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机械设计基础课程设计说明书范例

机械设计基础课程设计说明书范例

一、设计任务书 (2)

二、拟定传动方案 (2)

三、选择电动机 (2)

四、计算传动装置的总传动比及其分配各级传动比 (4)

六、V带传动设计 (5)

七、齿轮传动设计 (7)

八、高速轴轴承的设计 (8)

九、高速轴直径和长度设计 (10)

十、高速轴的校核 (11)

十一、低速轴承的设计 (13)

十二、低速轴直径和长度设计 (14)

十三、低速轴的校核 (15)

十四、键的设计 (17)

十五、箱体的结构设计 (18)

十六、减速器附件的设计 (20)

十七、润滑与密封 (22)

十八、课程设计总结 (23)

十九、参考文献 (23)

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定方案

选择电动机

1、电动的类型和

按工作求和工作选用一Y IP44)系列相异步电

它为卧

2、电动

(1)工机所需功w p

1250 1.5010001000w FV p ?===

(2)电机输出功d p

η

w

d p p =

传动装的总效率

5

43221ηηηηη????=式中,

21η、…为

电动机至

卷筒之间的各传动机构和轴承的效率。由表2-4[2]查得:V 带传动1η=0.95;滚动轴承2η=0.99;圆柱齿轮传动3η=0.97;弹性连轴器4η=0.99;卷筒轴滑动轴承5η=0.98,则

总效率2

0.950.990.980.990.970.876η=????≈ 故 1.88

2.150.876

w

d p p KW η

=

=

≈ (3)电动机额定功率ed p

依据表20-1[2]选取电动机额定功率 2.2ed p KW =

3、电动机的转速

为了便于选择电动机的转速,先推算电动机转速的可选范围。由表2-1[2]

查得V 带传动常用比为范围,4~2'

1=i 单级圆柱齿轮传动6~3'

2=i 则电动

机转速可选范围为

'''12716~2866/min d w n n i i r ==

初选同步转速分别为1000r/min 和1500r/min 的两种电动机进行比较如下表: 结果:

1.88w p kw =

0.876η=

2.2ed p kw

=

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9407.9119.4

m w n i n =

=≈

i=7.92、分配各级传动比:

取V 带传动比i 1=2.5。则单级圆柱齿轮减速器的传动比为

217.9 3.162.5

i i i ==≈ 所得i 2符合一般圆柱齿轮传动和单级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。

五、传动装置的运动和动力参数

1、各轴转速

按电动机额定功率为0轴,减速器高速轴为一轴,低速轴为2轴,各轴转速为

0940/min m n n r ==

011122960 376/min 2.5384119/min 3.16

n n r i n n r i ==≈=

=≈

各轴输入功率

按电动机额定功率P ed 计算各轴输入功率,即 P 0=P ed =2.2kw

P 1=P 0η1=2.2?0.95≈2.09kw

P 2=p 1η2η3=2.88?0.990.97 2.01KW ?≈ 2、各轴转矩

00011122239550955022.359402.0995********.083762.019550

9550161.31119

p T N m n p T N m n p T N m n ==?=?==?=?==?=?

六、V 带传动设计

1、计算功率c p

1.2

2.64c ed p p kw =?=

2、选普通V 带型号

根据12.64,940/min,c p kw n r ==由[1]图13-15查出此坐标点位于A 型与Z 型交界处,现暂按选用A 型计算。 3、求大、小带轮基准直径12d d 、。

结果:

123940/min 376/min 119/min

n r n r n r ===

012 2.22.092.01p kw p kw p kw

===

由[1]表13-7,取1112,d mm =由[1]式13-9得

1

22

(1)940/376112(10.02)274.4n d d mm n ε=

-=??-= 由表13-7取2280d mm = 4、验算带速v

11

112940

5.512/601000

601000

d n v m s ππ??=

=

≈??

带速在5~25m/s 范围内,合适。 5、求V 带基准长度d L 和中心距a

初步选取中心距

()0121.5 1.5(112280)588a d d mm =?+=?+=

取0600a mm =,符合)(2)(7.021021d d a d d +<<+。 由[1]式13-2得带长

22

0021210(280112)2()()/42600(112280)1828224600

L a d d d d a mm

ππ-=+++-=?+++=?查[1]表13-2,对A 型带选用2000d L mm =在由[1]式13-16计算中心矩

0020001828

60068622

d L L a a mm --≈+

=+= 6、验算小带轮包角1α 由[1]式13-1得

000021

118057.3180(280112)/60057.3166120,d d a

α-=-

?=--?≈>合适

7、求V 带根数z

由[1]式13-15得

L a c

K K p p p z )(00?+=

令11940/min,112,n r d mm ==查[1]表13-3得

0 1.15p kw =

由[1]式13-9得传送比

结果:

12112280d mm d mm

==`

01828L mm =

21280 2.25(1)112(10.02)

d i d ξ===--

查[1]表13-4得kw p 11.0=?

