東北大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計作ZDD6

1、機械設(shè)計課程設(shè)計計算說明書一、傳動方案擬定.2二、電動機的選擇.2三、計算總傳動比及分配各級的傳動比4四、運動參數(shù)及動力參數(shù)計算4五、傳動零件的設(shè)計計算4六、軸的設(shè)計計算81、輸出軸的設(shè)計計算-7 2、輸入軸的設(shè)計計算-10七、滾動軸承的選擇及校核計算11八、鍵聯(lián)接的選擇及計算12九聯(lián)軸器的選擇13十. 潤滑與密封13十一.參考文獻 13計算過程及計算說明一、傳動方案擬定設(shè)計題目：用于膠帶輸送機的機械傳動裝置，電動機經(jīng)一級V帶傳動結(jié)構(gòu)，帶動單級圓柱齒輪減速器。輸送機連續(xù)工作，單向運轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，空載啟動。小批量生產(chǎn)，使用期限8年，兩班制工作，工作環(huán)境清潔。原始數(shù)據(jù)： 題號ZDD-6滾筒圓周力F

2、（KN）1100帶速度V（m/s）2.0卷筒直徑D（mm） 320滾筒長度L（mm）600設(shè)計任務(wù)要求：1. 減速器裝配圖紙一張（零號圖紙）2. 軸和齒輪零件圖紙各一張（ 號圖紙）3、 設(shè)計說明書一份二、電動機選擇1、電動機類型的選擇： Y系列三相異步電動機2、電動機功率選擇：（1）傳動裝置的總功率：總=帶×2軸承×齒輪×聯(lián)軸器×滾筒=0.95×0.992×0.97×0.97×0.96=0.84(2)電機所需的工作功率：P工作=FV/1000總=1100×2.0/1000×0.84=2.62KW

3、3、確定電動機轉(zhuǎn)速：計算滾筒工作轉(zhuǎn)速：n筒=60×1000V/D=60×1000×2.0/3.14×320=119.42r/min按手冊推薦（P90,表2-11-1）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，則總傳動比理時范圍為Ia=624。故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為nd=Ia×n筒nd=（624）×119.42=716.522866.08r/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，由相關(guān)手冊查出三種適用的電動機型號：（如下表）方案電 動機 型號

4、額定功率電動機轉(zhuǎn)速(r/min)電動機重量N功率因數(shù)同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速1Y100L2-43.015001430382.22Y 132S-63.01000960632.03Y 132M-83.0750710792.0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型號：因此有三種傳支比方案。綜合考慮電動機和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比，可見第2方案比較適合，則選n=1000r/min 。4、確定電動機型號根據(jù)以上選用的電動機類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動機型號為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63k

5、g。三、計算總傳動比及分配各級的偉動比1、總傳動比：i總=n電動/n筒=960/119.4=8.042、分配各級偉動比（1） 據(jù)指導(dǎo)書P90表2-11-1，取帶i帶 =2.5（帶i=24合理）（2） i總=i齒輪×i帶i齒輪=i總/i帶=8.04/2.5=3.22四、運動參數(shù)及動力參數(shù)計算1、計算各軸轉(zhuǎn)速（r/min）nI=n電機=960r/minnII=nI/i帶=960/2.5=384(r/min)nIII=nII/i齒輪=384/3.22=119.4(r/min)n=n/i聯(lián)=119.40/1=119.40(r/min)2、 計算各軸的功率（KW）PI=P工作=2.61KWPI

6、I=PI×帶=2.61×0.95=2.48KWPIII=PII×軸承×齒輪=2.48×0.99×0.97=2.38KWP= PIII×聯(lián)×軸=2.38×0.99×0.99=2.33KW3、 計算各軸扭矩（N·m）TI=9.55×1000PI/nI=9.55×1000×2.61/960=25.96N·mTII=9.55×1000PII/nII=9.55×1000×2.48/384=61.67N·mTIII=9

7、.55×1000PIII/nIII=9.55×1000×2.38/119.4=190.36N·m T=9.55×1000P/n=9.55×1000×2.33/119.4 =186.36 N·m五、傳動零件的設(shè)計計算1、 皮帶輪傳動的設(shè)計計算（1） 選擇普通V帶截型由課本P132表8.21得：kA=1.2PC=KAP=1.2×3=3.6KW由課本P134圖8.13得：選用A型V帶（2） 確定帶輪基準(zhǔn)直徑，并驗算帶速由課本得，推薦的小帶輪基準(zhǔn)直徑為7595mm則取dd1=95mm>dmin=75dd2=

