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1、第一章 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）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。（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
2、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、计算机辅助设计方面的能力。（4）加强了我们对Office软件中Word功能的认识和运用。第二章 课题题目及主要参数说明2.1 课题题目：单级圆柱齿轮减速器2.2 传动方案分析及原始数据 设计要求：带式运输机连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，两班制工作（每班工作8小时），室内环境。减速器设计寿命为8年，大修期为3年，小批量生产，生产条件为中等规模机械厂，可加工7-8级精度的齿轮；动力来源为三相交流电源的电压为380/220V；运输带速允许误差
3、为+5%。 原始数据：A11运输带工作拉力F（N）：2500；运输带卷筒工作转速n (r/min)：89；卷筒直径D (mm)：280； 设计任务：1) 减速器装配图1张（A0或A1图纸）；2) 零件工作图23张（传动零件、轴、箱体等，A3图纸）；3) 设计计算说明书1份，60008000字。说明书内容应包括：拟定机械系统方案，进行机构运动和动力分析，选择电动机，进行传动装置运动动力学参数计算，传动零件设计，轴承寿命计算、轴（许用应力法和安全系数法）、键的强度校核，联轴器的选择、设计总结、参考文献、设计小结等内容。 结构设计简图：图1 带式输送机传动系统简图 设计计算说明书第三章 减速器结构选
4、择及相关性能参数计算 减速器的结构与性能介绍3.1结构形式按照设计任务要求，本减速器采用水平剖分、封闭结构(1)运输带工作拉力F=2500N(2)从电动机到卷筒间各个运动副的总机械效率总 总=1234521=0.96V带传动效率；2=0.97齿轮传动效率；3=0.99联轴器效率；4=0.96卷筒传动效率；5=0.99轴承传动效率；所以：总=123452 =0.96X0.97X0.99X0.96X0.992 =0.867(3)电动机所需的功率： Pw=Fv/1000kw; v=nD/60 m/s; Pd=Pw/总=3.23kw查机械零件设计手册附录表F1-7 Y系列电动机的技术数据 取P电动机=
5、4kw机械零件设计手册P1378表4.23.2电动机的选择可见有三种Y系列三相异步电动机可用，分别为：Y112M-4、Y132M1-6、Y160M1-8、Y112M-2四3者参数比较如下：型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）堵转转矩额定功率最大转矩额定转矩尺寸Y112M-44kw150014402.22.2中Y132M1-610009602.02.0中Y160M1-87507202.02.0中Y112M-2300028902.22.2中综合考虑总传动比及尺寸大小，选取Y132M1-6型3.3传动比分配运输带卷筒的转速为： n=89（r/min） 所以传动装置总传动比
6、：i总=n满n=96089=10.787取带传动比 i1=3 ，则减速器的总传动比i2=i总i1=3.5963.4动力运动参数计算（1）转速：电动机的转速n=960r/min减速器高速轴：n1=n/i01=960/3=320r/min减速器：n2=n1/i12=320/3.633=88.08r/min(2)功率:电动机所需功率Pd=3.23kw；减速器高速轴：P1=Pd带=3.230.96=3.10kw减速器低速轴：P2=P1齿轮轴=3.100.970.99=2.98kw（3）转矩电动机的转矩：T0=9550Pdn=95503.23960=32.13Nm轴的转矩:T1=9550P1n1=955
7、03.10320=92.52Nm轴的转矩：T2=9550P2n2=95502.9888.99=319.80Nm设计计算内容计算及说明结果及依据轴号功率P/kWn/(r/min)T(N.m)i03.2396032.1333.630.963.1032092.522.9888.08323.100.99 第三章皮带传动的设计计算皮带传动的设计计算1、确定计算功率Pc 查表7-5得工作情况系数KA=1Pc=Pd=3.23kw2、选择V带的型号根据计算功率Pc=3.23kw，主动轮n=960r/min，由图7-17选择A型V带3、确定带轮直径dd1、dd2 由表7-6知dmin=75mm 取dd1=100
