机械设计基础课程设计样本.docx
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机械设计基础课程设计样本
武汉理工大学网络继续教育学院
机械设计基础课程设计
函授站(学习中心)陕西建校学习中心_______
专业级(春、秋)层次
指导教师
学生姓名
武汉理工大学网络继续教育学院
年月日
前言……………………………………………………………………..................2
传动系统的参数设计…………………………………………………..................3
带传动的设计计算……………………………………………………..................4
齿轮的设计计算………………………………………………………..................5
轴的设计计算…………………………………………………………..................6
主动轴的设计计算……………………………………………………..................6
从动轴的设计计算……………………………………………………..................8
键的设计计算……………………………………………………..........................9
主动轴外伸端处键的校核………………………………………..........................9
从动轴外伸端处键的校核……………………………………….........................10
轴承的选择与验算……………………………………………….........................11
主动轴承的选择与验算………………………………………….........................11
从动轴承的选择与验算………………………………………….........................12
联轴器的选择与验算…………………………………………….........................12
箱体、箱盖主要尺寸计算………………………………………….....................12
齿轮和滚动轴承润滑与密封方式的选择……………………….........................13
减速器附件的设计……………………………………………….........................13
结束语…………………………………………………………….........................14
1
前言
(—)课程设计的目的
机械设计基础课程设计是学生学习《机械技术》(上、下)课程后进行的一项综合训练,其主要目的是通过课程设计使学生巩固、加深在机械技术课程中所学到的知识,提高学生综合运用这些知识去分析和解决问题的能力。
同时学习机械设计的一般方法,了解和掌握常用机械零部件、机械传动装置或简单机械的设计方法与步骤,为今后学习专业技术知识打下必要的基础。
(二)传动方案的分析
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,工作机为皮带输送机。
传动方案采用了两级传动,第一级传动为带传动,第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。
带传动承载能力较低.在传递相同转矩时,结构尺寸较其他形式大,但有过载保护的优点,还可缓和冲击和振动,故布置在传动的高速级,以降低传递的转矩,减小带传动的结构尺寸。
齿轮传动的传动效率高,适用的功率和速度范围广,使用寿命较长,是现代机器中应用最为广泛的机构之—。
本设计采用的是单级直齿轮传动(说明直齿轮传动的优缺点)。
说明减速器的结构特点、材料选择和应用场合(如本设计中减速器的箱体
。
灰铸铁铸造而成)采用水平剖分式结构,用HT200
2
设计说明书
一、传动系统的参数设计
已知输送带的有效拉力F=2000N,输送带的速度V=1.1m/s,滚筒直径D=250mm。
连续工作,有ww轻微振动、单向运转。
1)选择合适的电动机;2)计算传动装置的总传动比,分配各级传动比;3)计算传动装置的运动参数和动力参数。
解:
1、选择电动机
(1)选择电动机类型:
按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。
(2)选择电动机容量
Fw?
Vw2000?
1.1?
Pw?
?
2.2kW工作机所需功率:
10001000Pw2.2?
2.54Po?
kW?
电动机输出功率:
?
0.8674其中η为电动机至滚筒、主动轴传动装置的总效率,包括V带传动效率η、一对齿轮传动效率b2、联轴器效率η、及传动滚筒效率η值η、两对滚动轴承效率ηwgrc2·ηηη=0.8674
η=η·η·计算如下:
wrgbc由《机械设计课程设计》表8—2(63页)查得各效率值,η=0.96,η=0.97,η=0.99,η=0.99,cgbrη=0.96,代入公式计算出效率及电机输出功率。
使电动机的额定功率Pm=(1~1.3)Po,由《机械设计w课程设计》表17—1Y(153页)查得电动机的额定功率Pm=5.5kW。
(3)选择电动机的转速
60?
1000Vw60000?
1.1?
?
84.08n?
r/min
计算滚筒的转速:
w?
?
?
250Dn?
