机械课程设计0001.docx
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机械课程设计0001
机械课程设计
机械设计课程设计
设计任务书……………………………………………1
传动方案的拟定及说明………………………………2
电动机的选择……………………………………………4
计算传动装置的运动和动力参数………………………5
带的设计计算……………………………………………5
齿轮的设计计算…………………………………………………8
轴的设计与计算……………………………………………9
滚动轴承的选择及计算……………………………………14
设计小结………………………………………………………14
参考资料目录……………………………….…………………15
一)设计任务书(附传动方案简图)
课程设计是机械设计课程重要的教学环节,是培养学生机械设计能力的重要实践环节
1机械设计的目的
(1)通过课程设计使学生综合运用机械设计基础课程及有关先修课程的知识,起到巩固、深化、融会贯通及扩展有关机械设计方面知识的作用,树立正确的设计思想。
(2)通过课程设计的实践,培养学生分析和解决工程实际问题的能力,使学生掌握机械零件、机械传动装置或简单机械的一般设计方法和步骤。
(3)提高学生的有关设计能力,如计算能力、绘图能力以及计算机辅助设计(CAD)能力等,使学生熟悉设计资料(手册、图册)的使用,掌握经验估算等机械设计的基本技能。
2课程设计的内容和任务
课程设计一般选择机械传动装置或简单机械作为设计课题(比较成熟的题目是以齿轮减速器为主的机械传动装置),设计的主要内容一般包括以下几个方面:
1、拟订,计算传动装置的运动和动力参数;
3、进行传动件、分析传动装置的设计方案;
2、选择电动机的设计计算,校核轴、轴承、联轴器、键等;
4、设计说明书1份。
5、轴系零件装配图一张。
课程设计要求在1周时间内完成以下任务:
1、在A3图纸上绘制减速器低速轴部件装配图一张;
2、用A4纸书写完成说明书一份,装订成册。
(20页,封面计算机打印,心得体会500字左右)
3课程设计的步骤
主要内容
学时比例
3.1设计准备工作
(1)熟悉任务说明书,明确设计的内容和要求;
(2)熟悉设计指导书,有关资料、图纸等;
(3)观察录像、实物、模型,或进行减速器装拆实验等,了解减速器等结构特点与制造过程。
10%
3.2总体设计
(1)确定传动方案;
(2)选择电动机;
(3)计算传动装置的总传动比,分配各级传动比;
(4)计算各轴的转速、功率和转矩。
10%
3.3传动件的设计计算
(1)计算齿轮传动、带传动的主要参数和几何尺寸;
(2)计算各传动件上的作用力。
10%
3.4部件装配图的草图的绘制
(1)确定部件装配图的结构方案
(2)绘制部件装配图的草图(草图纸),进行轴、轴上零件和轴承组合的结构设计;
(3)校核轴的强度、选择深沟球轴承;
(4)选择联轴器
10%
3.5部件装配图的绘制
(1)画底线图,画剖面线;
(2)选择配合,标注尺寸;
(3)编写零件序号,列出明细栏;
(4)加深线条,整理图画;
(5)书写技术条件、减速器特性等。
30%
3.6编写设计计算说明书
(1)编写设计计算说明书,内容包括所有的计算,并附有必要的简图;
(2)说明书中最后一段内容应写出设计终结。
一方面总结设计课题的完成情况,另一方面总结个人所设计的收获和体会以及不足之处
30%
5工作组
题号:
28
参数:
输送带牵引力F=4.5输送带速度V=1.35s滚圆直径D=280mm
6工作条件
1、带式输送机送碎粒物料,如含物型砂、煤等。
2、输送机运转方向不变,工作载荷稳定。
3、工作机传动效率为0.97。
4、使用期限10年,每年300个工作日,每日工作8小时.
