机械设计基础说明书(广东工业大学)

1、课程设计说明书 11高分子1班 周沛东 3111006791 课程设计说明书课程名称 机械设计基础 题目名称 单极齿轮减速器设计 学生学院 材料与能源学院 专业班级 11热电（01）班 学 号 3111006791 学生姓名 周沛东 指导教师 2013年 6 月 29 日目 录一、 设计任务书 -2二、 传动方案的拟定和说明-4三、 传动装置的运动和动力参数计算-4四、 传动零件的设计计算-6五、 轴的设计计算-11六、 轴承的选择和寿命校核-20七、 键链接的选择和计算-21八、 联轴器的选择-23九、 减速器附件的选择-23十、 润滑和密封方式选择、润滑剂选择-25十一、 设计小结-25十

2、二、 参考资料-26广东工业大学课程设计任务书题目名称带式运输机传动装置学生学院材料能源学院专业班级高分子11（1）班姓 名周沛东学 号3111006791一、课程设计的内容DVF图1 带式运输机传动装置简图设计一带式运输机传动装置（见 图1）。设计内容应包括：传动装置的总体设计；传动零件、轴、轴承、联轴器等的设计计算和选择；减速器装配图和零件工作图设计；设计计算说明书的编写。二、课程设计的要求与数据已知条件： 1运输带工作拉力：F = 2.6kN； 2运输带工作速度：v =2.3m/s； 3卷筒直径： D =430mm； 4使用寿命： 8年； 5工作情况：两班制，连续单向运转，载荷较平稳；

3、6制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量。三、课程设计应完成的工作1减速器装配图1张；2零件工作图 2张（轴、齿轮各1张）3设计说明书 1份。四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期一设计准备: 明确设计任务；准备设计资料和绘图用具教1-409第18周一二传动装置的总体设计: 拟定传动方案；选择电动机；计算传动装置运动和动力参数传动零件设计计算:带传动、齿轮传动主要参数的设计计算教1-206第18周周一至周二三减速器装配草图设计: 初绘减速器装配草图；轴系部件的结构设计；轴、轴承、键联接等的强度计算;减速器箱体及附件的设计教1-206第18周周二至周四四完成减速器装配图教1-20

4、6第18周五至第19周二五零件工作图设计教1-206第19周周三六整理和编写设计计算说明书教1-206第19周四五、应收集的资料及主要参考文献1. 黄继焕主编. 机械设计基础M. ：华中科技大学出版社，第二版2. 林怡青、谢宋良、王文涛编. 机械设计基础课程设计指导书M. 北京：清华大学出版社，2008年11月第1版3. 机械制图、机械设计手册等。发出任务书日期：2013年 6月 24 日 指导教师签名：计划完成日期： 2011年 6月30日 基层教学单位责任人签章：主管院长签章：设计计算说明计算结果二、传动方案拟定：采用带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲

5、，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。图1 V带传动单级减速器1电动机；2.V带传动；3圆柱齿轮减速器；4连轴器；5卷筒；6运输带。三. 传动装置的运动和动力参数计算1、电动机类型和结构的选择：选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。 2、电动机容量选择：由电动机至运输带的传动总效率为：总=带齿滚2联滑式中：带、滚、齿、联、滑分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率。取齿= 0.97 ; 带=0.95 ; 滚=0.99 ; 联

6、=0.99; 滑=0.96(卷筒轴滑动轴承)因此总=0.950.970.9820.990.98=0.81 所以：电机所需的工作功率：Pd= FV/1000总=26002.3/（10000.81）=7.38 (kW)3、确定电动机转速 卷筒工作转速为：n卷筒601000V/（D） =(6010002.3)/（430）=102.21 r/min根据推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i带=36 i齿=24 。则总传动比理论范围为：i总624。故电动机转速的可选范为 n0 =i总n卷筒 =(624)102.21=613.262453.04 r/min由于 i齿i带=i总所以取i带

7、=2.3725 i齿=4取Y160M-6电动机 额定攻击7.5KW 满转970r/min 额定转矩 2.0 质量 116Kg进而n0取970r/min所以：电动机轴、高速轴、低速轴各转速以及输出功率分别为：n0 =970r/min p0=pd=7.38kwn= n0/i带=408.85r/min p=p0带=6.64kwn= n/i齿=102.21r/min p= p=6.31kw因此得出各轴的扭矩为：72.65 KNmm155. 11KNmm589.57KNmm四、传动零件的设计计算V带的设计 （1）选择普通V带型号 由PC=KAP=1.27.38=8.856（ KW） 根据课本图13-15

