机械设计课程设计

目录

目录.................................................................................................................................I机械设计课程设计任务书............................................................................................2一、前言........................................................................................................................3二、确定传动方案........................................................................................................4三、机械传动装置的总体设计....................................................................................4

3.1选择电动机.............................................................................................4

3.1.1选择电动机类型..........................................................................43.1.2电动机容量的选择......................................................................43.1.3电动机转速的选择......................................................................53.2传动比的分配.........................................................................................63.3计算传动装置的运动和动力参数..........................................................6

3.3.1各轴的转速：...............................................................................63.3.2各轴的输入功率：.......................................................................73.3.3各轴的输入转矩：.......................................................................7

四、V带传动的设计....................................................................................................7

4.1V带的基本参数......................................................................................74.2带轮结构的设计...................................................................................10

五、齿轮的设计..........................................................................................................11

5.1齿轮传动设计（1、2轮的设计）.......................................................11

5.1.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数................................115.1.2按齿面接触强度设计.................................................................115.1.3按轮齿弯曲强度设计计算.........................................................135.1.4几何尺寸计算.............................................................................155.1.5齿轮1、2相关数据表...............................................................155.2齿轮传动设计（3、4齿轮的设计）..................................................16

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5.2.1齿轮的类型................................................................................165.2.2按尺面接触强度较合.................................................................165.2.3按轮齿弯曲强度设计计算.........................................................185.2.4几何尺寸计算.............................................................................205.2.5齿轮3、4相关数据表...............................................................20

六、轴及轴上零件的设计........................................................................................21

6.1高速轴设计...........................................................................................21

6.1.1选取材料并确定最小直径.........................................................216.1.2根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度.................226.1.3轴承的选择.................................................................................226.1.4键的选择.....................................................................................226.2中速轴设计...........................................................................................22

6.2.1选取材料并确定最小直径.........................................................226.2.2根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度.................236.2.3求作用在轴上的力及弯矩与扭矩，并校核强度.....................236.2.4轴承的选择.................................................................................256.2.5键的选择.....................................................................................276.3低速轴设计...........................................................................................27

6.3.1选取材料并确定最小直径.........................................................276.3.2根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度.................286.3.3轴承的选择.................................................................................286.3.4键的选择.....................................................................................286.3.5联轴器的选择.............................................................................29

七、机座箱体结构尺寸..............................................................................................29

11.1箱体的结构设计..................................................................................29

八、减速器附件的选择及简要说明........................................................................31

8.1.轴承端盖................................................................................................318.2检查孔与检查孔盖................................................................................318.3通气器....................................................................................................31

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8.4油塞........................................................................................................328.5.油标........................................................................................................328.6吊环螺钉的选择....................................................................................328.7启盖螺钉................................................................................................32

九、减速器润滑与密封..............................................................................................32

9.1润滑方式...............................................................................................32

9.1.1齿轮润滑方式............................................................................329.1.2轴承润滑方式............................................................................339.2密封方式................................................................................................339.3防松方式................................................................................................33

十、设计总结..............................................................................................................33十一、参考文献........................................................................................................35

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机械设计课程设计任务书

一、设计题目：

设计一用于带式输送机传动用的二级斜齿圆柱齿轮展开式减速器

给定数据及要求：

设计一用于带式运输机上的展开式两级圆柱斜齿轮减速器。工作平稳，单向运转，两班制工运输机容许速度误差为5％。减速器小批量生产，使用期限10年。机器每天工作16小时。

两级圆柱齿轮减速器简图

1－电动机轴；2—电动机；3—带传动中间轴；4—高速轴；5—高速齿轮传

动

6—中间轴；7—低速齿轮传动；8—低速轴；9

—工作机；

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一、前言

减速器的类别、品种、型式很多，目前已制定为行（国）标的减速器有40余种。减速器的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分；减速器的品种是根据使用的需要而设计的不同结构的减速器；减速器的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同特性的减速器。

