机械设计大作业

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1、一、传动方案要求1.1、已知条件：电动机功率 P=11KW , 转速 n=3000 r/min , 传动装置输出轴转速n=7r/min,双向转动。工作机每天工作两班，要求工作寿命为10年。1.2、设计要求载荷平稳，结构紧凑，闭式传动。二、传动方案设计2.1各类传动机构优缺点介绍2.1.1带传动：带传动具有传动平稳、吸振等优点，且能起过载保护作用，但由于它是靠摩擦力来工作的，在传递同样功率的条件下，当带速较低时，传动结构尺寸较大，为了减少带传动的结构尺寸，应将其布置在高速级。2.1.2蜗杆传动：蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、工作平稳等优点，但其传动效率低，尤其在低速时，其效率更低，且蜗轮尺寸大

2、、成本高。因此，它通常用于中小功率、间歇工作或要求自锁的场合。为了提高传动效率、减少蜗轮结构尺寸，通常将其布置在高速级。2.1.3齿轮传动:齿轮传动具有承载能力大、效率高、允许速度高、尺寸紧凑、寿命长等特点，因此适用于各类传动。由于斜齿圆柱齿轮传动的承载能力和平稳性比直齿圆柱齿轮传动好，故在高速级或要求传动平稳的场合，常采用斜齿圆柱齿轮传动。2.1.4链传动：由于工作时链速和瞬时传动比呈周期性变化，磨损快，寿命短，故应将其布置在低速级。2.2传动机构的选择与分析2.2.1一级减速机构根据设计要求，电机转速为3000r/min，所以一级减速机构处于高速级，由2.1中对各类机构的介绍，我们可以考虑

3、采用带传动、蜗杆传动和齿轮传动。但因为高转速会给蜗杆和齿轮这类传动机构带来剧烈的磨损从而不能满足寿命要求，同时也需要更高的润滑条件提高成本，另外带传动传动平稳、吸振，所以我们选择带传动做一级减速机构。2.2.2二级减速机构根据设计要求，这是一个高传动比的传动机构，考虑到结构的紧凑性，传动系统中务必就要有蜗杆传动这一传动比很大的传动机构，但由于蜗杆传动在高速级时摩擦剧烈润滑条件要求高，在低速级时蜗轮尺寸大、成本高、效率低，所以将它用在中速级即第二级减速机构。2.2.3低速级减速机构根据各传动机构的特点，低速级传动尤其是在高功率载荷平稳及寿命长的前提下，链传动和开式齿轮传动等都不适合，同时机构的尺

4、寸会很大，满足不了结构紧凑的要求，最后我们还是选择采用展开式双级圆柱齿轮减速器。2.3传动系统简图及参数计算2.3.1传动系统简图2.3.2传动装置的运动和动力参数的计算已知轴承、带传动、蜗杆传动、齿轮传动、联轴器的传动效率分别为1=0.98，2=0.95，3=0.80，4=0.98，5=0.99。（1）各轴转速的计算n=nm/i1=2930/3=976.7r/minn= n/i2=976.7/12=81.4r/minn= n/i3=81.4/3.888=20.9r/minn=n/i4=20.9/2.991=7r/min（2）各轴功率的计算p=pd12=11*0.98*0.95=10.24kw

5、p=p135=10.24*0.98*0.80*0.99=7.95kwp= p14=7.95*0.98*0.98=7.63kw三、各传动机构的详细设计3.1带传动，P=11kw,n=2930r/min,i=3,以结构紧凑设计优先，工作平稳。设计如下:设计计算项目设计计算依据方案1方案2工况系数KA表13-101.21.2计算功率PcPc=KA*P13.213.2选V带型图13-7AB小轮直径d1/mm表13-11及推荐标准值125140验算带速V(m/s)V=*d1*n1/60,一般为525m/s19.1821.48大带轮直径d2/mmd2=i*d1,一般取标准值375420从动轮z转速n2(r

6、/min)n2=n1*d1/d2一般取标准值977977从动轮转速误差（n2-n2）/n2，应不超过0.0500初定中心距a0/mm推荐：a0=(0.75-0.80)(d1+d2)385431初算带长Lc/mmLc=2a0+*(d1+d2)/2+(d1-d2)/4a015961787选定基准长度Ld/mm表13-716001800定中心距a/mma=a0+(Ld-Lc)/2387437.5amin/mmamin=a-0.015Ld363410.5amax/mmamax=a+0.015Ld411464.5验算包角a1a1=180-(d2-d1)/a*57.3,a120143143.3单根带基本额

7、定功率P0/kw表13-43.033.81传动比iid2/d133功率增量P0/kw表13-50.3530.939长度系数Kl表13-70.990,95包角系数Ka表13-90.8990.9单根带许用功率【P0】/Kw【P0】=(P0+P0)*Kl*Ka3.014.06V带根数ZZPc/【P0】,不宜超过表13-11推荐论槽数54V带单位长度质量q(kg/m)表13-10.100.17单根V带出拉力F0/NF0=500Pc(2.5-Ka)/(KaZv)+qv*v159215轴上压力FQ/NFQ2ZF0sin(a/2)1507.81632.5设计方案比较结构紧凑，轴向力小好好由于设计要求结构紧凑

