(单级减速器)机械设计基础课程设计说明书.doc

机械设计课程设

计

计

算

说

明

书

设计题目：

设计者：

指导老师

设计时间：

设计单位：

目录

一课程设计任务书 (2)

二设计要求 (2)

三设计步骤 (2)

1. 传动装置总体设计方案 (2)

2. 电动机的选择 (3)

3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 (4)

4. 齿轮的设计 (6)

5. 滚动轴承和传动轴的设计 (8)

附：两根轴的装配草图 (16)

6.键联接设计 (18)

7. 箱体结构的设计 (19)

8.润滑密封设计 (20)

四设计小结 (20)

五参考资料 (21)

一课程设计任务书

课程设计题目：

设计带式运输机传动装置（简图如下）

1——输送带

2——滚筒

3——联轴器

4——减速器

5——V带传动

6——电动机

1.设计条件：

1）机器功用由输送带运送物料，如：沙石，砖，煤炭，谷物等；

2）工作情况单项运输，载荷轻度振动，环境温度不超过40℃；

3）运动要求输送带运动速度误差不超过7%；

4）使用寿命 8年，每年350天，每天8小时；

5）检修周期一年小修，三年大修；

6）生产厂型中小型机械制造厂；

7）生产批量单件小批量生产；

2.原始数据：

运送带工作拉力F/KN 运输带工作速度v/(m/s) 卷筒直径D/mm

5 1.2 190

二. 设计要求

1.减速器装配图一张。（三视图，A1图纸）

2.绘制轴、齿轮零件图各一张。（A3图纸）

3.设计计算说明书一份。

三. 设计步骤

1. 传动装置总体设计方案

1）外传动机构为V带传动。

2）减速器为一级展开式圆柱齿轮减速器。 3) 方案简图如下图：

1——输送带；2——滚筒；3——联轴器； 4——减速器；5——V 带传动；6——电动机

4）该方案的优缺点：该工作机有轻微振动，由于V 带有缓冲吸振能力，采用V 带传动能减小振动带来的影响，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用V 带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。减速器部分一级圆柱齿轮减速，这是一级减速器中应用最广泛的一种。原动机部分为Y 系列三相交流异步电动机。总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。

2、电动机的选择 1）选择电动机的类型

按工作要求和工作条件选用Y 系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构，电压380V 。 2）选择电动机的容量 工作机的有效功率为

kw v P w 6F ==

从电动机到工作机传送带间的总效率为

5433

21ηηηηηη????=∑

由《机械设计课程上机与设计》表9-1可知：

1η ： V 带传动效率 0.96 2η：滚动轴承效率 0.99（球轴承）

3η ：齿轮传动效率 0.97 （7级精度一般齿轮传动）

4η ：联轴器传动效率 0.99（弹性联轴器） 5η ：卷筒传动效率 0.96

所以电动机所需工作功率为

kw P P w

d 98.686

.06

===∑η

3）确定电动机转速

按表5-1推荐的传动比合理范围，一级圆柱齿轮减速器传动比8

~1'

=∑i 而工作机卷筒轴的转速为 s D v n w /rad 219

.02

.1≈?==

ππ 所以电动机转速的可选范围为：

m in

)960~120(m in 120)8~1('

r r n i n w d =?==∑综合考

虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为750min r 的电动机。

根据电动机类型、容量和转速，由《机械设计课程上机与设计》表16-2选定电动机型号为Y160L-8。其主要性能如下表：

3.计算传动装置的总传动比∑i 并分配传动比 (1).总传动比∑i 为 6120

720

===

∑w m n n i

(2).分配传动比 I I I ∑

=i i i

考虑润滑条件等因素，初定 2=I i 3=I I

i

1).各轴的转速

错误!未找到引用源。轴 m in

720r n n m ==I

错误!未找到引用源。轴 m in 360r i n n ==

I

I

I I

错误!未找到引用源。轴 min 120r i n n ≈=I I

I I

I I I 卷筒轴 min

120r n n w

==I I I

2).各轴的输入功率

错误!未找到引用源。轴 kw P P d 98.6==I

错误!未找到引用源。轴 kw P P 63.621==I I I

ηη

错误!未找到引用源。轴 kw P P 37.623==I I I I I ηη

卷筒轴 kw P P 24.624==I I I ηη卷

3）.各轴的输入转矩 电动机轴的输出转矩d T 为：

mm N n P T m

d

d ??=?