二传动装置的总体设计
1方案简图
根据设计要求及工作条件确定为一级圆柱齿轮减速器
2电动机的选择
3.确定总传动比和各级传动比
4计算传动装置各轴的运动和动力参数
目前应用最广泛的是Y系列自扇三相异步电动机,其结构简单,起动性能好,工作可靠,价格低廉,维护方便适用于不易燃,不易爆,无腐蚀性气体,无特殊要求的场合,如运输机、机床、风机、农机、轻工机械等。
1、确定电动机的功率
(1)电动机功率的选择直接影响到电动机的工选择电动机型号
1、选择电动机类型,按已知工作条件和要求选用Y型全封闭笼型三相异步电动机。
2、选择电动机功率,工作机所需的电动机输出功率为:
Pd=Pw/ηPw=Fv/1000
则有Pd=Fv/1000η
η=η2联轴器·η带传动·η圆柱齿轮·η3滚动轴承·η滚筒
=0.992×0.95×0.97×0.983×0.96=0.82
所以Pd=4500×1.35/1000×0.82=7.4KW
3、确定电动机转速
卷筒轴的工作转速Nw=60×1000V/3.14×D
=60×1000×1.35/(3.14×280)=92.13r/min
按推荐的合理传动比范围,取V带传动的传动比i’=2-4单级齿轮传动比i’=3-5,则合理总传动比的范围为i’=6-20故电动机转速的可迭范围为:
n’d=I’×nw=6~20
符合这一范围的同步转速有750r/mm1000r/mm1500r/mm再根据计算出的容量由附表8.1查出有三种适用的电动机型号其技术参数及传功比的比较情况见下表:
电动机转速(r/min)
传动装置的传动比
方案
电动机型号
额定功率Ped/kw
同步
转速
满载
转速
总传
动比
带传
动比
齿轮
传动比
1
Y160L-8
7.5
750
720
7.82
3
2.61
2
Y160M-6
7.5
1000
970
10.53
3.14
3.35
3
Y132M-4
7.5
1500
1440
15.63
3.5
4.47
中心高H
外型尺寸
L(Al/2+AD)HD
底角安装栓孔直径
A×B
k
轴伸尺寸
D×E
装键部位尺寸
F×GD
160
600×417.5×385
254×210
15
42×110
12×45
综合考虑电动机和传动装置的尺寸,重量以及带传达室动和减速器的传动比,比较三个方案可得方案1:
转速低,外廓尺寸重量较大,价格较高,虽然总传动比不大,但电动机的转速较低,导致传动装置尺寸较大;方案3:
电动机转速较高,但总传动比大,传动装置尺寸较大;方案2:
适中,较合适。
故此选用型号为Y160M-6所选电动机额定功率Ped=7500W,满载转速nm=970r/min,总传动比适中,传动装置结构较紧凑,所选电动机的主要处型和安装尺寸如下所示:
总传动比:
i=nm/nw
(以下数据没有核算)
由已知条件和计算结果、计算传动装置各轴的运动和动力参数:
1、各轴的转速
由公式2.8-2.10得
Ⅰ轴n1=nm/i0=970/3.14=308.92r/min
Ⅱ轴n2=n1/i1=308.92/3.35=92.21r/min
卷筒轴nw=n2=92.21n/min
2、各轴的输入功率
由公式2.11-2.13得
Ⅰ轴P1=Pd·η01=7.23×0.96=6.94kw
Ⅱ轴P2=P1×η12=6.940.99×0.97=6.66kw
卷筒轴P3=P2η12=6.66x0.99x0.97=6.40kw
3、各轴输出转矩
由公式2.11计算电动机轴的输出转矩Td
Td=9550×Pd/nm=9550×(7.23÷970)=71.18N·m
由公式2.14-2.16得
Ⅰ轴T1=Td·i0·η01=71.18×3.14×0.96=214.56N·m
Ⅱ轴T2=T1·i1·η12=T1×i1×η2×η5=214.56×3.35×
0.99×0.97=690.24N·m
卷筒轴T3=T2=690.24N·m
Pd=7.4KW
Y160M-6所选电动机额定功率
Ped=7500W,满载转速nm=970r/min
轴名
参数
电动机轴
Ⅰ轴
Ⅱ轴
卷筒轴
转速r/min
970
308.92
92.21
92.21
输入功率P/kw
7.23
6.94
6.66
6.40
输入转矩T/N·m
71.18
214.6
609.24
609.24
传动比i
3.14
3.35
1
效率η
0.96
0.96
0.96
三计算传动装置的运动和动力参数
计算项目
计算说明
计算结果
四.带的设计
V带轮设计
解:
选择V带型号
