机械设计基础课程设计说明书范本

1、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 21. 传动装置总体设计方案 22. 电动机的选择 33. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 44. 齿轮的设计 65. 滚动轴承和传动轴的设计 8附：两根轴的装配草图 166. 键联接设计 187. 箱体结构的设计 198. 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

2、，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/mm51.2190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

3、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； 5V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

4、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Pw Fv 6kw从电动机到工作机传送带间的总效率为312345由机械设计课程上机与设计表 9-1 可知：1 ： V 带传动效率 0.96 2 ：滚动轴承效率 0.99 (球轴承)3 ：齿轮传动效率 0.97 (7 级精度一般齿轮传动)4 ：联轴器传动效率 0.99 (弹性联轴器)5 ：卷筒传动效率 0.96 所以电动机所需工作功率为Pw6Pdw 6.98kwd0.863) 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 i 1 8 而工作机卷

5、筒轴的转速为nw1.22rad/s0.19所以电动机转速的可选范围为：nd i nw (1 8) 120 r min (120 960) r min 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 750r min 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：电动机型号额定功率 /kw满载转速 /(r/min)启动转矩最大转矩额定转矩额定转矩Y160L-87.57202.02.03. 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720

6、120(2) . 分配传动比ii考虑润滑条件等因素，初定i2i31) . 各轴的转速nm 720r minIInin 360r minIIIn n 120r min卷筒轴nw n 120r min2).各轴的输入功率P Pd 6.98kwII 轴P P 1 2 6.63kwIII 轴6.37kw卷筒轴P卷426.24kw3). 各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩Td 为：Td 9.55 10 6Pd9.55 10 6 6.98 9.26 10 4 N mmnm720I 轴 T T d 9.26 10 4 N mmII 轴 T T 1 2i 1.76 105 N mmIII 轴 T T 3 2i

7、5.07 105 N mm 卷筒轴 T卷 T 4 2 4.97 105 N mm将上述计算结果汇总与下表，以备查用轴名功率 P/kw转矩 T/(N mm)I轴6.9849.26 104II 轴6.6351.76 105III 轴6.3755.07 105卷筒轴6.2454.97 105转速 n/(r/min)传动比 i效率72020.9536030.9612010.981204. 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， Hlim1 600MPa

8、 , FE 450MPa ,大齿轮为 45 钢（正火），硬度 为 240HBS， Hlim1 380MPa , FE 320MPa , 二者材料硬度差为 60HBS。（3）由机械设计基础表 11-5, 取SH 1.25 ，SF 1.6， H1 Hlim1 H2 SHSH1.25Hlim23801.25450600 MPa 480MPaMPa 304MPa F1 FE1SFMPa 281.25MPa1.6 F2FE2SF320MPa 200MPa1.62）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 d 0.8（机械设计基础表 11-6) 小齿轮上的转矩T1 95

9、.5 105 P 95.5 105 6.63 1.76 105N mmn2360取 Z=188（ 机械设计基础表 11-4）d131d2KT1 u 1(ZEZH )2 u ( H )2 1.3 1.76 105 3 1(188 2.5 20.83 ( 480 )90mm齿数取 z1 25 ，则 z2 3 z1 75模数 m d1 90mm 3.6mmz1 25齿宽 b d d1 0.8 90mm 72mm 取 b1 80mm,b2 75mm,按机械设计基础表 4-1 取 m=3.75mm实, 际的d1 z m 25 3.75 93.75mmd2 75 3.75mm 281.25mmd1 d2

10、93.75 281.25中心距 a 1 2 mm 187.5mm23）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）Y Fa1 2.75 ，YSa1 1.6Y Fa2 2.26，YSa2 1.75校验：F12KT1YFa1YSa1bm2z152 1.3 1.76 10 2.75 1.6MPa 79.5MPa F1 281.25MPa272 3.752 25F2F1 YFa2Ysa2 79.5 2.26 1.75 MPa 71.45MPa F2 200MPa Fa1 Sa12.75 1.6校验合格4）计算齿轮圆周速度 vd1n190 360 1.7m/s60 10

11、00v60 10005）齿顶高、齿根高和齿高等计算 h 2.25m 2.25 3.75mm 8.4375mmha ha*m 3.75mmhf （ ha* c* ）m （1 0.25） 3.75mm 4.6875mm6）基圆直径d1 d1cos72cos 20 67.7 mm, d2 d2cos360cos 20 338.3mm汇总计算结果如下表：小齿轮 (mm)大齿轮 (mm)分度圆直径 d93.75281.25齿顶高 ha3.753.75齿根高 df4.68754.6875齿全高 h8.43758.4375齿顶圆直径 da101.25288.75齿根圆直径 df84.375271.875基圆

