机械设计课程设计_一级圆柱齿轮减速器设计说明书

1、机械设计课程设计说 明 书 设计题目： 设计带式输送机传动装置 学院 ： 物理与电气工程学院 专业 ： 机械设计制造及其自动化 学号 ： 设计人 ： 指导老师： 完成日期： 2014年 6 月 20 日 设计任务书1、题目设计用于带式输送机的机械传动装置一级直齿圆柱齿轮减速器。2、传动系统图3、原始数据及工作条件数据编号12345输送带拉力（F/KN）2.32.11.92.22.0输送带速度V（m/s）1.51.61.61.81.8滚筒直径（D/mm）400400400350450（1）工作情况：两班制工作，常温下输送机连续单向运转，空载启动，载荷平稳，室内工作，环境中有轻度粉尘粉尘。（2）使

2、用期限：设计寿命10年，每年工作300天。（3）动力来源：三相交流（220V/380V）电源。（4）允许误差：允许输送带速度误差。4、要求 a) 按第五组数据进行设计b) 设计工作量：装配图（如减速箱或简单机械）一张（1号或0号图纸，为装订方便都采用A3号纸打印输出）设计图。零件工作图2-3张（齿轮、轴等）。设计计算说明书一份（16开1.5倍行距论文纸，约25页）。目录一 传动装置的总体设计1、传动方案的确定12、电动机的选择··············&

3、#183;··························13、传动装置的总传动比的计算和分配34、传动装置的运动和动力参数的确定3二 传动零件的设计1、V带设计52、齿轮传动设计73、轴的设计114、滚动轴承的选择（低速轴）185、键联接的选择及其校核计算196、联轴器的选择校核207、减速器基本结构的设计与选择21三 箱体尺寸及附

4、件的设计1、箱体的尺寸设计232、附件的设计25四 设计心得 27五 参考文献 29六 主要设计一览表 30 设计内容计 算 及 说 明结果一 传动装置的总体设计1.传方案动的确定本减速器设计为水平剖分，封闭卧式结构。2.电动机选择（一）工作机的功率Pw =FV/1000=2000×1.8/1000=3.6kw（二）总效率=3其中、分别为V带传动、齿轮传动、滚动轴承的效率、联轴器的效率、运输机的效率，查取机械设计手册附录3 选取=0.96 、=0.98（8级精度）、=0.99、=0.99、=0.96故=3=0.96×0.98×0.993×0.99

5、5;0.96=0.868（三）所需电动机功率 又因为电动机的额定功率查机械设计手册附录50，电动机的额定功率为5.5kW，满足电动机的额定功率3.传动比分配和计算 工作机的转速nw=60×1000v/（D） =60×1000×1.8/(3.14×450) =76.43r/min查附表2， V带常用传动比为i1=24，圆柱齿轮传动一级减速器常用传动比范围为i2=35（8级精度）。根据传动装置的总传动比i与各级传动比i1、i2、in之间的关系是i=i1i2in，可知总传动比合理范围为i=620。又 因为 ，故电动机的转速可选择范围相应为：458.58n152

6、8.6。上述不同转速的电动机进行比较，查机械设计手册及相关资料得电动机数据：选取同步转速为750r/min的Y系列电动机，型号为Y160M-8。查机械设计手册，得到电动机的主要参数：电动机的主要参数电动机额定功率P（kw）5.5电动机满载转速Nm（r/min） 720电动机轴伸出直径d（mm）42电动机轴伸出端的安装高度（mm）160电动机轴伸出端的长度（mm）110（1） 总传动比i总=imiw=9.42（2） 分配各级传动比各级传动比与总传动比的关系为i= i1 i2。根据V带的传动比范围i1=2 4，初选i13，则单级圆柱齿轮减速器的传动比为i2=3.14，符合圆柱齿轮传动一级减速器传动

7、比范围i2=35（8级精度），且符合了在设计带传动和一级圆柱齿轮减速器组成的传动装置中，应使带传动比小于齿轮传动比，即i1< i2。4.动力运动参数计算 1各轴的功率计算： P0=5.5 KwP1=P0=5.5×0.96×0.99=5.2272KwP2=P02=5.5×0.96×0.98×0.992=5.07 KwP3= P03=5.5×0.96×0.98×0.993×0.99=4.97 Kw 2转速计算：（1）高速轴转速=720/3=240（r/min）（2）低速轴转速 =240/3.14=76.

