機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1

（一）電機(jī)的選擇1.選擇電機(jī)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式：依工作條件的要求，選擇三相異步電機(jī)封閉式結(jié)構(gòu)u=380vY型2.電機(jī)容量的選擇工作機(jī)的功率P工作機(jī)=F牽*V運(yùn)輸帶/1000=2500×1.4÷1000＝3.5kWV帶效率：0.96滾動(dòng)軸承效率：0.99齒輪傳動(dòng)效率（閉式）:0.97x1(對(duì))聯(lián)軸器效率：0.99傳輸總效率=η帶×η軸承×η齒輪×η聯(lián)軸器＝0.96×0.993×0.96×0.99=0.8945則，電機(jī)功率Pd=P工作機(jī)／η=3.5÷0.8945=3.913kW3.電機(jī)轉(zhuǎn)速確定工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n工作機(jī)=60×ν÷﹙πd﹚=60×1.4÷0.28÷π=95.49r/minV帶傳動(dòng)比范圍：2~4一級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比范圍：3~6總傳動(dòng)比范圍：6~24∴電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：573~2292r/min在此范圍的電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速有：750r/min1000r/min1500r/min依課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)Y系列三相異步電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)（JB3074-82）選擇電機(jī)的型號(hào)為；Y112M-4性能如下表：電機(jī)型號(hào)功率KW滿(mǎn)載時(shí)額定轉(zhuǎn)矩質(zhì)量轉(zhuǎn)速nr/min電壓V電流A功率因數(shù)Y112M-4414403808.820.822.2424電機(jī)主要外形和安裝尺寸： （二）傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算所選電機(jī)滿(mǎn)載時(shí)轉(zhuǎn)速nm=1440r/min總傳動(dòng)比：i總==1440÷95.49=15.081.分配傳動(dòng)比及計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速i總=iD×i帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比iD=3一級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比i=i總/i=15.08÷3=5.03則高速軸I軸轉(zhuǎn)速n1=nm/iD=1440÷3r/min=480r/min則低速軸II軸的轉(zhuǎn)速n2=nⅠ/i=480÷5.03r/min=96r/min2.各軸輸入功率，輸出功率P輸出=P輸入，效率如前述。則高速軸I軸的輸入功率PI=P×η帶=3.913×0.96=3.756kW輸出功率PI＇=PI×η軸=3.756×0.99=3.719kW則低速軸II軸的輸入功率PII=PI＇×η齒=3.719×0.97=3.607kW，輸出功率PII＇=PⅡ×η軸=3.607×0.99=3.571kW3.各軸輸入轉(zhuǎn)矩:小帶輪輸入轉(zhuǎn)矩Td=9550×P0÷n0=9550×3.013÷1440=25.95N/mI軸輸入轉(zhuǎn)矩TI=9550×PⅠ÷n1=9550×3.756÷480=74.73N/mII軸輸入轉(zhuǎn)矩TII=9550×PⅡ÷n2=9550×3.607÷96=360.69N/m（三）V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)1.確定計(jì)算功率Pc已知電機(jī)輸出功率，依教材《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表11.5，取KA=1.2,故Pc=KA×Pd=1.2×3.913=4.696kW2.選擇普通V帶型號(hào)已知Pc，nm，結(jié)合教材《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，由圖11.8確定所使用的V帶為A型。3.