1、 1 机械设计综合课程设计 机械设计部分 设计计算说明书 设计题目： 开槽机 设 计 者： 徐剑飞 学 号： 20130093 专业班级： 机械 工程及自动化 三 班 指导教师： 马文朋 完成日期： 2016年 6 月 24 日 天津理工大学机械工程学院 2 目 录 一 课程设计的任务 3 1设计目的 3 2设计题目 3 3设计任务 3 二 电动机的选择 4 1电动机类型的选择 4 2确定电动机输出功率 4 3确定电动机转速 4 4确定电动机型号 4 三 传动装置的总传动比和分配各级传动比 5 1传动装置的总传动比 5 2分配各级传动比 5 四 传动装置的运动和动力参数的计算 5 1计算各轴的
2、转速 5 2计算各轴的输入功率和输出功率 5 3计算各轴的输入转矩和输出转矩 5 五 传动零件的设计计算 6 1 V 带传动的设计计算 6 2齿轮传动的设计计算 8 六 轴的设计、校核 16 七 滚动轴承的选择和计算 18 八 键连接的选择和计算 19 九 联轴器的选择 19 十 润滑和密封的选择 20 十一 设计总结 22 十二 参考资料 22 谢词 22 3 一、课程设计的任务 1 设计 目的 课程设计是机械设计课程重要的教学环节，是培养学生机械设计能力的技术基础课。课程设计的主要目的是： (1)通过课程设计使学生综合运用机械设计课程及有关先修课程的知识，起到巩固、深化、融会贯通及扩展有关
3、机械设计方面知识的作用，树立正确的设计思想。 (2)通过课程设计的实践，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机械零件、机械传动装置或简单机械的一般设计方法和步骤。 (3)提高学生的有关设计能力， 如计算能力、绘图能力以及计算机辅助设计(CAD)能力等，使学生熟悉设计资料 (手册、图册等 )的使用，掌握经验估算等机械设计的基本技能。 2 设计题目： (1)题目： 开槽机 (2)用途： 开槽机在印刷行业中是一种常见的机器。 (3)原始数据： 说明：（ 1）工作条件： 2班制，工作环境良好，有轻微振动； （ 2）使用期限十年，大修期三年； （ 3）生产批量：小批量生产（ 20 台）；采用
4、 Y型电动机驱 动。 （ 4）传动装置部分简图 .3、设计任务 (1)总体设计计算 选择电动型号 序号 执行机构输入转速 n(r/s). 执行机构输入功率 (kw) 1 58 1.28 4 计算所需电机功率，确定电机转速，选定电机型号； 计算传动装置的运动、动力参数； a.确定总传动比 i，分配各级传动比； b.计算各轴转速 n、转矩 T、功率 P； c.传动零件设计计算； d.校核中间轴的强度、 轴承寿命、键强度； （ 2）绘制减速器装配图（草图和正式图各一张 )； （ 3）绘制零件工作图：减速器中齿轮和中间轴零件工作图； （注：当中间轴为齿轮轴时，可仅绘一张中间轴零件工作图即可）； （ 4
5、）编写设计计算说明书。 二、 电动机的选择 1电动机类型的选择 按已知工作要求和条件选用 Y系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动。 2 确定电动机 输出功率 P0 电动机所需的输出功率 P0=Pw/ 其中： Pw-执行机构的输入功率 -由电动机至 分配轴 的传动总效率 总效 率 = 带 3 轴 承 2 齿轮 联轴器 查表可得： 带 =0.96， 轴 承 =0.99， 齿轮 =0.98， 联轴器 =0.99， 则 = 0.96 0.993 0.982 0.99=0.89 电动机所需的功率： P0 = Pw/ =1.44 KW 3 确定电动机转速 执行机构输入转速 nw =58 r/min
6、 确定电动机转速可选范围 : V 带传动常用传动比范围为 : i 带 =2 4，取 2.8 3 双级圆柱齿轮传动比范围为 i 减 =8 40，取 14 18 则电动机转速可选范围为 : n0=nw i 总 =(2.8 3) ( 14 18) nw =(39.2 54) nw=2273.6 3132 r/min 其中： i 总 = i 带 i 减 =(2.8 3) ( 14 18)=39.2 54 电动机的同步转速有 750、 1000、 1500 、 3000r/min，符合这一转速范围的是 3000 r/min，根据容量和转速，由有关手册查出适用的电动机型号。 4.确定电动机型号 根据所需效
7、率、 转速 ，由 机械设计手册 或指导书 5 选定电动机： Y90S-2 型号（ Y 系列） 数据如下 : 额定 功率 P： 1.5 kw (额定功率应大于计算功率 ) 满载转速： nm = 2840 r/min （ nm 电动机满载转速） 同步转速： 3000 r/min 电动机输出轴径 : 24 mm 三、 传动装置的总传动比和分配各级传动比 1传动装置的总传动比 i 总 = i 带 i 减 = n0/ nw =2840/58 = 48.97 nw 执行机构 IV轴转速 2分配各级传动比 为使 V带传动外部尺寸不要太大，可初步取 i 带 =2.8 3左右 则： i 减 =i 总 /i 带
