機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)

一、傳動方案擬定設(shè)計(jì)兩級圓柱齒輪減速器工作條件：使用年限10年，工作為一班工作制，載荷平穩(wěn)，環(huán)境清潔。（1） 原始數(shù)據(jù)：滾筒圓周力F=2600N；帶速V=1.1m/s；滾筒直徑 D=250mm；滾筒長度L=250mm。二、電動機(jī)選擇1、電動機(jī)類型的選擇： Y 系列三相異步電動機(jī)2、電動機(jī)功率選擇：（1）傳動裝置的總功率：總=帶2軸承齒輪聯(lián)軸器滾筒=0.960.9820.970.990.96=0.85(2)電機(jī)所需的工作功率：P 工作=FV/1000總=26001.1/10000.85=2.431KW3、確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速：計(jì)算滾筒工作轉(zhuǎn)速：n 筒=601000V/D=6010001.1/250=84.08r/min按手冊 P7 表1 推薦的傳動比合理范圍，取圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍Ia=36。取V帶傳動比I1=24 ， 則總傳動比理時(shí)范圍為Ia=624。故電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為nd=Ian 筒=（624）84.08=5042018r/min符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750、1000、和1500r/min。根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關(guān)手冊查出有三種適用的電動機(jī)型號：因此有三種傳支比方案：如指導(dǎo)書P15 頁第一表。綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動、減速器的傳動比，可見第2 方案比較適合，則選n=1000r/min 。4、確定電動機(jī)型號根據(jù)以上選用的電動機(jī)類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動機(jī)型號為Y132S-6。其主要性能：額定功率：3KW，滿載轉(zhuǎn)速960r/min，額定轉(zhuǎn)矩2.0。質(zhì)量63kg。三、計(jì)算總傳動比及分配各級的傳動比1、總傳動比：i 總=n 電動/n 筒=960/84.0=11.422、分配各級偉動比（1） 據(jù)指導(dǎo)書P7 表1，取齒輪i 齒輪=6（單級減速器i=36 合理）（2） i 總=i 齒輪I 帶i 帶=i 總/i 齒輪=11.42/6=1.904四、運(yùn)動參數(shù)及動力參數(shù)計(jì)算1、計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速（r/min）nI=n 電機(jī)=960r/minnII=nI/i 帶=960/1.904=504.2 (r/min)nIII=nII/i 齒輪=504.2/6=84.0(r/min)2、計(jì)算各軸的功率（KW）PI=P 工作=2.4KWPII=PI帶=2.40.96=2.304KWPIII=PII軸承齒輪=2.3040.980.96=2.168KW3、計(jì)算各軸扭矩（Nmm）TI=9.55106PI/nI=9.551062.4/960=23875NmmTII=9.55106PII/nII=9.551062.304/504.2=43639.8NmmTIII=9.55106PIII/nIII=9.551062.168/80.4=257517Nmm五、傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算1、皮帶輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算（1） 選擇普通V 帶截型由課本 P83 表5-9 得：kA=1.2PC=KAP=1.23=3.9KW由課本P82 圖5-10 得：選用A 型V 帶（2） 確定帶輪基準(zhǔn)直徑，并驗(yàn)算帶速由課本圖 5-10 得，推薦的小帶輪基準(zhǔn)直徑為75100mm則取 dd1=100mmdmin=75dd2=n1/n2dd1=960/504.2100=190.4mm由課本P74 表5-4，取dd2=200mm實(shí)際從動輪轉(zhuǎn)速 n2=n1dd1/dd2=960100/200=480r/min轉(zhuǎn)速誤差為：n2-n2/n2=504.2-480/504.2=0.0481200（適用）（5）確定帶的根數(shù)根據(jù)課本 P78 表（5-5）P1=0.95KW根據(jù)課本P79 表（5-6）P1=0.11KW根據(jù)課本P81 表（5-7）K=0.96根據(jù)課本P81 表（5-8）KL=0.96由課本 P83 式（5-12）得Z=PC/P=PC/(P1+P1)KKL=3.9/(0.95+0.11) 0.960.96=3.99(6)計(jì)算軸上壓力由課本 P70 表5-1 查得q=0.1kg/m，由式（5-18）單根V 帶的初拉力：F0=500PC/ZV（2.5/K-1）+qV2=5003.9/45.03(2.5/0.96-1)+0.15.032N=158.01N則作用在軸承的壓力FQ，由課本P87 式（5-19）FQ=2ZF0sin1/2=24158.01sin167.6/2=1256.7N2、齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）選擇齒輪材料及精度等級考慮減速器傳遞功率不在，所以齒輪采用軟齒面。