机械设计基础课程设计 计算说明书

机械设计基础课程设计

计算说明书

设计题目 带式运输机斜齿圆柱齿轮减速器设计

专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 2013级 姓 名及学号 商从政 1312150034 指 导 教 师 王虹 完 成 日 期 2016.06.10

1

目录

一、设计任务 ................................................ 错误！未定义书签。

设计题目 ................................................ 错误！未定义书签。 设计任务 ................................................ 错误！未定义书签。 具体作业 ................................................ 错误！未定义书签。 数据表.................................................. 错误！未定义书签。 二、计算过程及计算说明 ....................................................... 4

传动方案拟定 ............................................................. 4 电动机选择 ............................................................... 4 计算总传动比及分配各级的传动比 ........................................... 5 带传动设计 ............................................................... 6 斜齿齿轮传动的设计 ....................................................... 7 轴的初步设计计算 ........................................ 错误！未定义书签。 轴的校核 ................................................ 错误！未定义书签。 键的选择与强度校核 ...................................... 错误！未定义书签。 滚动轴承的选择与校核 .................................... 错误！未定义书签。 联轴器的选择 ............................................ 错误！未定义书签。 润滑，密封的设计 ........................................ 错误！未定义书签。 三、设计小结 ................................................ 错误！未定义书签。 四、参考文献 ................................................ 错误！未定义书签。

2

一、设计任务

1、 设计题目：带式运输机斜齿圆柱齿轮减速器设计。

该带式运输机传动系统如图所示，电动机的位置自行确定。带式运输机连续单向运转，工作过程中有轻微振动，空载启动；输送带速度允许误差为±5%，工作机效率为0.97；每日三班制工作，每班工作4小时；使用期限10年，每年工作300天；检修期间隔为3年； 在中小型机械厂小批量生产。

2、 设计任务：

（1） 选择电动机型号；

（2） 确定带传动的主要参数及尺寸； （3） 设计齿轮减速器。 3、 具体作业：

（1） 编写设计说明书一份，所有公式一律用公式编辑器编写。 （2） 零件工作图至少两张：齿轮或带轮、轴零件图各一张。(CAD作图) （3） 设计带式运输机的两级圆柱齿轮减速器装配图1张。(CAD作图) 4、 数据表：

圆柱斜齿齿轮减速器设计原始数据

题 号 输送带工作拉力F/kN 输送带速度v/(m·s)卷筒直径D/mm

-1 2.7 1.5 290 3

二、计算过程及计算说明 一、确定传动方案 第三组：带式运输机斜齿圆柱齿轮减速器设计 （1）工作条件：使用年限10年，工作为三班工作制，载荷平稳，环 境清洁。 （2）原始数据：滚筒圆周力F=2700N；带速V=1.5m/s；滚筒直径 D=290mm。 二、选择电动机 1、电动机类型的选择 根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。 2、电动机功率的选择 工作机所需要的有效功率 为 其中， 为工作机的传动效率。 传动装置总效率为 其中，各机构的效率，根据表2-4可查出： 为带传动的效率 为一级圆柱齿轮传动的效率 为一对滚动轴承传动的效率 为刚性连轴器的效率 电机所需的工作功率： 由表16-3可选取电动机的额定功率为5.5kW。 3、电动机转速的选择 电动机通常采用的同步转速有1000r/min和1500r/min两种，现对两种转速作对比。 按传动比的合理范围，取V带传动比 =2～4，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围 =3～8。则总传动比合理范围为 总=6～32。故电 动机转速的可选范围593～3162r/min。 4

根据容量和转速，由有关手册查出有两种适用的电动机型号，综电动机型号 合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动Y132M2-6 比，可见第2方案比较适合，则选n=1000r/min。 额定功率： 4、电动机型号的确定 根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定满载转速： 电动机型号为Y132M2-6。其主要有关参数如下： 电动机的额定功率P=5.5KW， 电动机的满载转速 =960r/min， 电动机的外伸轴直径D=38mm 电动机的外伸轴长度E=80mm 三、传动装置的运动学和动力学参数计算 1、总传动比及其分配 总传动比： 总传动比 ； 根据表2-2，选V带传动的传动比 ； 带传动的传动比： 总 齿轮的传动比： 2、传动装置中各轴的转速计算 根据传动装置中各轴的安装顺序，对轴依次编号为：0轴，1轴， 2轴，3轴。 3、传动装置中各轴的功率计算 4、传动装置中各轴的输入转矩计算 将传动装置中各轴的功率、转速、转矩列表，如下表： 参数 轴名 电动机轴 Ⅰ轴 Ⅱ轴 Ⅲ轴 转速960 302.839 98.838 98.838 5