由0

1166=α查[1]表13-5得;97.0=a K 查[1]表13-2得 1.03l K =,由此可得

00 2.25

1.74()(1.150.11)0.97 1.03

c L p z p p K K α==≈+?+??

取2根。

8、求作用在带轮上的压力Q F

查[1]表13-1得q=0.10kg/m,故由[1]式13-17得单根V 带的初拉力

()220500500 2.2

2.5/1 2.5/0.971)0.1 5.512160.42 5.512

c p F K qv N zv α?=

-+=

-+?≈?(作用在轴上的压力

1

01662sin 22160.4sin 636.8222

Q F zF N α==???=

七、齿轮传动设计

1、选择材料、精度及参数

小齿轮:45钢,调质,HB=220([1]表11-1) 大齿轮:45钢,正火,HB=190([1]表11-1) 先采用9级精度

因12560,540Hlin Hlin MPa MPa σσ==([1]图11-7c ),1.1=h s ([1]表11-4),故

1lim12lim2[]/560/1.1509[]/540/1.1491H F H H F H S MPa S MPa

σσσσ======

因1lim2190,160Flin F MPa MPa σσ==([1]图11-10c ),3.1=F S ([1]表11-4)。故

1lim12lim2[]/190/1.3146[]/160/1.3123F F F F F F S MPa S MPa

σσσσ======

2、按齿面接触强度设计

设齿轮按九级精度制造。取载荷系数K=1.2,齿宽系数4.0=α?有上式

知小齿轮的转矩3

153.110T N mm =??,按式[1](11-5)计算中心距(已

结果:

2z =

636.82Q F N

=

9级精度

知21/ 3.2u z z ==)

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((3.2120a u mm ≥+=+=

齿数130z =,则21 3.23096,z uz ==?=故实际传动比i=84/283≈.2

模数1222120

1.903096

a m mm z z ?=

==++

按[1]表4-1取m=2.5mm. 确定中心矩12 2.5()(3096)157.522

m a z z =

+=+= 齿宽0.4157.563a b a mm σ==?= 取2170,63b mm b mm == 则齿轮直径可得1

2+=

u a

d 1212120

574.2

57 3.2182.4d mm

d d u mm ?=

≈=?=?≈ 3、验算齿轮弯曲强度

齿形系数122.6, 2.2F F Y Y ==([1]图11-9) 按[1]式11-8验算齿轮弯曲强度

3

11

1122

122 1.251.310 2.628[]63 2.530

F F F KTY MPa bm z σσ????===

1 2.530376

1.48/601000

601000

d n

v m s ππ???=

=

≈??

八、高速轴轴承的设计

(轴从右至左依次为1,2,3,4,5,6,7)

带轮作用在轴上的力636.82F N =

高速轴的齿轮直径为175,d mm =扭矩153.1T N M =? 则作用于齿轮上的圆周力: 结果:

123096

3.22.5z z i m mm

====

3

112251.3101863.270

t T F N d ??===

径向力:

11tan 1863.2tan 20678.1r t F F N α=?=?≈

法向力:111863.2

1941.6cos cos20

t n F F N α==≈

由已知条件知道工作时间为8年,且每天两班制工作,则大概总的各种时间为

36108257600h L h =???=

考虑到最不利的情况,单个轴承所受的径向力为

'11678

33922

r r F F N ==≈

向心轴承只承受径向载荷时

1r F P =

由式16-3[1]知基本额定动载荷

N L n f P f C h t p ε/16)10

60(= 查表16-9,16-10[1]得

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轴承的外形如图:

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结果:

1111863.2678.11941.6t r n F N F N F N

===

9.0c kN =

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305513d mm D mm B mm

===

12345622.42130343930d mm d mm d mm d mm d mm d mm

======

340L mm =

确定2L 的长度:表3-1[2]

地脚螺钉直径mm a d f 1712140036.012036.0=+?=+?= 箱盖、箱座连接螺栓直径

mm d d f 5.8175.0)6.05.0(2=?=-=

则计算后估计mm

L mm L mm

L 112235572===

十、高速轴的校核

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e)

f)

轴的跨度

7

3456713622

B L L L L L L L mm =++++-

-= (1)求垂直面的支承反力

11211678233922

339r v v v L

F Fr F N L F F N

?