8、得知其交点（Pc，n1）在B处，故选A型方案： 取B型V带 由表12-9，小带轮d175mm 所以取d1125mm由式13-9得： d2=n1d1(1-)/n2 =（970408.85）125、(1-0.02)=290.6mm 由表13-9取d2=300mm (误差小于5%，故允许)带速验算： V=n1d1/（100060） =6.35m/s 介于525m/s范围内，故合适 确定带长和中心距a： 0.7（d1+d2）a02（d1+d2） 0.7（125+300）a02（125+300） 297.5 a0850 初定中心距a0=1.5（125+300）637.5 ，则带长为 L0=2a0+（d1

9、+d2）+（d2-d1）2/(4a0) =2637.5+（125+300）/2+（300-125）2/(4637.5) =1930.24 mm 由表13-2选用Ld=2000 mm的实际中心距 由式13-6得：aa0+(Ld-L0)/2=525+(1660-1600)/2=520 mm验算小带轮上的包角1由式子13-1得：1=180-(d2-d1)57.3/a =180-(300-125)57.3/637.5=164.27120所以合适 确定带的根数查表13-3得 P0=1.93由式13-9得 id2/d1（1-）2.55查表13-5得：p00.30kw查表13-7得：k0.98查表13-2得

10、：kL0.98因此：Z=PC/（(P0+P0)KLK） =8.856/ （1.93+0.30）0.980.98= 4.13 （根）故要取5根B型V带。 计算轴上的压力查表13-1得：q0.17kg/mF0=500PC（2.5/K-1）/zv+ q v=5008.856（2.5/0.98-1）/（52.3）+0.17x2.3x2.3=598NFQ=2zF0sin(/2)=5924.83N齿轮传动的设计：1、初选齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。闭合斜齿，软齿面小齿轮的材料选用45号钢，调质处理大齿轮的材料选用45号钢，正火处理查表可知： 查表11-5知：取SH=1 SF=1.25=/SH

11、=580Mpa=380Mpa=/ SF=246.4Mpa=173.6Mpa2、按齿面接触疲劳强度设计齿轮精度初选8级，取载荷系数K=1.2 齿宽系数 =1小齿轮上的转矩T1=9.55106P/n1=7.27104 Nmm所以小齿轮的分度圆直径d1=51.9mm初选主要参数Z1=24 ，u=4 Z2=Z1u=244=96模数m=d1cos/z1=2.1根据式4-1取m=3中心距a=m（z1+z2）/2cos=186.3mm取a=186.3mm则=arcosm（z1+z2）/2a=18.6d1=mz1/cos=74.5mm齿宽b=d1=74.5mm取 b1=80mm b2=75mm3、按齿根弯曲疲

12、劳强度校核计算 式中 小轮分度圆直径 d1=mz1/cos=74.5mm齿轮啮合宽度b=dd1 =75mm；复合齿轮系数 由Z=24/=26.63 Z=96/=106.5查图11-8得： YFa1=2.57 YFa2=2.18查图11-9 得：Ysa1=1.60 Ysa2=1.79计算大小齿轮的 并进行比较= = 39.66Mpa同理=76.20 = 62.66Mpa=67.20=173.6Mpa故满足齿根弯曲疲劳强度要求最终几何尺寸计算 a=m （Z1+Z2）/ 2=186.3 mm取a=183mm确定螺旋角=arcosm(z1+z2)/2a=18.6d1=mz1/=74.5mmd2=mz2

13、/=299 mm则取得d1=75mm,d2=299 mmb2=75 mmb1=80 mm （7）验算初选精度等级是否合适齿轮圆周速度 v=d1n1/（601000） =3.14754208.85/（601000） =1.60 m/s由表11-2可知选择8级精度合适。五、轴的设计（一） 高速轴的设计(1) 确定轴上零件的定位和固定方式 （如图）(2)按扭转强度估算轴的直径选用45#调质，硬度217255HBS轴的输入功率为P=6.64 KW 转速为n=408.85 r/min根据14-2式，并查表14-2，取C=110d (3)确定轴各段直径和长度从大带轮开始左起第一段，由于带轮与轴通过键联接，

14、则轴应该适当增加，取D1=30mm，又带轮的宽度：则第一段长度L1=75mm左起第二段直径取D2=35mm，因为标准毛毡圈接近30的是35mm根据轴承端盖的装拆的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为30mm，则取第二段的长度L2=60mm左起第三段，该段装有滚动轴承，选用角接触球轴承，选用7008AC型轴承，其尺寸为dDB=406815，那么该段的直径为D3=40mm，长度为L3=15+2=17mm其中2为挡油盘的厚度左起第四段，为齿轮的定位轴肩,取D4=46mm，长度取L4= 11mm左起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为81mm，分度圆直径为75mm，齿根圆

