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1、机械设计基础课程设计任务书（机电与汽车工程学院 2016 级）一、设计课题 设计题目：带式输送机传动装置减速器设计 原始数据 组别 驱动卷筒的圆周力 F(KN)驱动卷筒的直径D（mm）运输带的线速度 v（m/s）使用年限 T(年)1 5 420 2 6 2 4 500 3 6 3 6 200 1.8 6 4 2 300 3.5 6 5 3.2 380 2.5 6 工作情况：平稳，两班制（连续 16 个小时），每月工作 20 天 二、工作量 1、设计说明书一份 2、大齿轮零件图一张 3、低速轴（大齿轮轴）零件图一张 三、设计说明书的内容：1、拟定传动方案 2、选择电动机 3、计算总传动比和分配传
2、动比 4、传动装置运动和动力参数 5、v 带的设计（1）普通 v 带传动的设计计算（2）小带轮结构设计，画出结构图，标上尺寸 6、齿轮传动设计计算（按直齿圆柱轮传动设计）（1）直齿圆柱轮传动设计计算（2）直齿圆柱齿轮几何尺寸，算出两个齿轮的几何尺寸（3）大齿轮结构设计，画出结构图，标出尺寸 7、低速轴（大齿轮轴）的结构尺寸设计与受力分析计算。画出结构图，标上尺寸，画出 轴的受力分析图，计算出支座反力，为滚动轴承寿命计算做准备 8、联轴器的选择 9、低速轴（大齿轮轴）上的滚动轴承寿命计算（选择深沟球轴承）10、设计小结 11、参考书目 四、设计进度安排表（供参考）阶段 主要工作内容 时间（天）一
3、 下达任务书，作有关说明，并做好有关准备工作 二 完成总体方案计算及相应说明书的内容。三 完成设计书 5-6 四 完成设计书 7-9，完成轴的设计 五 完成零件图，并完成说明书的其余部分 六 整理计算中的有关内容，写好说明书，并做好答辩准备 七 答辩，终结 五设计要求 设计过程参考设计指导书进行，在设计之前务必先通过读并消化第一篇及相关内容。机械设计课程设计计算说明书 一、传动方案拟定.4 二、电动机的选择.5 三、确 定 传 动 装 置 总 传 动 比 及 分 配 各 级 的 传 动比.7 四、传动装置的运动和动力设计.8 五、普通V带的设计.10 六、齿轮传动的设计.13 七、轴的设计.1
4、8 八、滚动轴承的设计19 九、联轴器的设计20 十、设计小结.21 计算过程及计算说明 一、传动方案拟定 第三组：带式输送机传动装置减速器设计、工作条件：载荷平稳，使用年限 6 年，工作为二班工作制（连续 16小时），每月工作 20 天。、原始数据：滚筒圆周力 F=4000N；带 速 V=3m/s；滚 筒 直径 D=500mm；方案拟定：采用带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。1.电动机 2.V 带传动 3.圆柱齿轮减速器 4.连轴器 5.滚筒 6.运输带 二、电动机选择 1、电动机类型和
5、结构的选择：选择 Y 系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。2、电动机容量选择：电动机所需工作功率为：式（1）：da (kw)由式(2)：V/1000 (KW)因此 Pd=FV/1000a (KW)由电动机至运输带的传动总效率为：总=25 式中：1、2、3、4、5分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率。取=0.96，0.98，0.97，.5.6 则：总=0.960.9820.970.990.96=0.85 所以：电机所需的工作功率：Pd=FV/1000总=(
6、40003)/(10000.85)=14.12(kw)3、确定电动机转速 卷筒工作转速为：n卷筒601000V/（D）=(6010003)/（2）=136.42 r/min 根据机械课程设计手册4 表推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围=3。取带传动比=。则总传动比理论范围为：a。故电动机转速的可选范为 Nd=Ian 卷筒=(624)136.42 =818.523274.08 r/min 则符合这一范围的同步转速有：1000、1500 和 3000r/min 根据容量和转速，由相关手册查出三种适用的电动机型号：（如下表）方 案 电 动机 型号 额定功率 电动机转速(r/mi
