機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（機(jī)電與汽車工程學(xué)院2016級(jí)）一、設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)題目：帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置減速器設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)組別驅(qū)動(dòng)卷筒的圓周力F(KN)驅(qū)動(dòng)卷筒的直徑D（mm）運(yùn)輸帶的線速度v（m/s）使用年限T(年)15420262450036362001.86423003.5653.23802.56工作情況：平穩(wěn)，兩班制（連續(xù)16個(gè)小時(shí)），每月工作20天二、工作量1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份2、大齒輪零件圖一張3、低速軸（大齒輪軸）零件圖一張三、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容：1、擬定傳動(dòng)方案2、選擇電動(dòng)機(jī)3、計(jì)算總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比4、傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)5、v帶的設(shè)計(jì)（1）普通v帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（2）小帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，畫(huà)出結(jié)構(gòu)圖，標(biāo)上尺寸6、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算（按直齒圓柱輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)）（1）直齒圓柱輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算（2）直齒圓柱齒輪幾何尺寸，算出兩個(gè)齒輪的幾何尺寸（3）大齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，畫(huà)出結(jié)構(gòu)圖，標(biāo)出尺寸7、低速軸（大齒輪軸）的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)與受力分析計(jì)算。畫(huà)出結(jié)構(gòu)圖，標(biāo)上尺寸，畫(huà)出軸的受力分析圖，計(jì)算出支座反力，為滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算做準(zhǔn)備8、聯(lián)軸器的選擇9、低速軸（大齒輪軸）上的滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算（選擇深溝球軸承）10、設(shè)計(jì)小結(jié)11、參考書(shū)目四、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排表（供參考）階段主要工作內(nèi)容時(shí)間（天）一下達(dá)任務(wù)書(shū)，作有關(guān)說(shuō)明，并做好有關(guān)準(zhǔn)備工作二完成總體方案計(jì)算及相應(yīng)說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容。三完成設(shè)計(jì)書(shū)5-6 四完成設(shè)計(jì)書(shū)7-9，完成軸的設(shè)計(jì)五完成零件圖，并完成說(shuō)明書(shū)的其余部分六整理計(jì)算中的有關(guān)內(nèi)容，寫(xiě)好說(shuō)明書(shū)，并做好答辯準(zhǔn)備七答辯，終結(jié)五設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)過(guò)程參考設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行，在設(shè)計(jì)之前務(wù)必先通過(guò)讀并消化第一篇及相關(guān)內(nèi)容。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一、傳動(dòng)方案擬定.4二、電動(dòng)機(jī)的選擇.5三、確定傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比.7四、傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力設(shè)計(jì).8五、普通V帶的設(shè)計(jì).10六、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì).13七、軸的設(shè)計(jì).18八、滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)19九、聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)20十、設(shè)計(jì)小結(jié).21計(jì)算過(guò)程及計(jì)算說(shuō)明一、傳動(dòng)方案擬定第三組：帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置減速器設(shè)計(jì)、工作條件：載荷平穩(wěn)，使用年限6年，工作為二班工作制（連續(xù)16小時(shí)），每月工作20天。、原始數(shù)據(jù)：滾筒圓周力F=4000N；帶 速V=3m/s；滾 筒 直徑D=500mm；方案擬定：采用帶傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)的組合，即可滿足傳動(dòng)比要求，同時(shí)由于帶傳動(dòng)具有良好的緩沖，吸振性能，適應(yīng)大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩工況要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，使用維護(hù)方便。1.電動(dòng)機(jī) 2.V帶傳動(dòng) 3.圓柱齒輪減速器4.連軸器 5.滾筒 6.