机械设计课程设计

1、机械设计1、设计题目：传送带的初始拉力为2500N,传送带卷筒的直径为400mm,滚筒线速度为1.30m/s,减速器为中批量生产,应用于矿山废料的运送,受中等冲击,机器要求最短使用时间为8年(每年按300天计算),每天两班制,试设计该减速器.传动方案可参考下图2、设计参数：传动带初始拉力F=2500N 滚筒线速度V=1.3m/s 传送带卷筒直径：D=400mm 3、设计内容： 一）设计计算 1.电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算； 2.传动零件的设计； 3.轴的设计； 4.轴承及其组合的选择及校核； 5.箱体、润滑及附件的设计； 二）图纸的绘制减速器装配图绘制，高速级齿轮零件图。三）编

2、写课程设计说明书一、电动机的选择1、 类型选择电动机的类型根据动力源和工作条件,选用Y系列封闭式三相异步电动机。2、功率选择 (1) 确定电动机效率Pw 按下试计算 式中Fw=2500N V=1.3m/s 工作装置的效率考虑带卷筒器及其轴承的效率,还有数据选择和其他误差的情况，因此取 带入上式得 (2) 选择电动机的类型根据电动机的输出功率功率 式中为电动机轴至卷筒轴的传动装置总效率由式 由表2-4可查得：联轴器传动效率；齿轮传动效率（8级精度一般齿轮传动）滚动轴承效率；则=0.9（考虑到误差关系和计算方便问题）所以电动机所需工作功率为=考虑到误差关系 P3.61 kw按工作要求和工作条件查找

3、【2】表2.1中选用Y132M1-6型号三相异步电动机，其数据如下：电动机额定功率 P=4 kw ；同步转速为1000；满载转速=960；电动机轴伸出端安装长度为80 mm ；电动机轴伸出端直径为38 mm ；二、计算传动装置的运动和动力参数1、总传动比为 其中：为高速级传动比；为低速级传动比。运输机转速： 总传动比： 2.分配传动比 3.确定齿轮齿数 高速级齿轮组： 小齿轮： 大齿轮： 整圆 低速级齿轮组： 小齿轮： 大齿轮： 整圆 校核数据： 运输机的转速： 4. 计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴的转速 高速轴转速: 中间轴转速: 低速轴转速: 卷筒转速: （2）各轴的输出功率：高速

4、轴I 的输入功率： 中间轴 II 的输入功率： 低速轴 III 的输入功率： 卷筒的输入功率： (3) 各轴转矩：高速轴输入转矩： 中间轴输入转矩： 低速轴输入转矩： 卷筒输入转矩：由以上数据得各轴运动及动力参数表：轴名功率转矩转速电机轴439.7929601轴3.9639.3949602轴3.84168.462217.6873轴3.73578.62861.562卷筒轴3.61560.01361.562三、高速级齿轮的设计1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按简图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动，软齿轮面闭式传动。（2）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。（3）材料选择

5、。由【1】表10-1选择齿轮材料：小齿轮材料为40Gr（调质），硬度为260HBS；大齿轮为45钢（调质），硬度为220HBS；二者材料硬度差为40HBS。(4) 根据上一步的设计计算中得到高速级齿轮组齿数：小齿轮齿数(估)大齿轮齿数2、按齿面接触强度设计(1) 设计准则:先由齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。(2) 按齿面接触疲劳强度设计，即 (3) 确定公式内的各计算数值: 试选载荷系数 （估） 计算小齿轮传递的转矩（ ） 按软齿面齿轮非对称安装，由【1】表10-7选取齿宽系数 由【1】表10-6查得材料的弹性影响系数 由【1】图10-21d按齿面硬度查得：小齿轮的接触疲劳强

6、度极限大齿轮的接触疲劳强度极限（4）计算应力循环次数（ =1 ）(5) 由【1】图10-19取接触疲劳寿命系数 （6）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1% ，取安全系数S=1（7）试算小齿轮分度圆直径 ，代入中较小的值：3、试计算小齿轮模数（1）计算圆周速度 （2）计算齿宽 （3）计算齿宽与齿高之比 模数： 齿高： （4）计算载荷系数根据 8级精度，查【1】图10-8得动载系数 因为该齿轮传动为直齿轮，所以齿间载荷分配系数：由【1】表10-2查得使用系数 由【1】表10-4用插值法查8级精度，小齿轮相对支承非对称布置时： 由 查【1】图10-13得故载荷系数： (5) 按实际的载荷系数校正所算

