第3组机械综合实训课程设计任务书

训——课程设计部分 《机械技术基础》课程设计

任务书

班 级 机电一体化

学 生 姓 名 学 生 学 号 指 导 教 师 费冬青 上 海 电 视 大 学

日期 2011 年 月 日

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机械综合实

前 言

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设计任务书

一、减速器总体方案设计 二、V带传动的设计

三、齿轮的设计计算及结构说明 四、轴的设计计算及校核 五、滚动轴承的校核 六、键的选择及校核 七、参考文献

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一、设计任务书

设计用于带式运输机的一级圆柱齿轮减速器

原始数据： 运输带工作拉力F（N） 运输带工作速度 v（m/s） 卷筒直径D/mm 1200 1.70 270 工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载启动，使用期限10年，小批量生产，两班制工作，运输带速度允许误差为±5%。

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项目和内容 二、减速器总体方案设计 1．设计方案分析 2电动机的选择 （1）电动机类型的选择 （2）电动机功率的选择 （3）电动机转速的选择

设计计算依据和过程 计算结果 本设计中，原动机为电动机，工作机为皮带输送机。 传动方案采用了1级传动，带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结 构尺寸较其它形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布 置在传动的高速级，以降低传动的转矩，减小带传动的结构尺寸。 齿轮传动的传动效率高，适用的功率与速度范围广，使用寿命较长，是现 代机器中应用最为广泛的机构之一。 所给定方案结构尺寸大，传动效率较高，成本低，连续工作性好，在所要 求的工作条件下满足要求。 根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。 工作机所需要的有效功率为： Pw=Fv/1000=(1200×1.70)/1000=2.04KW 为了计算电动机所需功率Pd，需确定传动装置总效率η总。 要求总效率，必须先确定各传动环节的效率。由教材第14页表2-3查得： ηV带=0.96，η轴承=0.98，η齿轮=0.97， η联轴器=0.99，η滚筒=0.96；则传动装置的总效率为： 22η总=ηV带×η轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒=0.96×0.98×0.97×0.99×电动机选用0.96=0.85 Y132S-6 电动机所需功率为：Pd= Pw/η总=2.04/0.85=2.4KW 对于载荷比较稳定，长期连续运行的机械，只要所选电动机的额定功率Ped 等于或稍大于电动机所需的工作功率Pd，电动机就能正常工作。由教材第 203页表17-1选取电动机的额定功率为3KW。 工作机转速：nw=（60×1000×v）/（π×D）=（60×1000×1.7）/（3.14 ×270）=120.31 r/min 由教材第10页表2-1，V带传动的传动比常用范围为iv带=2~4，单级圆柱 齿轮传动的传动比常用范围为i齿轮=3~5，则总传动比范围为i总=6~20。故 电动机转速的可选范围为： 5

（4）确定电动机型号 3．传动比的分配 4.运动参数及动力参数计算

n电机=i总×nw=（6~20）×120.31=721.86~2406.2r/min 符合这一范围的同步转速有750 r/min、1000 r/min、1500 r/min。 现将3种电动机的有关数据列于下表进行比较： 方电机型号 案 1 2 3 Y132M-8 Y132S-6 Y100L2-4 额定功率/KW 3 3 3 同步转速满载转速电动机/（r/min） / （r/min） 质量/KG 750 1000 1500 710 960 1430 79 63 38 总传动比 5.9 7.98 11.89 注：总传动比=满载转速/工作机转速 可以发现以上三种电动机都符合要求,都可选取, 若工作环境对传动装置的外廓尺寸要求不大,则可选取方案3;若工作环境希望传动装置越小越好,则选方案1;这里,我们折中选取方案2,即选定电动机型号为Y132S-6 根据电动机功率与同步转速，选定电动机型号为Y132S-6 其主要性能：额定功率 3KW，满载转速 960r/min。 i总=n满/nw=960/120.31=7.98 V带传动的传动比常用范围为iv带=2~4，这里取iV带=2 则i齿轮= i总/iV带=8/2=4 (单级圆柱齿轮传动的传动比常用范围为i齿轮=3~5) iV带=2 i齿轮=4 电动机轴为0轴，减速器高速轴为1轴，减速器低速轴为2轴，滚筒轴为 3轴。相邻两轴间的传动比表示为i01、i12、i23；相临两轴间的传动效率为 η01、η12、η23；；各轴的输入功率为P0、P1、P2、P3；各轴的转速为n0、 n1、n2、n3；各轴的输入转矩为T0、T1、T2、T3。 6