?=?

?=4661026.9720

98

.61055.91055.9 错误!未找到引用源。轴 mm N T T d ??==I 4

1026.9

错误!未找到引用源。轴 mm N i T T ??==I I I I

5211076.1ηη

错误!未找到引用源。轴 mm N i T T ??==I I

I I I I I 5

231007.5ηη 卷筒轴 mm N T T ??==I I I 5

2

41097.4ηη卷

4.齿轮的设计

1）选定材料及确定许用应力

(1)按简图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。

(2)材料选择。由《机械设计基础》表11-1选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为280HBS ，MPa 6001lim H =σ,MPa 450FE =σ,大齿轮为45钢（正火），硬度为240HBS ，MPa 3801lim H =σ,MPa 320FE =σ,二者材料硬度差为60HBS 。 (3)由《机械设计基础》表11-5,取25.1S =H ，6.1S =F ， MPa Pa 480M 25

.1600

S ][H

Hlim1

H1==

=

σσ

MPa Pa 304M 25

.1380

S ][H

Hlim2

H2==

=

σσ MPa Pa 25.281M 6

.1450

S ][F

FE1

F1==

=

σσ MPa Pa 200M 6

.1320

S ][F

FE2

F2==

=

σσ 2）按齿面接触强度设计

设齿轮按7既精度制造，取载荷系数为1.3。齿宽系数8.0d =Φ(《机械设计基础》表11-6)小齿轮上的转矩

mm N n P T ??=??=?=I I 552511076.1360

63.6105.95105.95

取Z=188(《机械设计基础》表11-4)

mm

90)4805.2188(3138.01076.13.12)

]

[Z (122

352

3

H 11=?+????=+?Φ≥H E d Z u u KT d σ

齿数取25z 1=，则75z 3z 12=?= 模数mm mm z 6.325

90d m 11===

齿宽mm mm d d 72908.0b 1=?=Φ= 取mm 75b ,m m 80b 21==, 按《机械设计基础》表4-1取m=3.75mm,实际的

mm m z 75.9375.325d 1=?=?=

mm mm 25.28175.375d 2=?=

中心距mm mm d d 5.1872

25

.28175.932a 21=+=+=

3）验算齿轮弯曲强度

齿形系数（由《机械设计基础》图11-8和图11-9可得） 75.2Y 1=Fa ，6.1Y 1=Sa 26.2Y 2=Fa ，75.1Y 2=Sa

校验：

MPa MPa a M z bm Y Y KT F Sa 25.281][5.79P 2575.3726.175.21076.13.12212

51211Fa 11F =≤=???????==σσ

MPa MPa MPa Y Y Y Y Sa Fa sa Fa F 200][45.716

.175.275

.126.25.79F211221

F2=≤=???==σσσ

校验合格

4）计算齿轮圆周速度v s n d v /m 7.11000

60360

901000

601

1=???=

?=

ππ

5）齿顶高、齿根高和齿高等计算

mm mm m 4375.875.325.225.2h =?==

mm m h a a 75.3h *

==

mm mm m h a 6875.475.3)25.01()c h **

f =?+=+=

（ 6）基圆直径

''1122cos 72cos 2067.7,cos 360cos 20338.3d d mm d d mm θθ======

汇总计算结果如下表：

5.滚动轴承和传动轴的设计 (一).高速轴的设计

Ⅰ.输在轴上的功率ⅡP 、转速Ⅱn 和转矩ⅡT 由上可知：

kw P 63.6=I I ，m in

360r n =I I ，mm N T ??=I I

51076.1

Ⅱ.求作用在齿轮上的力

因已知高速小齿轮的分度圆直径

mm m z 605.224d 1=?=?=

圆周力：N d T F t 3.187721

==Ⅱ

径向力：N N F F t r

3.68320tan 3.1877tan =??==α

轴向力: 0F =a Ⅲ.初步确定轴的最小直径

材料为45钢，正火处理。根据《机械设计基础》表14-2，取110C =，于

是mm 05.29360

63.611033'

min ===mm n P d ⅡⅡ

Ｃ

，由于键槽的影响，故mm d d 9.2903.1'

