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1、 机械设计基础课程设计 题 目 单级直齿圆柱齿轮减速器 学生姓名 小樊 指导教师 xx 专业班级 完成时间 2009.01.07 1 设计题目：用于胶带运输的单级圆柱齿轮减速器，传送带允许的速度误差为5%。双班制工作，有轻微振动，批量生产。运动简图：3456DFv21 1 电动机 2联轴器 3单级齿轮减速器 4链传动 5卷筒 6传送胶带 原始数据：项目 运输带曳引力F(kN)运输带速度 V(m/s)卷筒直径 D(mm)使用年限 Y 数据 2.7 2.2 450 5 2 目录：一、传动方案的拟定及说明1 二、电动机的选择和计算4 三、传动装置的运动和动力参数计算5 四、传动件的设计计算6 五、初
2、选滚动轴承9 六、选择联轴器9 七、轴的设计计算9 八、键联接的选择及校核计算17 九、滚动轴承校核 18 十、设计小结20 十一、设计任务书20 十二、参考资料24 3 一、传动方案的拟定及说明 传动方案（已给定）：1.减速器为单级齿轮减速器 2.外传动为链传动 3.方案简图如下：3456DFv21 传动方案的分析说明：1.方案中采用链传动。避免了带传动中出现的弹性滑动和打滑；而且作用在轴上的压力小，可减少轴承的摩擦损失；制造和安装的精度低，有效降低生产成本。由于链传动的润滑至关重要，应选择合宜的润滑方式。2.方案中采用单级圆柱齿轮减速器。此类减速器工艺简单，精度易于保证，适宜批量生产。由题
3、目数据可知，载荷较小，传动速度也较低。3.总体来说，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率 4 高。二、电动机的选择和计算 1.电动机类型的选择：分析工作机工作条件及电源，选用Y系列三相交流异步电动机。2.电动机功率的选择：工作机所需功率 电动机输出功率 WdPP 传动装置的总效率 31234 式中，10.99、20.98、30.96、40.90分别为联轴器、滚动轴承、齿轮和链轮的效率 故 35.947.380.99 0.980.96 0.90WdPPkw 所以电动机的额定功率为7.5kw 3.电动机转速的确定 可查得，齿轮的传动比的范围
4、为35，链轮的传动比范围为25。则电动机转速可选的范围为 12560.42335wnniiminr 其中，36093.4min10wvrnD 5.94WPkw 7.5edPkw 电动机型号：Y2-132M-4 总传动比：5 4.电动机型号的确定 由以上可以确定电动机的型号为：Y2-132M-4 其额定功率为：7.5edPkw 其额定转速为：1440mn minr 故总传动比为：144015.4293.4mwnin 各级传动比的分配如下：取链轮的传动比为13i，则可知齿轮的传动比为15.425.143i 2。可知两者的传动比都在常用范围之内。三、传动装置的运动和动力参数计算 1.各轴的转速 14
5、40minmrnn 1280.16minnrni 293.38minnrni 2.各轴的输入功率 17.425edPPkw 237.06PPkw 246.225PPkw 3.各轴的转矩 955049.24PTN mn 9550240.69PTN mn i 15.42 据手册：取 3i链轮 i齿轮 5.14 6 9550636.63PTN mn 四、传动件的设计计算 1.链传动 1)链轮齿数 查表得，125z，则2175zi z。2)链轮节数 初定中心距为040ap。可得 20122102()13222pazzzzpLpa 取链节数为132。3)计算功率 查表得，工况系数为1.0AK，故 1.0
