機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計(作業(yè)范例)

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機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計報告

專業(yè)班級：

課題名稱：設(shè)計一用于帶式運輸機上的單級圓錐齒輪減速器

姓名：

學(xué)號：

指導(dǎo)老師：

完成日期：

一、電動機的設(shè)計

1．電動機類型挑選

按工作要求和條件選取Y系列普通用途的全封閉（自扇）冷籠型三相異步電動機。

2．挑選電動機容量(1)計算工作機所需功率Pw

Pw=

=4000×1.2/1000×0.98Kw≈11Kw

其中，帶式輸送機的效率:ηw=0.98(查《機械設(shè)計、機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》P131附表10-1)。(2)計算電動機輸出功率P0

按《機械設(shè)計、機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》P131附表10-1查得V帶傳動效率ηb=0.96，一對滾動球軸承效率ηr=0.99，一對圓錐齒輪傳動效率ηg=0.97，聯(lián)軸器效率ηc=0.98。（其中，η為電動機至滾筒主動軸傳動裝置的總效率，包括V帶傳動、一對圓錐齒輪傳動、兩對滾動球軸承及聯(lián)軸器等的效率）。傳動裝置總效率為：

η=ηbηr2ηgηc=0.95×0.992×0.97×0.98=0.894，電動機所需功率為：

P0=η

w

P=4.90/0.894Kw≈5.48Kw。

依照P0選取電動機的額定功率Pm，使Pm=(1～1.3)P0=5.48～7.124Kw。為落低電動機分量和成本，由《機械設(shè)計、機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》P212附表10-112查得電動機的額定功率為Pm=5.5Kw。(3)確定電動機的轉(zhuǎn)速

工作機主軸的轉(zhuǎn)速nw，即輸送機滾筒的轉(zhuǎn)速：nw=

D

v

π100060?=60×1.2×1000/3.14×400r/min≈57.30r/min

依照《機械設(shè)計、機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》P12表3-3確定傳動比的范圍，取V帶傳動比ib=2～4,單級圓錐齒輪的傳動比ig=2～3，則傳動比范圍比i=(2×2)～（4×3)=4～12。電動機的轉(zhuǎn)速范圍為：

n=inw=(4～12)×57.30r/min=230～688r/min，符合這一同步轉(zhuǎn)速范圍的有750r/min一種。依照同步轉(zhuǎn)速查《機械設(shè)計、機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》P212附表10-11確定電動機的型號為Y160M2—8，其滿載轉(zhuǎn)速nm=970r/min。

此外，電動機的中心高、外形尺寸、軸伸尺寸等均可查表得出。3．計算總傳動比并分配各級傳動比(1)總傳動比

i=w

m

nn=720/57.30r/min=12.57r/min

(2)分配各級傳動比

為使帶傳動的尺寸別至過大，滿腳

ib<ig，可取ib=3,則齒輪的

傳動比：ig=i/ib=12.57/3=4.194．計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)(1)各軸的轉(zhuǎn)速

nⅠ=nm/ib=720/3r/min=240r/minnⅡ=nⅠ/ig=240/4.19r/min=57.30r/minnw=nⅡ=57.30r/min

(2)各軸的功率

PⅠ=Pmηb=5.5×0.96Kw=5.28Kw

PⅡ=PⅠηrηg=5.28×0.99×0.97Kw=5.07KwPW=PⅡηrηc=5.07×0.99×0.98Kw=13.28Kw(3)各軸的轉(zhuǎn)矩各軸的轉(zhuǎn)矩T0=9550

nP=9550×5.5/720N·m≈73N·m

T1=95501

1

nP=9550×5.28/240N·m≈210.1N·m

T2=2

2

9550

nP=9550×5.07/57.3N·m≈845N·mTw=9550Pw/nw=9550×4.92/57.3N·m≈820N·m(4)將計算的結(jié)果填入下表

