毕业课程设计机械设计基础.docx
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毕业课程设计机械设计基础
佛山职业技术学院
机械设计基础
指导老师:
学生姓名:
学号:
26
班级:
10221
专业:
模具设计与制造
2011年12月
课程设计任务书
一、实训课题
设计带式运输机传动装置中的输出轴轴系设计
1、工作条件:
单向连续运转,载荷有振动,两班制工作小批量生产,运输带速度允许误差为。
2、带式运输机传动方案:
3.原始数据:
数据编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
运输带工作拉力
1200
1500
1800
2000
2200
2500
3000
3500
4000
运输带工作速度
1.2
1.2
1.2
1.5
1.5
1.5
1.1
1.1
1.1
卷筒直径
200
220
240
250
280
300
220
240
300
(备注:
完成表中5号的课题设计。
)
工作条件:
单向连续运转,载荷有轻微振动;两班制工作,3年大修,使用期10年;小批量生产;运输带速度允许误差为5%。
附录1:
机械传动装置的运动和动力参数计算参考资料
1、机械传动效率
V带传动;8级精度的一般齿轮传动(油润滑);
滚动轴承(油润滑):
(球),(滚子);联轴器;
传动装置总效率
2、运输带所需的功率
其中,运输带工作拉力;运输带工作速度。
3、确定电动机功率
4、确定电动机转速
选用同步转速为1500,确定满载转=1440
电动机的选择参考Y系列Y112M-4三相同步电动机。
5、总传动比及其分配
滚筒转速
;
总传动比
取单级圆柱齿轮传动比=3.5则V带的传动比=4.07
6、计算各轴运动和动力参数
各轴编号:
电动机(小带轮)轴Ⅰ、小齿轮(输入)轴Ⅱ、大齿轮(输出)轴Ⅲ、滚筒轴Ⅳ
各轴转速:
=1440
;
=102.314
=102.314
各轴功率:
=3.687kw
=
=
;
=
各轴转矩:
=9550
=9550
=9550
=9550
将计算得到的运动和动力参数列表:
参数
轴号
电动机轴Ⅰ
轴Ⅱ
轴Ⅲ
轴Ⅳ
传动类型
V带传动
齿轮传动
联轴器
传动比
4.07
3.5
1
效率
0.99
0.99
0.97
转速
1440
102.314
102.314
功率
3.687
转矩
>>%1-传动装置的运动和动力参数计算(电动机-V带传动-齿轮传动-联轴器)
F=2200;%运输带工作拉力(N)
V=1.5;%运输带工作速度(mS)
D=280;%卷筒直径(mm)
disp'======已知条件======'
fprintf('运输带工作拉力F=%3.3fN\n',F)
fprintf('运输带工作速度V=%3.3fmS\n',V)
fprintf('工作机卷筒直径D=%3.3fmm\n',D)
%1、机械传动效率
eta1=0.97;%V带传动
eta2=0.97;%8级精度的一般齿轮传动(油润滑)
eta3=0.98;%滚动轴承(滚子,油润滑)
eta4=0.99;%联轴器
etaz=eta1*eta2*eta3^2*eta4;%传动装置总效率
%2、工作机械所需的功率
Pw=F*V1e3;
%3、确定需要的电动机功率
Pd=Pwetaz;
disp'******计算结果******'
fprintf('传动装置总效率etaz=%3.3f\n',etaz)
fprintf('工作机械所需功率Pw=%3.3fKW\n',Pw)
fprintf('所需电动机功率Pd=%3.3fKW\n',Pd)
%4、确定电动机转速
disp'根据需要电动机功率Pd,选用同步转速1500rmin的电动机Y112M-4(额定功率4KW)'
nm=1440;%满载转速(rmin)
%5、总传动比及其分配
nw=6e4*V(pi*D);%卷筒转速(rmin)
i=nmnw;%总传动比