確定大小帶輪基準(zhǔn)直徑d1，d2。由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表11.6取d1=100，帶傳動(dòng)比iD已知，則d2=iD·d1﹙1－ε﹚=3×100×﹙1－1％﹚=297mm4.驗(yàn)算帶速vν=πd1n1/﹙60×1000﹚=100π×1440/﹙60×1000﹚m/s=7.540m/s5.求V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距（L0，a）初定中心距=1.5（d1+d2)=1.5×﹙100＋297﹚mm=595.5mm,選a0=600帶長(zhǎng)L0=2a0+π/2×﹙d1＋d2﹚＋﹙d1＋d2﹚2/4a0=2×600＋0.5π×﹙100＋297﹚＋﹙100＋297﹚2÷4÷600mm=1839.7mm由表11.2，對(duì)A型帶進(jìn)行選用，Ld=2000mm則實(shí)際中心距：a=a0＋﹙Ld－L0﹚/2=600＋﹙2000－1839.7﹚/2mm=680mm6.驗(yàn)算小帶輪包角α=180°－﹙d2－d1﹚57.3°/a=180°－﹙297－100﹚57.3°/680=163.4>120°合格。7.求V帶根數(shù)Z已知n1，d1，查表11.3得P0=1.31kW已知傳動(dòng)比iD，查表11.3得ΔP0=0.17kW已知α1，查表11.4得Kα=0.96，查表11.2得KL=1.03則V帶根數(shù)Z=Pc/﹙﹙P0＋ΔP0﹚KαKL﹚=4.696÷﹙﹙1.31＋0.17﹚×0.96×1.03﹚=3.21。取Z=4根8.求作用在帶輪上的壓力FQ由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表11.1，可知A型帶每米質(zhì)量q=0.1㎏/m單根V帶的拉力F0=500Pc/﹙Z×ν﹚×﹙2.5/Kα－1﹚＋qv2=500×4.696÷﹙4×7.540﹚×﹙2.5÷0.96－1﹚＋0.1×7.5402N=130.6N作用在軸上的壓力FQ=2ZF0sinα/2=2×4×130.6×sin﹙163.4÷2﹚=1033.6.（四）減速器（齒輪）參數(shù)的確定1.選擇材料及確定許用應(yīng)力由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表13.9得：小齒輪用：45鋼，熱處理方式：調(diào)質(zhì)，齒面硬度為217~255大齒輪用：45鋼，熱處理方式：正火，齒面硬度為162~210由表13.13，取安全系數(shù)SH=1，SF=1。則許用應(yīng)力為：[σH1]=σHlim1/SH=580MPa.[σH2]=σHlim2/SH=530MPa[σF1]=σFE1/SF=420MPa.[σF2[=σFE2/SF=300MPa2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)齒輪按8級(jí)精度制造，按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)。由表13.10得載荷系數(shù)K=1.0，由表13.15得齒寬系數(shù)Φd=1.0。小齒輪輸入功率P=3.719，轉(zhuǎn)矩T1=9.55××=9550×1000×3.719÷480=73992N·mm=73.99N·m，由表13.11可得彈性系數(shù)ZE=189.8則小齒輪直徑d1≥確定齒輪模數(shù)：齒數(shù)比iˋ=Z2/Z1=n1/n2=480/96=5.0因?yàn)橹行木郺=d1/2×﹙1＋iˋ﹚=53÷2×﹙1＋5﹚mm=159mm故m=﹙0.01~0.02﹚a=1.59~3.18mm,按表13.1，標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2.5mm，確定齒輪齒數(shù)Z1和Z2Z1=d1/m=53÷2.5=21.2=22Z2=iˋZ1=5.0×22=110. =110實(shí)際傳動(dòng)比i=Z2/Z1=110/22=5實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)中心距離a=﹙d1＋d2﹚÷2=﹙55＋275﹚÷2mm=165mm齒寬b=φd·d1=1×55mm=55mm（圓整）為補(bǔ)償安裝誤差，取小齒輪齒寬b1=b+5=55＋5mm=60mm3.驗(yàn)算輪齒彎曲強(qiáng)度①確定齒輪的許用應(yīng)力由圖13.27，彎曲疲勞極限取σFlim1=225Mpa,σFlim2=200Mpa.