机械设计课程设计说明书

1、JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY机械设计课程设计说明书题目： 二级斜齿轮减速器设计（题号I-14） 学 院： 工学院 姓 名： 叶凡华 学 号： 20120980 专 业： 农业机械化及其自动化 年 级： 2012级 指导教师： 许静 职 称：教授 二014 年 12 月目录摘要1一、机械设计课程设计任务书2二、传动方案的拟定和分析3三、电动机的选择与传动装置运动和动力参数计算43.1 电动机选择43.2传动装置和动力计算6四、 传动零件的设计74.1 减速器斜齿圆柱齿轮传动高速级的设计计算74.2 减速器斜齿圆柱齿轮传动低速级的设计计算13五、轴系设计195.1

2、 输入轴I的设计195.2 中间轴的设计265.3 输出轴的设计33六、箱体结构的设计39七、 润滑设计41参考文献42摘要机械设计课程设计是高教工科相关专业学生首次进行完整综合的机械设计， 通过设计实践， 树立正确的设计思想；学习和掌握通用机械零部件、机械传动及一般机械设计的基本方法及步 骤；初步培养学生工程设计能力和分析问题、解决问题的能力，为今后的设计工作打下良好基 础；培养团结合作、相互配合的工作作风。 进一步巩固和加深学生所学的理论知识， 通过本环节把机械设计学及其他有关先修课程 （如 机械制图、理论力学、材料力学、工程材料及机械制造基础等）中所获得的理论知识在设计实 践中加以综合应

3、用，使理论知识和生产实践密切地结合起来。通过设计实践，提高学生的计算、制图能力；使学生能熟练地应用有关参考资料、计算图 表、手册、图集、规范、熟练有关的国家标准和行业标准（如 GB、JB 等） ，以完成一个工程技 术人员在机械设计方面所必须具备的基本技能训练。关键词：机械设计课程设计41 一、机械设计课程设计任务书1.设计题目：设计一用于带式输送机传动用的二级斜齿圆柱齿轮减速器2.给定数据及要求：设计一用于带式运输机的两级斜齿圆柱齿轮减速器。工作有轻微振动，经常满载、空载起动、单班制工作，运输带允许速度误差为 ，减速器小批量生产，使用寿命五年。传动简图如下图所示。3.原始数据（I-14） 拉力

4、F=4.4kN 速度v=0.85m/s 直径D=320mm4.应完成的工作：1.减速器装配图一张（1号图纸）2.打印零件A3图纸五张（传动齿轮、轴、各两张，箱体一张）3.其余零件工作图A4图纸作为附录装订（如轴承端盖、皮带轮、箱盖、其余齿轮和轴）4.设计计算说明书一份（A4开纸，50006000字）二、传动方案的拟定和分析 机器通常是有原动机、传动装置和工作机组成。合理地设计传动装置时机械设计工作中的一个很重要的部分。考虑到此工作机的功率不大，且非高精密仪属一般机器，故此采用题式当中的传动方案，其传动方案示意图如下：三、电动机的选择与传动装置运动和动力参数计算 3.1 电动机选择（1) 计算工

5、作机所需功率 计算公式： 其中是工作的阻力（N）；是工作机的线速度（m/s）；是工作机的效率，对于 带式运输机，一般取=0.94-0.96。 现取=0.95，故此（KW） （2）计算电动机所需功率 计算公式： 其中为电动机致至工作机的传动效率，即。.为 传动装置每一级传动副、每对轴承或每个联轴器的效率。现查机械设计手册得 ，。 故此 所以（KW） （3）计算电动机额定功率 计算公式：取系数为1.2，故此。 工作机卷筒轴转速 单级圆柱齿轮传动比=36，所以总传动比'=936 电动机转速='=（936）50.8=457.21828.8 查表得满足此要求的电动机有一下三种型 号额定功

6、率满载转速同步转速净 重总传动比Y112M-44.0144015004330.17Y132M1-6496010007520.69Y160M1-8472075012015.52 综合考虑电动机和传动装置的尺寸和结构以及减速器的传动比，选择第二组，即选择 Y132M1-63.2传动装置和动力计算计算传动装置的总传动比和分配各级传动比 总传动比各级传动比 设、分别为高速级和低速级传动比，由和=（1.31.5），并 取=1.5得 ，所以，传动装置的运动参数和动力参数 设0、I、II、III、IV分别为电动机轴、与电动机主轴相连的减速器轴、减速器中间轴、与 卷筒轴相连的减速器轴、卷筒轴 各轴转速 I轴

