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机械设计基础课程设计范例

机械设计基础课程设计

专业及班级:数控技术70511

设计:xxx

学号:200507011016

指导教师:

日期:2006.12.25

目录

前言 (1)

第1章选择传动方案 (2)

第2章选择电动机 (3)

2.1 电动机的选择 (3)

2.2 输送机的输送量及功率计算 (3)

2.3 电动机的功率 (3)

2.3.1 螺旋输送机主轴上所需功率 (3)

2.3.2 工作机所需的电动机输出的功率为 (3)

2.4 电动机的转速 (4)

2.5 传动装置总传动比 (4)

2.6 计算传动装置的运动和运动参数 (4)

2.6.1 计算各轴输入功率 (4)

2.6.2 计算各轴转速 (4)

2.6.3 计算各轴转矩 (5)

第3章选择V带 (6)

3.1 选择普通V带 (6)

3.1.1 按照计算功率P c,选择V带型号 (6)

3.1.2 带传动的主要参数和尺寸 (6)

3.2 初选中心距 (6)

3.3 确定V带的根数 (7)

3.4 计算紧张力 (7)

F (7)

3.5 计算作用在轴上的力R

3.6 结构设计 (7)

第4章传动设计 (8)

4.1 选择高速级齿轮传动的材料及热处理 (8)

4.2 强度计算 (8)

4.3 确定选择齿轮传动的参数和尺寸 (8)

4.4 验算齿根弯曲应力 (9)

4.5 结构设计 (10)

第5章轴的选择 (11)

5.1 高速轴的设计 (11)

5.1.1 选择轴的材料 (11)

5.1.2 初步估算轴的最小直径 (11)

5.1.3轴的结构设计,初定轴径及轴向尺寸 (11)

5.1.4按弯扭合成应力校核轴的强度 (11)

5.1.5 高速轴段的长度确定 (13)

5.2 低速轴计算 (14)

5.2.1 计算轴上的力 (14)

5.2.2 计算支反力 (14)

5.2.3 作弯距图,齿轮作用力集中在齿宽中心 (15)

5.2.4 轴输出转矩 T = 659000 (15)

5.2.5 求最大当量转矩 (16)

5.2.6 强度校核 (16)

5.2.7 低速轴段的长度确定 (16)

第6章联轴器的选择和计算 (17)

参考文献 (18)

前言

机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要,是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外,还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。

本设计中原动机为电动机,工作机为螺旋输送机。传动方案采用了一级传动,单级直齿圆柱齿轮减速器。

螺旋传送机的传动装置主要由电动机、减速器、联轴器、等组成,也有用带传动或链传动的,由于考虑到传送机有时会卡住的原因,不使电动机出现故障,所以采用V带传动。用减速电动机可使传动装置更紧凑,且螺旋传送机的结构比较简单,容易操作,横截面尺寸也小密封性也好,特别使用与输送粉末状大的物料,便于在任何位置上装料卸料,造价也比较低廉,但是它的功率消耗比较大,对物料有研碎的作用,在传送的过程中会使一部分物料损失,机壳和中间轴承磨损较大,容易发生堵塞,要求加料均匀,输送距离较短,运输能力较低。

第1章选择传动方案

本设备输送的物料为面粉,而螺旋输送机传动稳定,功率大,输送效率也比较高,所以很适合这种工作条件。螺旋输送机连续单向运转,水平输送,载荷变动小,三班制连续工作10年。

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图1.1 传动方案简图

第2章 选择电动机

2.1 电动机的选择

根据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。

2.2 输送机的输送量及功率计算

c pnr D Q φ247= (2.1)

D=0.4m,P=0.24m,n=100r/min,

由参考文献3查得r=0.6*104N/m 3,表(17-2)Ф=0.36由表(17-4)β=00,c=1.0, Q=38.98368…=39*104n/h

2.3 电动机的功率

2.3.1 螺旋输送机主轴上所需功率

01L w Q

P =

(ω367

+H )kw (2.2) 由参考文献3.查0ω =1.2, 1L =L=40m,H=0

w P =5.1kw

2.3.2 工作机所需的电动机输出的功率为

w

p =k

d P η

(2.3) k=1.3, w p =5.1kw,

由电动机至工作机之间的总效率

12

42

3ηηηη 式中的分12

42

3ηηηη别为v 带传动. 齿轮传动的轴承传动. 齿轮传动.联轴器.的效率 取1η=0.96 2η=0.97 3η=0.974η=0.97 η=0.885

5.1

=1.3d P =7.49kw 0.885

2.4 电动机的转速

按推荐的合理传动比范围,取V 带传动的传动比42'1-=i ,单级齿轮传动比3-6,则合

理总传动比的范围为'i =6—24,故电动机转速的可选范围为1'

ni n d =i 2=100*(2-4)*(3-6)

