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1、机械设计基础课程设计说明书系 别： 物理与机电工程系 专业班级： 2008级机械设计与制造 姓 名： 学 号： 指导教师： 设计时间： 2010.6.72010.6.13 目 录1 设计任务书12 电动机的选择43 传动比分配及运动和动力参数计算54 传动零件的设计计算6电动机4.1带的选择及算 联轴器4.2齿轮的设计算5 轴的设计计算106 、轴的校核207 键及联轴器的选择及计算208 润滑、密封等简要说明219 设计总结2110参考资料222008级机械设计与制造专业机械设计基础课程设计任务书1、 设计题目单级圆柱齿轮减速器设计用于带式运输机的单级圆柱直齿减速器，运动简图如下图所示，连续
2、单向运转，连续单向运转，载荷平稳，空载起动，使用期限10年，小批量生产，两班制工作，运输带速度允许误差为5%卷筒电动机V带传动 联轴器输送带。2、设计数据运输带工作拉力F（N）运输带工作速度V(m/s)卷筒直径D(mm)3、设计要求（1）减速器装配图一张（A1图纸）；（2）零件工作图24张（齿轮、轴、箱体等任选2到4个，按1：1绘制）；（3）设计说明书约60008000字。开始日期：2010年 06月07日完成日期：2010年 06月13日一、 电动机的选择 电动机的类型选择 初步确定：Y系列三相异步电动机 优点： Y系列电机具有效率高、起动转矩大、体积小、重量轻、噪音低、振动小、外形美观、标
3、准化程度高等优点。（1）功率的确定 Pw=FV/1000=6601.5/1000kw=0.99kw 电动机的工作功率 Po=Pw/a a为总效率a=1 22345 1为皮带的效率 0.96 2为轴承的效率 0.99 3齿轮的效率 0.97 4联轴器的效率 0.99 5卷筒的效率 0.96 a=0.960.990.990.970.990.990.96=0.8674 Pd=Pw/a=0.99/0.8674=1.1413KW所以选择电动机的额定效率为1.5KW(2) 电动机的输出功率为了保证电动机正常工作，必须使所选功率恰当。功率过大，则重量和价格相应提高，而且电动机经常不在满载下工作，其效率和功率
4、因数都较低；若功率过低，则不能保证工作机正常工作，或因过载而使电动机过早损坏。因此，选择电动机时通常取Pm(11.3)PPdPw/=0.99/0.86741.1413kW（3）电动机转速的选择卷筒转速：n3=（ 60）/=（6010001.5）/3.14240=119.43r/min (D 为卷筒直径)I1=24 i2=35 i总=620N总= i总n=(12424140)r/min初选为同步转速为1400r/min的电动机（4）电动机型号的确定由课程设计指导书附录8查出电动机型号为Y90L-4,其额定功率为4kW，满载转速1400r/min。基本符合题目所需的要求。二、总传动比i及其分配i1
5、、i2传动装置的总传动比及其分配由电机转速n1和滚筒转速n3确定总传动比为：in1/ n31440/207.00=11.72传动比分配：取i12.92 则， i24三、V型带及带轮的设计计算1、V型带的设计1）传动比i1=2.92 2）工作情况系数 K=1.23)计算功率Pd=1.1413kw pc= PdK=1.37kw4)选V型带型号 根据教材P131 ，由pc、n1可确定：选择Z型V带5）小带轮直径d1=716)大带轮直径d2= i1d1=212 ,根据教材表8.3 ，取标准值d2=1807）验算V带速度 V=（*d1* n1）/（601000）=5.2 根据教材P124，表8.9 可得
6、出速度v介于525，所以速度合理 8)初定中心距a 0.7(dd2+dd1) a 2(dd2 + dd1)0.7(180+ 90) a 2 (180 +90) 198.1 a566 取a0 =400mm 9）初算V带长度 L0 = 2a0 + /2 （ dd2 + dd1 ) + (dd2 - dd1 ) / 4a0 = 2400 +3.14/2 (71+212 ) +（ 71-212）/ 4*400=1294mm10)确定V带长度 查课本表8.4选取带的基准长度Ld=1250mm 11）确定中心距 a = a0 + 0.5 ( Ld - L0 ) =450 + 0.5 ( 1250 1229
