机械设计基础课群Ⅱ综合设计计算书.docx

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机械设计基础课群Ⅱ综合设计计算书

机械设计基础课群（Ⅱ）综合设计计算书

一、设计任务书：

●带式输送机用减速器基本要求：

运输机每天单班制工作工作，每天工作8小时，每年按300天计算，轴承寿命为齿轮寿命的1/3~1/4。

使用年限8年。

原始数据：

运输带速度V（m/s）

1.8　　

运输带工作拉力F（N）

1800　　

卷筒直径D（mm）

250

●设计任务要求：

1.减速器装配图纸一张（１号图纸）

2.轴、齿轮零件图纸各一张（２号或３号图纸）

3.设计说明书一份

二、机构系统的运动简图

三、电动机的选择

减速箱输出功率：

Pw=F*v/1000=3.24（kW）

总效率：

ŋ=ŋbŋr2ŋgŋc=0.96*0.99*0.99*0.98=0.912857299

电机输入功率：

Pd（KW）=Pw/ŋ=3.549295167

所以选择电机：

型号“Y112M-4“

Pd（KW）：

4

转速nd（r*min-1）：

1440

四、传动的运动参数、动力参数计算

∵鼓轮转速n（r*min-1）=v*60/（∏*D）=137.5796178

∴总传动比i=nd/n=10.46666667

则带传动和齿轮传动的传动比分配如下：

令：

带传动传动比i1=3.5

则：

齿轮传动比i2=2.99047619≈3

ŋb——v带效率，0.96

ŋrc——轴承效率，球轴承，一对0.99

ŋg——齿轮啮合效率，0.99

ŋc——联轴器效率（弹性柱销联轴器），0.98~0.99

（1）计算各轴的转数：

电机轴：

nd=1440（r/min）

高速齿轮轴：

nⅠ=n电动机/i1=1440/3.5=411.43（r/min）

低速齿轮轴：

nⅡ=nⅠ/i1=1440/（3*3.5）=137.1（r/min）

卷筒轴：

nⅢ=nⅡ=137.1（r/min）

（2）计算各轴的功率：

电机功率：

Pw=4

高速齿轮轴：

PⅠ=Pwŋb=4x0.96=3.84

低速齿轮轴：

PⅡ=PⅠ×ŋrc×ŋg

=3.84×0.99x0.99

　=3.76kw

卷筒轴：

PⅢ=PⅡ·ŋg·ŋc=3.76x0.99x0.98=3.65kw

（3）计算各轴的输入转矩：

电动机轴输出转矩为：

Td=9.55×103·PI/nm=26.5N/m

高速齿轮轴：

Td=9.55×103·PI/nm=89.1N/m

低速齿轮轴：

Td=9.55×103·PI/nm=262N/m

卷筒轴输入轴转矩：

Td=9.55×103•PI/nm=254N/m

得到各个轴的功率P（kW）；转速n（r/min）；与扭矩T（Nm）；

P（W）

n（r/min）

T（Nm）

电机

4000

1440

26528

高速齿轮轴

3840

411.4

88242

低速齿轮轴

3760

137.6

224869

卷筒轴

3650

137.1

254249

五、传动零件的设计计算

1）带传动的设计计算

1）计算名义传动功率Pc（kw）

Pc（kw）=KAP；由P146表格8-7可得KA=1.2；又有P=4kW；Pc=4.8（kw）

2）选择v带型号

由电机选型可以得到转速：

nd=1440（r*min-1）

对照p147表8-7，可得v带型号为：

A型。

3）确定带轮基准直径dd1dd2

由p147表8-8中选取两个倍数相差约为3.5的尺寸：

100和355.

由此得到：

标准小带轮直径dd1（mm）=100

标准大带轮直径dd2（mm）=355

4）验算V带转速v

由p147公式8-17

可得:

带速v=7.536得到的带速位于5~25m/s之间，符合条件

5）确定中心距a和带的基准长度Ld

由公式8-180.得：

7（dd1+dd2）《a0《2（dd1+dd2）

318.5《a0《910

选取在区间中间偏上部分选择a0=600

p148公式8-19由几何关系计算基准长度初始值Ld0

Ld0=2023.34375;由p142表格8_3找到类似的Ld=2000；

求中心距a

得到：

amin=a-0.015Ld=558.328125

amax=a+0.03Ld=648.328125

a位于amin和amax之间，满足条件！

6）验证小带轮包角

由p148公式8-21得

∵

∴符合条件

7）确定带的根数

由公式8~22得

取带的根数是4，由表格8-9可知没有超过最多使用根数，符合条件。

8）确定初拉力F0

由p148公式8-23

得F0=572.7877681（N）

又由FQ=2ZF0sin（a1/2）=1930.350046（N）得到带轮轴拉力FQ。

2.齿轮的设计计算

（1）选择齿轮材料、确定许用应力

选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。

小齿轮、大齿轮均选软齿面，小齿轮的材料为45号钢调质，齿面硬度为230HBS，大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为190HBS。

