机械设计基础课程设计(作业范例)

[键入文字]-1-武汉理工大学机械设计基础课程设计报告专业班级：课题名称：设计一用于带式运输机上的单级圆锥齿轮减速器姓名：学号：指导老师：完成日期：[键入文字]-2-一、电动机的设计1．电动机类型选择按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭（自扇）冷笼型三相异步电动机。2．选择电动机容量(1)计算工作机所需功率PwPw==4000×1.2/1000×0.98Kw≈11Kw其中，带式输送机的效率:ηw=0.98(查《机械设计、机械设计基础课程设计》P131附表10-1)。(2)计算电动机输出功率P0按《机械设计、机械设计基础课程设计》P131附表10-1查得V带传动效率ηb=0.96，一对滚动球轴承效率ηr=0.99，一对圆锥齿轮传动效率ηg=0.97，联轴器效率ηc=0.98。（其中，η为电动机至滚筒主动轴传动装置的总效率，包括V带传动、一对圆锥齿轮传动、两对滚动球轴承及联轴器等的效率）。传动装置总效率为：η=ηbηr2ηgηc=0.95×0.992×0.97×0.98=0.894，电动机所需功率为：P0=wP=4.90/0.894Kw≈5.48Kw。根据P0选取电动机的额定功率Pm，使Pm=(1～1.3)P0=5.48～7.124Kw。为降低电动机重量和成本，由《机械设计、机械设计基础课程设计》P212附表10-112查得电动机的额定功率为Pm=5.5Kw。(3)确定电动机的转速工作机主轴的转速nw，即输送机滚筒的转速：nw=Dv100060=60×1.2×1000/3.14×400r/min≈57.30r/min[键入文字]-3-根据《机械设计、机械设计基础课程设计》P12表3-3确定传动比的范围，取V带传动比ib=2～4,单级圆锥齿轮的传动比ig=2～3，则传动比范围比i=(2×2)～（4×3)=4～12。电动机的转速范围为：n=inw=(4～12)×57.30r/min=230～688r/min，符合这一同步转速范围的有750r/min一种。根据同步转速查《机械设计、机械设计基础课程设计》P212附表10-11确定电动机的型号为Y160M2—8，其满载转速nm=970r/min。此外，电动机的中心高、外形尺寸、轴伸尺寸等均可查表得出。3．计算总传动比并分配各级传动比(1)总传动比i=wmnn=720/57.30r/min=12.57r/min(2)分配各级传动比为使带传动的尺寸不至过大，满足ibig，可取ib=3,则齿轮的传动比：ig=i/ib=12.57/3=4.194．计算传动装置的运动和动力参数(1)各轴的转速nⅠ=nm/ib=720/3r/min=240r/minnⅡ=nⅠ/ig=240/4.19r/min=57.30r/minnw=nⅡ=57.30r/min(2)各轴的功率PⅠ=Pmηb=5.5×0.96Kw=5.28KwPⅡ=PⅠηrηg=5.28×0.99×0.97Kw=5.07KwPW=PⅡηrηc=5.07×0.99×0.98Kw=13.28Kw(3)各轴的转矩各轴的转矩T0=955000nP=9550×5.5/720N·m≈73N·m[键入文字]-4-T1=955011nP=9550×5.28/240N·m≈210.1N·mT2=229550nP=9550×5.07/57.3N·m≈845N·mTw=9550Pw/nw=9550×4.92/57.3N·m≈820N·m(4)将计算的结果填入下表参数轴名称电动机轴Ⅰ轴Ⅱ轴滚筒轴转速n（r/min）72024057.357.3功率P（kw）5.55.285.074.92转矩T（N·m）73210.1845820传动比i34.191效率η0.960.960.975．