7、得的分度圆直径（6）计算模数 4、按齿根弯曲强度设计（1）由【1】图10-20c查得：小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；（2）由【1】图10-18根据应力循环次数 取弯曲疲劳寿命系数: ，（3）计算弯曲疲劳许用应力；取弯曲疲劳安全系数 S=1.3，得（4）计算载荷系数K（5）查取齿形系数、和应力修正系数、由【1】表10-5查得： （6）计算大、小齿轮的并加以比较； 小齿轮： 大齿轮：将数值较大的一个代人公式计算： 对比计算结果，由齿轮面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载

8、能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.21并就进圆整为标准值=1.5 接触强度算得的分度圆直径=43.73mm，算出大小齿轮齿数： 这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。5、几何尺寸计算（1）计算分圆周直径、 （2）计算中心距 （3）计算齿轮宽度 取；。6、其他参数计算为齿顶高系数 = 1 为顶隙系数 = 0.25 模数 中心距 齿顶高 齿根高 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 7、高速级齿轮传动的几何尺寸归于下表：名称符号结果（mm）模数1.5分度圆直径 45199.5齿顶圆直径 48136齿根圆直径

9、 41.25129.25中心距 122.25齿宽 50458、齿轮的结构设计 小齿轮1由于直径较小，采用齿轮轴；大齿轮2的结构尺寸按【2】表3.11和后续设计出的轴孔直径计算如下表：由于 选择锻造齿轮代号结构尺寸计算公式结果（mm）轮毂处直径68.8轮毂轴向长度L6 64.5倒角尺寸n0.75齿根圆处厚度4.5腹板最大直径114.25板孔分布圆直91.525板孔直径11.36腹板厚度C13.5四. 低速级齿轮的设计1、齿轮强度计算（1）选择材料确定极限应力因为该减速器可以由一般规模厂生产，选择8级精度传动。由【1】表10-1选择小齿轮材料为40Gr（调质），硬度为260HBS，大齿轮为45钢（

10、调质），硬度为220HBS，二者材料硬度差为40HBS。(2)在前一步设计计算中得到低速级齿轮组的齿数：小齿轮齿数 ；大齿轮齿数。2、按齿轮面接触强度设计 （1） 设计准则:先由齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。按齿面接触疲劳强度设计，即 （2）确定公式内的各计算数值试选载荷系数 。计算小齿轮传递的转矩 按软齿面齿轮非对称安装，由【1】表10-7选取齿宽系数。由【1】表10-6查得材料的弹性影响系数 由【1】图10-21d按齿面硬度查得： 小齿轮的接触疲劳强度极限 ； 大齿轮的接触疲劳强度极限 。(3)计算应力循环次数(j=1 ) (4)由【1】图10-19取接触疲劳寿命系数 （

11、5）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1% ，取安全系数S=1 （6）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。 3、计算小齿轮的模数（1）计算圆周速度 （2）计算齿宽 （3）计算齿宽与齿高之比模数： 齿高： （4）计算载荷系数 根据 ， 8级精度传动，由【1】第194页图10-8查得动载系数： 因为该齿轮传动组为直齿轮，所以齿间载荷分配系数： 由【1】表10-2查得使用系数 由【1】表10-4用插值法得8级精度，小齿轮相对支承非对称布置时： 由=12.449 查【1】第198页图10-13得 故载荷系数 (5)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 （6）计算模数 4、按齿根弯曲强度设计 （1）

12、由【1】图10-20c查得：小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；（2）由【1】第206页图10-18根据应力循环次数 取弯曲疲劳寿命系数: ，（3）计算弯曲疲劳许用应力；取弯曲疲劳安全系数 S=1.3，得 （4）计算载荷系数K （5）查取齿形系数、和应力修正系数、 由【1】表10-5查得： （6）计算大、小齿轮的并加以比较； 小齿轮： 大齿轮： 将数值较大的一个代人公式计算： 对比计算结果，由齿轮面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）

