機械設(shè)計課程設(shè)計蘇曉華.doc

一、 機械設(shè)計課程設(shè)計的目的課程設(shè)計是機械設(shè)計（或機械設(shè)計基礎(chǔ)）課程中的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)，也是第一次對學(xué)生進行教全面的機械設(shè)計訓(xùn)練。其目的是：1、 通過課程設(shè)計，綜合運用機械設(shè)計課程和其他相關(guān)理論和實際知識，來解決工程實際中的具體設(shè)計問題。通過設(shè)計實踐，掌握機械設(shè)計的一般規(guī)律，培訓(xùn)分析和解決實際問題的能力。2、 培養(yǎng)機械設(shè)計的能力；通過傳動方案的擬定，設(shè)計計算，結(jié)構(gòu)設(shè)計，查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及編寫設(shè)計計算說明書等各個環(huán)節(jié)，要求學(xué)生掌握一般機械傳動裝置的設(shè)計內(nèi)容、步驟和方法，并在設(shè)計構(gòu)思和設(shè)計技能等方面得到相應(yīng)的鍛煉。二、機械設(shè)計課程設(shè)計的設(shè)計題目和任務(wù)機械設(shè)計課程設(shè)計是對學(xué)生首次進行教全面的機械設(shè)計訓(xùn)練，其性質(zhì)、內(nèi)容和培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力的過程與專業(yè)課的課程設(shè)計應(yīng)有所不同。機械設(shè)計課程設(shè)計的題目，一般是選擇內(nèi)容和分量都比較適當(dāng)?shù)臋C械傳動裝置或簡單機械，本次設(shè)計題目是設(shè)計運送原料的帶式運輸機用的圓柱齒輪減速器。設(shè)計內(nèi)容：根據(jù)給定的工況參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)碾妱訖C、選取聯(lián)軸器、設(shè)計V帶傳動、設(shè)計兩級齒輪減速器（所有的軸、齒輪、軸承、減速箱體、箱蓋以及其他附件）和與輸送帶連接的聯(lián)軸器。其傳動簡圖如下： 動力及傳動裝置原始數(shù)據(jù)F(N)=5710，v(m/s)=1.12，D(mm)=610已知條件：（1） 運輸戴的工作拉力F=5710N；（2） 運輸帶工作速度v=1.12m/s；（3） 滾筒直徑D=610mm；（4） 滾筒及運輸帶效率h=0.94，允許總速比誤差Pd，符合要求，可避免發(fā)動機過熱。電動機型號額定功率(kW)同步轉(zhuǎn)速(r/min)滿載轉(zhuǎn)速nm(r/min)堵載轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y160M-411 150014602.2 2.23、 確定傳動裝置的總傳動比及其分配根據(jù)電動機的滿載轉(zhuǎn)速和工作機主軸的轉(zhuǎn)速，傳動裝置的總傳動比： 總傳動比： 按照傳動比的一般分配原則（機械設(shè)計課程設(shè)計第7頁），并根據(jù)機械設(shè)計課程設(shè)計“圖22兩級圓柱齒輪減速器傳動比分配”和“表24雙級減速器的傳動比搭配”得一下各級傳動比：V帶的傳動比： 高速級的傳動比： 低速級的傳動比： 4、 計算傳動裝置的運動及動力參數(shù)計算各軸的轉(zhuǎn)速：輸入軸（電機芯軸）轉(zhuǎn)速： r/min軸I的轉(zhuǎn)速： r/min軸的轉(zhuǎn)速： r/min軸的轉(zhuǎn)速： r/min計算各軸的輸入功率：軸I的功率： （KW）軸的功率： (KW)軸的功率： (KW)計算各軸的輸入轉(zhuǎn)矩：電機的芯軸轉(zhuǎn)矩： Nm軸I的轉(zhuǎn)矩： Nm軸的轉(zhuǎn)矩： Nm軸的轉(zhuǎn)矩： Nm四、V帶的設(shè)計與校核 確定計算功率則： ，式中，工作情況系數(shù)取1.2 根據(jù)計算功率與小帶輪的轉(zhuǎn)速，查機械設(shè)計基礎(chǔ)圖10-10，選擇B型V帶。 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑取小帶輪直徑 ，大帶輪的直徑 根據(jù)國標(biāo)：GB/T 13575.1-1992 取大帶輪的直徑 驗證帶速 在之間。故帶的速度合適。