机械设计课程设计V带——单级斜齿圆柱齿轮减速器.doc

华 南 理 工 大 学
课 程 设 计 （ 论 文 ） 任 务 书

兹发给 轻化工程 班学生 机械基础 课程设计（论文）任务书，内容如下：

1． 设计题目： V带——单级斜齿圆柱齿轮减速器

2． 应完成的项目：
（1）减速器总装配图一张（A1）
（2）齿轮零件图一张（A3）
（3）有零件图一张（A3）
（4）设计说明书一份

3． 参考资料以及说明：
（1）《机械设计课程设计》
（2）《机械设计基础》
（3）《机械设计手册》
（4）
（5）
（6）
（7）

4． 本设计（论文）任务书于2009年12月28日发出，应于2010年1月8日前完成，然后进行答辩。

专业教研室、研究所负责人 审核 年 月 日
指导教师 签发 年 月 日

课程设计（论文）评语：

课程设计（论文）总评成绩：

课程设计（论文）答辩负责人签字：
年 月 日

目　录
１．传动方案的确定　……………………………………………
２．原始数据　……………………………………………………
３．确定电动机的型号　…………………………………………
４．确定传动装置的总传动比及各级分配　……………………
４．１．计算各轴的输入功率　………………………
４．２．计算各轴的转速　……………………………
４．３．计算各轴的转矩　……………………………
４．４．数据制表　……………………………………
５．传动零件的设计计算　………………………………………
５．１．普通V带传动的设计计算　…………………
５．２．齿轮传动设计计算　…………………………
６．减速器铸造箱体的主要结构尺寸设计　……………………
７．轴的设计　……………………………………………………
７．１．高速轴的设计　………………………………
７．２．低速轴的设计　………………………………
８．滚动轴承的选择和计算　……………………………………
９．键联接的选择和强度校核　………………………………
９．１．高速轴与V带轮用键联接　…………………
９．２．低速轴与齿轮用键联接　……………………
９．３．低速轴与联轴器用键联接　…………………
１０．联轴器得选择和计算　………………………………………
１１．减速器的润滑方式，牌号及密封件　……………………
１１．１．齿轮润滑　……………………………………
１１．２．轴承润滑　……………………………………
１２．课程设计总结　……………………………………………
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设 计 说 明 书
设 计 及 说 明
结 果
一、传动方案的确定（如下图）
采用普通V带传动加一级斜齿圆柱齿轮传动

二、原始数据
1． 带拉力： F=4481N
2． 带速度： v=2.2m/s
3． 滚筒直径： D=293mm
4． 要求齿轮使用寿命为10年，二班工作制；轴承使用寿命3年。
5． 载荷允许中等冲击，总传动比误差 4%，

三、确定电动机的型号
1．选择电动机类型：
选用Y系列三相异步电动机。

2．选择电动机功率
运输机主轴上所需要的功率

F=4481N

v=2.2m/s

D=293mm
设 计 及 说 明
结 果

传动装置的总效率：
其中，查《课程设计》表2-3，
，V带传动的效率，　　　　　　　
，闭式圆柱齿轮的效率（精度等级7），　　　　　　　　　
，圆锥滚子轴承的效率，　　　
，十字滑块联轴器的效率，
，工作机效率　　　　 　
所以：
电动机所需功率：
查《课程设计》173页的表19-1，取电动机的额定功率为15kW。

3．选择电动机的转速
工作机的转速：

根据《课程设计》第5页表2-2，
V带传动比范围＝2～4，取=2
单级圆柱齿轮（闭式，直齿）传动比＝3～4，
电动机转速范围：
选择电动机同步转速为1000r/min。

设 计 及 说 明
结 果
选择电动机型号：Y180L-6，额定功率为15kW，满载转速为970r/min。
四、确定传动装置的总传动比及各级分配
传动装置得总传动比 ：
V带传动比：；
取单级圆柱齿轮减速器传动比：
验证滚筒转速误差：
（=/i）

1．计算各轴的输入功率
电动机轴　　　　　
轴Ⅰ（高速轴）　　
轴Ⅱ（低速轴）　　

2．计算各轴的转速
电动机轴 　　　　 =

电动机的型号为Y180L-6

设 计 及 说 明
结 果
轴Ⅰ 　　　　　　
轴Ⅱ 　　　　　　
3．计算各轴的转矩
电动机轴　　　　　　
轴Ⅰ 　　　　　　
轴Ⅱ 　　　　　　
4．上述数据制表如下：
参数
轴名
输入功率
（）
转速
（）
输入转矩
（）
传动比