i2=3.5;%选择齿轮传动比
i1=ii2;%V带传动比
fprintf('卷筒转速nw=%3.3frmin\n',nw)
fprintf('总传动比i=%3.3f\n',i)
fprintf('V带传动比i1=%3.3f\n',i1)
fprintf('齿轮传动比i2=%3.3f\n',i2)
%6、计算各轴运动和动力参数
%各轴编号:
电动机(小带轮)轴Ⅰ、小齿轮(输入)轴Ⅱ、大齿轮(输出)轴Ⅲ、滚筒轴Ⅳ
n1=nm;n2=n1i1;n3=n2i2;n4=n3;
fprintf('电动机轴转速n1=%3.3frmin\n',n1)
fprintf('减速器输入轴转速n2=%3.3frmin\n',n2)
fprintf('减速器输出轴转速n3=%3.3frmin\n',n3)
fprintf('卷筒轴转速n4=%3.3frmin\n',n4)
P1=Pd;P2=eta1*P1;P3=eta2*eta3*P2;P4=eta3*eta4*P3;
fprintf('电动机轴功率P1=%3.3fKW\n',P1)
fprintf('减速器输入轴功率P2=%3.3fKW\n',P2)
fprintf('减速器输出轴功率P3=%3.3fKW\n',P3)
fprintf('卷筒轴功率P4=%3.3fKW\n',P4)
T1=9550*P1n1;T2=9550*P2n2;T3=9550*P3n3;T4=9550*P4n4;
fprintf('电动机轴转矩T1=%3.3fNm\n',T1)
fprintf('减速器输入轴转矩T2=%3.3fNm\n',T2)
fprintf('减速器输出轴转矩T3=%3.3fNm\n',T3)
fprintf('卷筒轴转矩T4=%3.3fNm\n',T4)
======已知条件======
运输带工作拉力F=2200.000N
运输带工作速度V=1.500mS
工作机卷筒直径D=280.000mm
******计算结果******
传动装置总效率etaz=0.895
工作机械所需功率Pw=3.300KW
所需电动机功率Pd=3.689KW
根据需要电动机功率Pd,选用同步转速1500rmin的电动机Y112M-4(额定功率4KW)
卷筒转速nw=102.314rmin
总传动比i=14.074
V带传动比i1=4.021
齿轮传动比i2=3.500
电动机轴转速n1=1440.000rmin
减速器输入轴转速n2=358.099rmin
减速器输出轴转速n3=102.314rmin
卷筒轴转速n4=102.314rmin
电动机轴功率P1=3.689KW
减速器输入轴功率P2=3.578KW
减速器输出轴功率P3=3.401KW
卷筒轴功率P4=3.300KW
电动机轴转矩T1=24.464Nm
减速器输入轴转矩T2=95.424Nm
减速器输出轴转矩T3=317.484Nm
卷筒轴转矩T4=308.023Nm
二.V带传动选用计算
设计带式输送机的V带传动,输入功率,满载转速,传动比i=4.07,两班制工作,要求传动中心距。
解:
(1)确定计算功率和选取V带类型
查表8-12得工作情况系数,根据式(8-15)有
=
根据和从图8-14中选用A型普通V带。
(2)确定带轮基准直径和
由表8-2查得主动带轮允许的最小基准直径,再从表中带轮的基准直径系列中,取。
根据式(8-17),计算从动带轮的基准直
=
查表8-2,选取符合带轮的基准直径系列要求。
(3)验算带的速度v
根据式(8-16)
v=
带的速度在(5~25)的范围之内,合适。
(4)确定普通V带的基准长度和传动中心距
根据式(8-18)有
按照结构要求取中心距=700mm,符合兼顾带传动绕转次数和结构尺寸因素的范围。
根据式(8-19)计算带的初选长度
+
=2
2230mm
根据表8-5,选带的基准长度mm。
根据式(8-20)计算带的实际中心距
将计算结果圆整=705。
或,按式(其中,,)计算。
(5)验算主动轮上的包角
