湖南大学《机械设计基础》课程设计说明书

1、湖南大学机械设计基础课程设计HUNAN UNIVERSITY机械设计基础 课程设计说明书学生姓名 学生学号 专业班级 指导老师 院长 (系主任) 2013 年12 月29 日目录1、 课程设计任务书52、 设计步骤（1） 传动装置总体设计方案6（2） 电动机的选择61、 工作机所需功率为 62、 从电动机到工作机的传动总效率 63、 电动机所需功率6-74、电动机的转速75、电动机的型号7-8（三）确定传动装置的总传动比81、总传动比 82、分配各级传动比8（四）计算传动装置的运动和动力参数81、计算各轴输入功率 8-92、计算各轴转速93、计算各轴转矩9-10（五）设计V带和带轮101、计算

2、设计功率102、选择带型 103、确定带轮的基准直径并验证带速10-114、确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角115、确定带的根数z11-126、确定带轮的结构和尺寸127、确定带的张紧装置 128、计算压轴力12（六）齿轮的设计121、选择齿轮材料、热处理方法及精度等级12-132、按齿面接触疲劳强度设计齿轮13-143、主要参数选择和几何尺寸计算15-164、齿根弯曲疲劳强度校核 16-175.齿轮的结构设计 17-18（七）滚动轴承和传动轴的设计181、高速轴的设计 18-212、低速轴的设计 21-243、确定轴的轴向尺寸244、滚动轴承的选择与校核计算24-255、滚动轴承和轴

3、承盖的设计与选择25-27（八）键连接的设计 271、 选择键的类型和规格 27-282、 校核键的强度 28-29（九）箱体结构设计291、箱体尺寸29-312、附件的设计31-32（十）润滑密封设计 321、 齿轮的润滑 322、 滚动轴承的润滑323、 润滑油的选择 324、 密封方法的选取32（十一）联轴器的设计32-33三、设计小结33四、参考文献3435一、课程设计任务1、 题目 设计带式输送机传动装置中的一级圆柱直齿齿轮减速器。2、运动简图图13、工作条件 输送机连续工作，单向运转，载荷变化不大，空载起动，二班制，使用期限10年（每年工作日300天），两班制工作，输送带速度容许误

4、差为±5%。4、 原始数据表一题号运输带工作拉力(kN)运输带工作速度（m/s）卷筒直径（mm）71.62.23505、 设计要求 1、减速器装配图一张（A2）。 2、CAD绘制轴、齿轮零件图各一张（A3）。 3、设计说明书一份。二、设计步骤（一）传动装置总体设计方案 本次设计选用的带式输送机的机械传动装置方案为V带传动和一级闭式圆柱直齿齿轮传动，其传动装置如下图：图2（二）电动机的选择1、工作机所需功率为： 2、从电动机到工作机的传动总效率为：其中、分别为V带传动、齿轮传动、滚动轴承、弹性套柱销联轴器和滚筒的效率， 选取=0.95 、=0.97（8级精度）、=0.99（球轴承）、=

5、0.995、=0.96 故3、电动机所需功率为： 又根据电动机的额定功率查阅机械零件设计手册相关Y系列三相异步电动机相关数据，选取电动机的额定功率为5.5kW，满足电动机的额定功率 。4、电动机的转速滚筒轴的工作转速： 查阅机械零件设计手册知V带常用传动比为=24，圆柱齿轮传动一级减速器常用传动比范围为=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 ， 电动机的转速可选择范围相应为符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min和1500r/min三种。5、电动机的型号选上述不同转速的

6、电动机进行比较，查机械零件设计手册相关资料得电动机数据和计算出总的传动比，列于下表：表二方案电机型号额定功率kW电机转速r/min电机质量kg参考价格（元）总传动比同步转速满载转速1Y132S1-25.53000290064130124.142Y132S-45.51500144068127611.973Y132M2-65.510009608415287.994Y160M2-85.575072011922635.99为降低电动机重量和价格，由表二选取同步转速为1500r/min的Y系列电动机，型号为Y132S-4。查机械机械零件设计手册，得到电动机的主要参数以及安装的有关尺寸(mm)，见以下两表

7、：表三：电动机的技术数据电动机型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）Y132S-45.5150014402.22.3表四：电动机的安装及有关尺寸(mm)中心高H(mm)外形尺寸底脚安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸D×E键公称尺寸F×H100216×1401210×132（三）确定传动装置的总传动比1、总传动比 2、分配各级传动比各级传动比与总传动比的关系为i=i1i2。根据V带的传动比范围i1=2 4 ，初选i12.993，则单级圆柱齿轮减速器的传动比为4，符合圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i2=35（8级精度