確定V帶的基準(zhǔn)直徑和傳動中心距初選傳動中心距范圍為：，取 V帶的基準(zhǔn)長度： 查機械設(shè)計基礎(chǔ)表10-2，選取帶的基準(zhǔn)直徑長度 實際中心距： 驗算主動輪的最小包角 故主動輪上的包角合適。 計算V帶的根數(shù)z 由，查機械設(shè)計基礎(chǔ)表10-5，得，由，查表10-6，得，查表10-7，得，查表10-2，得， 取根。 計算V帶的合適初拉力 查機械設(shè)計基礎(chǔ)表10-1，取得 計算作用在軸上的載荷 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （單位）mm 帶輪尺寸小帶輪大帶輪槽型BB基準(zhǔn)寬度1414基準(zhǔn)線上槽深3.53.5基準(zhǔn)線下槽深10.810.8槽間距190.4190.4槽邊距11.511.5輪緣厚7.57.5外徑內(nèi)徑 30 30帶輪寬度帶輪結(jié)構(gòu) 實心式 輪輻式 V帶輪采用鑄鐵HT150或HT200制造，其允許的最大圓周速度為25m/s.五、設(shè)計計算傳動零件（一）設(shè)計計算齒輪傳動1、高速級齒輪校核：（1）選定齒輪的類型、精度等級、材料及齒數(shù)。 考慮傳遞的功率比較大，故大、小齒輪都選用硬齒面。查表選大、小齒輪的材料為45鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)后表面淬火，齒面硬度為HRC1=HRC2=45 選取精度等級。初選8級精度（GB/T 10095-1988）。 選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù) 取Z2117 初選螺旋角15考慮閉式硬齒面齒輪傳動的傳動失效可能為點蝕，也可能為疲勞折斷，故分別按接觸疲勞強度和彎曲強度設(shè)計，分析對比再確定方案。（2）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 1） 載荷系數(shù)K：試選K=1.5 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： Nm 齒寬系數(shù)：查機械設(shè)計附表6.5選取 彈性影響系數(shù)：查機械設(shè)計表6.4得 節(jié)點區(qū)域系數(shù)： 由,得 端面重合度： 代入上式得 =1.659 接觸疲勞強度極限：按齒面硬度查表得 ， 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 接觸疲勞壽命系數(shù)：查機械設(shè)計附圖6.4得 ，接觸疲勞許用應(yīng)力： 取失效概率為1%，安全系數(shù)，得 因，故取。 2）計算 小齒輪分度圓直徑 計算圓周速度： m/s小齒輪齒寬 mm齒寬與齒高比：計算載荷系數(shù): 由v1.19m/s，8級精度，由機械設(shè)計附圖6.1查得由附表6.2查得，由附表6.1查得，參考附表6.3中8級精度公式估計 由 機械設(shè)計附圖6.2查得載荷系數(shù) 修正分度圓直徑： mm計算模數(shù)：（3）按齒根彎曲疲勞強度計算：計算載荷系數(shù)： 確定齒型系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)： 當(dāng)量齒數(shù) 查表得 計算螺旋角影響系數(shù)： 軸面重合度 取 計算許用彎曲應(yīng)力 ： 查機械設(shè)計附圖6.3查得 查圖可得 ，,取安全系數(shù) = = 確定 ： 計算齒輪模數(shù)： = =1.91 比較兩種強度計算結(jié)果，確定模數(shù)為 （4）幾何尺寸的計算： 中心距 取 修正螺旋角： 計算齒輪分度圓直徑： 計算齒輪齒寬： 取 則 2、低速級齒輪校核：（1）選定齒輪的類型、精度等級、材料及齒數(shù)。 考慮傳遞的功率比較大，故大、小齒輪都選用軟齒面。查表選大、小齒輪的材料為45鋼，大、小齒輪調(diào)質(zhì)。硬度為250HBS 選取精度等級。初選8級精度（GB/T 10095-1988）。 選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù) 初選螺旋角15考慮閉式硬齒面齒輪傳動的傳動失效可能為點蝕，也可能為疲勞折斷，故分別按接觸疲勞強度和彎曲強度設(shè)計，分析對比再確定方案。