根据式(8-22)有
主动轮上的包角合适。
(6)计算V带的根数Z
根据A型V带和,查表8-8得;
根据A型V带和i=4.07,查表8-10得;
根据,查表8-12得;
根据,查表8-13得
讲以上计算系数代入式(8-23)有
取带的根数z=4根。
(7)计算出拉力
根据A型V带,查表8-11得V带每米长度质量,代入式(8-24)有
156.13N
(8)计算作用在带轮轴上的压力
根据式(8-25)有
1219.044N
>>%2-V带传动设计
P1=3.686;i=4.07;n1=1440;KA=1.2;%已知条件
disp'======已知条件======'
fprintf('传递功率P1=%3.3fKW\n',P1)
fprintf('传动比i=%3.3f\n',i)
fprintf('小带轮转速n1=%3.3frmin\n',n1)
fprintf('工况系数KA=%3.3f\n',KA)
disp'******计算结果******'
disp'根据传递功率P1和小带轮转速n1,选择A型带'
dd1=100;%小带轮基准直径推荐值dd1min=100mm;
dd2=dd1*i;dd2=407;%选择大带轮基准直径系列值
fprintf('小带轮基准直径dd1=%3.3fmm\n',dd1)
fprintf('大带轮基准直径dd2=%3.3fmm\n',dd2)
v=pi*dd1*n16e4;%带速范围v=5~25ms
amin=0.7*(dd1+dd2);amax=2*(dd1+dd2);
a0=700;%中心距范围a0=amin~amax
fprintf('中心距最小值amin=%3.3fmm\n',amin)
fprintf('中心距最大值amax=%3.3fmm\n',amax)
fprintf('中心距初值a0=%3.3fmm\n',a0)
L0=2*a0+0.5*pi*dd1*(i+1)+0.25*dd1^2*(i-1)^2a0;
Ld=2240;%带的基准长度Ld(mm)
KL=0.20639*Ld^0.211806;%带的长度系数(查表KL=0.99)
fprintf('带基准长度计算值L0=%3.3fmm\n',L0)
fprintf('带基准长度系列值Ld=%3.3fmm\n',Ld)
fprintf('带长度系数KL=%3.3f\n',KL)
a1=Ld4-pi*dd1*(i+1)8;
a2=dd1^2*(i-1)^28;
aj=a1+sqrt(a1^2-a2);%计算中心距mm
a=round(aj);%圆整中心距a
alpha=180*(1-dd1*(i-1)api);%要求小带轮包角>=120度
fprintf('中心距a=%3.3fmm\n',a)
fprintf('小带轮包角alpha=%3.3f°\n',alpha)
Kalf=alpha(0.549636*alpha+80.395144);%小带轮包角系数(查表Kalf=0.96)
fprintf('包角系数Kalf=%3.3f\n',Kalf)
P0=0.01738*dd1-0.774138;%单根带额定功率(查表P0=0.97)
DP0=0.001023+0.00012*n1;%根据A型带和带速>=2m拟合功率增量(查表DP0=0.11)
zj=KA*P1(P0+DP0)KLKalf;%计算带的根数
z=round(zj+0.5);%圆整带的根数
fprintf('单根带额定功率P0=%3.3fKW\n',P0)
fprintf('带功率增量DP0=%3.3fKW\n',DP0)
fprintf('V带计算根数zj=%3.3f\n',zj)
fprintf('V带圆整根数z=%3.3f\n',z)
q=0.59;%A带每米长度质量(kgm)
F0=500*KA*P1*(2.5Kalf-1)vz+q*v^2;%初拉力(N)
Q=2*z*F0*sin(0.5*alpha*pi180);%压轴力(N)
