机械设计课程说明书
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发布时间：2022-04-21 18:41
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时间：2023-07-22 13:16
目 录 前言………………………………………………….2一、 电动机的选择二、 传动系统的运动和动力参数的计算…三、 传动零件的设计计算…型带传动设计…圆柱齿轮传动设计…四、 轴的设计(包括轴承和联轴器的选择)…1. 确定轴上的作用力……2. 选择轴的材料,估算最小直径以及选择联轴器…3. 轴的结构设计…4. 计算支座反力…5. 轴的强度校核…6. 键的选择及校核……五、 简单介绍润滑和密封的选择…1. 润滑的选择………2. 密封的选择……六、 设计小结………七、 参考资料……1. 设计目的： 通过本课程设计将学过的基础理论知识进行综合应用，培养结构设计，计算能力，熟悉一般的机械装置设计过程。 2.题目分析设计带式运输机用一级齿轮减速器及带轮传动。输送带工作拉力为4000N,输送带工作速度：V=2m/s,滚筒直径是400mm,运输机连续单向运转，载荷较平稳。减速器小批量生产，一般制工作，滚筒效率为0.96（包括滚筒和轴承的效率损失）。3.传动方案的设计 采用Ｖ带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。传动图如下：1.电动机 2.V带传动 3.圆柱齿轮减速器4.连轴器 5.滚筒 6.运输带 一、电动机选择1.电动机的类型选择：用Y系列三相龙型异步电动机，封闭式结构，电压380V。2.电动机功率选择：电动机所需工作效率为Ｐd＝ＰＷ／ηa 以及ＰＷ＝ＦV/1000 (KW)因此Pd=FV/1000ηa (KW)由电动机至运输带的传动总效率为：a=η１×η２×η３×η４式中：η1、η2、η3、η4、分别为带传动、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率（轴承的传动效率设为1）。取η１=0.96，η2=0.97η3=0.98η4=0.96即ηa=0.96×0.97×0.98×0.96=0.876所以：电机所需的工作功率： Pd = FV/1000ηa =(4000×2)/(1000×0.876) =9.13KW)3.确定电动机转速: 计算卷筒工作转速：＝60×1000·V/（π·D）=(60×1000×2)/（４00·π）=95.49 r/min根据[1]表１推荐的传动比合理范围，取Ｖ带传动比I’1=２～４ 。取一级圆柱齿轮减速器传动比范围I’2=3～６。则总传动比理论范围为：I’a＝6~24故电动机转速的可选范为 Nd’= I’a·n=(6~24) ×95.49 =572.94~2291.76 r/min则符合这一范围的同步转速有：750、1000和1500r/min根据容量和转速，由相关手册查出三种适用的电动机型号如下表：方案电 动机 型号 额定功率电动机转速(r/min)电动机重量N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1Y160M-4111500144012315.083.54.312Y160L-611100096014710.162.83.363Y180L-8117507301847.2.53.06综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量,可见方案1比较合适。因此选定电动机型号为Y160M-4。其主要性能如上表。电动机主要外形和安装尺寸如下表：中心高H外形尺寸L×C/2+AD)×HD底角安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径 K轴伸寸D×E装键部位尺F×G 160600×417.5×385254×2101542×11012×37二、传动系统的运动和动力参数的计算1.各轴的转速:由nI=nm/i0 r/min（式中：nm是电动机的满载转速；nI是电动机至轴的传动比）以及nII=ni/i1=nm/i0·i1 r/min有：Ⅰ轴：nI=nm/ i0=1440/3.5=411.43 （r/min） Ⅱ轴：nII= nI/ i1 =411.43/4.31=95.46 （r/min）2.