機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)V帶——單級(jí)圓柱減速器計(jì)算說(shuō)明書(shū)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一、傳動(dòng)方案擬定.2二、電動(dòng)機(jī)的選擇.2三、計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比.4四、運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算.5五、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算.6六、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算.12七、滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算.19八、鍵聯(lián)接的選擇及計(jì)算.22設(shè)計(jì)題目：V帶單級(jí)圓柱減速器二三年六月十四日計(jì)算過(guò)程及計(jì)算說(shuō)明一、傳動(dòng)方案擬定第三組：設(shè)計(jì)單級(jí)圓柱齒輪減速器和一級(jí)帶傳動(dòng)（1） 工作條件：使用年限8年，工作為二班工作制，載荷平穩(wěn)，環(huán)境清潔。（2） 原始數(shù)據(jù)：滾筒圓周力F=1000N；帶速V=2.0m/s；滾筒直徑D=500mm；滾筒長(zhǎng)度L=500mm。二、電動(dòng)機(jī)選擇1、電動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇： Y系列三相異步

2、電動(dòng)機(jī)2、電動(dòng)機(jī)功率選擇：（1）傳動(dòng)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=10002/10000.8412=2.4KW3、確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：計(jì)算滾筒工作轉(zhuǎn)速：n筒=601000V/D=6010002.0/50=76.43r/min 按手冊(cè)P7表1推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取圓柱齒輪傳動(dòng)一級(jí)減速器傳動(dòng)比范圍Ia=36。取V帶傳動(dòng)比I1=24，則總傳動(dòng)比理時(shí)范圍為Ia=624。故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為nd=Ian筒=（624）76.43=4591834r/min符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750、1

3、000、和1500r/min。根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關(guān)手冊(cè)查出有三種適用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)：因此有三種傳支比方案：如指導(dǎo)書(shū)P15頁(yè)第一表。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，可見(jiàn)第2方案比較適合，則選n=1000r/min。4、確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)根據(jù)以上選用的電動(dòng)機(jī)類(lèi)型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)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(dòng)比及分配各級(jí)的偉動(dòng)比1、總傳動(dòng)比：i總=n電動(dòng)/n筒=960/76.4=12.572、分配各級(jí)偉動(dòng)比（1） 據(jù)指導(dǎo)書(shū)P7表1，取齒輪i齒輪=6（單級(jí)減速

4、器i=36合理）（2） i總=i齒輪I帶i帶=i總/i齒輪=12.57/6=2.095四、運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)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=960/2.095=458.2(r/min)nIII=nII/i齒輪=458.2/6=76.4(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=9.55106PI

5、I/nII=9.551062.304/458.2 =48020.9NmmTIII=9.55106PIII/nIII=9.551062.168/76.4 =271000Nmm 五、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算1、 皮帶輪傳動(dòng)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=75 dd2=n1/n2dd1=960/458.2100=209.5mm由課本P74表5-4，取dd2=200mm 實(shí)際

6、從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n2=n1dd1/dd2=960100/200 =480r/min轉(zhuǎn)速誤差為：n2-n2/n2=458.2-480/458.2 =-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/

7、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=24=1256.7N2、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）選擇齒輪材料及精度等級(jí) 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(jí)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：

8、傳動(dòng)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(dòng)比I0=120/2=60傳動(dòng)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=9.551062.4/458.2 =50021.8Nmm (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=60458.21(1

9、63658)=1.28109NL2=NL1/i=1.28109/6=2.14108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=76.43150021.8(6+1)/0.9634321/3mm=48.97mm模數(shù)：m=d1/Z1=48.97/20=2.45mm根據(jù)課本P107表6-1取

10、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=1.55YFa2=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=290M

11、pa 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=(2150021.8/4

12、52.52120) 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(dòng)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 (2.304/458.2)1/3mm=19.7mm考慮有鍵槽，將直徑增大5%，則d=19.7(1+5%)mm=20.69選d=22mm2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)

13、計(jì) （1）軸上零件的定位，固定和裝配 單級(jí)減速器中可將齒輪安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱(chēng)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(guò)渡配合固定，兩軸承分別以軸肩和大筒定位，則采用過(guò)渡配合固定 （2）確定軸各段直徑和長(zhǎng)度工段：d1=22mm 長(zhǎng)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(zhǎng)為20mm，通過(guò)密封蓋軸段長(zhǎng)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(zhǎng)

14、為55mm，安裝齒輪段長(zhǎng)度應(yīng)比輪轂寬度小2mm,故II段長(zhǎng)：L2=（2+20+16+55）=93mmIII段直徑d3=35mmL3=L1-L=50-2=48mm段直徑d4=45mm由手冊(cè)得：c=1.5 h=2c=21.5=3mmd4=d3+2h=35+23=41mm長(zhǎng)度與右面的套筒相同，即L4=20mm但此段左面的滾動(dòng)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(cè)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(zhǎng)度L5=19mm由上述軸各段長(zhǎng)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：

