機械設計基礎課程設計指導手冊（實例）

1、機械設計基礎課程設計設計說明書（指導手冊）設計題目：學院 系專業(yè)設計者：指導教師：年 月 日安徽工業(yè)大學目錄11. 設計任務書22. 電動機的選擇計算33. 傳動裝置高、低速軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩與效率計算4. 傳動皮帶和齒輪零件的設計計算5. 軸的設計計算6. 滾動軸承的選擇與壽命計算7. 鍵聯(lián)接的選擇和驗算8. 聯(lián)軸器的選擇參考文獻1.機械設計基礎課程設計任務書（16開復印）課程設計題目：膠帶運輸機的傳動裝置設計課程設計內(nèi)容：單級圓柱直齒輪減速器設計題號：姓名：學號：已知條件（見分配給每個學號的數(shù)據(jù)表）：1 輸送帶工作拉力f=kn;2 輸送帶工作速度：v二m/s;（允許輸送帶速度誤差為±

2、5% ）；3 滾筒直徑d= mm;4 滾筒效率n尸0.96 （包括滾筒軸承的效率損失）工作條件：見下表;設計工作量: 減速器裝配圖一張（a2號圖幅，繪俯視圖。注意圖面布置，使其飽滿均勻。 技術特性、技術條件、標題攔書寫必須規(guī)范）；（參考手冊p250圖19-4和p265圖19-16, 不同1斜齒輪變直齒輪，2軸承為深溝球軸承，3自己計算尺寸，主要檢查齒輪中心矩a、 總體尺寸、配合尺寸、明細表對應） 零件工作圖一張（a3圖幅高速軸軸齒輪，圖中必需有齒輪參數(shù)表）；（參考手 冊p253圖19-7,參數(shù)表只列到精度即可） 設計說明一份（正文5000字，約15頁）。工作條件工作期限10年（每年300天）檢

3、修期間隔3年工作條件兩班工作載荷性質(zhì)空載啟動、單向連續(xù) 運轉(zhuǎn)、載荷平穩(wěn)生產(chǎn)批量小批量生產(chǎn)動力來源三相交流電、電壓220/380v指導教師（簽字）：2. 電動機的選擇計算 計算過程2.1選擇電動機的轉(zhuǎn)速2. 1.1計算滾筒的轉(zhuǎn)速帶式輸送機的傳動方案示意圖見設計任務書。滾筒的轉(zhuǎn)速為：仏= r/min滾筒的直徑和工作帶的帶速已知滾筒轉(zhuǎn)速計算如下：60x looox v7tx d=廠/min2. 2. 2選擇電動機的類型及同步轉(zhuǎn)速因考慮帶式輸送機需要較大的轉(zhuǎn)矩，而對轉(zhuǎn)速要求不高，故選擇 電動機的步驟如下： 選擇電動機的類型因考慮工作條件為空載啟動、單向連續(xù)運轉(zhuǎn)、載荷平穩(wěn),所以選擇三相異步電動機，封閉自

4、扇冷式結構，380v , 丫系列，同步轉(zhuǎn)速確定為 0 =廠/min。（同步轉(zhuǎn)速為1500或 1000） 計算傳動裝置的總效率（參考手冊p187） 傳動裝置的結構簡圖如設計任務書圖。傳動總效率為:總效率的計算如下：其中：hv v帶的傳動的效率（0.96）;%對滾動軸承的效率（099）;r/g閉式齒輪傳動效率；（0.98）（.一一彈性柱銷聯(lián)軸器的效率（ 0.995 ）;t/w 一一滾筒的效率（0.96）。 確定所需電機的功率1000(kw)化-工作機實際需要的輸入功率，kw,匕-為工作機實際需要的電動機輸入功率，kwo 確定電機的型號所選電動機的額定功率應該等于或稍大于工作要求的功率。因為滾筒的轉(zhuǎn)

5、速 w = 廠/min。擬選擇同步轉(zhuǎn)速（）=r/min系列的電動機，由表12-1121 （ 2表示參考文獻2,所使用機械設計課程設計手冊）選 擇y系列三相電動機y m 型，其額定功率為戶= erw,滿載轉(zhuǎn)速斤？ =r/min.由表12-2、3、4、5查得中心高h、軸伸尺寸e、鍵連接尺寸f。 注意：1、小帶輪的半徑應該小于中心高比2、小帶輪的寬度應小于軸伸尺寸15 20mm,這就要求帶的根 數(shù)不能太大。一般a型帶34根，b型帶23根。預留15 20mm 的空間是預留給拆卸帶輪的扳手空間。參考手冊p20圖916-17。選4極或6極，1000 或1500轉(zhuǎn)的，并盡量 選擇1500轉(zhuǎn)。電機型號為：y

