机械设计基础课程设计范例

机械设计基础课程设计专业及班级：数控技术70511设计：xxx学号：指导教师：日期：2006.12.25前言4第1章选择传动方案5第2章选择电动机62.1电动机的选择62.2输送机的输送量及功率计算62.3电动机的功率62.3.1螺旋输送机主轴上所需功率62.3.2工作机所需的电动机输出的功率为 62.4电动机的转速 72.5传动装置总传动比 72.6计算传动装置的运动和运动参数72.6.1计算各轴输入功率72.6.2计算各轴转速72.6.3计算各轴转矩8第3章选择V带93.1选择普通V带93.1.1按照计算功率Pc，选择V带型号93.1.2带传动的主要参数和尺寸93.2初选中心距93.3确定V带的根数103.4计算紧张力103.5计算作用在轴上的力Fr 103.6结构设计10第4章传动设计114.1选择高速级齿轮传动的材料及热处理 114.2强度计算114.3确定选择齿轮传动的参数和尺寸114.4验算齿根弯曲应力124.5 结构设计13第5章轴的选择145.1 高速轴的设计145.1.1选择轴的材料145.1.2初步估算轴的最小直径145.1.3轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸 145.1.4按弯扭合成应力校核轴的强度 145.1.5高速轴段的长度确定 165.2低速轴计算175.2.1计算轴上的力175.2.2计算支反力 175.2.3作弯距图，齿轮作用力集中在齿宽中心185.2.4轴输出转矩 T =659000 185.2.5求最大当量转矩 195.2.6强度校核 195.2.7低速轴段的长度确定 19第6章联轴器的选择和计算20参考文献21前言机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动 和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否 合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外， 还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。本设计中原动机为电动机，工作机为螺旋输送机。传动方案采用了一级传动，单级直 齿圆柱齿轮减速器。螺旋传送机的传动装置主要由电动机、减速器、联轴器、等组成，也有用带传动或链 传动的，由于考虑到传送机有时会卡住的原因，不使电动机出现故障，所以采用V带传动。 用减速电动机可使传动装置更紧凑，且螺旋传送机的结构比较简单，容易操作，横截面尺 寸也小密封性也好，特别使用与输送粉末状大的物料，便于在任何位置上装料卸料，造价 也比较低廉，但是它的功率消耗比较大，对物料有研碎的作用，在传送的过程中会使一部 分物料损失，机壳和中间轴承磨损较大，容易发生堵塞，要求加料均匀，输送距离较短， 运输能力较低。第1章选择传动方案本设备输送的物料为面粉，而螺旋输送机传动稳定，功率大，输送效率也比较高，所 以很适合这种工作条件。螺旋输送机连续单向运转，水平输送，载荷变动小，三班制连续 工作10年。小带轮 -1/-大带轮1IU减速器I I日./ I电动机一、4IN图1.1传动方案简图第2章选择电动机2.1电动机的选择根据已知的工作要求和条件选用Y型全封闭笼型三相异步电动机。2.2输送机的输送量及功率计算Q = 47 D 2pn珂 c（2.1）D=0.4m,P=0.24m,n=100r/min,由参考文献 3 查得 r=0.6*10 4 N/m 3，表（17-2）=0.36 由表（17-4）3=0 0 , c=1.0,Q=38.98368-=39*10 4 n/h2.3电动机的功率2.3.1螺旋输送机主轴上所需功率P =(3 L +H) kw(2.2)w 3670 i由参考文献 3.查30 =1.2, L1 =L=40m,H=0P =5.1kw2.3.2工作机所需的电动机输出的功率为(2.3)k=1.3, p =5.1kw,由电动机至工作机之间的总效率n nn1 2 3 4式中的分气气嚣七别为v带传动.齿轮传动的轴承传动.齿轮传动.联轴器.