5．電動機的草圖

二、帶傳動的設(shè)計

由設(shè)計任務(wù)書條件要求，此減速器工作場合對傳動比要求別嚴(yán)格但又要求傳動平穩(wěn)，所以適用具有彈性的饒性帶來傳遞運動和動力。V帶傳動時當(dāng)量摩擦系數(shù)大，能傳遞較大的功率且結(jié)構(gòu)緊湊；故此處挑選V型槽帶輪。

帶輪材料常采納鑄鐵、鋼、鋁合金或工程塑料等，當(dāng)帶的速度v≤25m/s時，可采納HT150；當(dāng)帶速v=25～30m/s時，可采納HT200；當(dāng)v≥35m/s時，則用鑄鋼或鍛鋼（或用鋼板沖壓后焊接而成），傳遞功率較小時，可用鑄鋁或工程塑料等材料。

帶輪的設(shè)計準(zhǔn)則是，在保證代傳動別產(chǎn)生打滑的前提下，具有腳夠的疲勞強度，帶輪的質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)公益性好，無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力，質(zhì)量分布要均勻等。

1.確定計算功率

PC=KAP=1.2×5.5=6.6Kw

查《機械基礎(chǔ)》P226頁表9-7知：KA=1.2

2.確定V帶型號

按照任務(wù)書要求，挑選一般V帶。

依照PC=6.6Kw及n1=720r/min，查《機械基礎(chǔ)》P227頁圖9-8確定選用B型一般V帶。

3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑(1)確定帶輪基準(zhǔn)直徑

依照《機械基礎(chǔ)》P228頁表9-8取標(biāo)準(zhǔn)值確定：dd1=140mm。(2)計算大帶輪直徑dd2=idd1（1-ε）=（720/240）×140×（1-0.02）mm=411.6mm依照GB/T13575.1-9規(guī)定，選取dd2=410mm。4.驗算帶速v=

1000

601

1?nddπ=3.14×140×720/60×1000m/s=5.28m/s

由于5m/s＜v＜25m/s,帶速合適。5.確定帶長及中心距(1)初取中心距a0=500mm

依照()()2102127.0ddddddadd+≤≤+知：385≤a0≤1100.(2)確定帶長Ld：

依照幾何關(guān)系計算帶長得

()()0

221210422addddaLdddddo-+++=π

=1900.39mm

依照《機械基礎(chǔ)》P226表9-6取相近的標(biāo)準(zhǔn)值Ld，Ld=2000mm(3)確定中心距

2

L-Ld0

d0+

=aa=500+(2000-1900.39)/2mm=549.81mm，取a=550mm；

amin=a-0.015Ld=550-0.015×2000mm=520mm；amax=a+0.03Ld=550+0.03×2000mm=610mm.

6.驗算小帶輪包角：

οο3.571801

21?--

=a

ddddα=151.9°＞120°，符合要求。

7.確定V帶根數(shù)Z

依照dd1=140mm及n1=720r/min，查《機械基礎(chǔ)》P224表9-3得:

P0=1.75Kw，

依照帶型和i查《機械基礎(chǔ)》P224表9-4得：ΔP0=0.23Kw，查《機械基礎(chǔ)》P225表9-5得：Kα=0.93，查《機械基礎(chǔ)》P226表9-6得：Kl=0.98,

Z=Pc/[P0]≥

Lc

KKPPPα)(00?+=3.66,

取Z=4.

8.確定V帶初拉力F0

查《機械基礎(chǔ)》P219表9-1得:q=0.17㎏/m,則

F0=500

2)15.2(qvKvZPc+-α

N=268.6N9.作用在軸上的力FQFQ=2ZF0sin

2

1

α=2×4×268.6×sin151.9/2N=2084.5N

10.帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸及草圖B型V帶：

節(jié)寬bp/mm:14.0；頂寬b/mm:17.0；高度h/mm:11.0；楔角θ:40°；

截面面積A/mm2:138；每米帶長質(zhì)量q/（kg·m-1

）:0.17。V帶輪：

基準(zhǔn)寬度bp/mm:14.0；基準(zhǔn)線至槽頂高度hamin:3.5；槽頂寬b/mm:17.2；基準(zhǔn)線至槽底深度hfmin:10.8；