（2）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 1） 載荷系數(shù)K：試選K=1.5 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： Nm 齒寬系數(shù)：查機械設(shè)計附表6.5選取 彈性影響系數(shù)：查機械設(shè)計表6.4得 節(jié)點區(qū)域系數(shù)： 由,得 端面重合度： 代入上式得 =1.641 接觸疲勞強度極限：按齒面硬度查表得 ， 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 接觸疲勞壽命系數(shù)：查機械設(shè)計附圖6.4得 ，接觸疲勞許用應(yīng)力： 取失效概率為1%，安全系數(shù)，得 因，故取。 2）計算 小齒輪分度圓直徑 計算圓周速度： m/s小齒輪齒寬 mm齒寬與齒高比：計算載荷系數(shù): 由v0.59m/s，8級精度，由機械設(shè)計附圖6.1查得由附表6.2查得，由附表6.1查得，參考附表6.3中8級精度公式: 取由 機械設(shè)計附圖6.2查得載荷系數(shù) 修正分度圓直徑： mm計算模數(shù)：（3）按齒根彎曲疲勞強度計算：計算載荷系數(shù)： 確定齒型系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)： 當(dāng)量齒數(shù) 查表得 計算螺旋角影響系數(shù)： 軸面重合度 取 計算許用彎曲應(yīng)力 ： 查機械設(shè)計附圖6.3查得 查圖可得 ，,取安全系數(shù) = = 確定 ： 計算齒輪模數(shù)： = 比較兩種強度計算結(jié)果，確定模數(shù)為 （4）幾何尺寸的計算： 中心距 取 修正螺旋角： 計算齒輪分度圓直徑： 計算齒輪齒寬： 取 則 3、減速器鑄造箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。 查設(shè)計基礎(chǔ)表3-1經(jīng)驗公式，及結(jié)果列于下表。名稱結(jié)果（mm）名稱結(jié)果(mm)底座壁厚8.6地腳螺栓直徑20箱蓋壁厚8地腳螺栓數(shù)目6底座上部凸圓厚度14螺栓孔凸緣的配置尺寸22，18，30箱蓋凸圓厚度12地腳螺栓孔凸緣尺寸30，25，48底座下部凸圓厚度20箱體內(nèi)壁與齒輪距離20底座加強筋厚度8底座深度200箱底加強筋厚度7底座高度 244軸承座聯(lián)接螺栓直徑12視孔蓋固定螺釘直徑7底座與箱蓋聯(lián)接螺栓直徑10箱蓋高度215.5六、設(shè)計計算軸（一）軸的設(shè)計（1）選擇軸的材料選取45號鋼 ，調(diào)質(zhì)，HBS230（2） 初步估算軸的最小直徑根據(jù)教材公式，取A0 =104，得 d A0 26.83（mm）( 3 )軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，初定軸徑及軸向尺寸考慮電機軸的結(jié)構(gòu)及軸的剛度，取裝帶輪處軸徑為30mm，按照軸的結(jié)構(gòu)要求，取軸承處軸徑為40mm，初選軸的軸承為圓錐滾子軸承30308 GB/T 297-1994。 兩軸承支點間的距離：，式中： 小齒輪齒寬， 箱體內(nèi)壁與小齒輪端面的間隙， 箱體內(nèi)壁與軸承端面的距離， 軸承寬度，選取30308型圓錐滾子軸承，查表13-1，得到 階梯軸中間部分的長度，131.5 得到：帶輪對稱線到軸承支點的距離 式中：軸承蓋的凸緣厚度， 軸承蓋端面至帶輪端面的距離，帶輪寬度，得到： （4）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 繪出軸的計算簡圖 ，如圖 高速軸的彎矩和轉(zhuǎn)矩（a）受力簡圖；（b）水平面的受力和彎矩圖；（c）垂直面的受力和彎矩圖；（d）合成彎矩圖；（e）轉(zhuǎn)矩圖；（f）計算彎矩圖 計算作用在軸上的作用力. 小齒輪的受力分析：圓周力 6075.56 （N）徑向力2296.37（N）軸向力=1701.18（N） 帶傳動作用在軸上的壓力Q2019.88(N) 計算支反力水平面內(nèi) 183 = 244.5得 = 4547.35(N) = -=1528.21 (N)垂直面內(nèi) 得3751.92 N 得-564.33 N 作彎矩圖水平面內(nèi) = -183 = -279662.43 N.mm垂直面內(nèi) N.mm N.mm N.mm合成彎矩 N.mm N.mm N.mm 作扭矩圖 =164040N.mm 作計算彎矩圖當(dāng)扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取系數(shù) = 