机械零件课程设计任务书讲解

1、机械设计基础课程设计（论文）设计（论文）题目 皮带运输机械传动设计学院名称 核技术及自动化工程学院专业名称工业工程学生姓名学生学号任课教师设计（论文）成绩教务处制2015年7 月 5日目录第一章机械零件课程设计任务书 3.第二章系统总体法案设计 4.2.1 传动系统工作条件 4.2.2 传动方案简图 4.第三章电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算 4.3.1 电动机的选择 4.3.2 计算传动装置的总传动比及分配各级传动比 7.3.3 计算各轴的转速，功率和转矩 7.第四章 .传动零件的设计 8.4.1 皮带轮传动设计 8.4.2 齿轮传动的设计计算 1.0.第五章.轴的设计 1.1.5

2、.1 主动轴的设计 1.1.5.2 输出轴的结构设计 1.2.5.3轴的校核 1.3.第一章机械零件课程设计任务书设计题目皮带运输机械传动装置学生姓名陈雪潇所在院系核技术与自动化工程学院专业.年级.班级012级工业工程（3）班设计要求：两班制工作，有轻度振动，小批量生产，单向传动，轴承寿命2年，减速器使用年限5年，运输带允许误差+5%,运输带卷筒转速为130r/min， 减速箱输出轴功率为4.5 （马力）设计内容：1.设计一级圆柱齿轮减速器，计算传动。2. 绘制齿轮减速器装配图一张，齿轮及轴零件工作图各一张3. 设计计算说明书一分.设计进度安排：1设计准备，传动装置总体设计。1.5天2装配图设

3、计。7天3零件工作图设计。1天4编写设计计算说明书。1.5天参考文献：机械设计课程设计指导书，机械设计课程设计手册，机 械设计基础。第二章系统总体法案设计2.1传动系统工作条件两班制工作，有轻度振动，小批量生产，单向传动，轴承寿命2年，减速器使用年限为5年，运输带允许误差+5%,运输带卷筒转速为130r/min，减速箱输出轴功率为4.5(马力)2.2传动方案简图第二章电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计3.1电动机的选择(1)电动机类型的选择根据已知工作条件和要求选择：丫系列三相异步电动机。( 2)电动机的容量(a)传动装置总效率n带=0.96 n齿轮=0.97 n滚=0.99n总=耳带耳

4、齿 Xn滚 2=0.96 x 0.97 x 0.992 =0.913(b)电动机所需工作功率P减速器输出马力=马力值X 0.735kw=4.5 X 0.735=3.3075kwPd=P 减速器输出马力十n总=3.3075 - 0.913=3.623kw( 3)电动机转速范围的确定卷筒轴的工作转速 nw=130r/min查表得出合理传动比范围，取V带传动比Iv=24,单级圆柱齿轮传动比范围lc=36, 则合理总传动比i的范围为i=624,故而电动机的转速范围可取 nd=i x nw= (624)X130=7803120r/min 复合这一范围的有 1000r/min, 1500 r/min ,

5、3000r/min。根据容量和转速,由手册查出三种适用的电动机机型号,如下表方案电动机型号额定功率Ped（ kw）电动机转速（r/min）电动 机重 量（kg）传动装置传动比同步转速满载转速总传动比V带传动减速器1Y112M-2430002890452.2619.933.85.22Y112M-4415001440432.2211.082.34.33Y132M1-641000960733.486.622.13.15注：比价为以4极（同步转速1500r/min ）,功率0.55kw的电动机价格为1计算，价格为相对值。（4）选择电动机的型号根据电动机和传动装置的尺寸，重量，价格和带传动，减速器的传动

6、比，选择方案2比较适合，因此选丫132S-4合适，其性能如下表:型号额定功率（kw）满载时转速（r/min ）额定转矩最大转矩Y132S-4414402.22.33.2计算传动装置的总传动比及分配各级传动比总传动比：i总=门电动/nw=1440* 145=11.08分配各级传动比根据指导书，取iv=2.3ic=i 总/iv=11.08 - 2.3=4.83.3计算各轴的转速，功率和转矩1) 各轴转速n0=n 电机=1440r/minn I =n0/iv=1440 宁 2.3=626.1r/minn U = n I /ic=626.1 宁 4.8=130.43r/minn 卷筒=nw= n n