7、n)电 动 机重量 N 参考价格 传动装置传动比 同步转速 满载转速 总传动比 V 带传动 减速器 1 Y160M2-2 15 3000 2930 125 5.65 21.48 3.5 6.14 2 Y160L-4 15 1500 1460 144 5.96 10.7 2.5 4.28 3 Y180L-6 15 1000 970 195 8.89 7.15 3 2.37 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器传动比，可见第 方案比较适合。此选定电动机型号为 Y160L-4 电动机主要外形和安装尺寸：其主要性能：中心高 H 外 形 尺 寸L(AC/2+AD)HD 底 角 安
8、装 尺 寸 AB 地脚螺栓孔直径 K 轴 伸 尺 寸 DE 装键部位尺寸 FGD 160 600337.5385 254254 15 42110 128 三、确定传动装置的总传动比和分配级传动比：由选定的电动机满载转速 nm和工作机主动轴转速n 1、可得传动装置总传动比为：ia=nm/n=nm/n 卷筒=1460/136.42=10.7 总传动比等于各传动比的乘积 分配传动装置传动比 ia=i0i （式中 i0、i 分别为带传动和减速器的传动比）2、分配各级传动装置传动比：根据指导书 P7 表 1，取 i0=2.5（普通 V 带 i=24）因为：iai0i 所以：iiai0 10.7/2.54
9、.28 四、传动装置的运动和动力设计：将传动装置各轴由高速至低速依次定为轴，轴，.以及 i0,i1，.为相邻两轴间的传动比01，12，.为相邻两轴的传动效率 P，P，.为各轴的输入功率 （KW）T，T，.为各轴的输入转矩 （Nm）n,n,.为各轴的输入转矩 （r/min）可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数 1、运动参数及动力参数的计算（1）计算各轴的转数：轴：n=nm/i0=1460/2.5=584（r/min）轴：n=n/i1=584/4.28=128.04 r/min 卷筒轴：n=n（2）计算各轴的功率：轴：P=Pd01=Pd1=14.120.96=13.56（K
10、W）轴：P=P12=P23 =13.560.980.97=12.89（KW）卷筒轴：P=P23=P24=12.890.960.99=12.25（KW）电动机轴输出转矩为：Td=9550Pd/nm=955014.12/1460=92.36 Nm 轴：T=Tdi001=Tdi01=92.362.50.96=221.66 Nm 轴：T=Ti112=Ti124=221.664.280.980.99=920.43 Nm 卷筒轴输入轴转矩：T=T24 =920.430.960.99=874.78 Nm 计算各轴的输出功率：由于轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：故：P=P轴承=13.560.98=13
11、.29 KW P=P轴承=12.890.98=12.63 KW 计算各轴的输出转矩：由于轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：则：T=T轴承=211.660.98=207.37 Nm T=T轴承=920.430.98=902.02 Nm 综合以上数据，得表如下：轴名 效率 P（KW）转矩 T（Nm）转速n r/min 传动比 i 效率 输入 输出 输入 输出 电动机轴 14.12 92.36 1460 2.5 轴 13.56 13.29 221.66 207.37 584 5.96 轴 12.89 12.63 920.43 902.02 128.04 1.0 卷筒轴 12.25 874.78
12、 128.04 五.V 带的设计 （1）选择普通 V 带型号 由 PC=KAP=1.215=18（KW）根据课本 P134 表 9-7 得知其交点在 B 型交界线处，方案：取 B 型 V 带 确定带轮的基准直径，并验算带速：则取小带轮 d1=140mm d2=n1d1(1-)/n2=id1(1-)=2.5140(1-0.02)=343mm 由表 9-2 取 d2=343mm(虽使 n2 略有减少，但其误差小于 5%，故允许)带速验算：V=n1d1/（100060）=1460140/（100060）=10.7 m/s 介于 525m/s 范围内，故合适 确定带长和中心距 a：0.7（d1+d2）
13、a02（d1+d2）0.7（140+343）a02（140+343）338.1a0966 初定中心距a0=500，则带长为 L0=2a0+（d1+d2）+（d2-d1）2/(4a0)=2500+（140+343）/2+（343-140）2/(4500)=1779.3 mm 由表 9-3 选用 Ld=1600 mm 的实际中心距 a=a0+(Ld-L0)/2=500+(1600-1779.3)/2=410.35mm 验算小带轮上的包角1 1=180-(d2-d1)57.3/a =180-(343-140)57.3/410.35=151.65120 合适 确定带的根数 Z=PC/（(P0+P0)K
