课程设计说明书（最终）.docx

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1、机械设计课程设计计算说明书 目录第一章 、绪论. .2第二章、课程设计题目及主要技术参数说明.2第三章、传动装置的总体设计.3第四章、传动件设计计算.7第五章、轴的设计计算.12第六章、 箱体的结构设计.17第七章、键连接设计19第八章、滚动轴承及联轴器的校核. .20第九章、密封和润滑设计.21第十章、设计小结.21设计题目：单级圆柱齿轮减速器学院 ：机电与汽车工程学院专业班级：内燃机1班设计者：佚名学 号：指导教师：佚名第一章 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

2、，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

3、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 课题题目及主要技术参数说明2.1课题题目设计用于带式运输机的单级圆柱直齿减速器，图示如下，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，运输带速允许误差为4%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)7301.52402.2设计要求1、每2人协作完成或单独完成一组数据，要求认真完成。2、图纸要求：减速器装配图一张（A1），零件工作图两张（A3，传动零件、轴）。3、设计计算说明书1份。4、要求所有图纸和设计计算说明书全为电子稿。2.3主要技术参数说明 输送带工作拉力F

4、=730N，输送带的工作速度V=1.5 m/s，输送机滚筒直径D=240 mm。第三章 传动装置的总体设计3.1传动方案的分析 传送带机器由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。 本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为V带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其

5、他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。 齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用是单级直齿轮传动。 整体布置图3.1所示 图3.11.电动机 2.V带传动 3.单级直齿圆柱减速器 4.联轴器 5.传送带 3.2 电动机选择 3.2.1电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机 3.2.2电动机功率选择： 传动装置的总效率：查表1取V带传动效率0.96，轴承传动效率0.99，齿轮传动效率0.98，器效率0.99，滚筒的效率0.96。=0.96*0.992*0.

6、98*0.99*0.96=0.876工作机所需的输入功率Pw： Pw=(FwVw)/(1000w)式中，Fw=730N，Vw=1.5m/s，w=0.95，代入上式得Pw=(730*1.5)/(1000*0.95)=1.15 KW电动机的输出功率： PO= Pw /=1.15/0.876=1.31KW 选取电动机额定功率Pm，使电动机的额定功率Pm（11.3）PO ，由查表得电动机的额定功率P1.5KW。 3.2.3确定电动机转速： 计算滚筒工作转速： nw=60*1000V/（D）=6010002/（400）=119.427r/min 由参考文献一表9.2可知V带传动比范围i1=24，圆柱齿轮

7、传动一级减速 传动比范围i2=36，则总传动比理时范围为i=624。故电动机转速的可选范围为n=（624）119.427=7162867r/min。3.2.4确定电动机型号 根据以上计算，符合这一转速范围的电动机的同步转速有750r/min 、1000r/min和1500r/min，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和带传动及减速机的传动比，最终确定同步转速为1500r/min ，根据所需的额定功率及同步转速确定电动机的型号为Y90L-4 ，满载转速1400r/min 。 主要参数：额定功率1.5KW，满载转速1400r/电动机外形如图3.2所示 图3.2表3.1给出了其安装尺寸表3.1型号

8、尺寸HHABBCCCDEEFGDGGKKAABAADAAC/2HHDBBBLLY90L90140125562450872010180155901901553353.3计算传动装置的总传动比及分配各级传动比 3.3.1总传动比：i =1400/119.427=11.7233.3.2分配各级传动比： 因i= i1* i2，根据参考文献一V带传动比范围在i1=24，圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围在i2=36比较合理。取i1=3，i2=11.723/i1=3.908 3.4传动装置的运动和动力参数（电动机轴为0轴，圆柱减速器高速轴为轴，低速轴为轴）3.4.1 各轴转速（r/min） 0轴 （电动机轴

9、） n0=1400 轴 n1=nm/i 2=1400/3=466.667 轴 n2= n1/ i1= nw =119.427 卷筒轴 n3=n2=119.427 3.4.2 计算各轴的功率（KW） 电动机的输出功率PO=1.31轴 PI=1.310.96=1.2576轴 P= P12=1.25760.990.98=1.25760.990.98=1.22（1为轴承传动效率，2为齿轮传动效率，3联轴器传动效率）卷筒轴 Pj= P13=1.220.990.99=1.19573.4.3计算各轴转矩（nm） 0轴T0=9550P0/n0=95501.31/1400=8.936轴 TI=9550PI/nI