8、n1/n2·dd1=960/384×95=237.5mm由課本P116表8.3，取dd2=236mm實際從動輪轉(zhuǎn)速n2=n1dd1/dd2=960×95/236=387.09r/min轉(zhuǎn)速誤差為：(n2-n2)/n2=(384-387.09)/384=0.008<0.05(允許)帶速V：V=dd1n1/60×1000=3.14×95×960/60×1000=5.01m/s在525m/s范圍內(nèi)，帶速合適。（3） 確定帶長和中心矩根據(jù)課本P134式（8.14）得0. 7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)0. 7(9

9、5+236)a02×(95+236)所以有：231.7mma0662mm由課本P134式（8.15）得：L0=2a0+1.57(dd1+dd2)+(dd2-dd1) 2/4a0=2×500+1.57(95+236)+(236-95)2/(4×500)=1529.47mm根據(jù)課本P118表（8.4）取Ld=1600mm根據(jù)課本P135式（8.16）得：aa0+(Ld-L0)/2=500+(1600-1529.5)/2=535mm(4)驗算小帶輪包角1=1800-dd2-dd1/a×57.30=1800-(236-95)/535×57.30=164

10、.890>1200（適用）（5）確定帶的根數(shù)根據(jù)課本P127表（8.9）P0=0.87KW根據(jù)課本P131式（8.11）P0=0.12KW根據(jù)課本P131圖（8.11）K=0.97根據(jù)課本P118表（8.4）KL=0.99由課本P135式（8.18）得Z>=PC/P=PC/(P0+P0)KKL=3.6/(0.87+0.12) ×0.97×0.99=3.79(6)計算軸上壓力由課本P124表8.6查得q=0.1kg/m，由式（8.19）單根V帶的初拉力：F0=500PC/ZV（2.5/K-1）+qV2=500×3.6/4×4.77×(

11、2.5/0.97-1)+0.1×5.032N=151.04N則作用在軸承的壓力FQ，由課本P135式（8.20）FQ=2ZF0sin1/2=2×4×151.04sin164.89/2=1197.44N2、齒輪傳動的設(shè)計計算（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45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為220250HBS。大齒輪選用45鋼正火，齒面硬度170210HBS；根據(jù)課本P211表10.22選8級精度。齒面精糙度Ra3.26.3m(2)按齒面接觸疲勞強度設(shè)計由d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3由式（10.21）確定有關(guān)

12、參數(shù)如下：傳動比i齒=4取小齒輪齒數(shù)Z1=25。則大齒輪齒數(shù)：Z2=iZ1=4×25=100實際傳動比i0=100/4=25傳動比誤差：i-i0/I=4-4/4=0%<2.5% 可用齒數(shù)比：u=i0=4由d=b/d1(b為輪齒寬度,單位為mm)取d=1(3)轉(zhuǎn)矩T1T1=9.55×1000×P/n1=9.55×1000×3/960=29843.7N·mm(4)載荷系數(shù)k由課本P192表10.1取k=1.1(5)許用接觸應(yīng)力HH= HlimZNT/SH由課本P188圖10.24查得：HlimZ1=560Mpa HlimZ2=530

13、Mpa由課本P212式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NLNL1=60n1rth=60×960×1×(10×52×40)=1.20×109NL2=NL1/i=1.20×109/4=2.995×108由課本P190圖10.27查得接觸疲勞的壽命系數(shù)：ZNT1=1 ZNT2=1.06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=560×1/1.0Mpa=560MpaH2=Hlim2ZNT2/SH=530×1.06/1.0Mpa=562Mpa故得：d176.43(kT

14、1(u+1)/duH2)1/3=76.431.1×100000×5/1×4×56021/3mm=58.3mm模數(shù)：m=d1/Z1=58.3/25=2.33mm根據(jù)課本P172表10.3取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)：m=2.5mm(6)校核齒根彎曲疲勞強度根據(jù)課本P195（10.24）式F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaH確定有關(guān)參數(shù)和系數(shù)分度圓直徑：d1=mZ1=2.5×25mm=62.5mmd2=mZ2=2.5×100mm=250mm齒寬：b=dd1=1×62.5mm=62.5mm取b=65mm b1=70mm(7)齒形系數(shù)YFa和應(yīng)

15、力修正系數(shù)YSa根據(jù)齒數(shù)Z1=20,Z2=120由表10.13和表10.14得YFa1=2.65 YSa1=1.59YFa2=2.18 YSa2=1.80(8)許用彎曲應(yīng)力F根據(jù)課本P189（10.14）式：F= Flim YSTYNT/SF由課本圖10.25查得：Flim1=210Mpa Flim2 =190Mpa由圖10.27查得：YNT1=1 YNT2=1試驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)YST=2按一般可靠度選取安全系數(shù)SF=1.3計算兩輪的許用彎曲應(yīng)力F1=Flim1 YSTYNT1/SF=210/1.3Mpa=162MpaF2=Flim2 YSTYNT2/SF =190/1.3Mpa=146M

