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1、 機械設計課程設計 姓名：袁 帆 學號： 2011040191011 專業(yè)：機械設計制造及其自動化一班 一、電動機的選擇 1. 確定電動機類型 （ 1）工作時輸出功率 Pw P w = F v/1000 =7650x0.5/1000 =3.82

2、5kw (2) 電動機所需的輸出功率 η總=0.94x0.98x0.99x0.99x0.99x0.96=0.858 P 0 =P / η 總 =3.825/0.858=4.458kw w P=(1~1.3)P0=4.458~5.795kw 查手冊知可選擇 Y132M2-6型號的電動機，該電動機的 轉(zhuǎn)速為 960r/min. 2. 各級傳動比的分配 （ 1）分配傳動裝置各級傳動比 n w=60x1000V/( π D)=79.62 n0=i 總 xnw=i 帶 xi 齒 x79.62 =

3、 (2-4)x(3-5)x79.62=477.9-1593r/min n d=1000r/min,nm=n0=960r/min （ 2）總傳動比 i 總=n0/n w=960/79.62=12.057 i 帶=3;i 齒=i 總/i 帶=4.02 3. 運動及動力參數(shù)計算 (1) 各軸轉(zhuǎn)速計算 n I =n0/i 帶=960/3=320r/min n II =nI /i 齒=320/4.02=79.6r/min=n III （ 2）各軸功率計算 P 0=4.458kw P I

4、 =P0x0.94=4.458x0.94=4.19kw P II =PI x0.98x0.99=4.065kw P III =PII x0.99x0.99=3.984kw （3）各軸轉(zhuǎn)矩計算 T 0=9.55x1000000xP  0/n  0=44.35N*  m T I =9.55x1000000xP  I /n  I =125.045N*  m T II =9.55x1000000xP  II /n  II =487.698N*

5、  m T III =9.55x1000000xP  III  /n  III  =477.98N*  m 參數(shù) 軸名 0 軸 I 軸 II 軸 III 軸 轉(zhuǎn)速 n（ r/min ） 960 320 79.6 79.6 功率 p(kw) 4.458 4.19 4.065 3.984 m 44.35 125.045 487.698 477.98 轉(zhuǎn)矩 T（N*

6、） 傳動比 i i 帶=3 i 齒=4.02 i=1 效率 η 0.94 0.9702 0.9801 二．傳送帶的選擇 1.P ca=kAP=1.1x4.458=4.9038kw 2. 由 Pca 和 n 查表可知選 A 型帶 3.d d1=112cm,dd1 為小帶輪的基準直徑 帶速 v=π x112x960/(60x1000)=5.627 m/s 大帶輪直徑 dd2=idd1=3x112=336 mm 查表圓整為 dd2=355mm 4.3

7、26.9mm<= 初定中心距 a0<=934mm 初定 a0=500mm 傳送帶所需基準長度 Ld L d0=2a0+π /2x(d  d1+dd2)+(d  d1+dd2)(d  d1+dd2)/(4  a0) =1762.715 mm L d=1800mm a=a 0+(L d-L d0)/2=518.643 mm a min=a-0.015L d=491.643 mm a max=a+0.03L d=572.643 mm 5. 包角 α

8、 =180-（dd2-dd1 ）57.3 /a=153.153 >=90 6. 由 dd1=112cm， n1=960r/min, 查表得 P0=1.1596kw 根據(jù) n1=960r/min ，i=3 和帶型為 A 型， P0=0.11kw 查 表可得 kα=0.926,k L=1.01 P r =(P 0+ P0)xk αxk L=1.188kw Z=P ca/Pr=4.128 取 5 根 三．齒輪的選取 1. 選取齒型，精度，材料，齒數(shù) （ 1）選用智齒圓柱齒輪 （ 2）采

9、用 8 級精度 （ 3）小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS；大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS，二者材料硬度差 為 40HBS。 （ 4）小齒輪 Z=24，大齒輪 Z2=4.02x24=96.48 取 Z=97 2. (1) 小輪分度圓直徑 d1t 2.323 ktT2 u 1 ( ZE ) 2 d u [ H ] A. 查表得 Kt=1.3 B.T 1=(95.5x10 5xP1)/n 1=1.250x10 5N*mm C. φ d=1