85r/min
计算时取w根据表3—1确定传动比的范围:
取V带传动比i=2~4,单级齿轮传动比i=3~5,则总传动比gb的范围:
i=(2X3)~(4X5)=6~20。
电动机的转速范围为n′=i·n(6~20)·n=504.48~1681.6
ww在这个范围内电动机的同步转速有1000r/min和1500r/min,综合考虑电动机和传动装置的情况,同时也要降低电动机的重量和成本,最终可确定同步转速为1000,根据同步转速确定电动机的型号为Y132M2-6,满载转速960。
(《机械设计课程设计》153页)
型号额定功率满载转速同步转速
1000
9605.5Y132M2-6
2、计算总传动比并分配各级传动比
(1)计算总传动比:
i=n/n=960/84.08=11.42,在8~14范围内Wm
(2)分配各级传动比:
为使带传动尺寸不至过大,满足i
3、计算传动装置的运动和动力参数
(1)各轴的转速:
n=n/in=n/in=n11bg111m1w
(2)各轴的功率:
P=P·ηP=P·η·ηP=P·η·ηc1mrbw1gr1111
(3)各轴的转矩:
T=9550P/nT=9550P/nT=9550P/nT=9550P/nwww11m0m1111111最后将计算结果填入下表:
3
参数轴名
电机轴I轴II轴滚筒轴
n=384n=960转速n(r/min)=85n=85nw111mP=5.28P=5.08PP=5.5功率P(kW)=4.99w11m1T=131.31T(N·m)T=570.75T=54.71T=560.64
转矩w1101ii=2.5=4.571传动比igbn·η=0.96ηη效率=0.96
η·η=0.98
三、带传动的设计计算
已知带传动选用Y系列异步电动机,其额定功率Pm=5.5kW,主动轮转速n=960r/min,w从动轮的转速n=384r/min,i=2.5。
两班制工作,有轻度冲击。
b
计算项计算内计算结
确定设计《机械设计基础17页=
=P=25.5=6.60kW=6.60kw带型根查《机械设计基础》17型普
确定带轮由《机械设计基础》17页,取小带轮基
直=125mm=125mmdd传动2.5大带轮基准直=2.125=312.5mmdd圆=315mm=315mm
da1296v=28s
验6.2验算带合610061005m/25m/,符合要
确定带的0.7(+a2(+初定中心dddd准长700m带的基准长度
传动中心
d-125(31=2104m700(125+315)=70
查《机械设计基础16页=2240mm=2240mm实际中心
224210a=768mm
d=768mm
a=700165.8165.8180-57.3验算小带a包角合适?
165.8°〉120°,合适?
1
⑦计算带的根下面计算V带根数
数
4
Pdz=KPK(P?
?
?
l1)1
,查表《机械设计基础》,n=960r/min由d=125mm1dl173页),(表8—5P=1.64kW
1B型带,查表《机械设计基础》表8—8(177页)=2.,
==0.29kW
页1查表《机械设计基础》17=0.96
=2240m,查表查表《机械设计基础》1=1.00,17页6.6Z3.5z=41.0(1.60.290.9计算初拉型带查《机械设计基础16页
计算初拉q=17km;
=217.44N2.q5001z
6.62.计算对轴=50=217.44N0.116.2压6.20.9Q=1726.18N
计算作用在带轮轴上的压
165.⑩带轮结构设1726.18N
si=2z217.4si绘工作
四、齿轮的设计计算连续单向运转,i=4.57,小齿轮转速已知传递的名义功率P=5.28n=384,传动比g传动尺寸无严格限制;电动机驱动。
计算内容计算项目计算结果1.选精度等1)精度等级选用级精度;8级、材料2)的;96,大齿轮齿数=z124z2=试选小齿轮齿数及齿数Z1=24因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据
2.按齿面接进行计算
Z2=96
触强度设
3?
T2K1u?
2?
ZZ
计t?
?