6、7.067.06CAPKPkw 4)链条节距 07.065.2491.345Pkw 估计此链传动工作于功率曲线图中曲线定点的左侧（即可能出现链板疲劳破坏），可得 1.081.08125()()1.3451919ZzK 采用单排链，mK.，故 07.065.2491.345Pkw 查表得，需采用链条，节距.5)实际中心距 将中心距设置成可调的，故不必计算实际中心距。125z 2z75 7 可取 a0a40 25.401016mm 6)计算链速 112.96560 1000z pnmvs 符合原来的假定。且2.9650.6mmvss，故不必校核静力强度安全系数。7)作用在轴上的压力 取1.3QFF
7、 1000cPFv 1770N 2301QFN 8)链轮的主要尺寸 采用腹板式单排铸造链轮，查表可得，轮毂长度为359.50.016hd 可得l 4h69.44mm 2.齿轮传动 1)齿轮材料及精度等级 齿轮采用软齿面。小齿轮选用 40Cr，调质，齿面硬度为HBS；大齿轮选用 45 钢，调质，齿面硬度HBS。根据表选级精度。齿面精糙度 Ra1.63.2m.其中数据为，lim1700H，lim2590H，1600FE，2450FE，1.1HS，1.25FS limHHHS，FEFFS 1 2 2301QFN l 4h69.44mm 8 H 636 536 F 480 360 1)按齿面接触强度设
8、计 设齿轮按8级精度制造，取载荷系数1.1K，0.9d。取188.9EZ 23121()HEKTuduHZ Zd，代 入 数 据 得，142.96mmd。齿数取122Z，则25.1422113Z。故实际传动比为1135.13622i 模数111.95dmz 齿宽138.7bd d，取152b，247b 查表，取模数为2mm，实际的1d44，2226d 中心距为121352ddamm d ad fd bd b 小齿轮1 44 48 39 41.35 52 大齿轮2 226 230 221 212.37 47 1)验算轮齿弯曲强度 m=2 a 135mm 9 由图表可得，齿形系数12.80FaY，
9、22.21FaY 11.55SaY，21.81SaY 11121112127.2FaSaaFFKTYYMbZ mP 222121120.54FaSaFFFFaSaYYYY 安全。2)齿轮的圆周速度 1 13.1444 14403.360 100060 1000d nmvs 故可知选用8级精度是合宜的。五、初选滚动轴承 因该减速器采用单级圆柱齿轮传动，主要承受径向载荷，所以选用深沟球轴承。查表GB27689 轴I 上的轴承选用型号为6306，30dmm，19Bmm，20.8rCKN 轴II 上的轴承选用型号为6210，50dmm，20Bmm，27.0rCKN 其寿命校核见第九章。六、选择联轴器
10、由于本机构载荷较为平稳、启动频繁、整体轴系为要求不高的中、低速轴系传动，而且对弹性和缓冲性要求不高，即选择弹性柱销联轴器，又因为轴的转矩49.24TN m，转速为1440minrn，轴颈为22mm，查表501485GB，选用型号2HL的弹性柱销联轴器。1F127.2aMP 2F=20.54 v 3.3ms 轴 I 上的轴承选 用 型 号 为6306 轴 II 上的轴承选用型号为6210 10 七、轴的设计计算 1.高速轴（即前述轴）1)根据扭矩初算轴颈 材料选用45#钢，调质处理，硬度217 255HBS 取轴的C值为110。337.42511019.0041440PdCmmn 为补偿键槽对轴
11、强度的削弱，应将直径扩大5%即，19.95dmm 故，选22dmm 2)轴的机构设计 a)轴的装配、定位和固定 单级圆柱齿轮减速器中可以将齿轮安装在箱体的中央，相对两轴承堆成分布。在考虑到齿轮和轴的尺寸，将齿轮和轴制造成齿轮轴，以保证安装要求。b)轴的各段直径和长度 前面已选联轴器和滚动轴承，故轴上装有联轴器、轴承和密封元件处的直径即可取定。另外注意用于定位的轴肩和仅是为了轴上零件装拆方便或者区分加工表面的轴肩，两直径略有差别即可。各轴段的长度取决于轴上零件（传动件、轴承）的宽度以及相关零件（箱体轴承座=轴承端盖）的轴向位置和结构尺寸。另外要注意轴承润滑方式的选取对其位置的影响。根据以上分析，