14、KL）=18/（2.83+0.46）0.930.92）=6.39 故取 7 根 B 型 V 带 计算轴上的压力 由书 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 由课本 9-19 得作用在轴上的压力 FQ=2zF0sin(/2)=27222.31sin(151.65/2)=1477.91 N 带轮示意图如下：d0 d H L S1 斜度 1:25 S S2 dr dk dh d da L S2 六、齿轮传动的设计：(1)、选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。
15、小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为 45 号钢调质，齿面硬度为 250HBS，大齿轮选用 45 号钢正火，齿面硬度为 200HBS。(1)、初选主要参数 Z1=20 ，u=3.5 Z2=Z1u=203.5=70 查 P180 图 8.52 P182 图 8.54 得 H lim1=575MPa H lim2=560Mpa F lim1=250MPa F lim2=225Mpa H1=0.9H lim1=0.9575MPa517.5MPa H2=0.9H lim2=0.9560MPa504.0MPa F1=1.4F lim1=1.4250MPa350.0MPa F2=1.4F lim
16、2=1.4225MPa315.0MPa（2）按接触强度设计。圆柱齿轮分度圆直径 d1CmAd3uudkTH121 取H=H2=504.0MPa 小齿轮名义转矩 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，由于原动机为电动机，中等冲击,选 8 级精度。荷载系数选 K=1.5。（3）计算小齿轮分度圆直径 d1CmAd3uudkTH121 =d1=97.28 1确定模数 由公式 m=d1/z1=97.28/20=4.864 查 P144 表 8-1 取标准模数
17、值 m=5 2确定中心距 a=m(z1+z2)/2=5(20+70)/2=225 mm 3计算齿宽 b=d a=0.8225=180（mm）取 b1=185mm b2=b=180 4计算零件尺寸 ha=m=5 d=mz=100 p=5 hf=1.25m=6.25 db=dcos s=5/2 h=2.25m=11.25 da=d+2ha=110 e=5/2 c=0.25m=1.25 df=87.5 u=225（4）校核弯曲强度 由课本P180 表8.15 表8.16查的YFS1=4.38,YFS2=3.88,Cm=1，Am=12.6带入式课本（8-62）597.281804.38217.33.5
18、112.61CmAm31111mbdYKTFSF=27.19F1 597.281803.38217.33.5112.61CmAm31212mbdYKTFSF=24.08F2 故满足齿根弯曲疲劳强度要求 七 轴的设计 输出轴的设计计算(1)确定轴上零件的定位和固定方式（如图）1，5滚动轴承 2轴 3齿轮 4套筒 6密封盖 7键 8轴承端盖 9轴端挡圈 10半联轴器 (2)按扭转强度估算轴的直径 选用 45#调质，硬度 217255HBS 轴的输入功率为 P=12.89 KW 转速为 n=128.04 r/min 根据课本 P205（13-2）式，并查表 13-2，取 c=110 dmmnPC51
19、.17128.0412.8911033(3)确定轴各段直径和长度 1从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加 5%，取55mm，根据计算转矩 TC=KAT=1.2920.43=1104.52Nm，查标准GB501485，选用 HL4 弹性联轴器，半联轴器长度为 l1=84mm,轴段长 L1=82mm 2右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取62mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为15mm，故取该段长为L2=58mm 3右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用 621
