机械设计基础课程设计30993

1、南京工业大学机械设计基础课程设计计算说明书设计题目 系 （院）班级设 计 者指导教师 年月 日目录1 ：课程设计任务书。2：课程设计方案选择。3：电动机的选择。4：计算总传动比和分配各级传动比。5: 计算传动装置的运动和动力参数。6：减速器传动零件的设计与计算(1) V带的设计与计算。2) 齿轮的设计与计算。133) 轴的设计与计算。177：键的选择与校核。268：联轴器的设计。289：润滑和密封。oooooooooo2910：铸铁减速器箱体主要结构设计。303211：感想与参考文献。一、设计任务书 设计条件设计带式输送机的传动系统， 采用带传动和一级圆柱出论减 速器 原始数据输送带有效拉力F

2、= 5000N输送带工作速度V= 1.7m/s输送带滚筒直径d= 450mm 工作条件两班制工作，空载起动载荷平稳，常温下连续（单向）运 转，工作环境多尘；三相交流电源，电压为 380/220V。 使用期限及检修间隔工作期限： 8年，大修期限： 4年。 二传功方案的选择带式输送机传动系统方案如图所示：（画方案图）精品带式输送机由电动机驱动。电动机 1 将动力传到带传动 2，再由带传 动传入一级减速器 3，再经联轴器 4 将动力传至输送机滚筒 5，带动 输送带 6 工作。传动系统中采用带传动及一级圆柱齿轮减速器， 采用 直齿圆柱齿轮传动。三.计算及说明计算及说明计算结果电动机的选择 电动机类型与

3、结构形式的选择对一般的机械运输，选用 丫系列三相异步电动机，安装形式为卧式，机座带底脚，电压 380V。 电动机型号的选择1. 电动机的功率根据已知条件由计算得知工作机所需有效功率nw6 104 Vw 6 104 1.7 72.19 r/min450FwVww °.94'则 p 1000w5000 1.7 9.04kw1000 0.94r/min设:n 1联轴器效率=0.98（由表1-7）;n 2闭式圆柱齿轮传动效率=0.9772.19pw 9.04kwn 3 V带传动效率=0.96n 4对轴承效率=0.99n传动装置的总效率w工作机所需输入功率由电动机至运输带的传动总效率为

4、=0.894=1 2 3 42=0.96 0.97 0.98 0.992= 0.894则工作机实际需要的电动机输出功率为P010.11P0Pw9.0410.11KW0.894kw计算结果计算及说明根据P0选取电动机的额定功率Pm，使Pm 11.3 Po 10.11 13.14kw2电动机的转速rw6 104 Vw 6 104 1.7D45072.19 r/mirrrw 72.19因为V带传动比ib 2 4，齿轮传动比ig 3 5，贝y r/mirrm irw ibigrw （620） （433.141443.8kw由上述Pm, rm查表12-1得：选用Y160L-6型电动机Pm=11kw ,

5、rm=970 r/mir电动机的型号为：Y160L-6计算总传动比和分配各级传动比传动装置的总传动比rmrw97072.1913.44r m :电动机的满载转速r w :工作机的转速分配各级传动比根据设计要求："Vig故取i b= 3.5 ，则igiib13.443.53.84i b= 3.5i g 3.84传动系统的运动和动力参数计算传动装置从电动机到工作机有三轴，分别为I、H、皿、W轴，传动系统各轴的转速、功率和转矩计计算结果计算及说明算如下：I轴（电动机轴）nm 970r / minPPm 11kWT19550 P119550108.30N m970 H轴（减速器高速轴）n2

6、厲 970277.14 r /minib 3.5P2 P n3 11 0.96= 10.56kWP210.56T29550 29550 363.89 N mn2277.14 皿轴（减速器低速轴）n2 277.14n372.17 r/minig 3.84P3 F2 n 4 210.56 0.97 0.99= 10.14 kWP10 14T39550 39550 1341.79 N mn372.17 W轴（输送机滚筒轴）n4 n372.17 r / minF4 P3 n4 1 10.14 0.99 0.98= 9.84 kWp9 84T49550 49550 1302.09 N mn472.17表

