1、机 械 设 计 基 础课 程 设 计 说 明 书设 计 题 目 : 一 级 圆 柱 齿 轮 减 速 器院 系 : 机 械 与 材 料 工 程 学 院专 业 : 汽 车 服 务 工 程班 级 : A1561 学 号 : 15 设 计 者 : 张 忠 指 导 老 师 : 李 海 洲成 绩 : 2017 年 12 月机械设计基础课程设计- 2 -目录绪论 6一、初步设计 71.1 设计任务书 71.2 原始数据 71.3 传动系统方案的拟定 7二、电动机的选择 92.1 电动机类型和结构的选择 92.2 电动机功率的选择 92.3 确定电动机转速 .102.4 确定电动机结构尺寸 .11三、传动装置
2、运动及动力参数计算 .123.1 计算总传动比 .123.2 合理分配各级传动装置传动比 .123.3 计算传动装置各级传动功率、转速与转矩 .123.3.1 计算各轴的转速 133.3.2 计算各轴的输入功率 133.3.3 计算各轴的输入转矩 133.3.4 计算各轴的输出功率 143.3.5 计算各轴的输出转矩 14四、传动零件设计计算 .16机械设计基础课程设计- 3 -4.1 V 带传动设计 164.1.1 计算功率 .164.1.2 带型选择 .164.1.3 验算带速 164.1.4 确定中心距 a 和普通 V 带基准长度 Ld .174.1.5 包角及其验算 174.1.6 带
3、根数 174.1.7 预紧力计算 184.1.8 压轴力计算 184.2 齿轮传动设计 .184.2.1 选择齿轮类型、材料、精度及参数 184.2.2 按齿面接触疲劳强度进行设计 194.2.3 确定几何尺寸 204.2.4 校核齿根弯曲疲劳强度 204.2.5 齿轮的圆周速度 214.2.6 齿轮传动的几何尺寸计算 21五、轴的设计与计算 .235.1 高速轴（轴）的设计 .235.1.1 选择轴的材料 235.1.2 初步估算轴的最小直径 235.1.3 轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸 235.2 低速轴设计 .24机械设计基础课程设计- 4 -5.2.1 选择轴的材料 245.2.2
4、 初步估算轴的最小直径 245.2.3 轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸 245.3 校核轴的强度 .255.3.1 按弯扭合成校核高速轴的强度 255.3.2 按弯扭合成校核低速轴的强度 .27六、滚动轴承的选择和计算 .306.1 高速轴上的滚动轴承设计 .306.2 低速轴上的滚动轴承设计 .31七、键连接的选择和计算 .337.1 高速轴 V 带轮用键连接 .337.1.1 选用键类型 337.1.2 键的强度校核 337.2 低速轴齿轮用键连接 .337.2.1 选用键类型 337.2.2 键的强度校核 347.3 低速轴联轴器用键连接 .347.3.1 选用键类型 347.3.2
5、键的强度校核 34八、联轴器的选择 .358.1 联轴器的转矩计算 .358.2 许用转速 .35机械设计基础课程设计- 5 -8.3 配合轴径 .358.4 配合长度 .35九、润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择 .369.1 润滑方式 .369.2 润滑油牌号及用量 .369.3 密封装置 .36十、铸造减速器箱体的主要结构尺寸 .37总结 .38参考文献： .39机械设计基础课程设计- 6 -绪论本论文主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了机械设计基础 、 机械制图 、 工程力学 、 公差与互换性 等多门课程知识，并运用 AUTOCAD 软件进行绘图，因此是一个非
6、常重要的综合实践环节,也是一次全面的、 规范的实践训练。通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。主要体现在如下几个方面：（1）培养机械设计的能力，通过传动方案的拟定，设计计算，结构设计，查阅有关标准和规范及编写设计计算说明书等各个环节，要求学生掌握一般机械传动装置的设计内容、步骤和方法，并在设计构思、设计技能等方面得到相应的锻炼。（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、