的效率取七如96 n2=0.97 n3=.97气=.97n=0.885P =1.3- =7.49kw0.8852.4电动机的转速按推荐的合理传动比范围，取V带传动的传动比i广2-4，单级齿轮传动比3-6，则合 理总传动比的范围为i =6-24，故电动机转速的可选范围为七=叫i 2 = 100*(2-4)*(3-6) =600-2400 r / min符合这一范围的同步转速有 750 r / min 1000 r / min 1500 r / min 3000 r / min 根据计算出的功率由表8.1查出以下电动机的型号其技术参数和传动比情况如下表2.1电动机型号万案电动机型 号额定功率KW电动机的转速传动装置的传动比同步转速满载转速总传动比带齿轮1Y160M-4111500144014.434.82.5传动装置总传动比1440I00-= 14.4取v带传动比i =3，则圆柱齿轮减速器传动比i 2 =4.8112.6计算传动装置的运动和运动参数2.6.1计算各轴输入功率电动机主轴P广11kw轴 I （高速轴）P1 = p d n 1 = 11*0.96=10.56轴 2 （低速轴）P 2 =P 1 n 2 n 3=11*0.97*0.99=10kw2.6.2计算各轴转速电动机轴 n =1440r/min轴 1 n = n-m =480r/min1 i1n轴 2 n =尸=100r/mm22.6.3计算各轴转矩T 广9550 % =49.7(2.4)m轴 1 T 1=9550 p =143.1 1轴 2T 2 =9550 10O- =659表2.2各轴系数输入功率P转速r/min输入转矩TN.m传动比i效率n电动机轴11144049.730.96轴110.56480143.14.80.96轴210100659.0第3章选择V带3.1选择普通V带传送带包括V带，平带，两种，考虑V带的效率比较高，安全，所以选择普通V带。3.1.1按照计算功率P c，选择V带型号P 二、P、由表13-27查，工作16-24个小时，k a=1.3P =1.3*7.19=9.3kw由参考文献3.图13-17查，V带为B型3.1.2带传动的主要参数和尺寸D 1由参考文献3.，按B型查取D 1 N125mmn z -、D = D (1-g)=375mm2V= =3.14m/s60*10003.2初选中心距a 0 = (0.72)( D1 + D2)二(0.72)(125+375)=3501000mm取 a=800mml = 2a +-(D + D ) +(D2 Di)2 = 2x800 + -(125 + 375) + (375-125)2 p 0 2 i 2，4a24 x 8000=2404mm由参考文献3.表5-2，按B型查取基准长度l=2500mm实际中心距aa +K、=800+_=847.54mm,取 a=848022a . = a - 0.0151 二848-0.015X2500=810.5mm=a - 0.0351 =848-0.035 X 2500=935.5mmmaxpa=180 - D2 - Di x57.3 =163.1120 a3.3确定V带的根数z =Pc(*0)(3.1)式子中P0由参考文献3.，按D=125 V=9.42m/s B型利用插入法查取p _9, 28 x (1.79 1.6)阴侦wP =2.60+(7_6)i00-2.653KW P =0.0001AT=0.0001*1440*3.1=0.4464KW(T由参考文献3.表13-19按B型，i=K =3查取T=3.1 N - m ) nK =0.95+ (0.98 - %)x 3.1 =0.9593 a170 -1602Ka由表13-20,按a=163.1 （插入法）查取9.3K 按 1 =2500mm, B 型查取 Kc =1.03取z=4z=4.2 根(2.653+0.4464)*0.9593*1.033.4计算紧张力F =500P(-1) + 9V2 式中，由参考文献3.表5-1,按B型取q=0.17kg/m0 zV KaF =500X 13.66 x( 2.5 -1) + 0.17x9.422 = 180.8N07 x 9.420.95933.5计算作用在轴上的力FR日a163 73fr =2 zF0sin2 =2X7X180.8X sin； =2505.9N3.6结构设计D1=125mm小带轮采用实心式结构D2=375mm大带轮采用轮辐式结构第4章传动设计4.1选择高速级齿轮传动的材料及热处理由参考文献2.表11-1小齿轮的材料 用45钢，调质热处理200250HBS，大齿轮的 材料用45钢，正火热处理170217HBS。