热能与动力工程专业机械设计课程设计实例

2010/2011学年第1学期《机械设计基础》课程设计2010年11月设计题目：设计数据：运输带传递的有效圆周力F=2200N运输带速度V=1.40m/s滚筒的计算直径D=260mm设计要求：原动机为电动机，齿轮单向传动，有轻微冲击。工作条件：工作时间10年，每年按300天计单班工作（每班8小时）。传动示意图如下：河北工程大学课程设计说明书2电机带传动齿轮减速器链传动联轴器滚筒运输带I轴II轴III轴FVD目录1、电机的选择……………………………………………………………022、确定传动装置的总传动比和分配传动比：…………………………023、传动装置的运动和动力参数…………………………………………034、V带的设计……………………………………………………………045、减速器齿轮的设计……………………………………………………066、轴的设计与校核………………………………………………………087、链传动的设计…………………………………………………………178、联轴器的选择…………………………………………………………189、键的校核………………………………………………………………1910、减速箱的结构尺寸……………………………………………………1911、轴承端盖的参数………………………………………………………2212、带轮的参数……………………………………………………………2313、设计小结………………………………………………………………2314、参考资料………………………………………………………………23河北工程大学课程设计说明书2一、选择电机1、工作机所需功率Pw：Pw=2200*1.40/1000=3.08KWη1－带传动效率：0.95η2－每对轴承传动效率：0.99η3－圆柱齿轮的传动效率：0.975η4－链的传动效率：0.965η5－联轴器的传动效率：0.99η6—滚筒的传动效率：0.96电机至工作机之间的传动装置的总效率：η总=η1*η22*η3*η4*η5*η6=0.95*0.992*0.975*0.965*0.99*0.96=0.832n卷筒=310*60Dv=260*14.31000*4.1*60=102.89r/min2、确定电机转速P电机=Pw/η总=3.08/0.832=3.70KW初选电动机同步转速为1500r/min，根据电动机所需功率和转速查手册第167页表12-1，查出电动机型号为Y1112M—4。其额定功率为4.0KW，转速为1440r/min,工作输出功率为3.70KW。符合所需设计要求。二、确定传动装置的总传动比和分配传动比：总传动比：i总=卷筒电动机nn=89.1021440=14.00Pw=3.08KWη总=0.832n卷筒=102.89r/minP电机=3.70KWn=1440r/min河北工程大学课程设计说明书3平均传动比：i平均=300.14=2.41分配传动比：取i带=2.0；i齿轮=3.2则链i=2i*i带总i=2.1875注：i带为带轮传动比，i齿轮为齿轮传动比，i链为链传动比三、计算传动装置的运动和动力参数：将传动装置各轴由高速到低速依次定为1轴、2轴、3轴,η01,η12,η23依次为电机与轴1，轴1与轴2，轴2与轴3之间的传动效率。1.各轴转速：n1=带电动机in=0.21440=720r/minn2=11in=1i*i带电动机n=2.3*0.21440=225r/minn3=22in=21i*i*i带电动机n=1875.2*2.3*0.21440102.857r/min2.各轴输入功率：P1=P电动机*η01=3.7*0.95=3.515kwP2=P1*η12=3.515*0.99*0.975=3.40kwP3=P2*η23=3.40*0.965*0.99*0.96=3.11KW3.各轴输入转矩：T电动机=9550*电动机电动机nP=24.54NmT1=119550nP=46.62NmT2=229550nP=144.31NmT3=339550nP=288.35Nmi总=14.00i带=2.0i齿轮=3.2i链=2.1875河北工程大学课程设计说明书4四、设计V带：1、确定V带型号查课本P218表13-8得：KA=1.2则计算功率PcPc=KA*P电动机=1.2*3.7=4.44kw根据Pc=4.44kw，n电动机=1440r/min,由课本P219图13-15，选择A型V带。取d1=90mm，则d2=i带*d1*(1-ε)=194.04mm查课本P219表13-9取d2=200mm为带传动的滑动率ε=0.01︿0.022、验算带速：V=1000*60d电动机π=1000*601440*90*14.3=6.78m/s带速在5︿25m/s范围内，合适3、取V带基准长度Ld和中心距a：初步选取中心距a：a0=mmdd43520090*5.1*5.121取a0=450mm符合0.7(d1+d2)a02(d1+d2)由课本P205式（13-2）得：L0=mmdddd02.13624220212210απα查课本P213表13-2取Ld=1400mmd1=90mmd2=200mmV=6.78m/sa0=450mmLd=1400mm河北工程大学课程设计说明书5由课本P220式13-16计算实际中心距：a=a0+20LLd=468.99mm4、验算小带轮包角α：由课本P205式13-1得：α=12056.1663.57*18000120add，合适。