15、直径为71.25齿轮的宽度为80mm，则，此段的直径为D5=71.25mm，长度为L5=80mm左起第六段，为滚动轴承固定段,取D6=46mm，长度取L6=11mm左起第七段，为滚动轴承安装段,取D6=40mm，长度取L6=17mm (4) 按弯矩较合强度计算由上述轴各段的长度及轴承的类型可以算得轴支承跨距 小齿轮分度圆直径：d1=75mm作用在齿轮上的转矩为：T1 =15.5104Nmm 求圆周力：FtFt=2T1/d1=215.5104/75=4350.8N 求径向力FrFr=Fttan/=4350.8tan200/=1529.6N求轴向力FaFa=Fttan=4350.8tan=1165

16、.8N （5）轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。L=112 水平面的支反力：F= F=Ft/2 =2175.4N 垂直面的支反力：F =Fr(L/2)-Fa(d1/2)/L=1135.6 NF=Fr- F=394N（6）画弯矩图 右起第五段（轮齿段）剖面C处的弯矩： 垂直面的弯矩： Mcv= FL/2=22064 Nmm Mcv = FL/2=63593.6 Nmm水平面的弯矩：Mch= FL/2=121822.4Nm合成弯矩： （7）画转矩图： T= Ftd1/2=1.55X106 Nmm（8）画当量弯矩图因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6

17、可得右起第五段剖面C处的当量弯矩： （9）判断危险截面并验算强度右起第吴段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。已知MeC=154843.6Nmm ,由表14-3有:-1=40Mpa 则：e= MeC/W= MeC/(0.1D43)=154843.6/(0.171.253)=4.281MPa-1右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面： e= MD/W= MD/(0.1D13)=95310.5/(0.1463)=9.79MPa-1 所以确定的尺寸是安全的 。以上计算所需的图如下：（二）输出轴的设计计算(1) 确定轴上零件的定位和固定方式 （如图）

18、(2)按扭转强度估算轴的直径选用45#调质，硬度217255HBS轴的输入功率为P=6.31 KW转速为n=101r/min根据13-2式，并查表13-2，取c=110d(3)确定轴各段直径和长度从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%左右，取45mm，根据计算转矩TC=KAT=1.2157=188.4Nm，查标准GB/T 4323-1984，选用TL7型弹性柱销联轴器，半联轴器长度为l1=90mm,轴段长L1=85mm右起第二段标准毛毡圈要去该段的直径取45mm,根据轴承端盖的装拆的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为30mm，故取该段长为L2=74mm右起

19、第三段，该段装有滚动轴承，该段装有滚动轴承，选用角接触球轴承，选用7012AC型轴承，其尺寸为dDB=609518，那么该段的直径为60mm，长度为L3=38 起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要适当增加，则第四段的直径取70mm,齿轮宽为b=75mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为L4=70mm右起第五段，考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为D5=76mm ,长度取L5=6mm 右起第六段，轴肩和轴承安装的过度段，考虑拆卸方便，取 D6=67mm， L6=18mm 右起第七段轴承安装段，=60，L7=18mm， (4)求齿轮上作用力的大小、方向 大齿轮分度圆直径：

20、d2=299mm作用在齿轮上的转矩为：T2 =589000Nmm 求圆周力：FtFt=2T2/d2=2589000/299=16828.6N 求径向力Fr Fr=Fttan=16828.6tan20=6341.2N求轴向力Fa Fa=FtXtan=16828.6tan=4509.2NFt，Fr的方向如下图所示 （5）轴上支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。水平面的支反力：RA=RB=Ft/2 = 8414N垂直面的支反力：F =Fr(L/2)-Fa(d1/2)/L=1135.6 NF=Fr- F=394N（6）画弯矩图 右起第五段（轮齿段）剖面C处的弯矩：

21、 垂直面的弯矩： Mcv= FL/2=22064 Nmm Mcv = FL/2=63593.6 Nmm水平面的弯矩：Mch= FL/2=121822.4Nm合成弯矩： （7）画转矩图： T= Ftd2/2=589000 Nmm （8）画当量弯矩图 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6 可得右起第四段剖面C处的当量弯矩： （9）判断危险截面并验算强度右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。已知MeC2=182Nm ,由课本表14-3有:-1=60Mpa 则：e= MeC2/W= MeC2/(0.1D43)=154843.61000/(0.171.253