7、=145.6r/m innW =n0* i 总=1440* 11.08=129.96 r/min验算误差：n= (nw - nw z) / nw 7 x 100%= (130.43-129.96 )* 129.96 x 100%=0.36%2) 各轴功率各轴输入功率I 轴 p I =pdXn 带=3.82 x 0.96=3.67kwn轴 p n =pIXn 滚Xn齿=3.67 x 0.99 x 0.97=3.52kw卷筒轴 p 川=pnxn 滚xn联轴器=3.52 x 0.99 x 0.99=3.45kw各轴输出功率p Iz = p Ixn滚=3.67 x 0.99=3.63kwp nz =

8、p nxn滚=3.52 x 0.99=3.48 kwpEz = p MXn滚=3.45 x 0.99=3.41 kw3) 各轴转矩Pl电动机轴输出转矩：Td=9550n电=9550x 其余各轴的输入转矩I 轴 T I = Td X iv Xn 带=25.33 X 2.3 X 0.96=55.94 N.mU 轴 T n = T1 X ic Xn 滚Xn 齿=55.94 X 4.3 X 0.99 X 0.97=230.98 N.m卷筒轴 T 川=T UXn 滚Xn联轴器=230.98 X 0.99 X 0.99=226.38 N.m各轴的输出转矩分别为各轴的输入转矩乘轴承效率0.99，下表为运动和

9、动力参数计算结果：轴名效率P kw转矩T N.m转速nr/mi n输入输出输入输出电动机轴3.8225.331440I轴3.673.6355.9455.38626.1n轴3.523.48230.98228.7130.43卷筒轴3.453.41226.38224.1129.96第四章.传动零件的设计4.1皮带轮传动设计1）确定计算功率由课本可查得KA=1.2故此 Pc=KA X PedXn 带=1.2X 4 X 0.96=4.6kw2）选用V带的型号根据Pc=4.6kw, n0=n电机=1440r/min查表选择 A型3）确定带轮基准直径并验算带速选择了 A型v带，按要求d1> dmin=

10、80mm,选取d1=100mmn0查公式 d2= n1 X d1（1-£ ）=1440/626.1 X 112X（1-0.02） =225.4mm 查表取 d2=224mm（运输带允许误差小于5%）带速验证：v1= ndlno/60X 1000=7.54m/s带速在525m/s范围内，合适。4) 求v带基准长度Ld和中心距a初步选取中心距 a0=1.5(d1+d2) =1.5X( 100+224) =486mm由于 0.7 (d1+d2) <a0<2 (d1+d2)即 226.8< a0<648选取 a0=486mm由书中公式得带长 L0=2a0+ (d1+d

11、2) n2+ (d2 d1) 2/4a0=2 X486 + £(100+ 224) +(224-100) 24X 486 =1488.85mm查表选取Ld=1550mm 按课本公式算出实际中心距a=a0+ Ld L0 =516.5mm5) 验算小带轮包角aa=180。一 d2 d1 x 57.3o=180o 0.255X 57.3。=166.26o>120。，合适 a6) 求v带根数z由公式得 z=Pc(P0P0)KaKL今 n0=n 电机=1440r/min, d1=100mm,查表可得P°=1.32kw由公式得传动比 i=d2/d1 (1&) =224/1

12、00X( 1-0.02) =2.3查表得 P 0 =0.17kw由a=166.3o，查表得,4.6Ka=0.95, KL=0.98 由此可得z=3.32(1.320.17)0.95 10.98取4根。合适7) 求作用在带轮轴上的压力FQ查表得q=0.1kg/m，故有公式得到单根v带的初拉力500 Pc 2.5F0= zv ( Ka -1) +qv2= 500 4.6 X(空-1) +0.1 X 7.54X 7.54=130.79N 4 7.540.958）作用在轴上的压力 FQ=2zF0sin 1=2X 4X 130.79X sin166.26 =1038.81N2 24.2齿轮传动的设计计算

13、1）齿轮材料的选择和热处理方式，以及确定许用应力。考虑到减速器传递效率不大，故设为闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动， 选择价格便宜便于 制造的材料。小齿轮：选用 45号钢，调质处理，齿面硬度217255HBS。Hlim仁580MpaFE1=250Mpa。大齿轮：选用 45号钢，正火处理，齿面硬度167217HBS。Hlim2=400MpaFE2=150Mpa。查表可得 SH=1.0，SF=1.35。Hlim1 580（T H1= Sh = 1=580Mpa（T H2= 400 =400 MpaFE1（T F1= SF =250 =185.19Mpa1.35150（T F2=旦=111.11Mpa1.