=600-2400 r /min

符合这一范围的同步转速有750 r /min 1000 r /min 1500 r /min 3000 r /min 根据计算出的功率由表8.1查出以下电动机的型号 其技术参数和传动比情况如下

表2.1电动机型号

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2.5 传动装置总传动比

i=

n n m =100

1440

=14.4 取v 带传动比i 1=3,则圆柱齿轮减速器传动比i 2=

1

i i

=4.8 2.6 计算传动装置的运动和运动参数

2.6.1 计算各轴输入功率 电动机主轴P d =11kw

轴I (高速轴)P 1= p d η1=11*0.96=10.56 轴2(低速轴)P 2=P 1η2

η

3

=11*0.97*0.99=10kw

2.6.2 计算各轴转速 电动机轴 n m =1440r/min 轴1 n 1=

1

i n m

=480r/min 轴2 n 2=

2

1

i n =100r/min

2.6.3 计算各轴转矩

T d =9550

m

d

n p =49.7 (2.4) 轴1 T 1=9550

1

1

n p =143.1 轴2 T 2=9550

100

2

p =659 表2.2 各轴系数

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第3章 选择V 带

3.1 选择普通V 带

传送带包括V 带,平带,两种,考虑V 带的效率比较高,安全,所以选择普通V 带。 3.1.1 按照计算功率P c ,选择V 带型号 P c =k A P

k A 由表13-27查,工作16-24个小时,k A =1.3 P c =1.3*7.19=9.3kw

由参考文献3.图13-17查,V 带为B 型

3.1.2 带传动的主要参数和尺寸 D 1由参考文献3.,按B 型查取D 1≥125mm D 2=

2

1

n n D 1(1-ξ)=375mm V=

1000

*601

1D n π=3.14m/s

3.2 初选中心距

0a = (0.7~2)(21D D +)=(0.7~2)(125+375)=350~1000mm

取0a =800mm

'

p

l =0

2122104)()(22a D D D D a -+

++π

=8004)125375()375125(280022

?-+++?π =2404mm

由参考文献3.表5-2,按B 型查取基准长度p l =2500mm 实际中心距 a ≈2

'

0p

p l l a -+

=800+

2

2404

2500-=847.54mm,取a=848 p l a a 015.0min -==848-0.015×2500=810.5mm

p l a a 035.0max -==848-0.035×2500=935.5mm

α=180°-

3.571

2?-a

D D °=163.1°>120° 3.3 确定V 带的根数

)

(00P P P z C

△+=

(3.1)

式子中

P 由参考文献3.,按1251=D V=9.42m/s B 型利用插入法查取

0P =2.60+

100

)67()

6.179.1(28--?=2.653KW

△0P =0.0001△T=0.0001*1440*3.1=0.4464KW (△T 由参考文献3.表13-19按B 型,i=

2

1

n n =3查取T=3.1m N ?) αK 由表13-20,按α=163.1°(插入法)查取 αK =0.95+

160

1701

.3)95.098.0(-?-=0.9593

c K 按p l =2500mm, B 型查取

c

K =1.03

z=9.3

2.653+0.4464*0.9593*1.03

()=4.2根 取z=4 3.4 计算紧张力

0F =500

29)15

.2(V K zV P c +-α

式中,由参考文献3.表5-1,按B 型取q=0.17kg/m 0F =500×

242.917.019593

.05

.242.9766.13?+-??)(=180.8N

3.5 计算作用在轴上的力R F

R F =22

sin 0αzF =2×7×180.8×2

73.163sin ?