10、=95501.2576/466.667=25.736轴 T=9550P/n=95501.22/119.427=97.558卷筒轴Tj=9550Pj/nj=95501.1957/119.427=95.614将运动和动力参数计算结果整理后列于表3.2：表3.2参数轴名0轴轴轴卷筒轴转速 r/min1400 466.667 119.427119.427功率kw1.311.25761.221.1957转矩T/ nm8.93625.73697.55895.614传动比i33.9081第四章 传动件设计计算4.1带传动的设计4.1.1 确定计算功率PC=KAP工作情况系数查文献2表13.8知： =1.1。

11、PC=1.11.31=1.441kw4.1.2 选择带型号根据Pc =1.441kw，n01400r/min，查文献2图13-15，初步选用普通Z型带。4.1.3 选取带轮基准直径D1，D2查文献2表13-9选取小带轮基准直径=80mm，则大带轮基准直径 D2=i1-=3（1-1%）D1=237.6mm。式中，为带的滑动率取取1%，查表后取=236mm。大带轮转速n2=1-D1n1D2=469.83r/min4.1.4 验算带速v=D1n1601000=5.86m/s在525m/s范围内，带充分发挥。4.1.5 V带基准长度和中心距求Dm=D1+D22=80+2362=158mm=D2-D12

12、=75mm 根据文献2中式 0.7（D1+D2）a01204.1.7 确定v带根数z由参考文献2式13-15得z=Pc（P0+P0）KKLn1=1400r/min，D1=80mm，查表13-3得P0=0.35kw 由参考文献2式13-9 i=D2D1（1-）=3.005查参考文献表13-5得 P0=0.03kw 由𝛼1=162查参考文献2表13-7得K𝛼=0.95，查表13-2得KL=1.16，由此可得z=1.4410.35+0.0395*1.16=3.44取4根。 4.1.8 作用在带轮上的压力FQ 查参考文献表13-1得q=0.06kg/m F0=500Pc

13、zv2.5K-1+qv2=5001.44145.862.50.95-1+0.065.862=52.2 N作用在轴上的压力 FQ=2zF0sin2=2452.2sin1622=436N4.1.9带轮结构设计小带轮采用实心式，大带轮采用腹板式结构结构示意图及设计数据如图4.1所示（数据根据参考文献2 P223计算得到）S1斜度1：25105213126.54023624040505图4.1 图4.14.2齿轮传动的设计4.2.1选择齿轮材料及精度等级 根据工作要求，考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面，齿面硬 度 =350HBS。小齿轮：45钢，调质 齿面硬度197-286HBS；大齿轮：4

14、5钢，正火，126-217HBS。4.2.2齿轮几何尺寸的设计计算查文献2表11-1Hlim1=600Mpa，Hlim2=380Mpa，FE1=450Mpa，FE2=310Mpa查文献2表11-5得=1.0，=1.25 齿轮为标准齿轮压力角𝛼=20H1= Hlim1/SH=580/1.0=580MpaH2= Hlim2/SH=380/1.0=380MpaF1= FE1/SF=450/1.25=360MpaF2= FE2/SF=310/1.25=248Mpa由于硬度小于350HBS，属软齿面，所以按接触强度设计，再验算弯曲强度。4.2.3按齿面接触强度计算齿轮按7级精度制造。取载

15、荷系数K=1.1（参考文献2表11-3），由于齿轮对轴承对称布置齿宽系数d=1.0（参考文献2表11-6），小齿轮上的转矩T1 =9.55106Pn1=9.551061.7=2.58104Nmm取ZE=188(参考文献2表11-4)d132KT1di2+1i2（ZEZH H）= 321.12.581041.03.908+13.908(1882.5580)2=36.04mm式中HH为配对齿轮中较小的许用接触应力，ZH 为区域系数，对于标准齿轮，ZH =2.5中心距 a=d1*（1+i2）/2=88.44mm根据式 m=（0.007-0.02）a 取m=1.25mmz1=d1/m=28.8取z1=

16、30z2=z1*i2=117.2取z2=117实际传动比 i2=z2z1=11730=3.9相对误差i= |i2-i2|i2=0.002dmin，带轮轮彀长为L=40mm，取这段轴长 l7=50mm6段前部应与密封毛毡的尺寸同时确定，查机械设计手册，选用d1=21mm的毡圈，故取2段22mm，取端盖外端面与带轮左端面见得距离为30mm，则第二段长度为l6=50mm5段与轴承配合，选用6025（内径25宽度15）故轴直径为25mm，长度为l5=18mm4段为轴肩其直径不应超过轴承内圈外径查参考文献1,表12.1得其直径为31mm，长度取l4=15mm3段为齿轮轴齿顶圆直径为40，齿宽为45,。所