12、可得轴的各段直径和长度如图：22dmm 11 c)按弯矩复合强度校核.已知小齿轮分度圆直径144dmm，轴的转矩49240TN mm。则圆周力22238.182tTFNd 径向力tan814.63rtFFN .轴受力分析简图（a）407.4152rAYBYFFFN 1119.0912tAZBZFFFN 由 于 轴 承 两 轴 承 关 于 齿 轮 对 称，故43ABllmm .垂直面弯矩图（b）截面a-a在垂直面的弯矩为 117.5aAYAMFlN m .水平面弯矩图（c）截面a-a在水平面的弯矩为 248.1aAZAMFlN m .合弯矩图（d）tF2238.182 N rF 814.63N
13、12 221251.2aaaMMMN m .扭矩图（e）49240TN mm .当量弯矩图（f）危险截面a-a当量载荷为 22()eaMMT,如果认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数0.6，代入上式得 2251.2(0.649.24)71.04eMN m .危险截面的强度校核 13371.0410.05600.10.1 44eebMMPaMPad 符合强度要求。13 2.低速轴（即前述轴）1)根据扭矩初算轴颈 材料选用45#钢，调质处理，硬度217 255HBS 取轴的C值为110。337.0611032.25280.16PdCmmn 为补偿键槽对轴强度的削弱，应将直径扩大5%即，33
14、.86dmm 故，选35dmm 2)轴的机构设计 14 a)轴的装配、定位和固定 制造安装要求基本同高速轴。只有，此轴上大齿轮用键周向定位，而不再制成齿轮轴。故应注意套筒和齿轮的定位。b)轴的各段直径和长度 前面已计算链轮的有关参数，故轴上装链轮、轴承和密封元件处的直径即可取定。另外注意用于定位的轴肩和仅是为了轴上零件装拆方便或者区分加工表面的轴肩，两直径略有差别即可。各轴段的长度取决于轴上零件（传动件、轴承）的宽度以及相关零件（箱体轴承座=轴承端盖）的轴向位置和结构尺寸。另外要注意轴承润滑方式的选取对其位置的影响。根据以上分析，可得轴的各段直径和长度，以及大致外形图如下：1234535455
15、0546250dmmdmmdmmdmmdmmdmm 12345705050458.429lmmlmmlmmlmmlmmlmm c)按弯矩复合强度校核 35dmm 15.已知大齿轮分度圆直径2226dmm，轴的转矩24069TN mm。则圆周力2213tTFNd 径向力tan77.526rtFFN 链轮部分已知，链轮对轴的作用力 2301QFN .轴受力分析简图（a）38.7632rAYBYFFFN 106.52tAZBZFFFN 轴承两轴承关于齿轮对称，22103.4ABLllmm 95kmm .QF在支点产生的反力 2114QBFFkFNL 4415AFQBFFFFN 外力QF作用方向与链传
16、动的布置有关，按照最不利的情况考虑。见步骤中计算。.垂直面弯矩图（b）截面a-a在垂直面的弯矩为 12.0042aAYLMFN m 12345354550546250dmmdmmdmmdmmdmmdmm 12345705050458.429lmmlmmlmmlmmlmmlmm 16.水平面弯矩图（c）截面a-a在水平面的弯矩为 25.5062aAZLMFN m .QF力产生的弯矩图 a-a截面处：109.292QaFBFLMFN m .合弯矩图（d）考虑到最不利的情况，把 2212115.15QaaaaFMMMMN m.扭矩图（e）24096TN mm .当量弯矩图（f）危险截面a-a当量载荷