1、由设计书表7-6查得K=1.1由式(7-11)得Pc=KAP
Pc=1.1×7.23=7.95kw再由n1=970r/min
查图7-8选B型V带
2、确定带轮基准直径并验算带速
由图7-8可知,推荐的带轮基准直径112~140mm
根据表7-7取dd1=125mm
所以dd2=dd1·n1/n2=125×970/308.92=392.5mm
(n2=970/3.14=308.92r/min)
取标准直径dd2=400mm
带速V=πηdd1n1/60×1000=3.14×100×970/(60×1000)=6.35m/s
V在5-25m/s范围内,所以两带轮直径合适
3、确定带长和中心矩
由式(7-13)知0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)
所以0.7(125+400)≤a0≤2(125+400)
367.5≤a0≤1050
则a0取450mm
由公式知:
L0=2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0
=2×450+3.14(125+400)/2+(400-125)2/4×450
=1766.26mm
由表(7-2)取Ld=1800mm
由式(7-14)得a≈a0+(Ld-L0)/2
=450+(1800-1766.26)/2
=466.87mm符合题意
dd1=125mm
dd2=400mm
计算项目
计算说明
计算结果
四.带的设计
验算小带轮包角x
由式(7-15)知a1=1800-(dd2-dd1)×57.30/a
=1800-(400-125)×57.30/563.72
=146.250>1200合适
4、确定V带根数
由表(7-4)查得P0=1.66▲P0=0.3
由表(7-5)查得kx=0.91
由表(7-2)查得kL=0.95
由表(7-16)得z=7.95/(1.66+0.3)×0.91×0.95=4.69
取z=5根
5、计算对轴的压力Q
查得q=0.1kg/m
由式(7-17)单根V带的初拉力为
F0=(500Pc/zv)(2.5/kx-1)+@V2
=(500×7.95/5×6.35)(2.5/0.91-1)+0.1×6.352
=225.6N
则由式(7-18)得作用在轴上的压力Q为
Q=2zF0sinx1/2=2×5×225.6×sin146.250/2
=2159N
6、V带轮结构设计
(1)轮缘尺寸
小带轮基准直径dd1=125mm做成实心式结构参照机械设计书图7-4(a)和表7-3,可求其结构尺寸和轮缘横截面尺寸。
大带轮基准直径dd2=400mm做成孔板式结构参照机械设计书图7-4(c)和表7-3,可求出其结构尺寸,最后画出大带轮零件工作图。
带轮宽B=(z-1)e+2f=(5-1)×19+2×12.5=101mm
顶圆直径de1=dd1+2ha=125+2×3.5=132mm
de2=dd2+2ka=400+2×3.5=407mm
轮槽深h=ha+hf=3.5+10.8=14.3mm
轮槽角
=380
槽宽b0=13.2mm
轮缘直径dr1=de1-2(hf+f)=132-2(10.8+7.5)=95.4mm
dr2=de2-2(hf+f)=407-2(10.8+7.5)=307.4mm
(2)轮
轴径ds1=42mmds2=33mm
轮长度L1=(1.5~2)ds1=(1.5~2)×42=63~84mm
取L1=70mm
长度L2=(1.5~2)ds2=(1.5~2)×33=49.5~68mm
取L2=55mm
(3)轮幅尺寸
凸缘直径db1=(1.8~2)ds1=(1.8~2)×42=75.6~84mm
取db1=80
db2=(1.8~2)ds2=(1.8~2)×33=59.4~66mm
取db2=60mm
辐板厚s=(0.2~0.3)B=(0.2-0.3)×101=20.2~30.3mm
取s=25mm
z=5
B=101mm
de1=132mm
de2=407mm
h=14.3mm
=380
b0=13.2mm
dr1=95.4mm
dr2=307.4mm
ds1=42mmds2=33mm
L1=70mm
L2=55mm
d01=88mm
计算项目
计算说明
计算结果
d01=(db1+dr1)/2=(80+95.4)/2=87.7mm取d01=88mm
d02=(db2+dr1)/2=(60+370.4)/2=215.2mm取d02=216mm
d02=216mm
五.设计齿轮传动