22、)=4.281MPa-1右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面： e= MD/W= MD/(0.1D13)=95310.51000/(0.171.253)=9.79MPA-1 所以确定的尺寸是安全的 。以上计算所需的图如下：六轴承的选择与寿命校核轴1和轴2的轴承均采用正装，其原因在于正装轴承适合于传动零件位于两支承之间，轴承反装适合于传动零件处于外伸端，而且支承跨距不大，故采用两端固定式。轴承类型选为角接触球轴承。入下图所示： 正装 反装轴承的校核（1）轴承的预期寿命取为Lh103001648000h， 由表16-13查得轴承的内部轴向力为：因为F2+Fa2 F1所以Fa1=

23、 F2+ Fa2=1425.6NFa2= F1=771N（2）计算轴承的当量动载荷由表16-11查得e=0.68而查表16-11得，X1=0.41，Y1=0.87，X2=0.41，Y2=0.87，所以P1X1Fr1Y1Fa1=0.418310.87604.7=866.8NP2X2Fr2Y2Fa2=0.41776.50.87585.6=827.8N初选轴承7010C，查手册得到基本额定动载荷Cr=26.5KN，基本额定静载荷Cor=22.0KN 初选轴承 7008C，查手册得到基本额定动载荷Cr=20.0KN，基本额定静载荷Cor=15.2KN P1、p2均小于相应载荷轴承寿命的校核因为轴的结构

24、要求两端选择同样尺寸的轴承，进P1较大，故以它来校核轴承的寿命 所以合理。七、键连接的选择与计算1输入轴与大带轮联接采用平键联接此段轴径d1=25mm,L1=75mm查手册得，选用C型平键，得：键87GB1096-1979 L=L1-b=75-8=67mm 取标准63mmT=34.72Nm h=7mm根据10-26式得p=4 T/(dhL)=434.721000/（25767） =11.85Mpa P (110Mpa)2、输入轴与齿轮连接采用平键连接轴径d2=46mm L2=77mm T=34.72m查手册 选A型平键 GB1096-79A键149 GB1096-79l=L2-b=77-14=

25、63mm h=9mm p=4 T/（dhL）=434.721000/（46977） = 4.35Mpa p (110Mpa)3、输出轴与联轴器联接采用平键联接轴径d2=35mm L2=55mm T=279.49Nm查手册 选C型平键 GB1096-79C键108 GB1096-79l=L2-b=55-10=45mm h=8mm p=4 T/（dhL）=4279.491000/（35855） = 72.59Mpa p (110Mpa)4、输出轴与齿轮联接用平键联接轴径d3=60mm L3=73mm T=279.49Nm查手册P124 选用A型平键键1811 GB1096-1979l=L3-b=7

26、3-18=55mm h=11mmp=4T/（dhL）=4279.491000/（601173）=23.20Mpa p (110Mpa)八联轴器的选择（1）类型选择 由于两轴相对位移很小，运转平稳，且结构简单，对缓冲要求不高，故选用弹性柱销联。 （2）载荷计算计算转矩TC=KAT=1.2279.49=335.388Nm，其中KA为工况系数，由课本表14-1得KA=1.2（3）型号选择根据TC，轴径d，轴的转速n， 查标准GB/T 50142003，选用LXZ2型弹性柱销联，其额定转矩T=1250Nm, 许用转速n=3750r/m ,故符合要求。九减速器附件的选择（1）窥视孔和窥视孔盖在减速器上部

27、可以看到传动零件啮合处要开窥视孔，以便检查齿面接触斑点和赤侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。（2）放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌住。（3）油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结构类型，有的已定为国家标准件。（4）通气器减速器运转时，由于摩擦发热，使机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。（5）启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶，联结后结合较紧，不

28、易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环，如装上二个启盖螺钉，将便于调整。（6）定位销 为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位置尽量远些。如机体结构是对的，销孔位置不应该对称布置。（7）调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。有的垫片还要起调整传动零件轴向位置的作用。（8）环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩，用以搬运或拆卸机盖。（9）密封装置 在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和污物进入机体内。密封件多为标准件，其密封效果相差很大，应根据具体情况选用。十润滑与密封方式选择、润滑剂选择1.密封 由于选用的电动机为低速，常温，常压的电动机则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达到密封的目的。毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑。2润滑(1) 对于齿轮来说，由于传动件的的圆周速度v 12m/s,采用浸油润滑，因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距