12、直径 db88.1264.3中心距 a187.5传动比 i35. 滚动轴承和传动轴的设计( 一). 高速轴的设计.输在轴上的功率 P、转速 n和转矩T由上可知：P 6.63kw ， n 360r min ，T 1.76 105 N mm . 求作用在齿轮上的力因已知高速小齿轮的分度圆直径d1z m 24 2.5 60mm圆周力：2TFt 1877.3Nt d1径向力： Fr Fttan1877.3 tan20 N 683.3N轴向力 : Fa 0 . 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 C 110，于是 dmin 3 nP 1103 63.660

13、3mm 29.05mm ， 由 于 键 槽 的 影 响 ， 故dmin1.03dmin29 .9 mm输出轴的最小直径显然是安装带轮处的直径 d1，取 d1 35mm ，根据带轮结 构和尺寸，取 l1 50mm 。. 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 d2 42mm ；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 d2 42mm ，查手册选取单列角接触球轴承 7009AC，其尺寸为 d D B 45mm 75mm 16

14、mm ，故 d3 d7 45mm 。3) . 由 小 齿 轮 尺 寸 可 知 ， 齿 轮 处 的 轴 端 4 的 直 径 d4 50mm ， l 4 80 3mm 77mm 。轴肩高度 h 0.07d ，故取 h 4mm ，则轴肩处的直径 d5 58mm 。4) . 轴承端盖的总宽度为 23mm( 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 l 18mm ，故 l2 41mm 。5) . 根据安装时齿轮中心要在一条线上，可得l3 33mm至此，已初步确定了轴的各段和长度1段d1=35mmL1=50mm2段

15、:d2=d1+7=42mmL2=41mm3段d3= d2+3=45mmL3=33mm4段d4= d3+5=50mmL4=77mm5段d5= d4+5=58mm.L5=7.5mm6段d6=51 mmL6 =7 mm7段d7=d3=45mmL7 =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 接。按 d1 平键截面 b h L 10mm 8mm 36 mm 。齿轮与轴的连接，选用平键 截面 b h L 14mm 9mm 63mm ，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 m6 。(3) . 确定轴上圆

16、角和倒角尺寸参考机械设计表 15-2 ，取轴端圆角 2 45 。. 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=124.5mm1) 求垂直面的支撑反力Fr L Fad1FF1V 2L2F2r341.64NF2V Fr F1V 341.64 Ny2) 求水平面的支撑反力Ft 683.3F1H F2Ht N 938.65N1H 2H 2 2M C13)绘制垂直面的弯矩图L0.1245M C1 F2V341.64 N m 21.27N mC1 2V 2 2 L 0.1245M C1 F1V341.64 N m 21.27N mC1 1V 2 24

17、) 绘制水平面的弯矩图L0.1245M C2 F1H938.65 N m25)求合成弯矩图TMcM 2C1 M 2C221.272 58.432 N m 62.18N m6) 求轴传递的转矩T Ft d1 1877.3 0.09375N m 88N mt 2 27) 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：M e M c2 ( T)2 取折合系数0.6 ，代入上式得Me62.182 (0.6 88)2 N m 81.57N m8)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 B 600MPa 由表 14-3 查得

18、 1b 55MPad30.1 1bMe81.57 1030.1 55mm 24.57mm考虑到键槽对轴的削弱，将最小直径加大 5%dmin 24.57 (1 5%)mm 25.8mm而实际设计的危险截面处的 d 50mm 25.8mm dmin因此该轴符合要求（ 二 ）. 低速轴的设计 . 输出轴上的功率 P 、转速 n 和转矩 T5由上可知 P 6.37kw ， n 120r min，T5.07 105 N mm. 求作用在齿轮上的力FrFt tan1312.2N轴向力：Fa 0 . 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 C 110 ，于是 dmi

19、n 3 nP110 3 61.2307 mm41.34 mm ， 由键槽的影响，故因已知低速大齿轮的分度圆直径圆周力：2TFt3605.3Nd2d2 75 3.75 mm 281.25mm径向力：dmin 1.03dm in 42 .6mm输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d1为了使所选的轴直径d1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 Tca KAT ，查机械设计表 14-1 ，取K A 1.5，则：5T caK A T1 .3 5 . 07 10 N mm 659 N m按照计算转矩 Tca 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