=2505.9N

3.6 结构设计

1D =125mm 小带轮采用实心式结构

2D =375mm 大带轮采用轮辐式结构

第4章 传动设计

4.1 选择高速级齿轮传动的材料及热处理

由参考文献2.表11-1小齿轮的材料 用45钢,调质热处理200~250HBS ,大齿轮的材料用45钢,正火热处理170~217HBS 。

4.2 强度计算

因为大小齿轮硬度均小于350HBS ,所以高速级齿轮为闭式软齿面的齿轮传动。 按齿面接触强度计算

α≥

)1(+i A a 3

2

1

][H a i KT σψ (4.1)

其中

α

A 由参考文献3.表13-1,按直齿β=12°查取α

A =476

K 由参考文献3.表13-3,按电动机连续单向运动,载荷平稳,选K=1.2 αψ=0.4

[0]=H σ.9

lim

H σ

lim H σ由参考文献3.,按齿轮材料、调质、正火热处理,220HBS ,180HBS 查取,

1lim H σ=560MPa 2lim H σ=520MPa

[H σ1]=0.9×560MPa=504MPa [2]H σ=0.9×520MPa=468MPa α≥483(4+1)3

2

46844.044

2.1???=128.5mm

4.3 确定选择齿轮传动的参数和尺寸

1z =23~40,选1z =23,2z =i 1z =5*23=115

m=

212z z +α=115

235

.128*2+=1.862 由表3-2查取m=2mm 所以实际的中心距α=2

)

(21z z m +=138 齿宽b=2b =

a

ψ×α=0.4*138=55.2mm 取55mm

1b =2b +(3~5)mm=60mm

1d =m 1z =2*23=46mm 1a d =m(z 1

+2)=2*(23+2)=50

2d =m 2

z =2*115=230mm 2a d =)2(2+z m =2*(115+2)=234

4.4 验算齿根弯曲应力

F σ≤[F σ]

[F σ]=bm

K Y Y K K K F FB

Fs Fa V A t εβ (4.2)

其中

1t F =112000d T =46

7

.492000?=2160

②A K 由参考文献3.表13-3按原动机工作平稳 工作载荷较平稳查取A K =1~1.2 取A K =1.2

V

K 由参考文献3.图13-5按Ⅱ公差组7级

100

11z v =

10023

42.9?=2.17 查取

v

K =1

β

F K 由参考文献3.图13-6,按

d ψ=2.146

2.551

==d b 且齿轮布置方式为不对称,齿面硬

度<350HBS 查取

32

.1=βF K

⑤αF K 由参考文献3.表13-5,按Ⅱ公差组7级为经表面淬火的直齿轮 查取α

F K =1

FS

Y 由参考文献3.图13-4,按231=z 1152=z X=0查取1FS Y

=4.21 2FS Y =3.95

⑦εβ

Y 由参考文献3.图13-8,按

α

ε=[1.88-3.2×(

2

111z z +)]cos β=1.72及β=0°查

εβ

Y =0.68

⑧lim F σ由参考文献3.图13-3,按齿轮材料调质钢,200HBS ,正火钢170HBS 查取

1lim F σ=210Mpa 2lim F σ=200Mpa

N

Y 按长期工作, N >

N ,查取

N

Y =1

δ

Y 一般取

δ

Y =1

⑾R Y 按表面粗糙度值αR ≤3.2μmm,查取R Y =1 ⑿X Y 由图13-12 按齿轮材料调质钢,模m=2,查取X Y =1

⒀min F S 由表13-7,按失效概率≤10001

,查取min F S =1.25 [F σ]1=

25

.11

111210????=168MPa

[F σ]2=25

.11

111200????=160Mpa

1F σ=22.5568.021.432.112.12160??????=88.7Mpa <[F σ]1

2F σ=1

F σ21

.495

.37.8812?=FS FS Y Y =83.2Mpa <[F σ]2 4.5 结构设计

mm

d a 501= mm

d a 2342=

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图4.1大齿轮结构图

第5章 轴的选择

5.1 高速轴的设计

5.1.1 选择轴的材料 45号钢 调制 HBS = 230 5.1.2 初步估算轴的最小直径

根据教材公式 取 A 0=110

d

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≥A (mm) 5.1.3轴的结构设计,初定轴径及轴向尺寸 考虑代轮的结构要求及轴的刚度 处轴径min d = 30 (mm)

按轴的结构要求取轴承处轴径d = 40 (mm) 5.1.4按弯扭合成应力校核轴的强度 ① 计算作用在轴的力 小齿轮受力分析 圆周力1112T 2*143100

=

==6211d 46

t F 径向力 F 1r =

βαcos tan 1n t F ``

46`419cos 20

tan 6221??=2297

轴向力 F 1a =F 1t tan β=6221tan9°41`46``=1063 带传动作用在轴上的压力 Q = 25059 ② 计算支反力 水平面t1F 6221