4.2强度计算因为大小齿轮硬度均小于350HBS，所以高速级齿轮为闭式软齿面的齿轮传动。按齿面接触强度计算、KTC 气(/ +1)3 Wb : 2(4.1)其中Aa由参考文献3.表13-1，按直齿3=12查取Aa=476K由参考文献3.表13-3，按电动机连续单向运动，载荷平稳，选K=1.2 Wa=0.4bb = 0 g H lim。Hlim由参考文献3.，按齿轮材料、调质、正火热处理，220HBS，180HBS查取，bh.560MPa b 引.2 =520MPabh =0.9X560MPa=504MPab 丑2 =0.9X520MPa=468MPa1.2 x 44aN483 (4+1) 3：=128.5mm3 0.4 x 4 x 46824.3确定选择齿轮传动的参数和尺寸2*128.523 +115=1.862七二2340，选七二23, z2=i 七=5*23=1152 m=七+ z 2由表3-2查取m=2mm所以实际的中心距。=m( Z1 +Z 2)=1382齿宽 b=b2=W a Xa=0.4*138=55.2mm 取 55mmb 1 = b2 + (35)mm=60mmd1 =mz =2*23=46mm1d 2 =m z =2*115=230mm24.4验算齿根弯曲应力da1 =m(z +2)=2*(23+2)=501da 2 = m( z + 2) =2*(115+2)=2342其中fk k k y y k 二t A V Fa_Fs 8_FBF广rbm(4.2)=2000 x 4 =216046Ka由参考文献3.表13-3按原动机工作平稳工作载荷较平稳查取Ka=11.2取 Ka=1.2Kv由参考文献3.图13-5按II公差组7级*1 = 9.42 x 23 _ =2.17 查取 =1100100 KfP由参考文献3.图13-6,锣d = d =柴=L2且齿轮布置方式为不对称,齿面硬 1度V350HBS 查取% = 1.32Kf.由参考文献3.表13-5,按II公差组7级为经表面淬火的直齿轮查取Kf. =1Yfs由参考文献3.图13-4，按七=23乙2 =115 X=0查取fs 1 =4.21丫fs 2 =3.9511+ cosB=1.7 2 及 3 =0 查Yep由参考文献 3.图 13-8，按ea = 1.88-3.2X( Z1 % )正火钢170HBS查取取 &=0.68 Flim由参考文献3.图13-3,按齿轮材料调质钢，200HBS, fHm1 =210Mpa fiim2=200MpaYn按长期工作，N No，查取Yn =1(11) Yr按表面粗糙度值Ra W3.2umm，查取YR = 1(12) 由图13-12按齿轮材料调质钢，模m=2，查取 =11(13) Sfn由表13-7，按失效概率W 10。，查取 % =1.25气:i = 21。x1 x1 x1 x1 顶8眄1.25气:2 = 2。x 1 x 1 x 1 x 1 =160Mpa1.252160 x 1.2 x 1 x 1.32 x 4.21 x 0.68 cC 1 =55 2 2二88.7MpaV W 1c= c fs2 = 88.7 x 395 =83.2MpaVc F2F1 Y4.21F 2FS14.5结构设计d = 50mma1d = 234mma 2图4.1大齿轮结构图第5章轴的选择5.1高速轴的设计5.1.1选择轴的材料45号钢调制HBS = 2305.1.2初步估算轴的最小直径根据教材公式 取A 0=110d N A 3 乙=1103 719=24.65 (mm)叭 n13 4805.1.3轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸考虑代轮的结构要求及轴的刚度处轴径d . = 30 (mm)按轴的结构要求取轴承处轴径d = 40 (mm)5.1.4按弯扭合成应力校核轴的强度 计算作用在轴的力小齿轮受力分析圆周力2TF =2*14310046=6211径向力F = F tanar1cos 3轴向力6221 x tan20_QQO7=229 7cos941、46、F =F tan3=6221tan9 41、46、=1063 a1 t1带传动作用在轴上的压力Q = 25059 计算支反力水平面 R =R = =竺1=31105AV BH 22垂直面E M = 0Rav