8、43（r/min） 3各轴扭矩计算： T0=7.295×104 (Nmm) T1=2.08×105(Nmm) T2=6.335×105(Nmm) T3 =6.21×105(Nmm)轴号功率（Kw）转速（r/min）扭矩（Nmm）i效率05.57207.295×10430.9615.22722402.08×10525.0776.436.335×1053.140.9834.9776.436.21×10510.96二 传动零件的设计1. V带设计：（1） 确定V带的计算功率=7.15Kw根据V带的载荷有轻微振动，两班工作

9、制（16小时），查机械设计表8-8查的工作情况系数KA1.3。（2） 选择V带 普通V带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速n1按机械设计P157表8-11选取。根据算出的Pd7.15kW及小带轮转速n1720r/min ，查图得：dd=125140mm可知应选取B型V带。（3） 确定小带轮的基准直径并计算带速V i. 查表8-9初选小带轮的基准直径dd1=140mm ii. 带速 V=5.28m/s，满足5m/s< V <2530m/s的要求，故验算带速合适iii. 确定大带轮的基准直径并计算带速Vdd2= dd1×i1=140×3.14=439.6mm

10、 查表8-9 圆整的dd2=450mm（4） 确定V带的中心距a和基准直径Ld由机械设计公式8-20得，即4131180，选取=800mm所以有：Ld0=2556.8mm由表8-2选带的基准长度Ld=2500mm实际中心距 即a=771.6mm，按式（8-24）中心距的变化范围4131180mm（5） 小带轮的包角 即=156.98o（6） 计算带的根数根据dd1= 140mm和n0=720r/min，查机械设计表8-4a和表8-4b，取单根普通V带的基本额定功率和单根普通V带额定功率的增量分别为：P0=1.64KW，P0=0.22KW由机械设计P155表8-5查得包角修正系数，取Ka=0.9

11、35由机械设计P146表8-2查得带长修正系数，KL1.03则带的根数z= Pca /（P0+P0）KaKL/=3.983所以z取整数为4根（7） 确定带的结构根据V带轮结构的选择条件，Y160M-8型电机的主轴直径为d=42mm；由机械设计P161 ，“V带轮的结构”判断：当3dmm dd1(140mm)300mm，可采用H型孔板式或者P型腹板式带轮，这次选择H型孔板式作为小带轮。由于dd2>300mm，所以宜选用E型轮辐式带轮。总之，小带轮选H型孔板式结构，大带轮选择E型轮辐式结构。（8） 确定带的张紧装置选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。（9） 计算单带的初拉力（F

12、0）min=290.5N（10） 计算压轴力FP已知B型带的初拉力（F0）min290.5N， a1=156.98o，z=4，则=2277.26N（11） 带轮的材料选用灰铸铁，HT1502. 齿轮传动设计（1） 选择齿轮材料、热处理方法及精度等级 齿轮材料、热处理方法及齿面硬度因为载荷中有轻微振动，传动速度不高，传动尺寸无特殊要求，属于一般的齿轮传动，故两齿轮均可用软齿面齿轮。查机械设计P191表10-1：小齿轮选用45号钢，调质处理，硬度236HBS；大齿轮选用45号钢，调质处理，硬度为190HBS。 精度等级初选减速器为一般齿轮传动，圆周速度不会太大，根据机械设计P197表10-4，初选