10、 D.Z E 1/2 =189..8MPa E. 小齒輪接觸強度疲勞極限 σ Hlim1 =600MPa,大齒輪 接觸強度疲勞極限 σ Hlim2 =550MPa F.N 1=60n1jL h=60x320x1x10x300x8=4.608x10 5N* mm N 2=(4.608x10 5)/4.02=1.146x10 8 N* mm G. 查表得 KHN1=0.95,K HN2=0.97 H. 失效率為 1%， S=1

11、[ σ H] 1=（ KHN1xσ Hlim1 )/S=570MPa [ σ H] 2=（ KHN2xσ Hlim2 )/S=533.5MPa (2)A. 小輪分度圓直徑 d1t 2.323 ktT2 u 1 ( ZE )2 d u [ H ] 代 入 數(shù) 值 計 算 得 d=68.449 mm B. 圓周速度 v=（ πxd 1t xn1)/(60x1000)=1.146 m/s C. 齒寬 b=φ dxd1t =68.449

12、 mm D. 模數(shù) mt=d1t /Z 1=2.852 mm 齒高 h=2.25mt =6.417 ， b/h=10.667 E. 載荷系數(shù) 根據(jù) v=1.146m/s ，精度為 8，Kv =1.1 查表得 KHα=KF α=1， KA=1;  小齒輪相對支撐非對稱時，  KHβ=1.459 由 b/h=10.667 ， KHβ=1.459 得 KFβ=1.38 則 K=KAKvKHαKHβ=1x1.1x1x1.459=1.605 F.d1=d1t (K/K t ) 1/3 =73.4

13、46 mm G.m=d /Z =3.06 1 1 3. 齒根彎曲 m 2KT1 YF YS 3 [ F ] d Z12 (1) 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 A. 小齒輪的彎曲疲勞強度極限 σ FE1=500MPa, 大齒輪的彎曲疲勞強度極限 σ FE2=380MPa B. 查表得，小齒輪彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=0.92 ， 大齒輪彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN2=0.95 C. 彎曲疲勞許用應力，取 S=1.4 ， 小齒輪彎曲疲勞許用應力 [ σ F] 1=KFN1σ

14、FE1/S=328.571MPa, 大齒輪彎曲疲勞許用應力 [ σ F] 2=KFN2σ FE2/S=257.857MPa D. 載荷系數(shù) K=KAKvKHαKFβ=1x1.1x1x1.38=1.518 E. 小齒輪齒形系數(shù) YFa1=2.65 ，大齒輪齒形系數(shù) YFa2=2.186 F. 小齒輪應力校正系數(shù) Ysa1=1.58 ，大齒輪應力校正系數(shù) Ysa2 =1.787 G. 計算大小齒輪的 YFaYsa/[ σ F] 小齒輪 YFa1Ysa1/[ σ F] 1=0.01274 ，大齒輪 YFa2Ysa2/[ σ F] 2=0.015

15、15 （ 2） 2KT1 YF YS m 3 d Z12 [ F ] 帶入數(shù)值計算得 m=2.153mm m 就近圓整為標準值 m=2.5mm 小齒輪齒數(shù) Z1 =d1/m=29.378 取 30， 大齒輪齒數(shù) Z2 =4.02Z 1=120.6 取 121 4. 幾何尺寸 （ 1）分度圓直徑 小齒輪分度圓直徑 d1=Z1 m=30x2.5=75mm 大齒輪分度圓直徑 d2=Z2 m=121x2.5=302.5 mm (2) 中心距 a=(d 1+d2)/2=188.75 mm

16、 (3) 齒輪寬度 b=φ dd1=75mm 四．低速軸的設計 設計圖所示的單級直齒圓柱齒減速器的低速軸，已知 該軸的功率為 p＝ 4.065kw ，轉(zhuǎn)速 n1＝ 79.6r/min ，大齒輪 寬度 b＝ 45mm，單向轉(zhuǎn)動，軸的材料無特殊要求。 (1) 選擇軸的材料，因為軸的材料無特殊要求，所以選擇 45 鋼，正火處理。 (2) 初步估計軸的最小直徑 d min=A(p/n 1) 1/3 =110x(4.065/79.6) 1/3 =40.811 mm 考慮該軸段上有一個鍵槽，故應將

