机械设计课程设计说明书一用于带式运输机上的两级圆柱齿轮减速器大学论文.doc

I
机械设计课程设计

机械设计课程设计说明书
设计内容——( )

专 业 ：
班 级 ：
姓 名 ：
学 号 ：
指导老师 ：

吕梁学院学院 矿业工程系
完成时间 ： 年 月 日
16

2013 级 机械设计制造及其自动化 专业
《机械设计课程设计》任务书
学生姓名： 班级： 学号：
一、设计题目：
设计一用于带式运输机上的两级圆柱齿轮减速器

二、给定数据及要求
已知条件：运输带工作拉力F= 12000 N；运输带工作速度v= 0.28 m/s（允许运输带速度误差为±5%）；滚筒直径D= 450 mm，滚筒长度L=800mm；两班制，连续单向运转，载荷轻微冲击；工作年限5年；环境最高温度350C；小批量生产。
三、 应完成的工作
1. 减速器装配图1张；
2. 零件工作图2—4张（从动轴、齿轮）；
3. 设计说明书1份。
系主任： 教研室负责人： 指导教师：

发题日期
完成日期

目 录
任务书
第一章 机械传动装置的总体设计
1.1 选择电动机
1.1.1 电动机类型的选择
1.1.2 电动机容量的选择
1.1.3 电动机转速的选择
1.2 传动比的分配
1.3传动系统的运动和动力参数计算
1.3.1各轴的转速、功率和扭矩计算
1.3.2各轴的运动参数表
第二章 V带传动的设计
2.1 V带的参数设计
2.2 V带的主要参数表
第三章 齿轮的设计
3.1齿轮传动设计
3.1.1齿轮参数设计
3.1.2齿轮的主要参数表
第四章 轴的设计（输入轴）
4.1高速轴（输入轴）的设计
4.1.1材料的选择和热处理
4.1.2估算轴的最小直径
4.1.3轴的结构设计并绘制结构草图
4.2低速轴（输出轴）的设计
4.2.1材料的选择和热处理
4.2.2轴的最小直径的确定
4.2.3轴的结构设计并绘制结构草图
4.4低速轴（输出轴）的校核
4.4.1大齿轮受力计算
4.4.2按扭转和弯曲组合变形条件进行校核计算
第五章 联轴器的选择
5.1.联轴器的选择和参数
第六章 键联接的选择和计算
6.1 键的选择和参数
第七章 滚动轴承的选择
7.1轴承的选择
第八章 箱体结构尺寸
8.1 箱体的结构尺寸
设计小结
参考文献
附表
附图

课程设计说明书
设计计算内容
结果
第一章 机械传动装置的总体设计
1.1选择电动机
计算滚筒的转速
带式输送机的传动方案示意图见设计任务书。
∵滚筒的直径和工作带的带速已知
∴滚筒转速计算如下：

1.1.1电动机类型的选择
因考虑带式输送机需要较大的转矩，而对转速要求不高，故选择电动机的步骤如下：
①选择电动机的类型
因考虑工作条件为空载启动、单向连续运转、载荷平稳，所以选择三相异步电动机，封闭自扇冷式结构，380，系列，同步转速确定为。（同步转速为1500或1000）
②计算传动装置的总效率（参考手册P187）
传动装置的结构简图如设计任务书图。
总效率的计算如下：

其中：——带的传动的效率（0.96）；
——一对滚动轴承的效率（0.99）；
——闭式齿轮传动效率；（0.98）
——弹性柱销联轴器的效率（0.995）；
——滚筒的效率（0.96）。
③确定所需电机的功率
＝ （kW）

－工作机实际需要的输入功率，kW，
－为工作机实际需要的电动机输入功率，kW。
滚筒的转速为：

设计计算内容
结果
④.确定电机的型号
所选电动机的额定功率应该等于或稍大于工作要求的功率。
因为滚筒的转速。
拟选择同步转速系列的电动机，由表12-1【2】 （[2]表示参考文献2，所使用机械设计课程设计手册）选择系列三相电动机 —— 型，其额定功率为 ,满载转速。
由表12-2、3、4、5【2】查得中心高H、轴伸尺寸E、键连接尺寸F。
注意：1、小带轮的半径应该小于中心高H；
2、小带轮的宽度应小于轴伸尺寸15～20mm，这就要求带的根数不能太大。一般A型带3～4根，B型带2～3根。预留15～20mm的空间是预留给拆卸带轮的扳手空间。参考手册P20图916－17。
3、键连接尺寸应该和高速轴键槽相应。