13、8级精度。（2） 按齿面接触疲劳强度设计齿轮由于本设计中的减速器是软齿面的闭式齿轮传动，齿轮承载能力主要由齿轮接触疲劳强度决定，其设计公式为： d1t=32KHtT1dZHZEZH2i2+1i2 确定载荷系数Kt因为该齿轮传动是软齿面的齿轮，圆周速度也不大，精度也不高，而且齿轮相对轴承是对称布置，试选载荷系数Kt=1.3。 小齿轮的转矩T1=2.08×105(Nmm) 接触疲劳许用应力H=HlimSHlimKHN）接触疲劳极限应力由机械设计P209图10-21中的MQ取值线，根据两齿轮的齿面硬度，查得45钢的调质处理后的接触疲劳强度极限为=580MPa ， =530MPa ）接触疲劳

14、寿命系数ZN 应力循环次数公式为： N=60 n jth 工作寿命每年按300天，每天工作16小时，故 N1=60×240×1×(300×10×16) =6.912×108N2= N1 /i2=2.20×108 查机械设计P207图10-23，且允许齿轮表面有一定的点蚀 KHN1=0.90; KHN2=0.92。) 接触疲劳强度的最小安全系数SHmin查机械设计得安全系数：SHmin1 ）计算接触疲劳许用应力。将以上各数值代入许用接触应力计算公式得 H1=522MPaH2=487.6MPa ）齿数比i2=Z2/ Z1=3.1

15、4）齿宽系数由于本设计的齿轮传动中的齿轮为对称布置，且为软齿面传动，查机械设计P205表10-7，得到齿宽系数的范围为0.91.4。取d=1 ）计算小齿轮直径d1td1t=32KHtT1dZHZEZH2i2+1i2 由于H1H2，故应将H2=487.6MPa=H代入齿面接触疲劳设计公式，得d1t=68.05mm 圆周速度v1v1=n1d1t60×1000 即v1=0.855m/s查机械设计P197表1022，v1<2m/s，该齿轮传动选用7级精度。 计算齿宽bb=68.05mm 计算模数mt=d1tZ1=2.835mm 计算载荷系数根据v1=0.855m/s，7级精度，由图10

16、-8查得动载系数Kv=1.05；KHa=1.2;由图表10-2查得使用系数;由表10-4用插值法查得 7级精度、小齿轮相对于支撑对称布置时，；故载荷系数为K=KAKVKHaKH=1.638 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（10-10a）得73.5mm 计算模数2.94mm（3） 按齿根的弯曲强度设计齿根弯曲疲劳强度的设计公式为mt32KFtYdZ12YFYsF 查表KFt=1.3 计算得Y=0.25+0.75/=0.875 计算YFYsF由图10-17查得齿形系数 YF1=2.65 YF2=2.22由图10-18查得应力修正系数Ys1=1.58 Ys2=1.76由图10-22c查得

17、轮齿弯曲疲劳极限应力Flim1=215MPa Flim2=200MPa根据N1=6.912×108>和N2=2.20×108>，查机械设计图10-18得由图10-22查得弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.85 KFN2=0.88 S=1.4F2=KFN2Flim2S=125.71F1=KFN1Flim1S=130.54YF1YS1F1=0.032YF2YS2F2=0.031YFYSF=0.032mt32KFtT1YdZ12YFYsF=2.89mm）计算载荷系数K查表KA=1 KV=1.03 KFa=1.1 KF=1.24K= KAKVKFaKF=1.405 即m=

18、3KFKFt=2.96mm根据机械原理P180表10-1查圆柱齿轮模数系列表的：m=3。按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=73.5mm，算出小齿轮的模数Z1=d1m=73.53=25；Z2=i2Z1=77。（4） 几何尺寸计算 分度圆直径dd1=mZ1=75mm d2=mZ2=231mm 中心距a 齿轮宽度b大齿轮宽度 小齿轮宽度 其他几何尺寸的计算（，）齿顶高 由于正常齿轮， 所以齿根高 由于正常齿 所以齿高 齿顶圆直径 齿根圆直径 齿厚 3. 轴的设计a) 高速轴 选择轴的材料和热处理采用45钢，并经调质处理，查机械设计P362表151，得其许用弯曲应力：，由表15-3查得：。 初步计算