7、II轴 III轴 IV轴 各轴功率 I轴 KW II轴 KW III轴 KW IV轴 KW各轴转矩 I轴 II轴 III轴 IV轴 四、 传动零件的设计4.1 减速器斜齿圆柱齿轮传动高速级的设计计算初始条件的设定 齿轮啮合压力角取为20°，选定精度等级为8级，初选螺旋角=14°；小齿轮材料为40Cr （调质），齿面硬度为260HBS；大齿轮材料选为45钢（调质），齿面硬度为230HBS。设高 速级小齿轮、大齿轮齿数分别为、，取则=20，则： ，取=101按齿面接触疲劳强度计算 <1> 试算小齿轮分度直径 试选=1.3，查表取区域系数=2.433，齿宽系数=1，取

8、材料弹性影响系数 =189.8 计算重合度系数 所以计算螺旋角系数计算接触疲劳许用应力查表知小齿轮、大齿轮接触疲劳极限分别为、应力循环次数： 由此查表可知接触疲劳寿命系数，；取失效概率为1，安全系数。则： 取两者较小的作为接触疲劳许用应力，即将所求的各个值带入公式得：<2> 调整小齿轮分度圆直径 圆周速度 齿宽b 计算实际载荷系数查表的使用系数；根据，8级精度查表得齿轮圆周力 ，由此查表得齿间载荷分配系数由8级精度、小齿轮相对支承轴为非对称布置查表得由此得载荷系数由此计算得按实际载荷系数计算的分度圆直径： 相应的齿轮模数： mm按齿根弯曲疲劳强度计算<1>试计算齿轮模数

9、 试选载荷系数计算弯曲疲劳强度的重合度系数 计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数 计算当量齿数 由此查表齿形系数,；应力修正系数=1.57，=1.81；小、大齿轮的齿根弯曲疲劳极限，；弯曲疲劳寿命系，。取弯曲疲劳安全系数则： 取两者较小的，即=将算得的各值代入公式得：=<2> 调整齿轮模数圆周速度齿宽b 齿高h 齿高宽比 计算实际载荷系数由，8级精度查表得=1.05N故此查表得=1.1，=1.35将算得各值代入公式得：故此可知由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，从满足弯曲疲劳强度出发，取；同时为满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算小齿轮

10、的齿数，即，取22，所以，取。几何尺寸计算中心距 修正螺旋角 大小齿轮分度圆直径 齿宽b 取，主要设计结论低速级小齿轮齿数，大齿轮齿数，模数，压力角，螺旋角，变位系数，中心距；小齿轮齿宽，大齿轮齿宽；小齿轮选用，调质处理，大齿轮选用45钢，调质处理。4.2 减速器斜齿圆柱齿轮传动低速级的设计计算（1） 初始条件的设定 齿轮啮合压力角取为20°，选定精度等级为8级，初选螺旋角=14°；小齿轮材料为40Cr （调质），齿面硬度为280HBS；大齿轮材料选为45钢（调质），齿面硬度为240HBS。设高 速级小齿轮、大齿轮齿数分别为、，取则=20，则： ，取=102（2） 按齿面接

11、触疲劳强度计算 <1> 试算小齿轮分度直径 试选=1.3，查表取区域系数=2.433，齿宽系数=1，取材料弹性影响系数 =189.8 计算重合度系数 所以计算螺旋角系数计算接触疲劳许用应力查表知小齿轮、大齿轮接触疲劳极限分别为、应力循环次数： 由此查表可知接触疲劳寿命系数，；取失效概率为1，安全系数。则： 取两者较小的作为接触疲劳许用应力，即将所求的各个值带入公式得：<2> 调整小齿轮分度圆直径 圆周速度 齿宽b 计算实际载荷系数查表的使用系数；根据，8级精度查表得齿轮圆周力 ，由此查表得齿间载荷分配系数由8级精度、小齿轮相对支承轴为非对称布置查表得由此得载荷系数由此计

12、算得按实际载荷系数计算的分度圆直径： 相应的齿轮模数： mm按齿根弯曲疲劳强度计算<1>试计算齿轮模数 试选载荷系数计算弯曲疲劳强度的重合度系数 计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数 计算当量齿数 由此查表齿形系数,；应力修正系数=1.57，=1.75；小、大齿轮的齿根弯曲疲劳极限，；弯曲疲劳寿命系，。取弯曲疲劳安全系数则： 取两者较小的，即=将算得的各值代入公式得：=<2> 调整齿轮模数圆周速度齿宽b 齿高h 齿高宽比 计算实际载荷系数由，8级精度查表得=1故此查表得，将算得各值代入公式得：故此可知由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，从满足弯

