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第1章 初始参数及其设计要求保证机构件强度前提下，注意外形美观，各部分比例协调。初始参数：功率P=2.8kW，总传动比i=5第2章 电动机2.1 电动机的选择根据粉碎机的工作条件及生产要求，在电动机能够满足使用要求的前提下，尽可能选用价格较低的电动机，以降低制造成本。由于额定功率相同的电动机，如果转速越低，则尺寸越大，价格越贵。粉碎机所需要的功率为，故选用Y系列（Y100L2-4）型三相笼型异步电动机。 Y系列三相笼型异步电动机是按照国际电工委员会（IEO）标准设计的，具有国际互换性的特点。其中Y系列（Y100L2-4）电动机为全封闭的自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防灰尘、铁屑或其它杂务物侵入电动机内部之特点,B级绝缘,工作环境不超过40,相对温度不超过95%,海拔高度不超过1000m,额定电压为380V,频率50HZ,适用于无特殊要求的机械上，如农业机械。 Y系列三相笼型异步电动具有效率高、启动转矩大、且提高了防护等级为IP54、提高了绝缘等级、噪音低、结构合理产品先进、应用很广泛。其主要技术参数如下：型号： 同步转速： 额定功率：满载转速：堵转转矩/额定转矩： 最大转矩/额定转矩：质量：极数：4极机座中心高：该电动机采用立式安装，机座不带底脚，端盖与凸缘，轴伸向下。2.2 电机机座的选择表2-1机座带底脚、端盖无凸缘Y系列电动机的安装及外型尺寸（mm）机座号级数ABCDEFG100L4160140632860824HKABACADBBHD L-10012205205180170245380- 第3章 传动比及其相关参数计算3.1 传动比及其相关参数的分配根据设计要求，电动机型号为Y100L2-4，功率P=3kw，转速n=1420r/min。输出端转速为n=300r/min。总传动比： ； （3-1）分配传动比：取；齿轮减速器：； （3-2） 高速传动比：； （3-3）低速传动比：。 （3-2） 3.2 运动参数计算3.2.1 各轴转速电机输出轴： 轴I： （3-4） 轴II： （3-4） 轴III： （3-4）3.2.2 功率计算Y型三相异步电动机，额定电压380伏，闭式。查手册取机械效率：，联轴器轴承 动载荷系数：K=1 输出功率： 总传动效率： （3-5） 电动机所需功率：即 轴I： （3-6） 轴II： 轴III：3.2.3 转矩计算 （3-7）3.2.4 参数列表表3-1传动系统及其运动参数轴 参数电机轴I轴II轴III轴功率P（kw）2.462.342.2转速n(r/min)1420473.33315.6300转矩T(N.mm)第4章 带及带轮的设计 根据设计方案及结构，该机选用普通V带传动。它具有缓和载荷冲击、运行平稳、无噪音、中心距变化范围较大、结构简单、制造成本低、使用安全等优点。4.1 普通V带传动的计算已知：电动机功率 ， 电动机转速 ，粉碎机主轴转速。4.1.1 确定V带型号和带轮直径工作情况系数 由机械设计基础（第三版）表8.21工作情况 计算功率 选带型号 由图8.12普通V带选型图 A型普通V带 小带轮直径 取大带轮直径 带传动滑动率一般为1%2% 取=1% （4-1）取大带轮转速 （4-2） 结果在525m/s之间，满足要求。4.1.2 确定带长 求 （4-3） 求 （4-4） （4-5）=取标准值4.1.3 确定中心距a 初定中心距 （4-6） 根据实际确定：初定中心距 计算实际中心距 4.1.4 确定带轮包角小带轮包角 （4-7） ，满足要求 4.1.5 确定带根数Z 带速 取传动比 取带根数 由表8.9A型单根V带的基本额定功率 由图8.11小带轮包角系数 取 由机械设计基础（第三版）表8.4查得 由表8.19普通V带传动比系数 取 由式 （4-8） 取4.1.6 确定轴上载荷单根V带张紧力 由式8.19，由表11.4 （4-9） = =169.24N 轴上载荷 =1003.08 （4-10）4.1.7 选择带型选用3根A4000GB/T 11544-1997的V带，中心距a=470mm，带长1400mm4.2 带轮结构带速时的带传动，其带轮内一般用HT200制造，高速时应使用钢制造，带轮的速度可达到。由于该机带速为，故带轮材料选用HT200。在设计带轮结构时，应使带轮易于制造，能避免因制造而产生过大的内应力，重量要轻。根据结构设计，大带轮选用腹板式结构；小直径的带轮可以制造为圆柱形。