14、352）按齿面接触强度设计按要求，选择8级精度制造。取载荷系数 K=1.4d=1,小齿轮上的转矩：T1=9.55X 106P1'X n1 =9.55X 106 x 21!=5.3X 104N.mm 取 ZE=188，ZH=2.5626.1d1 三 3 沁.（卫）2=3J24 5.3104心.（18825）2=63.21mm飞 d u H V14.3400计算齿数比：u=i总=4.3三7，满足120齿数取 z1=28>17，则 z2=4.3X 28=120,故实际传动比=28 =4.29模数 m=d1 = 63=2.74mmz123齿宽 b= © dXd1=1 X63.2

15、1=63.29mm,故取 b2=65mm， b仁70mm，查表取 m=3mm，实际的 d仁z1 x m=23X 3=69mm,d2=99X 3=297mm中心距 a= 一 =63.21297=183mm2 23) 验算齿轮弯曲强度查表：齿形系数 YFa仁2.55 YSa1=1.61, YFa2=2.16, YSa2=1.81由公式得2KT 1丫 Fa1YSa1(T F1=bm2z1=2 1.4 53 104 255 161=54Mpa三(T F1=360Mpa，安全。65 2.52 28Y Fa 2 Y Sa 2 T F2= T F1 Y Fa 1Y Sa 1 =58x 2.16 1.81 =

16、52Mpa三t F2=240Mpa，安全。2.55 1.614) 齿轮的圆周速度：v= 3.14 63.21 626.1 =2.1m/s6m/s60 1000 60 1000查表对照可知选用8级精度是合宜的。5) 验算齿轮传动比的相对误差： i= (i理想-i实际)/ i理想x 100%= (4.3-4.29)十4.3x 100%=0.2%第五章.轴的设计材料的选择，热处理的选择以及许用应力选轴的材料为45号钢，调质处理，硬度217255HBS,查表得：t B=650Mpa, t s=360Mpat仁275Mpa，由于是外伸轴，故5.1主动轴的设计1）进行初步估算，按纯扭矩并降低许用扭转切应力

17、确定最细端轴径取较小的A=110.dmin 三 AU=110x m-3.623626.1=19.75输入轴的最小端为安装带轮出，取d1 = 22mm带轮宽度为 B=3e+2f=3x 15+2X 9=63所以 l1 = 63mm2）带轮左端由轴肩定位，取d2 = 35mm，I1 = 30mm3）初步选择滚动轴承，初选深沟球轴承 6208型尺寸为 dx DX B=40mm 80mrK 18mm二 d3 = d6 = 40mml 3 = l6 = 18mm轴承左端用轴肩定位，查手册表6-1取 d4 = 47mm宽度 b= 1.4h=1.4 X 3.5=4.9取d4 = 6mm4）取安装齿轮的轴取d5

18、 = 42mm已知齿轮轮毂的宽度为70mm为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，轴的长度应略长于轮毂宽度，取l5 = 74mm5.2输出轴的结构设计1）初步估算轴的最小直径由轴的材料为45钢，调质处理，查表的C=110得dmin = Cvp = 110 x3 = 31.24mm输出轴的最小直径应是接联轴器处，为使所取最小轴径与联轴器尺寸相适应，应先选联轴器。2）选择联轴器联轴器的计算转矩Tea Ka T,查表，选工况系数为1.3,则Tca Ka T 1.3 219 284.7N m 284700N mm规定计算转矩应小于联轴器的公称转矩，查阅手册选用 LX2弹性柱销联轴器，公 称转矩为560000N

