《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、一、傳動(dòng)裝置方案擬定及方案確定1、 設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置 2、已知條件：兩班制，連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)，室內(nèi)工作，有粉塵，環(huán)境最高溫度35；使用折舊期8年；動(dòng)力來源為三相交流電壓380/220V電力;運(yùn)輸帶速度允許誤差±5%。3、已知參數(shù)：運(yùn)輸帶工作拉力為F=2500N,運(yùn)輸帶工作速度為V=1.1m/s,卷筒直徑為D=400mm。1、擬定傳動(dòng)方案方案一：兩級展開式圓柱齒輪減速器優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪相對于軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度。用于載荷比較平穩(wěn)的場合。方案二：兩級分流式圓柱齒輪減速器優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于齒輪相對于軸承對稱布置，與展開式相比載荷沿齒寬分布較均勻

2、、軸承受載較均勻。適用于變載荷的場合。方案三：兩級同軸式圓柱齒輪減速器優(yōu)缺點(diǎn)：橫向尺寸較小，但軸向尺寸較大和重量較大，且中間軸較長、剛度差，沿齒寬載荷分布不均勻，高速軸的承載能力難于充分利用。方案四：兩級圓錐-圓柱齒輪減速器優(yōu)缺點(diǎn)：輪齒可做成直齒、斜齒或曲線齒。用于兩軸垂直相交的傳動(dòng)中，也可用于兩軸垂直相錯(cuò)的傳動(dòng)中。錐齒輪在高速級，以使錐齒輪尺寸不至太大，否則加工困難。但安裝復(fù)雜且成本高。2、傳動(dòng)方案的確定選定方案：經(jīng)過綜合比較以上四個(gè)方案的優(yōu)劣，選擇方案一，其結(jié)構(gòu)簡單，工作載荷較平穩(wěn)。二、電動(dòng)機(jī)的選擇和總傳動(dòng)比的分配設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟與內(nèi)容結(jié)果電動(dòng)機(jī)選擇1已知F=2500N,V=1.1m/s,D=

3、400mm；P0=FV/1000=2500×1.1÷1000KW =2.75KW；電動(dòng)機(jī)輸出功率Pd=P0/, 為傳動(dòng)系統(tǒng)總效率。=122332425；聯(lián)軸器效率：1=0.99；軸承效率：2=0.99；嚙合效率：3=0.97；攪油效率; 4=0.98；滾筒效率：5=0.96；=122332425=0.992×0.993×0.972×0.982×0.960.825Pd=2.75/0.825KW3.33KW根據(jù)Pd查表12-1，選取Y132M1-6型的電動(dòng)機(jī)。Pm=4KW，nm=960r/min,Mm=9550Pm/nm=9550

4、5;4/960N·m=39.79N·m2.總傳動(dòng)比的計(jì)算及傳動(dòng)比分配 nD=60×1000V/D=60×1000×1.1/400=52.52r/min i= nm/ nD=960/52.52=18.28 i=i1×i2取i=18，i1=4.5，i2=43.各軸的轉(zhuǎn)速、扭矩n1=nm=960r/minn2=n1/i1=960/4.5r/min=213.33r/minn3=n2/i2=n1/(i1i2)=n1/i=960/18r/min=53.33r/min M1=Mm1=39.79×0.99N·m=39.39N

5、83;m M2=M1i1234=39.39×4.5×0.99×0.97×0.98N·m=166.81N·m M3=M2i2234=166.81×4×0.99×0.97×0.98N·m=627.94N·m電動(dòng)機(jī)Y132M1-6（型號）i=18i1=4.5i2=4各軸的轉(zhuǎn)速和扭矩如下表：軸轉(zhuǎn)速/r/min扭矩/N·mn1=nm=960M1=39.39n2=213.33M2=166.81n3=53.33 M3=627.93三、齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算1、高速級齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步

6、驟與內(nèi)容結(jié)果1.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)2.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)3.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)4.幾何尺寸計(jì)算5.主要設(shè)計(jì)結(jié)論（1）按選定傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，壓力角取為200。（2）帶式運(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器，參考表10-6，選用7級精度。（3）材料選擇。由表10-1，選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），齒面硬度280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度240HBS。（4）選小齒輪齒數(shù)z1=25，大齒輪齒數(shù)z2=u1z1=4.5×25=112.5，取z2=113。（1）由式（10-11）試算小齒輪分度圓直徑，即1）確定公式中的各參數(shù)值試選。計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩

7、。由扭矩表可知：T1=3.939×104N·mm由表10-7選取齒寬系數(shù)。由圖10-20查得區(qū)域系數(shù)。由表10-5查得材料的彈性影響系數(shù)。由式（10-9）計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)。 =arccos25×cos20025+2×1 =29.5310 =arccos113×cos200113+2×1 =22.5790 =25×tan29.5310-tan200113×tan22.5790-tan200 2 =1.738 Z= (4-)/3 = (4-1.738)/3 =0.868計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。由圖10-25d