16、pa將求得的各參數(shù)代入式（10.24）F1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1=(2×1.1×100000/65×2.52×25) ×2.65×1.59Mpa=91Mpa< F1F2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1=91×2.18×1.8/(2.65×1.59)Mpa=85Mpa< F2故輪齒齒根彎曲疲勞強度足夠(9)計算齒輪傳動的中心矩aa=m/2(Z1+Z2)=2.5/2(25+100)=156.25mm(10)計算齒輪的圓周速度VV=d1n1/60×1000=3

17、.14×62.5×955/60×1000=3.13m/s六、軸的設(shè)計計算輸入軸的設(shè)計計算1、按扭矩初算軸徑選用45鋼調(diào)質(zhì)，硬度217255HBS根據(jù)課本P271（14.2）式，并查表14.1，取c=118107d（107118）×(3/960)1/3mm=15.617.3mm考慮有鍵槽，將直徑增大5%，則d=15.3×(1+5%)mm=16.1mm選d=16mm2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（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

18、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=16mm 長度取L1=50mmh=2c c=1.5mmII段:d2=d1+2h=16+2×2×1.5=22mmd2=22mm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=48

19、mm段直徑d4=45mm由手冊得：c=1.5 h=2c=2×1.5=3mmd4=d3+2h=35+2×3=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)取：（30+3×2）=36mm因此將段設(shè)計成階梯形，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)合強度計算求分度圓直徑：已知d1=50mm求轉(zhuǎn)矩：已知T2=50.02N·m求圓周力：Ft根據(jù)課本P127（6-34）式得Ft=2T2/

20、d2=50.02×1000/50=1000.436N求徑向力Fr根據(jù)課本P127（6-35）式得Fr=Ft·tan=1000.436×tan200=364.1N因為該軸兩軸承對稱，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MV=FAyL/2=182.05×50=9.1N·m(3)繪制水平面彎矩圖（如圖c）截面C在水平面上彎矩為：MH=FAZL/2=500.2

21、×50=25N·m(4)繪制合彎矩圖（如圖d）M=(MV2+MH2)1/2=(9.12+252)1/2=26.6N·m(5)繪制扭矩圖（如圖e）轉(zhuǎn)矩：T=9.55×（P2/n2）×106=48N·m(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：Me=M2+(T)21/2=26.62+(1×48)21/2=99.6N·m(7)校核危險截面C的強度由式（6-3）e=Me/0.1d33=99.6/0.1×413=14.5MPa< -1b=60MPa該軸強

22、度足夠。輸出軸的設(shè)計計算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=35.08mm取d=35mm2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（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

23、球軸承，其內(nèi)徑為35mm，寬度為17mm。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)合強度計算求分度圓直徑：已知d2=300mm求轉(zhuǎn)矩：已知T3=271N·m求圓周力Ft：根據(jù)課本P191（10.15）式得Ft=2T3/d2=2×191.71×103/300=1278.07N求徑向力Fr根據(jù)課本P191（10.15）式得Fr=Ft·tan=1278.07×0.36379=464.95N兩軸承對稱LA=LB=49mm(1)求支反力FAX、FBY、

24、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=464.95/2=232.48NFAZ=FBZ=Ft/2=1278.07/2=639.04N(2)由兩邊對稱，截面C的彎矩也對稱截面C在垂直面彎矩為MV=FAYL/2=232.48×49/2=11.4N·m(3)截面C在水平面彎矩為MH=FAZL/2=639.04×49/2=31.3N·m(4)計算合成彎矩M=（MV2+MH2）1/2=（11.42+31.32）1/2=33.31N·m(5)計算當(dāng)量彎矩：根據(jù)課本P271得=1Me=M2+(T)21/2=33.312+(1×271)21/2=27

25、3.04N·m(6)校核危險截面C的強度由式（14.3）e=Me/（0.1d3）=273.04/(0.1×453)=1.36Mpa<-1b=60Mpa此軸強度足夠七、滾動軸承的選擇及校核計算根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計壽命16×365×8=48720小時1、計算輸入軸承（1）已知n=657.53r/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P298表（15.16）得軸承內(nèi)部軸向力FS=0.68Fr 則FS1=FS2=0.68Fr1=340.136N(2) FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端為壓

26、緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端FA1=FS1=340.136N FA2=FS2=340.136N(3)求系數(shù)x、yFA1/Fr1=340.136N/500.2N=0.68FA2/Fr2=340.136N/500.2N=0.68根據(jù)課本P295表（15.13）得e=0.68FA1/Fr1<e x1=1 FA2/Fr2<e x2=1y1=0 y2=0(4)計算當(dāng)量載荷P1、P2根據(jù)課本P295表（15.12）取f P=1.5根據(jù)課本P294（15.1）式得P1=fP(x1Fr1+y1FA1)=1.5×(1×500.2+0)=750.3NP2=fp(x2Fr1+y2FA2)=