齿轮精度初选8级

（2）初选主要参数

Z1=26，u=3Z2=Z1•u=26×3=78

按齿面接触疲劳强度计算

计算小齿轮分度圆直径

d1≥

确定各参数值

●1载荷系数，取K=1.2

●2小齿轮名义转矩

T1=9.55×106×PI/n1=9.55×106×3.8016/411.4285714=88.242N•mm

齿数比u=3

许用应力

（3）p1096-110.8-1.2选择一个数,得齿宽系数ψd=1

则

取两式计算中的较小值，即［σH］=513MPa

于是d1≥62.24182259mm

（4）确定模数

m=d1/Z1≥62.24182259/26=2.393916254

取标准模数值m=2.5

（5）按齿根弯曲疲劳强度校核

σFlim1=186MPaσFlim2=178MPa

故满足齿根弯曲疲劳强度要求！

（6）几何尺寸计算

d1=m·Z1=2.5×26=65mm

d2=m·Z2=2.5×78=195mm

a=m·（Z1+Z2）/2=3×（26+195）/2=130mm

大齿轮宽度b2=ψd×d1=1×65=65mm圆整b2=65mm

取小齿轮宽度b1=b2+5mm=70mm

分度圆直径d

65

195

基圆直径db

49.8

149.4

齿顶高ha

2.5

2.5

齿根高hf

3.125

3.125

齿高h

5.625

5.625

齿顶圆直径da

70.65

200.6

齿根圆直径df

58.75

188.75

齿距p

7.85

7.85

齿厚s

3.925

3.925

齿槽宽e

3.925

3.925

基圆齿距pb

6.01

6.01

中心距a

130

130

b

70

65

（4）高速齿轮轴的设计

（1）确定轴上零件的定位和固定方式（如图）

1，5—滚动轴承2—轴3—齿轮轴的轮齿段4—套筒

6—密封盖7—键8—轴承端盖9—轴端挡圈10—半联轴器

（2）按扭转强度估算轴的直径

选用45#调质，硬度217~255HBS

轴的输入功率为PⅠ=3.802KW

转速为nⅠ=411.43r/min

根据教材P230（13-2）式，并查表13-2，取C=115

d≥

（3）确定轴各段直径和长度

从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%，圆整后取D1=Φ30mm，又联轴器长度L=60mm

则第一段长度L1=60mm

右起第二段直径取D2=Φ35mm

根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，则取第二段的长度L2=80mm

右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6009型轴承，其尺寸为d×D×B=45×75×16，那么该段的直径为D3=Φ45mm，长度为L3=30mm

右起第四段，为定位轴肩,，取D4=Φ55mm，长度取L4=7mm

右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为Φ70mm，分度圆直径为Φ65mm，齿轮的宽度为70mm，则此段的直径为D5=Φ65mm，长度为L5=70mm

右起第六段，为定位轴肩，取D6=Φ55mm

长度取L6=7mm

右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D7=Φ45mm，长度L7=30mm

（4）求齿轮上作用力的大小、方向

小齿轮分度圆直径：

d1=65mm

作用在齿轮上的转矩为：

T1=88242N·mm

求圆周力：

Ft

Ft=2T1/d2=2×88242/65=2715N

求径向力Fr

Fr=Ft·tanα=2715×tan200=2276.6N

Ft，Fr的方向如下图所示。

（5）轴承支反力

根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。

水平面的支反力：

RA=RB=Ft/2=1357.57N

垂直面的支反力：

由于选用深沟球轴承则Fa=0

那么RA’=RB’=Fr×1/2=1138N

（6）画弯矩图

两支承之间的轴长L3+L4+L5+L6+L7=30+7+70+7+30=144mm取中间截面C在第四段剖面C处,距支承点距离为72mm。

右起第四段剖面C处的弯矩：

水平面的弯矩：

MH=RA×0.065=88Nm

垂直面的弯矩：

MV==RA’×0.065=74Nm

合成弯矩：

7）画转矩图：

T=Ft×d1/2=2715×0.065/2=88.2375

（8）画当量弯矩图

因为是单向回转，转矩为脉动循环，α=0.6

两轴承正中间的当量弯矩：

右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。

已知Mca=126.7Nm有:

［σ-1］=60MPa则：

σe=Mca/W=Mca/（0.1·D43）

=126.7×1000/（0.1×653）=13.24Nm<［σ-1］

右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面：

σe=MD/W=MD/（0.1·D13）

=52×1000/（0.1×453）=5.706447188MPa<［σ-1］

所以确定的尺寸是安全的。

受力图如下：

n=nd/i;P=Pw*ŋ;T=9550*P/n;

总传动比i=nd/n=10.5

带传动传动比

i1=3.5

齿轮传动比

i2=2.99047619≈3