7、) =410.5mm12）计算小带轮的包a1 a1 = 180-57.3=180- 57.3= 158.63 12013)查包角修正系数 Ka=0.9696（教材P117，图8.11)14）查带长修正系数 Kk=1.14 (教材P117 ，表8.4)15）单根传递功率P（用内插法求解）教材表8.8 求得：P=1.0616）单根传递功率增量 查P129 表8.19 i2时，ki=1.1373 查P129表8.18，Kb=1.027510 所以，Kb*n1(1-)=0.0293kw17)计算V带根数 Z=3.903 因为，z要取偏大整数，所以，Z=418）计算V带对轴的拉力F0 查教材 表8.6，
8、A型V带每米长质量q=0.06kg/m 单根V带初拉力为 F0= = =87.632、计算两带轮的宽度B Z=4 ,e=15 ,f=7 B=(Z-1)*e+2*7=50mm四、 齿轮传动的设计计算1、 选择材料、热处理、精度等级、决定齿面硬度、表面粗糙度1）齿轮类型 选用直齿圆柱齿轮传动2）精度选择 选用8级精度3）材料选择 根据教材P179，小齿轮材料为40Gr,调质处理，齿面硬度HB1=250HBS，大齿轮齿材料为45钢，正火处理，齿面硬度HB2=210，两齿轮齿面硬度差为HB1-HB2=40HBS4）表面粗糙度 Ra=3.2(根据机械设计手册P206得出)2、按齿面接触疲劳设计1）确定Z
9、1，Z2 和齿宽系数 小齿轮的齿数 试取 Z1=25 大齿轮的齿数 Z2= i2Z1=254=100 齿宽系数=1.0 （根据教材P203，表10.20） 2）实际传动比、传动比误差 I= 传动比误差：3）计算转矩T T1=21.8310N T2=81.2910 N4)确定载荷系数K 教材P185 ，K=1.15）确定许用接触应力失效效率为1%，最小安全系数S=1.0=Z*/S=0.99*700/1=693Mpa 6）查表确定 两齿轮的的极限应力 H= HlimZNT/SH由课本P188图10.24查得：HlimZ1=710Mpa HlimZ2=580Mpa7）计算应力循环次数N由课本P133
10、式6-52计算应力循环次数NLNL1=60njLh=60479.451(1630010)=1.3809109NL2=NL1/i=1.3809109/4=3.4521088）由课本P135图10.27查得接触疲劳的寿命系数：ZNT1=0.9 ZNT2=0.939）查接触疲劳寿命的安全系数 S=1.010)求出d1、确定标准模数m 令Z=2.49 查出Z=189.8 （教材P186 表10.12） d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3=33.93 （+：表示外啮合 ，k=1.1 u =i=4 =1 T1=49.61N.mm）得出d1mm 所以，m=取标准值m=1.53、校核齿根弯曲疲
11、劳强度1）两齿轮的分度圆直径 d1=m*z1=1.5*25=37.5 d2=m*Z2=1.5*100=1502）两齿轮的宽度 B=取，b2=40 ,b1=b2+5=453)查表 两轮的齿形系数和应力修正系数 查课本表10.13得 齿形修正系数：YF1 =2.35,YF2 =2.23（应用内插法求得） 查课本表10.14得 应力修正系数YS1 =1.71 ,YS2 =1.78（内插法）4）计算应用弯曲应力F1 = F 2 = 5）查极限弯曲应力、弯曲寿命系数、应力修正系数、弯曲疲劳安全系数 查极限弯曲应力：Flim1=166.154MPa Flim2=135MPa （查教材图10.25） 查弯曲