效率

电动机轴
11.2498
970
110.758
2
0.96
轴Ⅰ（高速轴）
10.8
485
212.66
3.38
0.96
轴Ⅱ（低速轴）
10.37
143.49
690.177

五、传动零件的设计计算
1．普通V带传动的设计计算
① 确定计算功率

，根据《机械设计基础》216页表12-3，此处为带式运输机，载荷变动小，Y系列三相异步电动机为Ｉ类原动机，每天两班制工作16小时，选择工作情况系数＝1.2

设 计 及 说 明
结 果
② 选择V带型号
根据《机械设计基础》216页图12-10，此处功率=13.5kW与小带轮的转速=970r/min，选择B型V带，d=125～140mm。
③ 确定带轮的基准直径
根据《机械设计基础》217页表12-4取
小带轮直径 =132mm，
大带轮的直径
④ 验证带速

在5m/s～25m/s之间。故带的速度合适。
⑤ 确定V带的基准长度和传动中心距
初选传动中心距范围为：，
即198792，初定=500mm
V带的基准长度：

根据《机械设计基础》210页表12-2，选取带的基准直径长度。
实际中心距：

设 计 及 说 明
结 果
⑥ 验算主动轮的包角

故包角合适。

⑦ 计算V带的根数z

由，=132mm，
根据《机械设计基础》219页表12-5、12-6，

根据《机械设计基础》219页表12-7，
根据《机械设计基础》210页表12-2，
　　　　取z=7根。
⑧ 计算V带的合适初拉力

根据《机械设计基础》209页表12-1，q=0.19

⑨ 计算作用在轴上的载荷

z=7

设 计 及 说 明
结 果

2．齿轮传动设计计算
（1）选择齿轮类型，材料，精度，及参数
① 选用直齿圆柱齿轮传动（外啮合）
② 选择齿轮材料（考虑到齿轮使用寿命较长）：
小齿轮材料取为45号钢，调质， (GB699-1988)
大齿轮材料取为45号钢，正火， (GB699-1988)
③ 选取齿轮为7级的精度（GB 10095－1998）
④选小齿轮的齿数；大齿轮的齿数=293.38=98
（2）按齿面接触疲劳强度设计
① 中心距　　
式中：
根据《机械设计基础》169页图7-26，
对小齿轮： ;对大齿轮：

=98
设 计 及 说 明
结 果
，根据《机械设计基础》167页表10-5 ，软齿面。
则，。选用：
K，载荷系数，根据《机械设计基础》164页表10-4，
此处中等冲击，原动机为电动机，选用K=1.2
，齿宽系数，轻型减速器 =0.3
U，齿数比，U=i=3.38

取=190mm
② 计算模数

根据《机械设计基础》152页表10-1，取模数标准值
计算两齿轮分度圆直径
小齿轮

大齿轮
计算齿宽

小齿轮齿宽（齿轮轴）　　　
大齿轮齿宽（大齿轮）　　　

设 计 及 说 明
结 果

（3）校核弯曲疲劳强度
① 　　　　　　　其中
，根据《机械设计基础》167页表10-5 ，软齿面。
K =1.2，根据《机械设计基础》表10-4。
，，齿形系数，根据《机械设计基础》图10-23。
，，弯曲疲劳强度极限，
根据《机械设计基础》88页图7-24。

　　均满足弯曲疲劳强度要求。

设 计 及 说 明
结 果
② 齿轮传动的几何尺寸，制表如下：(详细见零件图)
名称
代号
计算公式
结果
小齿轮
大齿轮
中心距

190.5mm
传动比

3.38
模数

设计和校核得出
3
压力角

标准值

齿顶高

3mm
齿根高

3.75mm
全齿高

6.75mm
齿数
Z

29
98
分度圆直径

87 mm
294mm
齿顶圆直径

=+2
93mm
300mm
齿根圆直径
df
df =-2
79.5
mm
286.5
mm
齿轮宽
b

57mm
66mm

设 计 及 说 明
结 果
（4）齿轮结构设计
齿顶圆直径与轴径接近，把小齿轮做成齿轮轴。
齿顶圆直径da≤500mm，用锻造齿轮。
小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用辐板式结构。大齿轮尺寸：

代号
计算公式
结果

65

104

44

/2
187
da

300
df

286.5
d

294
b

57

270
c
0.2~0.3b
14

设 计 及 说 明
结 果
六、减速器铸造箱体的主要结构尺寸设计
根据《机械设计课程设计》17页表4-1经验公式，列出下表：
名称
代号
尺寸计算
结果（mm）
底座壁厚