7、1-1 传动系统的运动和动力参数轴号电动机带传动圆柱齿轮传动工作机I轴H轴皿轴IV轴转速n970277.1472.1772.17r/min功率p1110.5610.149.84kw转矩T108.30363.891341.791302.09nm传动比i3.53.841传动效率n0.960.970.98减速器传动零件的设计与计算V带的设计与计算1. 计算功率P CPc kAp 1.2 1113.2 kwKa工况系数，查表的&=1.2P:电动机额定功率2. 选取V带型号根据 pc 13.2 kw和小带轮转速n 970r/min，由图8-10可知，工作点处于B,C型相邻区域，取C型带。3. 小

8、轮基准直径dd1和大轮基准直径dd2希望结构紧凑，由表8-4并参考表8-2a，取dd1=224mm选取£ =0.01，则大轮的基准直径：dd2 Ge1970 224 1776.17mm277.14m: I轴转速，n2 n轴转速由表8-4取d d2=800 mm 此时d d 2800ibdd1224i13.443.57i。一 3.76gib3.57则从动轮的实际转速为:转速误差：27需7管884 2.98 5 ,合适n2gdd1 1d d2970 2240.99800268.884 r/min4.验算带速gdd1V 60 1000970 224 11.37m/s<25 m/s，合

9、适60 1000 '5.初定中心距aminamax2 dd1dd222248002048 mmdd1 dd223h1224 800313.5 552.5 mm取a° 1.2dd2960mm&初算带的基准长度LoL。2a0 2 dd1dd22dd2 dd14ao2 960 2dd1dd2800 224 24 9603614.08mm由表8-1得，取Ld=3550mm7. 实际中心距中心距a可调整,Ld 5960235503614.°8 927.96 mm8. 小带轮包角1 180dd2 dd257.3180a800 22457.3927.96144.4 >

10、;120合适9. 单根V带所能传递的功率根据n1 970r/min和dd1=224mn,查表8-2a，用插值法求得：Po 5.70 kw10. 单根V带传递功率的增量Po传动比 ib 3.57， n1 970r/min，查表 8-2b 得:p0 0.81 kw11. 计算V带的根数Z PcP0P0 K Kl由表8-5可查得K =0.90 ,由表8-6可查得Kl=0.99,则13.25.70 0.810.9 0.992.28取Z=3根，所用的V带为C-3550X 312. 作用在带轮轴上的力单根V带的张紧力F。500pc 2.5ZV KqV2查表 8-8 得 q=0.30 kg/m,故F00.3

11、 11.372382.77 N500 132 25 13 11.370.90所以作用在轴上的力为：144 4F2ZF0 sin 1 2 3 382.77 sin2186.7 N2 213带轮结构设计i小带轮的结构设计由表 12-3 得，d°=42 mm由D ddi 224mm 300mm，故选腹板轮V带轮尺寸如下：d11.8d01.8 4275.6mmL 2do 2 42 84mm85B Z 1 e 2f 3 125.5 2 17S 0.25B0.258521.25mm51 1.5S31.87552 0.5S10.625ii大带轮的结构设计由dd2 800mm 400mm，采用椭圆辐

12、轮d。800mm， B 85mmd1277.14 440mm， dd2，L 1.6d064 mm10.5661.48mmh? 0.8h|0.8 61.48 49.2mmS 0.3B 25.5mm，0.4h 24.6mm，a20.8ai 19.7mmS 1.5S38.25mm, S20.5S12.75mm仏 0.2012.3mm , f20.209.84mm齿轮的设计与计算1. 齿面接触强度计算：i确定作用在小齿轮上的转矩TiPi pm 3 11 0.96 10.56 kwnmib9703.57271.7 r/min955104P1n1955加。56271.73.7 105 N mmii选择齿轮