电动机的草图型号额定功率满载转速额定转矩起动转矩额定转矩最大转矩Y160M2-85.5KW720r/min2.02.0[键入文字]-5-二、带传动的设计由设计任务书条件要求，此减速器工作场合对传动比要求不严格但又要求传动平稳，因此适用具有弹性的饶性带来传递运动和动力。V带传动时当量摩擦系数大，能传递较大的功率且结构紧凑；故此处选择V型槽带轮。带轮材料常采用铸铁、钢、铝合金或工程塑料等，当带的速度v≤25m/s时，可采用HT150；当带速v=25～30m/s时，可采用HT200；当v≥35m/s时，则用铸钢或锻钢（或用钢板冲压后焊接而成），传递功率较小时，可用铸铝或工程塑料等材料。带轮的设计准则是，在保证代传动不产生打滑的前提下，具有足够的疲劳强度，带轮的质量小，结构公益性好，无过大的铸造内应力，质量分布要均匀等。1.确定计算功率PC=KAP=1.2×5.5=6.6Kw查《机械基础》P226页表9-7知：KA=1.22.确定V带型号按照任务书要求，选择普通V带。根据PC=6.6Kw及n1=720r/min，查《机械基础》P227页图9-8确定选用B型普通V带。[键入文字]-6-3.确定带轮基准直径(1)确定带轮基准直径根据《机械基础》P228页表9-8取标准值确定：dd1=140mm。(2)计算大带轮直径dd2=idd1（1-ε）=（720/240）×140×（1-0.02）mm=411.6mm根据GB/T13575.1-9规定，选取dd2=410mm。4.验算带速v=10006011ndd=3.14×140×720/60×1000m/s=5.28m/s由于5m/s＜v＜25m/s,带速合适。5.确定带长及中心距(1)初取中心距a0=500mm根据2102127.0ddddddadd知：385≤a0≤1100.(2)确定带长Ld：根据几何关系计算带长得0221210422addddaLdddddo=1900.39mm根据《机械基础》P226表9-6取相近的标准值Ld，Ld=2000mm(3)确定中心距2L-Ld0d0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.验算小带轮包角：3.57180121adddd=151.9°＞120°，符合要求。[键入文字]-7-7.确定V带根数Z根据dd1=140mm及n1=720r/min，查《机械基础》P224表9-3得:P0=1.75Kw，根据带型和i查《机械基础》P224表9-4得：ΔP0=0.23Kw，查《机械基础》P225表9-5得：Kα=0.93，查《机械基础》P226表9-6得：Kl=0.98,Z=Pc/[P0]≥LcKKPPP)(00=3.66,取Z=4.8.确定V带初拉力F0查《机械基础》P219表9-1得:q=0.17㎏/m,则F0=5002)15.2(qvKvZPcN=268.6N9.作用在轴上的力FQFQ=2ZF0sin21=2×4×268.6×sin151.9/2N=2084.5N10.带轮的结构尺寸及草图B型V带：节宽bp/mm:14.0；顶宽b/mm:17.0；高度h/mm:11.0；楔角θ:40°；截面面积A/mm2:138；每米带长质量q/（kg·m-1）:0.17。V带轮：基准宽度bp/mm:14.0；基准线至槽顶高度hamin:3.5；槽顶宽b/mm:17.2；基准线至槽底深度hfmin:10.8；[键入文字]-8-槽间距e/mm:19±0.4；第一槽对称线至端面距离f/mm:12.5；最小轮缘厚度δ/mm:7.5；轮缘宽度B/mm:B=(Z-1)e+2f(Z为齿模数)=82mm。三．减速器齿轮设计设计任务书齿轮传动由主动轮、从动轮（或齿条）和机架组成，通过齿轮的啮合将主动轴的运动和转矩传递给从动轴，使其获得预期的转速和转矩。锥齿轮的传动比恒定，结构紧凑且效率高，工作可靠且寿命长。鉴于齿轮的以上优点因此选用齿轮传动，即圆锥齿轮是两相交轴传动。所以齿轮传动在机械传动中应用广泛。