====== (2)求水平面的支撑反力

1121863.2931.622

t H H F F F N ==

== 结果:

123456739354058112422L mm L mm L mm L mm L mm L mm L mm

=======

(3)F 在支点产生的反力 121636.8265431.296

636.82431.21068F F F F K F N

K F F F N

??==≈=+=+= 外力F 作用方向与带的布置有关,在未有具体确定前,按最不利的情况考虑。

(4)绘垂直面弯矩图

2'0.096

33916.272216.27av v av av L M F N m

M M N m

=?=?=?==?

(5)绘水平弯矩图

10.096931.644.7222

aH H L M F N m =?

=?=? (6)F 力产生的弯矩

2636.820.06541.39F M F K N m =?=?=?

危险截面F 力产生的弯矩

10.096

431.220.7022

aF F L M F N m =?

=?=? (7)求合成弯矩:

考虑最不利情况,把aF M 与2

2

aH av M M +直接相加。

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'2220.7068.2920.7068.2941.39a aF a aF F M M N m

M M N m

M M N m

==≈?==≈?==?

轴传递的转矩T=53.1m N ? (8)求危险截面的当量弯矩

可知齿轮的中间为危险面,其产生的弯矩认为轴为脉动循环变应力取其中折合系数6.0=α

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75.35e M N m =≈?

(9)计算危险截面处的轴直径。材料为45钢,调质表14-1[1],表14-3[1]查得

MPa

MPa

b b 60][6501==-σσ

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23.24d mm ≥=≈

结果:

121212339339931.6931.6431.21068V V H H F F F N F N F N F N F N F N

======

'2'

216.2716.2749.141.3920.7068.2968.2941.3975.35av av aH F aF a a e M N m M N m M N m M N m M N m M N m

M N m

M N m M N m

=?=?=?=?=?=?=?=?=?

考虑到键槽对轴的削弱,将d 加大4%,故 1.0423.2424.17d mm =?=

设计中取得直径大于此值,所以设计中的数值符合。

十一、低速轴承的设计

带轮作用在轴上的力636.82F N =

高速轴的齿轮直径为2182.4d mm =扭矩2161.3T N m =? 则作用于齿轮上的圆周力:

3

22222161.3101768.64182.4

t T F N d ??===

径向力:

22tan 1768.64tan 20643.7r t F F N α=?=?≈

法向力:

221768.64

1882.33cos cos20

t n F F N α=

=≈ 由条件知道工作时间为8年,且每天两班制工作,则大概总的各种时间

360108257600h L h =???=

考虑到最不利的情况,单个轴承的所受的径向力为

'22643.7

636.82958.6722

r r F F F N =+

=+≈ 向心轴承只承受径向载荷时2r F P = 由式16-3[1]得知基本额定动载荷

N L n f p f C h t p ε

/161060??

?

??= 查表16-9,16-10[1]得

13

6

11.21.2643.760117.5576005720 5.7110t p f f C N KN ==????

=

?== ???

低速深沟球轴承的外型尺寸如图所示:

结果:

2221768.64643.71882.33t r n F N F N F N

===

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十二、低速轴直径和长度设计

轴承的内径为35mm,则

3

35

d mm

=

最细的轴径由14-2[1]3

n

p

C

d≥

查表14-2[1]C=118

1

30.4

d mm

≥==

取标准化(表11-2[2])

1

31.5

d mm

=

轴1与轴2相接处有定位轴肩

2

32

d mm

=

轴3与轴4处有套筒定位

mm

d

d39

2

2

3

4

=

?

+

=

54

6

342

38

d d mm

d mm

=+=

=

高速齿轮宽为56mm,取其长度

4

68

L mm

=

结果:

20

37

12

d mm

D mm

B mm

=

=

=

1

2

3

4

5

7

6

31.5

33.5

35

39

42

35

38

d mm

d mm

d mm

d mm

d mm

d mm

d mm

=

=

=

=

=

=

=

由V 带轮的结构知 11 1.531.5L 1.531.546.0s

s L d d d mm mm

====?≈

先初定

mm L 246=

3L 的长度要大于轴和套筒的总合:

mm L 523=

确定2L 的长度:表3-1[2] 地脚螺钉直径

0.036120.036157.51217.67f d a mm =?+=?+=

箱盖、箱座连接螺栓直径

2(0.50.6)0.517.678.8f d d mm =-=?=

则计算后估计mm L 352=

513L mm

=

十三、低速轴的校核

(轴从右至左依次为

1,2,3,4,5,6,7)

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e)

f)

轴的跨度=L 119mm

结果:

123475646355254221324L mm L mm L mm L mm L mm L mm L mm

=======

(1) 求垂直面的支持反力 1121658.5232922

329ri r V V V L

F F F N L F F N

?===≈== (2) 求水平面的支持反力

1121809.2904.622

t H H

F F F N ==== (3) F 在支点产生的反力

121636.2265347.84119

636.82347.84984.66F F F F K F N L F F F N

??==≈=+=+= 外力F 作用方向与带的布置有关,在未具体确定前,按最不利的情况考虑。 (4) 绘垂直面弯矩图 2'0.119

32919.62219.6aV V aV av L M F N m

M M N m

=?=?=?==?