小齒輪選用40Cr 調(diào)質(zhì)，齒面硬度為240260HBS。大齒輪選用45 鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬度220HBS；根據(jù)課本P139 表6-12 選7 級精度。齒面精糙度Ra1.63.2m(2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)由 d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3由式（6-15）確定有關(guān)參數(shù)如下：傳動比 i 齒=6取小齒輪齒數(shù) Z1=20。則大齒輪齒數(shù)：Z2=iZ1=620=120實(shí)際傳動比 I0=120/2=60傳動比誤差：i-i0/I=6-6/6=0%2.5% 可用齒數(shù)比：u=i0=6由課本P138 表6-10 取d=0.9(3)轉(zhuǎn)矩T1T1=9.55106P/n1=9.551062.4/504.2=43458.2Nmm(4)載荷系數(shù)k由課本P128 表6-7 取k=1(5)許用接觸應(yīng)力HH= HlimZNT/SH 由課本P134 圖6-33 查得：HlimZ1=570Mpa HlimZ2=350Mpa由課本P133 式6-52 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NLNL1=60n1rth=60504.21(836510)=0.88109NL2=NL1/i=0.88109/6=1.47108由課本 P135 圖6-34 查得接觸疲勞的壽命系數(shù)：ZNT1=0.92 ZNT2=0.98通用齒輪和一般工業(yè)齒輪，按一般可靠度要求選取安全系數(shù)SH=1.0H1=Hlim1ZNT1/SH=5700.92/1.0Mpa=524.4MpaH2=Hlim2ZNT2/SH=3500.98/1.0Mpa=343Mpa故得：d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3=76.43123875(6+1)/0.9634321/3mm=48.97mm模數(shù)：m=d1/Z1=48.97/20=2.45mm根據(jù)課本P191 表12-1 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)：m=2.5mm(6)校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度根據(jù)課本 P132（6-48）式F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaH確定有關(guān)參數(shù)和系數(shù)分度圓直徑：d1=mZ1=2.520mm=50mmd2=mZ2=2.5120mm=300mm齒寬：b=dd1=0.950mm=45mm取b=45mm b1=50mm(7)齒形系數(shù)YFa 和應(yīng)力修正系數(shù)YSa根據(jù)齒數(shù) Z1=20,Z2=120 由表6-9 相得YFa1=2.80 YSa1=1.55 YFa2=2.14 YSa2=1.83(8)許用彎曲應(yīng)力F根據(jù)課本P136（6-53）式：F= Flim YSTYNT/SF由課本圖 6-35C 查得：Flim1=290Mpa Flim2 =210Mpa由圖6-36 查得：YNT1=0.88 YNT2=0.9試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)YST=2按一般可靠度選取安全系數(shù)SF=1.25計(jì)算兩輪的許用彎曲應(yīng)力F1=Flim1 YSTYNT1/SF=29020.88/1.25Mpa=408.32MpaF2=Flim2 YSTYNT2/SF =21020.9/1.25Mpa=302.4Mpa將求得的各參數(shù)代入式（6-49）F1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1=(2150021.8/452.5220) 2.801.55Mpa=77.2Mpa F1F2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1=(2150021.8/452.52120) 2.141.83Mpa=11.6Mpa F2故輪齒齒根彎曲疲勞強(qiáng)度足夠(9)計(jì)算齒輪傳動的中心矩aa=m/2(Z1+Z2)=2.5/2(20+120)=175mm(10)計(jì)算齒輪的圓周速度VV=d1n1/601000=3.1450458.2/601000=1.2m/s六、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、按扭矩初算軸徑選用 45#調(diào)質(zhì)，硬度217255HBS根據(jù)課本P235（10-2）式，并查表10-2，取c=115d115 (2.304/504.2)1/3mm=19.0mm考慮有鍵槽，將直徑增大5%，則d=19.0(1+5%)mm=19.95選d=22mm2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）軸上零件的定位，固定和裝配單級減速器中可將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，聯(lián)接以平鍵作過渡配合固定，兩軸承分別以軸肩和大筒定位，則采用過渡配合固定（2）確定軸各段直徑和長度工段：d1=22mm 長度取L1=50mmh=2c c=1.5mmII 段:d2=d1+2h=22+221.5=28mmd2=28mm初選用7206c 型角接觸球軸承，其內(nèi)徑為30mm,寬度為16mm考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面和箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離。