计算各轴输入功率：由PI=Pd·η01 KW η01=η1 PII=PI·η12 = Pd·η01 ·η12 KW η12=η2有：Ⅰ轴：PI=Pd·η01 = Pd ·η1=9.13×0.96=8.76（KW）Ⅱ轴: PII=PI·η12 = Pd·η1 ·η2 =9.13×0.96×0.97 =8.50卷筒轴:PIII= PII·η3 =8.50×0.96 =8.16KW）I,II轴的输出功率分别等于各自的输入功率。即： PI= PI’ PII = PII’3.各轴的输入转矩：由TI=Td·i0·η01 N·m其中为电动机的输出转矩，按下式计算： Td=9550·Pd /nm=9550×9.04/1440=59.95N·m所以： Ⅰ轴： TI= Td·i0·η01= Td·i0·η1=59.95×3.5×0.96=201.43 N·m Ⅱ轴：TII= TI·i1·η12= Td·i1·η2= 201.43×4.31×0.97=842.12 N·m卷筒轴输入轴转矩：TIII= TII·η3=842.12×0.96=808.44 N·m I,II的输出转矩分别等于各自的输入转矩。即：TI’=TI TII’=TII 三、传动零件的设计计算1.V型带传动设计（1）.计算功率Pc，按[2]表8-5选定工作情况系数Ka，则:Pc=Ka·Ped=1.1×11=12.1（ KW）由[2]表8-7可选用B型（2）.确定带轮的基准直径d1和d2,并验算带速v由[2]表8-3，B型V带的最小基准直径d1min=125mm,由图8-7推荐取d1=140mm,大轮直径d2=3.5×140=490mm,由表8-6中的带轮直径系列，选取标准直径d2=500mm，则实际传动比 i=d2/ d1=500/140=3.57误差2%,允许。带速v1= d1·nm·π/（1000×60）=(π×140×1440)/(1000×60) m/s=10.55 m/s<25 m/s 合适（3）.计算中心距a，带长Ld和验算包角a1由中心距的推荐值 0.7(d1 +d2)< a0<2(d1 +d2)得 0.7（140+500）< a0<2(140+500) 448< a0<1280初选中心距a0=680mm,相应的带长 Ld=2a0+π/2(d1+d2)+ (d1-d2)2/4a0 =2412.4 mm由[2]表8-2选用Ld=2500 mm，其实际中心距a= a0+( Ld-L0)=680+(2500-2412.4)/2=724mm验算小带轮的包角a1a1≈1800-57.30×(d1 -d2)/ a=1800-57.30×(500-140)/724≈151.50>120符合要求。（4）. 计算带的根数z=Pc/[(P0+△P0)·KL·KW·Kq]式中P0由[2]表8-4确定； B型V带，当d1=140mm,n1=1440 r/min时，查得P0=2.82 KW。功率增量△P0=0.46 KW（i>2）查[2]表8-7得Ka=0.924; 查[2]表8-8得KL=1.03，取抗拉体材质化纤结构Kq=1，则z=12.1/(2.82+0.46) ×0.924×1.03×1=3.88取z=4根。（5）.计算初拉力F0及作用在轴上的为FQ由[2]表8-3得V带质量为q=0.17Kg/m.得初拉力F0=500×Pc/zv1(2.5/Ka-1)+qv2=500×[12.1/(4×10.55)](2.5/0.924-1)+0.17×10.552=263.4 N作用在轴上的压力 FQ=2zFQsin( a1/2)=2×4×263.4×sin( 151.20/2)≈2044 N2.圆柱齿轮传动设计（1）.选择齿轮材料，齿数，齿宽系数。由[2]表10-7得选择常用的调质钢：小轮：45钢调质 HBW1=210~230大轮：45钢正火 HBW2=170~210取小齿轮齿数z1=22,则大齿轮齿数z2=uz1=4.31×22≈95对该一级减速器，取Φd=1。（2）.确定许用应力许用接触应力 [σH]=ZNσHlim/SHmin许用弯曲应力 [σF]= σFlimYSTYNT/ SFmin式中σHlim1=560 Mpa, σHlim2=520 Mpa, σFlim1 =210 Mpa, σFlim2=200 Mpa,σFlim按[2]图10-26中查取；应力修正系数YST=2，最小安全系数σHlim=σFlim=1。故 [σH1]=1×560/1=560Mpa [σH2]=1×520/1=520Mpa [σF1]=210×2/1=420Mpa [σF2]=200×2/1=400Mpa（3）.按齿面接触强度计算由式d1≥{[2KT1(u+1)/ Φ](ZEZH/[σH])2}1/3计算小轮直径。载荷系数K= KA KV Kβ。