贵州大学机械设计课程设计说明书

课程设计

课程名称：机械设计课程设计

学院：机械工程学院专业：材料成型

姓名：杨万贤学号：1208030069 年级：成型122 任课教师：戴明

2014年 6 月 27 日

目录

第一章机械传动装置总体设计 (1)

1.1带式运输机减速器的特点 (1)

1.2传动方案的选择 (1)

第二章电动机的选择和传动装置的总体设计 (2)

2.1电动机的选用 (2)

2.2传动装置传动比的分配 (3)

2.3传动装置运动、动力参数的计算 (4)

第三章传动零件设计 (5)

3.1高速级齿轮设计 (6)

3.2低速轴齿轮的设计 (7)

第四章轴的结构设计 (11)

4.1中间轴的设计 (12)

4.2高速轴的设计 (13)

4.3低速轴的设计 (16)

第五章滚动轴承组合设计 (20)

5.1轴承的选择 (20)

5.2轴承的校核 (20)

第六章键和联轴器选用 (23)

第7章减速器的箱体、润滑、密封及附件 (24)

7.1减速器箱体的结构设计 (24)

7.2减速器的润滑与密封 (24)

7.3减速器的附件设计 (25)

总结 (26)

参考文献 (27)

第一章机械传动的总体设计

1.1带式运输减速器的特点

带式运输机主要是依靠摩擦力来运输物料的机械设置，将驱动装置的扭矩传到运输带上。可以依靠各种减速装置来实现的。

机械传动系统及装置的主要组成部分，起主要功能是传递原动机功率，变换运动的形式以实现工作机预定的要求。减速器一般由电动机、减速箱和工作机组成。减速器处于原动机与工作机之间，主要作用是将原动机的运动和动力改变成我们需要的得运动及动力传递到工作机上。减速器作为带式运输机中的传动装置起减速作用，并降低转速和相应的增大转矩。

减速器的类型很多。按传动类型可分为：直齿轮、斜齿轮、蜗杆，蜗杆-齿轮和行星减速器；按传动级数分可分为单级和多级减速器。各减速器的功能各不相同。直齿轮设计制作方便。斜齿轮运转平稳，噪声小；重合度大，承载能力高，适于高速传动。行星轮系有较大的传动比，可以将输入轴的一种转速变换为输出轴的多轴转速。蜗轮传动可以得到很大的传动比，结构紧凑，传动平稳和噪声较小。

1.2传动方案的选择

设计题目：带式运输机传动装置设计

原始数据：运输带的拉力F=2500N

运输带的速度V=1.20(m/s)

卷筒直径D=410mm

要求：运输机使用期5年、两班制工作、单向运转、工作平稳、运输带速度允许误差±5%、减速器由一般规模厂中、小批量生产。

设计方案：方案一:皮带一级单级直齿圆柱齿轮传动

方案二:皮带一级单级斜齿圆柱齿轮传动

方案三:两级展开式直齿圆柱齿轮传动

方案四:两级展开式斜齿圆柱齿轮传动

方案五:蜗轮蜗杆传动

(一）方案选择

由设计数据可知，该减速箱的速度不大，且运输带拉力也不高，所以传递

的功率也不大。运输机的使用寿命为5年，工作平稳，且没有交错轴。圆柱齿轮闭式传动在刚性箱体内，因而能保证良好的润滑和工作条件。开式传动的齿轮是外露的，不能保证良好的润滑，而且容易落入灰尘，杂质，故齿面易磨损，只宜于低速传动。齿轮传动的传动比稳定，寿命长，工作可靠性高，效率也高，可以使用较广的圆周速度和功率。且传动方案应满足工作机的性能和适应工作条件，还应紧凑、成本低廉等。综上所述，传动根据转动装置的工作特性和对它工作要求并查阅相关资料1，可选择方案三：两级展开式直齿圆柱齿轮传动方案。 本方案3：采用两级展开式直齿圆柱齿轮，运动简图见图1.1

图1.1两级展开式直齿圆柱齿轮运动简图 1-电动机；2-联轴器；3-传动装置；4-联轴器；5-工作机

第二章 传动装置的总体设计

2.1电动机的选用

Y 型系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷鼠三相异步电机，适用了不易燃、不易爆、无腐蚀和无特殊要求的机械设备上，而YZ 型鼠笼式和YZR 绕线式主要用于频繁启动、制动和正反转场合。所以选择Y 型电动机。 （1)运输机所需功率P w =

