严岑琪机械设计课程设计计算说明书.pdf

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1、 严岑琪机械设计课程设计计算说明书-作者:_ -日期:_ 材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 3 第一章 设计任务书 1.1 设计题目 原料车间一运输冷料的带式运输机，由电动机经一级减速传动装置，该减 速传动装置系由单级齿轮减速器配合其他传动件组成。该带式运输机折合每日两班工 作制，工作期限 5 年。设计此传动装置。技术参数：工作条件：1.2 传动方案的分析和拟定 第二章 传动装置运动与运动参数的选择和计算 运输机主动鼓轮轴输入端转矩wT/mN 主动轮直径mmD/运输带速度1/smvw 500 350 1.5 工作年限 工作班制 5 2 材料学院 2009 级基地班第一组

2、 2011年 12 月 4 2.1 减速器结构 本减速器箱体设计为剖分式、铸造箱体 2.2 电动机的选择 （1）工作机的输入功率wP wn=601000wvwD=6010001.8350=81.893r/min wP=wTwn/9550=（50081.893/9550）kw=4.288kw （2）总效率总 齿轮为 7 级精度，滚动轴承为角接触轴承，联轴器为弹性联轴器，链传动为开式链传动。81.0993.092.099.098.095.02424联轴器链轴承齿轮带总 （3）所需电动机输出功率0P kwkwPPw287.5811.0288.40总 查机械零件设计手册得 额P=5.5 kw 电动机选

3、用 Y132S-4 n满=1440 r/min 2.3 传动比分配 减速器的总传动比 584.17893.81/1440/nwmni总 取100.4齿i 144.2链i 则 000.2144.2100.4584.17链齿总iiiiv 2.4 运动参数及动力参数计算 TnP、功率 P的计算：kwkwPP023.595.0287.50I带 kwkwPP873.498.099.0023.5I齿轴承 kwkwPP791.499.0993.0873.4III联轴器轴承 转速 n的计算：min/720min/000.2/1440/Irrinnvm min/61.175min/1.4/720/Irrinn齿

4、 min/61.175IIIrnn 转矩 T的计算：mNmNnPTI625.66720/023.59550/9550II mNmNnPT003.26561.175/873.49550/9550 mNmNnPTIIIIIIIII516.26061.175/791.49550/9550 将上述数据列表如下：材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 5 第三章 V 带传动的设计计算 3.1 设计分析 V 带传动的设计计算 设计条件：水平对称布置，kwPP287.50，电机转速min/14401rn，从动轮转速min/7202rnnI，每天工作 16 个小时。3.2 计算过程 设计过程

5、所用图、表由机械设计基础查得。（1）计算功率cP 由表 13-6 查得2.1AK，故 kwkwPKPAc344.6287.52.1（2）选普通 V 带型号 根据cP、1n查图 13-12 选用 A 型 V 带（3）选择小带轮基准直径 参考表 13-7 和图 13-12 得小 带轮基准直径为mmdd1121，故 mmmmdnnddd52.21902.01112720144011212 取mmdd2242（4）验算带速v smsmndvd/44.8/100060144011214.310006011 在 525sm/范围内，带速合适。（5）确定带长dL和中心距 按公式 2102127.0ddddd

6、dadd 轴号 功率kw/转速1min/r 转矩mN/I 5.023 720 66.625 II 4.873 175.61 265.003 III 4.791 175.61 260.516 材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 6 选mma5000 则 mmmmaddddaLdddd79.15335004112224224112214.35002422202122100 查表 13-2，取mmLd1600，同时查得99.0LK 实际中心距为 mmmmLLaad533279.15331600500200（6）验算小带轮包角1 12096.1673.57533112224180

7、3.57180121adddd 包角合适。（7）确定 V 带的根数 由表 13-5 查得mmdd1121、min/14401rn A 型 V 带kwP62.10 ibKnKP111，其中传动比041.202.01112224112ddddi，由表 13-9 得12.1iK，由表 13-8 得31003.1bK，则 kwkwKnKPib159.012.11114401003.11131 由表 13-10 得96.0K，由表 13-2 得99.0LK，则 V 带根数为 77.399.096.0159.062.1344.60LcKKPPPz，取4z根。（8）计算张紧力0F 由表 13-1 查得mkg