8、mm 则dd2=dd1i带=1003=300mm则实际传动比为i=300100=3从动轮实际转速为n2=n1i=9603=320rmin4、验算V带速度VV=dd1n1601000=100960601000=5.024ms带速在525m/s范围内 设计合格5、确定带的基准长度Ld和实际中心距a由 0.7dd1+dd2a02dd1+dd2 得 280mma01207、确定V带的根数Z ZPc(P0+P0)KaKi根据dd1=100mm，n=960r/min，查表7-8得P0=0.97kw，表7-3得Ki=1.03，查表7-9得Ka=0.96，查表7-10得P0=0.11kw则Z3.23（0.97
9、+0.11）0.961.03=3.02 取Z=48、求初拉力F0及带轮轴上的压力Fz 查表得A型普通V带单位长度质量q=0.10kg/mF0=500Pczv2.5Ka-1+qv2=5003.2345.0242.50.96-1+0.105.0242=131.44NFz=2ZF0sin12=1040.01N精密机械设计P116表7-3精密机械设计P124、P116、P125P126第四章 齿轮的设计计算 齿轮的设计计算及结构说明4.1直齿圆柱齿轮传动设计4.1.1直齿圆柱齿轮的选材4.1.2直齿圆柱齿轮的设计计算与强度校核直齿圆柱齿轮（1）选择材料及确定需用应力小齿轮选用45号钢，调质处理，HB2
10、36 大齿轮选用45号钢，正火处理，HB190由机械零件设计手册查得 （2）确定各种参数 由于原动机为电动机，工作机为带式输送机，载荷平稳，齿轮在两轴承间对成布置，一般按照中等冲击载荷计算。查机械设计基础教材中表104得：取载荷系数K=1.3查机械设计基础教材中表115取：区域系数 ZH=2.5 弹性系数 ZE=189.8查机械设计基础教材中表1011取：齿宽系数d=0.8=Z2Z1=n0n1=960320=3 机械设计基础教材P175图10.21机械设计基础教材P173 表10-4 机械设计基础教材P174表105机械设计基础教材P188表1011 （3）按齿面接触强度设计计算小齿轮分度圆直
11、径为：=321.392.521030.83+132.5189.83702=87.04（mm）取小齿轮齿数 Z1=27，则大齿轮齿数为Z2=98模数m=d1Z1=87.0427=3.22mm齿宽b=dd1=0.887.04mm=69.63mm由表8-2知标准模数m=4mmd1=mZ1=427mm=108mmd2=mZ2=498mm=392mm经圆整后 b1=dd1=0.8108mm=86.4mm 中心距a=d1+d22=108+3922=250mm精密机械设计P141表8-24.1.3圆柱直齿齿轮的结构设计数据：（4）验算齿轮弯曲强度 齿形系数YFa1=2.65，YFa2=2.21 修正系数YS
12、a1=1.63，YSa2=1.76由公式F1=2KT1YFa1YSa1bm2z1=21.392.521032.651.6386.43.22227MPa=42.96MPaF1=360MPaF2=F1YFa2YSa2YFa1YSa1=42.962.211.762.651.63MPa=38.68MPaqF2= 256MPa，弯曲强度校核安全（5）计算齿轮圆周转速v并选择齿轮精度 =d1n1601000=3.1487.04320601000=1.46（ms）对照表16-4知可选8级精度齿轮结构设计：齿顶圆直径：dada1=d1+2ha1=d1+2ham=108+214=116mmda2=d2+2ha1
13、=d2+2ham=392+214=400mm齿全高：h（c*=0.25）h=2ha+c*m=21+0.254=9mm齿厚：S=P2=m2=3.1442=6.28mm齿根高：hf=ha+cm=5mm齿根圆直径dfdf1=d1-2hf=108-22.5=103mmdf2=d2-2hf=392-22.5=387mm 由于小齿轮d1=108mm，可采用齿轮轴结构；大齿轮因为分度圆半径较大采用锻造毛坯的腹板式结构精密机械设计P173机械设计基础P181机械零件手册P217表16-4大齿轮的有关尺寸计算如下轴孔直径d=53mm轮毂直径D1=1.6d=1.653=84.8mm 取D1=85mm轮毂长度L=B
14、2=1.5d=79.5mm 取B2=80mm轮缘厚度0=3-4m=12-16mm取0=16mm轮缘内径D2=da2-2h-20=400-29-216=350mm腹板厚度c=0.3B2=0.380=24mm腹板中心孔直径D0=0.5D1+D2=217.4mm 取D0=218mm腹板孔直径d0=0.25D2-D1=66.3mm 取d0=67mm齿轮倒角n=0.5m=2mm齿轮结构图如下：第五章 轴的设计计算 轴的设计计算与校核 5.1轴的尺寸设计5.1.1轴的材料和热处理的选择5.1.2轴几何尺寸的设计计算轴的设计计算与校核：不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴
15、上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。 按承载性质，减速器中的轴属于转轴。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定出轴的形状和几何尺寸，最后校核轴的强度。这里因为从动轴为轴，故只对轴进行强度的校核，对两根轴进行尺寸的设计计算过程。 具体步骤如下: 1、电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。 选择45钢正火。硬度达到170217HBS,抗拉强度=600MPa，屈服强度=355MPa。=55MPa2、初步计算各轴段直径 （1）计算d1，按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T P1=3.10kw T1=92.52Nm最小直径
16、计算(查精密机械设计教材表10-2，c值107-118)dc3P1n1=10711833.10320=（22.8125.15）mmP158 考虑到键槽则估计值加大3%则d1=23.4925.90mm选择标准值d1=25mm（2）计算d2 d2=d1+2a1=25+20.070.125=28.530mm取标准值d2=30mm（3）计算d3d3=d2+(15)mm=3135mm 且d3必须与轴承的内径一致，圆整d3=35mm，初选轴承型号为6207，查表的B=17mm，D=72mm，Cr=25.5kN，Ca=15.2kN；（4）计算d4机械设计基础P225表14-3机械设计课程设计P154表14-
17、1d4=d3+(15)mm=3640mm，为装配方便而加大直径，圆整后取d4=40mm(5)计算d5d5=d4+2a4=40+20.070.140=45.648mm取标准值d5=50(6)计算d6d6=d3=35mm，同一轴上选择同一型号，以便减少轴承孔镗制和减少轴承类型。名称d1d2d3d4d5d6直径(mm)2530354050353、计算轴各段长度（1）计算L1L1段部分为插入皮带轮的长度查表7-4小带轮宽B1=（Z-1）e+2f=（4-1）15+29=63mm取L1=70 （2）计算L2 L2=l1+e+m轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，取l1=20mm，e=1.2d3=8.4mm，其中d
18、3为螺钉直径M8，由轴承外径D=72mm，查表得取d3=7mm精密机械设计P118m=L-3-B轴承=+c1+c2+（38）-3-B轴承式中，为箱体壁厚，取=8mm，取轴旁连接螺栓直径为10mm，查得c1=16mm，c2=14mm；由于轴承的轴颈直径与转速的乘积（1.52）105，故轴承采用脂润滑，取3=9mm，所以m=8+16+14+8-9-17=20mm所以L2=l1+e+m=20+8.4+20=48.4mm取 L2=49mm；（3）计算L3L3=B轴承+2+3+2=17+12.5+9=38.5mm式中，2为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两齿轮的宽度差，两齿轮的宽度为5mm，取小齿轮至箱
19、体内壁距离为10mm，则2=2小+B小轮-B大轮2=10+2.5=12.5取L3=39mm 5.2轴的尺寸设计和强度校核5.2.1轴的材料和热处理选择（4）计算L4 L4=b大齿轮-2=86.4-2=84.2mm，取L4=85mm（5）计算L5 L5=b=1.4a4=1.4(0.070.1)d4=3.925.6mm 取L5=6mm（6）计算L6L6=B轴承+2+3-L5=17+12.5+10-6=33.5mm 取 L6=34mm名称L1L2L3L4L5L6长度/mm70413985634（1轴图）尺寸设计部分具体步骤如下：1、电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。选择45刚正火。硬度
20、达到170217HBS，抗拉强度 =600MPa，屈服强度=355MPa。=55MPa5.2.1轴几何尺寸的设计计算2、初步计算各轴段直径（1）计算d1，按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩TP2=2.98kw T2=319.80Nm最小直径计算(查精密机械设计教材表10-2，c值107-118)dc3P1n1=10711832.9888.99=（34.4938.03）mm考虑到键槽则估计值加大3%则d1=35.6539.30mm 取d1=40mm（2）计算d2 d2=d1+2a1=40+20.070.140=45.648mm取标准值d2=48mm（3）计算d3d3=d2+(15
21、)mm=4953mm 且d3必须与轴承的内径一致，圆整d3=50mm，初选轴承型号为6201，查表的B=20mm，D=90mm，Cr=35kN，Ca=23.2kN；（4）计算d4d4=d3+(15)mm=5155mm，为装配方便而加大直径，圆整后取d4=53mm(5)计算d5d5=d4+2a4=53+2 0.070.153=60.4263.6mm取标准值d5=63(6)计算d6d6=d3=50mm，同一轴上选择同一型号，以便减少轴承孔镗制和减少轴承类型。名称d1d2d3d4d5d6直径/mm404850536350机械设计课程设计P154表14-1 3、计算轴各段的长度（1）计算L1半联轴器的