齿轮材料要求齿面硬，齿芯也要有韧性，具有足够的强度以及具[键入文字]-9-有良好的加工工艺及热处理性，当齿轮的尺寸较大（da＞400mm～600mm）或结构复杂不容易锻造以及一些低速运载的开式齿轮传动时，才有铸钢；高速小功率、精度要求不高或需要低噪音的特殊齿轮传动中，也常采用非金属材料。材料：小齿轮40Cr调质后表面淬火处理齿面平均硬度HB1=48～55；大齿轮45钢调质处理齿面平均硬度HB2=217～255。1.材料选择及热处理由于结构要求紧凑，故采用硬齿齿轮传动。查《机械基础》P181表6-3，选择小齿轮材料为40cr,调质后淬火处理，齿面平均硬度HB=53HRC；大齿轮选用45钢调质处理，齿面平均硬度HB=250HRC。2.参数选择和几何尺寸计算(1)齿数比取小齿轮齿数Z1=20，则大齿轮齿数Z2=20×4.19=84，实际齿数比μ=Z2/Z1=4.2，与要求相差不大，可用。(2)齿宽系数两轮为硬齿面非对称布置，φR=b/R=0.284。一般取:取φR=0.25～0.30，齿宽b≤R/3（查《机械基础》P195表7-2）。(3)载荷系数由于载荷较平稳，且采用硬齿面齿轮，应取最大值，故查《机械基础》P183表6-5，取K=1.2。3．确定许用应力小齿轮查《机械基础》P181表6-3，取[σH1]=1080MPa,[σbb1]=510MPa,由于承受单向载荷，故[σbb1]=510MPa不变；大齿轮查《机械基础》P181表6-3，用插值法得[σH2]=522MPa,[σbb2]=304MPa,因受单向载荷，故[σbb2]=304MPa不变。4．选择精度运输机为一般机械，速度不高，故选择9级精度。5.根据齿轮强度条件设计(1)按齿面接触疲劳强度设计根据齿面接触疲劳强度，按《机械基础》P197公式（7-7）确定尺寸d：[键入文字]-10-d≥32.09550000nPT[ZHZE/[σH]]·[4KT1/0.85φR(1-0.5φR)2μ]=104.05mm式中φR=0.28，按《机械基础》P183表6-5选载荷系数K=1.2，转矩T1=9.55×106P1/N1=9.55×1065.28/240N·mm=2.1×105N·mm。查机械基础P181表6-3[σH1]=1080MPa，[σH2]=522MPa,钢制齿轮配合：ZE=189.8√N/mm2。计算圆周速度v：v=10006011ndd=3.14×104.05×240/60×1000=1.31m/s(2)按齿根弯曲疲劳强度设计根据齿根弯曲疲劳强度，按《机械基础》P197公式（7-9），确定模数m：mn≥][1)5.01(421213FRRFZuYKT=3.54式中φR=0.28,μ=4.2,k=1.2，YFS为齿形系数，按当量齿数Zv=Z/cosδ,查《机械基础》P185表6-7，得：YF1=YFS1=4.344,YF2=YFS2=4.06；[σf1]=[σbb1]=510MPa,[σf2]=[σbb2]=304MPa，因为][11FFY=0.00852，][22FFY=0.01336,][11FFY＜][22FFY，故将][22FFY代入计算。根据《机械基础》P185表7-1，锥齿大端标准模数m=3.75mm。6．计算齿轮几何尺寸(1)齿数比:μ=Z2/Z1=84/20=4.2(2)分度圆锥角：[键入文字]-11-δ1=arctanZ1/Z2=20/84=13。23’32”δ2=arctanZ2/Z1=84/20=76。36’27”(3)分度圆直径：d1=mZ1=3.75×20=75mmd2=mZ2=3.75×84=315mm(4)齿顶圆直径：da1=d1+2hacosδ1=82.30mmda2=d2+2hacosδ2=316.74mm(齿顶高ha*=1,顶隙系数c*=0.2,hf=(ha*+c*)m=1.2m=4.5mm,ha=ha*m=3.75mm)(5)齿顶圆直径:df1=