27、1.5×(1×500.2+0)=750.3N(5)軸承壽命計算P1=P2 故取P=750.3N角接觸球軸承=3根據(jù)手冊得7206AC型的Cr=23000N由課本P296（15.5）式得Lh=16670/n(ftCr/P)=16670/657.53×(1×23000/750.3)3=730295h>48720h預(yù)期壽命足夠2、計算輸出軸承(1)已知n=109.59r/minFa=0 Fr=FAZ=903.35N試選7207AC型角接觸球軸承根據(jù)課本P298表（15.16）得FS=0.68Fr,則FS1=FS2=0.68Fr=0.68×903

28、.35=614.28N(2)計算軸向載荷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=614.28N(3)求系數(shù)x、yFA1/Fr1=614.28/903.35=0.68FA2/Fr2=614.28/930.35=0.68根據(jù)課本P295表（15.13）得：e=0.68FA1/Fr1<e x1=1y1=0FA2/Fr2<e x2=1y2=0(4)計算當(dāng)量動載荷P1、P2根據(jù)表（15.12）取fP=1.5根據(jù)式（15.1）得P1=fP(x1Fr1+y1FA1)=1.5×(1×903.3

29、5)=1355NP2=fp(x2Fr2+y2FA2)=1.5×(1×903.35)=1355N(5)計算軸承壽命LHP1=P2 故P=1355 =3根據(jù)手冊 7207AC型軸承Cr=30500N根據(jù)課本得：ft=1根據(jù)課本P296 （15.5）式得Lh=16670/n(ftCr/P) =16670/109.59×(1×30500/1355)3=1734787.6h>48720h此軸承合格八、鍵聯(lián)接的選擇及校核計算軸徑d1=22mm,L1=50mm查手冊得，選用C型平鍵，得：鍵A 8×7 GB1096-79 l=L1-b=50-8=42mm

30、T2=48N·m h=7mm根據(jù)課本P279（14.7）式得jy =4T2/dhl=4×48000/22×7×42=29.68Mpajy(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=271N·m查手冊P51 選A型平鍵鍵10×8 GB1096-79l=L3-b=48-10=38mm h=8mmjy=4T/dhl=4×271000/35×8×38=101.87Mpa<jy(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=6

31、1.5N.m查手冊P51 選用A型平鍵鍵16×10 GB1096-79l=L2-b=50-16=34mm h=10mm據(jù)課本P243式（10-5）得jy =4T/dhl=4×6100/51×10×34=60.3Mpa<jy九聯(lián)軸器的選擇1聯(lián)軸器傳遞的計算轉(zhuǎn)矩Tc=KAT= KATo=1.5×24.27=36.41 N·m2.初估外伸端最小直徑dmin=(0.81)d電=(0.81) ×38=30.438mm3.選聯(lián)軸器選用彈性銷聯(lián)軸器（查表2-14-1），選LH3，其公稱轉(zhuǎn)矩To=63 N·m>36.4

32、1 N·m軸孔直徑dmin=30mm,dmax=38mm,適合。故選LH3聯(lián)軸器ZC34×82/JB32×82 GB/T5014-2003主動端dz=34mm,Z型軸孔L1=82mm,B型鍵槽十.潤滑與密封因齒輪的轉(zhuǎn)速大于12m/s，所以用噴油潤滑.根據(jù)課本P23（表2.4）可采用機械密封減速器的密封是為了防止漏油和外界灰塵和水等進入常見的漏油部位有分箱面、軸頭、蓋端及視孔蓋等。分箱面的密封，可在箱體剖分面上開回油槽，軸伸出處密封的裝置有墊圈，O型橡膠圈和唇形密封圈。十一.參考文獻機械設(shè)計資料（手冊，圖冊，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等）以及使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，進行經(jīng)驗估算和數(shù)據(jù)處理等。

33、1陳立德主編.機械設(shè)計基礎(chǔ). 高等教育出版社出版.2孫德志 張偉華 鄧子龍主編.機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計.科學(xué)出版社出版.F=1100NV=2.0m/sD=320mmL=600mn滾筒=119.4r/min總=0.84P工作=2.62KW電動機型號Y132S-6i總=8.04據(jù)手冊得i齒輪=3.22i帶=2.5nI =960r/minnII=384r/minnIII=119.4r/minn=119.4 r/minPI=2.61KWPII=2.48KWPIII=2.38KWP=2.33 KWTI=25.96N·mTII=61.67N·mTIII=190.36N·mT=186.36 N·mdd2=237.5mm取標(biāo)準(zhǔn)值dd2=2