机械设计基础课程设计(作业范例)
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武汉理工大学
机械设计根底课程设计报告
专业班级：
课题名称：设计一用于带式运输机上的单级圆锥齿轮减速器
姓 名：
学 号：
指导教师：
完成日期： 一 、电动机的设计
1．电动机类型选择
按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭〔自扇〕冷笼型三相异步电动机。
2．选择电动机容量
(1)计算工作机所需功率Pw
Pw = = 4000×/1000× Kw ≈ 11Kw
其中，带式输送机的效率:ηw=(查?机械设计、机械设计根底课程设计?P131附表10-1)。
(2)计算电动机输出功率P0
按?机械设计、机械设计根底课程设计?P131附表10-1查得V带传动效率ηb = ，一对滚动球轴承效率ηr = 0.99，一对圆锥齿轮传动效率ηg = ，联轴器效率ηc = 。 〔其中，η为电动机至滚筒主动轴传动装置的总效率，包括V带传动、一对圆锥齿轮传动、两对滚动球轴承及联轴器等的效率〕。
传动装置总效率为：
η =ηbηr2ηgηc ×0.992×× = 0.894，
电动机所需功率为：
P0 = wP Kw ≈ Kw。
根据P0 选取电动机的额定功率Pm，使Pm = (1～1.3) P0 = ～
7.124 Kw。为降低电动机重量和本钱，由?机械设计、机械设计根底课程设计?P212附表10-112查得电动机的额定功率为Pm = Kw。
(3)确定电动机的转速
工作机主轴的转速nw，即输送机滚筒的转速：
nw = Dv100060= 60×××400 r/min
≈ r/min
根据?机械设计、机械设计根底课程设计?P12表3-3确定传动比 的范围，取V带传动比ib = 2～4, 单级圆锥齿轮的传动比ig = 2～3，那么传动比范围比 i = (2×2)～〔4×3) = 4～12。
电动机的转速范围为：
n = inw = (4～12)× r/min = 230～688 r/min ，符合这一同步转速范围的有750 r/min一种。根据同步转速查?机械设计、机械设计根底课程设计? P212附表10-11确定电动机的型号为Y160M2—8，其满载转速n m = 970 r/min。
此外，电动机的中心高、外形尺寸、轴伸尺寸等均可查表得出。
3．计算总传动比并分配各级传动比
(1)总传动比
i =wmnn= 720/57.30 r/min = r/min
(2)分配各级传动比
为使带传动的尺寸不至过大，满足ib
4．计算传动装置的运动和动力参数
(1)各轴的转速
nⅠ = nm / ib = 720/3 r/min = 240 r/min
nⅡ = nⅠ/ig = 240/4.19 r/min = 57.30 r/min
n w = nⅡ = 57.30 r/min
(2)各轴的功率
PⅠ = Pmηb = ×0.96 Kw = 5.28 Kw
PⅡ= PⅠηrηg =×× Kw = Kw
PW= PⅡηrηc = ×× Kw = Kw
(3)各轴的转矩各轴的转矩
T0 = 9550
00nP = 9550×720 N·m ≈ 73 N·m
T1 = 9550
11nP = 9550×/240 N·m ≈ 210.1 N·m T2 =
229550nP = 9550×/ N·m ≈ 845 N·m
Tw = 9550 Pw/ nw = 9550×/ N·m ≈ 820 N·m
(4)将计算的结果填入下表
参数 轴名称
电动机轴 Ⅰ轴 Ⅱ轴 滚筒轴
转速n〔r/min〕 720 240
功率P〔kw〕
转矩T〔N·m〕 73 845 820
传动比 i 3 1
效率 η 6
5．电动机的草图
型号 额定功率 满载转速 额定转矩起动转矩 额定转矩最大转矩
Y160M2-8 5.5 KW 720 r/min
二、带传动的设计
由设计任务书条件要求，此减速器工作场合对传动比要求不严格但又要求传动平稳，因此适用具有弹性的饶性带来传递运动和动力。V带传动时当量摩擦系数大，能传递较大的功率且构造紧凑；故此处选择V型槽带轮。
带轮材料常采用铸铁、钢、铝合金或工程塑料等，当带的速度 v≤25 m/s时，可采用HT150；当带速 v=25～30 m/s时，可采用HT200；当 v≥35 m/s时，那么用铸钢或锻钢〔或用钢板冲压后焊接而成〕，传递功率较小时，可用铸铝或工程塑料等材料。
带轮的设计准那么是，在保证代传动不产生打滑的前提下，具有足够的疲劳强度，带轮的质量小，构造公益性好，无过大的铸造内应力，质量分布要均匀等。
1. 确定计算功率
PC = KAP = ×5.5 = 6.6 Kw
查?机械根底?P226页 表9-7知：KA
2. 确定V带型号
按照任务书要求，选择普通V带。
根据PC = 6.6 Kw及n1 = 720 r/min，查?机械根底 ?P227页 图9-8确定选用B型普通V带。 3. 确定带轮基准直径
(1)确定带轮基准直径
根据?机械根底?P228页 表9-8取标准值确定：dd1 = 140mm。
(2)计算大带轮直径
dd2 = i dd1〔1-ε〕=〔720/240〕×140×〔1-0.02〕mm = mm
根据GB/T 13575.1-9规定，选取dd2 = 410mm。
4. 验算带速
v= 10006011ndd = ×140×720/60×1000m/s = 5.28 m/s
由于5m/s＜v＜25m/s,带速适宜。
5. 确定带长及中心距
(1)初取中心距a 0 = 500 mm
根据2102127.0ddddddadd
知：385≤a 0≤1100.