8、q/1.0 NNKzvPFc85.157196.05.244.84344.650015.25000（9）计算压轴力QF NzFFQ88.1254296.167sin85.157422sin210 材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 7 3.3 带轮的结构设计 材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 8 第四章 齿轮传动的设计计算 4.1 设计分析 齿轮传动的设计计算 设计条件：7 级精度、对称布置、单向转动、载荷平稳、min/7201rn kwP023.5 4.2 选材 小齿轮 45 钢 调质处理 230HBS 大齿轮 45 钢 正火处理 200HBS

9、4.3 确定基本参数 281z 1.4 1151.42812zz 12 4.4 接触疲劳强度计算 设计过程中所用图、表由机械设计基础查得 （1）计算小齿轮转矩1T mNmNnPT4111062.6720023.595509550（得数错误）（2）确定载荷系数K 由于载荷平稳，由表 11-4 取1AK 已知齿轮为 7 级精度，调质处理，并初设smv/3，由表 11-5 取1vK 对于 7 级精度软齿面齿轮，由表11-9 取23.1K 齿轮在轴上对称布置，轴刚性大，软齿面，由表11-8 取1d，由图 11-7 取05.1K 因此，该斜齿轮圆柱齿轮传动的载荷系数K为 29.11105.123.1vA

10、KKKKK （3）确定弹性系数EZ、节点区域系数HZ、重合度系数Z和螺旋角系数Z 钢对钢的弹性系数查表 11-6 得MPaZE8.189，初设12，则由图 11-9 可查得节点区域系数46.2HZ，重合度系数tXZ1 对斜齿轮可取9.0X，7.112cos11512812.388.1cos112.388.121zzt 由此可得808.07.19.011tXZ 螺旋角系数989.012coscosZ （4）计算许用接触应力H 因为大齿轮的硬度比较低，其强度较差，故接 疲劳强度按大齿轮计算即可。大齿轮45 钢，正火处理，200HBS，由图11-10取MPaH500lim，按表 11-7 查得其失效

11、概率为 1%得1HS。大齿轮许用接触应力为MPaMPaSHHH50015002lim2 （5）计算小齿轮分度圆直径1d 材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 9 mmmmKTZZZZddHEH194.491.411.416662029.12500808.0989.046.28.189123231212 （6）验算速度v smsmndv/85.1/100060720194.4914.310006011，与初设相符。4.5 确定传动尺寸 （1）确定模数nm mmmmzdmn72.12812cos194.49cos11，取2nm （2）确定中心距a mmmmzzman2.1461

12、2cos2115282cos221，中心距应圆整为整数，取mma146 （3）确定螺旋角 2163811635.111462115282arccos2arccosazzmn （4）确定齿轮分度圆直径21dd、mmmmzmdn175.5763811cos282cos 11 mmmmzmdn825.23463811cos1152cos 22（5）确定齿宽21bb、mmmmdbd175.57175.57112，取mmb602 mmbb65560521 4.6 弯曲疲劳强度验算 （1）确定齿形系数FaY、应力修正系数saY、重合度系数Y及螺旋角系数Y 小齿轮的当量齿数为80.29635.11cos28

13、cos3311zzv，大齿轮的当量 齿数为39.122635.11cos115cos3322zzv。查图 11-12 和图 11-13 得 82.114.263.153.22211saFasaFaYYYY、重合度系数因已知7.19.0tX、故84.07.19.011tXY 螺旋角系数917.0140635.1111401Y 材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 10 （2）计算许用弯曲应力 F 小齿轮 45 钢，调质处理，硬度为 230HBS，查 图 11-14 得MPaMPaFF4004302lim1lim、因为2nm，查图 11-15，可取尺寸系数0.1XY 失效概率为

14、 1%，查图 11-7 得安全系数1FS 计算许用弯曲应力MPaMPaYSMPaMPaYSXFFFXFFF40011400430114302lim21lim1 （3）验算弯曲疲劳强度 MPaMPaYYYYmbdKTsaFanF08.79917.084.063.153.22175.57606662029.12211111 MPaMPaYYYYsaFasaFaFF69.7463.153.282.114.208.79112212 4.7 齿轮相关参数的计算 （1)小齿轮参数的计算 分度圆直径mmd175.571；齿顶圆直径mmmmmddna175.592175.5711；齿根圆直径mmmmmddnf