13、曲疲劳强度出发，取；同时为满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算小齿轮的齿数，即，取25，所以，取。几何尺寸计算中心距 修正螺旋角 大小齿轮分度圆直径 齿宽b 取，主要设计结论低速级小齿轮齿数，大齿轮齿数，模数，压力角，螺旋角，变位系数，中心距，小齿轮齿宽，大齿轮齿宽；小齿轮选用，调质处理，大齿轮选用45钢，调质处理。五、轴系设计5.1 输入轴I的设计（1）轴的受力分析由上文设计知轴的功率，转速，转矩；轴上的小齿轮齿宽，齿数，模数。故此小齿轮的分度圆直径为 圆周力为 径向力为 轴向力为 初步确定轴的最小尺寸选去材料为45钢，调质处理。查表得，故考虑到外伸段键槽对轴的削弱作用，

14、将轴径增大5%，即：输入轴的最小直径用来安装联轴器，为试所选的轴径与联轴器的孔径相适应，故先选联轴器型号。查表，取，则联轴器的计算转矩为查表采用滚子链联轴器J型，其半联轴器轴孔直径d=20mm，轴孔长L=38mm，故取轴最小径为20mm。选定轴承因为轴即受径向力又受轴向力的作用，故此选用圆锥滚子轴承 求比值 有圆锥滚子轴承最大，>；由此查表得径向动载荷系数。暂定轴向动载荷系数。 初步计算当量动载荷P查表知，取，则 求轴承应有的基本的额定动载荷设计使用寿命 所以 查找设计手册选取30206型轴承，轴承孔径为30mm,经本额定动载荷，轴向动载荷系数。 验算当量动载荷 故此使用寿命 故，高于设

15、计使用寿命，即选用的轴承安全。轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案采用图纸所示的装配方案 根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度轴的直径设计轴的外伸端与联轴器相连，由前面计算内容知，外伸端最小直径为20mm；为满足联轴器的定位要求，设其右侧为一阶梯轴，同时为了满足右端轴承的安装要求，由所选轴承知轴承内孔径为30mm，故此设计轴径为30mm。为满足轴承的定位要求，故在阶梯轴段上设一轴肩，轴肩宽为5mm，高出轴段6mm。因为小齿轮分度圆直径为45.212mm，而此时轴径最大处已经有30mm，为保证齿轮强度，故将小齿轮直接作在轴上，与轴一起加工。为了满足左端轴承的安装要求，同样设一阶梯轴段，轴径

16、为36mm。轴的长度设计因为半联轴器内孔长度为35mm,故此与联轴器相连的外伸端长度为35mm。已知抽成宽度为17.25mm，考虑箱体壁的厚度，故将右端与轴承相连的轴段长设为50mm；左端轴段长设为20mm。取齿轮距离箱体的距离为16mm，故取左端阶梯轴段为16mm。为此轴的各段直径与长度初步设定，求轴上的载荷根据轴的结构与受力情况作轴的受力简图，如下所示在xoy平面其受力如图列受力平衡方程 即 其弯曲图如图所示 在yoz平面其受力如图列受力平衡方程 即 其弯曲图如图所示所以总弯矩为 按弯扭组合校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据计算式及上表的数据，以及轴

17、单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表可得，因此，故安全。精确校核轴的疲劳强度由受力、应力集中及其结构分析知，危险截面为轴段上齿轮所在位置的右截面。且该截面的左边截面面积较大，故只需校核截面右侧。抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面右侧的弯矩 截面上的扭矩 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45钢，调质处理，查表得,。因为、，查表得，；材料的敏感系数，；故有效应力集中系数为查表得尺寸系数，扭转系数；轴按磨削加工，查得表面质量系数为。轴未经表面强化处理，即，所以综合系数为查表知碳钢的特性系数为、，取、。于是计算安全系数故此设计安全

18、5.2 中间轴的设计（1） 轴的受力分析由上文设计知轴的功率，转速，转矩；轴上的小齿轮齿宽，齿数，模数压力角，螺旋角。故此小齿轮的分度圆直径为 圆周力为 径向力为 轴向力为 因为高速轴的小齿轮与中速轴的大齿轮相啮合，故两齿轮所受的力都是作用力与反作用力的关系，则大齿轮上所受的力为、所以总径向力 总轴向力 初步确定轴的最小尺寸选去材料为45钢，调质处理。查表得，故考虑到外伸段键槽对轴的削弱作用，将轴径增大5%，即：输入轴的最小直径用来安装轴承，为试所选的轴径与轴承的孔径相适应，故先选轴承型号选定轴承因为轴即受径向力又受轴向力的作用，故此选用圆锥滚子轴承 求比值 有圆锥滚子轴承最大，>；由此