20、公称转矩为 1250N m 。半联轴器的孔径 d 45mm ，故取 d1 45mm，半联轴器长度 L 112mm ，半联轴器与轴配合的毂孔长度L 84mm. 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 d2 d1 6 12mm ，故取 2 段的直径 d2 52mm ；左端用轴端挡圈定位。半联轴 器与轴配合的毂孔长度 L 112mm ，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 L 略短一些，现取 l1 110mm2) . 初步选择

21、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d2 52mm ，查手册选取单列角接触球轴7011AC，其尺寸为 d D B 55mm 90mm 18mm ，故 d 3 d 6 55 mm 。3) . 取安装齿轮处的轴端第 4 段的直径 d4 60mm ；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 l 4 72mm 。齿轮的右端采用轴肩定位，齿 轮的轴向定位轴肩 d5 d4 6 12mm ，取 d5 65mm 。轴环宽度 b 1.4h ，取 l5 12.5mm 。4)

22、. 轴承端盖的总宽度为 23mm( 由减速器及轴承端盖的结构设计而定， 由轴 承外 径 D=90mm得 d3 10mm ， 而 d0 d3 1mm ， e 1.2d3 , 总 宽 度为 d0 e 11mm 12mm 23mm ) 。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 l 18mm ，故 l2 41mm 。l3 36mm5) . 根据安装时齿轮中心要在一条线上，有设计轴的草图可得至此，已初步确定了轴的各段和长度。数据统计如下表：1段d1=45mmL1=110mm2段:d2=d1+7=52mmL2=41mm3段d3= d2+3=55mmL3=3

23、6mm4段d4= d3+5=60mmL4=72mm5段d5= d4+5=65mm.L5=7.5mm6段d6=d4 = 60 mmL6 =7 mm7段d7=d3=55mmL7 =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 d4 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 b h 18mm 11mm ， 键槽用键槽铣刀加工，长为 63mm ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为 14mm 9mm 90mm 。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 m6 。(3) . 确定轴上圆角和倒角尺寸参考

24、机械设计表 15-2 ，取轴端圆角 2 45 。. 求轴上的载荷L=122.5mm,K=106mm1) 求垂直面的支撑反力F1VLd1FrFa d122L2Fr656.1NF2V Fr F1V 656.1N3) 求水平面的支撑反力F1HF2HFt3605.32 N 1802.65N4) 求 F 点在支点产生的反力F1FF K 10000 0.106N 8653N0.1225F2F F F1F 18653 N 4)绘制垂直面的弯矩图L0.1225M C1 F2V656.1 N m 40.19N mC1 2V 2 2 L0.1225M C1 F1V656.1 N m 40.19N mC1 1V 2

25、 25) 绘制水平面的弯矩图L0.1225M C2 F1H1802.65 N m 110.4N mC2 1H 2 26) F力产生的弯矩图M 2F F K 10000 0.106N m 1060N m危险截面 F 力产生的弯矩为：M aF F1F L 8653 0.1225 N m 530N maF 1F 2 27) 求合成弯矩图McM 2C1 MC22 M aF ( 40.192 110.42 530)N m 647.5N m8) 求轴传递的转矩d0.28125T Ft 1 3605.3 N m 507N mt 2 29) 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

26、：M e M a2 ( T)2 取折合系数0.6 ，代入上式得M e 647.52 (0.6 507)2 N m 715.4N m9)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 B 600MPa 由表 14-3 查得 1b 55MPaMed30.1 1b3 715.4 1030.1 55mm 50.67mm考虑到键槽对轴的削弱，将最小直径加大 5%dmin 50.67 (1 5%)mm 53.2mm而实际设计的危险截面处的 d 60mm 53.2mm dmin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

27、 LH 8 10 365 29200h计算输入轴承(1). 已知 n 360r min ，两轴承的径向反力 FR1 FR2 938.65 N由选定的角接触球轴承 7009AC，轴承内部的轴向力 FS 0.68FrFS1 FS2 0.68FR 638.3N(2). 因为 FS1 Fa FS2 ，所以 Fa 0故 FA1 FS1 638.3N ， FA2 FS2 638 .3N(3) . FA1 FR1 0.68 ，FA2 FR2 0.68 ，查手册可得 e 0.68 由于 FA1 FR1 e，故 X1 1,Y1 0;FA2 FR2 e, 故 X2 1,Y2 0(4) . 计算当量载荷 P1、 P