与减速器联接的工作机载荷状态比较复杂，对减速器的影响很大，是减速器选用及计算的重要因素，减速器的载荷状态即工作机（从动机）的载荷状态，通常分为三类：

①—均匀载荷;②—中等冲击载荷;

③—强冲击载荷。减速器是指原动机与工作机之间独立封闭式传动装置，用来降低转速并相应地增大转矩。此外，在某些场合，也有用作增速的装置，并称为增速器。

我们通过对减速器的研究与设计，我们能在另一个角度了解减速器的结构、功能、用途和使用原理等，同时，我们也能将我们所学的知识应用于实践中。

在设计的过程中，我们能正确的理解所学的知识，而我们选择减速器，也是因为对我们机械专业的学生来说，这是一个很典型的例子，能从中学到很多知识。

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二、确定传动方案

①根据工作要求和工作环境，选择展开式二级圆柱斜齿轮减速器传动方案。此方案工作可靠、传递效率高、使用维护方便、环境适用性好，但齿轮相对轴承的位置不对称，因此轴应具有较大刚度。此外，总体宽度较大。

②为了保护电动机，其输出端选用带式传动，这样一旦减速器出现故障停机，皮带可以打滑，保证电动机的安全。

三、机械传动装置的总体设计

3.1选择电动机

3.1.1选择电动机类型

电动机是标准部件。因为工作环境清洁，运动载荷平稳，所以选择Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。

3.1.2电动机容量的选择

1、工作机运输带所需要的功率P 为：

F v

P (kW)

1000

其中：F

1500N，v 1.3m/s， w 0.96

Fv1500 1.3P (kW) 2.03125kW得

1000 1000 0.96

2、电动机的输出功率P0为

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P0

p

(kW)

——电动机至滚筒轴的传动装置总效率。

取V带传动效率 1

0.96，齿轮传动效率 2 0.97，滚动轴承效率

3 0.98，弹性联轴器效率 4 0.99从电动机到工作机输送带间的总效率为：

23 1 2 3 4

1 22 33 4 0.96 0.972 0.983 0.99 0.841643402

3、电动机所需功率为：

2.03125

P0 2.413433046kW

0.841643402

因载荷平稳，电动机额定功率Pm只需略大于P0即可。

P

3.1.3电动机转速的选择

滚筒轴工作转速：

6 104v60000 1.3n r/min 82.76r/min

D3.14 300

展开式减速器的传动比为：i减V带的传动比为：i带得总推荐传动比为：i

9~25

2~4

i减i带 18~100

所以电动机实际转速的推荐值为：

n n i 1489.68~8276.06r/min

符合这一范围的同步转速为1500r/min、3000r/min。

综合考虑，选用同步转速1500r/min的电机。

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型号为Y100L2-4，满载转速nm

1420r/min，功率3kw。

3.2传动比的分配

1、总传动比为i 2、分配传动比

为使传动装置尺寸协调、结构匀称、不发生干涉现象，现选V带传动比：

mw

1420

17.15882.76

i带 2；

则减速器的传动比为：i减

ii带

17.158

8.58；2

考虑两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应该有相近的浸油深度。则两级齿轮的高速级与低速级传动比的值取为1.4，取i1 1.4i2

