机械设计任务书1

机 械 设 计 设计者 林东 指导教师 丁时锋1 计算及说明计算及说明结果结果 任任 务务 书书 1 设计题目设计题目 设计用于带式动输机的单级圆柱直齿减速器 如图 1 连续单向 运转 载荷平稳 空载起动 使用期限 10 年 小批量生产 两班制工作 运输速度允许误差为 5 2 设计数据 设计数据 带工作拉力 F N 带速度 V m s 卷筒直径 D mm 7101 4250 3 设计要求 设计要求 1 图纸要求 减速器装配图 A1 零件工作图两张 A3 传动零件 轴 2 设计说明书 1 份 机 械 设 计 设计者 林东 指导教师 丁时锋2 计算及说明计算及说明结果结果 第一章第一章 电动机的选择电动机的选择 1 电动机类型和结构类型的选择电动机类型和结构类型的选择 按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 选择电动机功率选择电动机功率 由任务书可得 运输机为长期连续运转 载荷不变可变化很少的 所 以电动机的额定功率稍大于电动机工作功率 这样电动机在工作时wPdP 就有会过热 工作机所需的电动机输出功率为 w d P P wP 1000w F dP 1000w F 由电动机至工作机之间的总效率为 1234356w 其中分别为电动机联轴器 带传动 齿轮传动123456 轴承 齿轮传动 卷筒联轴器 卷筒轴的轴承 为卷筒效率 其分别取 1 0 982 0 963 0 9974 0 975 0 996 0 98 0 96 代入数据得 1234356w d 710 1 4 PW 10001000 0 83w F 3 确定电动机的型号 确定电动机的型号 卷筒的工作转速为 60 100060 1000 1 4 107 00 250 w v nr mi n D 由推荐的合理传动比的范围 V 带的传动比单级齿轮传动比 1 24 i 则电动机的转速范围 2 35620ii 则合理的传动比的范围为 为 620 107 00 w d ni nr mi n 6242140 d nr mi n 电动机功率计 算公式和有关数据 的皆引自 机械设 计基础课程设计指 导书 第二版 6 8 页 带工作拉力 F 710N 带速度 V1 4m s 总效率 0 83w 电动机的功率 1 2KWdP 公式引自于 机械 设计基础课程设计 指导书 8 9 页 107 00wn 624 00 d n 2140r min 机 械 设 计 设计者 林东 指导教师 丁时锋3 计算及说明计算及说明结果结果 查表可得 符合这一范围的同步转速有 750 r min 1000 r min 1500 r min 这三种电动机的型号 其技术参数的比较情况见下表 额定功率电动机转速 r min 方案电动机型号 kwedP 同步转速满载转速 1 Y132S 8 2 2750710 2 Y100L 6 1 51000940 3 Y90L 4 1 515001400 综合考虑电动机和传动装置的尺寸 重量以及带传动 比较三个方案 可知 方案 1 电动机转速低 外廓尺寸及重量较大 价格较高 且额定功 率大 耗能大 电动机转速低导致传动装置尺寸较大 方案 2 电动机转速 也较低 方案 3 比较适中 因此选定 3 号方案 电动机型号为 Y90L 4 额定功率 1 5KW 满载转速 1400 r min 总传动比适中 传动装edPmn 置结构较紧凑 其主要外形如下图 其外形尺寸和安装尺寸如下表所示 单位 mm ABCDEFG 141255624 0 009 0 004 50820 HKABACADHDBBL 9010180175155190155335 电动机型号 技术 参数引用于 机械 设计基础课程设计 指导书 119 120 页 选用 Y100L 6 型电 动机 电动机尺寸数据来 自 机械设计基础 课程设计指导书 121 页 机 械 设 计 设计者 林东 指导教师 丁时锋4 计算及说明计算及说明结果结果 第二章第二章 分配传动比 传动装置的运动和动力参数分配传动比 传动装置的运动和动力参数 1 总传动比和分配传动比 总传动比和分配传动比 由选定的电动机的满载转速和工作机主轴的转速 可得传动装mnwn 置的总传动比为 12 1400 13 08 107 00 m w n iii n 分别为带传动比和齿轮传动比 根据各级传动比的推荐值可得 1 2i i 121 2 13 08 3 74 3 5 i iiii i 取值为 3 5 则为 3 35 2i1i 2 计算传动装置的运动和动参数 计算传动装置的运动和动参数 1 各轴转速 0 101 1400 373 33 3 74 1400 107 00 13 08 107 00 I I II II