EH·≥21—)试算,即dt10按式(?
?
?
?
σφεu?
?
Hdα`K?
KKKK按式?
?
va
Ka=1查表得35-12m初估速度=4s
5
由图由式取
由图
所以dv=
因与初估圆周速度相差较大,故应修正载荷系数及小齿轮直径传动尺寸计3由图算amd
?
=0Kv=1.1,取35-30b查得11?
?
=1.713+)=[1.88-3.2(]cos?
21ZZ?
=1d=1.05得,,=1.46;由图35-3235-31得KK?
?
=1.364Kt?
61.4mmt?
nd11=3.08m/s1000?
60=59.5mm
d,算得K=1.27635-30b得Kv=1.03,11?
?
dd?
?
150mm,取=147.6212?
cosd1?
m=2.5mm取=2.48mm,Z1a2=240mm=udd=
=60mm;1121?
u
?
db2=60mm
b1=70mm,b=取1d结构设计3),而又小于以大齿轮为例。
因齿轮齿顶圆直径大于160mm,故以选用腹板式为宜。
其他有关尺寸参看大齿轮零件图。
500mm
五、轴的设计计算)主动轴的设计计算(一,小齿轮分度圆直径d=60mm=5.28kWP,主动轴的转速为n=384r/min,已知传递的功率为111o,工作时为单向转动。
=700mm啮合角d=20,轮毂宽度B小齿轮8)39、—按教材表39—11解:
、选择轴的材料、热处理方式,确定许用应力(
轴名主动轴453、计算轴各段直径
硬度抗拉强度材料热处理650MPa调制217~255号钢
许用弯曲应力60MPa
、画出轴的结构示意图:
2
计算项目由教材表、计算1d1
容计算内,取~得:
39-7A=118106A=118()
取较大值
计算结果
6
?
d1d2、计算2d?
dd3、计算:
3合轴承密封元件的要求,取d圆整d4、计算4C0r=15.85、计算dd5圆整为标准直径;一般取
1P?
?
A27.14,轴上有一个键槽,故轴径增大5%?
31n页圆整d=30×(1+5%)=28.50按138'=d”111,因d2必须符07-0.1)×d=34.2-36.'=d+2a=d+2×(01211页)d=35。
(1912,d必须与轴承的内径一致,~5)mm=36-40'=d+(1332=22.8,D=80,Gd=40。
所选轴承型号为6208,B=18,3,为装配方便而加大直径,应'=d+(1-5)mm=41-4534=450,2,5,8为尾数。
取d4
=30mm
d1=35mmd2=40mmd3=45mmd4=40mmd5
,同一轴上的轴承选用同一型号,以便于=d=40d35轴承座孔镗制和减少轴承类型。
、计算轴各段长度4
计算项目B1、计算L1LL2、计算L2e=1.2dm=L-=6+C式中按凸缘式端盖查LL3、计算3
内容计算f值查教材表34-8=(Z一1)e+2f=,e、带轮=(1.5~2)d,按138页取L=58'111=l1+e+m=502—51(23页),其中d为螺钉直径,查表33Δ-B轴承小3+(3+C~8)-Δ小一B=20312轴承小页,、l1Δ小查表6—8(75C6、Cl、查表5—1。
32m l1),若ΔΔ=B++Δ,查表6—8(75页)小2小233轴承小小d? d41f 计算结果=58L1=50L2=40L3 =B,故小齿轮做成齿轮轴,<10—15L小齿轮42=70L4 =40 LL=L4、计算L55435、计算L5、校核轴的强度5 计算项目.求轴上的载荷1 Mm=316767N.mm T=925200N.mm弯扭校合6.? p 算内容计 333mm? .01? 60d? W0.121600? 