運(yùn)輸帶二、電動(dòng)機(jī)選擇1、電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)的選擇：選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，此系列電動(dòng)機(jī)屬于一般用途的全封閉自扇冷電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)方便，適用于不易燃，不易爆，無(wú)腐蝕性氣體和無(wú)特殊要求的機(jī)械。 2、電動(dòng)機(jī)容量選擇：電動(dòng)機(jī)所需工作功率為：式（1）：da (kw) 由式(2)：V/1000 (KW)因此 Pd=FV/1000a (KW)由電動(dòng)機(jī)至運(yùn)輸帶的傳動(dòng)總效率為：總=25式中：1、2、3、4、5分別為帶傳動(dòng)、軸承、齒輪傳動(dòng)、聯(lián)軸器和卷筒的傳動(dòng)效率。取=0.96，0.98，0.97，. 5.6則：總=0.960.9820.970.990.96 =0.85所以：電機(jī)所需的工作功率：Pd= FV/1000總 =(40003)/(10000.85)=14.12 (kw)3、確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 卷筒工作轉(zhuǎn)速為： n卷筒601000V/（D） =(6010003)/（2） =136.42 r/min根據(jù)機(jī)械課程設(shè)計(jì)手冊(cè)4表推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取圓柱齒輪傳動(dòng)一級(jí)減速器傳動(dòng)比范圍=3。取帶傳動(dòng)比= 。則總傳動(dòng)比理論范圍為：a。故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范為 Nd=Ian卷筒=(624)136.42 =818.523274.08 r/min則符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有：1000、1500和3000r/min根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由相關(guān)手冊(cè)查出三種適用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)：（如下表）方案電 動(dòng)機(jī) 型號(hào)額定功率電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)電動(dòng)機(jī)重量N參考價(jià)格傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速總傳動(dòng)比V帶傳動(dòng)減速器1Y160M2-215300029301255.6521.483.56.142Y160L-415150014601445.9610.72.54.283Y180L-61510009701958.897.1532.37綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器傳動(dòng)比，可見(jiàn)第 方案比較適合。此選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y160L-4電動(dòng)機(jī)主要外形和安裝尺寸：其主要性能：中心高H外形尺寸L(AC/2+AD)HD底角安裝尺寸 AB地腳螺栓孔直徑 K軸 伸 尺 寸DE裝鍵部位尺寸 FGD160600337.53852542541542110128三、確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配級(jí)傳動(dòng)比：由選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速nm和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n1、 可得傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為： ia=nm/n=nm/n卷筒=1460/136.42= 10.7總傳動(dòng)比等于各傳動(dòng)比的乘積分配傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比ia=i0i （式中i0、i分別為帶傳動(dòng)和減速器的傳動(dòng)比） 2、分配各級(jí)傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比： 根據(jù)指導(dǎo)書(shū)P7表1，取i0=2.5（普通V帶 i=24）因?yàn)椋篿ai0i所以：iiai010.7/2.54.28四、傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力設(shè)計(jì)：將傳動(dòng)裝置各軸由高速至低速依次定為軸，軸，.以及i0,i1，.為相鄰兩軸間的傳動(dòng)比01，12，.為相鄰兩軸的傳動(dòng)效率P，P，.為各軸的輸入功率 （KW）T，T，.為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 （Nm）n,n,.為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 （r/min）可按電動(dòng)機(jī)軸至工作運(yùn)動(dòng)傳遞路線推算，得到各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)1、 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算（1）計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)數(shù)： 軸：n=nm/ i0=1460/2.5=584 （r/min）軸：n= n/ i1 =584/4.28=128.04 r/min 卷筒軸：n= n（2）計(jì)算各軸的功率：軸： P=Pd01 =Pd1=14.120.96=13.56（KW）軸： P= P12= P23 =13.560.980.97 =12.89（KW）卷筒軸： P= P23= P24=12.890.960.99=12.25（KW）電動(dòng)機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩為：Td=9550Pd/nm=955014.12/1460=92.36 Nm軸：T= Tdi001= Tdi01=92.362.50.96=221.66 Nm 軸：T= Ti112= Ti124=221.664.280.980.99=920.43 