m m w n nr mi n i nn nr mi n iii nnr mi n 轴 轴 卷筒轴 式中 为电动机的满载转速 分别为 I II 轴和卷筒轴mnIIIwnnn 的转速 为带传动和齿轮传动的传动比 01ii 2 各轴的输入功率 12 34 35 0 98 0 980 9604 0 98 0 970 9506 0 97 0 980 9506 1 20 0 96041 152 I II III IIKW II Id轴PP 轴1 20 0 9604 0 95061 10 1 20 0 9604 0 9506 0 95061 04 IIIII IIIIIIIII KW KW I II I I II I d d PPP 卷筒轴PPP 式中 为电动机的输出功率 分别为 I II 轴和卷筒轴的dPIIIIIIPPP 输入的功率 分别为电动机与 I 轴 I 轴与 II 轴 II 轴与卷筒IIIIII 间的效率 公式来自 机械设 计基础课程设计指 导书 11 页 1 2 3 74 3 5 i i 公式来自 机械设 计基础课程设计指 导书 12 页 373 33 107 00 104 00 I II w nr mi n nr mi n nr mi n 公式来自 机械设 计基础课程设计指 导书 12 页 0 9604 0 9506 0 9506 1 152 1 10 1 04 I II III KW KW KW I I I I I I P P P 机 械 设 计 设计者 林东 指导教师 丁时锋5 计算及说明计算及说明结果结果 3 各轴的输入转矩 0 1 1 20 95508 19 1400 8 19 3 74 0 960429 50 29 50 3 0 950697 15 98 034 0 950694 25 I II III d m P N m n IiN m IIiN m N m I I II I I II I d d 电动机 T9550 轴 TT 轴 TT 卷筒轴 TT 式中 为电动机轴的输出转矩 分别为 I II 轴和卷筒轴的输dTI I I I I IT T T 入转矩 运动和动力参数的计算结果于下表 轴名轴名 参数参数 电动机轴电动机轴I 轴轴II 轴轴卷筒轴卷筒轴 转速转速 n r min 输入功率输入功率 P KW 输入转矩输入转矩 T N m N m 1400 1 20 8 13 373 331 1 152 29 50 107 00 1 10 97 15 107 00 1 04 94 25 传动比传动比 i 效率效率 3 74 0 9604 3 5 0 9506 1 0 9506 公式来自 机械设 计基础课程设计指 导书 12 页 8 19 29 50 97 15 94 25 N m N m N m N m I I I I I I dT T T T 计算及说明计算及说明结果结果 机 械 设 计 设计者 林东 指导教师 丁时锋9 第三章 传动零件的设计与计算 1 1 带的设计带的设计 a 带的选择和计算 根据任务书的提供的要求 带传动可以选择为 V 带传动 1 确定计算功率 由参考书可查得 1 2 则AK 1 2 1 51 8cAPKPKWKW 2 选取带的型号 根据 由参考书可查得选取 Z 型普通1 8cPkw 1400 wnr mi n V 带 3 确定带轮基准直径12dddd 根据查参考书可选取 1171 7150dddmi ndmmdmmdmm 且 大带轮基准直径为 1 21 2 1400 71266 25 373 33 dd n ddmmmm n 查参考书可选取标准值 则实际传动比 从动轮的实2265ddmm i 转速分别为 2 1 1 265 3 73 71 d d d i d 21 1400 3 73375 34 nnir mi n 从动轮的转速误差率为 375 34373 33 100 0 54 373 33 在以内 为允许值 5 4 验算带速 V 1171 1400 5 20 60 100060 1000 dd n vm sm s 带轮在 5 25m s 范围内 为可取值 5 确定带的基准长度和实际中心距dL0a 120120 7 2 ddddddadd 按任务书的结构要求 可初定中心距 600mm a 公式来自 机械设 计基础 132 页 1 2AK 1 8cPkw 机 械 设 计 设计者 林东 指导教师 丁时锋10 则 2 21 0012 0 2 24 dd dd dd Ladd a 2 26571 2600 71265 24600 1702 7 mm mm 由参考书可查得取标准值01800Lmm 则实际中心距为 0 0 1800 1702 7 600648 63 22 dLL aamm 中心距的变动范围为 