刘家哲机械设计基础课程设计(详细计算带图纸)
更新时间:2023-10-16 06:14:01 阅读量: 综合文库 文档下载
一. 前言 1. 题目分析 运动简图 2. 原始数据:
运输带的有效拉力: F==1800N运输带的有效速度: v= 1.5 m/s滚筒直径: D= 300 mm 二. 电动机的选择 1. 选择电动机类型:
根据任务书要求可知:本次设计的机械属于恒功率负载特性机械,且其负载较小,故采用Y型三相异步电动机(全封闭结构)即可达到所需要求。另外,根据此处工况,采用卧式安装。 2. 选择电动机的功率: 电动机所需工作功率为:
Pd?FV1000?w?
由电动机至运输带的传动总效率为:
?总??1??22??3??4??5??6
式中:
?1——V带传动效率; ?4——联轴器的效率; ?5——滚筒轴承的效率; ?6——滚筒效率。
?2——齿轮传动的轴承效率; ?3——齿轮传动的效率;
3. 确定精度
查《机械设计基础课程设计》表5-4齿轮精度等级的适用范围,初定精度等级为8的齿轮。查《机械设计基础课程设计》表9-4机械传动的摩擦副的效率概略值 P121 取?1=0.96 ,?2=0.99 ,?3=0.97 .?4 =0.97 . ?5=0.98 .
?6=0.96(初选齿轮为八级精度)
则?总
?0.96?0.992?0.97?0.97?0.98?0.96
?0.84
所以:电机所需的工作功率:
Pd?FV1800?1.5??3.2kw
1000?总1000?0.8460?1000?V60?1000?1.5??95.54r/min
?D300?3. 卷筒工作转速为:
n卷筒?取V带传动的传动比范围为:i带?2~4
1
取单级齿轮传动的传动比范围为:i齿则可得合理总传动比的范围为:i总故电动机转速可选的范围为:n电?3~5
?6~20
?i总?n卷筒
?(6~20)?95.54 ?(573.24~1910.8)r/min
查《机械设计基础课程设计》附录2—1.则符合这一范围的同步转速有:750r/min、1000 r/min和1500r/min 方 案 电 动 机 型 号 额定功 率 电动机转速 (r/min) 同步转 速 满载转 速 堵转转矩/额最大转矩/额定转矩 1 Y160M1-8 4 750 720 2.0 定转矩 2.0 2 Y132M1-6 4 1000 960 2.2 2.2 3 Y112M-4 4 1500 1440 2.2 2.2 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器传动比,可见第2方案比较适合。 此选定电动机型号为Y132M1—6所选电动机的额定功率Pe?4kw,满载转速nm?960r/min
装键部位尺寸 F×GD 查《机械设计基础课程设计》P124 ,得电动机主要外形和安装尺寸: 中心高H 外形尺寸 L×(AC/2+AD)×HD 底角安装尺寸 地脚螺栓轴 伸 尺 寸 A×B 孔直径 K D×E 132
520×345×315 216×178 12 28×80 10×41 三. 总传动比和分配传动比
由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n 1、可得传动装置总传动比为:i总 2、分配各级传动装置传动比:
查《机械设计基础课程设计》表9-3 P118常用传动机构的性能及适用范围 取i齿?nm960??10.05 n转筒95.54?5(单机减速器 i=3~5)
因为:
i总?i齿?i带
2
所以:
ii总10带?i?.05.齿5?2.01
初定:i齿?5i带?2.01
四. 运动与动力参数的计算 η......为相邻两轴的传动效率 P......为各轴的输入功率 (KW) T......为各轴的输入转矩 (N·m) n......为各轴的输入转速 (r/min)
可按电动机轴至工作运动传递路线推算,得到各轴的运动和动力参数 1、 运动参数及动力参数的计算 (1)计算各轴的转数: 电动机n1?nm?960(r/min)
n2?nmi?960?477.(6r/min) 带2.01
n3?n2i?477.6齿5?95.5(r/min)
卷筒轴:n4?n3?95.5(r/min)
(2)计算各轴的输入功率:P1?Pd?4(kw)
P2?P1??带?4?0.96?3.84(kw)
P3?P2??带??轴?3.84?0.99?0.97?3.688kw