13、材料确定许用接触应力为h ,根据工作要求，采用齿面硬度W 350 HBS。小齿轮选用45钢，调质，硬度为260 HBS大齿轮选用45钢，调质，硬度为220 HBS由表9-5的公式，可确定许用接触应力h :小齿轮：H 1 380 0.7HBS 380 0.7 260 526 MPa大齿轮：h 2 380 0.7HBS 380 0.7 220 534 MPaiii选择齿宽系数0.4iv确定载荷系数K因齿轮相对轴承对称布置，且载荷较平稳，故取K=1.35a48 3.76 1v计算中心距a3 1.35 3.7 105' 3.76 0.4 5342240.4mmvi选取齿数并确定模数取 Zi 2

14、8 , Z2igZi 3.76 28 105.28 取 106，贝卩2amZi Z22 240.43.59mm28 106查表得9-1，取标准模数m 4mmvii齿轮几何尺寸计算小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径:d1 mZ14 28112mmdd1 d1 2m 112 2 4120mm大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径:d2 mZ24 106424mmdd2 d22m 424 2 4432mm中心距：a口 112 424 268mm2 2大齿轮宽度:b2a a 0.4 268 107.2mm小齿轮宽度:因小齿轮齿面硬度高，为补偿装配误差，避免工作时在大齿轮齿面上造成压痕,般b应比b2宽些，取:d b25

15、 107.2 5112.2mmdm诡确定齿轮的精度等级，齿轮圆周速度1.1112 970V 1 15.69 m/s6000060000根据工作要求和圆周速度，由表 9-3选用7级精度。2. 齿轮弯曲强度验算i确定许用弯曲应力根据表9-7可查得F 1140 0.2HBS 140 0.2 260192MPaF 2140 0.2HBS 140 0.2 220184MPaii查齿形系数Yf，比较Yf / f小齿轮乙28，由表9-6查得:YF12.56大齿轮Z2 106，由表9-6查得：YF2 2.20菲1256 0.013, f 1192'YF2_220 0.012F 2184因丫F1>

16、2 ,则需要验算小齿轮F 1 F 2iii验算弯曲压力计算时应以齿宽b2代入，则2KTYF1F12b乙m2 1.35 3.7 105 256 53.25MPa> f 1107.228 42安全3. 结构设计因为 da1 120mm200mm,故选做为实心结构齿轮d f1 d12.5m1122.5 4102mmd1112mm, d055mmda1 120mm, b|112.2mm因为 da2 432mm500mm故选腹板结构的齿轮80mm, d11.6d1.680128mm107.2mm1.2d 96mmd12.5m1282.54118mm4m 16mm0.3B32.16mm ,0.5m

17、2mm轴的设计与核算1.减速器高速轴的设计i选择材料与热处理选用45钢，调质，由表12-1得毛坯直径W 200 mm,硬度217-255 HBS抗拉强度 b 700 MPa屈服强度s 500MPa弯曲疲劳极限i 300 MPaii初算轴的最小直径dmin，并进行初步结构设计由表12-2查得 C 107118dmin107 11810.56277.1436.0 39.7 mm取dmin 37 m m,最小直径还要符合相配零件的孔径（这里是V带轮）标准尺寸，在此处 开一键槽。d 1.03 37 38.11mm，取 d 40mmiii确定轴的各段直径采用阶梯轴，尺寸按由小到大，由两端至中央的顺序确定

18、。a :外伸端（与V带轮相连）取最小直径d 40mmb : V带轮定位轴肩高H 2.5mm，故 d1 45mmC ：安装两滚动轴承处的轴颈直径同为d2 50mmd :齿轮轮与轴配合处直径d3 55mme:轴环直径 d4 60mmiv选择轴承类型由上述一系列直径，查表6-1得轴承代号为6310v轴承盖的设计带有密封件的轴承盖，因为轴承外径 D 110mm故da10mm , d011mmDoD2.5d31102.510135mmD2Do2.5d31302.510160mme1.2da12mm , ©em由结构确定D4D10 15 98mmD5D03d3105mmD6D2 4107mm密圭