==

==3110522

AV BH R R 垂直面 ΞAV M = 0

AV R ×103.5- 1r F ×56.5-11×2a d

F -Q(112+103.5)=0

AV R = 6696

ΞF = 0

R BV = R AV - Q - F 1r =1893.7 ③ 作弯距图

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图5.1

④ 水平面弯距

M CH = -R BH ×56.5= -3110.5×56.5= -175715 垂直面弯距

M AV = -Q ×97= -2505.9×112= -280660.8 M 1CV = -Q (112+56.5)+ R AV ×56.5 = -2505.9×168.5+6696×56.5 = -43920

M 2CV = - R BV ×47= -1893.7×47= -89003.9 合成弯距M A = M AV =280660

M 1C =221CV CH M M +=2

243920175715+=208059 M 2C =222

CV

CH M M +=229.89003175715+=213318 作转距图 T 1=143100 ⑤ 计算转距

当扭转剪应力为脉动循环变应力时,取系数α=0.6

caD M =2

12)(T M D α+=85860 caA M =212()

T M H α+=243072 1cac M =2121)(T M c α+=208059

2cac M =2122)(T M c α+=213318

⑥ 轴的材料为45号钢,查得拉伸强度极限δB =650 mpa 对称循环变应力时的许用应力[δ1

-]b =60 mpa

A 剖面计算弯距最大处计算应力

caA δ=W M caA =3

1.0B

caA d M =18.9 mpa <[δ1

-]b (安全)

D 剖面轴径最小,该处计算应力

caD δ=

3

1.0D

caD

caD d M W M ==17.3 mpa <[δ1

-]b (安全)

5.1.5 高速轴段的长度确定 ①高速轴选用深沟球型号为6008号 轴承直径是Φ40mm 宽度15mm ②箱体内壁与小齿轮的间隙△1=12mm ③小齿轮的直径Φ50mm,长度60mm

④为固定齿轮加一个轴套长度12mm,直径Φ42mm ⑤轴承端盖与安装螺母留间隙总长30mm,直径Φ35mm ⑥高速轴带轮宽65mm,直径Φ30

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+0.050

图5.2高速轴简图

5.2 低速轴计算

5.2.1 计算轴上的力 圆周力1t F =

222d T =230

659000

2?=5730 径向力1r F =β

αcos tan 1n t F ``46`419cos 20tan 57300

??=2116

轴向力1a F =1t F tan β=5730tan9°41’46”=979 5.2.2 计算支反力

水平支反力AH F =CH F =

2

t

F =2865 垂直支反力AV F =

L

d F L

F L r 222

?+?=1626.6 CV F = r F - AV F =489

5.2.3 作弯距图,齿轮作用力集中在齿宽中心

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图5.3

水平面弯距图

M BH =F AH ×2

L

=141817.5

垂直面弯矩图

M 1BV =F AV ×2L

=80516.7

M 2BV =F CV ×2

L

=24205.5

合成弯矩图 B 截面为危险截面 截面B 左

M 1B =22)()(1BV BH M M +=163080.17 截面B 右

M 2B =22)()(2BV BH M M +=143868.27 5.2.4 轴输出转矩 T = 659000

轴频繁启动,停,单向运转,可以为扭转应力为脉动循环变化 α=0.6 α

T

=0.6×659000=395400

5.2.5 求最大当量转矩 M BCa =

2

2

1)

()(T M B α+=427710.54

5.2.6 强度校核 δ=

W M BCa =3

751.054

.427710?=10.14 <[δ1

-]=55 mpa (安全)

5.2.7 低速轴段的长度确定

①低轴选用深沟球型号为6006 轴承直径是Φ30mm,宽度13mm ②箱体内壁与大齿轮间隙△1=12mm ③大齿轮内直径Φ40 mm,长度60mm

④为固定齿轮加一个轴套长度14mm,直径Φ30mm ⑤轴承端盖与安装螺母留间隙总长20mm 直径Φ26mm ⑥低速轴与联轴器配合再加上挡圈压在联轴器上L=52mm

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图5.4 低速轴结构简图