Nm卷筒軸輸入軸轉(zhuǎn)矩：T = T24 =920.430.960.99=874.78 Nm計(jì)算各軸的輸出功率：由于軸的輸出功率分別為輸入功率乘以軸承效率：故：P=P軸承=13.560.98=13.29 KWP= P軸承=12.890.98=12.63 KW計(jì)算各軸的輸出轉(zhuǎn)矩：由于軸的輸出功率分別為輸入功率乘以軸承效率：則：T= T軸承=211.660.98=207.37 NmT = T軸承=920.430.98=902.02 Nm綜合以上數(shù)據(jù)，得表如下：軸名效率P （KW）轉(zhuǎn)矩T （Nm）轉(zhuǎn)速nr/min傳動(dòng)比 i效率輸入輸出輸入輸出電動(dòng)機(jī)軸14.1292.3614602.5軸13.5613.29221.66207.375845.96軸12.8912.63920.43902.02128.041.0卷筒軸12.25874.78128.04 五. V帶的設(shè)計(jì) （1）選擇普通V帶型號(hào) 由PC=KAP=1.215=18（ KW） 根據(jù)課本P134表9-7得知其交點(diǎn)在B型交界線處，方案：取B型V帶 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑，并驗(yàn)算帶速： 則取小帶輪 d1=140mmd2=n1d1(1-)/n2=id1(1-) =2.5140(1-0.02)=343mm 由表9-2取d2=343mm (雖使n2略有減少，但其誤差小于5%，故允許) 帶速驗(yàn)算： V=n1d1/（100060） =1460140/（100060）=10.7 m/s 介于525m/s范圍內(nèi)，故合適 確定帶長(zhǎng)和中心距a： 0.7（d1+d2）a02（d1+d2） 0.7（140+343）a02（140+343） 338.1a0966 初定中心距a0=500 ，則帶長(zhǎng)為 L0=2a0+（d1+d2）+（d2-d1）2/(4a0) =2500+（140+343）/2+（343-140）2/(4500)=1779.3 mm 由表9-3選用Ld=1600 mm的實(shí)際中心距 a=a0+(Ld-L0)/2=500+(1600-1779.3)/2=410.35mm 驗(yàn)算小帶輪上的包角1 1=180-(d2-d1)57.3/a =180-(343-140)57.3/410.35=151.65>120 合適 確定帶的根數(shù) Z=PC/（(P0+P0)KKL） =18/（2.83+0.46）0.930.92） = 6.39 故取7根B型V帶 計(jì)算軸上的壓力 由書(shū)9-18的初拉力公式有 F0=500PC（2.5/K-1）/z c+q v2 =50018（2.5/0.93-1）/（710.7）+0.1710.72 =222.31 N 由課本9-19得作用在軸上的壓力 FQ=2zF0sin(/2) =27222.31sin(151.65/2)=1477.91 Nd0dHL帶輪示意圖如下：S1斜度1:25SS2drdkdhddaLBS2六、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)：(1)、選定齒輪傳動(dòng)類型、材料、熱處理方式、精度等級(jí)。小齒輪選硬齒面，大齒輪選軟齒面，小齒輪的材料為45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為250HBS，大齒輪選用45號(hào)鋼正火，齒面硬度為200HBS。 (1)、初選主要參數(shù) Z1=20 ，u=3.5 Z2=Z1u=203.5=70 查P180 圖8.52 P182 圖8.54得H lim1=575MPa H lim2=560MpaF lim1=250MPa F lim2=225MpaH1 =0.9H lim1=0.9575MPa517.5MPaH2 =0.9H lim2=0.9560MPa504.0MPaF1 =1.4F lim1=1.4250MPa350.0MPaF2 =1.4F lim2=1.4225MPa315.0MPa（2）按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)。圓柱齒輪分度圓直徑 d1CmAd3取H= H2=504.0MPa小齒輪名義轉(zhuǎn)矩T1=9.55106P/n1=9.5510613.29/584 =217103 Nmm=217 Nm查P180表8-15表8-14 得 Ad=12.6 Cm=1取b=0.8，由于原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，中等沖擊,選8級(jí)精度。荷載系數(shù)選K=1.5。 （3）計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d1CmAd3 = d1=97.28確定模數(shù)由公式m=d1/z1=97.28/20=4.864 查P144表8-1取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)值 m=5 確定中心距 a=m(z1+z2)/2=5(20+70)/2=225 mm 計(jì)算齒寬 b=d a=0.8225=180 （mm）ha=m=5 d=mz=100p=5hf=1.25m=6.25db=dcoss=5/2h=2.25m=11.25da=d+2ha=110e=5/2c=0.25m=1.25df=87.5u=225取b1=185mm b2=b=180計(jì)算零件尺寸（4）校核彎曲強(qiáng)度由課本P180 表8.15 表8.16查的YFS1=4.38, YFS2=3.88,Cm=1，Am=12.6帶入式課本（8-62）=27.19<F1 =24.08<F2故滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度要求七 軸的設(shè)計(jì) 輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 確定軸上零件的定位和固定方式 （如圖） 1，5滾動(dòng)軸承 2軸 3齒輪 4套筒 6密封蓋 7鍵 8軸承端蓋 9軸端擋圈 10半聯(lián)軸器 (2)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑 選用45#調(diào)質(zhì)，硬度217255HBS軸的輸入功率為P=12.89 KW 轉(zhuǎn)速為n=128.04 