n/r·m 功率4.756 4.527 4.303 4.175 P/kW 转矩T/47.402 142.756 415.768 403.400 N·m 传动比i 3.170 3.064 1 四、带传动设计 1、确定带传动的额定功率 已知 ； ； 。 由所引用的《机械设计》教材中的表，查出带传动的工作情况系 1数 ，则 。 2、选取带传动的带型 根据 、 ，由《机械设计》教材中的图5-11可知，选用A型 SPZ型窄v带 窄V带。 3、确定带轮基准直径 由《机械设计》教材中的表5-7取主动轮（小带轮）基准直径 ；从动轮（大带轮）基准直径 ，由表5-7取 。 带传动的实际传动比 ，与总传动 比分配的带传动传动比一致。 按《机械设计》教材中的公式，验算V带的线速度为 所以V带的线速度合适。 4、确定V带的基准长度和带传动的中心距 根据 ，初步确定带传动的中心 距 ，取 。 由《机械设计》教材中的表5-12选带的基准长度 。 计算带传动的实际中心距a ， 5、验算主动轮上的包角 主动轮上的包角： 6

由 ， ， ，查《机械设计》教材中的表5-7，由线性关系得： ；查《机械设计》教材 中的表5-10得： ； 查《机械设计》教材中的表5-11得： ；查《机械设计》 教材中的表5-12得： 。则 取 根。 7、计算带传动的预紧力 查《机械设计》教材中的表6-2得：单位长度质量 ， 则 预紧力 8、计算作用在带轮轴上的压轴力 压轴力 V带的主要参数列于如下表： 9、带轮结构设计 由本书中的表6-4得： ； （ ） 。 则带轮轮缘宽度： 。 大带轮的轮 直径由后续轴设计来定， 。 带轮的轮 宽度L：当 时，取 。 带轮结构图。 名称 结果 带型 SPZ型普通V带 带轮基 准直径 传动比 3.17 基准长度 中心距 根数 3 预紧力 压轴力 五、斜齿圆柱齿轮传动的设计 1、选定斜齿圆柱齿轮的精度等级、材料及齿数 7

所以，主动轮上的包角是合适的。 6、计算V带的根数z (1)精度等级:由于运输机为一般工作机械，速度不高，故选用7 级精度齿轮传动。 (2)齿轮材料：由《机械设计》教材中的表7-5选择小齿轮材料为 45钢，并进行调质处理，平均硬度为235HBS；大齿轮材料为45钢， 并进行正火处理，平均硬度为190HBS。大、小齿轮的硬度差为45HBS。 (3)选择小齿轮齿数： ，则大齿轮齿数 ，取 。齿数比 。 齿数比 (4)选择齿宽系数：按软齿面齿轮，非对称安装，查表7-12，取齿宽系数 。 (5)初选螺旋角： 。 2、按齿面接触疲劳强度设计 1)确定公式内各项参数值 (1)由《机械设计》教材，选取区域系数 。 (2)大、小齿轮均采用45钢锻造，由《机械设计》教材，查得材 料系数 。 (3)重合度系数 ，由《机械设计》教材知 ，齿多 时取小值。齿数中等，所以，取 。 (4)螺旋角系数 。 (5)小齿轮传递的扭矩为 (6)试选载荷系数 。 (7)根据齿面硬度，由《机械设计》教材查得：小齿轮的接触疲劳 强度极限 ；由《机械设计》教材查得：大齿轮的接 触疲劳强度极限 。 (8)计算应力循环次数 按 ，式中：j为齿轮每转一圈时；同一齿面啮合的次 数。其中 ；所以 应力循环次数 (9)由《机械设计》查得接触疲劳寿命系数 ， 。 (10)计算许用接触疲劳应力。 取安全系数 ，失效率为 。则 8

(2)计算圆周速度v。 2)设计计算 (1)试算齿轮分度圆直径 。 (3)计算载荷系数。 由《机械设计》教材查得：使用系数 ；根据 、7 级精度，由《机械设计》查得：动载荷系数 ；由《机械设计》 教材 ，由《机械设计》教材 。 (4)校正分度圆直径。按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得 (5)计算齿轮模数 。 取齿数模数 。 3、计算齿轮传动的几何尺寸 (1)中心距a。 将中心距a圆整为170mm。 (2)按圆整后的中心距修正螺旋角。 螺旋角 (3)计算大小齿轮的分度圆直径。 (4)计算齿轮宽度。 圆整后 。所以，大齿轮宽度 ，小齿轮宽度 。 9