8、查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為、。由式（10-15）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由圖10-23查取接觸疲勞壽命系數(shù)。取失效概率為、安全系數(shù)，由式（10-14）得取和中的較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，則2）試算小齒輪分度圓直徑（2）調(diào)整小齒輪分度圓直徑1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。圓周速度。齒寬。2）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)。由表10-2查得使用系數(shù)。根據(jù)、7級精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)。齒輪的圓周力。查表10-3得齒間載荷分配系數(shù)。由表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時(shí)，得齒向載荷分布系數(shù)。由此，得到實(shí)際載荷系數(shù)3）由式（10-12），可得按實(shí)際載荷系數(shù)算得的分度圓直

9、徑及相應(yīng)的齒輪模數(shù)m=d1/z1=48.513/25mm=1.941mm（1）由式（10-7）試算模數(shù)，即1) 確定公式中的各參數(shù)值試選。由式（10-5）計(jì)算彎曲疲勞用重合度系數(shù)。計(jì)算。由圖10-17查得齒形系數(shù)。由圖10-18查得應(yīng)力修正系數(shù)。由圖10-24c查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為、。由圖10-22查得彎曲疲勞壽命系數(shù)。取彎曲疲勞安全系數(shù)，由式（10-14）得因?yàn)榇簖X輪的大于小齒輪，所以取2）試算模數(shù)（2）調(diào)整齒輪模數(shù)1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。圓周速度。齒寬。寬高比。2）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)。根據(jù)，7級精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)。由， ，查表10-3得齒間載荷分配

10、系數(shù)。由表10-4用插值法查得，結(jié)合查圖10-13，得。則載荷系數(shù)為3）由式（10-13），可得按實(shí)際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑,算出小齒輪齒數(shù)。取，則大齒輪齒數(shù)，取，與互為質(zhì)數(shù)。這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。（1）計(jì)算分度圓直徑（2）計(jì)算中心距（3）計(jì)算齒輪寬度考慮

11、不可避免的安裝誤差，為了保證設(shè)計(jì)齒寬和節(jié)省材料，一般將小齒輪略為加寬，即取 ，而使大齒輪的齒寬等于設(shè)計(jì)齒寬，即。齒數(shù)、，模數(shù)，壓力角，中心距 ，齒寬 。小齒輪選用40Cr（調(diào)質(zhì)），大齒輪選用45鋼（調(diào)質(zhì)）。齒輪按7級精度設(shè)計(jì)。選用直齒圓柱齒輪壓力角7級精度小齒輪40Cr（調(diào)質(zhì)）280HBS大齒輪45鋼（調(diào)質(zhì)）240HBSZ=0.868m=1.941mm2、低速級齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟與內(nèi)容結(jié)果1.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)2.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)3.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)4.幾何尺寸計(jì)算5.主要設(shè)計(jì)結(jié)論（1）按選定傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，壓力角取為200。（2）帶式運(yùn)輸機(jī)為

12、一般工作機(jī)器，參考表10-6，選用7級精度。（3）材料選擇。由表10-1，選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），齒面硬度280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度240HBS。（4）選小齒輪齒數(shù)z1=24，大齒輪齒數(shù)z2=u2z1=4×24=96，取z2=96。（1）由式（10-11）試算小齒輪分度圓直徑，即1）確定公式中的各參數(shù)值試選。計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。由扭矩表可知：T2=1.6681×105N·mm由表10-7選取齒寬系數(shù)。由圖10-20查得區(qū)域系數(shù)。由表10-5查得材料的彈性影響系數(shù)。由式（10-9）計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)。 =arccos24

13、×cos20024+2×1 =29.8410 =arccos96×cos20096+2×1 =22.9980 =24×tan29.8410-tan20096×tan22.9980-tan200 2 =1.725 Z= (4-)/3 = (4-1.725)/3 =0.871計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。由圖10-25d查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為、。由式（10-15）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由圖10-23查取接觸疲勞壽命系數(shù)。取失效概率為、安全系數(shù)，由式（10-14）得取和中的較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，則2）試算小齒輪分度圓直徑（

14、2）調(diào)整小齒輪分度圓直徑1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。圓周速度。齒寬。2）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)。由表10-2查得使用系數(shù)。根據(jù)、7級精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)。齒輪的圓周力。查表10-3得齒間載荷分配系數(shù)。由表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時(shí)，得齒向載荷分布系數(shù)。由此，得到實(shí)際載荷系數(shù)3）由式（10-12），可得按實(shí)際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑及相應(yīng)的齒輪模數(shù)m=d1/z1=78.136/24mm=3.256mm（1）由式（10-7）試算模數(shù)，即2) 確定公式中的各參數(shù)值試選。由式（10-5）計(jì)算彎曲疲勞用重合度系數(shù)。計(jì)算。由圖10-17查得齒形系數(shù)。由圖10-18查