15、675.54225.1175.5725.111；旋向：右旋。（2）大齿轮参数的计算 分度圆直径mmd825.2342；齿顶圆直径mmmmmddna825.2362825.23422；齿根圆直径mmmmmddnf325.232225.1825.23425.122；旋向：左旋。参数 主动轮 从动轮 模数/mm 2 2 齿数 28 115 齿宽/mm 65 60 分度圆直径/mm 57.175 234.825 齿顶圆直径/mm 59.175 236.825 齿根圆直径/mm 54.675 232.325 螺旋角 63811 中心距/mm 146 材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12

16、月 11 旋向 右旋 左旋 精度等级 7 级 4.8 齿轮的结构设计 材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 12 第五章 轴的设计和计算 5.1 轴 I 的设计和计算 设计条件：NFQ88.1254 mNTI625.66 轴上齿轮分度圆直径mmd175.571 设计中用到的图、表由机械设计基础查得（1）选材 选用 45 钢并经过调质处理，由表15-1 和表 15-3 查得 硬度为 217255HBS，MPaMPaMPabbb1056065001、（2）轴长的估算 参照机械设计课程设计对轴长进行估算 轴总长：mmEDbaFGHKMl5.2322/201365132511062

17、02/63222 带轮到邻近的轴承部分长为：mmEGHKMl5.95182/20106202/63182/2/1 轴承之间长为：mmlll1375.955.23212 一个轴承到齿轮中心的距离为：mmll5.682/1372/23 （3）画轴的空间受力简图，如图1 NNdTFt56.2330175.576662522111 NNaFFntr05.866635.11cos20tan56.2330costan11 NNFFta480635.11tan56.2330tan11 （4）作水平面内的弯矩HM图,如图 2 NNllFlFrFFQraRHA77.14251375.23288.12545.95

18、05.8662/175.574802311 NNllFlFlFFarQRHB71.12091372/175.574805.6805.8665.9588.1254231311 截面 C 左侧的弯矩为 mNmNrFlFMaRHBHC59.962/175.5710480105.6871.120933131 截面 C 右侧的弯矩为 材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 13 NmNlMHC87.821000/5.6871.1209F3RHB2 截面 A 处的弯矩为 mNmNlFMQHA84.119100/5.9588.12541 （5）作垂直面内的弯矩vM图，如图 3 NNllFF

19、FtRVBRVA28.11651375.6856.2330231 截面 C 处的弯矩为mNmNlFMRVAVC82.791000/5.6828.11653 （6）作合成弯矩M图，如图 4 截面 C 左侧合成弯矩为 mNmNMMMVCHCC3.12558.9682.79222121 截面 C 右侧合成弯矩为 mNmNMMMVCHCC1.11587.8282.79222222 截面 A 处的合成弯矩为 mNMMHAA84.119 （7）作转矩T图，如图 5 mNTTI625.66 （8）作当量弯矩eM图，如图 6 mNmNTMMAeA71.125625.6657.084.1192222 mNmNT

20、MMCeC93.130625.6657.03.12522221 mNmNTMeD98.37625.6657.0 （9）计算危险截面处的直径 A 处：mmmmMdbeA57.27601.0100071.1251.0331A C 处：mmmmMdbeCC94.27601.0100093.1301.0331 因 C 处有键槽，故将直径扩大5%，即mmmm3.2905.194.27 D 处：mmmmMdbeDD50.18601.0100098.371.0331 因 D 处有键槽，故将直径扩大5%，即mmmm42.1905.150.18 材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 14 5

21、.2 轴的设计和计算 设计条件：mNT003.265 轴上齿轮分度圆直径mmd825.2342 设计中用到的图、表由机械设计基础查得（1）选材 选用 45 钢并经过调质处理，由表15-1 和表 15-3 查得 硬度为 217255HBS，MPaMPaMPabbb1056065001、（2）轴长的估算 该轴的轴承之间的长度应与轴I 轴承之间的长度相同，即mml137 （3）画轴的空间受力简图，如图 1 在数值上NFFNFFNFFrraatt05.86648056.2330121212、（4）作水平面内的弯矩HM图,如图 2 NNllFdFFRaRHA65.211372/13705.8662/82