由表13.13，彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)SFmin=1,由表13.14，兩齒輪的相對(duì)應(yīng)力集中系數(shù)Ysr1=0.86,Ysr2=0.98計(jì)算兩齒輪的許用彎曲應(yīng)力[σ]F1=σFlim1/SFminYsr1=225÷1÷0.86=261.6Mpa[σ]F2=σFlim2/SFminYsr2=200÷1÷0.98=204.1Mpa②計(jì)算兩齒輪的齒根的彎曲應(yīng)力由表13.12，兩齒輪的齒形系數(shù)YF1=2.72YF2=2.19比較YF1/[σ]值YF1/[σ]F1=2.72/261.6=0.0104YF2/[σ]F2=2.19/204.1=0.0107計(jì)算小齒輪的齒根彎曲應(yīng)力σF1=2000KT1YF1/b2m2Z1=2000×1×73.99×2.72÷﹙55×2.52×22﹚=53.223Mpa<[σ]F1滿(mǎn)足條件合適4.齒輪的圓周速度V=d1n1π/﹙60×1000﹚=π×55×480÷﹙60×1000﹚m/s=1.3823m/s=1.4m/s對(duì)照表13.5可知，選著8級(jí)精度是合適的。（五）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算1.高速軸及低速軸的材料選擇根據(jù)表16.1，高速軸材料為：45鋼，熱處理方式：調(diào)質(zhì)低速軸材料為：45鋼，熱處理方式：正火高速軸極限強(qiáng)度[σB1]=650Mpa，低速軸極限強(qiáng)度[σB2]580Mpa根據(jù)表16.8得，兩根軸的許用彎曲應(yīng)力[σ-1b]=45N/mm2．軸頸初估初選小輪軸頸，根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算初估軸頸。由表16.7得常數(shù)C110=21.8mm，結(jié)合大帶輪輪轂內(nèi)徑，圓整后暫取d1=22mm大輪軸頸=36.8，結(jié)合聯(lián)軸器內(nèi)徑，圓整后暫取d2=383軸的徑向尺寸設(shè)計(jì)根據(jù)軸及軸上零部件的固定，定位，安裝要求，初步確定軸的徑向尺寸。高速軸：（帶尺寸的草圖）各尺寸確定的依據(jù)：d1=24mm,d2=d1＋2h=242×﹙2~3﹚×1.6mm=30.4~33.6mm,根據(jù)密封圈尺寸取帶=35mmd3=d2＋﹙1~2﹚mm=36~37mm,根據(jù)軸承尺寸直徑取d3=40mm,d4=d3＋﹙1~2﹚mm=40＋﹙1~2﹚=41~42mm,取d4=42mm,由于是齒輪軸，d5=d6=d4=42mmd7=d3=40mm低速軸：（帶尺寸的草圖）各尺寸確定的依據(jù):根據(jù)聯(lián)軸器的直徑取d1=38mm,d2=d1＋2×﹙2~3﹚Cmm= 38＋2×﹙2~3﹚×2mm=46~50mm,根據(jù)密封圈取50mm,d3=d2＋﹙1~5﹚mm=51~55mm,根據(jù)軸承直徑取55mm,d4=d3＋﹙1~2﹚mm=57mm,d5=d4＋2h=d4＋2×﹙2~3﹚×2.5mm=67mm,根據(jù)軸承的安裝尺寸取d6=62mm，d7=d3=55mm5.軸的軸向尺寸設(shè)計(jì)根據(jù)軸及軸上零部件的固定，定位，安裝要求，初步確定軸的軸向尺寸。高速軸：（帶尺寸的草圖）各尺寸確定的依據(jù)：根據(jù)V帶輪的選擇確定l1=46mm，l4=b－﹙2~3﹚mm=58mm,l5=1.4h=1.4×4=6.4mm,l7=B=23mm,齒輪至機(jī)體內(nèi)壁的距離H=10mm,軸承至機(jī)體內(nèi)壁的距離Δ=8mm軸承寬度C=C1＋C2＋(5~10﹚＋δ=18＋16＋(5~10﹚＋8mm=47mm,e=1.2d3=1.2×8=9.6mm,K=18mm,l2=K＋e＋﹙C－B－Δ﹚=18＋9.6＋﹙47－8－23﹚mm=43.6mm=44mml3=Δ＋B＋﹙2~3﹚＋H=18＋8＋2＋10mm=43mm,l6=H－＋Δ－l5=10＋8－6.4=11.4mm.低速軸：（帶尺寸的草圖）各尺寸確定的依據(jù)：根據(jù)所選聯(lián)軸器確定此軸段長(zhǎng)度l1=80，l4=b－﹙2~3﹚mm=55－﹙1~2)mm=53mml5=1.4h=1.4×4=5.6mm=6mm,l7=B=18mm,齒輪至機(jī)體內(nèi)壁的距離H=10mm，軸承至機(jī)體內(nèi)壁的距離Δ=8mm（無(wú)擋油板），C=C1＋C2＋(5~10)＋δ=18+16+8+5mm=47mm,e=1.2d3=1.2×8mm=9.6mm,聯(lián)軸器到軸承蓋的距離K=18mm，l2=K+e+(C－Δ－B)=18+9,6+﹙47－8－18﹚mm=54mm,l3=B+Δ＋﹙2~3﹚＋H=18+8+2+10mm=38mm,l6=H+Δ－l5=10+8－6mm=12mm(六)、軸的強(qiáng)度校核1．高速軸校核已知軸的各部分尺寸，帶輪的壓軸力，齒輪的受力。