槽間距e/mm:19±0.4；第一槽對稱線至端面距離f/mm:12.5；

最小輪緣厚度δ/mm:7.5；

輪緣寬度B/mm:

B=(Z-1)e+2f(Z為齒模數(shù))=82mm。

三．減速器齒輪設(shè)計

設(shè)計任務(wù)書齒輪傳動由主動輪、從動輪（或齒條）和機架組成，經(jīng)過齒輪的嚙合將主動軸的運動和轉(zhuǎn)矩傳遞給從動軸，使其獲得預(yù)期的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。錐齒輪的傳動比恒定，結(jié)構(gòu)緊湊且效率高，工作可靠且壽命長。鑒于齒輪的以上優(yōu)點所以選用齒輪傳動，即圓錐齒輪是兩

相交軸傳動。因此齒輪傳動在機械傳動中應(yīng)用廣泛。

齒輪材料要求齒面硬，齒芯也要有韌性，具有腳夠的強度以及具有良好的加工工藝及熱處理性，當(dāng)齒輪的尺寸較大（da＞400mm～600mm）或結(jié)構(gòu)復(fù)雜別容易鍛造以及一些低速運載的開式齒輪傳動時，才有鑄鋼；高速小功率、精度要求別高或需要低噪音的特別齒輪傳動中，也常采納非金屬材料。

材料：小齒輪40Cr調(diào)質(zhì)后表面淬火處理齒面平均硬度HB1=48～55；

大齒輪45鋼調(diào)質(zhì)處理齒面平均硬度HB2=217～255。

1.材料挑選及熱處理

由于結(jié)構(gòu)要求緊湊，故采納硬齒齒輪傳動。查《機械基礎(chǔ)》P181表6-3，挑選小齒輪材料為40cr,調(diào)質(zhì)后淬火處理，齒面平均硬度HB=53HRC；大齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)處理，齒面平均硬度HB=250HRC。

2.參數(shù)挑選和幾何尺寸計算

(1)齒數(shù)比

取小齒輪齒數(shù)Z1=20，則大齒輪齒數(shù)Z2=20×4.19=84，

實際齒數(shù)比μ=Z2/Z1=4.2，與要求相差別大，可用。

(2)齒寬系數(shù)

兩輪為硬齒面非對稱布置，φR=b/R=0.284。

普通取:取φR=0.25～0.30，齒寬b≤R/3（查《機械基礎(chǔ)》P195表7-2）。

(3)載荷系數(shù)

由于載荷較平穩(wěn)，且采納硬齒面齒輪，應(yīng)取最大值，故查《機械基礎(chǔ)》P183表6-5，取K=1.2。

3．確定許用應(yīng)力

小齒輪查《機械基礎(chǔ)》P181表6-3，取[σH1]=1080MPa,[σbb1]=510MPa,由于承受單向載荷，故[σbb1]=510MPa別變；

大齒輪查《機械基礎(chǔ)》P181表6-3，用插值法得[σH2]=522MPa,[σbb2]=304MPa,因受單向載荷，故[σbb2]=304MPa別變。

4．挑選精度

運輸機為普通機械，速度別高，故挑選9級精度。5.依照齒輪強度條件設(shè)計(1)按齒面接觸疲勞強度設(shè)計

依照齒面接觸疲勞強度，按《機械基礎(chǔ)》P197公式（7-7）確定尺寸d：

d≥

]3

2.09550000n

P

T?τ[ZHZE/[σH]]·[4KT1/0.85φR(1-0.5φR)

2

μ]

=104.05mm

式中φR=0.28，按《機械基礎(chǔ)》P183表6-5選載荷系數(shù)K=1.2，轉(zhuǎn)矩T1=9.55×106P1/N1=9.55×1065.28/240N·mm=2.1×105N·mm。

查機械基礎(chǔ)P181表6-3[σH1]=1080MPa，[σH2]=522MPa,鋼制齒輪配合：ZE=189.8√N/mm2。

計算圓周速度v：v=

1000

601

1?nddπ=3.14×104.05×240/60×1000=1.31m/s

(2)按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計

依