17、为22()eaMMT,如果认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数0.6，代入上式得 22115.15(0.6240.96)184.7eMN m 17 .危险截面的强度校核 133184.70.16600.10.1 226eebMMPaMPad 符合强度要求。八、键联接的选择及校核计算 1.与联轴器联结的键 18 已知，22dmm，50lmm。故，选用单源头普通平键，即C型键。查表得，选用型号:键C845 GB/T1096-2003 412blLmm,7hmm,49.24TN m.故，44 49.2431.1911022 741ppTMPaMPadhl 故强度符合。2.与低速轴上齿轮联结的
18、键 已知，54dmm，45lmm。故，选用圆头普通平键，即A型键。查表得，选用型号：键1640 GB/T1096-2003 24lLbmm，10hmm，240.69TN m。故，44 240.9674.3711054 1024ppTMPaMPadhl 故强度符合。3.低速轴上与链轮联结的键 已知，35dmm，70lmm。故，选用圆头普通平键，即A型键，查表得，选用型号：键1063 GB/T1096-2003 53lLbmm，8hmm，240.69TN m。故，44 240.9664.8811035 8 53ppTMPaMPadhl 故强度符合。九、滚动轴承校核 有 工 作 条 件 可 知，要
19、求 轴 承 的 寿 命 至 少 为5 365 1629200Lh。为了保证整个机构的寿命，取轴承寿命3244590%hLLh。键C845 GB/T1096-2003 p 31.19MPa 键1640 GB/T1096-2003 p 74.37MPa 19 1.高速轴上的滚动轴承校核 根据工作条件，取载荷系数1.2pf，温度系数1.0tf。1440minrn。前已分析轴承的受力，即无轴向载荷，故，当量动载荷为一恒定的径向载荷。即，2222407.4151119.0911190AYAZPFFN 11366601.2 1190 60 1440()(32445)20.134101.010phtf Pn
20、CLkNf 其中，对于球轴承，寿命指数3。所选轴承6306的20.8rCkN。rCC 故轴承符合要求。2.低速轴上的滚动轴承校核 根据工作条件，取载荷系数1.2pf，温度系数1.0tf。280.16minrn。前已分析轴承的受力，即无轴向载荷，故，当量动载荷为一恒定的径向载荷。即，222238.763106.5113.345AYAZPFFN 11366601.2 113.34560 280.16()(32445)1.11101.010phtf PnCLkNf 其中，对于球轴承，寿命指数3。所选轴承6210的27.0rCkN。键1063 GB/T1096-2003 p 64.88MPa C 20
21、.134kN C1.11kN 20 rCC 故轴承符合要求。十、设计心得 机械设计要设计每个零部件，设计其传动装置，进行参数设计。传动零件，轴，健和轴承等的设计计算。在设计中很多要先进行初步计算，利用初步计算的结果在进行下一步的计算。如果下面的结果不理想，则重复修改初步结果，直到满意为止。这其中有很多反复工作，必须要有足够的耐心，保证结果的合理正确性。设计时，全面考虑机械零部件的强度，刚度，工艺性，经济性和维护等要求。如轴承的选择应大部分考虑经济及实用性，在满足各种使用条件下，应优先考虑价格低廉的深沟球轴承。再画出装配图前，要先画草图。因为有些零件需要先经初算和绘草图，得出初步符合设计条件的基
22、本结构尺寸，然后再进行必要的计算，根据计算的结果再对结构和尺寸进行修改。在设计中尽量采用使用标准和规范，有利于零件的互换性与工艺性。课程设计一定要按顺序步骤进行。如果不按顺序，则有可能数据缺少依据，是错误的。所以一定要先把设计内容步骤顺序理清。十一、设计任务书 一、课程设计的目的 机械设计基础课程设计是机械设计基础课程的最后一个教 21 学环节，是对学生进行的第一次较为全面的设计训练，其目的是：1、培养学生综合运用学过的理论知识，结合生产实际分析解决机械工程问题的能力；2、学习掌握机械设计的一般方法，了解简单机械传动装置的设计步骤和设计方法；3、熟悉和使用设计资料、手册、标准和规范；4、为未来