1)确定公式内各项参数值 (1)从《机械设计》教材中查得：小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；从《机械设计》教材中查得：大齿轮的弯曲疲劳强 度极限 。 (2)由《机械设计》教材，按应力循环次数 ， 查得弯曲疲劳寿命系数 ， 。 (3)计算许用弯曲疲劳应力 取弯曲疲劳安全系数 。可得 (4)计算当量齿数 (5)查取齿数系数及应力校正系数 由《机械设计》教材查得： ， ， ， 。 (6)计算大小齿数的, 4、校核齿根弯曲疲劳强度 并加以比较： 所以大齿轮的 ， ， ， 大齿轮的数值大，应 按大齿轮校核齿轮弯曲疲劳强度 齿根弯曲疲劳强度满足要求 数值大。 (7)选取螺旋角系数 。 (8)重合度系数 ，由《机械设计》教材，取 。 2)校核计算 所以，齿根弯曲疲劳强度满足要求。 5、齿轮结构设计 名称 法面模数 螺旋角

代号 小齿轮 2.6 大齿轮 2.6 15.528° mn β 10

i2(i齿) 传动比 3.064 法面压力角 n 20 齿顶高 2.5mm ha 齿根高 3mm hf 全齿高 h 5.5mm 顶隙 c 0.5mm 齿数 z 31 91 分度圆直径 d 93.306 256.357 齿顶圆直径 98.506 261.806 da 齿根圆直径 86.806 249.857 df 齿轮宽 b 72 67 六、轴的初步设计计算 1、轴的材料选择 根据轴的工作条件，初选轴材料为45钢，调质处理。 2、轴的最小直径估算 按本书中的式(5-1)进行最小直径估算，即： 当该轴段上有一个键槽时，d增大 ；C值确定为120。 1)主动轴 因为在最小直径处开有一个键槽为了安装大带轮，所以 , 圆整后取 。 2)从动轴 ，因在从动轴最小 直径处安装滚动轴承，取标准值 。 3、主动轴的结构设计 1)各轴段直径的确定 ：轴的最小直径，是安装大带轮的外伸轴段直径， 。 ：封闭处轴段的直径，根据带轮轴向定位要求，定位高度 ,以及封闭圈的尺寸要求（拟采用垫圈密封），取 ：滚动轴承处轴端直径， ，由表13-1初选滚动轴中心距 a 170mm 11

承30210，查表13-1得其尺寸为： ：过渡轴段的直径，由于齿轮传动的线速度均小于2m/s，所以 滚动轴承采用脂润滑，考虑档油盘的轴向定位， 。 齿轮处轴段：由于小齿轮直径较小，故采用齿轮轴结构 ：滚动轴承处轴端直径，同一轴上安装的两个滚动轴承是同一 个型号，所以 。 2)各轴段长度的确定 ：由大带轮的轮毂孔宽度B=80mm确定， 。。 ：由箱体结构轴承端盖尺寸，装配要求等确定， 。 ：由滚动轴承，挡油环尺寸及装配要求等确定， 。 ：由两级齿轮装配要求，箱体结构等确定， 。 ：由小齿轮的毂孔宽 确定， 。 ： 。 3)细部结构设计 参见从动轴的结构设计。 4、从动轴的结构设计 1)各轴段直径的确定 ：滚动轴承处的直径，初选滚动轴承型号30213，查本书表13-1 得滚动轴承尺寸为 所以 。 ： 。 :轴环的直径，根据齿轮的轴向定位要求确定 。 ：滚动轴承处轴段的直径，同一轴上安装的两个滚动轴承是同一个型号，所以 。 ：密封处轴段的直径，根据联轴器轴向定位要求，以及密封圈的尺寸标准，查本书中的表5-13得， 。 ：最小直径，是安装联轴器的外伸轴的直径， 。 2)各轴段长度的确定 ：由滚动轴承，挡油环尺寸及装配要求等确定， ：由大齿轮的毂孔宽 确定， ：轴环宽度， ：由滚动轴承，挡油环尺寸及装配要求等确定， ：由箱体结构，轴承端盖，装配要求等确定， ：由联轴器毂孔的宽度， 确定， 3)细部结构设计 七、轴的校核 12

(1) 求作用在齿轮上的力 (2)计算C，D处的水平弯矩 支反力 C点弯矩 D点弯矩 (3)计算C，D处的垂直弯矩 支反力 C点弯矩： D点弯矩： (4)合成弯矩 C点： D点： 13