卷筒轴:P4?P3??联轴器??轴?3.688.?0.97?0.98?3.(5kw)(3)计算各轴的输入转矩: Td?9.55?106Pdn?9550000?4?39792(N.mm) m960T11?9.55?106Pn?9550000?3.846?76783.9(N.mm) 1477.TP22?9.55?106n?9550000?3.688?368800(N.mm)295.5
3
卷筒轴输入轴转矩:T4?9.55?106P43.5?9550000??350000.(N.mm) n495.5综合以上数据,得表如下:
轴名 效率P (KW) 输入 电动机轴 Ⅰ轴 3.66 3.51 输出 3.59 3.44 转矩T (N·m) 输入 36.41 109.64 输出 35.68 107.45 转速n r/min 960 305.73 3.14 传动比 i 效率 η 0.98 4.00 0.98 Ⅱ轴 3.34 3.27 417.34 408.99 76.43 1.00 0.98 卷筒轴
3.24 3.18 404.84 396.74 76.43 五. 带传动的设计
查《机械设计基础》第五版P219表13-9V带轮最小基准直径,得A带最小直径不能小于75mm,取电动机的输出功率Pd?4kw,转速n1?nm?960(r/min),i带?2.01,每天工作16小时。
(1)
计算功率Pc
查《机械设计基础》第五版P218表13-8工作情况系数
KA?1.2,由Pc?KA?P?1.2?3.2?3.84(kw)
(2)
根据Pc确定V带型号
?3.84(kw)n1?960(r/min)查《机械设计基础》第五版P219 图13-15普通V带选型图
查出此坐标点的位置在A型上界。暂按选用A型带计算。
(3)
求大、小带轮的基准直径d2、d1
d1?100mm由《机械设计基础》第五版P211式13-9得d2?n???1????196.98,查《机
dn112械设计基础》第五版P219表13-9V带轮最小基准直径,取d2=200mm。实际传动比
i带实?2.01-2.04d2200?1.49%误差小于5%,故允许。其??2.04 误差?2.01d(1?0.02?11-?)100??4
中=0.01~0.02(见《机械设计基础》第五版P211,此时取0.02)
(4)带速验算:V??d1n160?1000?3.14?100?960?5.024m/s,
60000此时V在范围5~25内,适合。 (5)确定带的基准长度和中心距a
查《机械设计基础》第五版P220得
0.7?(d1?d2)
0.7×(100+200)
由《机械设计基础》P205式13-2得带长:
(d2?d1)2l0?2a0?(d1?d2)?24a0?得
l0?1000?533.8?12.8?1476mm
查《机械设计基础》P212表13-2 V带的基准长度,对于普通A带选用带长
再《机械设计基础》由式13-16反求实际中心距:a(6)验算小轮包角:
由《机械设计基础》P205式13-1得:?1(7) 求V带根数z:
由《机械设计基础》P218式13-15得:z?a0?ld?l0?462mm 2?180??d2?d1?57.3??167.6??120?,合适。 a?Pc(P0??P)K?KL。此处n1?960r/mind1?100mmP0?0.95;根据步骤(3)得
Δp=0.11kw,由
查《机械设计基础》P214表13-3单根普通V带的基本额定功率得
i带实?2.04,查《机械设计基础》P216
表13-5单根普通V带的额定功率的增量得
α=162.63?,查《机械设计基础》P217表 13-7包角的修正系数得K?表13-2得KL?0.98,查《机械设计基础》P212
?0.96。故Z?3.84?3.85 ,取整根z=4根
(0.95?0.11)?0.96?0.98(8)求作用在带轮轴上的压力FQ:
5
查《机械设计基础》P212表13-1V带的截面尺寸(GB/T11544—1997)得q=0.1kg/m。由《机械设计基础》P220
式
13-17
得
单
根
V
带
初
拉
力
F0?500Pc2.5500?3.842.5(-1)?qv2??(?1)?0.1?(5.024)2?150.61N ZVK?4?5.0240.98?2?Z?F0?sin()?1204.88?0.99?1197.7N
2作用在轴上的压力为:FQ(9)V带轮宽度的确定:
?查《机械设计基础》P224表13-10得A型带轮e—2002,故有带轮宽度B
?15?0.3,fmin?9,查V带轮的轮槽齿轮GB/T10412
?(Z?1)e?2f?(4?1)?15.3?2?9?63.9mm, 取B=65。
