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机械设计基础课程设计

《机械设计基础》课程设计

设计题目：

带式运输机的单级直齿圆柱齿轮减速器

学院：

专业：

班级：

学号：

姓名：

指导教师：

完成时间：

2014年7月11日

第一章 设计任务书…………………………………………………3

第二章 电动机的选择计算…………………………………………4

第三章 传动装置的运动和动力参数的计算………………………6

第四章 三角带的传动设计…………………………………………7

第五章 齿轮传动设计………………………………………………8

第六章 轴的设计 …………………………………………………11

第七章 滚动轴承的选择 …………………………………………14

第八章 键的选择及其强度校核 …………………………………15

第九章 联轴器的选择……………………………………………15

第十章润滑及其密封………………………………………………15

第十一章设计总结………………………………………………16

第十二章参考文献………………………………………………16

《机械设计基础》课程设计

带式运输机中使用的单级直齿圆柱齿轮

减速器

一、设计任务书

试按下列一组数据，设计一带式输送机的传动装置，传动简图如下。

工作条件及要求：

用于运输碎粒物体，工作时载荷有轻微冲击，输送带允许速度误差±4％，二班制，使用期限10年（每年工作日300天），连续单向运转。

设计原始数据于下表：

组别

运输带牵引力FW（N）

运输带速度VW（m/s）

传动滚筒直径D（㎜）

1

2600

1.25

320

2

3500

1.45

420

图1带式输送机的传动装置

1、电动机；2、三角带传动；3、减速器；4、联轴器；5、传动滚筒；6、皮带运输机

二、电动机的选择及运动参数的计算

一般电动机均采用三相交流电动机，如无特殊要求都采用三相交流异步电动机，其中首选Y系列全封闭自扇冷式电动机。

（一）电动机的选择

①确定皮带输送机所需功率

PW=FW·VW/1000（kw）

由上表中给出的数据：

PW=FW·VW/1000=2600×1.25÷1000=3.25（kw）……………………式（1—1）

②传动装置的效率

η=η1·η2·η3·η4·η5 …………………………………………式（1----2）

式中：

η1-----三角带传动效率

η2-----齿轮传动效率

η3-----滚动轴承的效率

η4-----联轴器的效率

η5-----运输机平型带传动效率

常见机械效率参见附表1，查表得：

η1---三角带传动效率=0.96

η2---齿轮传动效率=0.97

η3---滚动轴承的效率=0.98

η4---联轴器的效率=0.99

η5---运输机平型带传动效率=0.96

∴η=η1·η2·η3·η4·η5=0.96×0.97×0.98×0.99×0.96≈0.87

③电动机的选择

电动机的额定功率：

P≥PW/η=FW·VW/η（kw）

由上式（1---1）、式（1---2）结果求得：

P≥PW/η=FW·VW/η=2600*1.25/（1000*0.87）=3.74（kw）…………式（1---3）

④确定电动机的转数：

（1）滚筒轴的工作转速为：

nW=60×1000VW/ΠD（r/min）

式中：

VW-----皮带输送机的带速

D----滚筒的直径

带入上表数值：

nW=60×1000VW/ΠD=60×1000×1.25/（π×320）=74.6（r/min）…式（1---4）

（2）电动机的转速：

nˊ=iˊnW    

式中：

iˊ是由电动机到工作机的减数比   

iˊ=i1ˊ·i2ˊ·i3ˊ····inˊ   式（1----5）

i1ˊ·i2ˊ·i3ˊ····inˊ是各级传动比的范围。

按nˊ的范围选取电动机的转速n

∴n’=iˊnW=19.30*74.6=1440…………………………………………式（1----6）

（3）常用机械传动比的范围见附表2

列出电动机的主要参数：

电动机额定功率P（KW）

　3.74kw

电动机满载转速nm（r/min）

　1400r/min

电动机轴伸出端直径d（mm）

　28mm

电动机轴伸出端的安装高度（mm）

　112mm

电动机轴伸出端的长度（mm）

　60mm

常用机械传动效率【附表1】：

机械传动类型

传动效率

圆柱齿轮传动

闭式传动0.96—0.98（7-9级精度）

开式传动0.94—0.96

圆锥齿轮传动

闭式传动0.94—0.97（7-8级精度）

开式传动0.92—0.95

带传动

平型带传动

0.95—0.98

V型带传动

0.94—0.97

滚动轴承（一对）

0.98—0.995

联轴器

0.99-0.995

常用机械传动比范围【附表2】：

传动类型

选用指标

 平型带

 三角带

   齿轮传动

功率（KW）

 小（20）

中（≤100）

   大（最大可达50000）

单级传动比（常用值）

 2---4

 2---4

 圆柱

 圆锥

 3---5

 2---3

最大值

  6

  15

   10

 6---10

（二）、总传动比的计算及传动比的分配

（1）传动装置总传动比

i=nm/nW

i=nm/nW=1400/74.6=19.30…………………………………………式（2—1）

（2）分配传动装置各级传动比

i=i1·i2·i3····in

式中：