8、优先，故选用方案13.2蜗轮蜗杆传动，p=10.24kw,n=976.7r/min,i=12。设计如下：（1） 选择材料蜗杆 采用45钢，表面高频淬火，硬度为4555HRC蜗轮 材料为ZCuSn10P1，砂模铸造（2） 确定主要参数Z1，Z2查表122 取Z1=4，则Z2=iZ1=12*4=48（3） 按齿面接触强度设计1） 作用在蜗轮上的转矩T2按Z2=4估取=0.9，则T2=T1*i*=9.55*106*10.24/976.7*12*0.9=1081349Nmm2） 确定载荷系数KA查表11-1，取KA=13） 确定许用接触应力HP查表12-5得基本许用接触应力 HP=200MP应力循环次

9、数 N=60*n2*th=60*976.7/12*16*3000=2.344*108寿命系数 ZN=（107/（2.344*108）（1/8）=0.674故许用应力 HP=HP*ZN=200*0.674=134.8MPa4） 由于铜蜗轮与钢蜗杆配对，所以ZE=160MPa5） 确定模数及蜗杆直径m2*d1=9KA*T2*(ZE/(Z2*HP)2=9*1*1081349*(160/48/134.8)2=5951mm3查表12-1，考虑参数匹配，取m2*d1=64005951时，m=8mm,d1=100mm,Z1=4,q=12.500,Z2=48,d2=8*48=384mm6） 确定中心距a=m/

10、2*(q+Z2)=8/2*(12.5+48)=242mm7） 计算蜗杆分度圆柱导程角=arctan(Z1/q)=arctan(4/12.5)=174441（4） 热平衡计算1） 滑动速度Vs=*d1*n1/(60*1000cos)=*100*976.7/(60*1000*cos174441)=5.37m/s2） 当量摩擦角查表12-10得 v=116-（116-102）/(8-5)*(5.37-5)=1143） 总效率由式12-22 =0.95*tan/tan(+v)=0.884） 箱体散热面积计算A=9*10-5*a1.88=2.728m25） 工作油温取t0=20,a=15W/(m2),按

11、12-23达到热平衡时的工作油温为t 1=1000*P(1-)/(s*A)+t0=52 满足散热要求。3.3一级斜齿圆柱齿轮传动，p=7.95kw,n=81.4r/min,i=3.888。设计如下：1. 选择齿轮材料,确定许用应力根据题设条件,大,小齿轮均选用20CrMnTi钢渗碳淬火，硬度5662HRC。查得弯曲疲劳极限应力；查得接触弯曲疲劳极限应力。2按齿轮弯曲疲劳强度设计 (1)确定许用弯曲应力取,。因此齿轮的循环次数取寿命系数=1。则7.95(2)计算小齿轮的名义转矩(3)选取载荷系数K因是斜齿轮传动，且加工精度为7级，故K可选小些，取K=1.3。(4)初步选定齿轮参数(5)确定复合齿

12、形系数因两轮所选材料及热处理相同，则相同，故设计时按小齿轮的复合齿形系数带入即可，而，又图查得。将上述参数带入得 按标准模数取=4mm。则中心距 取，则 ，(6)计算几何尺寸 ，取mm3.校核齿面的接触强度如前所述，若一对齿轮均为钢制，可取弹性系数则齿面许用接触应力,因为较为重要传动，取最小安全系数，则 因为，故解除疲劳强度也足够。3.4第二级斜齿圆柱齿轮传动，p=7.63kw，n=20.9r/min,传动比i=2.991。设计如下：根据题意选用硬齿面，先按轮齿弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触强度，其设计步骤如下。1选择齿轮材料，确定许用应力 根据题设条件，大小齿轮均用20CrMnTi钢渗碳淬

13、火，硬度5662HRC。查的其弯曲疲劳极限应力=430mpa，解除疲劳极限应力=1500Mpa。2按轮齿弯曲疲劳强度设计Mn12.4 (1)确定许用弯曲应力 取=2，S =1.6。因为齿轮 循环次数 N=60nat=6020.91（3001610）=0.60210取寿命系数Y=1则=538Mpa（2）计算小齿轮名义转矩 T=9550=9550Nm=3486.44 Nm（3）选取载荷系数K 因为是斜齿轮且传动平稳K可以取小些K=1.3。（4）初选定齿轮参数=29，Z=i=292.991=86.739 为了使齿轮磨损均匀取Z=86 0.5 ，u=86/29=2.966（5）确定复合齿形系数Y因为两

14、轮所选材料及热处理相同，则相同，则设计时按小齿轮的复合齿形系数Y代入即可。而Z= Z/cos=29/cos15=32查得 Y=4.06。将上述参数代入，得m=12.4 =12.4mm=5.37mm取标准模数M=6mm。则中心距a=mm=357.2mm为了便于箱体加工和校验取a=357mm则cos=0.966387=14（6）计算几何尺寸d=mm=180.052mmdb取3.校核齿面接触强度如前所述，若一对齿轮均为钢制，可取弹性系数 ,则齿面许用接触应力按下式子计算因为较重要的传动，取最小安全系数 因为 故接触疲劳强度也足够。四、参考文献：机械设计课程设计 唐增宝 常建娥机械设计（第二版） 彭文生 8