8、=48.97/2.8=17.49 减速器传动比分配原则：各级传动尺寸协调，承载能力接近，两个大齿轮直径接近以便润滑（浸油深度）。 i 减 =i 高 *i 低 i 高 高速级传动比 i 低 低速级传动比 建议取： i 高 =（ 1.2 1.3)i 低 则： i 减 = （ 1.2 1.3) i2 低 i 高 =4.58 i 低 =3.82 四、传动装置的运动和动力参数的计算 1计算各轴的转速 轴（高速级小齿轮轴）： n =nm/i 带 =1014.29 r/min 轴（中间轴）： n = n / i 高 =221.46 r/min 轴（低速级大齿轮轴）： n =n /i 低 =57.97 r/m
9、in 轴（与轴通过联轴器相连的轴） : nW= n = 57.97 r/min 2计算各轴的输入功率和输出功率 轴： P =P0 带 =1.44 0.96 =1.38 kw 轴： P = P 轴 承 齿轮 =1.38 0.99 0.98 =1.34 kw 轴： P = P 轴 承 齿轮 =1.34 0.99 0.98 =1.30 kw 轴（分配轴） : Pw= P 轴 承 联轴器 =1.30 0.99 0.99 =1.27 kw 3.计算各轴的输入转矩和输出转矩 公式 : T=9.55 106 P/n (Nmm) 轴： T入 =9.55 106 P入 / n =1.299 104 (Nmm)
10、T出 = T入 轴 承 = 1.287 104 (Nmm) 轴： T入 =9.55 106 P入 / n =5.778 104 (Nmm) T出 = T入 轴 承 =5.720 104 (Nmm) 轴： T入 =9.55 106 P入 / n =21.416 104 (Nmm) T出 = T入 轴 承 =21.201 104 (Nmm) 6 轴： Tw=9.55 106 Pw/ n =20.922 104 (Nmm) 将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表： 轴名 功率 P（ kw） 转矩 T （ N mm） 转速 n（ r/min） 传动比 i 效率 输入 输出 电机轴 1.44 - -
11、 2840 2.8 0.96 轴 1.38 1.299 104 1.287 104 1014.29 4.58 0.97 轴 1.34 5.778 104 5.720 104 221.46 3.82 0.97 轴 1.30 21.416 104 21.201 104 57.97 1 0.98 IV 轴 1.27 20.922 104 - 57.97 五、传动零件的设计计算 1 V 带传动的设计计算 5.1.V 带传动的设计计算 已知：小带轮功率 P（即 电机输出功率 P0）和转速 n1（即电机满载转速 nm）。 可初步取 i 带 =2.8 设计带传动：带的型号、 根数、大小带轮直径、中心距等参数
12、。 （ 1） 确定计算功率 Pca =K A P，查表得 K A=1.2 则 Pca =1.2 1.5=1.8KW （ 2） 选择 V 带的带型 n0=2840r/min,Pca =1.8KW,查设计手册选择 Z 型 V 带。 （ 3）计算带轮的基准直径 dd并验算带速 v ddmin=50mm， 查表初选 dd1=56mm,则大带轮 dd2=i 带 .dd1=2.8 56=156.8mm 验算带速： v=525m/s v带= 100060 01 ndd = 100060 284056 =8.33m/s 25m/s. dd2 查表圆整： dd2 =140mm. （ 4） 确定 V 带的中心距
13、a 和基准长度 Ld 7 0.7（ dd1 +dd2 ） a0 2（ dd1 +dd2 ） 150.2 a0 427 为了使结构紧凑，取偏低值， a0 =250mm. 计算带长 Ld0 2a0 +2 （ dd1 +dd2 ） + add dd024 12 =846.11mm 查表取长度 Ld =780. 则实际中心距： a=a0 + 2 0LL dd =216.95mm 25.2 0 30 1 5.0m i n La da mm 35.23803.0m a x La da mm （ 5）验算小带轮上的包角 1 1 180 -（ dd1 +dd2 ） 57.3 /a=163.28 120 （ 6
14、）计算带的根数 z z= KKpp pLca） 00( , 查表得 p0=0.332KW, KL =1.0， K=0.925 p=kb n1(1- ki1 )=0.101, kb =0.2925 103 ， ki =1.1373 z= KKpp pLca） 00( 2.96=3 （ 7）计算单根 V 带的初拉力 F0 由表得 q=0.060 （ kg/m ） , F0=500 ZVPca （K5.2 -1 ）+qv2=500 ）（ 1-925.0 5.233.83 74.1 +0.068.332=52.32N. 8 （ 8） 计算压轴力 Fp Fp=2ZF0sin（ /2） =2352.32s