设计齿轮传动、
1、选择材料热处理方式
根据工作条件一般用途的减速器采用闭式传动软齿面,查表6-5得
小齿轮45钢调质处理HBS1=220
大齿轮45钢正火处理HBS2=180
2、确定许用接触应力
由于属闭式传动软齿面,故按齿面接触弧度,设计用齿根,弯曲强度校核,查表6-10,试验齿轮的接触,疲劳极限为:
бHlim1=559Mpa
бHlim2=522Mpa
查表6-11接触疲劳强度的最小安全系数,SHmin=1.0则两齿轮的许用接触应力为:
〔бH〕1=бHlim1/SHmin=559/1=559Mpa
〔бH〕2=бHlim2/SHmin=522/1=522MPa
3、齿面接触强度设计(设计书P76页)
d1≥={671/〈бH〉}2·KT/4d·i+1/i
小齿轮的转矩T1=9.55×106p1/n1=9550000×6.94/308.92
=215000N·mm
载荷系数K查表6-7取K=1.4,齿宽系数
d=1
根据接触强度设计小齿轮的分度圆直径,
d
d
=87mm
4、几何尺寸计算
中心矩a=d1/2(1+i)=87/2(1+3.35)=190.5mm
齿轮模数m=(0.01-0.02)a=(0.01-0.02)×190.5=1.91-3.81
由表6-1取标准模数m=3mm
齿数z1=2a/m(1+i)=2×190.5/3·(1+3.35)=29
z2=iz1=29×3.35=98
齿轮宽度b2=
dxd1=1×85=85mm
b1=b2+(5-10)=92mm
5、校核齿根弯曲强度
校核公式6F=2kπ/bm2z1×YF≤〔6F〕
查表6-9齿轮系数为z1=29YF1=2.55
Z2=98YF2=2.21
查表6-10弯疲劳极限为6Flim1=207Mpa
6Flim2=199Mpa
查表6-11弯曲疲劳强度的最小安全系数SFmin=1.0
齿根许用弯曲应力为〔6F〕1=6Flim1/SFmin=207Mpa
〔6F〕2=199Mpa
比较YF/〔6F〕1=2.55/207=0.0123
YF2/〔6F〕2=2.214/199=0.0111
将较大值YF/〔6F〕1和其它参数代入公式
6F1=(2×1.2×215000×2.55/85×32×29)×=59.31Mpa≤〔6F1〕=207Mpa
齿轮弯曲强度足够
6、齿轮其它尺寸计算
d1=87mm
a=145.26mm
m=3mm
z1=29
z2=98
b2=85mm
b1=92mm
计算项目
计算说明
计算结果
五.设计齿轮传动
分度圆直径d1=mz1=3×29=87mm
d2=3×98=294mm
齿顶高ha=ham=1×3=3mm
齿根高hf=(ha+c)m=(1+0.25)×3=3.75mm
全齿高h=ha+hf=3+3.75=6.75mm
齿顶圆直径da1=d1+2ha=87+2×3=93mm
da2=d2+2ha=294+2×3=300mm
齿根圆直径df1=d1-2hf=87-2×3.75=79.5mm
df2=d2-2kf=300-2×3.75=286.5mm
中心矩a=190.5mm
齿宽b1=92mmb2=85mm
7、选择齿轮精度
齿轮圆周速度V1=πn1s1/60×1000=3.14×316.31×72.5/60×1000=1.2m/s
查表6-6选齿轮精度,第Ⅱ公差组为7级(一般减速器选7级),由“齿轮传动公差”查得
小齿轮8-7-7GJGB10095-88
大齿轮8-7-7HKGB10095-88
8、确定齿轮结构,绘制齿轮工作图
大小齿轮结构,齿轮工作图,如图1所示
d1=87mm
d2=294mm
ha=3mm
hf=3.75mm
h=6.75mm
da1=93mm
da2=300mm
df1=79.5mm
df2=286.5mm
a=190.5mm
b1=92mm
b2=85mm
六主动轴
轴的计算说明
选择轴的材料确定许用应力
普通用途,中小功率减速器定用45钢正火处理,由表11-1查得6b=600Mpa,由表〔6b〕-1=55mpa
2、精估最小轴径
由表11-2查得A=110,按式(11-2)得d≥A·
=110×
=31.04mm
轴上开一键槽将轴径增大5%
d×1.05=31.04×1.05=33mm
因该段轴外端安有大带轮,故取键B10x95GB1096-79
3、轴初步设计,绘制轴结构草图。
6b=600Mpa
〔6b〕-1=55Mpa
计算项目
计算说明
计算结果
六主动轴