22、长度L=52mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不是在轴的端面上，故第一段的长度应比L略短一些 取L1=50mm（2）计算L2L2=l1+e+m轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，取l1=20mm ，e=1.2d3=8.4mm，其中d3为螺钉直径M8，由轴承外径D=90mm，查表，取d3=7mmm=L-3-B轴承=+c1+c2+38-3-B轴承式中，为箱体厚度，取=8mm，取轴旁连接螺栓的直径为10mm，查得 c1=16mm c2=14mm；由于轴承的轴颈直径和转速的乘积32.1mm，故强度足够第六章 轴承、键和联轴器的选择滚动轴承的选择与校核轴承的选择及校核（一）从动轴承：因为齿轮是直齿圆柱齿轮
23、，考虑承受载荷和只承受径向力，主从动轮均选用深沟球轴承从动轴承：根据机械设计课程设计P154表，可选择6201（GB/T276-1994）型深沟球轴承2个轴承代号尺寸dDB6201509020寿命计划要求轴承寿命：（8年两班制工作，按每年工作300天每班工作8小时）L=83008=19200h计算选用轴承寿命 查表得基本额定动负荷Cr=35kN，Ca=23.2kN；动载荷系数X=1，Y=0当量载荷P=XFr+YFa=600N温度系数ft=1载荷系数fp=1 轴承寿命系数Lh=10660n1ftCrfpp=1066032013500016003L轴承寿命合格（二）主动轴承：主动轴承根据轴径查选择
24、6207（GB/T276-1994）型深沟球轴承2个各部分尺寸如下：轴承代号尺寸/mmdDB6207357217寿命计划要求轴承寿命：（8年两班制工作，按每年工作300天每班工作8小时）L=83008=19200h计算选用轴承寿命 查表得基本额定动负荷Cr=25.5kN，Ca=15.2kN；动载荷系数X=1，Y=0当量载荷P=XFr+YFa=623.6N温度系数ft=1载荷系数fp=1 轴承寿命系数=3键的选择与校核Lh=10660960ftCrfpp=106609601255001623.63L轴承寿命合格材料选择及其许用挤压应力选择45号优质碳素钢，查机械零件设计手册P458表32-3 其
25、许用挤压应力（1） 主动轴外伸端，d=25mm，考虑到键在轴中部安装，选择平键就可以了，且联轴器轴长度L1=70mm故选择普通平键。 静连接工作面的挤压应力：jy=2T0.5hdl2925200.572550=42.29MPajy则：强度足够， 合适(2)主动轮与齿轮连接处，d=40mm L=85mm选择键B=12mm l=50mm h=8mm静连接工作面的挤压力：jy=2T0.5hdl2925200.584050=46.26MPajy3）从动轮与联轴器连接处，d=40mm L=50mm机械制图P440联轴器的选择选择键b=12mm l=40mm h=8mm静连接工作面的挤压力：jy=2T0.
26、5hdl=23198000.584050=79.95MPajy4）从动轮与齿轮连接处 d=53mm L=85mm选择键b=16mm l=60mm h=10mm静连接工作面的挤压力：jy=2T0.5hdl=23198000.5105360=40.23MPajy由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，选用弹性套柱销联轴器，取工作情况系数 选用TL7 根据从动轴连处d=50mm各种参数如下：型号公称转矩T许用转数n轴孔直径d轴孔长度L外径D材料轴孔类型TL7500360040112190HT200Y型联轴器承受转矩Tc=9550KP2n2=95501.32.9888.08=
27、420Nm500Nm 故合格机械设计课程设计P165 润滑方式、密封方式简要说明润滑方式及牌号密封方式箱体主要结构尺寸计算（1） 齿轮,查机械零件设计手册P981表314-26，选用浸油润滑方式并根据表314-27，选用150号机械油；轴承采用润油脂润滑，并根据表314-23选用ZL-3型润油脂（1） 轴承内部与机体内部处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部（2） 轴承外部与端用半粗羊毛毡圈加以密封箱座与箱盖凸缘结合面与观察孔、油孔之间都采用静密封方式减速器润滑、密封及附件的选择确定以及箱体主要结构尺寸的计算及装配箱座厚度0.025a+188箱盖厚度20.8588箱盖凸缘厚度箱座凸缘厚度箱座底凸缘厚度地脚螺钉直径地脚螺钉数目轴承旁联结螺栓直径盖与座联结螺栓直径轴承端盖螺钉直径视孔盖螺钉直径定位销直径至外箱壁的距离至凸缘边缘距离附件选择及简要说明轴承座外径轴承旁连接螺栓距离轴承旁凸台半径轴承旁凸台高度箱盖、箱座厚大齿轮顶圆与箱内壁间距离齿轮端面与箱内壁距离名称功用数量材料规格螺栓安装端盖12Q235螺栓安装端盖24Q235销定位235弹性垫圈调整安装265Mn毡封圈调整安装2半粗羊毛挡油环挡油4橡胶螺母安装3Q235螺钉安装3Q235游标尺测量油高度1组合件M321.5通气孔透气1A3