15、得應(yīng)力修正系數(shù)。由圖10-24c查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為、。由圖10-22查得彎曲疲勞壽命系數(shù)。取彎曲疲勞安全系數(shù)，由式（10-14）得因?yàn)榇簖X輪的大于小齒輪，所以取2）試算模數(shù)（2）調(diào)整齒輪模數(shù)1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。圓周速度。齒寬。寬高比。2）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)。根據(jù)，7級精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)。由， ，查表10-3得齒間載荷分配系數(shù)。由表10-4用插值法查得，結(jié)合查圖10-13，得。則載荷系數(shù)為3）由式（10-13），可得按實(shí)際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎

16、曲疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑,算出小齒輪齒數(shù)。取，則大齒輪齒數(shù)，取。 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。（1）計(jì)算分度圓直徑（2）計(jì)算中心距（3）計(jì)算齒輪寬度考慮不可避免的安裝誤差，為了保證設(shè)計(jì)齒寬和節(jié)省材料，一般將小齒輪略為加寬，即取 ，而使大齒輪的齒寬等于設(shè)計(jì)齒寬，即。齒數(shù)、，模數(shù)，壓力角，中心距 ，齒寬 。小齒輪選用40Cr（調(diào)質(zhì)），大齒輪選用45鋼（調(diào)質(zhì)）。齒輪按7級精度設(shè)計(jì)。選用直齒圓柱齒

17、輪壓力角7級精度小齒輪40Cr（調(diào)質(zhì)）280HBS大齒輪45鋼（調(diào)質(zhì)）240HBSZ=0.871m=3.256mm四、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見下圖：五、軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)1、軸1設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟及內(nèi)容結(jié)果1.求1軸上的功率P1，轉(zhuǎn)速n1，和轉(zhuǎn)矩T12.求作用在齒輪上的力3.初步確定軸的最小直徑選軸的材料為Q235A鋼，鍛后空冷處理，取A0為150查表14-1，KA=1.3查表得選用GY2凸緣聯(lián)軸器，公稱轉(zhuǎn)矩為63000N.mm,半聯(lián)軸器的孔徑d1=22mm選用GY2型凸緣聯(lián)軸器4.求軸上的載荷 155.553.5118.3FNV1FNH1FNV2FNH2TFtFNH1由Ft·155.5mm-FNH1

18、·209mm=0得：FNH1=1221.12N由Ft·53.5mm-FNH2·209mm=0得: FNH2=420.13N MH=FNH1·53.5mm=1221.12N×53.5mm =65330N·mm65330FNH2MHFrFNV1FNV2由Fr·155.5mm-FNv1·209mm=0得：FNv1=444.45N由Fr·53.5mm-FNv2·209mm=0得: FNv2=152.92N Mv=FNv1·53.5mm=444.45N×53.5mm =23778N&#

19、183;mm23778MVM=MH2+MV2=653302+237782N·mm =69523N·mm69523MT=Ft·d2=1641.25N×24mm=39390N·mmT=39390TMe=M2+(T)2=695232+(0.6×39390)2 =73430N·mm73430 Me ，最大彎矩處。，左邊軸承處。軸材料選Q235A由表15-1查得，因此，故安全經(jīng)檢驗(yàn)得軸安全2、軸2設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟與內(nèi)容結(jié)果1.求2軸上的功率P2，轉(zhuǎn)速n2，和轉(zhuǎn)矩T2 3.73kw2.求作用在齒輪上的力3.初步確定軸的最小直徑4.求軸上

20、的載荷選軸的材料為Q235A號鋼，鍛后空冷處理，取A0為150Fr2Ft25176.576.5Fr1Ft1FNH1FNV2FNH2FNV1Ft1Ft2FNH2FNH1由Ft1·153mm+Ft2· 76.5mm-FNH1·204mm=0得：FNH1=2770.45N由Ft1·51mm+Ft2· 127.5mm-FNH2·204mm=0得: FNH2=3062.07N MH1=FNH1·51mm=2770.45N×51mm =141293N·mm MH2=FNH2·76.5mm=3062.07N&

21、#215;76.5mm =234248N·mm5.精確校核軸的強(qiáng)度234248141293MHFr2Fr1FNV2FNV1由Fr1·153mm-Fr2· 76.5mm+FNv1·204mm=0得：FNv1=159.21N由Fr1·51mm-Fr2· 127.5mm+FNv2·204mm=0得: FNv2=831.46N Mv1=FNv1·51mm=159.21N×51mm =8120N·mm Mv2=FNv2·76.5mm=831.46N×76.5mm =63607N