故该机小带轮制造为圆柱形。带截面尺寸和带轮轮缘尺寸：带型号：A型 顶部宽：13 节宽：11.0 高度： 带轮基本参数：基准宽度，基准线上槽深，基准线下槽，槽间距，槽边距，最小轮缘厚，带轮宽度=48mm（轮槽数），外径第5章 齿轮传动的设计5.1 齿轮传动概述齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动形式。其主要优点是传动效率高，传动比准确，结构紧凑，工作可靠，寿命长；主要缺点是制造成本高，不适宜于远距离两轴之间的传动。按照工作条件，齿轮传动可分为开式传动和闭式传动两种。开式传动：齿轮外露，不能保证良好的润滑，且易于落入灰尘、异物等，齿轮面易磨损。闭式传动：齿轮被密封在刚性的箱体内，密封润滑条件好，安装精度高。重要的齿轮传动大多数采用闭式传动。5.2 高速级齿轮设计与计算5.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1.根据传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2.运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度（GB10095-88）。3.材料选择。由机械设计基础（第三版）表10-1选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为ZG310-570（正火），硬度为235HBS，二者材料硬度差为45HBS。4.选小齿轮齿数=41，大齿轮齿数圆整后齿数取=193。5.2.2 按齿面接触强度设计按照下式试算： （5-1）1.确定公式内的各计算数值转矩试选载荷系数1.6由机械设计基础（第三版）表10-7选取齿宽系数由表机械设计基础（第三版）表10-6查得材料的弹性影响系数由机械设计基础（第三版）图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限由机械设计基础（第三版）式10-13计算应力循环次数 （5-2）由机械设计基础（第三版）图10-19查得接触疲劳寿命系数，计算接触疲劳应力取失效概率为1，安全系数S=1，由式10-12得： （5-3）因此，许用接触应力 （5-4）由机械设计基础（第三版）图10-30选取区域系数2.设计计算试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得： 计算圆周速度 （5-5）计算齿宽b及模数 （5-6） （5-7） （5-8）计算纵向重合度 （5-9）计算载荷系数查机械设计基础（第三版）表10-2得载荷系数=1根据V=3.28m/s，8级精度，由机械设计基础（第三版）图10-8查得动载荷系数=1.16由机械设计基础（第三版）表10-4查得：由机械设计基础（第三版）表10-13查得=1.325由机械设计基础（第三版）表10-3查得= =1.2因此，载荷系数 （5-10）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 （5-11）计算模数 （5-12）5.2.3 按齿根弯曲强度设计按下式计算： （5-13）1. 确定公式内的各计算数值1)计算载荷系数2)根据纵向重合度，从机械设计基础（第三版）图10-28查得螺旋角影响系数3)计算当量齿数 （5-14）4)查取齿形系数由机械设计基础（第三版）表10-5查得，5)查取应力校正系数由机械设计基础（第三版）表 10-5查得，6)由机械设计基础（第三版）图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限7)由机械设计基础（第三版）图10-18查得弯曲疲劳寿命系数，8)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式10-12得： （5-15）9)计算小、大齿轮的并加以比较 （5-16）大齿轮的数值较大。2.设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取mn=1.25mm已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=51.25mm，来计算应有的齿数。于是由： （5-17）取，则，取。5.2.4 几何尺寸计算1. 计算中心距 （5-18）将中心距圆整为146mm。2. 修正螺旋角 （5-19）因值改变不多，故参数、等不必修正。3.