7、计算机辅助设计方面的能力。（4）加强了我们Office软件中Word功能的认识和运用。机械设计基础课程设计- 7 -计算及说明 结果一、初步设计1.1 设计任务书设计课题：带式输送机上的一级圆柱齿轮减速器。设计说明：1) 运输机连续单向运转，载荷平稳，空载起动。2) 起动载荷为名义载荷的 1.25 倍。3) 传动工作年限 5 年，每日工作 24 小时。4) 输送带速度允许误差为5%。1.2 原始数据1.3 传动系统方案的拟定根据本课程设计要求，采用单级圆柱齿轮(斜齿)减速器传动方案，其传动简图如下：参数编号 1输送带工作拉力 F（N） 2300输送带工作速度 V（m/s） 1.5滚筒直径 D/
8、mm 400每日工作时数 T/h 24传动工作年限/a 5机械设计基础课程设计- 8 -计算及说明 结果图 1 一级直齿圆柱齿轮减速器带式输送机的传动示意图1.V带传动 2.电动机 3.圆柱齿轮减速器 4.联轴器 5.输送带 6.滚筒机械设计基础课程设计- 9 -计算及说明 结果二、电动机的选择2.1 电动机类型和结构的选择选择 Y 型全封闭笼型三相异步电机，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。2.2 电动机功率的选择电动机所需的工作功率为 kWPawd工作机所需工作功率为 kFvw10因
9、此 kWvPad由电动机至运输带的传动总效率为式中： 分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和滚54321、筒的传动效率。取 =0.96， ， 0.99(滚子轴承)， (齿轮精度 8 级，不包括轴97.03承效率)， (齿轮联轴器)， ，则9.0465选择 Y 型全封闭笼型三相异步电机机械设计基础课程设计- 10 -计算及说明 结果 总 =0.960.9920.970.990.96=0.87所以 电机所需的工作功率：=(23001.5)/(10000.87)=3.97(kw)2.3 确定电动机转速滚筒轴工作转速为=(6010001.5)/（400）=71.62 r/min根据推荐的传动比合理范围
10、：取圆柱齿轮一级减速器传动比为 3。取带的传动比为 。则总传动比理论范围为。故电动机转速的可选范为：=(624)71.62r/min=429.721718.87 r/min则符合这一范围的同步转速有：750、1000 和 1500r/min取 V 带传动的传动比 ，一级圆柱齿轮减速器传动比 ，则总421i 632i传动比合理范围为 ，故电动机转速的可选范围为6a min/.846.1.)0( rnid Pd=3.97kwn 卷筒=71.62(r/min)机械设计基础课程设计- 11 -计算及说明 结果表 1.电动机选择方案及参数电动机转速(r/min) 传动装置传动比方案电机型号额定功率 同步
11、转速 满载转速质量Kg 总传动比V 带传动减速器1 Y132S-4 5.5 1500 1440 68 20.11 3.36 6.002 Y132M2-6 5.5 1000 960 84 13.40 3.35 4.003 Y160M2-8 5.5 750 720 119 10.05 2.23 4.50表 2.电动机主要参数型号额定功率同步转速满载转速堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩Y160M2-8 5.5 750 720 2.2 2.32.4 确定电动机结构尺寸图 2 电动机形状及尺寸表 3 电动机安装及有关尺寸主要参数中心高外形尺寸L（AC/2+AD）HD底脚安装尺寸 AB地脚螺栓直径 K
12、轴伸尺寸DE键公称尺寸 Fh132 520345315216178 12 2880 1041选用Y160M2-8型号的电机，额定功率5.5KW，满载转速720r/min机械设计基础课程设计- 12 -计算及说明 结果三、传动装置运动及动力参数计算3.1 计算总传动比由选定的电动机满载转速 nm和工作机主动轴转速 n 可得传动装置总传动比为：=720/71.62=10.05总传动比等于各传动比的乘积（式中 i0、i 1分别为带传动和减速器的传动比） 3.2 合理分配各级传动装置传动比 齿轮的传动比范围约为 36，取 i1=4.5因为： 所以： i1=10.05/4.5=2.233.3 计算传动装
13、置各级传动功率、转速与转矩将传动装置各轴由高速至低速依次定为轴，轴，以及 i0 , i1， 为相邻两轴间的传动比 01， 12， 为相邻两轴的传动效率P ，P ， 为各轴的输入功率 （kw）ia=10.05i0=2.23机械设计基础课程设计- 13 -计算及说明 结果T ，T ， 为各轴的输入转矩 （Nm）n , n , 为各轴的输入转速 （r/min）可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数3.3.1 计算各轴的转速轴：n =nm/ i0= 720/ 2.23= 322.29（r/min）轴：n = n / i1 =322.29/4.5=71.62 (r/min)卷筒轴：