19、mm.半联轴器的孔位d=32mm，长底L=82mm3）根据轴向定位要求确定各段的直径和长度a）取 di = 32mmb）为了满足半联轴器的轴定向位要求，右端需用轴肩故取 d2 = 38mml 2 = 30mmc）初选滚动轴承，查手册，选用深沟球轴承6029型尺寸为 45 X 85 x 19mm故取 d3 = 45mml 3 = l6 = 19mmd）取安装齿轮处的直径d4 = 50mm已知齿轮轮毂宽度为65mm取 l4 = 70mme）由轴承6209查手册，取d5 = 6mm输出轴点长度L=224mm查表得轴端倒角1.2X 45o5.3轴的校核输入轴：1，求轴上的载荷计算力:作用在齿轮上的力:

20、2TFt=d12 X52.510691522NFr = Ft tan Xn = 1522 xtan20o= 553.96NFa = Ft xtan 0o = Ft = 1522N带轮上的力：-2T2X 52510Ft =川=224= 468.84NL1 = 9 + 39 = 48mmL2 = 35 + 6 + 9 = 50mmL3 = 9 = 30 + 31.5 = 70.5mmFt+Ft'=FNH1+FNH21522+468.84=FNH1+FNH2Ft XLi + Ft(Li + L2 + L3) = Fnh2 (L2 + L3)1522X 48+468.84X 168.5=FNH

21、2 X 120.5 Fnh1 = 728.97NFnH2 = 1261.87N卩 B=FNH1 X L1=728.97 X 480=34990.56卩 c=FNH1 X L1 -Ft X L2=728.97 X 98-1522 X 50=-4660.94N mm 铅锤：F=Fnv1 + Fnv2 = 553.96Fr L = Fnv2 X (L1 + L?) = 553.96 X48 = Fnv2 X98 Fnv1 = 272.43NFnv2 = 261.53N卩 BV=Fnv1 XL1 弯矩合成：卩 B=BH2 + 卩 BV2 = V 34990.56 + 13076.64 2 = 3735

22、7.03N mmMc=卩 cH=-4660.94N mm2.按弯扭合成应力校核的强度进行校核时，只需校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度取 0.6，轴的计算应力:caM2( T)2W4.25MPa选定轴的材料为45钢，调质处理，由于查手册得1 60MPa，所以ca 1，故 满足要求。3.精确校核轴的疲劳强度3.1判断危险截面截面A、CD只受扭矩作用，虽轴肩及过度配合引起应力集中将削弱轴的疲劳强度，但 轴的最小直径处是按扭强度较为宽裕所确定，故无需校核从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看， 截面U，川处过度配合引起的应力集中最为严 重，从受载情况来看，截面B的应力最大，由于截面U受扭矩，而截面川

23、不受扭矩，需 校核U,而截面B虽应力最大，但应力集中并不大，应力集中均在两端，因而只需校核 截面U3.2截面U左侧333抗弯截面系数°加2 0.1 406400mm333抗扭截面系数t 0如 °.2 40128°°mm弯矩 M=6724.27mm3扭矩 T 52510N mm弯曲应力bM1.05MPaWTT扭转应力4.1MPaT轴的材料为45钢，调质处理，由手册查得B 640MPa -1 275MPa -1155MPa截面上由轴肩而形成的理论应力集中系数由查表得:1.82 1.2又由手册可得轴的材料敏性系数q 0.78 q 0.84故有效应力集中系数为：

24、K 1 q (1) 1.64K 1 q (1)1.17由手册得尺寸系数0.76，得扭转尺寸系数 0.86轴按磨销加工，由手册的表面质量系数0.91则综合系数2.261.45查表得碳钢的特征系数为0.10.05于是安全系数：S1115.89KmS1 50.41KmS S S caS2S211。3S 1.5设轴在截面u右侧的强度也是足够的4输出轴4.1、求轴上的载荷作用在齿轮上的力：Ft=?= 2-|96竺=1460?Fr=Ft xtan 20° = 525.6?Fa=Ft=1460NL1=40+30+19/2=79.5mmL2=9.5+37.5=47mmL3=32.5+6+9.5=45

25、mm水平：Ft=?i+ ?2Mb=O Ft L2=?2：L2+L3) ?1 = 737.68?2= 722.32?Mch= ?2 -?3= 722.32 X48 = 34671.36? ?铅垂：Fr= ?1+ ?=525.6?i= 265.57?2= 260.03合成弯矩：ca .( T)236762.29 M.mm4.2按弯扭合成应力校核的强度进行校核时，通常只需要校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，州的计算应力，(截面C)取 0.6ca.M2( T)2W10.81MPa由已选轴为45钢，调制处理，查得J 60MPa，故安全4.3精确校核轴的疲劳强度截面a,b, n，m只受扭矩作用，虽轴肩