fprintf('A带每米长度质量q=%3.3fkgm\n',q)
fprintf('初拉力F0=%3.3fN\n',F0)
fprintf('压轴力Q=%3.3fN\n',Q)
======已知条件======
传递功率P1=3.686KW
传动比i=4.070
小带轮转速n1=1440.000rmin
工况系数KA=1.200
******计算结果******
根据传递功率P1和小带轮转速n1,选择A型带
小带轮基准直径dd1=100.000mm
大带轮基准直径dd2=407.000mm
中心距最小值amin=354.900mm
中心距最大值amax=1014.000mm
中心距初值a0=700.000mm
带基准长度计算值L0=2230.054mm
带基准长度系列值Ld=2240.000mm
带长度系数KL=1.058
中心距a=705.000mm
小带轮包角alpha=155.050°
包角系数Kalf=0.936
单根带额定功率P0=0.964KW
带功率增量DP0=0.174KW
V带计算根数zj=3.927
V带圆整根数z=4.000
A带每米长度质量q=0.590kgm
初拉力F0=156.030N
压轴力Q=1218.770N
>>
(9)带轮结构设计与技术要求,画出带轮工作图。
小带轮采用实心式(S型)结构。
大带轮采用幅板式(S型)结构。
三齿轮传动设计计算
1.齿轮传动的功率和转速
已知:
主动齿轮传递功率,转矩,转速=358.099,传动比=3.5。
2.选择齿轮材料,并确定许用应力
由于传递功率和转速中等,载荷有轻微冲击,要求就够紧凑,应采用硬齿面齿轮传动。
大小齿轮都采用45钢,表面淬火,齿面硬度REC45。
由图10-42和图10-43查出试验齿轮的疲劳极限,确定许用应力
3.选择齿轮传动的精度等级和设计参数
由于是带式运输机上用齿轮传动,转速不高,参考表10-12选择普通8级精度,要求齿面粗糙度,采用范成法插齿或滚齿。
取小齿轮齿数,则。
参考表10-11选择齿宽系数。
初选螺旋角。
4.按齿轮弯曲强度计算模数
按式(10-32)计算当量齿数
从表10-10查出复合齿形系数,。
根据较小冲击载荷.轴承对称布置和轴的刚度较大,去载荷系数K=1.4.
按式(10-53)计算模数(由于,而,故将代入计算)
查表10-1取标准值。
5.协调设计参数
计算中心距
去取=110mm。
则螺旋角为
(右旋)
在的范围内,适用;所选的计系数符合表10-8对应螺旋角范围。
6.计算主要几何尺寸
齿轮分度圆直径
齿轮齿顶圆直径
齿轮齿根圆直径
齿宽为
圆整取,(为便于安装,通常取小齿轮的宽度比大齿轮大5~10mm)
7.校核齿面接触强度
根据式(10-52),满足齿面接触强度所需要的小齿轮分度圆直径为
它小于设计结果,故齿面接触强度足够。
8.齿轮圆周速度
3.687ms
对照表10-12,满足斜齿圆柱齿轮传动8级精度要求
>>%3-斜齿圆柱齿轮传动设计计算
%已知条件
f=2200;%输送带工作拉力(N)
v=1.5;%输送带工作速度(ms)
d=280;%滚筒直径(mm)
nu=0.97;%斜齿圆柱齿轮传动效率
i=3.5;%齿轮副传动比
)
p1=p2nu;%小齿轮传递功率(kW)
n1=i*n2;%小齿轮转速(rmin)
chm=1500;%试验齿轮接触疲劳极限(MPa)
cfm=460;%试验齿轮弯曲疲劳极限(MPa)
chp=0.9*chm;%试验齿轮许用接触应力(MPa)
cfp=1.4*cfm;%试验齿轮许用弯曲应力(单向传动)
z1=18;%小齿轮齿数(选取)
z2=round(i*z1);%大齿轮齿数
u=z2z1;%齿数比
pd=0.675;%齿宽系数
bat0=10;%螺旋角初值
t1=9550*p1n1;%小齿轮传递转矩(Nm)
zv1=z1(cos(bat0*=2.5;%确定标准模数(mm)
else
mn=round(mnj+0.5)
end
aj=mn*z1*(1+u)2cos(bat0**z1*(1+u)a)\n',n2);