根据轴上零件的位置,齿轮、套筒、左轴承、轴承差和大带轮由左端装配,右轴承从右端装配,轴上零件要做到定位准确,固定可端,因为是直齿轮,采用深沟球轴承,嵌入式轴承轴承盖使轴系两端固定,齿轮通常采用油浴润滑,轴承采用脂润滑。
4、轴的结构设计
1、轴径确定
d1=33mm
d2=d1+2h=d1+2×0.07d1=33×(1+2×0.07)=37.62mm该段装毡圈取标准直径d2=40mm
d3=45mm(符合轴承内径,便于轴承装拆)轴承型号初选为6009深沟球轴承
d4=93mm(因与小齿轮一体)
d5=51mm(根据轴承内圈高度h1确定)
d6=d3=45mm(两轴承型号相同)
2、轴段长度确定
L4=20mm
L1=98mm(因为轴外端连接大带轮B=101mmL比B短2-3mm
L6=19mm
L5=92mm(因为齿轮和轴为一体)
L3=16mm
L2=50mm
(根据箱体宽度,轴承盖结构尺寸和螺钉头到联轴器的间矩初步确定为42-55mm)
3、两轴承间的跨矩(认为支点在轴承宽度的中点)
L=B+2l2+2▲2+B2=16+2(5-10)+2(10-15)+92=150mm
4、齿轮受力计算
分度圆直径d=mz=3×29=87mm
转矩T=9.55×106×p/n=9550000x6.94/308.92=214544mm
圆周力Ft=lT/d=2×214544/87=4932N
径向力Fn=Ftxtana=1759N
5、轴径强度校核
1、画轴的受力图(见图a)
2、将齿轮受力分解成水平面H和铅垂面V内的力,见图(b)(d)
3、求水平面和铅垂面内的支反力
H面内KHI=Fr/2=897.5N
V面内:
RVⅠ=RvⅡ=Ft/2=2466
4、绘弯矩圆
H弯矩圆(C)
Mhb=M′Hb=75×RHI=75×897.5=67312.5N.mm
V面内弯矩圆(e)
Mrb=75Rvi=75×2466=184950N.mm
5、弯矩圆
Mb=
=
=196818N.mm
绘制转矩图T=689762N.mm
6、绘制当量弯矩圆(见图)单向传动,转矩为脉动循环a=0.6
B截面Med=
=235160N.mm
Ⅰ截面和x截面
Mea=Mei=xT=0.6×214544=128726Nmm
d1=33
d2=40mm
d3=45mm
d4=93mm
d5=51mm
d6=45mm
L1=98mm
L2=50mm
L3=19mm
L4=20mm
L5=92mm
L6=19mm
计算项目
计算说明
计算结果
六主动轴
6、校核危险截面a、b
da=
=
=28.6m
db=
=
=35mm
考虑键槽da=28.6×1.05=30.03mm Db=35×1.05=36.75mm 强度足够,无需修改结构 计算项目 计算说明 计算结果 七.从动轴 轴的计算说明 选择轴的材料确定许用应力 普通用途,中小功率减速器定用45钢正火处理,由表11-1查得6b=600Mpa,由表〔6b〕-1=55mpa 2、精估最小轴径 由表11-2查得A=110,按式(11-2)得d≥ X3 =A· =110× =45.8m 轴上开一键槽将轴径增大5% d×1.05=45.8×1.05=48.1 该轴外端安装联轴器,为补偿轴的偏移,选用弹性柱销联轴器。 Tc=KT=1.2×9.55×106×6.66/92.2=827.7N.mm 查手册选用HL4弹性柱销联轴器孔径d1=50mm与轴外伸直径相符 3、轴初步设计绘制轴结构草图 根据轴上零件的位置,齿轮、套筒、左轴承、轴承盖和联轴器左端装配,右轴承从右端装配,轴上零件要做到定位准确固定可靠。 直齿轮无轴何力,采用深沟球轴承,凸缘式轴承盖,使轴系两端固定,齿轮通常采用油浴润滑,轴承采用脂润滑。 4、轴的结构设计 1、轴径确定 d1=50mm d2=d1+2h=d1+2×0.07d1=50×(1+2×0.07)=57mm 该段装毡圈取标准直径d2=60mm d3=65mm(符合轴承内径,便于轴承装拆)轴承型号初选为6013深沟球轴承 d4=67mm(取标准直径d4>d3便于装配) d5=d4+2h=67+(1+2×0.08)=78mm(定位轴承)d7=d3=65mm(两轴承同型号) d6=72mm(根据轴承内圈高度h1确定) 2、轴段长度确定 L4=88mm(齿轮轮宽B=90mmL4比B小2-3mm) L1=82mm(HL4联轴器J型轴孔B1=84L1短2-3mm) L7=19mm(轴承宽18mm挡油环厚1mm) L
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