6、m_ 型;額定功率為：pe = kw滿載轉(zhuǎn)速：nm = r/mino中心高ii = mm 軸伸尺寸e =mm鍵連接尺寸f=mm03、鍵連接尺寸應該和高速軸鍵槽相應?？倐鲃颖萳:h =各級傳動比分配:lv =1 =注意：1、帶設計好后，檢驗 傳動誤差是否超標。 否則，就要對初設傳 動比進行修正，主要 是調(diào)整大小帶輪直 徑。2、齒輪設計完了后， 檢驗總的傳動誤差是 否超標(允許輸送帶 速度誤差為±5% )。3、若提高傳動裝置精 度，則需要在帶設計 完后進行本節(jié)計算。4、功率和轉(zhuǎn)矩的計算 理論上是按照實際需 要功率進行計算，但 是實際生產(chǎn)和使用 中，為了使所設計的 傳動裝置具有一定的 超載

7、能力，此處按額 定功率和額定轉(zhuǎn)矩計 算。功率(kw)轉(zhuǎn)矩(n m)電機p =心定7； =7； =9550 吃%高速軸p2 =片帶傳動卩2傳動低速軸p3 =馬軸承“齒輪卩3 =丁2訕軸承帀齒輪表3-1各軸的輸入功率和轉(zhuǎn)矩3.1總傳動比l的計算n； m zy = _乙 nw32各級傳動比的分配根據(jù)表2-2.1和各級傳動間的尺寸協(xié)調(diào)、結構均勻，滿足iv < ig,所以v帶和減速器分配如下：iv =24,最大是7; ig =3 5,最大為8,并且最好使得齒數(shù)互質(zhì)。3. 3傳動裝置的運動和動力參數(shù)的計算 各軸的轉(zhuǎn)速計算根據(jù)總的傳動比及各級傳動比的分配，計算各軸的轉(zhuǎn)速如下:電機：nm = r/min

8、；n減速器高速軸：= = r/min ;lv減速器低速軸： m = rlmin；滾筒的轉(zhuǎn)速：nw = r/min. 各軸的輸入功率和轉(zhuǎn)矩4.1減速器以外傳動零件的設計計算 電機傳動形式的選擇選擇由電動機傳動 v帶參考教材p147例題1。從傳動的形式和經(jīng)濟效性考慮，確定由電動機傳動v帶，所以h帶輪的小帶輪轉(zhuǎn)速nvx = nm = r/min o 計算功率并選取v帶型號根據(jù)工況確定工況系數(shù)工作班制為2班制工作時間w16小時載荷平穩(wěn)根據(jù)表8-3查得k,=，故確定v帶的截型：v帶的帶型為型p = k=kw根據(jù)匕=kw和小帶輪轉(zhuǎn)速仇=r/min,由圖8-10,u可知，工作點處于型相鄰區(qū)之間，可取型和型分

9、別計算，確定小帶輪直徑：ddx = mm大帶輪直徑（半徑一般小于減速器中心高）：d（ll mm最后擇優(yōu)選用。本設計為減少帶的根數(shù)，現(xiàn)取 型帶。 確定帶輪的基準直徑與帶速驗算根據(jù)所選電機的型號可知，電機中心高h為 mm ,又傳動比 確定為心= ，所以小帶輪的直徑d取為 mm o根據(jù)小帶輪的直徑，確定大帶輪的直徑，滑動率£為0. 015 111大帶輪的直徑dd2=ivdd（l_e）=由表8-4 111取力=mm。注意：因為整個傳 動裝置允許的傳動 誤差為5%,所以齒 輪齒數(shù)圓整就要和 此處能夠相消一部 分誤差。注意：若帶速沒有 在此范圍內(nèi)，應重 新進行設計。主要 是調(diào)整帶輪直徑或 者重新

