm (4)绘制合弯矩图(d) MC=(MC12+MC22)1/2=(167.52+4602)1/2=489.5Nm (5)绘制扭矩图（如图e） 转矩：T=9.55（P2/n2）106=552.2Nm (6)绘制当量弯矩图(如图f) 单向转动，切应力按脉动循环变化，取=0.6，截面1处的当量弯矩： Me1=MC2+(T)21/2 =489.52+(0.6552.2)21/2=591Nm (7)校核危险截面1的强度(如图g) Me1=489.5N.m d1(Me1/0.1b-1)1/3 = 44.6mm55mm 该轴强度足够。校核危险截面2的强度(如图h)Me2=aT=0.6552.2=331.32N.md2(Me2/0.1b-1)1/3=39.2mm 45mm 该轴强度足够。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 163658=46720小时 1、计算输入轴承 （1）已知n=358r/min 两轴承径向反力：FR1=FR2=171N 初先两轴承为角接触球轴承7207C型 根据课本得轴承内部轴向力 FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=107.73N (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=107.73N FA2=FS2=107.73N (3)求系数x、y FA1/FR1=107.73N/171N=0.63 FA2/FR2=107.73N/171N=0.63 根据课本得e=0.68 FA1/FR1e x1=1 FA2/FR2e x2=1 y1=0 y2=0 (4)计算当量载荷P1、P2 根据课本式得 P1= (x1FR1+y1FA1)= (1171+0)=171N P2= (x2FR1+y2FA2)= (1171+0)=171N (5)轴承寿命计算 P1=P2 故取P=171N 角接触球轴承=3 根据手册得7207C型的Cr=23500N ft=0.95 fp=1.2 由课本式得 LH=16667/n(ftCr/fpP) =16667/358(0.9523500/1711.2)3 =59953803h 2、计算输出轴承 (1)已知n=71.6r/min Fa=0 FR=Rv1=9.2KN 试选7207AC型角接触球轴承 根据课本得FS=0.063FR,则 FS1=FS2=0.63FR=0.639200=5796N (2)计算轴向载荷FA1、FA2 FS1+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=5796N (3)求系数x、y FA1/FR1=5796/9200=0.63 FA2/FR2=57961/9200=0.63 根据课本得：e=0.68 FA1/FR1e x1=1 y1=0 FA2/FR2e x2=1 y2=0 (4)计算当量动载荷P1、P2 取fP=1.2 P1= (x1FR1+y1FA1)= (19200)=9200N P2= (x2FR2+y2FA2)= (19200)