则：i1

.4i减 .4 8.58 3.47；

i减8.58

i2 2.48；

i13.47

3.3计算传动装置的运动和动力参数

3.3.1各轴的转速：

nm1420 710r/min；1轴n1 i带2

2轴n2

n1710 205r/min；i13.47

n2204 82.76r/min；i22.48

3轴

n3

滚筒轴

n4 n3 n 82.76r/min

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3.3.2各轴的输入功率：1轴2轴

P1 P0 1 2.41 0.96 2.32kw；

P2 P1 2 3 2.32 0.97 0.98 2.20kw；

3轴P3 P2 2 3 2.20 0.97 0.98 2.09kw；卷筒轴

P4 P3 4 2.09 0.99 2.07kw

3.3.3各轴的输入转矩：

电机轴

T0 9550

P02.41

9550 16.23N m；nm1420

1轴

T1 9550

2轴

P12.32

9550 31.16N m；n1710

T2 9550

P22.20

9550 102.67N m；n2204

P32.09

9550 241.591N m；n382.76

3轴滚筒轴

T3 9550T4 T3

四、V带传动的设计

4.1V带的基本参数

1、确定计算功率Pca：

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已知：P

2.41kw；nm 1420r/min；

查《机械设计》第八版表8-7得工作情况系数：KA 1.2；则：Pca

KA P 1.2 2.41kw 2.90kw

2、选取V带型号：

根据Pca、nm查《机械设计》第八版图8-11选用A型V带3、确定大、小带轮的基准直径dd

（1）初选小带轮的基准直径：根据《机械设计》第八版表8-8取

dd1 80mm；

（2）计算大带轮基准直径：

dd2 i带 dd1 2 80 160mm；

根据《机械设计》第八版表8-8圆整取dd2

是允许的。

4、验算带速：

160mm，误差小于5%，

3.14 80 1420

v 5.95m/s (5,30)m/s

60 100060 1000

带的速度合适。

5、确定V带的基准长度和传动中心距：中心距：

dd1nm

0.7(dd1 dd2) a0 2(dd1 dd2)

168 a0 480

初选中心距a0 310mm（2）基准长度：

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(dd2 dd1)2

Ld0 2a0 (dd1 dd2)

24a0

3.14(160 80)2

2 310 (80 160)

24 310

1002mm

根据《机械设计》第八版表8-2取Ld（3）实际中心距：

a a0

Ld Ld01000 1002

310 309mm22

1000mm

中心距变化范围294~339mm6、验算主动轮上的包角 1：

57.3

由 1 180 (dd2 dd1)

a

57.3

165 120 得 1 180 (160 80)310

主动轮上的包角合适。7、计算V带的根数z：

KAP

z

Pr(P0 P0)K KL

nm 1420r/min，dd1 80mm查《机械设计》第八版表8-4a得：

P0 0.9kw；

Pca

（2）nm 1420r/min，i带 2查表得： P0 0.1676kw；（3）由 1 165 查表得，包角修正系数K 0.955（4）由Ld 1000mm，与A带型号V型查表得：KL 0.89

综上数据，得z

1.2 2.41

3.19

(0.9 0.1676) 0.955 0.89

取z 4 10合适。

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8、计算预紧力F0（初拉力）：

根据带型A型查《机械设计基础》表13-1得：q 0.1kg/m

P

F0 500 ca

zv

2.5 2 1 qv k 2.90 2.5 2

500 1 0.1 5.95

4 5.95 0.955

101.97N

9、计算作用在轴上的压轴力FQ：

FQ 2ZF0sin

1

2

165

2 4 101.97 sin

2

808.97N

10、V带传动的主要参数整理并列表：

带轮基准直径

带型

(mm)

dd1 80

传动比基准长度(mm)

A

dd2 160

21000

中心距（mm）

309

根数4

初拉力(N)101.97

压轴力(N)808.97

4.2带轮结构的设计

1、带轮的材料：

采用铸铁带轮（常用材料HT200）2、带轮的结构形式：

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V带轮的结构形式与V带的基准直径有关。小带轮接电动机，dd1 80mm较小，所以采用实心式结构带轮。

五、齿轮的设计

5.1齿轮传动设计（1、2轮的设计）

5.1.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数

1）、依照传动方案，本设计选用二级展开式斜齿圆柱齿轮传动。2）、运输机为一般工作机器，运转速度不高，选用7级精度。

3)、材料选择：小齿轮材料为40Cr（调质），齿面硬度为280HBC，；大齿轮材料为45钢（调质），齿面硬度为240HBC，二者材料硬度差为40HBS。

4)、z2 19 3.47 65.84，z1 19；初选小齿轮齿数：大齿轮齿数：取z2 66。故实际传动比i实

2

1

663.475 3.473 3.473，则： 0.06% 5%193.475

5）、初选螺旋角β=14°

5.1.2按齿面接触强度设计

d1

2KtT1u 1ZEZH2

()