15、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(duì)稱(chēng)，所以：LA=LB=50mm (1)繪制軸受力簡(jiǎn)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(duì)稱(chēng)，知截面C的彎矩也對(duì)稱(chēng)。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

16、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(dòng)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

17、扭矩初算軸徑選用45#調(diào)質(zhì)鋼，硬度（217255HBS）根據(jù)課本P235頁(yè)式（10-2），表（10-2）取c=115dc(P3/n3)1/3=115(2.168/76.4)1/3=35.08mm取d=35mm2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）軸的零件定位，固定和裝配 單級(jí)減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱(chēng)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(guò)渡配合，兩軸承分別以軸承肩和套筒定位，周向定位則用過(guò)渡配合或過(guò)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(zhǎng)度 初選7207c型角接球軸承，其內(nèi)徑為35mm，寬度為1

18、7mm。考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面與箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定矩離，則取套筒長(zhǎng)為20mm，則該段長(zhǎng)41mm，安裝齒輪段長(zhǎng)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(duì)稱(chēng)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/

19、2=903.35N (2)由兩邊對(duì)稱(chēng)，書(shū)籍截C的彎矩也對(duì)稱(chēng)截面C在垂直面彎矩為MC1=FAYL/2=328.649=16.1Nm (3)截面C在水平面彎矩為MC2=FAZL/2=903.3549=44.26Nm (4)計(jì)算合成彎矩MC=（MC12+MC22）1/2 =（16.12+44.262）1/2 =47.1Nm (5)計(jì)算當(dāng)量彎矩：根據(jù)課本P235得=1Mec=MC2+(T)21/2=47.12+(1271)21/2 =275.06Nm (6)校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度由式（10-3）e=Mec/（0.1d）=275.06/(0.1453)=1.36Mpa-1b=60Mpa此軸強(qiáng)度足夠七、滾動(dòng)

20、軸承的選擇及校核計(jì)算根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命163658=48720小時(shí)1、計(jì)算輸入軸承 （1）已知n=458.2r/min兩軸承徑向反力：FR1=FR2=500.2N初先兩軸承為角接觸球軸承7206AC型根據(jù)課本P265（11-12）得軸承內(nèi)部軸向力FS=0.63FR 則FS1=FS2=0.63FR1=315.1N (2) FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端FA1=FS1=315.1N FA2=FS2=315.1N (3)求系數(shù)x、yFA1/FR1=315.1N/500.2N=0.63FA2/FR2=315.1N/500.2N=0.63根據(jù)課本P263表（

21、11-8）得e=0.68FA1/FR1e x1=1 FA2/FR248720h預(yù)期壽命足夠2、計(jì)算輸出軸承 (1)已知n=76.4r/min Fa=0 FR=FAZ=903.35N試選7207AC型角接觸球軸承根據(jù)課本P265表（11-12）得FS=0.063FR,則FS1=FS2=0.63FR=0.63903.35=569.1N (2)計(jì)算軸向載荷FA1、FA2FS1+Fa=FS2 Fa=0任意用一端為壓緊端，1為壓緊端，2為放松端兩軸承軸向載荷：FA1=FA2=FS1=569.1N (3)求系數(shù)x、yFA1/FR1=569.1/903.35=0.63FA2/FR2=569.1/930.35

22、=0.63根據(jù)課本P263表（11-8）得：e=0.68FA1/FR1e x1=1 y1=0FA2/FR248720h此軸承合格八、鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算軸徑d1=22mm,L1=50mm查手冊(cè)得，選用C型平鍵，得：鍵A 87 GB1096-79 l=L1-b=50-8=42mmT2=48Nm h=7mm根據(jù)課本P243（10-5）式得p=4T2/dhl=448000/22742 =29.68MpaR(110Mpa)2、輸入軸與齒輪聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接軸徑d3=35mm L3=48mm T=271Nm查手冊(cè)P51 選A型平鍵鍵108 GB1096-79l=L3-b=48-10=38mm h=8mm

23、p=4T/dhl=4271000/35838 =101.87Mpap(110Mpa)3、輸出軸與齒輪2聯(lián)接用平鍵聯(lián)接軸徑d2=51mm L2=50mm T=61.5Nm查手冊(cè)P51 選用A型平鍵鍵1610 GB1096-79l=L2-b=50-16=34mm h=10mm據(jù)課本P243式（10-5）得p=4T/dhl=46100/511034=60.3MpapF=1000NV=2.0m/sD=500mmL=500mmn滾筒=76.4r/min總=0.8412P工作=2.4KW電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132S-6i總=12.57據(jù)手冊(cè)得i齒輪=6i帶=2.095nI =960r/minnII=458.2r/minnIII=76.4r/minPI=2.4KWPII=2.304KWPIII=2.168KWTI=23875NmmTII=48020NmmTIII=271000Nmmdd2=209.5mm取標(biāo)準(zhǔn)值dd2=200mmn2=480r/minV=5.03m/s210mma0600mm取a0=500Ld=1400mma0=462mmZ=4根F0=158.01NFQ =1256.