小、大齿轮的分度圆直径 （5-20）4.计算齿宽 圆整后，小齿轮齿宽，大齿轮齿宽。5.2.5 齿轮的主要几何参数表5-1 齿轮各主要参数参数名称小齿轮大齿轮齿数Z41193模数m1.251.25齿轮分度圆直径d mm51.25241.25齿轮齿顶圆直径mm53.75243.75齿轮基圆直径mm48.2226.7齿宽b mm5358.4齿轮中心距5.3 低速级齿轮设计与计算5.3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1.根据传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2.精度等级仍选用8级精度（GB10095-88）。3.材料选择。由机械设计基础（第三版）表10-1选择小齿轮材料为45（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为ZG310-570（正火），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4.选小齿轮齿数，大齿轮齿数取5.3.2 按齿面接触强度设计按照下式试算： （5-1）1.确定公式内的各计算数值1)转矩2)试选载荷系数3)由机械设计基础（第三版）表10-7选取齿宽系数4)由机械设计基础（第三版）表10-6查得材料的弹性影响系数5)由图机械设计基础（第三版）表10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限； 大齿轮的接触疲劳强度极限6)由机械设计基础（第三版）式10-13计算应力循环次数 （5-2）7)由机械设计基础（第三版）图10-19查得接触疲劳寿命系数，8)计算接触疲劳应力取失效概率为1，安全系数S=1，由式10-12得： （5-3）因此，许用接触应力 （5-4）9)由机械设计基础（第三版）图10-30选取区域系数10)由机械设计基础（第三版）图10-26查得，因此有2.设计计算1)试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得：2)计算圆周速度 （5-6）3)计算齿宽b及模数 4)计算纵向重合度 5)计算载荷系数查机械设计基础（第三版）表10-2得载荷系数=1根据v=0.96m/s，8级精度，由图10-8查得动载荷数=1.04由机械设计基础（第三版）表10-4查得：由机械设计基础（第三版）表10-13查得=1.35由机械设计基础（第三版）表10-3查得= =1.2因此，载荷系数6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 （5-11）7)计算模数 （5-12）5.3.3 按齿根弯曲强度设计按下式计算： （5-13）1.确定公式内的各计算数值1)计算载荷系数2)根据纵向重合度，从机械设计基础（第三版）图10-28查得螺旋角影响系数。3)计算当量齿数 （5-14）4)查取齿形系数由机械设计基础（第三版）表10-5查得，5)查取应力校正系数由机械设计基础（第三版）表 10-5查得，6)由机械设计基础（第三版）图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限7)由机械设计基础（第三版）图10-18查得弯曲疲劳寿命系数，8)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1，得： （5-15）9)计算小、大齿轮的并加以比较 （5-16）大齿轮的数值较大。2.设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取mn=2mm已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径d3=86mm来计算应有的齿数。于是由： （5-17）则。5.3.4 几何尺寸计算1.计算中心距 （5-18）2.修正螺旋角 （5-19）因值改变不多，故参数、等不必修正。3.小、大齿轮的分度圆直径 （5-20）4.计算齿宽 圆整后，小齿轮齿宽，大齿轮齿宽5.3.5 齿轮的主要几何参数表5-2齿轮各主要参数参数名称小齿轮大齿轮齿数Z43142模数m22齿轮分度圆直径d mm86284齿轮齿顶圆直径mm90288齿轮基圆直径mm80.81266.87齿宽b mm79.673.6齿轮中心距第6章 传动轴和传动轴承的设计6.1 轴的概述轴是组成机器的重要零件之一，其功用是支撑回转零件及传递运动和动力，因此大多数轴都要承受转矩和弯矩的作用。