15、in(152.28 /2)=302.12N （ 9）带轮结构设计 查机械设计课程设计手册，确定带轮结构，并确定带轮轮毂孔径和长度。 3.1.2 V带传动的设计参数结果 V 带传动的设计参 数表格（ 3-1）如下： 表 3-1 V 带传动的设计参数表 V 带型号 V 带参数 序号 名称 数值 序号 名称 数值 1 小带轮基准直径 dd1 60mm 6 小带轮包角 1 152.28 2 大带轮基准直径 dd2 140mm 7 实际传动比 i 2.85 3 带速 v 8.33m/s 8 V 带根数 z 3 4 V 带基准长度 Ld 203.25 9 带轮轮毂孔径 d 25 5 中心距 a 214.9
16、5 10 带轮轮毂长度 l 40 2 齿轮传动的设计计算 1.高速级齿轮的设计 （ 1）选择齿轮类型、精度等级、材料 及齿数 选用 8 级精度，大齿轮 45 号钢，正火处理，硬度 230HBS；小齿轮 45 号钢，调质处理，硬度 190HBS。初选 =15，压力角 =20，取 Z1=24， Z2=i高 Z1=4.58 24=109.92，取 Z2=111。 （ 2）按齿面接触疲劳强度设计 试选载荷系数 KHt=1.3；由机械设计手册查取区域系数 ZH=2.43，计算接触疲劳强度用重合度 Z 。 2 0 . 6 4 7)/ c o s 1 5a r c t a n ( 2 0)/ c o sa
17、r c t a n ( t a n nt hZZ tat 2/(c o sa r c c o s 111 *ancos)= 0 2 5.3115c o s1221/(6 4 7.20c o s21a r c c o s ） 4 6 3.23)15c o s1296/(6 4 7.20c o s96a r c c o s )c o s2/(c o sa r c c o s *222 antt hZZ9 6 2 6.12/t a nt a n)t a n( t a n t22111 ）（ aat ZZ7 9 1.1/15t a n201/t a n1d Z 6 9 5.0)1(34 Z 螺旋角系数
18、 Z= 9 8 3.015c o sc o s 计算接触疲劳许用应力为 H ： 查 书 可知 小 齿轮 与大 齿轮 的 接触 疲劳 极 限分 别为 Mp aH 5801lim ，MpaH 3902lim 。 N1=60n1jLh=601014.31(2825010)=2.4343109 N2=N1/u=2.4343109/4.58=5.312108 查书可取接触疲劳寿命系数 KHN1=0.88， KHN2=0.92，安全系数 S=1。 M p aM p aSK HHNH 2.5 1 61 5 8 089.0 1l i m11 M p aM p aSK HHNH 7.3 6 21 3 9 093
19、.0 2l i m22 取较小， M p aHH 7.362 2 试算小齿轮分度圆直径： mmZZZZuuTKd HEHdHtt 4 4 1.31)(123 211 调整小齿轮分度圆直径： 圆周速度 v= smsmnd t /67.1/1 0 0 060 3.1 0 1 44 4 1.311 0 0 060 11 齿宽 b= mmt 441.31441.311d 1d 计算 KH： 可查得 KA=1.25； KV=1.12；齿轮的圆周力 Ft1= NTt 9 4 6.8 2 64 4 1.31 1 3 0 0 02d2 11 ， KAFt1/b=1.25826.946/31.441=32.88
20、7100N/mm,查 表得 KH=1.4， KH=1.446 则载荷系数为 KH=KAKVKHKH=2.877 d1=d1t 3 HtHKK =37.428mm, mn=d1cos/Z1=1.755 （ 3） 按齿根弯曲疲劳强度设计 10 321 )(c o s2 12 FsaFadZFtnt YYYYTKm 确定公式中的各参数值： 试选载荷系数 KFt=1.3 b=arctan(tancost)=arctan(tan15 cos20.647 )=14.076 727.1076.14c o s/625.1c o s/ 2b2 v 684.0727.1/75.025.075.025.0 vY 7
21、 7 6.01 2 01 Y 计算 FsaFaYY ： 由 3.23c o s/ 311v ZZ , 52.106c o s/ 322 ZZ v ,查表得 YFa1=2.68， YFa2=2.16修正系数 Ysa1=1.58 ， Ysa2=1.79 ， Mp aF 4001lim ， Mp aF 3202lim ，KFN1=0.88,KFN2=0.92,取弯曲疲劳安全系数 S=1.4。 M p aSK FFNF 4 2 8.2 5 14.1 4 0 088.0 1l i m11 ,M p aSK FFNF 286.2104.1 32092.0 2l i m22 0168.0 1 11 F SaFa YY , 0184.0 2 22 F SaFa YY 。取大值，所以 0184.0 F SaFaYY 把所以数值带入 321 )(c o s2 12 FsaFadZFtnt YYYYTKm =0.826 调整齿轮模数： d1=mntZ/cos=0.82621/cos15 =17.958mm V= smnd /937.060000 5.996958.17100060 11