取 KA=1([2]表10-6)，KV=1.15，Kβ=1.09（[2]表10-21b）故 K=1×1.15×1.09=1.25小轮传递的转矩T1=9.55×106PI/nI=9.55×1068.68/411.43=201477.77 N·m弹性形变系数ZE=1.8（[2]表10-5），节点区域系数ZH=2.5则d1≥{[（2×1.25×201477.77×5.31）/4.31]（1.8×2.5/520）2}1/3 =80.60mm（4）.确定主要参数球中心距a= (d1 +d2)/2= d1(1+i)/2=80.60(1+4.31)/2=214mm圆整后，取a=220mm,则d1 =82.86mm.计算模数 m= d1/z1=82.86/22=3.77mm按[2]表10-1取标准模数m=4mm.求z1,z2:总齿数zc= z1+z2=2a/m=2×220/4=110因此zc= z1（1+i）故 z1= zc/( 1+i)=110/(1+4.31)=20.72取z1=21，则z2= zc-z1=，则实际传动比i=z2/z1=4.24传动比的变动量△i=（4.31-4.24)/4.31=0.016<5% 可用求小齿轮的工作宽度 d1=z1m=21×4=84>80.60mm计算齿轮的工作宽度 b=Φd·d=1×84=84mm取b2=84mm,b1=mm（5）.校核弯曲强度由式σF1=(KFt/bm)YFa1YSa1，σF2=σF1YPa2YSa2/ YFa1YSa1分别验算两齿根弯曲强度计算圆周力 Ft=2T1/D1=2×201477.77/84=4797.1N齿形系数YFa，应力修正系数YSa可由[2]图10-23，10-24中查得，当：z1=21 YFa1=2.8 YSa1=1.6 z2= YFa2=2.24 YSa2=1.87则 σF1=79.95Mpa <[σF1] σF2=74.75 Mpa <[σF2]（6）.主要几何尺寸如下：m=4mm z1=21 z2=d1=84mm d2=z2m=336mm da1=m(z1+2)=92mm da2=m(z2+2)=3mm df1=m(z1-2.5)=74mm df1=(z2-2.5)=346mm b=84mm,取b1=mm,b2=84mm a=(d1+d2)/2=210mm四、轴的设计计算及校核1.确定轴上作用力低速轴转速 nII=95.46 r/min 低速轴功率PII=8.42 KW 低速轴转矩 TII=842.1 N�6�1m齿轮上圆周力 Ft=2TII/dII=2×842.12/0.336=5012.6N齿轮上径向力 Fr= Fttanα=5012.6 tan200=1824.4N2.选择该轴的材料，估算最小直径，选联轴器⑴.择该轴的材料: 45钢，调质处理，抗拉强度σb=600MPa⑵.算轴最小直径d1: 由[2]公式15-2得 d1=A(PII/nII)1/3=106(8.42/95.46)1/3=47.18mm由[2]表15-1查得A=117～106，因轴的最小直径段上无弯矩，取A=106。考虑到键槽削弱了轴的强度，将轴加大5%，所以取d1=1.05×47.18=50㎜.⑶择联轴器:从安装方便出发，选用齿式联轴器。由[2]表14-1查得：用带式运输机的联轴器，其工作情况系数K=1.5～2，于是得： Tc=KT=(1.5～2) ×842.12 =1263～1685 N�6�1m根据Tc值和d1=50㎜,查手册[3]选用GICL3齿式联轴器：轴孔Φ30～Φ60，半轴器轮毂长度L1=112㎜，许用最大转矩Tc=5900 N�6�1m。3.轴结构设计（1）.轴承类型选择：综合考虑，选用深沟球轴承。（2）.轴径的确定:对于形成定位轴肩的轴肩高度应按a=（0.07～0.1）d;对于形成非定位轴肩高度则按a>0～3㎜。根据已知轴d1=50㎜，可得 d2=60mm d3=60mm d4=65mm d5=75mm d6=60mm （3）.轴承型号的确定:由d3=d7=60㎜，查得轴承型号为6012： 内径d=60㎜，外径D=95㎜，宽度B=18㎜。 （4）.轴段长度的确定：a.由上述知轴头1与轴颈6上的零件为单向固定，其长度可取轴上零件配合孔的长度。即l1=112mmb.轴头4应小于轮毂宽，才能获得可靠的轴向固定，故：l4=b齿-σ=84-2=82mm (σ=2mm)c.轴上的相关零件的位置和尺寸的确定如图，用手册和设计参考资料[2]例15-1得：L2=54mm l3=60mm l5=12mm l6=48mm七、设计小结 机械设计课程设计是我们机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性环节。 