28、2由机械设计基础表 16-9，取 f p 1.3，则P1 fp(X1Fr Y1FA) 1207N P2 fp(X2Fr Y2FA) 1207N(5) . 轴承寿命计算由于 P1 P2，取 P 1207N ，角接触球轴承，取 3， f t 1 查手册得 7009AC型角接触球轴承的 Cr 25.8 ，则10660nftC)P106 (60 360(1 25800 )3h 452151h LH 29200h1207 H故满足预期寿命。. 计算输出轴承(1). 已知 n 120r min ，两轴承的径向反力 FR1 FR2 1802.65N 由选定的角接触球轴承 7011AC，轴承内部的轴向力 FS

29、 0.68FrFS1 FS2 0.68FR 1255 .8 N(2). 因为FS1 Fa FS2，所以 Fa 0故 FA1 FS1 1225.8N ， FA2 FS2 1225.8N(3).FA1 FR1 0.68 ，FA2 FR2 0.68 ，查手册可得 e 0.68由于 FA1 FR1 e，故 X1 1,Y1 0;FA2 FR2e, 故 X21,Y20(4) . 计算当量载荷 P1、 P2由机械设计表 13-6 ，取 fp 1.3，则P1 f p (X1Fr Y1FA ) 1593.5NP2 fp(X2Fr Y2FA) 1593.5N(5) . 轴承寿命计算由于 P1 P2，取 P 159

30、3.5N ，角接触球轴承，取3， f t 1查手册得 7006AC型角接触球轴承的 Cr 35.2 ，则66LH 10 ( ftC)10 (1 35200 ) 3 1497060 h LH 29200H 60n P 60 120 1593.5 H 故满足预期寿命。6. 键联接设计. 带轮与输入轴间键的选择及校核轴径 d 35mm ，轮毂长度 L 50mm，查手册，选 A型平键，其尺寸为b 10mm ，h 8mm ， L 36mm (GB/T 1095-2003)现校核其强度： l L b 28mm, T 1.76 105 N mmp 4T dhl 4 1.76 10 5 / 35 8 28MP

31、 a 89.8MP a/9/6666666查手册得 p 110MPa ，因为 p p ，故键符合强度要求。. 输入轴与齿轮间键的选择及校核轴径 d 50mm ，轮毂长度 L 77mm ，查手册，选 A型平键，其尺寸为 b 14mm ，h 9mm， L 63mm (GB/T 1095-2003)现校核其强度： l L b 49mm, T 1.76 105 N mmp 4T dhl 4 1.76 105 /50 9 49Mpa 31.9Mpa查手册得 p 110MPa ，因为 p p ，故键符合强度要求。. 输出轴与联轴器间键的选择及校核轴径 d 45mm ，轮毂长度 L 110mm ，查手册，选

32、 A型平键，其尺寸为b 14mm ， h 9mm， L 90mm (GB/T 1095-2003)现校核其强度： l L b 76mm, T 5.07 105 N mmp 4T dhl 4 5.07 105 /45 9 76Mpa 65.89Mpa查手册得 p 110MPa ，因为 p p ，故键符合强度要求。. 输出轴与大齿轮间键的选择及校核轴径 d 60mm ，轮毂长度 L 72mm，查手册，选 A型平键，其尺寸为b 18mm ， h 11mm，L 63mm (GB/T 1095-2003)现校核其强度： l L b 45mm, T 5.07 105 N mmp 4T dhl 4 5.07

33、 105 /60 11 45Mpa 68.28Mpa查手册得 p 110MPa ，因为 p p ，故键符合强度要求。7. 箱体结构的设计减速器的箱体采用铸造 (HT200)制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量， 大端盖分机体采用 H7 配合.is61. 机体有足够的刚度 在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于 12m/s，故采用侵油润油， 同时为了避免油搅得沉渣溅起， 齿顶到油池底面的距离 H 大于 40mm为保证机盖与机座连接处密封， 联接凸缘应有足够的宽度， 联接表面应精创， 其 表面粗糙度为 6.33. 机体结构有良好

34、的工艺性 .铸件壁厚为 8mm，圆角半径为 R=10mm.体外型简单，拔模方便 .4. 对附件设计A 视孔盖和窥视孔：在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以 便于能伸入进行操作， 窥视孔有盖板， 机体上开窥视孔与凸缘一块， 有便于机械 加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M8紧固B 油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油， 放油孔用螺塞堵住， 因此油孔处的机体外壁应凸起一块， 由机械加工成螺塞头部 的支承面，并加封油圈加以密封。C 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。 油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出 .。D 通气孔： 由于减速器运转时