0.025a+1≥7.5
7.5
箱盖壁厚

(0.8~0.85) ≥8
8
底座上部凸缘厚度
h0
(1.5~1.75)
12
箱盖凸缘厚度
h1
(1.5~1.75)
12
底座下部凸缘厚度
h2
(2.25~2.75)
18
底座加强肋厚度
e
(0.8~1)
7
箱盖加强肋厚度
e1
(0.8~0.85)
6.5
地脚螺栓直径
d
（1.5~2）
16
地脚螺栓数目
n
表4-4
6
轴承座联接螺栓直径
d2
0.75d
12
箱座与箱盖联接螺栓直径
d3
(0.5~0.6)d
12
轴承盖固定螺钉直径
d4
(0.4~0.5)d
8
视孔盖固定螺钉直径
d5
(0.3~0.4)d
6
轴承盖螺钉分布圆直径
D1
D+2.5d4
110 130
130 150
轴承座凸缘端面直径
D2
D1+2.5d4
螺栓孔凸缘的配置尺寸
c1\c2\D0
表4-2
c1 =22，c2=20
D0=30
地脚螺栓孔凸缘的配置尺寸
c’1\c’2\D’0
表4-3
c′1=28, c2=24,
D′0=45
箱体内壁与齿轮距离
△
≥1.2
10
箱体内壁与齿轮端面距离
△1
≥
10
底座深度
H
0.5da+(30~50)
190
外箱壁至轴承座端面距离
l1
c1+c2+(5~10)
50

设 计 及 说 明
结 果
七、轴的设计
1．高速轴的设计
（1）选择轴的材料：选取45号钢，调质，HBS＝250
根据《机械设计基础》282页。
（2）初步估算轴的最小直径
根据《机械设计基础》204页表16-2，取，

（3）轴的结构设计
因为与V带联接处有一键槽，所以直径应增大5%，考虑带轮的机构要求和轴的刚度，取装带轮处轴径，根据密封件的尺寸，选取装轴承处的轴径为。
1) 两轴承支点间的距离：
，
式中：，小齿轮齿宽，
　　　，箱体内壁与小齿轮端面的间隙，
　　　，箱体内壁与轴承端面的距离，
　　　，轴承宽度，选取30210圆锥滚子轴承，B=20mm
根据《设计基础》138页，解得，

2) 带轮对称线到轴承支点的距离：

式中：，轴承盖高度

ｔ，轴承盖凸缘厚度，ｔ=1.2d4=9.6mm，取10mm

设 计 及 说 明
结 果
，螺栓头端面至带轮端面的距离，
，轴承盖M8螺栓头的高度，查表可得k=5.3
，带轮宽度
解得，

（4）按弯扭合成应力校核轴的强度
① 轴的计算简图（见附图a）
② 计算作用在轴上的力
小齿轮受力分析
圆周力：
径向力：
③ 计算支反力
　　水平面：
　　垂直面：

得：
Q，传动带作用在轴上的压力，Ｑ=3378.6N

设 计 及 说 明
结 果
④ 作弯矩图
水平面弯矩：

垂直面弯矩：
合成弯矩：

⑤ 作转矩图　　　
当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数，则：

⑥ 按弯扭合成应力校核轴的强度
　　轴的材料是45号钢，调质处理，其拉伸强度极限，对称循环变应力时的许用应力。

设 计 及 说 明
结 果

由弯矩图可以知道，剖面的计算弯矩最大 ，该处的计算应力为：

D剖面的轴径最小，该处的计算应力为：

均满足强度要求。

2．低速轴的设计
⑴ 选择轴的材料：选择45号钢，正火，HBS=250
⑵ 初步估算轴的最小直径：取A0=110，

⑶ 轴的结构设计：

设 计 及 说 明
结 果
初定轴径及轴向尺寸：
考虑联轴器的结构要求及轴的刚度，所以直径应增大5%，，取装联轴器处轴。由工作情况查表19-1取联轴器工作情况系数Ka=1.5得 根据《机械设计课程设计》163页表18-1。弹性联轴器处轴径取50mm。安装长度L=112mm。
按轴的结构和强度要求选取轴承处的轴径d=60mm，初选轴承型号为30212圆锥滚子轴承。D=10，B=22。
考虑到要求箱体内壁平整，根据高速轴尺寸计算低速轴尺寸为：

联轴器配合对称线至轴承支点的距离

式中：，轴承盖的凸缘厚度，

，螺栓头端面至带轮端面的距离，10mm
，轴承盖M12螺栓头的高度，查表可得k=7.5
L，轴联器配合长度，
-
八、滚动轴承的选择和计算
减速器为斜齿圆柱齿轮,中等载荷冲击,轴向冲击小,刚性较好，转速不高，故选用圆锥滚子轴承,由轴的尺寸,初定高速轴轴承型号32208,低速轴上轴承型号32212
1．高速轴滚动轴承的选择和寿命计算
① 初步选取的轴承：30210圆锥滚子轴承（每根轴上安装一对）
Cr=72.2kN，Co=55.2kN