(5) 绘制水平弯矩图

10.119

904.653.822

aH H L M F N m =?

=?=? (6) F 力产生的弯矩

2636.820.06541.4F M F K N m =?=?=?

危险面上F 力产生的弯矩:

10.11939820.722

aF F L M F N m =?

=?=? (7) 求合成弯矩图

考虑最不利的情况,把aF M 与2

2

aH aV M M +直接相加。

=

a M 22aH aV M M +

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+20.777.64aF M N m =≈?

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'2220.777.6441.4a aF F M M N m

M M N m

==≈?==?轴传递

的转矩T=165m N ?

(8) 求危险截面的当量弯矩

可知齿轮的中间为危险面a a -面,其产生的弯矩认为轴为脉动循环变应力取

其中折合系数6.0=a

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125.8e M N m ==≈?

结果:

111212329329904.6904.6347.84984.66V V H H F F F N F N F N F N F N F N

======

'2'19.619.653.841.420.777.6477.64125.8aV aV aH F aF a a e M N m M N m M N m M N m M N m M N m

M N m

M N m

=?=?=?=?=?=?=?=?

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d=29mm

(1)高速轴

轴1段键的长度:L=32mm 轴4段键的长度:L=56mm

平键连接的挤压条件:][4p P dhl

T

σσ≤=

由已知条件知有轻微冲击,则MPa p 120~100=σ。

3

1113

12444453.591047.820732

4435.5910

17.234756

p p T MPa

d hl T MPa d hl σσ??==≈????=

=≈??

高速轴的21p p σσ的验证结果均满足条件的要求。 (2)低速轴

轴1段键的长度:L=40mm 轴4段键的长度:L=50mm

3

21113

2244441651059.531.5840

4416510

42.339850

p p T MPa

d hl T MPa d hl σσ??==≈????=

=≈??

低速轴的21p p σσ的验证结果均满足条件的要求。

十五、箱体的结构设计

(1)箱座高度

27

*

2**

(30~50)2

(2)(962 1.0)3294(22)(96220.25)3280.5294

30201972

a a a f a

d

H d z h m mm

d z h c m mm H mm ≥++?=+?=+??==--?=--??=≥

++=

齿高为:'2294280.513.5a f h d d mm =-=-=

则齿轮浸油深度''

'

13.5h h mm ==符合条件齿轮浸油深度大于10mm 的要求。

总的油深''

3043.5h h mm =+= 箱体内储油宽度大约为57+20*2=97mm

箱体内储油长度大约为1230317a a d d mm ++=

结果:

123256L mm L mm

==

144050L mm L mm

==

197H mm

=

则储藏的油量

339731743.51337581.51337.6Q mm cm =??=≈

单级减速器每传递1kw 的功率所需的油量:.700~3503

cm

'3

3658.92.03

350658.9700Q

Q cm cm =

=<< 符合要求

(2)箱体的刚度设计(表3-1[2]) 1、箱座的壁厚

0.0250.025157.515a mm δ=?+?=?+=

按要求墙壁厚至少取8mm 。 箱座的壁厚δ为9mm. 2、箱盖壁厚

10.020.02157.514a mm δ=?+?=?+=

箱盖的厚度至少为8mm 。 取其壁厚1δ为8mm.

3、箱体凸缘厚度

箱座mm b 5.1395.15.1=?==δ

箱盖mm b 1285.15.111=?==δ 箱底座mm b 5.2295.22=?= 4、加强肋厚

箱座mm m 6.7985.085.0=?=?=δ

箱盖mm m 8.6885.085.011=?=?=δ 5、地脚螺钉直径

10.036120.036157.51217.7d a mm =?+=?+≈

6、地脚螺钉数目

因为mm a 250≤时,n=4 取4颗螺钉

7、轴承旁边连接螺栓直径

10.750.7517.713.3f d d mm ==?≈

8、箱盖、箱座连接螺栓直径

20.50.517.78.85f d d mm ==?=

9、轴承盖螺钉直径和数目(表9-9[2])

结果:

1121112345813.51222.57.66.817.7n 4d 13.3mm

d 8.85mm d 6mm d 5.3mm

mm mm

b mm b mm b mm m mm m mm d mm δδ=============地脚螺钉数目连接螺栓直径箱盖、箱座螺钉直径轴承盖螺钉直径数目四颗

观察孔盖螺钉的直径

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