东北大学机械设计课程设计

1、东北大学机械设计课程设计机械设计课程设计 机械设计课程设计说明书 目录 1 设计任务书 . 3 题目名称 设计胶带输送机的传动装置 . 3 工作条件 . 4 技术数据 . 4 2 电动机的选择计算 . 4 选择电动机系列 . 4 滚筒转动所需要的有效功率 . 4 确定电动机的转速 . 5 3 传动装置的运动及动力参数计算 . 5 分配传动比 . 5 总传动比 . 5 1 机械设计课程设计 各级传动比的分配 . 5 各轴功率、转速和转矩的计算 . 6 轴 . 6 轴 . 6 轴 . 6 轴 . 6 轴 . 6 开式齿轮的设计 . 7 材料选择 . 7 按齿根弯曲疲劳强度确定模数 . 7 齿轮强度

2、校核 . 8 齿轮主要几何参数 . 9 4 闭式齿轮设计 . 9 减速器高速级齿轮的设计计算 . 9 材料选择 . 10 按齿面接触疲劳强度确定中心距 . 10 验算齿面接触疲劳强度 . 11 验算齿根弯曲疲劳强度 . - 13 - 齿轮主要几何参数 . - 2 - 减速器低速级齿轮的设计计算 . - 2 - 材料选择 . - 2 - 按齿面接触疲劳强度确定中心距 . - 3 - 验算齿面接触疲劳强度 . - 4 - 验算齿根弯曲疲劳强度 . - 6 - 齿轮主要几何参数 . - 7 - 5 轴的设计计算 . - 7 - 高速轴的设计计算 . - 7 - 中间轴的设计计算 . - 8 - 低速

3、轴的设计计算 . - 8 - 6 低速轴的强度校核 . - 9 - 绘制低速轴的力学模型 . - 9 - 求支反力 . - 9 - 作弯矩、转矩图 . - 10 - 作计算弯矩Mca图 . - 11 - 校核该轴的强度 . - 11 - 精确校核轴的疲劳强度 . - 12 - 7 低速轴轴承的选择及其寿命验算 . - 14 - 确定轴承的承载能力 . - 14 - 计算轴承的径向支反力 . - 14 - 作弯矩图 . - 14 - 计算派生轴向力S . - 14 - 求轴承轴向载荷 . - 14 - 计算轴承的当量动载荷P . - 14 - 8 键联接的选择和验算 . - 15 - 2 机械设

4、计课程设计 低速轴上键的选择与验算 . - 15 - 齿轮处 . - 15 - 联轴器处 . - 15 - 中间轴上键的选择与验算 . - 15 - 高速轴上键的选择与验算 . - 16 - 9 联轴器的选择 . - 16 - 低速轴轴端处 . - 16 - 高速轴轴端处 . - 16 - 10 减速器的润滑及密封形式选择 . - 17 - 11 机械设计课程设计 低速级齿轮传动比 i34?i减i12? 各轴功率、转速和转矩的计算 0轴 P=,n=1440r/min, T=*/1440=*m轴 P1?Pr?弹联?n0?1440r/min ?103T1?m 轴 P2?P1?轴承?闭齿?n1144

5、0?/?103T2?m 轴 P3?P2?轴承?闭齿? n3?/min ?103T3?m 轴 P4?P3?轴承?刚联? n4? ?103T4?mm 轴 P5?P4?轴承?开齿? n5?/min i5666 机械设计课程设计 ?103T5?m 开式齿轮的设计 材料选择 小齿轮:45#锻钢，调质处理，齿面硬度217-255HBS 大齿轮:45#锻钢，正火处理，齿面硬度162-217HBS 按齿根弯曲疲劳强度确定模数 按齿面硬度217HBS和162HBS计算 初取小齿轮齿数 Z5?20 则大齿轮齿数 Z6?Z5i56?20?6?120 计算应力循环次数 N5?60n4jLh?60?(10?300?8?