19、轴的直径 由前计算可知：P1=5.227KW,n1=240r/min，T1=208Nm P2=5.07KW，n2=76.43r/min，T2=633.5Nm 其中，A取112。 考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则 经计算得并查机械设计手册，取d1=35mm，d2=50mm 轴的结构设计高速轴初步确定采用齿轮轴，即将齿轮与轴制为一体。根据轴上零件的安装和固定要求，初步确定轴的结构。设有6个轴段。先规定取齿轮离箱体内壁之距离12mm，轴承端盖总宽度为20mm，滚动轴承距离箱体内壁s=8mm，轴套宽20mm。1段：该段是小齿轮的左轴端与带轮连接，该轴段直径为d1=35mm，查机械设计手册（软件版

20、），取该轴伸L180mm。 2段： 参考机械设计P365表15-2，取轴肩高度h为1.5mm，则d2=d1+2h=38mm，L2=50mm。此轴段一部分用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。3段：此段装轴承，取轴肩高度h为1mm，则d3=d2+2h=40mm。选用深沟球轴承。查机械设计P310附录13-1，此处选用的轴承代号为6308，其内径为40mm，宽度为23 mm。为了起固定作用。取此段长L3=47mm。4段：此段为齿轮轴段。由小齿轮分度圆直径d=75mm可知，d5=75mm。因为小齿轮的宽度为82mm，则L5=78mm。5段：为了使齿轮的右端定位，采用轴环定位L5=b1.4h，取h=6mmL

21、5=20mm，d5=87mm。6段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d7=40mm，L721mm。由上可算出，两轴承的跨度 高速轴的轴段示意图如下： 按弯矩复合强度计算圆周力：Ft1=2T1/d1=5546.67N 径向力：Fr1=Ft1tan20°=2018.82Nb) 低速轴 选择轴的材料和热处理采用45钢，并经调质处理，查机械设计P362表151，得其许用弯曲应力，查表15-3得：。 初步计算轴的直径由前计算可知：P2=5.07KW,n2=76.43r/min计算轴径公式：即：其中，A取112。 考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则 查机械设计手册（软件2008版）

22、轴伸直径，取d=50mm 轴的结构设计根据轴上零件得安装和固定要求，并考虑配合高速轴的结构，初步确定低速轴的结构。设有6个轴段。1段： 此段装联轴器。装联轴器处选用最小直径d1=50mm，根据机械设计手册（软件2008版），选用弹性套柱销联轴器，其轴孔直径为50mm，轴孔长度为84mm。根据联轴器的轴孔长度，又由机械设计手册（软件2008版），取轴伸段（即段）长度L182mm。2段：查机械设计，取轴肩高度h为2.5mm，则d2=d1+2h=mm L2=50mm此轴段一部分长度用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。3段：取轴肩高度h为2.5mm，则d3=d2+2h=55+2mm。此段装轴承与套筒。选用

23、深沟球轴承。查机械设计表13-1，此处选用的轴承代号为6212，其内径为60mm，宽度为23mm。为了起固定作用，则此段长L3=47mm。4段：此段装齿轮，取轴肩高度h为2.5mm，则d4=d3+2h=mm。因为大齿轮的宽度为75mm，则L4=75-4=71mm5段：取轴肩高度h为2.5mm，则d5=d4+2h=70mm，长度与右面的套筒相同，即L5=20mm。6段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d6=60mm，L621mm。由上可算出，两轴承的跨度L。 低速轴的轴段示意图如下： 按弯矩复合强度计算A、圆周力：B、径向力：）求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ)由两边对称，知截面

24、C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为受力图：）截面C在水平面上弯矩为：）合成弯矩为：）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=0.6，截面C处的当量弯矩：)校核危险截面C的强度 轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的C处，W0.1d43所以轴强度足够。轴尺寸表高速轴（mm）各轴段直径D1D2D3D4D5D6353840758740各轴段长度L1L2L3L4L5L6805047782021低速轴（mm）各轴段直径D1D2D3D4D5D6505560657060各轴段长度L1L2L3L4L5L68250477820214. 滚动轴承的选择与校核计算根据机械设计理论知识可知推荐的轴承寿命最好与减速器寿命