19、寸件的选择：轴径：d45mmDd2570mmD1d1661mmd1d144 mmH12mmvi轴各段的长度设计箱盖壁厚：1 0.02a 1 0.02 268 1 6.36 8取 1 8mm箱体内壁与齿轮端面应留有空隙21故取2 12mm小齿轮宽度b| 112.2mm，故取l3 110mm轴环宽度 l4 10mm , l5 39mm轴承宽度 b 27mm, l2 51mmV带轮宽度b 85mm，取1 82mmvii扌当油环:d n 50 277.14 13857mm?r / min选用脂润滑：3 10mm诡螺栓选用M10的螺栓，故l1 80mm2.减速器低速轴的设计i选择材料与热处理选用45钢，

20、调质，由表12-1得毛坯直径W 200 mm,硬度217-255 HBS抗拉强度b 700 MPa屈服强度s 500MPa弯曲疲劳极限 i 300MPaii初算轴的最小直径 dmin，并进行初步结构设计由表12-2查得 C 107118dmin C3，P皿107118 3 ；4 55.661.3mm取dmin 57mm，最小直径还要符合相配 零件的孔径（这里是联轴器）标准尺寸，在 此处开一键槽。d 1.03 57 58.71mm，取 d 60mmiii确定轴的各段直径采用阶梯轴，尺寸按由小到大，由两端至中 央的顺序确定。a :外伸端（与联轴器相配）取最小直径 d 60mm b:联轴器定位轴肩高

21、H 3.5mm,故d1 65mm C:安装两滚动轴承处的轴颈直径同为d2 75mmd:齿轮轮与轴配合处直径d3 80mme：轴环直径d4 90mm计算及说明计算结果iv选择轴承类型由上述一系列直径，查表6-1得轴承代号为6315基本尺寸：d 75mm, D 160 mm, B 37mm安装尺寸：da 87mm, Da 148mm, ras 2.1mm基本额定动载荷cr 112 kN,基本额定静载荷C0r 76.8kNV轴承盖的设计带有密封件的轴承盖 D 160mm,故d3 13mm贝卩 d0 14mm , D0 D 2.5d3 160 2.5 13 192.5mmD2 D0 2.5d3 192

22、.5 2.5 13 225mme 1.2d315.6mm e em由结构确定D4 D 10 15145mmD5 D0 3d3192.5 3 13 153.5mmD6 D 2 4156mm密圭寸件的选择：轴径 d 70mmD d 25 95mmD1 d 16 86mmd1 d 1 69mmH 12mmvi挡油环的设计计算及说明5d n 75 72.175412.75mm?r/ min 2 10mm?r/min选用脂润滑vii轴的各段长度初步设计与齿轮相配的轴长为：105 mm轴环的长度为：12.5 mm左端轴承相配合轴长：49 mm右端轴承相配合轴长：63.5 mm与轴承盖相配的轴长：75 mm

23、与联轴器相配的轴长：待定诡校核轴的强度a :作用在轴上的载荷圆周力：Ft2T皿d22 1341.84246.33 kN径向力：FrFt tan6.33 tan 202.3kNl 4912.5105 63.537193mmb:决定支点反作用力及弯矩力矩：水平面内：Fha FhbFt/2 3.165 kNMhcFha?； 3.165 96.5 305.4 Nm合成系数:0：1W 0.6当量弯矩：Mh324.9420.6 1341.79 2868.2 Nm计算危险截面C处的轴径M n0.11b859 10350.94mm0.1 65Mvc FVA?- 1.15 96.5 110.975 Nm2合成弯

24、矩：Mc 、,mHc mVc305.42 110.9752324.94 Nm计算结果计算及说明因为截面C处有一键槽，故将直径放大5%即： 50.94 1.05 53.5mm在结构草图中此处 d=80 mm > 53.5 mm故强度合适低速轴的轴承校核：a：径向载荷：FrA FrB. fHa fVA3.165? 1.152 3.37 KNb:轴向力：FoA Fobc:当量动载荷：查相关手册可知，深沟球轴承 6315的Cr 112 KN Cor 76.8 KN 贝卩e 0.22因 Fa F 0 e 由表 13-7 得 X 1,Y 0, fp 1.1P fp XFr YFa 1.1 1 3.3