求垂直面的支撐反力FvⅠ=FvⅡ=Ft1/2=2717.5/2N=1358.8N求水平面的支撐反力L1=l1/2+K+e+﹙C－Δ－B/2﹚=46/2＋18＋9.6＋﹙52－8－23/2﹚mm=83.1mmL2=L3=b/2+H+Δ+B/2=60/2+10＋8＋23/2mm=59.5mmFHⅠ=FHⅡ=989.1/2N=494.55N－FQ＋FHⅠ+FHⅡ=0L1·FHⅠ+FHⅡ·﹙L2+L3+L1﹚=0FHⅡ=－737NFHⅠ=1770.25N垂直平面的彎矩圖水平面的彎矩圖不考慮考慮由圖可知，合成彎矩按最不利的情況，即帶輪壓軸力與齒輪受力共面，則，=171928N·mm求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：TT=Ft1×d1/2=2717.5×24÷2=74731.25N·mm求危險(xiǎn)截面當(dāng)量彎矩=171928.62＋﹙0.6×74731.25﹚2=177679.4N·mm計(jì)算危險(xiǎn)截面處的直徑=34.1mm若考慮到鍵對(duì)軸的削弱，將d增加5%故危險(xiǎn)軸段直徑為：Φ35,8mmmm＜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸Φ42mm，合格。2.低速軸校核已知軸的各部分尺寸，齒輪的受力。求垂直面的支撐反力FvⅠ=FvⅡ=Ft2/2=2623.1/2N=1311.55N求水平面的支撐反力FHⅠ=FHⅡ=954.8/2N=477.4N垂直平面的彎矩圖水平面的彎矩圖由圖可知，合成彎矩按最不利的情況，則，=76067N·mm求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：TT=Ft2×d1/2=2623.2×38÷2=369.6N·m求危險(xiǎn)截面當(dāng)量彎矩=76067+(0.6+360600)2)=229393.3N·mm計(jì)算危險(xiǎn)截面處的直徑=37.1mm若考慮到鍵對(duì)軸的削弱，將d增加5%故危險(xiǎn)軸段直徑為：Φ=38.9mm＜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸Φ57mm，合格。（七）軸承壽命校核根據(jù)《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》選出軸承牌號(hào)高速軸承的主要參數(shù)軸承代號(hào)軸承內(nèi)經(jīng)mm軸承外徑mm軸承寬度mm徑向基本額定動(dòng)載荷Cr630840902340.8低速軸承的主要參數(shù)軸承代號(hào)軸承內(nèi)經(jīng)mm軸承外徑mm軸承寬度mm徑向基本額定動(dòng)載荷Cr601155901830.2高速軸根據(jù)軸的受力情況可知，高速軸上靠近帶輪一側(cè)的軸承所受的徑向力最大，故為最危險(xiǎn)軸承。徑向力計(jì)算：已知軸的各部分尺寸，帶輪的壓軸力，齒輪的受力。壽命計(jì)算由表16-8得，溫度系數(shù)ft=1.0,由表16-9得，載荷系數(shù)fp=170879小時(shí)設(shè)計(jì)要求壽命為40880h，滿(mǎn)足要求。低速軸徑向力計(jì)算：已知軸的各部分尺寸，齒輪的受力。壽命計(jì)算由表16-8得，溫度系數(shù)ft=1.0,由表16-9得，載荷系數(shù)fp=1.8303160小時(shí)設(shè)計(jì)要求壽命為40880h，滿(mǎn)足要求（八）聯(lián)軸器的選擇根據(jù)軸孔直徑d2=38mm輸出轉(zhuǎn)矩T=428.52N·m依據(jù)《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》，選定聯(lián)軸器型號(hào)：TL6聯(lián)軸器選擇表公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩許用轉(zhuǎn)數(shù)DD1D2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量質(zhì)量6305000r/min160mm0.6㎏·m28㎏（九）鍵連接的選擇和計(jì)算本設(shè)計(jì)減速器共需鍵：3個(gè)1.高速軸上所需鍵，安裝軸段直徑為：=24mm查表選擇普通圓頭平鍵為：h=7mm，b=8mm，根據(jù)對(duì)應(yīng)軸段長(zhǎng)度，確定鍵長(zhǎng)L=40mm2.低速軸上齒輪所需鍵，安裝軸段直徑為：=17mm，查表選擇普通圓頭平鍵為：h=10mm，b=16mm，根據(jù)對(duì)應(yīng)軸段長(zhǎng)度，確定鍵長(zhǎng)L=45mm3.大軸上聯(lián)軸器所需鍵,其安裝段直徑為：=38mm，查表選擇普通圓頭平鍵為：h=1