13、有关，可取由弯曲强度算得的模数1.825并就进圆整为标准值=1.95 接触强度算得的分度圆直径=73.56 mm，算出大小齿轮齿数： 这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。5、几何尺寸计算（1）计算分圆周直径、 （2）计算中心距 （3）计算齿轮宽度 取；。6、其他参数计算 为齿顶高系数 = 1 为顶隙系数 = 0.25 模数 中心距 齿顶高 齿根高 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 7、高速级齿轮传动的几何尺寸归于下表：名称符号结果（mm）模数1.95分度圆直径 74251.6齿顶圆直径 77.7255.4齿根圆直径 69.125246.

14、725中心距 162.8齿宽 80748、齿轮的结构设计 小齿轮3由于直径较小，采用实体齿轮；大齿轮4的结构尺寸按【2】表3.11和后续设计出的轴孔直径计算如下表：由于 选择锻造齿轮代号结构尺寸计算公式结果（mm）轮毂处直径105.6轮毂轴向长度L99倒角尺寸n0.975齿根圆处厚度7.8腹板最大直径231.125板孔分布圆直径168.36板孔直径31.38腹板厚度C22.2五、验证齿轮传动组中心距 验证两组齿轮设计是否合理： 大于 设计符合要求。 两组齿轮组的数据如下：高速级低速级齿数z3012738129中心距a(mm)117.75162.8模数m(mm)1.51.95齿宽b(mm)455

15、07480分度圆直径d(mm)45190.574251.6六、轴的设计 在两级展开式减速器中，三根轴跨距应该相等，而中间轴跨距确定的自由度较小，故一般先进行中间轴的设计，以确定跨距。（一） 中间轴II的设计1、选择材料及热处理方式因中间轴是有两个齿轮，而该轴的材料应该和硬度高的齿轮材料一样。即和小齿轮3的材料一样同为45(调质) ，硬度为260 HBS2、初步计算轴的最小直径 按扭矩-扭转剪切强度公式计算最小直径： 由【1】表15-3 查选 （由于无轴向载荷 取较小值 ，=112 97 ） 。该段轴上有一键槽将计算值加大3%，取 此轴的最小直径即安装在轴端处的深沟球轴承直径 ，由【2】表5.9

16、选取深沟球轴承的型号，既：6208 3、计算各段轴直径 4、计算各段轴的长度 5、弯扭合成强度条件校核计算 （1）轴上力的作用点及支点跨距的确定齿轮对轴的力作用点按简化原则应在齿轮宽的中点，因此可决定中间轴上两齿轮力的作用点位置。轴颈上安装的深沟球轴承6208 ，可知它的载荷中心，也可为轴承宽的中心。 （2）计算轴上的作用力及受力图由于该减速器的齿轮组齿轮是一般的直齿圆柱齿轮，其压力角 齿轮2 ： 齿轮3 ： （3）计算出支反力 绕支点B的力矩和 得： 即 绕支点A的力矩和 得： 即 校核： 计算无误 绕支点B的力矩和 得： 即 绕支点A的力矩和 得： 即 校核 ： 计算无误（4）合弯矩 因为

17、 所以 比较与 ，则比大 ，D点为危险截面点。（5）弯扭合成 根据公式 其中： W 由【1】表15-4 选择无键槽 由【1】表15-1 选择 所以 满足强度设计条件要求。（二） 高速轴I 的设计由于该轴为齿轮轴，所以该轴的材料与齿轮1的材料同为40（调质） ， 硬度为260HBS1、按扭矩-扭转剪切强度公式计算最小直径： 由【1】第370页表15-3 查选 （由于无轴向载荷 取较小值 ，=112 97 ） 。该段轴上有一键槽将计算值加大3%，取 此轴的最小直径即安装在轴端处的联轴器直径 ，由【2】第115页表6.8选取弹性柱销联轴器的型号，既：HL1Y型 验证联轴器是否符合要求: 符合要求。