轴的分类：按照承受弯、扭载荷的不同，轴可以分为转轴、心轴和传动轴三类。轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢廉价，对应力集中的敏感性小，又可以通过热处理提高其耐磨性及疲劳强度，故应以较为广泛，其中最常用的是45号优质碳素钢。为保证力学性能，一般应进行调质和正火处理。合金钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能，可以再传递大功率并要求减小尺寸与质量和提高轴颈耐磨性时采用。6.2 高速轴的设计及校核6.2.1 选择轴的材料考虑到本轴输入功率不大，转速较低，对材料无特殊要求，因此决定选择使用45钢，硬度217255HBS。查机械设计手册可知，。6.2.2 初估直径查表14.1常用材料的值和C值得材料系数C=112于是 （6-1）考虑到轴上有一个键槽，轴径应增加35%，所以，圆整取20mm6.2.3 结构设计I轴结构及格部分尺寸如下图所示：图6.1 高速轴6.2.4 强度校核齿轮上作用力： (6-2) (6-3)如图，计算水平支反力：图6.2弯矩图如图，计算垂直支反力：绘制水平弯矩图如图，最高点弯矩为绘制垂直弯矩图如图，从左往右折点弯矩分别为： 绘制合成弯矩图如图，从左往右点弯矩分别为： 注意到，由表可得，于是， (6-4)当量转矩据此，绘制转矩及当量转矩绘图如图所示。求危险截面的当量弯矩并绘制当量弯矩图如图，自左向右折点依次对应以下数据： (6-5) 确定危险截面校核轴径尺寸，危险截面I，危险截面校核II，危险截面校核III： 符合要求 符合要求 符合要求由此得出结论，用当量弯矩法校核所得结果强度要求。另外，考虑到安装齿轮轴的直径与齿轮齿根圆直径相差约四个模数，因此可以把该轴段做成齿轮轴，其左边定位轴肩不变，轮齿两端角至轴肩。6.3 高速轴轴承校核选择轴承的型号为：角接触球轴承7207C。其中轴承参数为：D=72mm，B=17mm，Cr=19.8KN，Cor=13.5KN。 (6-6) 根据公式计算得可得e=0.394则 注意到，可知轴承1被压紧，轴承2放松。则，对轴承1，取，查得对轴承2，取，由表得冲击载荷系数因为，这里仅校核轴承1的寿命。轴承符合强度要求。6.4 中间轴设计及校核6.4.1 选择轴的材料考虑到本轴输入功率不大，转速较低，对材料无特殊要求，因此决定选择使用调质45钢，硬度为217255HBS。查机械设计手册可知 6.4.2 初估直径由表可得材料系数C=112于是 （6-1）考虑到轴上有键槽，轴径应增加3%，所以，圆整取35mm6.4.3 结构设计II轴结构尺寸如下图，倒角均为C1，各轴段过渡处圆角均R1，齿轮处过渡圆角R2。图6.3中间轴6.4.4 强度校核齿轮上作用力： （） （）(6-2) （） (6-3)图6.4弯矩图如图，计算水平支反力：如图，计算垂直支反力：绘制水平弯矩图如图，从左往右折点弯矩分别为： 绘制垂直弯矩图如图，从左往右折点弯矩分别为： 绘制合成弯矩图如图，从左往右折点弯矩分别为： 注意到，有表可得，于是 (6-4)当量转矩据此，绘制转矩及当量转矩如图所示。求危险截面的当量弯矩并绘制当量弯矩如图，从左往右折点依次对应以下数据： (6-5) 确定危险截面校核轴径尺寸，危险截面I，危险截面II： 符合要求 符合要求由此得出结论，用当量弯矩法校核所得结果符合强度要求。6.5 中间轴轴承校核根据表，选择轴承型号为：7207C。其中轴承系数为：D=72mm，B=17mm，Cr=19.8KN，Cor=13.5KN。 (6-6)（方向同）根据 e=0.4则 注意到，可知轴承1被压紧，轴承2放松。则，对轴承1，取，对轴承2，取，由表冲击载荷系数得因为，这里仅校核轴承1的寿命。轴承符合强度要求。6.6 低速轴设计及校核6.6.1 选择轴的材料考虑到本轴输入功率不大，转速较低，对材料无特殊要求，因此决定选择使用调质45钢，硬度为217255HBS。查机械设计手册可知 6.6.2 初估直径由表材料系数得C=112于是， 考虑到轴上有一键槽，轴径应增加3%，所以，同时考虑联轴器孔径标准系列，这里III轴最端直径圆整取50mm。6.6.3 结构设计III轴结构尺寸如下图，倒角均为C1，各轴段过渡处圆角均R1，齿轮处过渡圆角R1.5。联轴器的轴向固定可以采用套筒。