6、2)?108N6?107 i566 查图5-19 YN5?YN6? 查图5-18(b) ?Flim5?270Mpa，?Flim6?200Mpa 式5-32 YX5?YX6? 取 YST?,SFmin? 计算许用弯曲应力 式5-31 ?F?FlimYSTSFminYNYX ?F?5?270? ?F? 查图5-14 YFa5?,YFa6? 查图5-15 YSa5?,YSa6? 则 YFa5YSa5?F?5? ?F? 机械设计课程设计 取YFaYSa?F?maxYFa5YSa5YFa6YSa6,? ?F5?F6初选综合系数KtY?t?，查表5-8 ?d? 式5-26 m?32KT4YFaYSaY?3

7、2? 22?dZ5?F?20考虑开式齿轮工作特点m加大10%-15%，取m=5 齿轮强度校核 d5?mZ5?5?20?100mm d6?mZ6?5?120?600mm *da5?d5?2ham?100?2?5?110mm *da6?d6?2ham?600?2?5?610mm df5?d5?2(h*?c*)m?100?2?5? df6?d6?2(h*?c*)m?600?2?5? a?d5?d6100?600?350mm 22b6?aa?350?70mm 取b5?b6?6?70?6?76mm db5?d5cos20.? db6?d6cos20.? 则小齿轮转速为v?d5n460?103?100?/

8、s 60?20? 查图5-4 kv? 查表5-3 kA? b70? 图5-7(a) k? d51008 机械设计课程设计 查表5-4 k? 计算载荷系数 k?kAkvk?k? ?a5?arccos? da5110?a6?arccos? da6610?1z5(tan?a5?tan?)?z6(tan?a6?tan?)2?120?(?tan20?)?120?(?tan20?) 2? ? 与ktY?t?相近 ，无需修正 计算齿根弯曲应力 2KT42?YFa5Ysa5Y?100?5 ?F5?F?5安全?F6? ?F?6安全 齿轮主要几何参数 Z5?20 Z6?120 u?6 m?5 a?350mm d5

9、?100mm d6?600mm da5?110mm da6?610mm df5? df6? db5? db6? b5?76mm b6?70mm 4 闭式齿轮设计 减速器高速级齿轮的设计计算 9 机械设计课程设计 材料选择 小齿轮:45#锻钢，调质处理，齿面硬度217-255HBS 大齿轮:45#锻钢，正火处理，齿面硬度162-217HBS 按齿面硬度217HBS和162HBS计算 N1?60n1jLh?60?1440?1?(8?300?8?2)?109 N2?N1?108 i12查图5-17 ZN1?,ZN2? 式5-29 ZX1?ZX2? 取SHlim?,ZW?,ZLVR? 查图5-16 ?

10、Hlim1?650Mpa,?Hlim2?515Mpa 式5-28 ?H1Hlim1SHminZN1ZX1ZWZLVR?650?598Mpa ?H2?Hlim2515ZN2ZX2ZWZLVR? ?H?min?H?1,?H?2? 按齿面接触疲劳强度确定中心距 小轮转矩T1?58705N?mm 初定螺旋角?13? 初取KtZ?2t?，查表5-5 ZE? 减速传动 u?i12? 取?a? 端面压力角 ?t?arctan(tan?n/cos?)?arctan(tan20?/cos13?)? 基圆螺旋角 ?b?arctan(tan?cos?t)?arctan(tan13?)? 式5-42 Z?cos?co

11、s13? 10 机械设计课程设计 2?2cos?b式5-41 ZH? cos?tsin?式5-39 ZHZEZ?Z?KT1?at?(u?1)32?au?H?2 ?58705?(?1)3?取中心距 a?145mm 估算模数 mn?(?)a? 取标准模数 m?2mm 2?145?cos13?2acos? 小齿轮齿数 z1?2?1?m?u?1?大齿轮齿数 z2?uz1? 取 z1?21 z2?106实际传动比 i实?z2106? z121传动比误差 ?i?在允许范围内 i理?i实i理?100%?100%?%?5% 修正螺旋角 ?arccosmn(z2?z1)2?(23?104) ?arccos?29

12、2?2?130与初选?13?相近, ZH,Z?可不修正 轮分度圆直径 d1?mnz1/cos?2?21/? d2?mnz2/cos?2?106/? 圆周速度 v?d1n160?103?103?/s 查表5-6 取齿轮精度为8级 验算齿面接触疲劳强度 电机驱动,稍有波动,查表5-3 kA? 11 机械设计课程设计 ?23? 查图5-4 kv? 齿宽b?aa?145? ? 查图5-7 K? 查表5-4 K? 载荷系数 K?KAKvK?K? *m? 齿顶圆直径 da1?d1?2ha*m?da2?d2?2ha端面压力角 ?t?arctan(tan?n/cos?)?arctan(tan20?/?)? 齿