14、n = n3.3.2 计算各轴的输入功率轴： P =Pd 01 =Pd 1=3.970.96=3.81（kw）轴： P = P 12= P 2 3=3.810.990.97=3.66（kw）卷筒轴： P = P 23 = P 2 4=3.660.990.97=3.58（kw）3.3.3 计算各轴的输入转矩n1=332.29r/minn =71.62r/minP =3.81(kw)P =3.66(kw)P =3.58(kw)机械设计基础课程设计- 14 -计算及说明 结果电动机：T d=9550Pd/nm=95503.97/720=52.60Nm轴：T = Tdi0 01= Tdi0 1=52.
15、602.230.96=112.81Nm 轴：T = T i1 12= T i1 2 4=112.814.50.990.97=497.52Nm 3.3.4 计算各轴的输出功率由于轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率,故： 轴：P =P 轴承=3.810.99=3.77kw轴：P = P 轴承=3.660.99=3.62kw3.3.5 计算各轴的输出转矩由于轴的输出转矩分别为输入转矩乘以轴承效率，则：轴：T = T 轴承=112.810.99=111.68 NmTd=52.6 NmT =112.81NmT =497.52NmP1=3.77kwP=3.62kwT =111.68 Nm机械设计基础课
16、程设计- 15 -计算及说明 结果轴：T = T 轴承=497.520.99=492.55Nm表 4 各级传动功率、转速与转矩参数输入功率（kW）转速n（r/min）输入转矩T（Nm ）传动比i效率电动机轴 3.97 720 52.602.23 0.96轴 I 3.81 322.29 112.81轴 II 3.66 71.62 497.524.50 0.96T =492.55Nm机械设计基础课程设计- 16 -计算及说明 结果四、传动零件设计计算4.1 V 带传动设计4.1.1 计算功率平稳载荷，查表 8.4,可得工况系数计算功率4.1.2 带型选择根据 ,由图 8.6 初选 A 型，由表 8
17、.1 取小带轮基准直径则大带轮基准直径 由表 8.1 取 (虽使 n2略有减少，但其误差小于 5%，故允许)4.1.3 验算带速带速: 介于 525m/s 范围内，故合适KA=1.1PC=6.05Kwd1=150mmd2=400mmV=5.65m/s机械设计基础课程设计- 17 -计算及说明 结果4.1.4 确定中心距 a 和普通 V 带基准长度 Ld确定带长和中心距 a0.7（d 1+d2） a 02（d 1+d2）0.7（150+400）a 02（150+400）385a 01100初定中心距 ，则带长为由表 8.5 选取 A 型 V 带的基准长度 Ld=1900mm实际中心距4.1.5
18、包角及其验算验算小带轮上的包角 1：,合适4.1.6 带根数由 n1=720r/min,d1=150mm,查表 8.3 得 P0=3.08Kw;查表 8.5 得 KL=1.00，查 表 8.3 得 P 0=0.5Kw;查表 8.7 得 K =0.95Ld=1900mma=502.63mm1=159o机械设计基础课程设计- 18 -计算及说明 结果确定带的根数：=6.05/（3.08+0.30）1.000.95）= 2.68故取 3 根 A 型 V 带4.1.7 预紧力计算A 型 V 带线密度 q=0.11kg/m预紧力： =5006.05（2.5/0.95-1）/（35.65）+0.115.6
19、52=294.59 N4.1.8 压轴力计算压轴力： =23294.59sin(159/2)=1740.67NV 带轮采用 HT200 制造，允许最大圆周速度为 25m/s。4.2 齿轮传动设计4.2.1 选择齿轮类型、材料、精度及参数Z=3F0=294.9NFQ=1740.67N机械设计基础课程设计- 19 -计算及说明 结果由于传递功率较小，转速较低，有轻微载荷，小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为 45 号钢调质，齿面硬度为 250HBS，大齿轮选用 45号钢正火，齿面硬度为 200HBS，齿轮精度初选 8 级。4.2.2 按齿面接触疲劳强度进行设计（1）许用接触应力极限应力取