10、選擇電動機 或重新進行傳動比 的分配。此時從動輪實際轉(zhuǎn)速伽=-轉(zhuǎn)速誤差<5%,合適。.m . i,7ld 11mi rii 7c x x根據(jù)公式：v.= u, = mis60x100060x1000符合設計要求:5m /5 < vj < 25/?7 /s 初定中心矩do0.7（為+為）0（）包（為+為）現(xiàn)根據(jù)結構要求，取a。=mm 初算帶的基準長度®厶 0 =20 + 彳（d“2 +dj+（血d</i）24d（）=mm由表8- lm,選取帶的基準長度&/= mm。 實際中心矩和小帶輪包角中心矩可調(diào)整，則mmv帶傳動的中心距為：心二° 2小帶輪

11、包角：=180°_'/2_</1 x57.3°a=,大于120°,能滿足要求。 單根v帶所能傳遞的功率幾和增量a"。根據(jù)坷= r/min和右= mm查表8 - 2a，用插值法求得p廠 kw。已知 型v帶，小帶輪轉(zhuǎn)速/ij = nm = r/min,傳動比心=, 查表 8 - 2b得：ap（） = kw。 計算v帶的根數(shù)確定v帶的根數(shù)：z =（a型帶不多于4 根，b型帶不多于 3根。）v帶型號：（例如：b- 1600x 3）z>空-一 （p°+仇）心心由表8-5“查得心=；由表8-61，查得心= ,故z =取2= 根。所采用得

12、v帶為。 作用在帶輪軸上的力由式（8-17）求單根v帶的張緊力坨=500（嚴-1）匚+刖2ka卩（式中q-v帶每米的重量）帶的張緊力fo：f尸 nkg/m,故耳）= n所以作用在軸上的力為帶輪的結構和尺寸設計小帶輪的尺寸，基準直徑為參照表以及表電機的外型及安裝尺寸可知：型電機的基本尺寸為：軸伸直徑：；軸伸長度：；中心高：；所以小帶輪的軸孔直徑，轂長應小于根據(jù)以上參數(shù)及表 ，確定小帶輪的結構為輻板輪，輪槽尺寸及 輪寬按表計算，并參照圖v帶輪的典型結構，得到如圖的簡圖。其中小帶輪的各尺寸如表4-1。表4-1：小帶輪的基本尺寸大帶輪的尺寸計算方法同小帶輪：大帶輪的基準直徑其結構簡圖如圖4-2. &#

13、39;大帶輪的各尺寸如表4-20表4-2：大帶輪的基本尺寸作用在軸上的力f、= n課程設計a必有 帶輪設計，課程設 計b,可沒有此項 設計。小帶輪的基本尺 寸：如表4-1、圖4-1。參考教材141 -p143圖表。大帶輪的基本尺 寸：如表4-2、圖4-2。4.2減速器內(nèi)的零件設計 選擇齒輪材料、確定許用接觸應力根據(jù)工作要求，采用齒面硬度s350hbs。硬度可調(diào)小齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)，硬度為260hbs;小齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)，硬度為220hbs;由表9-5的公式，可確定許用接觸應力ah:小齒輪 e , = 380 + 0.7hbs = 380 + 0.7 x 260 = 562mpa大齒輪ah

14、 2 = 380 + 0.7hbs = 380 + 0.7 x 220 = 534mpa 選擇齒數(shù)和齒寬系數(shù)由于減速器是閉式傳動，可選取代，=，考慮加工和制造方便，取齒寬系數(shù)o 確定載荷系數(shù)£因齒輪相對軸承對稱布置，且載荷角平穩(wěn)，故取r。 計算中心距dkt.-=-= mm譏b訂 選擇齒數(shù)并確定模數(shù)取 z = ( 20, 40 ),則 z2 =。與 z互質(zhì)。2am = = mm取標準模數(shù)(表9-1)，m = mmo 齒輪幾何尺寸計算小齒輪分度圓宜徑及齒頂圓直徑d = zj m = mmdax - d + 2m = mm大齒輪分度圓直徑及齒頂圓直徑d2 = z2 m = mmdal =

