东北大学机械设计基础课程设计作业ZDD-2.doc

机械设计课程设计计算说明书*(科学出版社出版的的作业ZDD-2)*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设计题目：胶带输送机传动装置的设计工程技术学院：设计者： 指导教师： 年 月 日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：使用年限8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=900N；带速V=2.5m/s；滚筒直径D=400mm；滚筒长度L=600mm。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=0.960.9820.970.990.96=0.85(2)电机所需的工作功率：P工作=FV/1000总=10002/10000.8412=2.7KW3、确定电动机转速：计算滚筒工作转速：n筒=601000V/D=6010002.0/50=76.43r/min初定各级传动的传动比i，由课本表11-3取V带传动的初定传动比i=0.5，闭式齿轮的传动比i=3则i= I1.*I2=2.5*3=7.5计算所需电机的转速nd=I n筒=7.5*85.98=6454、确定电动机型号根据电动机的额定功率Ped=Pd及同步转速，以及工作情况查附表11-1选定电动机型号为Y132S-6。其主要性能：额定功率：3KW，满载转速960r/min，额定转矩2.0。质量63kg。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=960/85.99=11.162、分配各级传动比（1） 将中传动比分配到各级传动中，使满足 i=i1*i2. in取齿轮i齿轮=6（单级减速器i=36合理）（2） i总=i齿轮I带i带=i总/i齿轮=11.16/6=1.861四、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/minnII=nI/i带=960/1.861=515.9(r/min)nIII=nII/i齿轮=515.9/6=85.97(r/min)2、 计算各轴的功率（KW）PI=P工作=2.7KWPII=PI带=2.70.96=2.304KWPIII=PII轴承齿轮=2.5920.980.96=2.438KW3、 计算各轴扭矩（Nmm）TI=9.55106PI/nI=9.551062.4/960=23875NmmTII=9.55106PII/nII=9.551062.592/458.2=47986.1NmmTIII=9.55106PIII/nIII=9.551062.438/85.9=270763Nmm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P125表6-4且每日两班制，所以得：kA=1.2PC=KAP=1.23=3.6KW由课本P126图6-13得：选用A型V带（2） 确定带轮基准直径，并验算带速由课本图6-13得，推荐的小带轮基准直径为80100mm则取dd1=100mmdmin=80dd2=n1/n2dd1=960/458.2100=209.5mm由课本P121表6-3，取dd2=180mm实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=960100/180=533r/min转速误差为：n2-n2/n2=515.9-533/515.9=-0.0331200（适用）（5）确定带的根数根据课本P128表（6-5）P1=0.97KW根据课本P129表（6-6）P1=0.10KW根据课本P129表（6-7）K=0.98根据课本P120表（6-2）KL=0.96由课本P129式（6-20）得Z=PC/P=PC/(P1+P1)KKL=3.6/(0.97+0.1) 0.960.96=3.57(6)计算轴上压力由课本P119表6-1查得q=0.1kg/m，由式（6-21）单根V带的初拉力：F0=500PC/ZV（2.5/K-1）+qV2=5003.6/45.03(2.5/0.98-1)+0.15.032N=141.2N则作用在轴承的压力FQ，由课本P87式（5-19）FQ=2ZF0sin1/2=24141.28sin170.4/2=1126.3N2、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在，所以齿轮采用软齿面。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；根据课本P59表3-1选7级精度。 (2)按齿面接触疲劳强度设计由d1ZEZH/H H) 2kT1(i+1)/diH21/3由式（6-15）确定有关参数如下：传动比i齿=6取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=620=120实际传动比I0=120/20=6传动比误差：i-i0/I=6-6/6=0%2.5% 可用齿数比：u=i=6单级传动，齿轮相对轴承对称布置，由课本P75表3-7取模度系数d=0.9(3)转矩T1T1=9.55106P/n1=9.551062.4/515.9=49980.6Nmm(4)载荷系数工作平稳取k=1(5)许用接触应力HH= 0.87HBS+380由课本P70 ,3-4查得： H1=524.4MpaH2= 343Mpa故得：d1 ZEZH/H H) 2kT1(i+1)/diH21/3=49.68mm模数：m=d1/Z1=49.68/20=2.48mm根据课本P61表3-2取标准模数：m=2.5mm(6)校核齿根弯曲疲劳强度根据课本P132（6-48）式Flim=0.7HBS+275确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mZ1=2.520mm=50mmd2=mZ2=2.5120mm=300mm齿宽：b=dd1=0.950mm=45mm取b=45mm b1=50mm (7)许用弯曲应力FF= Flim /SFFlim1=290Mpa Flim2 =210Mpa按一般可靠度选取安全系数SF=1.25计算两轮的许用弯曲应力F1=Flim1 Yns1/SF=29020.88/1.25Mpa=408.32MpaF2=Flim2Yns2/SF =21020.9/1.25Mpa=302.4Mpa将求得的各参数代入式（6-49）F1=(2kT1/bm2)Yfa1=77.2Mpa F1F2=F1 Yns2/Yst1=11.6MpaF2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够 (8)计算齿轮传动的中心矩aa=m/2(Z1+Z2)=2.5/2(20+120)=175mm(9)计算齿轮的圆周速度VV=d1n1/601000=3.1450515.9/601000=1.3m/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根据课本P157（7-2）式，并查表7-4，取c=115d115 (2.592/515.9)1/3mm=19.7mm考虑有键槽，将直径增大5%，则d=19.7(1+5%)mm=20.69选d=22mm2、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，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，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工段：d1=22mm 长度取L1=50mmh=2c c=1.5mmII段:d2=d1+2h=22+221.5=28mmd2=28mm初选用7206c型角接触球轴承，其内径为30mm,宽度为16mm.