12、寿命系数 由课本中表10.10查得SF = 1.3查弯曲疲劳强度 由课本中图10.26查得 YNT1 = 0.87 ,YNT2 = 0.96）计算弯曲应力 F1=YF1YS1= F1 F2=F17) 齿轮传动中心距 a=1/2*m*(Z1+Z2)=1/2*2*(25+100)=78.1258）验算齿轮的圆周速度vV=d1n1/(601000)=3.1433.93479.45/601000=0.8513m/s4、两齿轮的几何尺寸计算1）齿顶圆直径 d da2=m(z1+ha)=1.5*(150+2)=1532)齿根圆直径 d 3)分度圆直径 d1=m*z1=1.5*25=37.5 d2=m*z2
13、=1.5*100=1504)基圆直径 dd5)齿顶高、齿根高、齿全高 ha=m *=1.5 hf=mx(+c*)=1.875 h=ha+hf=3.3756)齿顶圆间隙 C=c7)齿厚、齿槽宽、齿距 S= e= p=8)两齿轮的中心距a=1/2*m*(Z1+Z2)=1/2*1.5*(25+100)=78.1259）齿顶圆的压力角 a1=arcos(rb1/ra1)=29.54 a2=arcos(rb2/ra2)=23.28 10) 计算重合度 =1.73五、轴的设计1、各轴的转速 N=n=1400r/min N1= n/i=1400/2.92=479.45r/min N2=n/i2=479.45
14、/4=119.86r/min N2=Nx2、 各轴的功率P0=1.1413kwP1=p0*kw P2=p1*kw Pw=p2*3、各轴的扭矩 T0=9550* T1=9550* T2=9550* Tw=9550*4、轴的概略设计a) 高速轴的概略设计i. 材料、热处理 选用40Gr，调质处理ii. 按钮转计算最小直径由p270表14.2查得，查p265表14.1，c =，由由式14.2得dC = （）mm=16.9718.53 mm 考虑到轴的最小直径处有键槽的存在，故将估计直径增加3%5%,则轴的估算直径大小为17.4819.46mm由机械设计手册取标准直径d1 = 2mmiii. 装V带轮
15、处长度、外伸端直径与长度带轮处：5mm，按传递矩估算的直径对照机械设计手册V带轮的基准直径系列，选带轮处轴径为5 mm。油密处的直径：22油密处长度：45mm,取端盖的外端面与带轮的左端面间距离为30mm，端盖宽度为15mm，故该轴段长度总长为30+15=45mmiv. 装两轴承和两轴承盖处的直径和长度左右轴承处：25mm,，因轴承受径向力和轴向力，故选用深沟球轴承，为便于轴承拆装，轴承内径应稍大于油封处轴径，并且要符合滚动轴承的内径标准，参照课程设计书附录十，表10.1，取该处轴径为35mm,初定轴承型号为6007，左右两个相同。轴承长度：12mm，参照课程设计书附录十，表10.1， 600
16、5型轴承宽度为14mm，故该段长为12mm。v. 装齿轮处的直径和长度 齿轮处直径：30mm，为便于轴承拆装，轴肩高度不宜过高，参照课程设计书附录十，表10.1，按6005型轴承安装尺寸，取该处轴径为30mm。 齿轮处长度：93mm，齿轮宽度为45mm,两段齿轮轴长均为24mm,故该段总长为24+24+45=93mm。vi. 齿轮与箱体的距离距离：45mm，为便于轴承端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，端盖宽度为15mm，故该轴段总长为30+15=45mmvii. 轴的总长度 高速轴总长L=50+45+12+12+24+24+93=
17、212mm）低速轴的概略设计a ）材料、热处理 选用45钢，正火处理b)按钮转计算最小直径由p228表7.2查得，查p265表14.1，c =107118，由由式14.2得dC = （107118）mm=24.4430.26 mm 考虑到轴的最小直径处有键槽的存在，故将估计直径增加3%5%,则轴的估算直径大小为24.4430.26 mm由机械设计手册取标准直径d1 = 25mmC)装联轴器的长度、直径联轴器的直径：25mm，传递转矩计算的基本直径，查机械设计手册联轴器LX2，内径为25mm。联轴器处的长度：62mm，由LX2 型联轴器的轴孔长度而定d)装两轴承和两轴承盖处的直径和长度左右轴承处