25、相同，取10年，一年按300天计算， T h=(300×10×8×2)= 48000h（1）高速轴承的校核选用的轴承是6308深沟型球轴承。轴承的当量动负荷为 由机械设计P318表136查得，fd1.01.2，取fd=1.0。因为Fa1=0N，Fr1= 2018.82N，则 查机械设计P321表135得，X= 1，Y= 0 。 查机械设计p316表13-3得：ft=1 查机械设计p315得：深沟球轴承的寿命指数为3 ；查机械设计手册（软件2008版）得：Cr= 40.8KN；则 所以预期寿命足够，轴承符合要求。（2）低速轴承的校核选用6213型深沟型球轴承。轴承的

26、当量动负荷为由机械基础P407表186查得，fd1.01.2，取fd=1.0。因为Fa2=0N，Fr2=1996N，则 查机械基础P407表185得，X=1，Y=0。查机械设计P320表13-4得：ft=1 ；查机械设计P321得：深沟球轴承的寿命指数为3;查机械设计手册（软件2008版）得：Cr=47.8KN；则所以预期寿命足够,轴承符合要求。5. 键联接的选择及其校核计算（1）选择键的类型和规格 轴上零件的周向固定选用A形普通平键，联轴器选用A形普通平键。 高速轴（参考机械设计手册（软件2008版）平键：根据带轮与轴连接处的轴径35mm，轴长为80mm，查得键的截面尺寸b10mm ，h8m

27、m 根据轮毂宽取键长L63mm 高速齿轮是与轴共同制造，属于齿轮轴。 低速轴：根据安装齿轮处轴径，查得键的截面尺寸，根据轮毂宽取键长。根据安装联轴器处轴径，查得键的截面尺寸，取键长L=63mm。（2）校核键的强度 高速轴轴端处的键的校核：键上所受作用力： ）键的剪切强度 键的剪切强度足够。）键联接的挤压强度 键联接的挤压强度足够。 低速轴两键的校核A、 低速轴装齿轮轴段的键的校核：键上所受作用力：）键的剪切强度 键的剪切强度足够。）键联接的挤压强度键联接的挤压强度足够。B、低速轴轴端处的键的校核：键上所受作用力 ：）键的剪切强度 键的剪切强度足够。）键联接的挤压强度键联接的挤压强度足够。6.

28、联轴器的扭矩校核低速轴：选用弹性套柱销联轴器，查机械设计手册（软件2008版），得许用转速n1000r/min则n276.43r/min<n所以符合要求。7. 减速器基本结构的设计与选择（1）齿轮的结构设计 小齿轮：根据机械原理及前面设计的齿轮尺寸，可知小齿轮齿根圆直径为67.5mm，根据轴选择键的尺寸h为8，则可以算出齿根圆与轴孔键槽底部的距离x=mm，而2.5，则有x<2.5，因此应采用齿轮轴结构。（2）滚动轴承的组合设计 高速轴的跨距LL1+L2+L3+L4+L5+L6=80+50+47+78+20+21=296mm，采用分固式结构进行轴系的轴向固定。 低速轴的跨距LL1+L

29、2+L3+L4+L5+L6 =82+50+47+78+20+21=298mm，采用分固式结构进行轴系的轴向固定。（3）滚动轴承的配合高速轴的轴公差带选用j 6 ，孔公差带选用H 7 ；低速轴的轴公差带选用k 6 ，孔公差带选用H 7 。高速轴：轴颈圆柱度公差/ P 6 = 2.5，外壳孔/ P 6 = 4.0； 端面圆跳动轴肩/ P 6 = 6，外壳孔/ P 6 = 10。低速轴：轴颈圆柱度公差/ P 6 = 4.0，外壳孔/ P 6 = 6； 端面圆跳动轴肩/ P 6 = 10，外壳孔/ P 6 = 15。轴配合面Ra选用IT6磨0.8，端面选用IT6磨3.2；外壳配合面Ra选用IT7车3.