23、的专业设计和毕业设计打下基础。二、课程设计的内容 机械设计基础课程设计题目为通用机构的传动装置设计，机械设计基础课程设计题目及设计参数见设计题目清单。课程设计内容：1、电动机的选择；2、传动装置运动和动力参数的确定和计算；3、主要零件的设计计算；4、减速器装配图和零件工作图的绘制；5、设计说明书的编写。设计工作量：1、减速器装配图 1 张（0 号）；2、主要零件工作图 2 张（从减速器中选择 1 个齿轮和 1 根轴）；3、设计说明书 1 份。设计说明书编排格式参照中南大学本科生毕业论文格式要求。三、设计的方法与步骤 机械设计基础课程设计与机械设计的一般过程相似，也是从方案分析开始，进行必要的计
24、算和结构设计，最后以图纸表达设计结果，以计算说明书表示设计的依据。22 课程设计步骤：1、设计准备 认真阅读设计任务书，明确设计要求、工作条件、设计内容；通过阅读有关资料、图书，参观实物或模型，了解设计对象；复习有关课程相关内容，熟悉有关零件的设计方法和步骤，准备好设计需要的图书、资料和用具，拟定设计计划。2、传动装置的总体设计 确定传动装置的传动方案；、选择电动机 根据工作机的特性、工作环境、工作载荷的大小和性质等条件，选择电动机的种类、类型和结构型式、功率和转速，确定电动机型号。、传动比的分配 传动装置总的传动比可根据电动机的满载转速 n0和工作机轴的转速 nW，计算出，然后根据总传动比合
25、理分配给各级传动。总传动比等于各级分传动比的连乘积。、传动装置的运动和动力参数的计算 在选定电动机型号，分配传动比后，将传动装置中各轴传递的功率、转速、转矩和相邻轴间的传动比及传动效率计算出来，为下一步的零件和轴的设计计算提供设计计算依据。3、传动零件的设计计算 传动零件的设计计算包括确定传动零件的材料、热处理方法、参数、尺寸和主要结构。、减速器以外的传动零件设计计算（带传动、链传动、开式齿轮传动等）；、开式齿轮传动 设计开式齿轮传动须确定出模数、齿数、分度圆直径、齿宽、轮毂长度以及作用在轴上力的大小和方向。、普通 V 带传动 23 设计计算普通 V 带传动须确定出带的型号、带轮直径和宽度、计
26、算出带的长度、中心距、带的根数及作用在轴上力的大小和方向。、链传动 设计链传动须确定出链节距、齿数、链轮直径、轮毂宽度、中心距及作用在轴上力的大小和方向。、减速器内部传动零件的设计计算（如齿轮传动设计计算、轴的设计计算等）。在减速器外部的传动零件设计完成后，应检验开始计算的运动及动力参数有无变化，如有变化则应作相应的修改后，再进行减速器内传动零件的设计计算。齿轮和轴的设计计算参照教材所示的步骤、方法和公式进行。4、减速器装配草图设计 绘制减速器装配草图，选择联轴器，初定轴径；定出轴上受力点的位置和轴承支点间的跨距；校核轴及轴毂联接强度；选择计算轴承并设计轴承组合的结构；减速器箱体和附件的设计。
27、5、工作图设计 零件工作图设计；装配工作图设计 6、整理编写设计说明书 整理编写设计说明书，总结设计的收获和经验教训。四、设计注意事项 1、提倡独立，严禁盲目抄袭和“闭门造车”，要认真阅读参考资料，仔细分析参考图例的结构。2、掌握“三边”（边画图、边计算、边修改）设计法，设计中应对发现的不合理结构和尺寸进行必要的修改，力求精益 24 求精。3、学会正确处理设计计算和结构设计间的关系，要统筹兼顾。4、正确使用标准和规范。5、图纸表达正确、清晰、图面整洁，符合机械制图标准，设计说明书要求计算正确、编排合理。十二、参考资料 1、机械设计课程设计，合肥：合肥工业大学出版社，2005 2、机械设计手册 化学工业出版社 3、机械设计手册：单行本减速器和变速器机械工业出版社，2007 4、减速器和变速器设计与选用手册，机械工业出版社，2007 5、机械设计基础课程设计，高等教育出版社，2005 25