17、以该段轴直径为40mm长度为 l3=45mm2段为轴肩直径为31长度为l2=151段与轴承配合，安装轴承，选用6205（内径25宽度15）故轴直径为25mm，长度为l1=18mm5.1.4齿轮轴强度校核圆周力Ft=2T1 /d1=22.58104/37.5=1376N径向力Fr=Fttan=1376tan20=500.8N轴承支反力由于齿轮相对于轴承对称布置故轴上1段和5段处的支反力相等水平支反力R1=R5=Ft/2 =688 N垂直支反力R1=R5=Fr/2=250.4N作用在轴上的弯矩轴段3中间截面m处的弯矩： 水平：Mm= R1（10.5+15+22.5）=688（10.5+15+22.

18、5）/1000=33nm 垂直：Mm=R1（12.5+10+20）=25010.5+15+22.5/1000=12nm合成弯矩：水平面的合成弯矩=垂直面的合成弯矩=Mb=Mm2+Mm2=35.1nm作用在轴上的扭矩：T=Ftd1 21000=25.8nm当量弯矩：因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6可得齿轮轴中间截面m处的当量弯矩 ME=Mb2+（T）2=38.4nm，齿轮轴中间截面m处当量弯矩最大，其直径与相邻轴段相差不大，所以为危险截面。已知ME=38.4nm，其校弯矩图如图5.2所示： 图5.2 由参考文献2表14-3得-1b=60Mpad3Me0.1-1b=1.9mm d3d所以此

19、危险截面是安全的轴段7只受弯矩作用但其直径较小故也是危险截面，d315.50.1-1b=1.4mm d7d所以此截面安全5.2 低速轴的设计计算5.2.1按扭矩初算最小轴径 图5.3低速轴根据文献2表14-1选用45钢，调质，硬度217255HBS，初步确定轴的直径 用公式d23Pn 确定轴的最小直径d2min=23.88mm, 同样要开键槽故增大3% 所以d2min=25.60mm，5.2.2 确定轴各段长度和直径 7段与联轴器相连查参考文献1表13.1选用LX2型弹性销柱联轴器半长度半联轴器长度为62mm，轴孔直径为28mm，取轴的直径d7=28mm，长度l7=60mm 6段考虑联轴器的轴

20、向定位要求，该段的直径取d6=35mm,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L6=52mm 5段装有滚动轴承选用深沟球轴承，选用6208型（内径40mm，宽度18mm），故该段轴径d5=40mm。长度l5=35mm4段上装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加3%，大齿轮的分度圆直径为146.25mm，则第四段的直径取d4=44mm,齿轮宽为b=40mm，轮彀长50mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为L4=48mm3段为轴肩考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为d5=56mm ,长度取L3=5mm2段为轴肩直径

21、d2=50mm，长度L2=5mm 1段为滚动轴承安装出处，取轴径为d1=40mm，长度(包括退刀槽)L2=25mm5.2.3 低速轴强度的校核大齿轮的分度圆直径为：d=146.25mm作用在齿轮上的转矩为：T=97.681nm圆周力Ft=2T/d=1336N径向力Fr=Fttan=1250tan20=486N 轴座的支反力，齿轮对轴承对称布置，且为深沟球轴承轴向力为0.由于齿轮相对于轴承对称布置故轴上1段和5段处的支反力相等水平支反力R1=R5=Ft/2 =683 N垂直支反力R1=R5=Fr/2=243 N 轴上的弯矩为： 水平面弯矩：Mm= R1（23-9+5+5+25）/1000=33.

22、5nm 垂直面弯矩：Mm=R149/1000=11.9nm 合成弯矩：水平面的合成弯矩=垂直面的合成弯矩=Mb=Mm2+Mm2=35.6nm转矩： T=97nm当量弯矩 因为是单向回转，转矩为脉动循环，=0.6可得齿轮轴中间截面m处的当量弯矩ME=Mb2+（T）2=68.2nm校核弯矩图为图5.4图5.4判断危险截面第四段轴中间m处所受的当量弯矩最大，其轴径与相邻轴径相差不大，所以m断面为危险截面。当量弯矩ME=66.4nm查参考文献2表14-3得-1b=60Mpa d3Me0.1-1b=2.2mm d4d所以此截面安全。轴段7只受弯矩作用但是其直径较小，故也是危险截面， d358.20.1-