17、直徑增大 5％ d d=40.811x1.05=42.852 mm 圓整為 d=45mm 選擇聯(lián)軸器： 查教 材 相 關表 格得 工 作 機為 帶式 運 輸 機時 ， K＝ 1.25 ～ 1.5 ，取 K＝ 1.3 計算轉(zhuǎn)矩： T c＝KT＝ 1.3x487.698=634.007N* m 按照計算轉(zhuǎn)矩應小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件可選擇 LX3 型彈性柱銷聯(lián)軸器 (3) 軸低速軸的設計 各軸的直徑如圖 7

18、 6 5 4 3 2 1 軸段 1 的直徑已經(jīng)由前面的計算確定為 d1＝ 45mm 軸段 2 的直徑 d2 應在 d2 的基礎上加上 2 倍的軸肩的高度， 這里的軸肩為定位軸肩，可取 h ＝（ 0.07 ～ 0.1 ）d。這里取 h12＝ 4.5 d 2＝ d1＋ 2h12＝ 45+2x4.5=54  mm密封圈，故直徑  d2 還應符 合密封圈的標準，取 d2 =55mm 軸段 3 的直徑 d3 應在 d2 的基礎上增加 2 倍軸肩的高度， 此處為非定位軸，一

19、般情況下，非定位軸軸肩可取 h＝ 1～ 2mm。而且其直徑要與滾動軸承內(nèi)徑相符合。滾動軸承內(nèi)徑 在 20～295mm內(nèi) 5 的倍數(shù)，故選 d3＝d7＝55mm 軸段 4 上安裝齒輪，軸段 4 大于軸段 3 只是為了安裝齒 輪方便，不是定位軸肩，應按非定位 軸肩計算，取 h34＝ 1.5 mm，則 d4＝ d3+2h34＝ 55+2*1.5 ＝ 58mm 軸段 5 的直徑 d5＝ d4+2h45，h45 是定位軸環(huán)的高度，取 h45 ＝（ 0.07 ～ 0.1 ）d4＝ 5mm d 5=58+2x5=68mm

20、 軸段 6 的直徑 d6 應根據(jù)所用的軸承類型及型號查軸承標 準取得，預選該軸段用 6311 軸承查得 d6 ＝65mm 各軸段的長度 軸段 4 因為安裝齒輪， 故該軸段的長度 L4 與齒輪寬度有 關，為了是套筒能頂緊齒輪輪廓，應使 L4 略小于齒輪輪轂的 寬度，一般情況下， b 齒輪 － L4＝ 2～3mm，b 齒 ＝75 故 L4＝ 72mm 軸段 3 的長度包括兩個部分， L3 ＝ B+△ 2+△ 3+3mm L 3＝ 31+14+5+3=53mm 軸段 2 的長度應該包括三個部分

21、， L2＝ L1+e+m，其中 L1 部分為聯(lián)軸器的內(nèi)端面至軸承端面的距離，通?？扇?15～ 20mm； e  部分為軸承的厚度，查表，  e＝1.2d  3＝ 1.2*10  mm＝ 12mm； m的部分則為軸承端蓋的止口端面至軸承座孔邊緣的距 離，此距離應按軸承蓋的結構形式、密封形式及軸承座孔的 尺寸來確定，課程設計時這一尺寸要通過作圖來進行確定， 要先確定軸承座孔的寬度，軸承座孔的寬度減去軸承寬度和 軸承距離箱體內(nèi)壁的距離△ 3 就是這一部分的尺

22、寸。 軸承座孔 寬度 L 座孔 ＝ δ +c1 +c2+（ 5~10） mm，查表，這里取 δ＝ 8mm； c1，c2 為軸承座旁連接螺栓到箱體外壁及箱邊的尺寸， 應根 據(jù)軸承座旁連接螺栓的直徑查表得， c1＝ 20mm、c＝ 16mm。為 加工軸承座孔端面方便，軸承座孔的端面應高于箱體的外表 面，一般可取兩者的差值為 5～10mm；故最終 L 座孔 ＝ 8+20+16+6 ＝ 50mm m＝ L 座 孔 － △ 3-B ＝ 50-5-31 ＝ 14mm， L2 ＝ L1+e+m＝ 15+12+14