min min ==

输出轴的最小直径显然是安装带轮处的直径1d ，取mm d 351=，根据带轮结构和尺寸，取mm l 501=。

Ⅳ.齿轮轴的结构设计

(1).根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

1).为了满足带轮的轴向定位要求，1段右端需制出一轴肩，故取2段的直径

mm d 422=；

2).初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承。按照工作要求并根据mm d 422=，查手册选取单列角接触球轴承7009AC ，其尺寸为mm mm mm B D d 167545??=??，故mm d d 4573==。 3).由小齿轮尺寸可知，齿轮处的轴端4的直径mm d 504=，

m m 773804=-=mm l 。轴肩高度d h 07.0>，故取mm h 4=，则轴肩处的直径

mm 58d 5=。

4).轴承端盖的总宽度为mm 23(由减速器及轴承端盖的结构设计而定)。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右端面间的距离mm l 18=，故mm l 412=。

5).根据安装时齿轮中心要在一条线上，可得 mm 333=l 至此，已初步确定了轴的各段和长度。 1段 d 1=35mm L 1=50mm 2段: d 2=d 1+7=42mm L 2=41mm 3段 d 3= d 2+3=45mm L 3=33mm 4段 d 4= d 3+5=50mm L 4=77mm 5段 d 5= d 4+5=58mm. L 5=7.5mm 6段 d 6=51 mm L 6 =7 mm 7段 d 7=d 3=45mm

L 7 =14mm

(2).轴上零件的周向定位

由《机械设计课程上机与设计》表11-1查得带轮与轴的周向定位采用平键连

F

AZ

AY

M

C1

M C2M C

T

接。按1d 平键截面mm h b 810L ?=??截面mm mm mm h b 63914L ??=??保证的，此处选轴的直径尺寸公差为(3).确定轴上圆角和倒角尺寸

参考《机械设计》表15-2

Ⅴ.求轴上的载荷

首先根据轴的结构图做出轴的计算简图，再根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和

扭矩图。

L=124.5mm

1)求垂直面的支撑反力

N 64.3412

2F 2F r 1

1V ==?-?=

F L d L F a r

N F F V r V 64.341F 12=-=

2)求水平面的支撑反力

N N F t H H 65.9382

3

.6832F F 21====

3）绘制垂直面的弯矩图

m N m N L F V ?=??=?=27.212

1245

.064.3412M 21C

m N m N L F V ?=??=?=27.212

1245

.064.3412M 1'C1

4)绘制水平面的弯矩图

m N m N L F ?=??=?=43.582

1245

.065.9382M H 1C2

5）求合成弯矩图

m N m N ?=?+=+=18.6243.5827.21M M Mc 222

C22C1

6)求轴传递的转矩

m N m N F t ?=??=?=882

09375

.03.18772d T 1

7)求危险截面的当量弯矩

从图可以看出面a-a 面最危险，其当量弯矩为：

22)(M T M c e α+=取折合系数6.0=α，代入上式得

m N m N e ?=??+=57.81)886.0(18.62M 22 8）计算危险截面处的轴的最小直径

轴的材料为45钢，正火处理，由《机械设计基础》表14-1查得MPa 600B =σ由表14-3查得MPa b 55][1=-σ

mm mm M b e 57.2455

1.010

57.81][1.0d 33

31=??=≥-σ

考虑到键槽对轴的削弱，将最小直径加大5%

mm mm 8.25%)51(57.24d min =+?=

而实际设计的危险截面处的min 8.2550d d mm mm =>= 因此该轴符合要求 (二).低速轴的设计

Ⅰ.输出轴上的功率I I I P 、转速I I I n 和转矩I I I T

由上可知kw P 37.6=I I I ，min 120r n =I I I ，mm N T ??=I I I 5

1007.5 Ⅱ.求作用在齿轮上的力

因已知低速大齿轮的分度圆直径 mm mm 25.28175.375d 2=?= 圆周力：N d T F t 3.360522

==I I I

径向力：N F F t r

2.1312tan ==α

轴向力：0F =a Ⅲ.初步确定轴的最小直径

材料为45钢，正火处理。根据《机械设计基础》表14-2，取110C =，于

是mm 34.41120

37

.611033'