18、由于轴伸直径比强度计算的值要大许多，考虑轴的紧凑性，其他阶梯轴段直径应尽可能以较小值增加，因此，轴伸段联轴器用套筒轴向定位，与套筒配合的轴段直径为： 选取轴承时，由【2】第95页表5.9 可得： 深沟球轴承6206 mm B = 16mm2、计算各段轴直径 mm 3、计算各段轴的长度 (联轴器轴孔端的长度)4、弯扭合成强度条件校核计算 （1）轴上力的作用点及支点跨距的确定齿轮对轴的力作用点按简化原则应在齿轮宽的中点，因此可决定高速轴上齿轮力的作用点位置。轴颈上安装的深沟球轴承6206 ，可知它的载荷中心，也可为轴承宽的中心。 （2）计算轴上的作用力及受力图由于该减速器的齿轮组齿轮是一般的直齿圆

19、柱齿轮，其压力角 齿轮1 ： （3）计算出支反力作用点及作用力的简图： 绕支点B的力矩和 得： 即 绕支点A的力矩和 得： 即 校核： 计算无误 绕支点B的力矩和 得： 即 绕支点A的力矩和 得： 即 校核 ： 计算无误（4）合弯矩 因为 所以 （5）弯扭合成 根据公式 其中： W 由【1】表15-4 选择无键槽 由【1】表15-1 选择 所以 满足强度设计条件要求。（三） 低速轴III的设计由于该减速器为展开式齿轮传动，该轴有一个齿轮，所以该轴的材料与齿轮4的材料同为45钢（正火） ， 硬度为220HBS1、初步计算轴的最小直径 按扭矩-扭转剪切强度公式计算最小直径： 由【1】表15-3 查

20、选 （由于无轴向载荷 取较小值 ，=126 103 ） 。该段轴上有一键槽将计算值加大3%，取 此轴的最小直径即安装在轴端处的联轴器直径 ，由【2】表6.8选取弹性柱销联轴器的型号，既：HL4Y型 验证联轴器是否符合要求: 符合要求。 由于轴伸直径比强度计算的值要大许多，考虑轴的紧凑性，其他阶梯轴段直径应尽可能以较小值增加，因此，轴伸段联轴器用套筒轴向定位，与套筒配合的轴段直径为： 选取轴承时，由【2】第95页表5.9 可得： 深沟球轴承6211 mm B = 21mm2、计算各段轴直径 mm 3、计算各段轴的长度 (联轴器轴孔端的长度)4、弯扭合成强度条件校核计算 （1）轴上力的作用点及支点

21、跨距的确定齿轮对轴的力作用点按简化原则应在齿轮宽的中点，因此可决定低速轴上齿轮力的作用点位置。轴颈上安装的深沟球轴承6211 ，可知它的载荷中心，也可为轴承宽的中心。 （2）计算轴上的作用力及受力图由于该减速器的齿轮组齿轮是一般的直齿圆柱齿轮，其压力角 齿轮1 ： （3）计算出支反力作用点及作用力的简图： 绕支点B的力矩和 得： 即 绕支点A的力矩和 得： 即 校核： 计算无误 绕支点B的力矩和 得： 即 绕支点A的力矩和 得： 即 校核 ： 计算无误（4）合弯矩 因为 所以 （5）弯扭合成 根据公式 其中： W 由【1】表15-4 选择无键槽 由【1】表15-1 选择 所以 满足强度设计条件

22、要求。总装草图如下：（四）轴承的验证 4.1、高速轴I的轴承的验证（1）选用根据前面的设计可得知高速轴I两个轴承选用的是深沟球轴承6206： （该轴的转速小于该轴承的极限转速，符合选用要求）（2）验算根据公式 其中： 根据公式： 其中：由【1】第321页表13-6选择 比较和的大小，选择较大代入公式计算： 寿命符合条件要求。4.2、中间轴II的轴承的验证（1）选用根据前面的设计可得知中间轴II两个轴承选用的是深沟球轴承6208： （该轴的转速小于该轴承的极限转速，符合选用要求）（2）验算根据公式 其中： 根据公式： 其中：由【1】表13-6选择 比较和的大小，选择较大代入公式计算： 寿命符合条