20、安全系数许用接触应力取两者中的较小者作为 带入计算（2）计算小齿轮分度圆直径小齿轮转矩3.81/322.29=112805.24N.mm单级齿轮传动轴承相对齿轮对称分布，取齿宽系数 d=1取微小冲击取载荷系数 K=1.1标准直齿圆柱齿轮传动，取节点区域系数 ZH=2.4由表 9.5，取弹性系数 ZE=189.8=572.73MPaT1=112.805Nm机械设计基础课程设计- 20 -计算及说明 结果小齿轮计算直径59.27mm4.2.3 确定几何尺寸取小齿轮齿数 z1=20大齿轮齿数 4.520=90模数 59.27/20=2.96查表 9.1，取标准模数 m=3小齿轮分度圆直径 320=6
21、0mm大齿轮分度圆直径 390=270mm中心距 (60+270)/2=165mm齿宽 160=60mm取大齿轮齿宽 60mm则小齿轮齿宽 60+5=65mm4.2.4 校核齿根弯曲疲劳强度（1）许用齿根应力极限应力 m=3d1=60mmd2=270mma=165mmb=60mmb2=bb1=65mm机械设计基础课程设计- 21 -计算及说明 结果取安全系数许用齿根应力(2)验算齿根应力由表 9.8，经线性插值取复合齿形系数齿根应力85.91MPa20.37MPa结论： ，满足设计要求4.2.5 齿轮的圆周速度=1.01m/s对照表 11-2 可知选用 8 级精度是合宜的4.2.6 齿轮传动的
22、几何尺寸计算 F1=414.29MPa F2=385.71MPa F1=85.91MPa F2=20.37MPaV=1.01m/s机械设计基础课程设计- 22 -计算及说明 结果名称 代号 计算公式与结果模数 m 3压力角 20齿顶高系数 h* 1顶隙系数 c* 0.25小齿轮齿数 z1 20大齿轮齿数 z2 90小齿轮分度圆直径 d1 d1=m.z1=60mm大齿轮分度圆直径 d2 d2=m.z2=270mm中心距 a a=(d1+d2)/2=165mm齿顶圆直径 da1、 da2 da=m(z+2ha*);da1=66mm;da2=276mm齿根圆直径 df1、 df2 df=m(z-2h
23、a*-2c*);df1=52.5mm;df2=262.5mm齿顶高 ha ha=ha*m=3mm齿根高 hf hf=(ha*+c*)m=3.75mm齿高 h h=(2ha*+c*)m=6.75mm齿距 p p=m=9.42mm齿厚 s s=m/2=4.71mm齿槽宽 e e=m/2=4.71mm基圆齿距 pd pb=mcos=8.85mm螺旋方向 右旋表6 齿轮几何尺寸m=3=20 0h=1c=0.25Z1=20Z2=90d1=60d2=270a=165da1=66da2=276df1=52.5df2=262.5hf=3.75h=6.75p=9.42s=4.71e=4.71pd=8.85机械设
24、计基础课程设计- 23 -计算及说明 结果五、轴的设计与计算5.1 高速轴（轴）的设计5.1.1 选择轴的材料选用 45#调质，硬度 217255HBS5.1.2 初步估算轴的最小直径轴的输入功率为 P =3.81KW转速为 n =322.29r/min根据课本 P205（13-2）式，并查表 13-2，取 c=1155.1.3 轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸从大带轮开始右起第一段，由于带轮与轴通过键联接，则轴应该增加 5%，取 D1=30mm，又带轮的宽度 B=（m-1）e+2f =（3-1）18+28=52 mm 则第一段长度 L1=60mm。右起第二段直径取 D2=38mm,根据轴承端
25、盖的装拆以及对轴承添加润滑脂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=70mm。右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用 6208 型轴承，其尺寸为dDB=408018，那么该段的直径为 D3=40mm，长度为 L3=20mm。d=26.19mmL1=60mmL2=70MmL3=20mm机械设计基础课程设计- 24 -计算及说明 结果右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取 D4=48mm，长度取 L4= 10mm。右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为 66mm