min ===I I I I I I mm n P d Ｃ

，由于键槽的影响，故mm d d 6.4203.1'

min min ==

输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径1d 。为了使所选的轴直径

1d 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。

联轴器的计算转矩I I I =T K T A ca ，查《机械设计》表14-1，取5.1=A K ，则：

m N mm T K T A ca ?=???==I I I 659N 1007.53.15

按照计算转矩ca T 应小于联轴器公称转矩的条件，查手册，选用HL4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为 m N ?1250。半联轴器的孔径 mm d 45=I ，故取

mm d 451=，半联轴器长度mm L 112=，半联轴器与轴配合的毂孔长度mm L 84=I

Ⅳ.轴的结构设计

(1).根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

1).为了满足办联轴器的轴向定位要求，1段右端需制出一轴肩

mm d 12~6d 12=-，故取2段的直径mm d 522=；左端用轴端挡圈定位。半联轴

器与轴配合的毂孔长度mm L 112=，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故第1段的长度应比I L 略短一些，现取mm l 1101= 2).初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承。按照工作要求并根据mm d 522=，查手册选取单列角接触球轴7011AC ，其尺寸为mm mm mm B D d 189055??=??，故mm d d 5563==。 3).取安装齿轮处的轴端第4段的直径mm d 604=；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的跨度为75mm ，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴端应略短于轮毂宽度，故取mm l 724=。齿轮的右端采用轴肩定位，齿

轮的轴向定位轴肩mm d d 12~645=-，取mm d 655=。轴环宽度h b 4.1≥，取

mm l 5.125=。

4).轴承端盖的总宽度为mm 23(由减速器及轴承端盖的结构设计而定，由轴承外径D=90mm 得mm 10d 3=，而mm d 1d 30+=，32.1e d =,总宽度为

mm mm mm e 231211d 0=+=+)。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右端面间的距离mm l 18=，故mm l 412=。 5).根据安装时齿轮中心要在一条线上，有设计轴的草图可得 m m 363=l

至此，已初步确定了轴的各段和长度。数据统计如下表： 1段 d 1=45mm L 1=110mm 2段: d 2=d 1+7=52mm L 2=41mm 3段 d 3= d 2+3=55mm L 3=36mm 4段 d 4= d 3+5=60mm L 4=72mm 5段 d 5= d 4+5=65mm. L 5=7.5mm 6段 d 6=d 4 = 60 mm L 6 =7 mm 7段

d 7=d 3=55mm

L 7 =16 mm

(2).轴上零件的周向定位

齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按4d 由《机械设计课程上机与设计》表11-1查得齿轮与轴的连接，选用平键截面mm mm h b 1118?=?，键槽用键槽铣刀加工，长为mm 63；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为

mm mm mm 90914??。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为6m 。 (3).确定轴上圆角和倒角尺寸