a 0 015612 250 015 1800585 25 0 03612 250 03 1800666 25 mi nd ma xd aaLmm aaLmm 6 校验小带轮的包角1 21 1 26571 18057 318057 3162 86 648 63 dddd a 可得 符合要求 1120 7 确定 V 带根数 Z 00 c aL P Z PP K K 根据 查参考书可得 用内插法可求11711400 minddmmnr 得 0 0 31 0 27 0 27 1400 1200 0 300 1460 1200 PKW 查参考书可得 3 0 1734 10 1 1373biKK 01 11 10 0001734 1400 1 0 029 1 1373 b i PK nKW K 查得带长度修正系数 得普通 V 带根数 1 13LK 0 97aK 1 8 4 99 0 3000 029 0 97 1 13 Z 根 圆整后得 Z 5 根 8 求初拉力及带轮轴上的压力0FQF 查参考书可得 Z 型普通 V 带的每米质量 q 0 06kg m 则单根 V 带的初 拉力为 机 械 设 计 设计者 林东 指导教师 丁时锋11 2 5002 5 01 Pc Fqv zvKa 2 0 500 1 82 5 10 06 5 86450 48 5 5 8640 97 FNN 则作用在轴上的压力为QF 1 02sin 2 161 29 2 50 48 5 sin 2 498 09 QFF Z N N 机 械 设 计 设计者 林东 指导教师 丁时锋12 计算及说明计算及说明结果结果 2 2 齿轮的设计齿轮的设计 1 选择齿轮材料及精度等级 小齿轮选用 45 钢调质 硬度为 大齿轮选用220250HBS 45 钢正火 硬度为 因为是普通减速器由资170210HBS 料选用 6 级精度 2 按齿面接触疲劳强度设计 因两齿轮均为钢质齿轮 可以用公式 3 1 1 2 1 76 43 dH KT u d u i 转矩 1 T 664 1 1 1 152 9 55 109 55 102 9 10 373 33 P TN mm n ii 载荷系数 K 查表取 K 1 1 iii 小齿轮的齿数取为 25 则大齿轮齿数 1 z 2 88z 因单级齿轮传动为对称布置 而齿轮面又为软齿面 查表 选取1 d iv 许用接触应力 H 查有关资料得 21 8 1 88 21 560 530 1 6060 373 33 110 52 809 3 10 9 3 103 52 66 10 HimHim H h MPaMPa S NnjL NNi 查有关资料得 11 1 1 06 NTNT ZZ 由式 1lim1 1 2lim2 2 1 560 560 1 1 06 560 562 1 NTH H H NTH H H Z MPaMPa S Z MPaMPa S 故 3 3 4 1 1 22 1 1 1 2 9 104 5 76 4376 4338 8 1 3 5 560 dH KT u dmm u 查机械设计 211 页 可知道选用 6 级精 度 公式来自 机械设 计基础 194 页 10 22 4 1 2 9 10T 查 192 页表 10 11 K 1 1 选取 1 2 25 88 1 d z z 2 1 8 1 8 2 560 530 1 9 3 10 2 66 10 Him Him H MPa MPa S N N 公式来自 188 页 1 38 8dmm 机 械 设 计 设计者 林东 指导教师 丁时锋13 计算及说明计算及说明结果结果 1 1 38 8 1 61 25 d mmm z 取标准模数 m 2 0mm 3 主要尺寸计算 11 22 1 2 2550 2 88176 1 5050 d dmzmmmm dmzmmmm bdmmmm 21 50 50555bmm bmmm 12 11 2 2588 113 22 am zzmm 4 按齿根弯曲疲劳强度校核 由式 11 2 11 22 fFSFSF KTKT Y YY Y bmdbm z 如则校核合格 FF 1 齿形系数 查表得 F Y 12 2 65 2 18 FF YY 2 应力修正系数 查表得 S Y 12 1 59 1 80 SS YY 3 许用弯曲应力 查表得 F lim1lim2 12 210 190 1 3 1 FF F NTNT MPaMPa S YY 由式可得 1lim1 1 2lim2 2 210 162 1 3 192 146 1 3 NTF F F NTF F F Y MPaMPa S Y MPaMPa S 故 4 1 1 22 1 1 12 21 21 2 22 1 1 2 9 10 2 65 1 59 65 