取套筒長為20mm，通過密封蓋軸段長應(yīng)根據(jù)密封蓋的寬度，并考慮聯(lián)軸器和箱體外壁應(yīng)有一定矩離而定，為此，取該段長為55mm，安裝齒輪段長度應(yīng)比輪轂寬度小2mm,故II 段長：L2=（2+20+16+55）=93mmIII 段直徑d3=35mmL3=L1-L=50-2=48mm段直徑d4=45mm由手冊得：c=1.5 h=2c=21.5=3mmd4=d3+2h=35+23=41mm長度與右面的套筒相同，即L4=20mm但此段左面的滾動軸承的定位軸肩考慮，應(yīng)便于軸承的拆卸，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)查取由手冊得安裝尺寸h=3.該段直徑應(yīng)?。海?0+32）=36mm因此將段設(shè)計(jì)成階梯形，左段直徑為36mm段直徑d5=30mm. 長度L5=19mm由上述軸各段長度可算得軸支承跨距L=100mm(3)按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算求分度圓直徑：已知 d1=50mm求轉(zhuǎn)矩：已知T2=50021.8Nmm求圓周力：Ft根據(jù)課本P127（6-34）式得Ft=2T2/d2=50021.8/50=1000.436N求徑向力Fr根據(jù)課本 P127（6-35）式得Fr=Fttan=1000.436tan200=364.1N因?yàn)樵撦S兩軸承對稱，所以：LA=LB=50mm(1)繪制軸受力簡圖（如圖a）（2）繪制垂直面彎矩圖（如圖b）軸承支反力：FAY=FBY=Fr/2=182.05NFAZ=FBZ=Ft/2=500.2N由兩邊對稱，知截面C 的彎矩也對稱。截面C在垂直面彎矩為MC1=FAyL/2=182.0550=9.1Nm(3)繪制水平面彎矩圖（如圖c）截面C 在水平面上彎矩為：MC2=FAZL/2=500.250=25Nm(4)繪制合彎矩圖（如圖d）MC=(MC12+MC22)1/2=(9.12+252)1/2=26.6Nm(5)繪制扭矩圖（如圖e）轉(zhuǎn)矩：T=9.55（P2/n2）106=48Nm(6)繪制當(dāng)量彎矩圖（如圖f）轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪文治武功力按脈動循環(huán)變化，取=1，截面C 處的當(dāng)量彎矩：Mec=MC2+(T)21/2=26.62+(148)21/2=54.88Nm(7)校核危險(xiǎn)截面C 的強(qiáng)度由式（6-3）e=Mec/0.1d33=99.6/0.1413=14.5MPa -1b=60MPa該軸強(qiáng)度足夠。輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、按扭矩初算軸徑選用 45#調(diào)質(zhì)鋼，硬度（217255HBS）根據(jù)課本 P235 頁式（10-2），表（10-2）取c=115dc(P3/n3)1/3=115(2.168/76.4)1/3=35.08mm2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）軸的零件定位，固定和裝配單級減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面用軸肩定位，右面用套筒軸向定位，周向定位采用鍵和過渡配合，兩軸承分別以軸承肩和套筒定位，周向定位則用過渡配合或過盈配合，軸呈階狀，左軸承從左面裝入，齒輪套筒，右軸承和皮帶輪依次從右面裝入。（2）確定軸的各段直徑和長度初選 7207c 型角接球軸承，其內(nèi)徑為35mm，寬度為17mm?？紤]齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面與箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定矩離，則取套筒長為20mm，則該段長41mm，安裝齒輪段長度為輪轂寬度為2mm。(3)按彎扭復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算求分度圓直徑：已知 d2=300mm求轉(zhuǎn)矩：已知T3=271Nm求圓周力Ft：根據(jù)課本P127（6-34）式得Ft=2T3/d2=2271103/300=1806.7N求徑向力Fr 根據(jù)課本P127（6-35）式得Fr=Fttan=1806.70.36379=657.2N兩軸承對稱LA=LB=49mm(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=657.2/2=328.6NFAZ=FBZ=Ft/2=1806.7/2=903.35N(2)由兩邊