0.6 N.mm N.mm N.mm N.mm 按彎扭合成力校核周軸的強度軸的材料為45號鋼，調(diào)制，查表得拉伸強度極限= 650MPa，對稱循環(huán)變應(yīng)力時得許用應(yīng)力b60MPa由計算彎矩圖可見，A剖面得計算彎矩最大，該處得計算彎矩為bD剖面軸徑最小，該處得計算應(yīng)力為b(5) 軸的結(jié)構(gòu)簡圖（二）軸的設(shè)計（1）選擇軸的材料選取45號剛 ，調(diào)質(zhì)，HBS230（2） 初步估算軸的最小直徑根據(jù)教材公式，取A0 =104，得 d A0 *43.56（mm）( 3 )軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，初定軸徑及軸向尺寸按照軸的結(jié)構(gòu)要求，取軸承處軸徑為50mm，軸承處軸徑也為最小直徑處初選軸的軸承為圓錐滾子軸承30210 GB/T 297-1994。兩軸承支點間的距離：，式中： 小齒輪齒寬， 大齒輪齒寬， 箱體內(nèi)壁與小齒輪端面的間隙， 箱體內(nèi)壁與左軸承端面的距離， 箱體內(nèi)壁與右軸承端面的距離， 軸承寬度，選取30210型圓錐滾子軸承，查表13-1，得到 得到： （4）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 繪出軸的計算簡圖 ，如圖中間軸的彎矩和轉(zhuǎn)矩（a）受力簡圖；（b）水平面的受力和彎矩圖；（c）垂直面的受力和彎矩圖；（d）合成彎矩圖；（e）轉(zhuǎn)矩圖；（f）計算彎矩圖 計算作用在軸上的作用力. 齒輪的受力分析：圓周力 （N） （N）徑向力（N）（N）軸向力(N) （N） 計算支反力水平面內(nèi)得 =9778.45(N) =9012.05 (N)垂直面內(nèi) 得1423.94 N 得4153.02N 作彎矩圖水平面內(nèi) = 89.5 = 875171.275 N.mm = 63 = 567759.15 N.mm垂直面內(nèi) N.mm N.mm N.mm N.mm合成彎矩 N.mm N.mm N.mm N.mm 作扭矩圖 =701800 N.mm 作計算彎矩圖當(dāng)扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取系數(shù) = 0.6 N.mm N.mm N.mm N.mm N.mm 按彎扭合成力校核周軸的強度軸的材料為45號鋼，調(diào)制，查表得拉伸強度極限= 650MPa，對稱循環(huán)變應(yīng)力時得許用應(yīng)力b60MPa由計算彎矩圖可見，C剖面得計算彎矩最大，該處得計算彎矩為bA,B剖面軸徑最小，該處得計算應(yīng)力為b(5) 軸的結(jié)構(gòu)簡圖（三）軸的設(shè)計（1）選擇軸的材料選取45號鋼 ，調(diào)質(zhì)，HBS230（2） 初步估算軸的最小直徑根據(jù)教材公式，取A0 =104，得 d A0 *62.79（mm）( 3 )軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，初定軸徑及軸向尺寸考慮輸出端的結(jié)構(gòu)要求及軸的剛度，取裝聯(lián)軸器處軸徑為65mm，按照軸的結(jié)構(gòu)要求，取軸承處軸徑為70mm， 初選軸的軸承為圓錐滾子軸承30214 GB/T 297-1994。兩軸承支點間的距離：，式中： 大齒輪齒寬， 箱體內(nèi)壁與大齒輪端面的間隙， 箱體內(nèi)壁與左軸承端面的距離， 箱體內(nèi)壁與右軸承端面的距離， 階梯軸中間部分的長度， 軸承寬度，選取30214型圓錐滾子軸承，查表131，得到 得到：安裝聯(lián)軸器的軸上的鍵的徑向?qū)ΨQ中心到軸承支點的距離式中：軸承蓋的凸緣厚度， 軸承蓋端面至聯(lián)軸器端面的距離，聯(lián)軸器寬度，得到：（其中根據(jù)軸的轉(zhuǎn)矩N.M和前面選擇的軸孔直徑為65mm，查表選擇彈性柱銷齒式聯(lián)軸器，其型號為：ZL-5,工稱轉(zhuǎn)矩為4000N.m,軸孔直徑為65mm.） （4）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 繪出軸的計算簡圖 ，如圖低速軸的彎矩和轉(zhuǎn)矩（a）受力簡圖；（b）水平面的受力和彎矩圖；（c）垂直面的受力和彎矩圖；（d）合成彎矩圖；（e）轉(zhuǎn)矩圖；（f）計算彎矩圖 計算作用在軸上的作用力. 