kW v F w 31

*100020

.1*25001000*==η（1=w η）

（2）传动装置效率 43221****ηηηηηη= 查表2.3得

1

2

3

4

弹性联轴器效率99.01=η

8级精度圆柱齿轮传动效率97.02=η 滑块联轴器效率98.03=η

运输驱动轴一对滚动轴承效率99.04=η

总效率43221****ηηηηηη==0.99*0.97*0.97*0.98*0.99=0.91 电动机所需输出功率kw 296.391

.03

==

=η

w

d P P 电动机额定功率d KP P ≥

载荷系数K 查表11-3（机械设计基础）因为直齿无冲击K=1.2 P ≧1.2×3.296=3.9552kW

所以选用额定功率为4kW 的电动机 滚筒转速min /927.55410

*2

.1*1000*601000*60r D v n b w ===

ππ

（3）选择电动机 查表2.1 选用Y112M-4

表2.1 型号为Y112M-4电动机参数

2.2、计算总传动比及分配各级的传动比

传动比的分配应注意。各级传动比应在各自的合理范围内；各传动件尺寸应协调，结构匀称、合理，互相不干涉、相碰；还要使传动装置的外轮廓尺寸尽可能小。 1.总传动比

运输机驱动滚筒转速n w =38.20r/min

总传动比784.25927

.551440≈==w m n n i 2.传动比分配比与齿数比

对于展开式两级齿轮减速器，应按照高速级和低速级的大齿轮浸入油中深

度大致相近的条件进行分配，即要求两个大齿轮直径相近。参考式（2.10） 两级齿轮减速器高速级齿轮传动比为2i ，低速级齿轮传动比为3i 。 取2i =1.253i i =2

i 3i

经计算得 高速级齿轮传动比为2i =5.674； 低速级齿轮传动比为3

i =4.539

高速级小齿轮齿数Z1=21

大齿轮齿数Z2=Z1*2i =21*5.674=119 齿数比u1=Z2/Z1=5.667 低速级小齿轮齿数 Z3=26

大齿轮齿Z4=Z3*3i =28*4.539=118 齿数比u2=Z4/Z3=118/28=4.214 实际总传动比i=u1*u2=Z2Z4/Z3Z1=25.72 3.校验工作机驱动卷筒的转速的误差

卷筒的实际转速min /99.5572

.251440

'

r i n n m w ===

转速误差 %5%1.0'<=-=

?w

w

w w n n n n 合适 2.3计算传动装置的运动和动力参数

1. 传动装置的传动效率计算 根据传动方案简图并由表

2.3查出

弹性联轴器效率η1 =0.99 滑块联轴器器的效率η3 =0.98 8级精度圆柱齿轮传动效率含轴承效率η2 =0.97 运输机驱动轴一对滚动轴承效率η4=0.98

故传动装置总效率43221****ηηηηηη==0.99*0.97*0.97*0.98*0.99=0.91 带式运输机为通用工作机，取电动机额定功率为设计功率 2.各轴功率计算

高速轴输入功率P Ⅰ= P η1 =4x0.99=3.96kw

中间轴输入功率PⅡ= Pη2η3= 4x0.99x0.97=3.84kw 低速轴输入功率PⅢ= Pη1η2η3=3.726kw

3.各轴计算转速

高速轴的转速n1=nm=1440min

/r

中间轴的转速

min

/

103

.

254

667

.5

1440

u

1

1

2

r

n

n=

=

=

低速轴的转速

min

/

99

.

55

72

.

25

1440

1

3

r

i

n

n=

=

=

4.各轴转矩的计算

高速轴转矩TⅠ= 9550PⅠ/nⅠ=9550x3.96/1440=26.263m

N?

中间轴转矩TⅡ= 9550PⅡ/nⅡ= 9550x3.84/254.103=144.357m

N?

低速轴转矩TⅢ= 9550PⅢ/nⅢ= 9550x3.726/55.99=635.529m

N?

表2.3传动装置各轴运动参数和动力参数表

第三章传动零件设计

齿轮主要用于减速器的动力传递，是通过齿轮与齿轮之间的啮合来实现的。齿轮能将一根轴的传动传递给另一根轴，也可以实现减速、增速、变向和换向的作用。齿轮是依靠齿的啮合传递扭矩的轮状机械零件。齿轮通过与其它齿状机械零件（如另一齿轮、齿条、蜗杆）传动，可实现改变转速与扭矩、改变运动方向和改变运动形式等功能。由于传动效率高、传动比准确、功率范围大等优点，齿轮机构在工业产品中广泛应用，其设计与制造水平直接影响到工业产品的质量。齿轮轮齿相互扣住齿轮会带动另一个齿轮转动来传送动力。齿轮传动设计需确定：齿轮材料和热处理方式、齿轮齿数、模数、中心距、变位系数、齿宽、分度

圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、结构尺寸。对于中小批生产或专用减速器，为了制造、安装方便，应将中心距、齿宽圆整。分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径等精确到小数点后三位。

本方案采用闭式软齿面传动，所以按齿面接触强度设计，后按齿轮弯曲强度校核。

3.1 高速级齿轮传动的设计计算

1.材料：

由资料[1] 选小齿轮40cr 调质 ， 260HBS

从图查取疲劳极限应力=1lim H σ700MPa ， 6001=FE σ 选大齿轮45钢调质，230HBS 疲劳极限6002lim =H σ，4602=FE σ 由资料[1] 表11-5取SH =1.25 , SF=1.6 2、按接触疲劳强度估算小齿轮分度圆直径 [1H σ]=H