22、5.2344802/2/222 NNFFFrRHARHB4.84405.86665.212 截面 C 左侧弯矩为mNmNlFMRHAHC48.121013765.212/31 截面 C 右侧弯矩为mNmNlFMRHBHC84.572101374.8442/32 （5）作垂直面内的弯矩vM图，如图 3 NNFFFtRVBRVA28.1165256.233022 mNmNlFMRVAVC84.792/13765.212/（6）作合成弯矩M图，如图 4 截面 C 左侧合成弯矩为 材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 15 mNmNMMMVCHCC85.7984.7948.1222

23、121 截面 C 右侧合成弯矩为 mNmNMMMVCHCC6.9884.7984.57222222 （7）作转矩T图，如图 5 mNTT003.265 （8）作当量弯矩eM图，如图 6 mNmNTMMceC38.180003.26557.06.98222222 mNmNTMeD05.151003.26557.0 （9）计算危险截面处的直径 C 处：mmmmMdbeCC09.31601.0100038.1801.03312 因 C 处有键槽，故加大 5%，即mmmm64.3205.109.31 B 处、D 处mmmmMddbeDDB31.29601.0100005.1511.0331 B 处、D

24、 处也加大 5%，即mmmm78.3005.131.29 材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 16 第六章 轴承的选择和计算 6.1 轴 I 两端轴承的选择和计算 设计条件：预期使用寿命为 29200h 轴承内径mmd45，转速min/720rn，选用公称接触角为25的AC70000型轴承 设计中用到的图、表由机械设计基础查得 （1）计算轴承 1、2 的轴向负荷FFFrr、21 NNFFFFRVARHAAr34.184128.116571.142522221 NNFFFFRVBRHBBr67.167928.116571.120922222 NFFa480（2）计算轴承 1

25、、2 的内部轴向力 NNFFrS11.125234.184168.068.011 NNFFrS18.114267.167968.068.022 因为1218.162248018.1142SSFNNFF 故NFFSa18.114222 NNFFFSa18.162218.114248021 （3）计算轴承 1、2 的当量动负荷 由表 17-8 查得AC70000型轴承68.0e，而 68.088.034.184118.1622/11raFF 68.067.167918.1142/22raFF 查表 17-8 得0187.041.02211YXYX、，、NNFYFXParr25.216618.162

26、287.034.184141.011111 NNFYFXParr67.167967.1679122222 （4）计算所需的径向基本额定动负荷rC 因为21rrPP，故以轴承 1 的当量动负荷1rP为计算依据，因为轻微 冲击负荷，查表 17-6 得1.1pf，工作温度正常，查表 17-5 得1Tf 所以，KNNnLfPfChTrpr49.2816670292000720125.21661.116670311101 由机械设计常用标准查得AC7309型轴承的径向基本额定动负荷 rrCC，符合设计要求。6.2 轴两端轴承的选择和计算 材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 17 设

27、计条件：预期使用寿命为 29200h 轴承内径mmd40，转速min/61.175rn，选用公称接触角为25的AC70000型轴承 设计中用到的图、表由机械设计基础查得 （1）计算轴承 1、2 的轴向负荷FFFrr、21 NNFFFFRVARHAAr8.116559.116565.2122221 NNFFFFRVBRHBBr3.143959.11654.84422222 NFFa480（2）计算轴承 1、2 的内部轴向力 NNFFrS7.7298.116568.068.011 NNFFrS7.9783.143968.068.022 因为217.12094807.729SSFNNFF，故NFFS

28、a7.72911 NNFFFSa7.12097.72948012 （3）计算轴承 1、2 的当量动负荷 由表 17-8 查得AC70000型轴承68.0e，而 68.062.08.11657.729/11raFF 68.084.03.14397.1209/22raFF 查表 17-8 得87.041.0012211YXYX、，、NNFYFXParr8.11658.1165111111 NNFYFXParr6.16427.120987.04.143941.022222 （4）计算所需的径向基本额定动负荷rC 因为21rrPP，故以轴承 1 的当量动负荷2rP为计算依据，因为轻微 冲击负荷，查表