19、查表得径向动载荷系数。暂定轴向动载荷系数。 初步计算当量动载荷P查表知，取，则 求轴承应有的基本的额定动载荷设计使用寿命 所以 查找设计手册选取30207型轴承，轴承孔径为35mm,经本额定动载荷，轴向动载荷系数。 验算当量动载荷 故此使用寿命 故，高于设计使用寿命，即选用的轴承安全。轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案采用图纸所示的装配方案 根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度轴的直径设计为满足轴承的定位要求，设其右侧为一阶梯轴，同时为了满足右端轴承的安装要求，由所选轴承知轴承内孔径为35mm，故此设计轴径为35mm。因为小齿轮分度圆直径为64.706mm，而此时轴径最大处已经有35m

20、m，为保证齿轮强度，故将小齿轮直接作在轴上，与轴一起加工。为了满足左端轴承的安装要求，采用套筒定位，套筒的长度为18mm，套筒直径为35mm。为满足大齿轮的定位要求，故作一阶梯轴，轴径为52mm，安装大齿轮轴段长为43mm，轴径为40mm。轴的长度设计已知抽成宽度为17.25mm，考虑箱体壁的厚度，故将左端与轴承相连的轴段长设为40mm；右端轴段长设为20mm。为此轴的各段直径与长度初步设定，如图纸所示求轴上的载荷根据轴的结构与受力情况作轴的受力简图，如下所示在xoy平面其受力如图列受力平衡方程 即 其弯曲图如图所示 在yoz平面其受力如图列受力平衡方程 即 其弯曲图如图所示所以总弯矩为 按弯

21、扭组合校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据计算式及上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表可得，因此，故安全。精确校核轴的疲劳强度由受力、应力集中及其结构分析知，危险截面为轴段上小齿轮所在位置的右截面。且该截面的左边截面面积较大，故只需校核截面右侧。抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面右侧的弯矩 截面上的扭矩 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45钢，调质处理，查表得,。因为、，查表得，；材料的敏感系数，；故有效应力集中系数为查表得尺寸系数，扭转系数；轴按磨削加工，查得表面质

22、量系数为。轴未经表面强化处理，即，所以综合系数为查表知碳钢的特性系数为、，取、。于是计算安全系数故此设计安全5.3 输出轴的设计轴的受力分析根据作用力与反作用力，作用于轴上的圆周力为，径向力为，轴向力为初步确定轴的最小尺寸选去材料为45钢，调质处理。查表得，故考虑到键槽对轴的削弱作用，将轴径增大5%，即：输出轴的最小直径用来安装联轴器，为试所选的轴径与联轴器的孔径相适应，故先选联轴器型号。查表，取，则联轴器的计算转矩为查表采用弹性柱销链联轴器LX3J型，其半联轴器轴孔直径d=48mm，轴孔长L=60mm，故取轴最小径为48mm。选定轴承因为轴即受径向力又受轴向力的作用，故此选用圆锥滚子轴承 求

23、比值 有圆锥滚子轴承最大，>；由此查表得径向动载荷系数。暂定轴向动载荷系数。 初步计算当量动载荷P查表知，取，则 求轴承应有的基本的额定动载荷设计使用寿命 所以 查找设计手册选取30210型轴承，轴承孔径为50mm,经本额定动载荷，轴向动载荷系数。 验算当量动载荷 故此使用寿命 故，高于设计使用寿命，即选用的轴承安全。轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案采用图纸所示的装配方案 根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度求轴上的载荷根据轴的结构与受力情况作轴的受力简图，如下所示在xoy平面其受力如图列受力平衡方程 即 其弯曲图如图所示 在yoz平面其受力如图列受力平衡方程 即 其弯曲图如图

24、所示所以总弯矩为 按弯扭组合校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据计算式及上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表可得，因此，故安全。精确校核轴的疲劳强度由受力、应力集中及其结构分析知，危险截面为轴段上齿轮所在位置的右截面。且该截面的左边截面面积较大，故只需校核截面右侧。抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面右侧的弯矩 截面上的扭矩 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45钢，调质处理，查表得,。因为、，查表得，；材料的敏感系数，；故有效应力集中系数为查表得尺寸系数，扭转系数；轴按

25、磨削加工，查得表面质量系数为。轴未经表面强化处理，即，所以综合系数为查表知碳钢的特性系数为、，取、。于是计算安全系数故此设计安全选键型为普通平键（A） 根据，查得键的截面尺寸为：宽度=16，高度h=10。取键长L=45mm。六、箱体结构的设计 减速器的箱体采用铸造（HT200）制成。在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度。考虑到机体内零件的润滑，密封散热。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为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。铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便。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