H S 1

lim σ=700/1.25=576MPa [2H σ]=

H

H S 2

lim σ=480MPa

[1F σ]=

F

FE S 1

σ=375MPa [2F σ]=

F

FE S 2

σ=287.5MPa

运输机为一般工作机械，速度不高，按GB/T10095－1998，选用8级精度 初步设计齿轮传动的主要尺寸 取中等载荷系数2.1=K

（表11-3），齿宽系数2.1=K （表11-6），

高速级小齿轮为非对称布置2.1=d φ，弹性系数取188=E Z ((表11-4)，对

于标准齿轮5.2=H Z

mm

Z Z u u KT d H E H d 1.39)480

9.188(667.51667.52.1106263.22.12)]

[(122

43

2

13

11≈+????=

?±?≥

σφ 模数86.121

1.3911===

Z d m 齿宽mm d b d 92.461.392.11=?==φ 取mm b mm b 55,5012==

按课表4-1取

2=m 实际齿宽mm Z d 42221m *1=?==，

mm d 23821192=?=

中心距mm d d a 1402/)23842(2

2

1=+=+= 3.验算齿轮弯曲强度，因齿轮按接触疲劳强度计算，所以只验算弯曲强度 齿形系数88.21=Fa Y ， 23.22=Fa Y ， 齿根修正系数57.11=Sa Y ， 87.12=Sa Y

Mpa

Mpa z

bm Y Y KT F Sa Fa F 375][86.6721

25057.188.2106263.22.1221242

1

111=<=???????==σσMpa Mpa Y Y Y Y F Sa Fa Sa Fa F F 5.287][24.6157.188.283.123.286.672112212=<=???==σσσ 安全

4.小齿轮的圆周速度

s m d n v /17.31000

601440

4214.31000

601

1=???=

?=

π

对照表11-2 可知选用8级精度是合适的 5、高速级齿轮的结构设计

小齿轮1由于直径较小，采用齿轮轴结构 大齿轮2的结构尺寸按表3.1

3.2低速级齿轮传动的设计计算 1.材料

小齿轮选用45#钢调质，齿面硬度270HBS,Mpa Mpa FE Hlin 480,60033==σσ

大齿轮45钢调质，齿面硬度250HBS ，Mpa Mpa FE Hlin 470,58044==σσ 由表11-5，安全系数取3.1,2.1==F H S S [3H σ] =H

H S 3

lim σ=600/1.2=500MPa [4H σ] =

H

H S 4

lim σ=483MPa

[3F σ] =

F

FE S 3

σ=384MPa [4F σ] =

F

FE S 4

σ=376MPa

2. 齿轮精度

按GB/T10095－1998，选择8级 3.初步设计齿轮传动的主要尺寸

齿轮按8精度制造。取载荷系数（表11-3）2.1=K

齿宽系数（表11-6）

8.0=d φ

弹性系数取9.188=E Z ((表11-4)，标准齿轮5.2=H Z

mm

Z Z u u KT d H E H d

9.69)483

9.188(214.41214.48.01044357.12.12)]

[(122

53

2

2

3

3≈+????=

?±?

≥

σφ 齿数263=z ，则1184=z ，则实际传动比72.2526

1183434===z z i 模数mm Z d m 69.226

69.6933===

齿宽mm d b d 88.839.692.13=?==φ 取mm b mm b 90,8534== 按表

4-1

取

mm m 3=实际宽度mm d 783263=?=，

mm d 35431184=?=

中心距mm d d a 2162

4

3=+=

4.验算齿轮弯曲强度

齿形系数71.23=Fa Y ， 13.24=Fa Y ， 齿根修正系数58.13=Sa Y 81.14=Sa Y

Mpa

Mpa z

bm Y Y KT F Sa Fa F 384][72.6926

39558.171.2100814.152.12232423

333=<=???????==

σσ Mpa

Mpa Y Y Y Y F Sa Fa Sa Fa F F 376][77.6258

.171.281

.113.272.6943

3443

4=<=???=

=σσσ 安 全

5.小齿轮的圆周速度

s m d n v /04.11000

60103

.2547814.31000

603

1=???=

?=

π

对照表11-2 可知选用8级精度是合适的 6、高速级齿轮的结构设计

小齿轮3由于直径较小，采用齿轮轴结构 大齿轮4的结构尺寸按表3.2

单位（mm ）

高速齿轮 低速齿轮 小齿轮 大齿轮 小齿轮 大齿轮 齿数z 21 119

26

118 分度圆直径d

42 238

78 354 模数m 2 2

3

3 齿顶高a h 4.5

4.5 6.75 6.75 压力角 20

20 20 20 齿顶圆直径

a d

46 242 84 360 齿根圆直径f d

37 233

70.5 346.5 齿宽b 50

55

85

90

中心距a

140

216

表3.2.1 齿轮的结构设计传动的几何尺寸

图3.2.2齿轮结构示意图