1. 通过这次机械设计课程的设计，综合运用了机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。 2.学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。 3. 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。 [1] 龚溎义. 机械设计课程设计指导书 北京：高等教育出版社，2007[2] 庞兴华. 机械设计基础 北京：机械工业出版社，2008.7[3] 吴宗泽. 机械设计课程设计手册 北京：高等教育出版社，2006.5 这次的课程设计对于我来说有着深刻的意义。这种意义不光是自己能够完成了设计任务，更重要的是在这段时间内使自己深刻感受到设计工作的那份艰难。而这份艰难不仅仅体现在设计内容与过程中为了精益求精所付出的艰辛，更重要的是背负恶劣的天气所付出的决心与毅力! 也许自己太过于执着,从设计开始就落在大家的后面。不过还好，很快就将基本的数据设计与整理出来，不至于远离大家的进度。由于考试已经结束，我可以有充分的时间搞设计。可惜，图书馆闭馆，不能参考一些资料，以至在有些结构设计上还是不太明白为什么要那样设计。看来自己学的东西太少了！ 天气情况很糟糕！我只能这样评价这段时间内的艰辛。雪不挺的飘，一阵紧接一阵，以至于绝大多少时间自己都是在寒冷中度过的。虽然穿地挺厚实的，但是整天的坐着，不运动，不感觉冷那是鬼话。起初，还只是寒冷，后来为了画图一站就是一天，包括晚上的4个小时。脚除了麻木，还是麻木！ 我不喜欢加夜班。当然不是害怕加班的辛苦。而是，明明可以在规定时间内完成的事情，为何非得将自己*到慌乱的地步，加班加点的拼命赶呢！。“人是习惯的奴隶。”我一直这么认为的，也努力这么做着。不过这次为了搞设计，自己加了不少班，包括夜班。基本上，一天都呆在北区设计室里面。晚上，也经常奋战到10点才回南区。没有几个人会在这么冷的天气情况下留在教室搞设计。我这样说不是为了表明自己比起其他人来说更勤奋，况且这样恶劣的天气情况，大家也真的没有必要晚上挨冻搞设计，那样也太残酷了！而我之所以加班其实目的很简单，我想早点回家，毕竟家里比起学校来说更温暖。 谈了这么多的感受，只想表明天气太恶劣了，不过我们大家都挺过来了。对于课程设计，我只能说我已经尽了我最大的努力。这就是我最好，最出色的设计。过程我只能用不堪回首来形容，但是结果确实意义重大的。我付出了远比设计内容更多的毅力与决心。而我也应该保留这份精神，继续奋斗。 感觉设计对我们这些刚刚入门（或者在某种意义上来说还是门外汉）就是按照条条款款依葫芦画瓢的过程，有的时候感觉挺没有劲的。反正按照步骤一定可以完成设计任务，其实不然。设计过程中有许多内容必须靠我们自己去理解，去分析，去取舍。就拿电动机型号选择来说，可以分别比较几种型号电动机总传动比，以结构紧凑为依据来选择；也可以考虑性价比来选择。前者是结构选择，后者确实经济价格选择。而摆在我们面前的却是两条路，如何将两者最优化选择才是值得我们好好深思的。 通过这次的设计，感慨颇多，收获颇多。更多的是从中学到很多东西，包括书本知识以及个人素质与品格方面。感谢老师的辛勤指导，也希望老师对于我的设计提出意见。以上并非客套！设计总结之前我对《机械设计基础》这门课的认识是很肤浅的，实际动手设计的时候才发现自己学得知识太少，而且就算上课的时候再认真听课，光靠课堂上学习的知识根本就无法解决实际问题， 必须要靠自己学习。我的设计中存在很多不完美、缺憾甚至是错误的地方，但由于时间的原因，是不可能一一纠正过来的了。尽管设计中存在这样或那样的问题，我还是从中学到很多东西。首先，我体会到参考资料的重要性，利用一切可以利用的资源对设计来说是至关重要的。往往很多数据在教材上是没有的，我们找到的参考资料也不齐全，这时参考资料的价值就立时体现出来了。其次，从设计过程中，我复习了以前学过的机械制图知识，AUTOCAD的画图水平有所提高，Word输入、排版的技巧也有所掌握，这些应该是我最大的收获。再次，严谨理性的态度在设计中是非常重要的，采用每一个数据都要有根据，设计是一环扣一环的，前面做错了，后面就要全改，工作量差不多等于重做。通过这次的课程设计,极大的提高了我们对机械设计这门课程的掌握和运用，让我们熟悉了手册和国家标准的使用，并把我们所学的知识和将来的生产实际相结合，提高了我们分析问题并自己去解决问题的能力，也提高了我们各个方面的素质，有利于我们今后更顺利地走上工作岗位。