20、3 型轴承，其尺寸为 dDB=6512023，那么该段的直径为65mm，长度为 L3=45 4右起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加 5%，大齿轮的分度圆直径为350mm，则第四段的直径取70mm,齿轮宽为b=180mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为L4=178mm 5右起第五段，考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为 D5=80mm,长度取L5=15mm 6右起第六段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为 D6=65mm，长度 L6=50mm(4)求齿轮上作用力的大小、方向 1大齿轮分度圆直径：d1=350mm 2作用在齿轮上的转矩为：T1=9.02105Nmm
21、3求 圆 周 力：Ft=2T2/d2=2 9.02105/350=5154.29N 4求径向力 Fr=Fttan=5154.29tan200=1876N （5）轴长支反力 根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。水平面的支反力：RA=RB=Ft/2=2577 N 垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则 Fa=0 那么 RA=RB=Fr121/242=938 N（6）画弯矩图 右起第四段剖面 C 处的弯矩：水平面的弯矩：MC=RA121=311.84 Nm 垂直面的弯矩：MC1=MC2=RA76=133.5 Nm 合成弯矩：NmMMMMCCCC331.8529.7186
22、.1952221221 （7）画转矩图：T=9.55103P2/n2 =9.5510312.89/128.04=961.41 Nm （8）画当量弯矩图 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 可得右起第四段剖面 C 处的当量弯矩：NmTMMCC655.75961.41208.43)(222222 （9）判断危险截面并验算强度 1右起第四段剖面 C 处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面 C 为危险截面。已知 M C2=655.75Nm,b=650 Mpa-1=60Mpa 则：e=M C2/W=M C2/(0.1D43)=655.75 1000/(0.1 703)=19.12Nm-
23、1 2右起第一段 D 处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面：NmTMD576.85961.416.0）（2 e=MD/W=MD/(0.1D13)=576.851000/(0.1553)=34.67 Nm-1 所以确定的尺寸是安全的。以上计算所需的图如下：绘制轴的工艺图（见图纸）八联轴器的设计（1）类型选择 由于两轴相对位移很小，运转平稳，且结构简单，对缓冲要求不高，故选用弹性柱销联。（2）载荷计算 计算转矩 TC=KAT=1.3920.43=1196.55 Nm，其中 KA为工况系数，由课本表 14-1 得 KA=1.3（3）型号选择 根据 TC，轴径 d，轴的转速 n，查标准 GB/
24、T 501485，选用 HL4 型弹性柱销联，其额定转矩T=1250Nm,许用转速n=4000r/m,故符合要求。九滚动轴承设计 根据条件，轴承预计寿命 h=6122016=23040 小时 输出轴的轴承设计计算（1）初步计算当量动载荷 P 因该轴承在此工作条件下只受到Fr 径向力作用，所以 P=Fr=1876N（2）求轴承应有的径向基本额定载荷值 10533.17N）230401004.12860（11876）1060（31616htLnfPC （3）选择轴承型号 查手册 P162 表 17-4，选择 6213 轴承 Cr=44.0KN 由课本 P230 式 11-1 有 146001679
25、850）8761400041（128.766010)(6010366PCfnLth 预期寿命足够 此轴承合格 十、设计小结 机械设计课程设计是我们机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性环节。(1)通过这次机械设计课程的设计，综合运用了机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。(2)学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。(3)进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等