23、＝ 41mm 軸段 1 安裝聯(lián)軸器，其長度 L1 與聯(lián)軸器的長度有關。根 據(jù)第二步選用 LX3 型彈性柱銷聯(lián)軸器，查表得 L 聯(lián)軸器＝ 84 ，考慮到連鑄器的連接和固定的需要，使 L1 略小于 L 聯(lián) mm 1 ＝ 82 。 軸器，取 L mm 軸段 5 長度即軸環(huán)的寬度 b ＝1.4h 45=8mm，取 L5＝8mm軸段 6 長度 L6 由△ 2, △3 的尺寸減去 L5 來確定， L6＝△ 2+ △ 3 -L 5＝11mm 軸段 7 長度 L7 應等于或略大于滾動軸承的寬

24、度 B，B＝ 31， 取 L7 ＝ 32mm 軸的總長度等于各軸段的長度之和： L 總長＝ L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7＝ 299mm 五 . 高速軸設計 (1) 確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 40Cr 調(diào)質(zhì)處理，取 A=110，則得： dmin A * 3 p1 110 3 4.19 320 25.927mm n1 綜合軸的強度，取 d0=30mm (2) 軸的結構設計（見下圖）

25、 1 2 3 4 5 6 7 A. d1 段設計 由于該段裝有皮帶輪，且皮帶輪結構為 5 根 A 型 V 帶， 孔徑 d=30mm,查得 L=65mm。 B. d2 段設計 有皮帶輪的右端靠軸肩軸向定位， 按要求 h>0.07d ，取 h=4mm,則 d2=38mm。 C. d3、d7 段設計 d3 與 d7 段的結構尺寸相同， d2 段右側(cè)不需軸向定位， h=(1~3) mm，取 h=2mm,則 d3=40mm，d3 段口裝有軸承，由于該 軸，只受到徑向力，綜合價格和安

26、裝尺寸的誤差考慮。選用 深溝球軸承，型號為 6211，其尺寸為； DxPxT=40x80x18，軸 段 l 3 =l 7=18mm D. d5 段設計 前已計算出， d5=68mm,l 5=65mm E. d4、 d 6 段設計 d 4 段，與 d6 段的結構尺寸相同，由箱體設計時已確定， 輪段面距機箱內(nèi)端距離為 11mm，故 L4＝L6 ＝11mm.軸承右測 需軸向定位，故  h>0.07  d3，取  h=4mm， d4=d6=48mm

27、 F. d2 段長度設計 由箱體設計時的箱體壁距凸臺外測的距離 L=43mm 墊圈厚度 1=2mm，端蓋厚度 2=8mm，伸進長度為 12mm 箱體壁厚為 3=8mm。為了便于端蓋的拆裝以及皮帶輪 不與箱體接觸，故需軸留出 25～ 30mm長度，取 L=29mm。 所以 L2=43+10+8+29－18=72mm 為了使端軸承端蓋的伸進端頂住軸承，以免發(fā)生軸向 移動，故需裝上一個軸 L=13mm G.軸的總長度 L= L1+L2+L3+L4+L5+ L6+ L7=65+72+18+11+65+11+18=2

28、60mm 六 . 低速軸軸的強度校核 圓周力 F t = 2000 T2 =2000487.698/302.5=3224.450N d  2 徑向力  Fr  =  Ft  tan=3224.450  tan20  =1173.604N 由于為直齒輪，軸向力  Fa =0 L=144  mm RHA = RHB =0.5  Ft  =0.5  3224.450=16

29、12.225N M HC =0.5  RHA L=1612.225  144 0.5/1000=116.080N*  m RVA  = RVB =0.5  Fr =0.5  1173.604 =586.802 N*  m M VC  =0.5  RVA L=586.802  144 0.5/1000=42.250 N*  m 轉(zhuǎn)矩  T=487.698N*  m M C = M H

30、C 2 M VC 2 =（ 116.080 2+42.250 2）1/2 =123.530 N*m M e = M C 2 aT 2 =（ 123.530 2+292.619 2）1/2 =317.625 N*m 由圖表查得， 1 b =55MPa 3 M e 1/3 =38.653 mm d≥ 10 =10（ 317.625/5.5 ） 0.1 1 b d=38.653 mm<45mm 則強度足 七 . 高速軸的強

31、度校核 L=123mm RVA = RVB =0.5 Fr =0.5 1173.604=586.802N M VC =0.5 RVA L=586.802 123 0.5/1000=36.088N* m RHA = RHB =0.5 Ft =0.5 3224.450 =1612.225 N* m M HC =0.5 RHA L=1612.225 123 0.5/1000=99.152 N*m 轉(zhuǎn)矩 T=125.045 N* m M C = M HC M VC 2 =（99.152 2 +36.088 2 1/2