在设计计算传动装置时，通常用电动机所需的工作功率Pd进行计算，而不用电动机的额定功率Ped。只有当有些通用设备为留有储备能力以备发展，或为适应不同工作的需要，要求传动装置具有较大的通用性和适应性时，才按额定功率Ped来设计传动装置。 传动装置的输入转速可按电动机额定功率时的转速,即满载转速nm计算，这一转速与实际工作时的转速相差不大。 0轴（电机轴） P0=Pd=2.4KW n0=nm=960 r/min T0=9550×（P0/ n0）=9550×（2.4/960）=23.88N·m 1轴（高速轴） P1=P0×η01=2.4×ηV带=2.4×0.96=2.3KW n1=n0/i01带=960/2=480 r/min T1=9550×（P1/ n1）=9550×（2.3/ 480）=45.76N·m 2轴（低速轴） P2=P1×η12=2.3×(η轴承×η齿轮)=2.3×(0.98×0.97)=2.19KW n2= n1/i12齿轮=480/4=120r/min T2=9550×（P2/ n2）=9550×（2.19/ 120）=174.29N·m 3轴（滚筒轴） P3=P2×η23=2.19×(η轴承×η联轴器)=2.19×(0.98×0.99)=2.12KW n3= n2=120 r/min T3=9550×（P3/ n3）=9550×（2.12/ 120）=168.72N·m 运动与动力参数的计算结果汇总如下表： 轴名 功率P/KW 输入 输出 电机轴 1轴 2轴 滚筒轴 2.3 2.19 2.12 2.4 转矩T（N·m） 输入 45.76 174.29 168.72 输出 23.88 转速n/（r/min） 960 480 120 120 传动比i 2 4 1 效率 η 0.96 0.95 0.97 P0=2.4KW n0=960 r/min T0=23.88N·m P1=2.3KW n1=480 r/min T1=45.76N·m P2=2.19KW n2=120r/min T2=17429N·m P3=2.12KW n3=120 r/min T3=168.72N·m 7

三、V带传动的设计 1．确定设计 计算功率Pd 2.选择带的型号 3.确定带轮基准直径dd1、dd2 （1）选择小带轮的基准直径dd1 （2）验算带速 （3）计算大带轮基准直径dd2 （4）确定中心矩a及带的基准长度Ld0 由工作条件，载荷平稳，2班制工作，采用交流电动机，参考《机械技术基础》第216页，表14-8得：KA=1.2 设计计算功率Pd=KAP=1.2×2.4=2.88KW (其中KA 为工作情况系数，P为所需传递功率) 根据设计计算功率Pd和小带轮的转速n0，由《机械技术基础》第216页，图14-8查得：带的型号为A型。 由《机械技术基础》第208页，表14-2查得：A型带的小带轮最小直径为75，在结构允许的前提下尽可能选大一些，以减少弯曲应力，提高带的寿命，所以放大一档，由表14-2初选小带轮直径dd1=125mm。 v=（π×dd1×n0）/（60×1000）=（3.14×125×960）/ （60×1000）=6.28 m/s 带速v在5~25 m/s 之间，符合要求。 取ε=0.02 dd2=（n0/n1）×（1-ε）×dd1=（960/480）×（1-0.02）×125=245mm 由《机械技术基础》第208页，表14-2带的基准直径系列圆整得： dd2=250mm 实际大带轮转速 n1’=n0×（1-ε）×dd1/ dd2=960×(1-0.02) ×125/250=470.4 ｜(470.4-480)/480｜=0.02<0.03 所以转速误差符合要求. 初定中心矩a0 由于设计要求中未对中心距提出明确要求，先按下式初选中心距a0： 0.7（dd1+dd2）≤ a0 ≤ 2（dd1+dd2） 262.5≤ a0 ≤ 750 暂时取 a0=600mm 初算带的基准长度Ld0 初选中心距a0后，按下式初算带的基准长度： Ld0≈2a0+（π/2）（dd1+dd2）+ （dd1+dd2）2/（4×a0）= 2×600+（3.14/2）×（125+250）+（125+250）2/（4×600）=1847.34mm 确定带的基准长度Ld 由《机械技术基础》第208页，表14-3将带的基准长度圆整至相近的标准基准长度：Ld=1800mm Pd=2.88KW V型带选用A型 dd1=125mm v=6.28 m/s dd2=250mm Ld=1800mm 8