图6.5低速轴6.6.4 强度校核齿轮上作用力： （） （） (6-2) （） (6-3)如图，计算水平支反力：图6.6弯矩图如图，计算垂直支反力：绘制水平弯矩图如图，最高点弯矩为： 绘制垂直弯矩图如图，从左往右折点弯矩分别为： 绘制合成弯矩图如图，从左往右折点弯矩分别为： 注意到，有表可得，于是 (6-4)当量转矩据此，绘制转矩及当量转矩如图所示。求危险截面的当量弯矩并绘制当量弯矩如图，从左往右折点依次对应以下数据： (6-5)确定危险截面校核轴径尺寸，危险截面I，危险截面II： 符合要求 符合要求由此得出结论，用当量弯矩法校核所得结果符合强度要求。6.7 低速轴轴承校核根据表，选择轴承型号为：7212C。其中轴承系数为：D=110mm，B=22mm，Cr=7.05KN，Cor=6.65KN。 (6-6) 根据 e=0.426则 注意到，可知轴承1被压紧，轴承2放松。则，对轴承1，取，对轴承2，取，由表冲击载荷系数得因为，这里仅校核轴承2的寿命。轴承符合强度要求。第7章 键的选择和校核7.1 平键的概述平键可分为普通平键、薄型平键、导向平键和滑键四种。其中普通平键和薄型平键用于静连接，导向平键和滑键用于动连接。平键连接的工作原理：平键的下半部分装在轴上的键槽中，上半部分装在轮毂的键槽中。键的顶面与轮毂之间有少量间隙，键靠侧面传递扭矩。轮毂与轴通过圆柱表面配合实现轮毂中心与轴心的对中。7.2 键的选择7.2.1 电动机小带轮端的键考虑到电机输出轴直径D=28mm，输出轴外伸端长度E=60mm，决定选择使用圆头普通平键，尺寸,长度。型号1096键的接触长度。，则键联接所能传递的转矩为： (7-1)符合强度要求。7.2.2 高速轴大带轮端的键高速轴带轮端尺寸：，决定选择使用圆头普通平键， 长度。型号 1096键的接触长度。，则键联接所能传递的扭矩为： (7-1)符合强度要求。7.2.3 中间轴的键大齿轮端：大齿轮轮段尺寸：，决定选择使用圆头普通平键，材料为锻钢，尺寸，长度。型号 1096键的接触长度。，则键联接所能传递的转矩为： (7-1)符合强度要求。小齿轮端：小齿轮轮段尺寸：，决定选择使用圆头普通平键，材料为锻钢，尺寸，长度。键的接触长度。，则键联接所能传递的转矩为： (7-1)符合强度要求。7.2.4 低速轴的键低速轴带轮端尺寸：，决定选择使用圆头普通平键，材料锻钢， ，长度。型号 1096键的接触长度。，则键联接所能传递的扭矩为： 不符合强度要求，可以采用对称双键结构，则强度即可符合要求，此时此处轴径需继续增大3%，即。同时，最小轴径增大到52mm。7.2.5 联轴器的键联轴器处相关尺寸：，决定选择使用圆头普通平键，材料锻钢， ，长度。型号 1096键的接触长度。，则键联接所能传递的扭矩为： 不符合强度要求，可以采用对称双键结构，则强度即可符合要求，此时此处轴径需继续增大3%，即。第8章 联轴器的选择和校核8.1 联轴器的概述用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减震和提高轴系动态性能的作用。联轴器按照被联接两轴的相对位置和位置的变动情况，可分为：固定式联轴器和可移动式联轴器。8.2 联轴器的设计联轴器允许的公称转矩：。据此，决定选择使用ML8型梅花形弹性联轴器GB5272-85，弹性硬度C94。主动端：Z型轴孔，C型键槽，从动端：Y型轴孔，B型键槽， (8-1)取，所以ML8型联轴器的标准型号为：，联轴器符合强度要求。第9章 润滑与密封传动系统中的齿轮等传动件采用油浴润滑，带传动和链传动等开式传动装置各轴承采用脂润滑。转动系统轴承采用飞溅润滑，毡圈密封，在下箱体上端面加工出油沟。根据机械设计基础课程设计指导书（第三版）附表7.1工业常用润滑油的性质和用途查得润滑油运动粘度为220cSt，据此决定选择采用牌号为220的L-CKC工业闭式齿轮油，浸油润滑，润滑油油面添加到指定高度。主要采用的润滑剂（机械设计基础课程设计指导书（第三版）附表7.2常用润滑脂的主要性质和用途）：1.稀油润滑优点：内摩擦系数小，所以克服摩擦力的能量消耗少，适用于高速运转的零部件：稀油流动性好，易进入各润滑点的摩擦表面，当采用循环供油时有良好的冷却作用，并可将粘附在摩擦表面上的杂志和金属颗粒带走。缺点：油膜不能承受大的单位压力，否则润滑油将会从摩擦表面挤走变成干摩擦，起不到润滑作用：由于稀油流动性好，对密封的要求就高。2.干油润滑优点：易于密封，在垂直的摩擦表面流失少：受温度的影响不像润滑油那么大，对载荷性质、运动速度的变化有较大的适应范围。缺点：流动性不好，内摩擦系数大，在高温下长期工作时会失去润滑性能。
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