r/min根據(jù)課本P205（13-2）式，并查表13-2，取c=110d(3)確定軸各段直徑和長(zhǎng)度從聯(lián)軸器開(kāi)始右起第一段，由于聯(lián)軸器與軸通過(guò)鍵聯(lián)接，則軸應(yīng)該增加5%，取55mm，根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩TC=KAT=1.2920.43=1104.52Nm，查標(biāo)準(zhǔn)GB501485，選用HL4彈性聯(lián)軸器，半聯(lián)軸器長(zhǎng)度為l1=84mm,軸段長(zhǎng)L1=82mm右起第二段，考慮聯(lián)軸器的軸向定位要求，該段的直徑取62mm,根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器左端面的距離為15mm，故取該段長(zhǎng)為L(zhǎng)2=58mm右起第三段，該段裝有滾動(dòng)軸承，選用深溝球軸承，則軸承有徑向力，而軸向力為零，選用6213型軸承，其尺寸為dDB=6512023，那么該段的直徑為65mm，長(zhǎng)度為L(zhǎng)3=45右起第四段，該段裝有齒輪，并且齒輪與軸用鍵聯(lián)接，直徑要增加5%，大齒輪的分度圓直徑為350mm，則第四段的直徑取70mm,齒輪寬為b=180mm，為了保證定位的可靠性，取軸段長(zhǎng)度為L(zhǎng)4=178mm右起第五段，考慮齒輪的軸向定位,定位軸肩，取軸肩的直徑為D5=80mm ,長(zhǎng)度取L5=15mm右起第六段，該段為滾動(dòng)軸承安裝出處，取軸徑為D6=65mm，長(zhǎng)度L6=50mm(4)求齒輪上作用力的大小、方向 大齒輪分度圓直徑：d1=350mm作用在齒輪上的轉(zhuǎn)矩為：T1 =9.02105Nmm 求圓周力：Ft=2T2/d2=29.02105/350=5154.29N 求徑向力Fr=Fttan=5154.29tan200 =1876N （5）軸長(zhǎng)支反力根據(jù)軸承支反力的作用點(diǎn)以及軸承和齒輪在軸上的安裝位置，建立力學(xué)模型。 水平面的支反力：RA=RB=Ft/2 = 2577 N 垂直面的支反力：由于選用深溝球軸承則Fa=0那么RA=RB =Fr121/242= 938 N（6）畫(huà)彎矩圖 右起第四段剖面C處的彎矩： 水平面的彎矩：MC=RA121= 311.84 Nm 垂直面的彎矩：MC1= MC2=RA76=133.5 Nm 合成彎矩： （7）畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖： T= 9.55103P2/n2 =9.5510312.89/128.04=961.41 Nm （8）畫(huà)當(dāng)量彎矩圖 因?yàn)槭菃蜗蚧剞D(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩為脈動(dòng)循環(huán)，=0.6 可得右起第四段剖面C處的當(dāng)量彎矩： （9）判斷危險(xiǎn)截面并驗(yàn)算強(qiáng)度右起第四段剖面C處當(dāng)量彎矩最大，而其直徑與相鄰段相差不大，所以剖面C為危險(xiǎn)截面。已知MC2=655.75Nm , b=650 Mpa-1=60Mpa 則：e= MC2/W= MC2/(0.1D43)=655.751000/(0.1703)=19.12Nm<-1右起第一段D處雖僅受轉(zhuǎn)矩但其直徑較小，故該面也為危險(xiǎn)截面： e= MD/W= MD/(0.1D13)=576.851000/(0.1553)=34.67 Nm<-1 所以確定的尺寸是安全的 。 以上計(jì)算所需的圖如下：繪制軸的工藝圖（見(jiàn)圖紙）八聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)（1）類型選擇 由于兩軸相對(duì)位移很小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)緩沖要求不高，故選用彈性柱銷聯(lián)。 （2）載荷計(jì)算計(jì)算轉(zhuǎn)矩TC=KAT=1.3920.43=1196.55 Nm，其中KA為工況系數(shù)，由課本表14-1得KA=1.3（3）型號(hào)選擇根據(jù)TC，軸徑d，軸的轉(zhuǎn)速n， 查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 501485，選用HL4型彈性柱銷聯(lián)，其額定轉(zhuǎn)矩T=1250Nm, 許用轉(zhuǎn)速n=4000r/m ,故符合要求。九滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命h=6122016=23040小時(shí)輸出軸的軸承設(shè)計(jì)計(jì)算（1）初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P因該軸承在此工作條件下只受到Fr徑向力作用，所以P=Fr=1876N（2）求軸承應(yīng)有的徑向基本額定載荷值 （3）選擇軸承型號(hào)查手冊(cè)P162表17-4，選擇6213軸承 Cr=44.0KN由課本P230式11-1有預(yù)期壽命足夠此軸承合格十、設(shè)計(jì)小結(jié) 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是我們機(jī)械類專業(yè)學(xué)生第一次較全面的機(jī)械設(shè)計(jì)訓(xùn)練，是機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程重要的綜合性與實(shí)踐性環(huán)節(jié)。(1) 通過(guò)這次機(jī)械設(shè)計(jì)課程的設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用了機(jī)械設(shè)計(jì)課程和其他有關(guān)先修課程的理論，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，培養(yǎng)分析和解決一般工程實(shí)際問(wèn)題的能力，并使所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展。(2) 學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法，掌握通用機(jī)械零件、機(jī)械傳動(dòng)裝置或簡(jiǎn)單機(jī)械的設(shè)計(jì)原理和過(guò)程。(3) 進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練，如計(jì)算、繪圖、熟悉和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料（手冊(cè)、圖冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等）以及使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算和數(shù)據(jù)處理等。