18、直径：40mm,，因轴承受径向力和轴向力，故选用深沟球轴承，为便于轴承拆装，轴 承内径应稍大于油封处轴径，并且要符合滚动轴承的内径标准，参照课程设计书附录十，表10.1，取该处轴径为40mm,初定轴承型号为6008，左右两个相同。左右轴承长度：20mm，参照课程设计书附录十，表10.1， 6008型轴承宽度为20mm，故该段长为20mm。e)装齿轮处的直径和长度 齿轮处直径：45mm，为便于轴承拆装，轴肩高度不宜过高，参照课程设计书附录十，表10.1，按45mm。 齿轮处长度：38mm，该处轴长应略小于齿轮宽，齿轮宽为40mm,故取40-2=38mm。f)齿轮与箱体的距离距离：45mm，为便于
19、轴承端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，端盖宽度为15mm，故该轴段总长为30+15=45mmviii. 轴的总长度退刀槽：5mm 低速轴总长L=62+45+15+5+38+20+50=235mm5、轴的结构设计 1）轴上的键槽宽度和长度确定高速轴： 键槽宽度：8键槽长度：50低速轴： 齿轮键槽宽度：8 齿轮键槽长度：56 联轴器键槽宽度：8 联轴器键槽长度：50联轴器处采用A型普通平键：键850（GB1096-1990）；齿轮处采用A型普通平键：键1436（GB1096-1990）。a) 轴肩、轴环宽度与高度、各圆角半径和倒角大小
20、轴肩的宽度：3.5轴肩的高度：50 （h=45+2*2.5=50）轴上过度圆角半径全部取1，轴端倒角为2X45b) 轴上零件的固定方法和紧固件 带轮处和联轴器处采用平键，用套筒、轴肩、c) 轴上各零件的润滑方法和密封件的尺寸安装 d) 作出轴的结构草图6、轴系零、部件的设计1）设计小带轮的轮槽及带轮结构2）设计大带轮的轮槽及带轮结构，画出结构图并标注3）齿轮的结构设计 a)小齿轮的结构设计及标注（齿轮轴） b)大齿轮的结构设计及标注六、轴的校核1、求出齿轮的受理Ft、Fr、Fa 齿轮上的圆周力齿轮上的径向力齿轮上的轴向力.作垂直面受力图及弯矩图 = =2、做出高速轴的空间受力简图 （见下图所示
21、 ）3、作出水平面的受力图、求解水平面的约束力 = 4、做出水平面的弯矩图、求出最大弯矩 5、作出数值平面的受力图、求解竖直平面的约束力 6、作出竖直面的弯矩图、求出最大弯矩 7、作出合成弯矩图 = =8、作出扭矩图 （见下图）9、求出当量弯矩 =35.6N.mm=13.08N10、代入强度条件、核算危险截面强度 由图可见，截面I处当量弯矩最大，故对此处进行校核，截面I处的当量弯矩为由机械设计手册查得，对于45钢，13.3MPa 故该轴的强度足够。低速轴的强度校核计算1、求出齿轮的受理Ft、Fr、Fa 齿轮上的圆周力齿轮上的径向力齿轮上的轴向力.作垂直面受力图及弯矩图 = =2、做出低速轴的空
22、间受力简图 （见下图所示 ）3、作出水平面的受力图、求解水平面的约束力 = 4、做出水平面的弯矩图、求出最大弯矩 5、作出数值平面的受力图、求解竖直平面的约束力 6、作出竖直面的弯矩图、求出最大弯矩 7、作出合成弯矩图 = =8、作出扭矩图 （见下图）9、求出当量弯矩 =108.4N.mm=48.77N10、代入强度条件、核算危险截面强度 由图可见，截面I处当量弯矩最大，故对此处进行校核，截面I处的当量弯矩为由机械设计手册查得，对于45钢，3.35MPa 故该轴的强度足够。七、轴承寿命计算、联轴器与键的计算1、高速轴上轴承的寿命计算-e) 轴承型号深沟球轴承6005f) 查表查出：基本额定动载
23、荷CC=16.2g) 查出温度系数Ft=1h) 计算轴承受的径向载荷Pi) 用工作小时数Lh表示轴承的寿命j) Lh =Lh = k) 能否满足使用要求2.低速轴上联轴器的计算a)计算名义转矩Tb)查表确定工作情况系数K 课本329表16.1 K=1.5c)得出：计算转矩c c=kAT2=1.5161.09=d)查出所使用联轴器的许用转矩和许用转速e)是否满足c=T n=n3.低速轴上键的强度计算a)查出键的结构尺寸bhL 联轴器的键8756 齿轮处的键14935b)校核键的挤压强度 （1）低速轴与大齿轮联接采用平键联接 此段轴径d1=45mm,L2=38mm，连接传递的转矩T=81.2910