表3.所设计带传动中基本参数
带型号 A型 中心距 462mm 安装初拉力 150.61N
六. 齿轮传动的设计计算 1. 齿轮材料和热处理的选择:
长度 1400mm 带轮直径 d1=100,d2=200 对轴压力 1197.7N 根数 4根 宽度 65mm 实际传动比 2.83 查《机械设计基础》第五版P166表11-1常用齿轮材料及其力学性能。
小齿轮:初选45号钢,其热处理方式为调质。齿面硬度取240HBS,接触疲劳极限?Hlim1弯曲疲劳极限?FE1?585MPa,
?445MPa。
?375MPa,
大齿轮:初选45号钢,其热处理方式为正火。齿面硬度取200HBS,接触疲劳极限?Hlim2弯曲疲劳极限?FE2?310MPa。
由《机械设计基础》第五版P171表11-5最小安全系数
SHSF的参考值得:SHlim?1.25
SFmin?1.6(选择较高可靠度)。由《机械设计基础》第五版P175例子得:大齿轮
??H1???HlimSHSF?585?468MPa1.25小齿轮
??H2???Hlim2SHSF??375?300MPa1.25大齿轮
??F1???FE1?445?278MPa,小齿轮??F2???FE21.62. 按齿面接触强度设计:
310?194MPa; 1.6 6
根据前计算,可得齿轮传动所需传动比为i总转速为n2?10.05i带实?2.04i齿?10.05?4.93,轴实际
2.04?n1i带实?960?470.58r/min。 2.04?1.2~1.6 (电动机,
设齿轮按8级精度制造,查《机械设计基础》第五版P169表11-3载荷系数K得K中等冲击),此取1.4计算。查《机械设计基础》第五版P175表11-6齿宽系数?d,当两软齿面对称分布时,
?d??0.8~1.4?T小?9.55?106?查
《
机
械
,此取1.1计算。小齿轮转矩
P23.84?9.55?106??77929.367N.mmn2470.58计
基
础
》
第
五
版
P171
表
11-4
弹
性
系
数
设
ZE此取ZE?189.8(铸钢),对于标准齿轮ZE?2.5
查《机械设计基础》第五版P171式11-3,可得设计公式dmin 故有:
上公式中所代[?H2?32KT1u?1?ZEZH????????du?H????2?72.2
]是为了安全计算,使得两齿轮均适用。
?Z1?i齿?31?4.39?157.76,取整得z2?158满足传动比的前提下,尽可
齿数取32,则有Z2能使两齿数互质)。 故实际传动比i实齿?Z2158??4.9375; Z132i实齿-i齿4.9375-4.93??0.15%?5%; 其误差为?2?i齿4.93故满足误差范围。 初估模数为m?dmin?2.25mm,查《机械设计基础》第五版P57表4-1得标准模数为m=2.mm,故实Z1?Z1m?32?2?64mmd2?Z2m?158?2?316mm。中心距为:
际分度圆直径为:d1a?d1?d264?316??190mm。 22??ddmin?79.42mm,保证啮合,小齿轮比大
初估齿宽为:由《机械设计基础》第五版P175得b齿轮宽5~10毫米,取取b大
?80mmb小?85mm
7
3. 验算齿轮弯曲强度:
查《机械设计基础》第五版P173图11-8,可得齿形系数YFa础》第五版P174图11-9得齿根修正系数Ysa1?2.58YFa2?2.18;查《机械设计基
1?1.64Ysa2?1.87
查《机械设计基础》第五版P172式11-5知:校核?F1?2KT1YFa1Ysa1bm2z1?90.82???F1??278MPa,
安全。?F2??F1YFa2YSa2YFa1YSa1?90.82?2.18?1.87?88.18???F2??248MPa,安全。
2.56?1.644. 齿轮的圆周速度:
V??d1n260?1000?3.14?64?477.6?1.60m/s,对照查《机械设计基础》第五版P165表11-2知
60000v?6m/s即可,故选取8级便可达到要求。
表4.齿轮传动设计的基本参数
小齿轮 大齿轮
七. 减速器箱体基本尺寸设计
根据《机械设计基础课程设计》第2版P145表12.1铸铁减速箱体的主要结构尺寸中的经验公式可算出如下数据: 1. 箱体壁厚: 箱盖:?1箱座:?材料 45钢 45钢 模数 4 热处理 调制 正火 实际传动比 4.9375 齿数 32 158 中心距 190 分度圆直径 64 316 齿宽 85 80 ?0.02a?1?0.02?190?1?4.80mm(取8mm)。 ?0.025a?1?0.025?190?1?5.75mm(取8mm)