32、 2 ） =105.515 N*m M e = M C aT =（ 105.515 2 +75.027 2 1/2 2 2 ） =129.470 N*m 由圖表查得， 1 b =55MPa 3 M e 1/3 =28.660 mm d≥ 10 =10（ 129.470/5.5 ） 0.1 1 b d=28.660 mm<30mm 則強度足夠

33、 八．鍵的選用和計算 （ 1）高速軸鍵聯(lián)接選用及計算 皮帶輪安裝處，軸徑為 d=30mm。查手冊選擇鍵 87 60 鍵的接觸長度： L’ =L－b=60－8=52mm. 接觸高度； K’=h/2=7/2=3.5 mm 查得鍵聯(lián)接的擠壓許用應力 [ δp ]=200MPa 許用剪應力 [T]=125Mpa EP1=2T1/d 1lk= 2 0.0955 106 10-3 /30 52 3.5 109=34.98Mpa （2）低速軸鍵聯(lián)接選用及計算 τ =2T1/d 1lk=34.98 ≤ 125Mpa

34、 齒輪安裝處。輪徑為 d=58mm, 選擇鍵 16 10 50 鍵的截面長度為： 50-16=34 mm 接觸高度為： K=h/2=5mm Ep2=2T2/dlk =468 105 10-3 /58 34 5 10-9 =94.93 T2=94.93MPa≤ [ τ ] 安裝聯(lián)軸器處，軸徑為 d=45mm 選擇鍵： 149 72 鍵的接觸長度： L‘=72-14=58 mm 接觸高度： K=h/2=9/2=4.5 mm Ep3=2T2/d lk =2 4.68 10510-3 /58 4.5 45

35、 10-9 =76.69 MPa≤ [Ep] T=76.69 ≤ [ τ ] 故高速軸與低速軸的強度滿足要求 九 . 箱體主要結構尺寸計算 箱座壁厚 1 箱蓋壁厚 21 箱座加強肋厚 22 箱蓋加強肋厚 箱座分箱面凸 b 緣厚 箱蓋分箱面凸 b1 緣厚 b2 箱座底凸緣厚 d f 地腳螺栓 d1 軸承旁螺栓 聯(lián)結分箱面的 d2 螺栓 d3 軸承蓋螺釘 d4 檢查孔螺釘 d 定位銷直徑

36、 n 地腳螺栓數(shù)目 d f 、 d1 、 d2 至外 C1 箱壁距離 d f 、 d2 至凸緣壁 C2  ＝0.025a 3 0.025 156 3 6.9 1＝0.02a 3 0.02 156 3 6.12 21＝0.85 0.85 8 6.8 22＝0.85 1 0.85 8 6.8 b 1.5 1.5 8 12 b1 1.5 1 1.5 8 12 b2 2.5 2.5 8 20 d f 0.036a

37、12 = 0.036 156 12 17.62 d1 0.7d f ＝0.7 20＝14 d 2 ( 0.5 ~ 0.6)d f 0.6 20 12 d 3 (0.4 ~ 0.5)d f 0.5 20 10 d 4 ( 0.3 ~ 0.4)d f 0.4 20 8 d (0.7 ~ 0.8)d 2 0.8 12 9.6 a 250 時， n 4 由推薦用值確定 由推薦用值確定  ＝8mm 1＝8mm 21＝7mm

38、 22＝7mm b 12mm b1 12 mm b2 20mm d f 20mm d1 14 mm d2 12mm d3 10mm d 4 8mm d 10 mm n 4 C1 18mm C2 14mm 距離 R1 L1 D1 D 2 D3

39、 h hd  軸承旁凸臺半 徑 軸承座孔外端面至箱外壁的距離 軸承座孔外的 直徑 軸承螺栓的凸臺高 箱座的深度  由推薦用值確定 R1 18mm L1 C1 C 2 (5 ~ 10) L1 40mm 軸承孔直徑 (5 ~ 5.5)d 3 h (0.35 ~ 0.45)D 2 hd ra 30 ， ra 為浸入油池 內(nèi)的最大旋轉(zhuǎn)零件的外 圓半徑 hd 170mm d4 276.9 30 hd 30 2 2