设 计 及 说 明
结 果
轴承A的径向载荷

轴承B的径向载荷：

②轴承寿命的校核

因两端选择同样尺寸的轴承，选轴承A的径向当量动载荷(=)为计算依据。
工作温度正常，查根据《机械设计课程》323页表18-8得，
按中等冲击载荷，查表18-9得，
按设计要求，轴承得寿命为：

则：
＞ 选取得轴承合适。

设 计 及 说 明
结 果

九、键联接的选择和强度校核
1．高速轴与V带轮用键联接
① 选用圆头普通平键（A型）
因该连接是轴端跟轮毂联接，故选用A型键
根据《机械设计基础》267页表14-1，轴径d=40mm，及带轮宽。
② 强度校核：
键的材料选为45号钢。因v<25m/s；V带轮材料为铸铁HT150。
根据《机械课程设计》267页表14-2，载荷轻微冲击，键联接得许用应力，键的工作长度
，
挤压应力

满足强度要求。

2．低速轴与齿轮用键联接
① 选用圆头头普通平键（A型）
轴径d=65mm，轮毂长。
② 强度校核

设 计 及 说 明
结 果
键材料选用45号钢，齿轮材料为45号钢，查表得许用应力，键的工作长度
，
挤压应力

满足强度要求。

3．低速轴与联轴器用键联接
（1）选圆头普通平键（A型）
轴径50mm，轮毂长100mm，
根据表13-1，选键B1480(GB/T1096-2003)
（2）强度校核
键材料用45号钢，查表得许用应力
键的工作长度，
拉压应力

满足强度要求。

十、联轴器得选择和计算
　　根据《机械设计基础》249页表19-1，电动机，转矩变化小，选取工作系数

　　根据工作条件，选用弹性联轴器，根据《机械设计基础课程设计》163页，许用转矩，许用转速；配合轴径

设 计 及 说 明
结 果
，配合长度L=100mm，
A型键。

十一、减速器的润滑方式，牌号及密封件
1. 齿轮传动的圆周速度

因为，所以采用浸油润滑；由表17-1，选用L－AN32全损耗系统用油（GB443-1989）,大齿轮浸入油中的深度大约1-2个齿，但不应少于10mm。

2．轴承润滑
因为v<12ms，采用脂润滑，由表14-2选用钙基润滑酯L－XAAMHA2(GB491-1987)，只需要填充轴承空间的1/2~1/3.并在轴承内侧设挡油环，使油池中的油不能浸入轴承稀释润滑酯。

十二、课程设计小结
终于完成了机械课程设计，感觉真的像老师之前说的，一个字累，两字还是累，因为真的是累到都不想说第二个累字了，不光是机械设计，我还夹杂了三门的辅修考试，这段日子真是晚睡早起，三天睡得没以前一天多，实在是受不了，所以当我完成了机械设计的图纸，心里真的相当有成就感， 想想这几天是怎么熬过来的，心里的真感慨万千，大概都没试过那么紧凑的生活，高三都没那么拼，人家只要画张图纸，我还要复习考试，我都觉得我快精神分裂，想把自己一分为二了。刚开始，看着人家的图纸，再看看自己雪白的图纸，恨不得把自己往上印，或者一觉睡醒，图纸已经完成了。
当然，这次的机械设计除了让我感到累以外，还是给我很大的收获的。
我们这次的参考资料主要是《机械设计基础》课本、《机械设计课程设计》。不过仅仅这几本还不够，比如在计算轴的受力图的时候，我们要回顾《工程力学》的知识，在查找偏差的时候，在这几本书没有找到我需要的，我会想起大一的《工程制图》。很多学科在这里汇合。
在设计过程中，深深地体会到什么是标准！基本上每一个细节都有标准。刚开始设计的时候，太多的标准，让我们查得晕晕的。有时候没查到就当做是没标准，当时我发现很多时候，不是没有，是你没有用心、细心、耐心地去找。
而且原来以为一个减速箱是很简单的东西，真正设计起来才发现，要考虑的东西原来是那么的多，那么多的细节，那么多的标准，那么多的参数，都无法想象那些大型机械究竟要考多少人的努力才能完成，中间要包含多少的汗水和细致。
完成这个机械设计，仅仅是一个入门，但已足够让我感受到其无限的魅力。

设 计 及 说 明
结 果

设 计 及 说 明
结 果