2. 凸缘: 箱盖凸缘厚度b1箱座凸缘厚度
?1.5?1?1.5?8?12mm,
b?1.5??1.5?8?12mm,
箱座底凸缘厚度b23. 螺钉及螺栓: 地脚螺钉直径df?2.5??2.5?8?20mm。
?0.036a?12?0.036?190?12?18.84mm,查《机械设计基础课程设计》第
?M18
8
2版P146表12—2凸台及凸缘的结构尺寸,取df
地脚螺钉数目:n?4(a?250);
轴承旁连接螺栓直径d1?0.75df?0.75?18.84?14.13mm查《机械设计基础课程设计》第
2版
P146表12—2凸台及凸缘的结构尺寸,取d1盖与座连接螺栓直径d2?M14
?(0.5~0.6)df此取d2?0.55df?10.362mm,查《机械设计基础课
程设计》第2版P146表12—2凸台及凸缘的结构尺寸,取d2连接螺栓d2的间距l轴承端盖螺钉直径d3?M10
?180mm(150~200);
?(0.4~0.5)df此取d3?0.4df?7.536mm,查《机械设计基础课程设
计》第2版P146表12—2凸台及凸缘的结构尺寸,取d3视孔盖螺钉直径d4?M8;
?(0.3~0.4)df此取d4?0.3df?5.652mm;查《机械设计基础课程设计》
第2版P146表12—2凸台及凸缘的结构尺寸,取d4定位销直径d?M6
?(0.7~0.8)d2。 齿取d?7.7mm取整?d?8mm(取整得?8)
4. 螺钉螺栓到箱体外避距离:
查《机械设计基础课程设计》第2版表12-2得:
df、d1、d2至箱体外壁距离为:
C1f?24mmC11?20mmC12?16mm;
df、d1、d2到凸缘边缘距离:C2f?22mmC21?18mmC22?14mm;
轴承旁凸台半径:R1f?C2f?22mmR12?C22?14mm
箱体外壁至轴承端面距离:l15. 箱体内部尺寸:
?C11?C21?(5~10)?20?18?8?46mm。
大齿轮齿顶圆与箱体内壁距离?l1齿轮端面到箱体内壁的距离?l2箱盖、箱座肋厚m16. 视孔盖
由于单级减速器中心距为a长l1?1.2??1.2?8?10mm;
???10mm(增加散热);
?0.85?1?0.85?8?6.8mmm?0.85??0.85?8?6.8mm。
?190mm,故查《机械设计基础课程设计》第2版P148表12-4得:视孔盖
?120mm,横向螺栓分布距离l2?105mm,视孔盖宽b1?90mm,纵向螺栓分布距离
9
b2?75mm,螺栓孔直径d??8,孔数4个。
7. 其中吊耳和吊钩
吊耳环的结构设计:根据《机械设计基础课程设计》第2版P146表12-3超重吊耳和吊钩中的推荐设计公式知: 吊耳肋厚度为b吊耳环孔径为d倒角为R?(1.8~2.5)?1此取b?2.5?1?2.5?8?20mm,
?b??20,
?(1~1.2)d此取R?1.2?20?R24,
?(0.8~1)d此取e?1d?20mm。
吊耳环空心到箱体外壁距离为e吊钩的结构设计:吊钩长K吊钩高H?C1?C2?16?14?30mm,
?0.8K?24mm,
吊钩内深h?0.5H?12mm,
吊钩内圆半径r?0.25K?7.5mm,
吊钩厚度b
八. 轴的设计 A. 1.
高速轴:
选择轴的材料、热处理方式:
?(1.8~2.5)?此取b?2.5?8?20mm。
由于无特殊要求,选择最常用材料45钢,热处理方式为调质处理。查《机械设计基础》第五版P241表14-1轴的常用材料及其主要力学性能得知: 硬度:217~255HBS;强度极限:?B?650MPa;屈服极限:?s?360MPa;弯曲疲劳极限:
??1?300MPa。
查《机械设计基础》第五版P246表14-3轴的许用弯曲,用插入法得弯曲需用应力(静)
????60MPa。
?1b查《机械设计基础》第五版P245表14—2常用材料的
???值和
C值,得45钢
????(30~40)MPa2.
C?118~107取C=118
初步估算轴最小直径:
由《机械设计基础》第五版P245式14-2得: 传递转矩轴段的最小直径
dminPP9.55?1063.84Ⅰ33?3?3Ⅰ?C?d?118??23.75mm,由于开了一个键,故min''0.2[?]nn470.58ⅠⅠ槽,故dmin3.
?dmin(1?5%)?24.9375mm取25(圆整)长系列60 短系列42
轴的结构设计:
10
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