25、73.707 KN计算及说明d:计算必需的额定动载荷计算结果C3.7073V 1666772.17 4 16 30016.18 112 KN强度合适e：求轴承寿命3166671126Lhb6.4 106 -72.173.707符合要求键的选择与校核1.高速轴与带轮连接键i :键的基本尺寸的设定因为 d 40mm 查表7-2选取 b h 12 8轴 t 5.0mm , t13.3mm键长 L 取 1.5d ，则 L 1.5 40 60mm参照键长度系列选 L=56 mm, R - 6mm 2ii：键的强度校核：Ft 2T "9 18.2 KN d 40键的挤压强度 p 2Fl , Ls

26、 l 2R 44mmP hLs '查表7-3得，不动的联接45钢载荷平稳p 125150 MPa,120 MPa计算结果因为d55mm，选择 b h16 10，车由 t 6.0mmti4.3mm , L1.5d82.5mm，取 L 80mm:8mm,Ls l2R 64mm因为符合条件计算及说明ii：键的强度校核:2Ft p hLs2T 2dhLs 55 10 64236389 20.7 MPaTdbLs36389 1026.46 MPa55 16 643.低速轴与大齿轮处连接键i :键的基本尺寸P dhLs32T 2 停* 1.79 10 55.9 MPa80 12 50TdbLs13

27、4179 10316.77 MPa80 20 50故符合要求4低速轴与联轴器的连接键因为 d 65mm,故选择：b h 18 11，轴 t 7.0mmti 4.4mm，取键长：L 1.5d 90mm，取 L 80mmL 2R 62mm计算结果计算及说明滚动轴承的润滑和密封，对保证轴承的正常工作 起着十分重要的作用。由前面所述，轴承都用脂润滑，齿轮都用油润滑。 i：齿轮润滑油的选用：计算及说明计算结果工业闭式齿轮油(GB5903-95)代号运动黏度/ (mri/S)倾点闪点主要用途40/C100/ C适用于煤炭，L-ckc220198-242-8200水泥，冶金，工业部门大型闭式齿 轮传动装置的

28、润 滑。通用锂基润滑脂(GB7324-87代号 滴点不低于工作锥入度(25C, 150g)主要用途有良好的耐水性 和耐热性，适用于温ZL-2 175265-295在-20-120 C范围内各种机械的滚动轴承滑动轴承及其他摩擦部分的润滑。计算及说明ii：密圭寸计算结果轴承盖的密封因为高速轴:n1d160277.14 45 10600.65m/s低速轴:n2d26072.17 70 10600.26m /s故 Vn V 5m/s , V皿 V 5m/s油封油封槽轴轴径d1Dd1DDbD2nH高速轴4570446185100410低速轴70956986110125411所以两者都选用丁型无骨架橡胶油

29、封。项目铸铁减速器箱体主要结构设计名称符号计算过程计算结果箱座壁厚5一级 0.025+1 > 88箱盖壁厚S i一级 0.025+1 > 88箱盖凸缘厚度bi1.5 5 i12箱座凸缘厚度b1.5 512箱座底凸缘厚度b22.5 520地脚螺钉直径df0.036a+1222地脚螺钉数目na=268>250-5006轴承旁联接螺栓直径di0.75 d f16di至外箱壁距离CCmin2222轴承旁凸台半径RiC220凸台高度h外箱壁至轴承座端面距离l iG+ C2+ (5-10)50轴承端盖咼速轴外径D2D+ (5-5.5 ) d3215轴承端盖低速轴外径D2，165轴承旁联接螺栓距离（高）S220轴承旁联接螺栓距离（低）S170轴承端盖咼速轴螺钉直径d3(0