15、dj + 2m = mmd = 48(i + l)3中心距:mm大齒輪寬度b2 =i/a=mm注意：1、所選取模數(shù)必 須大于計算模數(shù)， 若想調(diào)小模數(shù)，需 要對之前的設計 數(shù)據(jù)進行調(diào)整。2、當加為小數(shù) 時，盡量取偶數(shù)。3、m =d廠s =bi =mmmmmmmmmmmmmmmm圓整為整數(shù)小齒輪寬度因小齒輪齒面硬度高，為補償裝配誤差，避免工作時在大齒輪齒面上造成壓痕，一般勺應比優(yōu)寬些，取s = b、+ 5 = mm 確定齒輪精度等級齒輪圓周速度=m/s60x1000或 v =一厶一仝 = mis60x1000齒輪精度等級:根據(jù)工作要求和圓周速度，由表9-3選用級精度。 齒輪彎曲強度驗算1、確定許用

16、彎曲應力 根據(jù)表9-7 111查得af =140 + 0.2hbs = 140 +0.2 x 260 = 190mpa af 2 = 140 + q2hbs = 140 + 0.2 x 220 = ls4mpa 2、查齒形系數(shù)笫，比較yf /小齒輪z=,由表9-6查得緯=；小齒輪乞=，由表9-6查得yf2 =。丫廠 =丫尸2 =v.y因r 片r竺廠，所以應驗算 齒輪。3、驗算彎曲應力計算時應以齒寬仇帶入，則2k7y“°bzxmmpa<192 mpa,安全。2kt2yr2 _° f2bz2m2mpa<184 mpa,安全。經(jīng)強度校驗，齒輪 輪齒滿足彎曲強 度要求。

17、齒輪機構見手冊p163 表 11-64-3軸的設計計算（1）減速器高速軸的設計 選取軸的材料因為該軸無特殊要求且精度要求較，所以選取45鋼，（熱處理），由表12-2查得c = 估算最小軸徑按扭轉(zhuǎn)強度式估算最小軸徑mm由于v帶輪配合段直徑處有一鍵槽，應增大3%按軸的標準調(diào)整d = 高速軸的結構設計、受力分析及強度校驗根據(jù)v帶輪的大小，初選軸承為62 型，則高速軸基本尺寸如圖 4-3所示：1、低速軸6段，高 速軸5段即可。2、進行軸的設計必 須先計算部分箱體 主要結構尺寸（鑄 造）（說明書附表）（手冊p158表 11-1. 2、3、4、5 ）3、在估算最小軸徑 后，為確定軸向尺 寸，一般在此時需

18、要初繪裝配底圖1（p205 圖 16-4,中 心線，-）按照以上的軸的結構，畫出軸的計算簡化式: 如圖4-4所示： 由齒輪徑向力和v帶壓軸力代引起的垂直面彎矩圖m, /zjv 由齒輪圓周力引起的水平面彎矩圖mh 軸的扭矩圖丁合成彎矩圖m =ylmv2 +mh2當量彎矩圖me =lm2 +(at)2確定危險截面，根據(jù)當量彎矩圖，彎矩的危險截面位于圖中彎矩最大 處。2010-9-13由表 查得經(jīng)過有關計算，高 速軸滿足要求。經(jīng)過有關計算，低 速軸滿足要求。低速齒輪鍵的選 擇：a型圓頭普通平鍵, 標記示例：gb/t 1096 鍵 16 x10x 100根據(jù)高速軸的結構簡圖可知，該齒輪軸中齒輪的齒根圓

19、直 徑為，滿足要求。 低速軸的結構設計、受力分析及強度校驗（略）（課程設計a必須有此項設計。課程設計b可省略此項設計）4-4滾動軸承的選擇由于高速軸選用深溝球軸承低速軸選用深溝球軸承4-5鍵的選擇與校核鍵選為a型圓頭普通平鍵大帶輪與高速軸連接鍵：因軸徑d為 ，所以查表7-2111的鍵的基本尺寸為:bxh =（其中/ul.5d,可比軸上零件的輪轂短些。） 根據(jù)軸的尺寸和齒輪材料為鋼材，按輕微沖擊載荷,查表7-3山得o-p=鍵連接擠壓強度校核:鍵連接的剪切強度校核:鍵的強度足夠，鍵連接安全。 大齒輪與低速軸連接鍵：（同上） 小帶輪與電機軸連接鍵：（同上） 低速軸與聯(lián)軸器連接鍵：（同上）4-6聯(lián)軸器的選擇可知，選擇聯(lián)軸器為根據(jù)低