26、，分度圆直径为 60mm，齿轮的宽度为 65mm，则，此段的直径为D5=66mm，长度为 L5=65mm。右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取 D6=48mm,长度取 L6= 10mm。右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为 D7=40mm，长度 L7=18mm。5.2 低速轴设计5.2.1 选择轴的材料选用 45#调质，硬度 217255HBS5.2.2 初步估算轴的最小直径轴的输入功率为 P =3.66KW转速为 n =71.62 r/min5.2.3 轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸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%，
27、取45mm，根据计算转矩T C=KAT =1.1497.52=547.27N.mm，查标准GB/T 50142003，选用LX3型弹性柱销联轴器，半联轴器长度为l1=84mm, L4=10mmL5=65mmL6=10mmL7=18mmd=42.66mm机械设计基础课程设计- 25 -计算及说明 结果轴段长L1=82mm。右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取 52mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，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。右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用 621
28、1 型轴承，其尺寸为dDB=5510021，那么该段的直径为 55mm，长度为 L3=36mm。右起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加5%，大齿轮的分度圆直径为 270mm，则第四段的直径取 60mm,齿轮宽为 b=60mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为 L4=58mm。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=66mm ,长度取 L5=10mm。右起第六段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为 D6=55mm，长度 L6=21mm。5.3 校核轴的强度5.3.1 按弯扭合成校核高速轴的强度(1)求齿轮上作用力的大小、方向小齿轮分度圆直径：d1=60m
29、m作用在齿轮上的转矩为：T 1 =112805.24 Nmm求圆周力：F tFt=2T1/d1=2112805.24/60=3760.17N求径向力 FrFr=Fttan=3760.17tan20 0=1368.70NL1=82mmL2=74mmL3=36mmL4=58mmL5=10mmL6=21mmFt=3760.17NFr=1368.7N机械设计基础课程设计- 26 -计算及说明 结果（2）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。水平面的支反力：R A=RB=Ft/2 =1880.09N垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则 Fa=0那么 RA=RB =
30、Fr62/124=684.35N（3）画弯矩图右起第四段剖面 C 处的弯矩：水平面的弯矩：M C=RA62/1000=116.57N.m垂直面的弯矩：M C1= MC2=RA62/1000=42.43N.m合成弯矩：（4）画转矩图： T= F td1/2/1000=112.805Nm（5）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：（6）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 Me=141.31N.m ,-1=60Mpa 则：e= Me/W= Me/(0.1D4 3)=141.311000/(0.1483)=12.78N.m9.32KN（4）轴承寿命校核6208 轴承的寿命：P=821.22NC=9323.92Kn选择 6208轴承