29、17-6 得1.1pf，工作温度正常，查表 17-5 得1Tf 所以，KNNnLfPfChTrpr2.121667029200061.17516.16421.116670311101 由机械设计常用标准查得AC7008型轴承的径向基本额定动负荷 rrCC，符合设计要求。材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 18 第七章 键的选择及计算 7.1 轴 I 外伸端键的选择和计算（1）键的选择 该处用键联接带轮和轴 I，由第三章 V 带的设计及带轮的结构设计可知，带轮与轴接触部分轴长为mmL55，故键长为mmmmLl45105510 由电动机外伸端直径及第五章轴 的设计可知，该处轴

30、的直径设定为 mmd36，根据以上数据选择键型。由机械设计课程设计查表 5-1，选择 A 型普通平键 810 GB1096-90 材料为 45 钢。（2）键的校核 由于轮毂材料为铸铁，故其强度最弱，按其挤压应力进行校核。该处键联接有轻微冲击，查机械设计基础表 10-11 得 MPap6050，mNT625.66 ppMPaMPadlhT56.208453610625.66443，符合设计要求。7.2 轴 键的选择和计算 （1）键的选择 该处用键联接从动轴和从动齿轮，由第四章齿轮的设计和计算可知，该 处齿轮和轴接触部分长度为齿宽，故mmL62，材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12

31、 月 19 故键长为 mmmmLl52106210，由机械设计课程设计 查表 5-1，选键长为mml50 由第五章轴的设计和计算可知，该处直径为mmd50，由机械设计 课程设计查表 5-1，选择 A 型普通平键 914 GB1096-90 材料为 45 钢。（2）键的校核 齿轮轮毂材料为 45 钢，按其挤压应力进行校核。该处键联接有轻微冲击，查机械设计基础表 10-11 得 MPap150125，mNT003.265 ppMPaMPadlhT3.459525010003.265443，符合设计要求。第八章 联轴器的选择 8.1 从动轮外伸端联轴器的选择 设计条件：min/61.175003.2

32、65rnmNT、（1）选择类型 考虑到转速较低，传递功率不太大，安装时不易保证完全同 轴线，故选用弹性柱销联轴器。（2）计算名义转矩 由机械设计基础查表 18-1 取5.1AK，mNmNTKTAC5.397003.2655.1 （3）选择型号 参考机械设计课程设计表6-4按 GB5014-8 选择联轴器型号为823282353YAYAHL 联轴器，选择 Y 型孔，A 型键，轴的直 径为mmd35，孔长mm82。8.2 大链轮处联轴器的选择 设计条件：min/91.81min/144.261.175rrinnIII齿 mNmNniPTIIIIII67.50861.175144.292.099.0

33、791.495509550链链轴承 （1）选择类型 考虑到转速较低，传递功率不太大，安装时不易保证完全同 轴线，故选用弹性柱销联轴器。（2）计算名义转矩 由机械设计基础查表18-1 取5.1AK，mNmNTKTAC76367.5085.1 （3）选择型号 参考机械设计课程设计表6-4按 GB5014-8 选择联轴器型号为844584484YAYAHL 联轴器，选择 Y 型孔，A 型键，轴的直 径为mmd48，孔长mm84。材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 20 第九章 相关参数的验证及误差分析 9.1 确定精确传动比及误差分析（1）精确传动比的计算 144.2链i、107.42811512zzi齿 041.202.01112224112ddVddi 972.17107.4144.2041.2v齿链精确iiii（2）传动比误差分析%5%16.2%100972.17584.17972.17精确总精确传动比误差iii 符合设计误差的要求。9.2 轴长的误差分析 根据最终装配图测量计算的轴 I 总长为mml253轴 10%8.1%100253232.5-253%100轴估轴轴长的误差lll 符合设计误差的要求。材料学院 2009 级基地班第一组 2011年 12 月 21 -THE END,THERE IS NO TXT FOLLOWING.-