参考《机械设计》表15-2，取轴端圆角ο452?。 Ⅴ.求轴上的载荷 L=122.5mm,K=106mm

1)求垂直面的支撑反力

N 1.6562

2F 2F r 1

1V ==?-?=

F L d L F a r

N F F V r V 1.656F 12=-=

3)求水平面的支撑反力

N N F t H H 65.18022

3

.36052F F 21====

4)求F 点在支点产生的反力

N N L K F F 86531225

.0106.010000F 1=?=?=

N F F F 18653F 12F =+=

4）绘制垂直面的弯矩图

m N m N L F V ?=??=?=19.402

1225

.01.6562M 21C

m N m N L F V ?=??=?=19.402

1225

.01.6562M 1'C1

5）绘制水平面的弯矩图

m N m N L F ?=??=?=4.1102

1225

.065.18022M H 1C2

6）F 力产生的弯矩图

m N m K F F ?=??=?=1060N 106.010000M 2 危险截面F 力产生的弯矩为：

m N m N L F F ?=??=?=5302

1225

.086532M 1aF

7）求合成弯矩图

m N m N ?=?++=++=5.6475304.11019.40M M M Mc 22aF 2

C22C1）（

8)求轴传递的转矩

m N m N F t ?=??=?=5072

28125

.03.36052d T 1

9)求危险截面的当量弯矩

从图可以看出面a-a 面最危险，其当量弯矩为：

22

)(M T M a e α+=取折合系数6.0=α，代入上式得

m N m N e ?=??+=4.715)5076.0(5.647M 22 9）计算危险截面处的轴的最小直径

轴的材料为45钢，正火处理，由《机械设计基础》表14-1查得MPa 600B =σ由表14-3查得MPa b 55][1=-σ

mm mm M b e 67.5055

1.010

4.715][1.0d 33

31=??=≥-σ

考虑到键槽对轴的削弱，将最小直径加大5%

mm mm 2.53%)51(67.50d min =+?=

而实际设计的危险截面处的min 2.5360d d mm mm =>= 因此该轴符合要求

附：两根轴的装配草图如下

(三).滚动轴承的校核

轴承的预计寿命h L H 29200365108'=??= Ⅰ计算输入轴承

(1).已知m in 360r n =I I ，两轴承的径向反力N F F R R 65.93821== 由选定的角接触球轴承7009AC ，轴承内部的轴向力r S F F 68.0=

N F F F R S S 3.63868.021=== (2).因为21S a S F F F =+，所以0=a F

故N F F S A 3.63811==，N F F S A 3.63822==

(3). 68.011=R A F F ，68.022=R A F F ，查手册可得68.0=e 由于e F F R A <11，故0,111==Y X ;

e F F R A <22,故 0,122==Y X (4).计算当量载荷1P 、2P

由《机械设计基础》表16-9，取3.1=p f ，则 N F Y F X f P A r p 1207)(111=+= N F Y F X f P A r p 1207)(222=+= (5).轴承寿命计算

由于21P P =，取N P 1207=，角接触球轴承，取3=ε，1=t f 查手册得7009AC 型角接触球轴承的8.25=r C ，则

h L h h P C f n L H t H 2920045215112072580013606010)(6010'366=>=??==）（ε

故满足预期寿命。

Ⅱ. 计算输出轴承

(1).已知m in 120r n =I I I ，两轴承的径向反力N F F R R 65.180221== 由选定的角接触球轴承7011AC ，轴承内部的轴向力r S F F 68.0=

N F F F R S S 8.125568.021=== (2).因为21S a S F F F =+，所以0=a F

故N F F S A 8.122511==，N F F S A 8.122522==

(3). 68.011=R A F F ，68.022=R A F F ，查手册可得68.0=e 由于e F F R A ≤11，故0,111==Y X ; e F F R A ≤22,故 0,122==Y X (4).计算当量载荷1P 、2P

由《机械设计》表13-6，取3.1=p f ，则

N F Y F X f P A r p 5.1593)(111=+= N F Y F X f P A r p 5.1593)(222=+= (5).轴承寿命计算

由于21P P =，取N P 5.1593=，角接触球轴承，取3=ε，1=t f 查手册得7006AC 型角接触球轴承的2.35=r C ，则

292001497060)5

.1593352001(1206010)(6010'3

66=>=??==

H t H L h P C f n L ε 故满足预期寿命。 6.键联接设计

Ⅰ.带轮与输入轴间键的选择及校核

轴径mm d 35=，轮毂长度mm L 50=，查手册，选A 型平键，其尺寸为

mm b 10=，mm h 8=，mm L 36=(GB/T 1095-2003) 现校核其强度：mm b L l 28=-=,mm N T ??=51076.1

a

8.89a 28835/1076.1445MP MP dhl T p =????==σ

/9/6666666

查手册得MPa p 110][=σ，因为][p p σσ<，故键符合强度要求。 Ⅱ.输入轴与齿轮间键的选择及校核

轴径mm d 50=，轮毂长度mm L 77=，查手册，选A 型平键，其尺寸为

mm b 14=，mm h 9=，mm L 63=(GB/T 1095-2003) 现校核其强度：mm b L l 49=-=,mm N T ??=51076.1

Mpa Mpa dhl T p 9.3149950/1076.1445=????==σ

查手册得MPa p 110][=σ，因为][p p σσ<，故键符合强度要求。 Ⅲ.输出轴与联轴器间键的选择及校核

轴径mm d 45=，轮毂长度mm L 110=，查手册，选A 型平键，其尺寸为

mm b 14=，mm h 9=，mm L 90=(GB/T 1095-2003) 现校核其强度：mm b L l 76=-=,mm N T ??=51007.5