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II段长：L2=（2+20+16+55）=93mmIII段直径d3=35mmL3=L1-L=50-2=48mm段直径d4=45mm由手册得：c=1.5 h=2c=21.5=3mmd4=d3+2h=35+23=41mm长度与右面的套筒相同，即L4=20mm但此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑，应便于轴承的拆卸，应按标准查取由手册得安装尺寸h=3.该段直径应取：（30+32）=36mm因此将段设计成阶梯形，左段直径为36mm段直径d5=30mm. 长度L5=19mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=100mm(3)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d1=50mm求转矩：已知T2=49980.6Nmm求圆周力：FtFt=2T2/d2=50021.8/50=999.612N求径向力FrFr=Fttan=999.612tan200=363.8N因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=50mm(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=182.05NFAZ=FBZ=Ft/2=500.2N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=182.0550=9.1Nm(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=500.250=25Nm(4)绘制合弯矩图（如图d）MC=(MC12+MC22)1/2=(9.12+252)1/2=26.6Nm(5)绘制扭矩图（如图e）转矩：T=9.55（P2/n2）106=48Nm(6)绘制当量弯矩图（如图f）转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化，取=1，截面C处的当量弯矩：Mec=MC2+(T)21/2=26.62+(148)21/2=54.88Nm(7)校核危险截面C的强度由式（6-3）e=Mec/0.1d33=99.6/0.1413=14.5MPa -1b=60MPa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）根据课本P157页式（7-2），表（7-4）取c=115dc(P3/n3)1/3=115(2.438/85.97)1/3=35.06mm取d=35mm2、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）确定轴的各段直径和长度初选7207c型角接球轴承，其内径为35mm，宽度为17mm。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为20mm，则该段长41mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。(3)按弯扭复合强度计算求分度圆直径：已知d2=300mm求转矩：已知T3=271Nm求圆周力Ft：根据课本P127（6-34）式得Ft=2T3/d2=2271103/300=1806.7N求径向力Fr根据课本P127（6-35）式得Fr=Fttan=1806.70.36379=657.2N两轴承对称LA=LB=49mm(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=657.2/2=328.6NFAZ=FBZ=Ft/2=1806.7/2=903.35N(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=328.649=16.1Nm(3)截面C在水平面弯矩为MC2=FAZL/2=903.3549=44.26Nm(4)计算合成弯矩MC=（MC12+MC22）1/2=（16.12+44.262）1/2=47.1Nm(5)计算当量弯矩：根据课本P235得=1Mec=MC2+(T)21/2=47.12+(1271)21/2=275.06Nm(6)校核危险截面C的强度由式（10-3）e=Mec/（0.1d）=275.06/(0.1453)=1.36Mpa-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1636510=58400小时1、计算输入轴承（1）已知n=458.2r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N初先两轴承为角接触球轴承7206AC型根据课本P185（8-9）得轴承内部轴向力FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N(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=315.1N FA2=FS2=315.1N(3)求系数x、yFA1/FR1=315.1N/500.2N=0.63FA2/FR2=315.1N/500.2N=0.63根据课本P184表（8-8）得e=0.68FA1/FR1e x1=1 FA2/FR248720h预期寿命足够2、计算输出轴承(1)已知n=76.4r/minFa=0 FR=FAZ=903.35N试选7207AC型角接触球轴承根据课本P185表（8-9）得FS=0.063FR,则FS1=FS2=0.63FR=0.63903.35=569.1N(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=569.1N(3)求系数x、yFA1/FR1=569.1/903.35=0.63FA2/FR2=569.1/930.35=0.63根据课本P184表（8-8）得：e=0.68FA1/FR1e x1=1y1=0FA2/FR248720h此轴承合格F=900NV=2.5m/sD=400mmL=600mmn滚筒=85.99r/min总=0.8412P工作=2.7KW电动机型号Y132S-6i总=11.16据手册得i齿轮=6i带=1.861nI =960r/minnII=515.9r/minnIII=85.97r/minPI=2.7KWPII=2.592KWPIII=2.438KWTI=23875NmmTII=47986.1NmmTIII=270763Nmmdd2=186.1mm取标准值dd2=180mmn2=533r/minV=5.03m/s196mma0560mm取a0=500Ld=1400mma0=479mmZ=4根F0=158.01NFQ =1256.7Ni齿=6Z1=20Z2=120u=6T1=49980.6NmmH1=524.4MpaH2=343MpaZE=189.8(Mpa) 1/2ZH=2.5d1=49.68mmm=2.5mmd1=50mmd2=300mmb=45mmb1=50mmFlim1=290Mp