23、件要求。4.3、低速轴III的轴承的验证（1）选用根据前面的设计可得知低速轴III两个轴承选用的是深沟球轴承6211： （该轴的转速小于该轴承的极限转速，符合选用要求）（2）验算根据公式 其中： 根据公式： 其中：由【1】表13-6选择 比较和的大小，选择较大代入公式计算： 寿命符合条件要求。5、 平健联结的选用和计算5.1、中间轴II大齿轮处键的选择（1）以轴的直径大小选择键的宽和高 由前面的设计步骤可得该键处的轴直径为43mm 则在【2】表6.1选择键的公称尺寸为： 该键为一般键联接（2）以毂宽选择键的长度 由前面的设计步骤可得该毂宽为63mm 因为键的长度L要比轴段略小，即键的长度由【2

24、】表6.1选择长度L = 63mm A型（圆头）（3）校核 由【1】第106页，根据公式 其中： 由【1】表6-2根据：轴、齿轮、键三者都是钢材料、轻微冲击，则 强度条件符合要求。5.2、中间轴II小齿轮处键的选择（1）以轴的直径大小选择键的宽和高 由前面的设计步骤可得该键处的轴直径为47mm 则在【2】表6.1选择键的公称尺寸为： 该键为一般键联接（2）以毂宽选择键的长度 由前面的设计步骤可得该毂宽为99mm 因为键的长度L要比轴段略小，即键的长度由参考资料【2】表6.1选择长度L = 70mm A型（圆头）（3）校核 由【1】，根据公式 其中： 由【1】表6-2根据：轴、齿轮、键三者都是钢

25、材料、轻微冲击，则 强度条件符合要求。5.3、低速轴III大齿轮处键的选择（1）以轴的直径大小选择键的宽和高 由前面的设计步骤可得该键处的轴直径为64mm 则在【2】表6.1选择键的公称尺寸为： 该键为一般键联接（2）以毂宽选择键的长度 由前面的设计步骤可得该毂宽为99mm 因为键的长度L要比轴段略小，即键的长度由【2】表6.1选择长度L = 80mm A型（圆头）（3）校核 由【1】，根据公式 其中： 由【1】表6-2根据：轴、齿轮、键三者都是钢材料、轻微冲击，则 强度条件符合要求。5.4低速轴III轴端处联轴器的键的选择（1）以轴的直径大小选择键的宽和高 由前面的设计步骤可得该键处的轴直径

26、为45mm 则在【2】表6.1选择键的公称尺寸为： 该键为一般键联接（2）以该段轴宽选择键的长度 由前面的设计步骤可得该段轴长为109.5mm 因为键的长度L要比轴段略小，即键的长度由【2】表6.1选择长度L = 80mm A型（圆头）（3）校核 由【1】，根据公式 其中： 由【1】表6-2根据：轴、齿轮、键三者都是钢材料、轻微冲击，则 强度条件符合要求。5.5高速轴I轴端处联轴器的键的选择（1）以轴的直径大小选择键的宽和高 由前面的设计步骤可得该键处的轴直径为20mm 则在【2】表6.1选择键的公称尺寸为： 该键为一般键联接（2）以该段轴宽选择键的长度 由前面的设计步骤可得该段轴宽为52mm

27、 因为键的长度L要比轴段略小，即键的长度由【2】第110页表6.1选择长度L = 40mm A型（圆头）（3）校核 由【1】第106页，根据公式 其中： 由【1】表6-2根据：轴、齿轮、键三者都是钢材料、轻微冲击，则 强度条件符合要求。 六、润滑方式 由于所设计的减速器齿轮圆周速度较小，低于12m/s，故齿轮的润滑方式选用油润滑，轴承的润滑方式选用脂润滑。考虑到减速器的工作载荷不是太大，故润滑油选用中负荷工业齿轮油（GB59031986），牌号选68号。润滑油在油池中的深度保持在6880mm之间。轴承的润滑脂选用合成锂基润滑脂（SY14131980）。牌号为ZL2H。由于轴承选用了脂润滑，故要防止齿轮的润滑油进入轴承将润滑脂稀释，也要防止润滑脂流如油池中将润滑油污染。所以要轴承与箱体内壁之间设置挡油环。七、箱体及其附件结构设计（一）箱体的结构设计箱体采