8、），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i带<i齿。（四）计算传动装置的运动和动力参数 1、计算各轴输入功率 0轴（电动机轴）的输出功率为： 1轴（减速器高速轴）的输入功率：从0轴到1轴，经过V带传动和一个联轴器，所以： 2轴（减速器低速轴）的输入功率：从1轴到2轴，经过一对轴承，一对齿轮啮合传动，所以： 3轴（滚筒轴）的输入功率：从2轴到3轴，经过一对轴承，一个联轴器，所以：2、计算各轴转速 电动机轴的转速： 减速器高速轴的转速： 减速器低速轴的转速： 滚筒轴的转速： 3、计算各轴转矩电动机轴的转矩： 减速器高速轴的转矩： 减速器低速

9、轴的转矩： 滚筒轴的转矩： 把上述计算结果列于下表：表五参数轴名输入功率 （kW）转速(r/min)输入转矩（N.m）传动比传动效率电动机轴（0轴）5.5144036.4762.9930.95高速轴（1轴）5.225481.123103.71340.9603低速轴（2轴）5.018120.281398.41610.98505滚筒轴（3轴）4.943392.461（五）设计V带和带轮1、计算设计功率Pd根据V带的载荷变化不大，二班工作制（16小时），查课本P218表138，取KA1.2。即 2、 选择带型普通V带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速n1按课本P219图1315选取。根据及小

10、带轮转速n11440r/min ，查图得：d d=112140可知应选取A型V带。 3、确定带轮的基准直径并验证带速由课本P219表139，小带轮最小基准直径为ddmin=75mm，则取dd1= 90mm由课本P219表13-9查“V带轮的基准直径”，得=265mm转速误差验算： 大带轮实际转速则转速误差为符合要求 带速 满足5m/s<v<2530m/s的要求，故验算带速合适。4、确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角初步选取中心距=1.5（）= 532.5 mm取=500mm符合即248.5710， 所以有： 由课本P213表132，对A型带选用Ld3150mm实际中心距 符合

11、要求。5、确定带的根数z由查课本P214表13-3得P1=1.07KW，由传动比查表13-5得P1=0.17KW由课本P217表137查得，取Ka=0.95 由课本P212表132查得，KL1.13 则带的根数所以z取整数为5根6、确定带轮的结构和尺寸根据V带轮结构的选择条件，Y132S-4型电机的主轴直径为=38mm；由课本P223 ，“V带轮的结构”判断：由可采用S型实心带轮，由3<<300mm可选用P型辐板式带轮。且带轮的材料选用灰铸铁，HT200。7、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。8、计算压轴力 由课本P212表131得q=0.1kg/

12、m,故由书上P220式（13-17）得单根V带的初拉力由=157.82o，z=5，则压轴力（六）齿轮的设计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变化不大，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。查课本P166表11-1，小齿轮选用45号钢，调质处理，硬度260HBS；大齿轮选用45号钢，调质处理，硬度为220HBS。 精度等级初选减速器为一般齿轮传动，圆周速度不会太大，根据课本P168表11-2，初选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

13、度决定，其设计公式为：查课本P171表11-4得弹性系数=188.0对于标准齿轮，区域系数=2.5确定载荷系数K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，根据电动机和载荷的性质查课本P169表113，得K的范围为1.21.6， 取K1.5。小齿轮的转矩接触疲劳许用应力 1)接触疲劳极限应力由课本P166表11-1，根据两齿轮的齿面硬度，查得45钢的调质处理后的极限应力为小齿轮=600MPa ， 大齿轮=560MPa 2) 接触疲劳寿命系数ZN 应力循环次数公式为 工作寿命工作10年，每年按300天，每天工作16小时，故 t=(300×10&

14、#215;16)=48000h N1=60×481.123×1×24000=1.385× 查机械零件设计手册P683图3.7-24得 ZN1=1 ZN2=1.053）接触疲劳强度的最小安全系数SH查课本P171表11-5，取SH1.1 4)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 齿数比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，查课本P175表11-6，得到齿宽系数的范围为0.81.4。取。 计算小齿轮直径如下： 由于，故应将代入齿面接触疲劳设计公式，得圆周速度v查课本P168表112，v1<2m/s，该齿

15、轮传动选用9级精度。3、主要参数选择和几何尺寸计算 齿数对于闭式软齿面齿轮传动，通常z1在2040之间选取。为了使重合度较大，取z120，则z2z180。为使各个相啮合的齿对磨损均匀，可使两齿轮的齿数互为质数，最后确定z2=81。 模数m标准模数应大于或等于上式计算出的模数，查课本P57表41，选取标准模数m=3.5mm。 分度圆直径d 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 所以全齿高 齿顶圆直径 齿根圆直径 4、齿根弯曲疲劳强度校核齿根弯曲疲劳强度的校核公式为 齿形系数YF根据Z1、Z2,查课本P173图11-8，