fprintf('小齿轮传递功率p1=%3.3fkW\n',p1);
fprintf('小齿轮转速n1=%3.3frmin\n',n1);
fprintf('试验齿轮许用接触应力chp=%3.3fMPa\n',chp);
fprintf('试验齿轮许用弯曲应力cfp=%3.3fMPa\n',cfp);
fprintf('小齿轮齿数z1=%3.0f\n',z1);
fprintf('大齿轮齿数z2=%3.0f\n',z2);
fprintf('齿宽系数pd=%3.3f\n',pd);
fprintf('齿数比u=%3.3f\n',u);
fprintf('小齿轮传递转距t1=%3.3fNm\n',t1);
fprintf('小齿轮当量齿数zv1=%3.3f\n',zv1);
fprintf('大齿轮当量齿数zv2=%3.3f\n',zv2);
fprintf('小齿轮齿形系数ysf1=%3.3f\n',ysf1);
fprintf('大齿轮齿形系数ysf2=%3.3f\n',ysf2);
fprintf('齿轮模数mn=%3.2fmm\n',mn);
fprintf('中心距a=%3.2fmm\n',a);
fprintf('螺旋角bat=%3.3f°\n',bat);
ifbat>15&bat<=25
'@@@螺旋角在15-25°范围内,计算系数选择合适'
else
'@@@螺旋角超出15-25°范围,重新选择计算系数'
end
d1=mn*z1cos(bat*=1.0;%正常齿制
cn=0.25;
da1=d1+2**mn;%计算齿顶圆直径(mm)
da2=d2+2**mn;
df1=d1-2**mn-2*cn*mn;%计算齿根圆直径(mm)
df2=d2-2**mn-2*cn*mn;
b=pd*d1;
b2=round(b2)*2;%确定齿宽(mm)
b1=b2+6;
ad=733;%齿面接触强度计算系数(螺旋角范围15-25°)
d1j=ad*(k*t1*(u+1)pdchp^2u)^(13);%按照齿面接触强度计算分度圆直径(mm)
ifd1j<=d1
'@@@满足齿面接触强度要求'
else
'@@@不满足齿面接触强度要求,需要修改设计参数'
end
v=pi*d1*n16e4;%齿轮圆周速度(ms)
fprintf('小齿轮分度圆直径d1=%3.3fmm\n',d1);
fprintf('齿顶圆直径da1=%3.3fmm\n',da1);
fprintf('齿根圆直径df1=%3.3fmm\n',df1);
fprintf('齿宽b1=%3.0fmm\n',b1);
fprintf('大齿轮分度圆直径d2=%3.3fmm\n',d2);
fprintf('齿顶圆直径da2=%3.3fmm\n',da2);
fprintf('齿根圆直径df2=%3.3fmm\n',df2);
fprintf('齿宽b2=%3.0fmm\n',b2);
==========已知条件==========
输送带工作拉力f=2200N
输送带工作速度v=1.50ms
滚筒直径d=280mm
齿轮传动效率nu=0.97
齿轮副传动比i=3.50
==========齿轮传动设计计算==========
大齿轮传递功率p2=3.300kW
大齿轮转速n2=102.314rmin
小齿轮传递功率p1=3.402kW
小齿轮转速n1=358.099rmin
试验齿轮许用接触应力chp=1350.000MPa
试验齿轮许用弯曲应力cfp=644.000MPa
小齿轮齿数z1=18
大齿轮齿数z2=63
齿宽系数pd=0.675
齿数比u=3.500
小齿轮传递转距t1=90.728Nm
小齿轮当量齿数zv1=18.846
大齿轮当量齿数zv2=65.961
小齿轮齿形系数ysf1=4.430
大齿轮齿形
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