24、，查机械设计手册中的普通平键的标准，取标准键长L=36mm，当轴径为d=4450mm时，键的截面尺寸：宽b=14mm，高h=9mm。验算强度：键接触长度=L-b=35-14=21mm，查机械设计手册的材料许用应力得，铸钢带轮的许用挤压应力100Mpa，由：（2）低速轴与联轴器联接用平键联接此段轴径d1=25mm,L3=62mm，连接传递的转矩T=81.2910，查机械设计手册中的普通平键的标准，取标准键长L=50mm,当轴径为d=2230mm时，键的截面尺寸：宽b=8mm，高h=7mm。验算强度：键接触长度=L-b=56-8=48mm，查机械设计手册的材料许用应力得，铸钢带轮的许用挤压应力10
25、0Mpa，由，键的挤压强度足够。八、减速器润滑方式和润滑油的选择1润滑方式选择2润滑剂的选择 对于齿轮来说，由于传动件的圆周速度V12m/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是泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H不应小于30到50mm。对于单级减速器，浸油深度为一个齿全高，这样就可以决定所需油量。对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，且难以经常供油，所以选用润滑脂润滑。这样不仅密封简单，不宜流失，同时也能形成将滑动表面完全打开的一层薄膜。九、箱体的设计为保证减速器正常工作，应考虑油池注油，排油面高度，加工及装拆检修，箱座的定位，吊装等附件的设计1)
26、检查孔：为检查传动件的啮合情况并向箱内注入润滑油，yi应在箱体的适当位置设置检查孔，平时检查孔盖板用螺钉固定在箱盖上。2) 通气器：保持箱内外压力平衡，避免使润滑油渗漏因而设置通气器。3) 轴承盖：固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷轴承座孔两端用轴承盖封油，采用嵌入式轴承盖。4) 定位销：保证拆装箱盖时，能够正确定位，保持轴承座孔制造加工时的精度应在精加工轴承孔前，在箱盖与箱座的连接凸缘上配装定位销，采用非对称布置。5) 油面指示器：采用油标尺检查箱内油池面的高度经常保持油池内有适量的油。6) 放油螺塞：在箱座底部，油池的最低位置处开设放油孔，平时用螺赛堵住。7) 启箱螺钉：为方便开启平时用
27、水玻璃或密封胶连接的箱体剖面，增设启箱螺钉在启盖时旋动螺钉将箱盖顶起。8) 起吊装置：为便于搬运在箱体设置起吊装置吊环或吊钩等。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。箱体结构尺寸选择如下表：十、设计总结机械设计课程设计是机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的实践性环节。(1). 通过这次机械设计课程的设计，综合运用了机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合设计过程遇到的实际问题以及问题一步步的解决，深化了分析和解决一般工程实际问题的能力，并对所学知识进行复习和进一步巩固。(2). 学习机械设计的一般方法，掌
28、握通用机械零件、机械传动装置等简单机械的设计原理和过程。(3). 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。.通过设计，感觉到所学专业知识的不足，在今后的学习当中要弥补之前的缺陷，在解决存在问题的基础上吸收新知识。十一、参考文献 陈立德.2008.机械设计基础.高等教育出版社 陈立德.2008.机械设计基础课程设计指导书.高等教育出版社 孔凌嘉 张春林.2004.机械基础综合课程设计.北京理工大学出版社 电子版机械设计手册（新编软件版）2008Pw=0.99Kwa=0.8674Pd=1.1413KWPd=1.5kw卷筒转速：n筒= 207r/min电动机型号：Y90L-4i带2.92i减4K=1.2d1=71d2=212 mm带速V=5.2M/S初定中心距a=400带的基准长度Ld=1250mm合格率