φd u[σH]

1、确定公式内的个计算数值（1）取载荷Kt 1.6（2）计算小齿轮传递的转矩

95.5 105 P95.5 105 2.321

T1 3.12 104

n1710

（3）查《机械设计》第八版表10-7取 d 1，表10-6取ZE 189.8MPa1/2，

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图10-30取ZH 2.433，

（4）计算应力循环次数

N1 60n1jLH 60 710 1 (2 8 300 15) 3.07 109mmN13.07 109

N2 8.85 108

u3.475

（5）查《机械设计》第八版图10-26取

1 0.735 2 0.87 1 2 0.735 0.87 1.605

（6）查《机械设计》第八版图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1 0.92

KHN2 1.02

（7）查《机械设计》第八版图10-21d有小齿轮接触疲劳强度极限

Hlim1

600MPa；大齿轮接触疲劳强度极限 Hlim2 550MPa；

（8）计算解除疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，

KHN1 lim10.92 600

552S1K 1.02 550

[ H]2 HN2lim2 561

S1

[ ] [ H]2552 561[ H] H1 556.5

22[ H]1

2、计算

1）、计算小齿轮分度圆直径dt1，

4

2 1.6 3.12 103.475 12.433 189.82

d1 ( 38.06

1 1.6053.475556.5

2）计算圆周速度。v

d1tn1

60 1000

3.14 38.06 710

1.41m/s

60 1000

3）计算齿宽b及模数mnt

b d d1t 1 38.06 38.06mm，mnt

d1tcos 38.06 cos14

1.94，z119

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h 2.25mnt 2.25 1.94 4.37mmb38.06 8.7h4.37

4）计算重合度

3.18 dz1tan 0.318 1 19 tan14 1.5mm

5）计算载荷系数K。

查《机械设计》第八版图10-8取KV=1.3；查表10-2的KA=1.25查表10-4得KHβ=1.417；查图10-13取KFβ=1.33；查表10-3得KHα=KFα=1.4；

K KAKVKH KH 1.25 1.3 1.4 1.417 2.53mm

6）按实际载荷系数校正分度圆直径

d1 d1tK2.53 38.06 44.34Kt1.6

d1cos 44.34 cos14

2.26z119

7）计算模数mn

5.1.3按轮齿弯曲强度设计计算

2KT1Y cos2 YF YS

dZ12 [ F]

mn 1、确定计算参数

1）、计算载荷系数K KAKVKF KF 1.25 1.3 1.4 1.33 2.34mm2）、查《机械设计》第八版图10-28取Yβ=0.883）计算当量齿数

zv1

z119 20.8cos3 cos314

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zv2

cos

23

66

72.23

cos14

4）查《机械设计》第八版表10-5得齿形系数：YF 1 2.77，YF 2应力校正系数YS 1 1.56，YS 2

2.23、

1.75；查《机械设计》第八版图10-20得

小齿轮弯曲疲劳强度极限 FE1 500MPa，大齿轮弯曲疲劳强度极限

FE2

380MPa，KFN1=0.83,KFN2=0.86

5）计算弯曲疲劳需用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4

KFN1 FE10.83 500

296S1.4K 0.86 380

[ F]2 FN2FE2 233

S1.4[ F]1

6）比较

YF 1 YS 12.677 1.56 0.015

[ F]1296YF 2 YS 22.25 1.75

0.017

[ F]2233

所以对大齿轮进行弯曲强度计算。

7）设计计算

mn 2KT1Y cos2 YF YS

dZ12 [ F]

422 2.38 3.12 10 cos14 0.88mn 0.017 1.53mm2

1 19 1.605

取mn

2mm

d1cos 44.35 cos14

z1 21.51

mn2

取Z1=21，则z2 z1u 21 3.47 73.7，取Z2=73