26、，及过度配合所引起的应力集中 均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定 的，故a,b, n，m均无需校核从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面w和v处过盈配合引起 的应力集中，从受载的情况来看，截面 C的应力最大，截面v的应力影响 和截面w的相近，但截面v不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做深 度校核，截面C上虽应力最大，但应力集中不大，且轴的直径最大，故截 面c也不必校核，故只需校核截面w左右两侧即可4.4截面W右侧抗弯截面系数01d； 0.1 4539112.5mm抗扭截面系数 t 02d；0.245318225mrFi弯矩 M=1658.62N mrri扭矩

27、T 21681N mm弯曲应力b M 0.18 MPab W扭转应力t 11.9MPaT轴的材料为45钢调质处理，查手册B 640MPa -1 275MPa -1 155MPa查得理论应力集中系数0.8轴的材料的敏性系数为：q0.78 q0.84故有效应力集中系数按式为K1 q (1)1.8K 1 q(1)1.430.84由手册得尺寸系数0.72，得扭转尺寸系数轴按磨销加工，得表面质量系数为091轴未经表面强化处理，即q 1则综合系数1 2.6碳钢的特征系数为0.20.05587.614.1ScaS S14.1S2S21.54.5截面w右侧抗弯截面系数0.1d；30.1503抗扭截面系数0.2

28、d；0.212500mm25000mm弯矩 M=1658.62N mrri扭矩 T 21681N mm弯曲应力b M 0.13 MPa扭矩 T: T=216810N mm扭转切应力T8.67MPa查手册得综合系数3.65.882.9安全系数SSca14.11,两轴承受受到的径向载荷Fr1v=Fr?L1-Fa?d1/2553.96?48-1522?69/2L1+L248+50=807.13NS 1.5故设轴在截面W右侧也是安全的轴承寿命计算初选的深沟球轴承6208型2个输入轴：寿命计算公式：Ln=兰（性）£60n 'fb?p 7查手册 Cx=29.5k n ft=0.9fp=1

29、.1 Cq=18knFr2v=Fr-Fr1v=553.96-807.13=-253.17NL1Fr1H= *Ft=48*1522/48+50=745.47NL1+L2Fr2H=Ft-Fr1H=1522-745.47=776.53NFr仁 v(Fr1v2 + Fr1H2)="807.132 + 745.472)=1098.72NFr2=v(Fr2v2 +Fr2H 2) =V 253.17 +776.53 2 =816.76N2. 计算轴向力Fa2和Fa1对于深沟球轴承查手册初选e=0.4估算 Fa仁 Fa+Fd2=1522+326.7+1848.7NFa2=Fd2=326.70NFa1

30、 1848.7T=07=Fa2 326.73 =18000=0.018查手册得 e1=0.3e2=0.21在计算 Fd仁Fa 仁 Fa+Fd2=1522+171.52=1693.52NFa2=Fd2=171.52NFa1 1693.5218000=0.094Fa2 171.52318000=0.01两次计算空相差不大，确定e1=0.3e2=0.213Fa仁 1693.52NFa2=171.52N3,求轴承当量动载何Fa1 _Fr1 "1693.52=1.54>e11098.72Fa2Fr2 "171.52=0.21=e2816.76查手册得径向轴向载荷系数为轴承 1： X仁 1056Y1=1.52轴承 2： X2=1Y2=0则 p仁4，轴承寿命因为 p1>p2所以按轴承1计算Ln=60?n*(计)106*5003=6*35083? =18527.8°h>h固满足寿命要求输出轴：1,两轴承受到的径向载荷:Fv?L1-Fa?d2/2525.6?79.5-1460?297/279.5+47Fr1v=-1383.60Fr2v=Fr-Fr1v=525.6+1383.6=1909.2NFr1H=Ft*L1/(L1+L2)=1460*79.5/(47+79.5)=917.55NFr2v=Ft-Fr1H=1460-917.55=542.45NF