i1、i2、i3····in从附表2中选值

其中，i1取4

∴i2=i/i1=4.825……………………………………………………式（2—2）

三、传动装置的运动和动力参数的计算

1、各轴的功率计算：

P1=P·η1·η3

从附表中带入数值：

P1=P·η1·η3=3.75·0.96·0.98=3.528（kw）………………………式（3—1）

P2=P·η1·η2·η3

从附表中带入数值：

P2=P·η1·η2·η3=3.75·0.96·0.97·0.98=3.442（kw）……………式（3—2）

2、各轴的转速计算：

（1）高速轴转速n1=nm/i1（r/min）

n1=nm/i1=1440/4=360（r/min）………………………………………式（3—3）

（2）低速轴转速n2=nm/（i1·i2）（r/min）

n2=nm/（i1·i2）=1440/19.30=74.6（r/min）…………………………式（3—4）

3、各轴扭矩的计算：

T=9.55×10×PK/nK  （N.mm）

高速轴的扭矩：

T1=9.55·106×（3.528/360）=93590（N.mm）

低速轴的扭矩：

T2=9.55·106×（3.442/74.6）=440630（N.mm）

…………………………………………………式（3—5）

四、三角带传动设计

1、选择三角带型号；

由PC=KA·P=1.3·4=5.2（KW）

得知其交点在A型范围内，故选A型带

2、选择带轮的基准直径，并验算带速（5m/s≤V≤25m/s）；

取小带轮：

d1=90mm

大带轮：

d2=3×90=270mm

带速验算：

V=n1·d1·π/（1000×60）

=1440×90×π/（1000×60）=6.79m/s

V介于5m/s≤V≤25m/s范围内，故合适

3、确定中心距和带长，验算小轮包角；（α1≥120°）

由公式：

0.7·（d1+d2）≤a0≤2·（d1+d2）

带入数值：

0.7×（90+270）≤a0≤2×（90+270）

∴252≤a0≤720

初定中心距a0=500，则带长为：

L0=2·a0+π·（d1+d2）/2+（d2-d1）2/（4·a0）

=2×500+π×（90+270）/2+（270-90）2/（4×50）

=1727.5mm

查表选用Ld=1800mm的实际中心距，

a=a0+（Ld-L0）/2=500+（1800-1727）/2=536.5mm

验算小轮包角α1

α1=180°-（d2-d1）×57.3/a

=180°-（270-90）×57.3/536.5=160.8°>120°

满足α1≥120°，故合适

4、按许用功率计算带的根数；

Z=Pc/（P0+△P0）·Kl·Ka）=3.79≈4

故要取4根A型V带。

5、确定作用在轴上的压力；

初拉力：

F0=500·PC·（2.5-Kα）/（Kα·z·v）+q·v2

=500×5.2×（2.5-0.95）/（0.95×4×6.786）+0.1×6.7862

=160.89N

轴上拉力：

Fp=2·z·F0·sin（α/2）

=1233.6N

6、确定带轮的结构和尺寸（只要求绘制大带轮的零件图）；

五、齿轮传动设计

1、参考教材步骤设计这一对齿轮的尺寸（只要求绘制大齿轮的零件图）；

（1）选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。

小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为40号钢调质，齿面硬度为280HBS，大齿轮选用45号钢调质，齿面硬度为240HBS。

因为减速器为一般工作机器，故齿轮精度初选7级

（2）初选主要参数

Z1=24，u=5

Z2=Z1·u=24×5=120取整为120

（3）按齿面接触疲劳强度计算

根据课本公式试算算小齿轮分度圆直径

d1≥

①确定各参数值

a.载荷系数试选K=1.3

b.小齿轮传递的转矩

=9.55×106×P/n1=71（N.m）

c.材料弹性影响系数

查表得ZE=189.8

d.由课本按照齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限600MPa大齿轮的接触疲劳强度极限550MPa

e.由式10-13计算应力循环次数

N1=60·n·j·Ln=60×514×1×（2×8×365×7）=12.6×

N2=12.68×/5=2.5×

f.由课本取接触疲劳寿命系数0.9,0.95

g.计算解除疲劳许用应力

取失效概率为1％，安全系数S=1，

由式10-12得：

②计算

a.试算小齿轮分度圆直径d，取两式计算中的较小值，即［σH］=528Mpa

于是d1≥2.32×

=

=56mm

b.计算圆周速度V1.5m/s

c.计算齿宽b,以及齿宽与齿高之比b/h为:

1×56=56

确定模数为：

m=d1/Z1=56/24=2.3

取标准模数值m=2

齿高h=2.3×2.25=5.2

∴b/h=10.7

d.计算载荷系数

根据V=1.5m/s，7级精度，由课本图10-8查得载荷系数Kv=1.5，直齿轮

又由表查得使用系数

由课本表用插值法查得7级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时,

由b/h=10.67查课本得,故载荷系数：

e.按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式10-10