16、得，查课本P174图11-9，得， 弯曲疲劳许用应力的计算公式 1)弯曲疲劳极限应力根据大小齿轮的材料、热处理方式和硬度，由课本P166表11-1查得 ， 2) 弯曲疲劳寿命系数YN 根据N1=1.385>和N2=>，查机械零件设计手册P686图3.730得， YN1=1 , YN2=1 3）弯曲疲劳强度的最小安全系数SF 本传动要求一般的可靠度，查课本P171表11-5，取SF1.25。4）弯曲疲劳许用应力 将以上各参数代入弯曲疲劳许用应力公式得 4）齿根弯曲疲劳强度校核 因此，齿轮齿根的抗弯强度是安全的。5.齿轮的结构设计小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构。图

17、3大齿轮（如上图所示）的结构尺寸计算如下：轴孔直径：结合低速轴的设计取轮毂直径：轮毂长度：取，取轮缘厚度：，取轮缘内经：腹板厚度：腹板中心孔直径：腹板孔直径：齿轮倒角： （七）滚动轴承和传动轴的设计1、高速轴的设计 选择轴的材料和热处理采用45钢，并经调质处理，查课本P246表141和P246表14-3，得其强度极限为，其许用弯曲应力，又由P245表14-2得。 初步计算轴的直径 由前计算可知：P1=5.225KW,n1=481.123r/min 其中，C取112。 考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则 选取标准直径d=28mm 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

18、据轴上零件的安装和固定要求，初步确定轴的结构。设有7个轴段。高速轴的轴段示意图如下：图41段：该段是小齿轮的左轴端与带轮连接，该轴段直径为28mm，查机械零件设计手册P588表3.5-21,取该轴伸L160mm。 2段： 取轴肩高度h为2mm，则d2=d1+2h=32mm。 此轴段一部分用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。取L2=45mm。3段：此段装轴承，取轴肩高度h为1.5mm，则d3=d2+2h=35mm。选用深沟球轴承。此处选用的轴承代号为6307，其内径为35mm，宽度为21 mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小12mm。取此段长L3=20mm。4段与6段：为了使齿轮与轴承不发生

19、相互冲撞以及加工方便，齿轮与轴承之间要有一定距离，取轴肩高度为2mm，则d4=d6=d3+2h=39mm，长度取5mm，则L4= L65mm。5段：此段为齿轮轴段。由小齿轮分度圆直径d=70mm可知，d6=70mm。因为小齿轮的宽度为80mm，则L5=80mm。7段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d7=35mm，L720mm。由上可算出，两轴承的跨度mm 弯矩复合强度计算圆周力：径向力： 图51）绘制轴受力简图2）绘制垂直面弯矩图轴承支反力： 由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为3）绘制水平面弯矩图4）绘制合弯矩图5）绘制扭转图转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=

20、0.6，6）绘制当量弯矩图 截面C处的当量弯矩：7)校核危险截面的强度 轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘处，W0.1d43所以 轴强度足够。2、低速轴的设计选择轴的材料和热处理采用45钢，并经调质处理，查课本P246表141和P246表14-3，得其强度极限为，其许用弯曲应力，又由P245表14-2得。初步计算轴的直径由前计算可知：P2=5.018KW,n2=120.281r/min计算轴径公式：其中，C取107。 考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则 取d=40mm低速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。低速轴的轴段示意

21、图如下：图61段： 此段装联轴器。装联轴器处选用直径d1=40mm，选用弹性套柱销联轴器，其轴孔直径为40mm，轴孔长度为84mm。根据联轴器的轴孔长度，取轴伸段（即段）长度L182mm。2段：取轴肩高度h为1mm，则d2=d1+2h=mm此轴段一部分长度用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。取L2=45mm。3段：取轴肩高度h为1.5mm，则d3=d2+2h=42+2mm。此段装轴承与套筒。选用深沟球轴承。此处选用的轴承代号为6209，其内径为45mm，宽度为19mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小12mm。取套筒长度为10mm，则此段长L3=（19-2）+10+1=28mm。4段：此段装

22、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70mm，则L4=70-2=68mm5段：取轴肩高度h为2.5mm，则d5=d4+2h=55mm，长度与右面的套筒相同，即L5=10mm。6段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d6=45mm，L617mm。由上可算出，两轴承的跨度L。按弯矩复合强度计算圆周力：径向力：图71）求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ2)由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为3）截面C在水平面上弯矩为：4）合成弯矩为：5）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：6)校核危险截面C的强度 轴上