X103.5- F1 X56.5- F x勺-Q(112+103.5)=0Rv = 6696EF = 0R BV = R AV- Q - F ,1 =1893.7 作弯距图图5.1 水平面弯距M ch= -R X 56.5= -3110.5X56.5二-175715垂直面弯距M 成二-QX97= -2505.9X 112= -280660.8MCV1 = -Q (112+56.5) + R郡 X56.5=-2505.9X 168.5+6696X56.5=-43920Mcv =-Rbv X47= -1893.7X47= -89003.9合成弯距M a=M成二280660M c1 二伽 + M* 二 J1757152 + 439202 =208059M = M 2 + M 2 =十 1757152 + 89003.92 =213318C2 % CHCV2作转距图T1=143100 计算转距当扭转剪应力为脉动循环变应力时，取系数a =0.6M d 二伽；+（a ）2 =85860M a 二Mh + 凹元=243072M 二.；M2 +（a T ）2 =208059 cac1c11M 2 = JM22+（a T）2 =213318mpa（安全）（安全） 轴的材料为45号钢，查得拉伸强度极限8 b=650 mpa对称循环变应力时的许用应力8 _1 b =60A剖面计算弯距最大处计算应力8 = U7A= caA =18.9 mpaV8 1 b caA W 0.13_1BD剖面轴径最小，该处计算应力8=caD = caD -=17.3 mpaV 8 _1 bcaD W0.13D5.1.5高速轴段的长度确定 高速轴选用深沟球型号为6008号轴承直径是40mm宽度15mm 箱体内壁与小齿轮的间隙 1=12mm 小齿轮的直径中50mm,长度60mm 为固定齿轮加一个轴套长度12mm,直径中42mm 轴承端盖与安装螺母留间隙总长30mm,直径中35mm 高速轴带轮宽65mm,直径中30图5.2高速轴简图5.2低速轴计算5.2.1计算轴上的力=5730圆周力F =奚=2 * 6590，i d 2230径向力Fr1F tan a 11ncos 35730 x tan 200=211bcos94146轴向力 F 1 = F tanB=5730tan9 41 46” =9795.2.2计算支反力F 水平支反力FA=FC=为=2865Ld 一垂直支反力F二l 2 =1626.6AVLF = F - Fa =4895.2.3作弯距图，齿轮作用力集中在齿宽中心水平面弯距图M BH 二F AH X 2 = 141817.5垂直面弯矩图M 拜二郡 X % =80516.7MBy =Fv X % =24205.5合成弯矩图B截面为危险截面截面B左M二瑚Mbh)2 +(MBy )2 = 163080.17截面B右M B2 = E %)2 143868- 275.2.4轴输出转矩 T=659000轴频繁启动，停，单向运转，可以为扭转应力为脉动循环变化a=0.6 a T=0.6X659000=3954005.2.5求最大当量转矩M= （M）2 +（a T ）2 =427710.54BCa5.2.6强度校核父 M 427710.54 一& 二 WC=75 =10.14 V6 _1 =55 mpa （安全）5.2.7低速轴段的长度确定 低轴选用深沟球型号为6006轴承直径是30mm,宽度13mm 箱体内壁与大齿轮间隙 i=12mm 大齿轮内直径中40 mm,长度60mm 为固定齿轮加一个轴套长度14mm,直径中30mm 轴承端盖与安装螺母留间隙总长20mm直径中26mm 低速轴与联轴器配合再加上挡圈压在联轴器上L=52mmeB图5.4低速轴结构简图第6章联轴器的选择和计算连轴器的计算转矩T = K T2(6.1)查表工作情况系数K/ 1.5因前面再计算电动机功率时已考虑功率备用系数1.3所以计算转矩为T = 433.2N mm根据工作条件选用十字滑块连轴器见参考文献2查表15-4得许用转矩T = 500N mm许用转速n = 250r/min配合轴径d=40mm配合长度L=70mm参考文献1. 机械设计课程设计第二版朱文坚黄平主华南理工大学出版社2004年11月第二版2. 机械设计基础季明善主编北京高等教育出版社2005年1月第一版3. 机械设计基础课程设计指导书第二版陈立德主编高等教育出版社2005年8月第4版