30、2，端面选用IT7车6.3。（4）滚动轴承的拆卸安装时，用手锤敲击装配套筒安装；为了方便拆卸，轴肩处露出足够的高度h，还要留有足够的轴向空间L，以便放置拆卸器的钩头。（5）轴承盖的选择与尺寸计算轴承盖的选择：选用凸缘式轴承盖，用灰铸铁HT150制造，用螺钉固定在箱体上。其中，轴伸端使用透盖，非轴伸端使用闷盖。尺寸计算）轴伸端处的轴承盖（透盖）尺寸计算 A、高速轴：选用的轴承是6308深沟型球轴承，其外径D90mm，采用的轴承盖结构为凸缘式轴承盖中a图结构。查机械设计手册P344表13-22计算公式可得：螺钉直径d38，螺钉数 n4 B、低速轴：选用的轴承是6212型深沟型球轴承，其外径D110

31、mm。查机械设计手册表13-22计算公式可得： 螺钉直径10，螺钉数6； 图示如下：）非轴段处的轴承盖（闷盖）尺寸计算：高速轴与低速轴的闷盖尺寸分别与它们的透盖尺寸相同。（6）润滑与密封 齿轮的润滑采用浸油润滑，浸油深度为一个齿高，但不小于10mm。 滚动轴承的润滑由于轴承周向速度为0.855m/s <2m/s，所以选用轴承内充填油脂来润滑。 润滑油的选择齿轮选用普通工业齿轮润滑油，轴承选用钙基润滑脂。 密封方法的选取箱内密封采用挡油盘。箱外密封选用凸缘式轴承盖，在非轴伸端采用闷盖，在轴伸端采用透盖，两者均采用垫片加以密封；此外，对于透盖还需要在轴伸处设置毡圈加以密封。三 箱体尺寸及附件

32、的设计1、箱体尺寸采用HT250铸造而成，其主要结构和尺寸如下：中心距a=153mm，取整150mm 箱座壁厚：，未满足要求，直接取8 mm箱盖壁厚：，未满足要求，直接取8mm 箱座凸缘厚度b： =mm箱盖凸缘厚度b1： =mm箱座底凸缘厚度b2：=mm箱座肋厚m：=mm箱盖肋厚m1：=mm扳手空间： C118mm，C216mm轴承座端盖外径D2：高速轴上的轴承： 低速轴上的轴承： 轴承旁螺栓间距s：高速轴上的轴承： 低速轴上的轴承： 轴承旁凸台半径R1： 箱体外壁至轴承座端面距离： 地脚螺钉直径： 地脚螺钉数量n：因为a=150mm250mm，所以n=4轴承旁螺栓直径： 凸缘联接螺栓直径：

33、,取12mm凸缘联接螺栓间距L：， 取L100mm轴承盖螺钉直径与数量n：高速轴上的轴承：d3=8, n4 低速轴上的轴承： d3=10，n4检查孔盖螺钉直径：,取d48mm检查孔盖螺钉数量n：因为D=110mm>100mm,所以n=6启盖螺钉直径d5（数量）：（2个）定位销直径d6（数量）： （2个）齿轮圆至箱体内壁距离： ，取 10mm小齿轮端面至箱体内壁距离： ，取 10mm 轴承端面至箱体内壁距离：当轴承脂润滑时，1015 ，取 10大齿轮齿顶圆至箱底内壁距离：>3050 ，取 40mm 箱体内壁至箱底距离： 20mm减速器中心高H：，取H180mm。箱盖外壁圆弧直径R： 箱体内壁至轴承座孔外端面距离L1： 箱体内壁轴向距离L2： 两侧轴承座孔外端面间距离L3：电动机选用：Y160M-8i1=3i2=3.14选用B型普通V带4根，基准长度Ld=2500mm，小带轮的直径dd1=140mm 大带轮的直径dd2=450mm 中心距控制在4131180mm材料均为HT150计 算 及 说 明结果四 设计心得 作为机械专业的第一个设计单级圆柱直齿减速器的设计终于在经过数月的努后告于段落。 回顾整个