齒輪的受力分析：圓周力 （N） 徑向力（N）軸向力 （N） 計算支反力水平面內(nèi) 156 = 243.5得 = 7917.78(N) = 4441.06 (N)垂直面內(nèi) 得575.63 N 得4096.63 N 作彎矩圖水平面內(nèi) = 156= -692805.36 N.mm 垂直面內(nèi) N.mm N.mm合成彎矩 N.mm N.mm 作扭矩圖 = 2101930 N.mm 作計算彎矩圖當(dāng)扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取系數(shù) = 0.6 N.mm N.mm N.mm 按彎扭合成力校核周軸的強度軸的材料為45號鋼，調(diào)制，查表得拉伸強度極限= 650MPa，對稱循環(huán)變應(yīng)力時得許用應(yīng)力b60MPa由計算彎矩圖可見，C剖面得計算彎矩最大，該處得計算彎矩為bD剖面軸徑最小，該處得計算應(yīng)力為b(5) 軸的結(jié)構(gòu)簡圖 七、選擇滾動軸承及壽命計算1、校核軸的兩圓錐滾子軸承30308 GB/T 297-1994（其中C86.2kN，） 1）計算軸的受力SA Fa SBA B Fa1701.18 N 查機械設(shè)計課程設(shè)計表13-1得： 所以軸承A被“壓緊”，軸承B被“放松” 2）計算軸受到的當(dāng)量動載荷和： 查表對于軸承A取 對于軸承B取 取 則 N因為，所以按軸承A驗算軸承壽命2、校核軸的兩圓錐滾子軸承30210 GB/T 297-1994（其中C72200N，） 1）計算軸的受力SA Fa SBA B Fa1957.36N 查機械設(shè)計課程設(shè)計表13-1得： 所以軸承A被“壓緊”，軸承B被“放松” 2）計算軸受到的當(dāng)量動載荷和： 查表對于軸承A取 對于軸承B取 取 則 N因為，所以按軸承A驗算軸承壽命3、校核軸的兩圓錐滾子軸承30214 GB/T 297-1994（其中C125000N，） 1）計算軸的受力SA Fa SBA B Fa3460.53N 查機械設(shè)計課程設(shè)計表13-1得： 所以軸承B被“壓緊”，軸承A被“放松” 2）計算軸受到的當(dāng)量動載荷和： 查表對于軸承A取 對于軸承B取 取 則 因為，所以按軸承B驗算軸承壽命八、鍵連接的選擇和強度校核：1、 高速軸與V帶輪用鍵連接：（1） 選用圓頭普通平鍵（A型）按軸徑30mm及輪轂長度120mm，查機械設(shè)計課程設(shè)計附表10-1選鍵.（2） 強度校核： 鍵材料選用45號鋼，V帶輪材料為鑄鐵，查表得鍵聯(lián)接得許用應(yīng)力 鍵的工作長度： 鍵與輪轂的槽的接觸高度： 則鍵的工作擠壓應(yīng)力： 可見鍵達(dá)到擠壓強度要求。2、 中間軸與齒輪的鍵連接：（3） 由于齒輪的精度為8級，且齒輪不在軸端，因此選用圓頭普通平鍵（A型），后來因為用單鍵校核發(fā)現(xiàn)強度達(dá)不到要求，因此選用雙鍵。根據(jù)，輪轂長為55mm，查附表10-1選鍵（4） 強度校核： 鍵材料選用45號鋼，查表得鍵的許用擠壓應(yīng)力 鍵的工作長度： 鍵與輪轂的槽的接觸高度： 則鍵的工作擠壓應(yīng)力： 可見鍵達(dá)到擠壓強度要求。3、 低速軸與齒輪的鍵連接：（5） 由于齒輪的精度為8級，且齒輪不在軸端，因此選用圓頭普通平鍵（A型）。根據(jù)，輪轂長為110mm，查附表10-1選鍵（6） 強度校核： 鍵材料選用45號鋼，查表得鍵的許用擠壓應(yīng)力 鍵的工作長度： 鍵與輪轂的槽的接觸高度： 則鍵的工作擠壓應(yīng)力： 可見鍵達(dá)到擠壓強度要求。4、 低速軸與聯(lián)軸器用鍵連接：（7） 選用圓頭普通平鍵A型按軸徑60mm及輪轂長度142mm，查附表10-1選鍵.（8） 強度校核： 鍵材料選用45號鋼，查表得鍵的許用擠壓應(yīng)力 鍵的工作長度： 鍵與輪轂的槽的接觸高度： 則鍵的工作擠壓應(yīng)力： 可見鍵達(dá)到擠壓強度要求。九、選擇聯(lián)軸器輸出端聯(lián)軸器連接減速器低速軸與工作機之間,由于軸的轉(zhuǎn)速較低,傳遞轉(zhuǎn)矩比較大,且減速器工作機常不在同一機座上,要求有較大的軸線偏移補償,且為了緩和沖擊,避免振動影響減速器內(nèi)傳動件的正常工作,可選用有彈性元件的撓性聯(lián)軸器,據(jù)此選用彈性柱銷聯(lián)軸器,材料為45鋼.聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩,查表取工作情況系數(shù)KA1.5，故計算轉(zhuǎn)矩為由軸的直徑