（5）验算小带轮包角α1 （6）确定V带的根数 （7）确定带的初拉力F0 （8）计算带的轴压力FQ 确定中心距 确定带的基准长度Ld后，按下式计算实际中心距a a≈a0+（Ld-Ld0）/2=600+（1800-1847.34）/2=576mm 考虑到安装、调整和松弛后张紧的需要，实际中心距允许有一定的调整范围，其大小为： amin=a-0.015Ld=576-0.015×1800=549mm amax=a+0.03Ld=576+0.03×1800=630mm α1=180°-57.3°×（dd2-dd1）/a=180°-57.3°×（250-125）/576=167.65°> 120° α1在允许的范围内，满足要求。 由《机械技术基础》第214页，表14-5，查得 P0=1.37KW 由《机械技术基础》第214页，表14-6，查得 ΔP0=0.11KW 由《机械技术基础》第215页，表14-7，查得 Kα=0.97 由《机械技术基础》第208页，表14-3，查得 KL=1.01 按下式计算V带的根数： Z≥Pd/[P0]=Pd/（（P0+ΔP0）KαKL）=2.88/（（1.37+0.11）×0.97×1.01）=1.99 将Z圆整为整数：Z=2 由《机械技术基础》第208页，表14-1，查得 q=0.10kg/m 按下式计算单根V带的初拉力： F0=500×（Pd/vz）×（2.5/Kα-1）+qv2=500×（2.88（/6.28×2））×（2.5/0.97-1）+ 0.10×6.282=185.64N FQ≈2zF0sin（α1/2）=2×2×185.64×sin（167.65/2）=738.24N V带传动的主要参数见下表： 名称 带型 带轮基准直径 结果 A dd1=125mm dd2=250mm 名称 传动比 基准长度 中心距 结果 i=2 Ld=1800mm A=576mm 名称 根数 预紧力 压轴力 结果 Z=2 F0=185.64N FQ=738.24N 四、齿轮的设计计算及结构说明

a=576mm α1=167.65° Z=2 F0=185.64N FQ=738.24N 9

1.选择齿轮材料 2．按齿面接触疲劳强度条件计算小齿轮直径d1 该齿轮传动无特殊要求，减速器是闭式传动，可以采用齿面硬度≤350HBS的软齿面齿轮，根据《机械技术基础》第252页表15-6，选小齿轮材料42SiMn，调质处理，齿面硬度229~286HBS；选大齿轮材料45钢，正火处理，齿面硬度162~217HBS。 由《机械技术基础》第260页图16-29查得σHlim1=700MPa，σHlim2=540MPa；由《机械技术基础》第258页表16-9查得SHmin=1。 计算大小齿轮齿面许用接触应力： [σH1]= σHlim1/SHmin=700/1=700 MPa [σH2]= σHlim2/SHmin=540/1=540 MPa 3.确定齿轮的主要参数和计算几何尺寸

[σH1]= 700 MPa [σH2]= 540 MPa 由《机械技术基础》第256页表16-8查得K=1.2；由《机械技术基础》第 259页表16-10取Ψd=1，i=4，T1=45760N·mm，[σH]使用较小的[σH2]= 540 MPa。 按下式计算小齿轮直径： d1≥3√（671/[σH]）2×（KT1/Ψd）×（（i+1）/i） d1≥47.32mm 32 =√（671/540）×（1.2×45760/1）×（（4+1）/4） =47.32mm z1=25 确定齿轮齿数： z2=100 取小齿轮z1=25，则大齿轮z2=z1i=25×4=100 确定齿轮模数： m=d1/z1=47.32/25=1.89 m=2 由《机械技术基础》第241页表16-2，取m=2。 计算齿轮传动中心距： a=125mm a=m（z1+z2）/2=2×（25+100）/2=125mm 计算齿轮的几何参数： 分度圆直径 d1=mz1=2×25=50mm d1=50mm d2=mz2=2×100=200mm d2=200mm 齿顶圆直径 da1=m（z1+2ha*）=2×（25+2×1）=54mm da1=54mm da2= m（z2+2ha*）=2×（100+2×1）=204mm da2=204mm 齿根圆直径 df1=m（z1-2ha*-2c*）=2×（25-2×1-2×0.25）=45mm df1=45mm df2= m（z2-2ha*-2c*）=2×（100-2×1-2×0.25）=195mm df2=195mm 齿宽 b=Ψdd1=1×50=50mm 取b1=55mm、b2=50mm。 b1=55mm 10

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