225 41 36 2 18 1 8 41 36 2 65 1 59 38 52146 FFS F FS FF FS F KT Y YMPa bm z MPa Y Y MPa Y Y MPaMPa m 1 61mm 取 m 2 0mm 主要参数 1 2 50 176 50 dmm dmm bmm 2 1 50 55 bmm bm 113amm 公式来自 195 页 10 24 查表 195 页 10 13 10 14 查图 198 页 10 25 表 190 页 10 10 图 190 页 10 26 1 2 162 146 F F MPa MPa 1 1 2 2 FF FF 机 械 设 计 设计者 林东 指导教师 丁时锋14 计算及说明计算及说明结果结果 所以齿根弯曲强度校核合格 5 验算齿轮的圆周速度 v 1 1 50 373 33 0 98 60 100060 1000 d n vm s 选 6 级精度是合适的 6 几何尺寸 1 小齿轮 名称数值名称数值 齿顶高2齿根圆直径47 5 齿根高2 5齿轮厚55 齿全高4 5齿距6 28 分度圆直径50齿槽宽6 28 齿顶圆直径52标准中心距113 2 大齿轮 名称数值名称数值 齿顶高2齿根圆直径173 5 齿根高2 5齿轮厚50 齿全高4 5齿距6 28 分度圆直径176齿槽宽6 28 齿顶圆直径178标准中心距113 公式来自 214 页顶 V 0 98m s 机 械 设 计 设计者 林东 指导教师 丁时锋15 二 轴和轴毂连接 二 轴和轴毂连接 高速轴 高速轴 1 轴的材料的选择轴的材料的选择 轴的材料主要采用碳素钢和合金钢 轴的毛坯一般采用碾 压件和锻件 很少采用铸件 由于碳素钢比合金钢的成本低 且对于应力集中的敏感性较小 所以得到广泛应用 这里选择 碳素钢中的 45 钢 为保证材料的机械性能 应对材料进行调 制处理 直径小于 200mm 硬度为 217 255 抗拉强度极限为 650MPa 屈服极限为 360MPa 弯曲疲劳极限为 300MPa 2 轴的扭转强度计算 设在转矩 T 的作用下 产生剪应力 其抗扭强度条件为 6 3 9 55 10 0 2T TP Wdn T 为传递的转矩 WT 为轴的抗扭截面系数 P 为所传递 的功率 n 为转速的功率 为轴的许用剪应力 轴的计算公式为 6 3 33 9 55 10 1 0 2 0 2 TPP dC nn 123 0626 66dmm 轴上有两键槽可将最小直径增大 10 为 24 8mm 取标准值 为 25mm 3 设计轴结构及绘制草图 由于设计的是单级减速器 可将齿轮布置在箱体内部中央 将轴承对称安装在齿轮两侧 轴的外伸端安装带轮 机 械 设 计 设计者 林东 指导教师 丁时锋16 1 确定轴上零件的位置和固定形式 要确定轴的结构形状 必须先确定轴上零件的装配顺序和 固定形式 齿轮从轴的右端装入 齿轮的左端用轴肩定位 右端用套筒 固定 这样 轮的轴向位置被完全确定 齿轮的周向用用平键连接 轴承 对称安装 齿轮两侧 其轴向用轴肩固定 周向采用过盈配合固定 2 确定各轴段的直径 如上图所示轴段 1 外伸端 直径最小 d1 25mm 考虑到 对安装在轴段 1 上的带轮进行定位 轴段 2 上应有轴肩 同时 为能很顺利地在轴段 2 上安装轴承 轴段 2 必须满足轴承内径 的标准 故轴段 2 的直径 d2 为 30mm 用相同的方法确定 3 4 的直径 d3 35mm d4 45mm 为了便于拆卸左轴承 d5 37mm 3 确定各段轴的长度 齿轮轮毂宽度为 55mm 为保证齿轮固定可靠 轴段 3 的 长度应小于轮毂的的宽度 取 52mm 为保证齿轮端面与箱体 内壁不相碰 齿轮面与箱体内壁应留有一定间距 取间距为 机 械 设 计 设计者 林东 指导教师 丁时锋17 15mm 为保证轴承安装在箱体轴承座孔中 并考虑轴承的润滑 取轴承端面与箱体内壁距离为 5mm 所以轴段 4 的长度取为 20mm 轴承宽为 12mm 轴承支点距离 l 107mm 根据箱体结构 及带轮距轴承端盖有一定距离要求取 l 70mm l 为 65mm 在轴段 1 3 分别加工键槽 使两键槽处于轴的同一圆柱母线上 键槽 长比相应的轮毂宽小约 5 10mm 4 选定轴的结构细节 圆角 倒角等尺寸 4 按弯矩合成强度校核轴径按弯矩合成强度校核轴径 1 画出轴的受力图 图 b 圆周力 1 1 1 2 2357 t T FN d 径向力 11tan858tFrFN 法向力 1 12509 cos Ft FnN 2 作水平面的弯矩图 图 c 支点反力为 12357 1179 22 HAHB Ft FFN I I 截面处的弯矩为 110 117964817 2 IHMN mmN mm 机