26、）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。单级共射放大电路实验报告 一、实验目的 1.熟悉常用电子仪器的使用方法。2.掌握放大器静态工作点的调试方法及对放大器电路性能的影响。3.掌握放大器动态性能参数的测试方法。4.进一步掌握单级放大电路的工作原理。二、实验仪器 1.示波器 2.信号发生器 3.数字万用表 4.交流毫伏表 5.直流稳压源 三、预习要求 1.复习基本共发射极放大电路的工作原理，并进一步熟悉示波器的正确使用方法。2.根据实验电路图和元器件参数，估算电路的静态工作点及电路的电压放大倍数。3.估算电路的最大不失真输出电压幅值。4.根据实验内容设计实验数据记录表格。四、实验原理及测量
27、方法 实验测试电路如下图所示：1.电路参数变化对静态工作点的影响：放大器的基本任务是不失真地放大信号，实现输入变化量对输出变化量的控制作用，要使放大器正常工作，除要保证放大电路正常工作的电压外，还要有合适的静态工作点。放大器的静态工作点是指放大器输入端短路时，流过电路直流电流 IBQ、ICQ 及管子 C、E 极之间的直流电压 UCEQ和 B、E 极的直流电压 UBEQ。图 5-2-1 中的射极电阻 BE1、RE2 是用来稳定放大器的静态工作点。其工作原理如下。1用 RB 和 RB2 的分压作用固定基极电压 UB。由图 5-2-1 可各，当 RB、RB2 选择适当，满足 I2 远大于 IB 时，
28、则有 UB=RB2VCC/（RB+RB2）式中，RB、RB2 和 VCC 都是固定不随温度变化的，所以基极电位基本上是一定值。2通过 IE 的负反馈作用，限制 IC 的改变，使工作点保持稳定。具体稳定过程如下：TICIEUEUBEIBIC 2.静态工作点的理论计算：图 5-2-1 电路的静态工作点可由以下几个关系式确定 UB=RB2VCC/（RB+RB2）ICIE=（UB-UBE）/RE UCE=VCC-IC（RC+RE）由以上式子可知，当管子确定后，改变 VCC、RB、RB2、RC、（或 RE）中任一参数值，都会导致静态工作点的变化。当电路参数确定后，静态工作点主要通过 RP 调整。工作点偏
29、高，输出信号易产生饱和失真；工作点偏低，输出波形易产生截止失真。但当输入信号过大时，管子将工作在非线性区，输出波形会产生双向失真。当输出波形不很大时，静态工作点的设置应偏低，以减小电路的表态损耗。3.静态工作点的测量与调整：调整放大电路的静态工作点有两种方法(1)将放大电路的输入端电路（即 Ui=0），让其工作在直流状态，用直流电压表测量三极管 C、E间的电压，调整电位器 RP 使 UCE 稍小于电源电压的 1/2（本实验为 UCE为 4V 即可），这表明放大电路的静态工作点基本上已设置在放大区，然后再测量 B 极对地的电位并记录，根据测量值计算态工作点值，以确保三极管工作在导通状态。(2)放
30、大电路接通直流电源,并在输入端加上正弦信号(幅度约为10mV,频率约为1kHz),使其工作在交直流状态,用示波器监视输出电压波形,调整基极电阻RP,使输出信号波形不失真,并在输入信号增大信号增大时,输出波形同时出现截止失真和饱和失真。这表明电路的静态工作点处于放大区的最佳位置。撤去输入正弦信号（即令 UI=0），使电路工作在直流状态，用直流状态，用直流电压表测量三极管三个极对地的电压 UB、UE、UC，即可计算出放大器的直流工作点 ICQ、UCEQ、UBEQ 的大小。4.电压放大倍数的测量与计算 电压放大倍数是指放大电路输出端的信号电压与输入端的信号电压之比，即：AU=Uo/Ui 图 5-2-
31、1 电路中 Au=-(Rc/RL)/rbe Rbe=rbb /+(1+)26mV/IEQ 其中，rbb /一般取 300。当放大电路的静态工作点设置合理后，在电路的输入端加入正弦信号，用示波器观察放大电路的输出波形，并调节输入信号幅度，使输出波形基本不失真。用交流毫伏表或示波器分别测量放大电路的输入、输出电压，按定义式计算即可得电路的电压放大倍数。五、实验内容及步骤 1.静态工作点的调整测量 经过调整滑动变阻器，滑动变阻器阻值为 90%时最大不失真，如图所示：电源电压 UB（V）UE（V）UC（V）UBE（V）UCE（V）IBQ（MA）ICQ(MA)12V 1.58 0.99 10.22 0.59 9.23 0.078 5.43 9V 1.19 0.61 7.92 0.58 7.31 0.057 4.01 6V 0.80 0.24 5.58 0.56 5.34 0.037 2.59 静态工作点理论值：VCC为 12V 时，UB=1.68V，IC=0.389MA，UCE=8.92V 误差：(8.92-9.23)/8.92=3.47%放大电路动态研究：AU=UO/Ui=30.6