(5)当量弯矩 安全 C,D两截面均安全 八、键的选择和强度校核 根据主动轴处的轴径是 ，由表11-26选定主动轴大齿轮处键1 结构尺寸为 根据从动轴处的轴径是 ，由表11-26选定从动轴小齿轮处键2 结构尺寸为 由同一根轴传递相同的扭矩，所以只需校核键二 键二接触高度： 键二工作长度： 许用挤压应力 挤压应力： 所以键二的连接强度是足够的。 键的连接强度足够 九、滚动轴承的选择和校核 1.滚动轴承的选择 初步确定轴承的代号为30211。其基本参数可查书表13-1， ， ， ， 。 2.滚动轴承的校核 轴承的受力分析示意图 1)径向荷载 2)轴向荷载 因此轴中1压紧，2放松 3)当量动载荷P 对于轴承1： 14

(6)校核轴的强度 根据表10-1，,45号钢 =640Mpa（调质） 根据表10-3，插值法得 对于轴承2： ，验算 。 根据根据条件，轴承预计寿命： =115 e=0.4 Y=1.5 具有足够寿命。 十、联轴器的选择 根据带式运输机的工作要求，为了缓解冲击，减速器的输出轴应 选用弹性柱销联轴器。考虑到带式运输机工作过程中转矩变化不大， 由《机械设计》教材中表可知，取 ,所以联轴器的计算转矩 按照计算转矩 应小于联轴器的公称转矩的条件，可查本书表 15-6，所以选LX3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为 ，孔径 ， ， ，许用转速为 ，故 适用。 具有足够寿命 十一、箱体及其附件设计 箱体是减速器结构和受力最复杂的零件，其各部分的尺寸均根据 内部的零件的尺寸以及经验计算。尺寸列入下表，单位mm,表略。 十二、润滑、密封的设计 1.齿轮和轴承的润滑 1)齿轮 根据 ， LX3联轴器 故可采用浸油润滑，选50号机械润滑油。按每传递1kW的功率需油量 为0.35-0.7L来计算，所需润滑油量为： 。 2)轴承 滚动轴承的速度因素： ，所以滚动轴承可采用脂润滑或油润滑。 2.密封的设计 选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。 15

密封圈型号按所装配轴的直径确定为（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 三、设计小结

一是由于经验问题，而是由于时间问题，所以这次的设计存在许多缺点，比如说电机的选取，开始只想到为了使传动比尽量小以减小减速器尺寸，选用了一个体积相对庞大，造价也也相对比较贵的低速电动机。齿轮的计算不够精确等等缺陷，我相信，通过这次的实践，能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作，有能力设计出结构更紧凑，传动更稳定精确的设备。

在这次设计的过程中，我感觉到自己还学到了很多的其他的计算机方面的知识，经过训练能够非常熟练的使用Word和AUTOCAD。觉得受益匪浅。

通过此次设计的实践过程，使我更加详细的了解了减速器的一般设计过程，掌握了齿轮传动设计以及一些轴类零件设计的理论基础，进一步增强了我的自信心，强化了独立思考，查阅资料，分析、解决问题的能力，并将这种能力充分的运用到实际的工作当中。

具体感悟：

1.设计的过程中必须严肃认真，刻苦专研，一丝不苟，精益求精，才能在设计思想，方法和技能各方面获得较好的锻炼与提高。

2.机械设计课程设计是在老师的指导下独立完成的。必须发挥设计的主动性，主动思考问题分析问题和解决问题。

3.设计中要正确处理参考已有资料和创新的关系。熟悉和利用已有的资料，既可避免许多重复的工作，加快设计进程，同时也是提高设计质量的重要保证。善于掌握和使用各种资料，如参考和分析已有的结构方案，合理选用已有的经验设计数据，也是设计工作能力的重要方面。

4.在教师的指导下订好设计进程计划，注意掌握进度，按预定计划保证质量完成设计任务。机械设计应边计算，边绘图，边修改，设计计算与结构设计绘图交替进行，这与按计划完成设计任务并不矛盾，应从第一次设计开始就注意逐步掌握正确的设计方法。

5.整个设计过程中要注意随时整理计算结果，并在设计草稿本上记下重要的论据，结果，参考资料的来源以及需要进一步探讨的问题，使设计的各方面都做到有理有据。这对设计正常进行，阶段自我检查和编写计算说明书都是必要的。

16

四、参考文献

[1]吴宗泽、高志.机械设计（第二版）[M].北京： 高等教育出版社，2009年 [2]周海.机械设计课程设计[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011年

17