22、3;mm636078120MVM1=MH12+MV12=1412932+81202 =141526N·mmM2=MH22+MV22=2342482+636072 =242730N·mm242730141526MT=Ft1·d1/2=1555.34N×214.5/2mm=166810N·mm166810TMe1=M12+T2=1415262+0.6×1668102=173340N·mmMe2=M22+T2=2427302+0.6×1668102=262555N·mm262555173340Me軸材料選Q23

23、5A由表15-1查得，因此，故安全截面1：抗彎截面系數(shù)抗扭截面系數(shù)截面1彎矩截面1的扭矩截面上的彎曲應(yīng)力截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力軸的材料為Q235A鋼，鍛后空冷處理。查表15-1得B=400Mpa,-1=170Mpa,-1=105Mpa，表面質(zhì)量系數(shù)軸表面未經(jīng)強(qiáng)化處理，,綜合系數(shù)為：碳鋼的特性系數(shù)計(jì)算安全系數(shù)故安全截面2：抗彎截面系數(shù)抗扭界面系數(shù)截面2彎矩截面2的扭矩截面上的彎曲應(yīng)力截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力軸的材料為Q235A鋼，鍛后空冷處理。查表15-1得截面上由于軸肩形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 由圖3-1查得軸的敏感系數(shù)為 有效應(yīng)力集中系數(shù)由圖3-2查得尺寸系數(shù)由圖3-3查得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)，表面質(zhì)量系數(shù)軸表

24、面未經(jīng)強(qiáng)化處理，,綜合系數(shù)為：碳鋼的特性系數(shù)計(jì)算安全系數(shù)故安全經(jīng)校核軸安全截面1可知安全截面2可知安全3、軸三設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟及內(nèi)容結(jié)果1.求輸出軸上的功率P3，轉(zhuǎn)速n3，和轉(zhuǎn)矩T3 3.51kw2.求作用在齒輪上的力3.初步確定軸的最小直徑選軸的材料為Q235A號鋼，鍛后空冷處理，取A0為150查表14-1，KA=1.3查表得選用GY7凸緣聯(lián)軸器，公稱轉(zhuǎn)矩為1600000N.mm,半聯(lián)軸器的孔徑d1=55mm 選用GY7型凸緣聯(lián)軸器4.求軸上的載荷125.5Fr1130Ft172FNH2TFNH1FNV2Ft1FNV1 FNH1FNH2由Ft1·130mm-FNH1·20

25、2mm=0得：FNH1=2590.51N由Ft1·72mm-FNH2·202mm=0得: FNH2=1434.75N MH=FNH1·72mm=2590.51N×72mm =186517N·mm186517MHFr1FNV2FNV1由Fr1·130mm-FNv1·202mm=0得：FNv1=942.87N由Fr1·72mm-FNv2·202mm=0得: FNv2=522.20N Mv=FNv1·72mm=942.87N×72mm =67887N·mm67887MVM=MH2+

26、MV2=1865172+678872N·mm =198487N·mm198487M T=Ft1·d12=4025.26N×156mm=627940N·mmT=627940TMe=M2+(T)2=1984872+(0.6×627940)2 =425850N·mm425850Me，最大彎矩處。，左邊軸承處。軸材料選Q235A由表15-1查得，因此，故安全經(jīng)檢驗(yàn)軸安全六、軸承的校核1、軸1上的軸承校核初選6206型號的軸承設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟與內(nèi)容結(jié)果1.求兩軸受到的徑向載荷Fr1,Fr2155.553.5118.3FNV1FNH1FNV

27、2FNH2TFNH1=1221.12NFNH2=420.13NFNv1=444.45NFNv2=152.92N查手冊得Cr=19.5kN取fd=1.1載荷P為：轉(zhuǎn)速n為：由于八年折舊，故預(yù)期壽命為：所選軸承滿足要求2、軸2的軸承設(shè)計(jì)初選6208型號的軸承設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟與內(nèi)容結(jié)果1、求兩軸受到的徑向載荷76.55176.5FNH1=2011.80N，F(xiàn)NH2=3820.72NFNV1=34.87N，F(xiàn)NV2=955.80N，2、求當(dāng)量動(dòng)載荷并驗(yàn)算軸承壽命查手冊得Cr=29.5KN，取fd=1.1載荷P為：轉(zhuǎn)速為：由于四年一次大修，故預(yù)期壽命為：所選軸承滿足要求3、軸3上的軸承校核初選6213型號的軸承設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容結(jié)果1.求兩軸受到的徑向載荷Fr1,Fr2125.5Fr1130Ft172FNH2TFNH1FNV2FNV1FNH1=2590.51NF