22? )(T? M1m? ]? ? [MPa.? 512pW 计算结果 、画出轴的工作图,标出具体尺寸和公差67 (二)从动轴的设计计算 已知传递的功率为P=5.08,从动轴的转速为n=85,大齿轮分度圆直径d=24021111啮合角α=20°轮毂宽度B=600mm,工作时为单向转动。 轮大齿解: 1、选择轴的材料、热处理方式,确定许用应力(按教材表39—1、39—8) 轴名材料热处理硬度? ? ]许用弯曲应力抗拉强度[bb从动轴45号钢正火170-217 600MPa 55MPa计算轴各段直径 画出轴的结构示意图 计算项目计算内容计算结果 1、计算d,由教材表39-7得: A=118~106,取A=115(取较大值)1 d? 相适应,故需同时选取联轴器。 查轴器选半联轴器长d2、计算d合轴承密封元件的要求,取2d3、计算d整3d4、计算d整为标准直径: 一般取4d5、计算dd56、计‘算d承座孔镗制和减少轴承类犁。 6 P1? ? A? 轴上有一个键槽,故轴径增大5%? 31n1d'=d”×(1+5%)=45,为使所选轴径与联轴器的孔径11184页,相配合的联HL4型弹性柱销联轴器,轴径相应圆整为d',1l=112。 '=d+2a=d十2×(0.07-0.1)×d=36.48-38.4,因d2必须符11121d=55。 (191页)2'=d+(1~5)mm=41-45,d必须与轴承的内径一致,圆332d=。 所选轴承型号为6212,B=22,D=110,Cr=36.8,Cor=27.83'=d+(1~5)mm=,为装配方便而加大直径,应圆340,2,5,8为尾数。 取d=624'=d+2a=d+2×(0.07-0.1)×d,d=75(取整)554444=d=60,同一轴上的轴承选用同一型号,以便于轴63 d=451d=552d=603d=624d=755d=606 计算项目1、计算L1联轴器上,而不压在轴的端面上,故第比2、计算LL2e=1.2dm=L-=6+C式中 计算内容半联轴器的长度l=112,为保证轴端挡圈只压在半1段的长度应l略短一些,按138页取L=821=l1+e+m=502,其中d为螺钉直径,查表5—1(23页)33Δ-B轴承小3+C+(3~8)-Δ小一B=20轴承小3126、Cl、C查表5—1。 l1、Δ小查表6—8(75页,32 计算结果L=821L2=50 8 1按凸缘式端盖查3、计算3L 即可。 取m=el1),若m =54L3=58L 小轴承大222大323大大大42=22L4、计算L54、计算L轮宽度)55 =45 =60 LL=B大齿轮一26,计算L646) L=b=1.4a取整=1245=31 L+Δ-L=B+Δ5大6大轴承大32 5、校核轴的强度 计算结果计算项目计算内容 .求轴上的载荷2 Mm=316767N.mm ? T=925200N.mm 弯扭校合6. 333mm? 6021600.1d? ? 0.1W? 0 22? )M? (T1m? ]MPa? ? [? 51.2ppW )略、画出轴的工作图,标出具体尺寸和公差(例图63+B螈应相等、主、从动轴m+Δ计算注意事项: 1、主动轴与从动轴的e应相等,2 主动轴外伸端处键的校核 (一)=58Ld=30,轴长已知轴与带轮采用键联接,传递的转矩为T=131,轴径为111号钢,有轻微冲击带轮材料为铸铁,轴和键的材料为45 六、键的选择与验算 计算项目1)键的类型带轮传动要求带轮与轴的对中性好,故选择及其尺平键联接。 寸根据轴径选择b=8将 算内容计A型页),查得: 键宽,由表d=3010-33(165,故取键长L=50h=7,因轴长L=58,键高1代入公式得挤压应力为b,k=0.4hI=L— 计算结果h×键bL=50键长 1000? 2T验算挤压2)? 53.58? 53.82Mpa? ? =pp强度d? ? lk 由教材表确定键槽3)力尺 寸及相应的公(差轴槽宽为 查得,轻微冲击时的许用挤压应—333? ? ? <[,故挤压强度足够。 []]50—60MPa,ppp7H得,10-33(165页)由附表为例以)75? 6r0对应的,.,轴槽深20N9t=75mmr6-052 ? ? ]<[pp强度足够 9 062.0,毂槽深极限偏差为: 20Js9±0.026。 毂槽宽为043.00.030 对应的极限偏差为h=4.9mm。 H7 图槽工作4)绘制键 核的校外伸端处键动 (二)从轴。 L1=82d1=45,宽度矩为T=570,轴径为采用键联接,传递的转轴已知与联轴器11击微冲钢,有轻、轴和键的材料皆为联轴器 计算项目键的类型1)及其尺寸选择验算挤压2)强度 内容计算型带轮传动要求带轮与轴的对中性好,故选择A平键联接。 ),查得: 键宽根据轴径d=45,由表10-33(165页,故取键长L=70,因轴长L=82b=12,键高h=81代入公式得挤压应力为b,k=0.4h将I=L—1000? 2T? 52.41Mpa ? ? p 计算结果hb×键L=70键长? =52.41p d? k? l查得,轻微冲击时的许用挤压应33—3由教材表 确定键槽3)尺寸及相应的公差 ? ? ? ,故挤压强度足够。 —60MPa,]力[<[]50ppp7H)得,)由附表10-33(165页(以为例75? 6r0r6对应的.5mm轴槽宽为20N9,,轴槽深t=7-0520620.,毂槽深20Js9±0.026极限偏差为: 。 毂槽宽为043.00.030 对应的极限偏差为h=4.9mm。 H7 ? ? ]<[pp强度足够 校核处齿轮键的(三)从动轴。 =58=52,宽度L为=570矩,传用采键联接递的转为T,轴径d轮与知已轴齿4111击微有钢皆材键轴轮齿、和的料为,轻冲10 计算项目1)键的类型及其尺寸选择2)验算挤压强度确定键槽3)尺寸及相应的 容计算内带轮传动要求带轮与轴的对中性好,故选择A型平键联接。 根据轴径d=30,由表10-33(165页),查得: 键宽,故取键长L=45=60b=14,键高h=9,因轴长L1I=L—b,k=0.4h代入公式得挤压应力为将10002T? ? 59.17Mpa ? ? pdl? k? 查得,轻微冲击时的许用挤压应由教材表33—3? ? ? ]力[—]5060MPa,,故挤压强度足够。 <[ppp 计算结果hb×键L=45键长? =59.17p? ? ]<[pp强度足够 7H公(以为例得,页))由附表10-33(16575? 差6r0r6对应的,轴槽深t=7.5mm轴槽宽为20N9,-0520620.,毂槽深。 毂槽宽为20Js9±0.026极限偏差为: 0430.0.030 h=4.9mm。 H7对应的极限偏差为 ? 。 要画出的工作图都需许用挤压应力[。 键]: 100—120Mpa轴注意: 从动的p算择与验七、轴承的选主动轴承的选择与验算 (一)=1192=1192Rn=384R,已知轴颈直径d=403vb1va,运转过程中有轻微冲击 计算项目 计算内容 计算结果 确定轴1、承的基本参数、计算当2P 量动负荷、计算基3本额定寿命 由轴承型号查课程设计附表得轴承的基本参数RⅧ中较大者P=RvA、因球轴承,故c=3,查教材表38-10,取f=1,d查教材表38-11,取g=1T100016667grCr? ? ')Lh? (=代入计算得: LhfdPn? L) 故所选轴承合适。 (可查表或按大修期确定h P=1.2? L,L>hh合适 算择与验轴)从动承的选二(冲轻微有程转,=3063,=3063R5=8n=60d直轴已知颈径,,R运过中w31vA1击11 计算内容计算结果计算项 目、1确定轴由轴承型号查课程设计附表得轴承的基本参数 P=1.2
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