(2)确定带长Ld：
根据几何关系计算带长得
0221210422addddaLdddddo= 1900.39 mm
根据?机械根底?P226表9-6取相近的标准值Ld，Ld = 2000 mm
(3)确定中心距
2L-Ld0d0aa= 500+(2000-)/2 mm = mm，
取a= 550 mm；
a min = a×2000 mm = 520mm；
a max = a + 0.03Ld ×2000 mm = 610mm.
6. 验算小带轮包角：
3.57180121adddd =°＞120°，符合要求。 7. 确定V带根数Z
根据dd1 = 140mm及n1 = 720r/min，查?机械根底?P224表9-3得:
P0 =Kw，
根据带型和i查?机械根底?P224表9-4得：ΔP0 = 0.23Kw，
查?机械根底?P225表9-5得：Kα = 0.93，
查?机械根底?P226表9-6得：Kl = 0.98,
Z = Pc /[P0]≥LcKKPPP)(00 = 3.66,
取Z=4.
8. 确定V带初拉力F0
查?机械根底?P219表9-1得:q = 0.17㎏/m,那么
F0 = 5002)15.2(qvKvZPc N = N
9. 作用在轴上的力FQ
FQ = 2ZF0sin21= 2×4××sin/2 N = 2084.5 N
10.带轮的构造尺寸及草图
B型V带：
节宽bp /mm:14.0 ； 顶宽b/mm:；
高度h/mm:； 楔角θ:40°；
截面面积A/ mm2 :138； 每米带长质量q/〔 kg·m-1 〕:。
V带轮：
基准宽度bp/mm:14.0； 基准线至槽顶高度hamin:3.5；
槽顶宽b/mm:； 基准线至槽底深度hfmin:；
槽间距e/mm:19±； 第一槽对称线至端面距离f/mm: ； 最小轮缘厚度δ/mm:；
轮缘宽度B/mm:
B =(Z-1)e+2f(Z为齿模数) = 82mm。
三．减速器齿轮设计
设计任务书齿轮传动由主动轮、从动轮〔或齿条〕和机架组成，通过齿轮的啮合将主动轴的运动和转矩传递给从动轴，使其获得预期的转速和转矩。锥齿轮的传动比恒定，构造紧凑且效率高，工作可靠且寿命长。鉴于齿轮的以上优点因此选用齿轮传动，即圆锥齿轮是两相交轴传动。所以齿轮传动在机械传动中应用广泛。
齿轮材料要求齿面硬，齿芯也要有韧性，具有足够的强度以及具有良好的加工工艺及热处理性，当齿轮的尺寸较大〔da＞400 mm～600 mm〕或构造复杂不容易锻造以及一些低速运载的开式齿轮传动时，才有铸钢；高速小功率、精度要求不高或需要低噪音的特殊齿轮传动中，也常采用非金属材料。
材料：小齿轮 40Cr调质后外表淬火处理 齿面平均硬度HB1 =48～55；
大齿轮 45钢 调质处理 齿面平均硬度HB2 =217～255。
1. 材料选择及热处理
由于构造要求紧凑，故采用硬齿齿轮传动。查?机械根底?P181表6-3，选择小齿轮材料为40cr,调质后淬火处理，齿面平均硬度HB=53HRC；大齿轮选用45 钢调质处理，齿面平均硬度HB=250HRC。
2. 参数选择和几何尺寸计算
(1)齿数比
取小齿轮齿数Z1 = 20，那么大齿轮齿数Z2 = 20×4.19 = 84，
实际齿数比μ = Z2/Z1 = 4.2，与要求相差不大，可用。
(2)齿宽系数
两轮为硬齿面非对称布置，φR = b/R = 0.284。
一般取: 取φR = ～0.30，齿宽b ≤ R/3〔查?机械根底?P195表7-2〕。
(3)载荷系数
由于载荷较平稳，且采用硬齿面齿轮，应取最大值，故查?机械根底?P183表6-5，取K=1.2。
3．确定许用应力
小齿轮查?机械根底?P181表6-3，取[σH1]=1080MPa,[ σbb1]=510MPa,
由于承受单向载荷，故[ σbb1]=510MPa不变；
大齿轮查?机械根底?P181表6-3，用插值法得[σH2]=522MPa,
[σbb2]=304MPa,因受单向载荷，故[σbb2]=304MPa不变。
4．选择精度
运输机为一般机械，速度不高，应选择9级精度。
5. 根据齿轮强度条件设计
(1)按齿面接触疲劳强度设计
根据齿面接触疲劳强度，按?机械根底?P197公式〔7-7〕确定尺寸d：