13、轮基圆直径 db1?d1cos?t?db2?d2cos?t? 端面齿顶压力角?at1?arccos?arccos? ?at2?arccos?1z1(tan?at1?tan?t)?z2(tan?at2?tan?t)?2?121?(?)?106?(?)2?bsin? ?2?mn式5-43 Z?1?1? 机械设计课程设计 式5-42 Z?cos? 式5-41 ?b?arctan(tan?cos?t)?arctan(?)?5-41ZH2?2cos?b? ?cos?tsin?1bd12u2?1?式?H?ZHZEZ?Z?H安全? 验算齿根弯曲疲劳强度 查图5-18 ?Flim1?270Mpa，?Flim2

14、?200Mpa 查图5-19 YN1? YN2? 式5-32 YX1?YX2? 取 YST? SFmin? 式5-31 ?F1?Flim1YSTSFminYN1YX1?270?2? ?2? ?Flim2YSTSFminYN2YX2?ZV1?Z1/cos3?21/? ZV2?Z2/cos3?106/? 查图5-14 YFa1?,YFa2? 查图5-15 YSa1?,YSa2? 式5-47计算Y?，因?，取? ?Y?1?1?1? ?13 机械设计课程设计 ? 式5-48 Y?式5-44 ?F1?2KT12?58706YFa1Ysa1Y?Y?2bd1mn?F1安全?F2? ?F2安全? 齿轮主要几何

15、参数 Z1?21 Z2?106 u? m?2 ? mt?mn/cos? d1? d2? da1? da2? df1? df2? a?1(d1?d2)?145mm 2b1?66mm b2?58mm db1? db2? 减速器低速级齿轮的设计计算 材料选择 小齿轮: 40Cr ，调质处理，齿面硬度241-286HBS 大齿轮:45#锻钢，调质处理，齿面硬度217-235HBS 按齿面硬度241HBS和217HBS计算 N3?60n3jLh?60?1?(8?300?8?2)?108 N4?N3?108 i34查图5-17 ZN3?1,ZN4? 式5-29 ZX3?ZX4? - 2 - 机械设计课程设

16、计 取SHlim?,ZW?,ZLVR? 查图5-16 ?Hlim3?650Mpa,?Hlim4?650Mpa 式5-28 ?H3?Hlim3650ZN3ZX3ZWZLVR?1.?598Mpa ?Hlim4650ZN4ZX4ZWZLVR? ?H?min?H?3,?H?4?598Mpa 按齿面接触疲劳强度确定中心距 小轮转矩T2?N?mm 初定螺旋角?13? 初取KtZ?2t?，查表5-5 ZE? 减速传动 u?i34? 取?a? 端面压力角 ?t?arctan(tan?n/cos?)?arctan(tan20?/cos13?)? 基圆螺旋角 ?b?arctan(tan?cos?t)?arctan

17、(tan13?)? 式5-42 Z?cos?cos13? 2?2cos?b式5-41 ZH? ?cos?tsin?式5-39 ZZZZKT1?HE?at?(u?1)32?au?H?2 ?(?1)3?取中心距 a?150mm 估算模数 mn?(?)a?3mm 取标准模数 m? - 3 - 机械设计课程设计 2?150?cos13?2acos? 小齿轮齿数 z3?1?mn?u?1?大齿轮齿数 z4?uz3? 取 z3?25 z4?96实际传动比 i实?z496? z325传动比误差 ?i?在允许范围内 i理?i实i理?100%?100%?%?5% 修正螺旋角 ?arccosmn(z4?z3)?(2

18、7?94)?arccos?2?2?155与初选?13?相近, ZH,Z?可不修正 轮分度圆直径 d3?mnz3/cos?25/? d4?mnz4/cos?96/? 圆周速度 v?d3n260?103?/s 查表5-6 取齿轮精度为8级 验算齿面接触疲劳强度 电机驱动,稍有波动,查表5-3 kA?1 ?25? 查图5-4 kv? 齿宽b?aa?150? ? 查图5-7 K? 查表5-4 K? - 4 - 机械设计课程设计 载荷系数 K?KAKvK?K?1? *m?2? 齿顶圆直径 da3?d3?2ha*da4?d4?2ham?2? 端面压力角 ?t?arctan(tan?n/cos?)?arct