23、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。3、确定轴的轴向尺寸 高速轴（单位：mm）：表六各轴段直径D1D2D3D4D5D6D728323539703935各轴段长度L1L2L3L4L5L6L7604520580520低速轴（单位：mm）：表七各轴段直径D1D2D3D4D5D6404245505545各轴段长度L1L2L3L4L5L6824528681017 4、滚动轴承的选择与校核计算根据机械零件设计手册推荐的轴承寿命最好与减速器寿命相同，取10年，一年按300天计算， T h=(300×10×16)=48000h（1）高速轴承的校核选用的轴承

24、是6307深沟型球轴承。轴承的当量动负荷为 因为Fa1=0N，Fr1= 1078.5N，则 查课本P280表16-11得，X= 1，Y= 0 。 查课本P279表16-8得：ft=1 ，由表16-9取查机械零件设计手册得：深沟球轴承的寿命指数为3 ，查课本P322附表1得Cr= 33.2KN；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6209型深沟型球轴承。轴承的当量动负荷为因为Fa2=0N，Fr2=1023.009N，则 查课本P280表16-11得，X=1 ，Y=0 。查课本P279表16-8得：ft=1 ，由表16-9取查机械零件设计手册得：深沟球轴承的寿命指数为3 ，

25、查课本P322附表1得Cr=31.5KN；则所以预期寿命足够,轴承符合要求。5、滚动轴承和轴承盖的设计与选择（1）滚动轴承的组合设计 高速轴的跨距LL1+L2+L3+L4+L5+=60+45+20+5+80+5+20=235mm，采用分固式结构进行轴系的轴向固定。 低速轴的跨距LL1+L2+L3+L4+L5+L6=82+45+28+68+10+17=250mm，采用分固式结构进行轴系的轴向固定。（2）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；

26、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3.2，端面选用IT7车6.3。（3）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，还要留有足够的轴向空间，以便放置拆卸器的钩头。（4）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

27、 1）轴伸端处的轴承盖（透盖）尺寸计算 A、高速轴：选用的轴承是6307深沟型球轴承，其外径D80mm，采用的轴承盖结构为凸缘式轴承盖。图示如下：图8根据外径大小选用螺钉M8，直径d38 mm，螺钉数 n4 mm B、低速轴：选用的轴承是6209型深沟型球轴承，其外径D85mm。图示如下：图9根据外径大小选用螺钉M8，直径d38 mm，螺钉数 n4 mm 2）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。（八）键连接的设计1、选择键的类型和规格 轴上零件的周向固定选用A型普通平键，联轴器选用B型普通平键。 高速轴：根据带轮与轴连接处的轴径28mm，轴长为6

28、0mm，查机械零件设计手册得键的截面尺寸 根据轮毂宽取键长L40mm 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，查机械零件设计手册得键的截面尺寸，根据轮毂宽取键长。根据安装联轴器处轴径，查机械零件设计手册得键的截面尺寸， 根据轮毂宽取键长L72mm（长度比轮毂的长度小10mm）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： 1）键的剪切强度 查机械零件设计手册得 键的剪切强度足够。2）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：1）键的剪切强度 键的剪切强度足够。2）键联接的挤压强度 键联接的挤

29、压强度足够。B、低速轴轴端处的键的校核：键上所受作用力 ：1）键的剪切强度 键的剪切强度足够。2）键联接的挤压强度 键联接的挤压强度足够。（九）箱体结构设计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=176.75mm，取整180mm 总长度L：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： =1.58=12 mm箱盖凸缘厚度b1： =1.58=12mm箱座底凸缘厚度b2：=2.58=20 mm箱座肋厚m：=0.858=6.8 mm箱盖肋厚m1：=0.858=6.8mm扳手空间： C118mm，C216mm轴承座端面外径D2：

30、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=180mm<250mm，所以n=4 轴承旁螺栓直径： 凸缘联接螺栓直径： ,取10mm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=8，n4检查孔盖螺钉直径：,取d46mm检查孔盖螺钉数量n：因为a=180mm<250mm,所以n=4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 1

31、0mm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H185mm。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： 2、附件的设计（1）检查孔和盖板查机械零件设计手册，取检查孔及其盖板的尺寸为：表八ABA1B1A2B2hRndL11590957075503104M615（2）通气器选用结构简单的通气螺塞，由机械零件设计手册，取检查孔及其盖板的尺寸为（单位：mm）： 表九dDD1SLlaD1M22 1.53225.422291547（3）油面指示器 由机械零件设计手册，取油标的尺寸为：视孔 A形密封圈规格（4）放油螺塞螺