23、1b=2.1mm d7d所以此截面安全第六章 箱体结构设计6.1窥视孔和窥视孔盖 在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔，以便检查齿面接触斑点和赤侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。6.2放油螺塞 减速器底部设有放油孔，用于排出污油注油前用螺塞赌注。6.3油标尺 油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结构类型，有的已定为国家标准件。6.4通气孔 减速器运转时，由于摩擦发热，使机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，

24、提高机体有缝隙处的密封性能。6.5启盖螺栓 机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶，联结后结合较紧，不易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环，如装上二个启盖螺钉，将便于调整。6.6 定位销 为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位置尽量远些。如机体结构是对的，销孔位置不应该对称布置。6.7调整垫片 调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。有的垫片还要起调整传动零件轴向位置的作用。6.8密封装置 在伸出轴与端盖之间有间隙，必须

25、安装密封件，以防止漏油和污物进入机体内。密封件多为标准件，其密封效果相差很大，应根据具体情况选用。6.8 轴承端盖 采用内置式端盖，结构简单。箱体结构尺寸选择如表6.1所示表6.1 名称符号尺寸机座壁厚7机盖壁厚18机座凸缘厚度b12机盖凸缘厚度b 112机座底凸缘厚度b 220地脚螺栓直径df10地脚螺栓数目n4轴承旁联结螺栓直径d110机盖与机座联接螺栓直径d210联轴器螺栓d2的间距 l 160窥视孔盖螺钉直径d42.5定位销直径d6外机壁至轴承座端面距离l1，l2 37，37大齿轮顶圆与内机壁距离110齿轮端面与内机壁距离2 15机盖、机座肋厚m1 ,m27,11轴承端盖外径D1 ，D

26、250，80轴承旁联接螺栓距离S尽量靠近，以Md1和Md2互不干涉为准，一般s=D2第七章 键连接设计 大带轮与高速轴采用平键连接，此段轴径d=20mm，长度l=50mm。查参考文献1表12.8选用圆头普通平键（A型）尺寸为bhL=6628（单位为mm）p=41000T1/（dhl）=30.7Mpap=110Mpa低速轴与齿轮用普通平键连接，此段轴径d=44mm，长度l=48mm。查参考文献1表12.8选用单圆头普通平键（C型）尺寸为bhL=12830（单位为mm）p=41000T2/（dhl）=37.0Mpap=110Mpa 低速轴与联轴器采用普通平键链接，此段轴径d=28mm，l=60mm

27、查参考文献1表12.8选用圆通有普通平键（A型）尺寸为bhL=8740（单位为mm）p=41000T2/（dhl）=87MpaLh 所以预期寿命足够。8.1.2低速轴轴承选用的是低速轴轴承选用的是深沟球轴承6208，该轴承只受径向载荷，常温下工作，转速119r/min载荷平稳 =3，ft=1，fp=1.1 基本额定动载荷Cr=29.5KN，P=Fr=455N 同样按上式求得Lh=2.9107Lh,符合预期要求。8.2联轴器的校核由于两轴相对位移小，运转平稳，且结构简单，故选用弹性柱销联轴器是合理的。本方案选用的LX2型弹性销柱联轴器查标准GB/T 50142003其参数如下公称转矩Tn=560

28、Nm 许用转速n=6300 应使 Tc=KAT Tn n n查参考文献2表17-1取KA=1.5Tc=1.597.6=146Nm Tnn=119.4n故该联轴器选用符合要求。第九章 密封和润滑的设计9.1密封 由于选用的电动机为低速，常温，常压的电动机则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达到密封的目的。毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑。9.2润滑9.2.1 齿轮的润滑由于传动件的的圆周速度v 12m/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时泛起沉渣齿

29、顶到油池底面的距离H不应小于3050mm。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，单级传动,每传递1KW需油量V0=0.350.7m3。9.2.2滚动轴承的润滑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分开的一层薄膜。 第十章 设计小结机械设计课程设计是我们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综合性与实践性环节。(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，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得

30、到进一步巩固、深化和扩展。(2)学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。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。 最后，感谢在设计过程中同学们给予我的帮助以及老师的指导。参考文献1张峰 古乐主编 机械设计课程设计 第五版 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20122杨可桢等主编 机械设计基础 第五版 北京 高等教育出版社。20063朱辉 曹桄 等编 画法几何级工程制图 第六版 上海科学技术出版社 20074廖念钊等编 互换性与技术测量 第六版 中国质检出版社 2012