19、an(tan20?/?)? 齿轮基圆直径 db3?d3cos?t?db4?d4cos?t? 端面齿顶压力角?at3?arccos? ?at4?arccosdb4? da4?1z3(tan?at3?tan?t)?z4(tan?at4?tan?t)?2?125?(?)?96?(?) 2?bsin? ?mn式5-43 Z?1?1? 式5-42 Z?cos? 式5-41 ?b?arctan(tan?cos?t)?arctan(?)? 式5-41 ZH 2?2cos?b? ?cos?tsin? 5 - 机械设计课程设计 ?H?ZHZEZ?Z?2KT2u?1bd32u2?1 ?H安全? 验算齿根弯曲疲劳强

20、度 查图5-18 ?Flim3?290Mpa，?Flim4?270Mpa 查图5-19 YN3? YN4? 式5-32 YX3?YX4? 取 YST? SFmin? 式5-31?F?3?Flim3YSTSFminYN4YX4?YN3YX3?290?2? ?F4?Flim4YSTSFmin270?2? ?Z3/cos3?25/? ZV4?Z4/cos3?96/? 查图5-14 YFa3?,YFa4? 查图5-15 YSa3?,YSa4? 式5-47计算Y?，因?，取? ?Y?1?1?1? ? 式5-48Y?F3?2KT22?YFa3Ysa3Y?Y?0.898? ?F3安全? - 6 - 机械设计

21、课程设计 ?F4?4?安全 齿轮主要几何参数 Z3?25 Z4?96 u? m? ? mt?mn/cos? d3? d4? da3? da4? df3? df4? a?1(d3?d4)?150mm 2b3?70mm b4?60mm db3? db4? 5 轴的设计计算 高速轴的设计计算 轴的材料为选择45#, 调质处理，传递功率P? 转速n?960r/min 查表8-2 A0?110 d?110?3? n1440于轴上有一个键槽，则d?(3%5%?1)? dmin?d 取dmin?32mm 估定减速器高速轴外伸段轴径 查表17-2 电机轴径d电机?38mm,轴伸长E?80mm 则d?d电机?3

22、8?38mm 取 d?32mm 根据传动装置的工作条件选用HL型弹性柱销联轴 ?103?m 名义转矩T?n1440- 7 - 机械设计课程设计 查表11-1 工作情况系数K?,取K? 计算转矩Tc?KT?m 查表22-1 选TL6 公称转矩Tn?250N?m?Tc?m 许用转速n?3300r/min?n1?1440r/min 轴孔直径dmin?30mm,dmax?38mm 取减速器高速轴外伸段轴径d=32mm,可选联轴器轴孔 d1?d电机?38mm,d2?32mm 联接电机的轴伸长E?80mm 联接减速器高速轴外伸段的轴伸长L?82mm 中间轴的设计计算 轴的材料为选择45#, 调质处理，传递

23、功率P?，转速n?/min 查表8-2 A0?118 d?110?3? 于轴上有一个键槽，则d?(3%5%?1)? dmin?d 取dmin?40mm 低速轴的设计计算 轴的材料为选择40Cr, 调质处理，传递功率P?，转速n?/min 查表8-2 A0?118 d?118?3?于轴上有一个键槽，则?(3%5%?1)? dmin?d 取dmin?50mm 因为是小批生产，故轴外伸段采用圆柱形 根据传动装置的工作条件选用HL型弹性柱销联轴 ?103?m 名义转矩T? 8 - 机械设计课程设计 计算转矩 Tc?KT3?m 查表22-1 选TL8 查表11-1 工作情况系数.T取 公称直径Tn?71

24、0N?m?Tc?m 许用转速n?2100r/min?n?/min 减速器低速轴外伸段d1?50mm,L?112mm 从动端d2?0mm,L?112mm 6 低速轴的强度校核 绘制低速轴的力学模型 L1? L2? 作用在齿轮的圆周力 F3t?2Td?2? 径向力 Fr?Ft?tan? 轴向力Fa?Ft?tan? 求支反力 水平支反力 ?MB?0 RAx(L1?L2)?FtL2?0 RFtL2L?1? ?X?0,RBx?Ft?RAx? 垂直支反力 ?MB?0 ?RdAz(L1?L2)?FrL2?Fa2?0 FRrL2?2LL?Fr?RAz?(?)? - 9 - ?Z?0 机械设计课程设计 作弯矩、