5、求V带根数Z：由课本P218式13-15得：Z=LaCKKppP00Δ今n1=1440r/min，d1=90mm,查课本P214表13-3得，P0=1.07KW查课本P216表13-5得,ΔP0=0.17KW查课本P213表13-2得,KL=0.96查课本P217表13-7得,Ka=0.97则85.396.0*97.0*17.007.144.400LacKKPPPzΔ取Z=46、求作用在带轮轴上的压力FQ：查课本P212表13-1得q=0.1kg/m，故由课本P220式13-17得单根V带的初拉力：NqVKZVPFaC71.13378.6*1.0197.05.2*78.6*444.4*50015.2*500220作用在轴上压力：a=468.99mmZ=4F0=133.71NFc=1062.33N河北工程大学课程设计说明书6NzFFC33.1062256.166sin*71.133*4*22sin20α五、齿轮的设计：a.选择材料及确定许用应力由课本P166表11-1,小齿轮用45＃钢调质齿面硬度197︿286HBC大齿轮用45＃钢正火齿面硬度156︿217HBCδ1limH=600Mpaδ1FE=460Mpaδ2limH=380Mpaδ2FE=320Mpa由课本P171表11-5查得，最小安全系SH=1.0,SF=1.25所以，1Hδ=HHS1limδ=600Mpa2Hδ=HHS2limδ=380Mpa1Fδ=FFES1δ=368Mpa2Fδ=FFES2δ=256Mpab.按齿面强度设计设齿轮按8级精度制造，由课本P169表11-3，取载荷系数K=1.5由课本P175表11-6，取齿宽系数φd=0.8由课本P171表11-4，取ZE=188.0，标准齿轮ZH=2.5河北工程大学课程设计说明书7T1=9550*11nP=46.22Nm由课本P171式11-3，d1≥321111**1*2HHEdZZiiKTδΦ=51.87mm取Z1=32,则Z2=i1*32=102.4≈103传动比为3.21875传动比误差2.32.321875.3=0.0058＜5%，在误差范围内可取模数m=11Zd=1.68，由课本P57表4-1取m=2齿宽b=φdd1=0.8*53.86=43.09mm取b2=45mmb1=b2+5=50mm实际上d1=Z1*m=32*2=64mmd2=Z2*m=112*2=224mm中心距a=221dd=222464=144mmc.验算轮齿弯曲强度由课本P173图11-8，P174图11-9得，齿形系数Y1aF=2.56Y1aS=1.63Y2aF=2.22Y2aS=1.82由课本P172式11-5得，δ1F=121112ZbmYYKTaaSF=117.4Mpa＜1Fδ=368Mpaδ2F=δ1F1122aaaaSFSFYYYY=113.68Mpa＜2Fδ=256MpaZ1=32Z2=103m=2b2=45mmb1=50mmd1=64mmd2=224mm中心距a=144mm河北工程大学课程设计说明书8d.齿轮的圆周速度V=1000*60d11nπ=2.41m/s对照表11-2课本P168,可知选用8级精度是可以的e.计算齿顶圆半径及齿根圆半径齿顶高ha=h※a*m齿根高hf=（h※a+c※）m齿顶圆直径da=d+2ha齿根圆直径df=d-2hf由课本P58表4-2h※a=1.0c※=0.25得，h1a=2.0mmh1f=2.50mmh2a=2.0mmh2f=2.50mmd1a=68mmd2a=228mmd1f=59mmd2f=219mm六、轴的设计1.输入轴的设计：（一）计算轴的直径1）根据课本P245式14-2得：d≥C311nP=110*3720515.3=18.66mm考虑到键槽対轴的削弱，将轴径增大5%，即取dmin=18.66*1.05=19.60mm选标准直径d1=25mm（2）计算2dd’2=d1+﹙4～6﹚=29～31mm，取2d=30mm；3）计算3d根据实际条件，轴承预计寿命h1a=2.0mmh1f=2.50mmh2a=2.0mmh2f=2.50mmd1a=68mmd2a=228mmd1f=59mmd2f=219mm河北工程大学课程设计说明书916×365×8=48720小时已知n1=720r/min圆周力Ft=112dT=3730N径向力:Fr=Ft*tanα=3730*tan200=1358N当量动负荷p=Fr=1358N,温度系数ft=1,载荷系数fp=1.2根据课本279页公式16—3得；Cr=NLnfpfhtp2088348720*10720*60*11358*2.11060**316316经查表，选6208型深沟球轴承，基本尺寸为；d=40mm,D=80mm,B=18mm,Cr=22.8KN,Cr0=15.8KN所以取d3=40mm4）计算4d4d=3d+5~1=41～46mm，为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数取4d=45mm；5）计算5d5d=4d+2*1.0~07.04d=46.4～54mm取5d=48mm；6）计算6dmmdd4036同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。轴各阶梯轴直径列表如下：3、河北工程大学课程设计说明书10名称d12d3d,6d4d5d直径（mm）2530404548（二）计算轴各段长度1）计算1LV带轮的宽度L=2d1=50mm,故第一段的长度应比L略短一些，取1L=48mm;2）计算2L轴承端盖采用凸缘式，螺钉数为4，材料为HT150,由轴承外径D=80mm，查表，取M8螺钉直径d3=8mm，取mmdemml6.92.1,2031轴承轴承BccBLm3213)8~3(式中，为箱体壁厚，取=8mm，取轴旁连接螺栓的直径为10mm，查得mmcmmc14,1621；由于轴承的轴颈直径和转速的乘积＜（1.5~2）×105，故轴承采用脂润滑，取3=9mm，所以m=8+16+14+8-9-17=4mm,所以melL12=20+9.6+4=33.6mm，取2L=33mm；3）计算3L3L=B+▽2+▽3+2=18+10+9+2=39mm式中，B为轴承宽