25、转矩图 - 10 - 机械设计课程设计 水平弯矩Mx C点 MCx?RAxL1?139?mm 垂直弯矩Mz C点左 MCz?RAzL1?139?mm C点右 MCz?RBzL2?mm 合成弯矩MC C点左 MC?22MCx?MCz?mm 22?Cz?mm C点右 MC?MCx转矩 T?N?mm 作计算弯矩Mca图 该轴单向工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑 取? C点左 2McaC?MC?(?TC)2?()2?(?)2 ?mmC点右 McaC?2MC?(?TC)2?()2?(?0)2 ?mmD点 2McaD?MD?(?TD)2?02?(?)2?N?mm 校核该轴的强度 根据以上分析，C

26、点弯矩值最大，而D点轴径最小，所以该 轴危险断面是C点和D点所在剖面。 轴的材料为40Cr 查表8-1 ?B?736Mpa 查表8-3 ?b?1?69Mpa C点轴径dC?b?3? ?69因为有一个键槽dC?(1?)?62mm安全 - 11 - 机械设计课程设计 D点轴径dD?b?3? ?69因为有一个键槽dD?(1?)?50mm安全 精确校核轴的疲劳强度 -均为有应力集中的剖面，均有可能是危险剖面。其中-剖面计算弯矩相同，、剖面相比较，只是应力集中影响不同。可取应力集中系数值较大的值进行验算即可。同理、剖面承载情况也接近，可取应力集中系数较大者进行验算。 校核、剖面的疲劳强度 剖面因键槽引起

27、的应力集中系数查附表1-1 k?，k? 剖面因过渡圆角引起的应力集中系数查附表1-2 r2D?d55?50? ? ?d50r2因、剖面主要受转矩作用，k?起主要作用，按键槽引起的应力集中系数计算 ?max?T? ?50?a?m?max2? 查表8-1 ?1?344Mpa ?1?199Mpa 查附表1-4 ? ? 查附表1-5 ? ? 查表1-5 ?，? S?S?1k?a?m? 取?S?，S?S?安全 校核、的疲劳强度 剖面因配合(H7/r6)引起的应力集中系数查附表1-1 k?， k? - 12 - 机械设计课程设计 剖面因过渡圆角引起的应力集中系数查附表1-2 D?d68?60r2?4? r

28、2d60k?， k? 剖面因键槽引起的应力集中系数查附表1-1 k?，k? 按配合引起的应力集中系数校核剖面 剖面承受的弯矩和转矩分别为： M?MC?B?139?50/2? ?L1?2?139L1?剖面产生正应力 ?max? M?W?a?max?，?m?0 剖面产生的扭剪应力及其应力幅、平均应力为 T? ?50?max?a?m?max2? 查附表1-4 ? 查附表1-5 ?,? 查表1-5 ?,? S?1k? ?S?a?m?1k?a?m?S?S?S?S?22? ? S?取?S?，S?S?安全 - 13 - 机械设计课程设计 其它剖面与上述剖面相比，危险性小，不予校核 7 低速轴轴承的选择及其寿

29、命验算 低速轴轴承选择一对30211圆锥滚子轴承 条件：d=55mm,转速n=/min，工作环境多灰尘，载荷稍有波动，工作温度低于100?，预计寿命L10h?2?8?8?300?38000h 确定轴承的承载能力 查表21-3 轴承30212的c0=74500N 计算轴承的径向支反力 22R1?RAX?RAZ? 22R2?RBX?RBZ? 作弯矩图 计算派生轴向力S 查表9-8 30212轴承Y=，C=97800 ，e= S1?R12Y? S2?R22Y? S1,S2的方向如图 求轴承轴向载荷 Fa?S1?S2? 故1松2紧 A1?S1?,A2?S1?Fa? 计算轴承的当量动载荷P ?e? 查表

30、9-6 X1?1,Y1?0 - 14 - 机械设计课程设计 ?e? 查表9-6 X2?,Y2? 查表9-7 fd? 根据合成弯矩图取fm1?1,fm2?1 P1?fdfm1?X1R1?Y1A1?1?1?0? P2?fdfm2?X2R2?Y2A2?1?P1，故按P2计算 查表9-4 ft?1 L10h?10?ftC?60n?P?6103?10?1?86500?60?6103?L10h?38000h故圆锥滚子轴承30212适用 8 键联接的选择和验算 低速轴上键的选择与验算 齿轮处 选择键1811 GB1096-2003A型，其参数为L=56mm，t=， R=b/2=9mm，k=h-t=，l=L-2R=