选4极或6极，1000或1500转的，并尽量选择1500转。

电机型号为：
— 型;
额定功率为:
;
满载转速：
。
中心高H＝ mm
轴伸尺寸E＝ mm
键连接尺寸F＝ mm。

设计计算内容
结果
1.2 传动比的分配
1.2.1总传动比的计算
＝
1.2.2各级传动比的分配
根据表2-2.1和各级传动间的尺寸协调、结构均匀，满足，所以带和减速器分配如下：
2～4，最大是7；3 ～5，最大为8，并且最好使得齿数互质。
1.3传动系统的运动和动力参数的计算
1.3.1各轴的转速计算
根据总的传动比及各级传动比的分配，计算各轴的转速如下：
电机：；
减速器高速轴：；
减速器低速轴：；
滚筒的转速：。
1.3.2各轴的输入功率和转矩
表3-1 各轴的输入功率和转矩

功率（KW）
转矩(N·M)
电机

＝
高速轴

低速轴

总传动比：
＝
各级传动比分配：

注意：
1、带设计好后，检验传动误差是否超标。否则，就要对初设传动比进行修正，主要是调整大小带轮直径。
2、齿轮设计完了后，检验总的传动误差是否超标（允许输送带速度误差为±5%）。
3、若提高传动装置精度，则需要在带设计完后进行本节计算。
4、功率和转矩的计算理论上是按照实际需要功率进行计算，但是实际生产和使用中，为了使所设计的传动装置具有一定的超载能力，此处按额定功率和额定转矩计算。

设计计算内容
结果
第二章 V带传动的设计
2.1 V带的参数设计
① 电机传动形式的选择
从传动的形式和经济效性考虑，确定由电动机传动带，所以带轮的小带轮转速。
② 计算功率并选取带型号
根据工况确定工况系数
∵工作班制为2班制
∴工作时间16小时
载荷平稳
根据表8-3[1]查得 ，故

根据＝ kW和小带轮转速＝ r/min，由图8-10[1]可知，工作点处于 型相邻区之间，可取 型和 型分别计算，最后择优选用。本设计为减少带的根数，现取 型带。
③ 确定带轮的基准直径与带速验算
根据所选电机的型号可知，电机中心高为 ，又传动比确定为 ，所以小带轮的直径取为 。
根据小带轮的直径，确定大带轮的直径，滑动率为0.015 [1]
∴大带轮的直径 [1] ＝
由表8-4 [1] 取 ＝ 。
此时从动轮实际转速
转速误差 <5%，合适。
根据公式：[1]
符合设计要求：
④ 初定中心矩
[2]
现根据结构要求，取 mm
⑤ 初算带的基准长度

＝
＝ mm
由表8－1[1]，选取带的基准长度 mm。
⑥ 实际中心矩和小带轮包角
中心矩可调整，则
＝ mm
小带轮包角：

＝
＝ ，大于1200，能满足要求。

⑦ 单根V带所能传递的功率和增量
根据＝ r/min和＝ mm查表8－2a[1]，用插值法求得＝ kW。
已知 型V带，小带轮转速 r/min，传动比 ，
查表8－2b[1]得：＝ kW。
⑧ 计算V带的根数
]
由表8－5[1]查得＝ ；由表8－6[1]查得＝ ，故

取z＝ 根。所采用得V带为 。
⑨ 作用在带轮轴上的力
由式（8－17）[1]求单根V带的张紧力

选择由电动机传动V带
参考教材P147例题1。
确定带的截型：
带的带型为 型

确定小带轮直径:
大带轮直径（半径一般小于减速器中心高）:
注意：因为整个传动装置允许的传动误差为5%，所以齿轮齿数圆整就要和此处能够相消一部分误差。
注意：若带速没有在此范围内，应重新进行设计。主要是调整带轮直径或者重新选择电动机或重新进行传动比的分配。

带传动的中心距为：

确定V带的根数：
Z＝
（A型带不多于4根，B型带不多于3根。）
V带型号：
（例如：B－1600×3）

设计计算内容
结果
[1] （式中q-V带每米的重量）
查表8－8[1] 得q＝ kg/m，故
∴
＝ N
所以作用在轴上的力为
＝ N
⑩ 带轮的结构和尺寸设计
小带轮的尺寸，基准直径为
参照表 以及表 电机的外型及安装尺寸可知：
型电机的基本尺寸为：
轴伸直径： ;
轴伸长度： ;
中心高： ;
所以小带轮的轴孔直径 ，毂长应小于 。
根据以上参数及表 ，确定小带轮的结构为辐板轮，轮槽尺寸及轮宽按表 计算，并参照图 Ⅴ带轮的典型结构，得到如图的简图。
其中小带轮的各尺寸如表4-1。
2.2V带的主要参数表
表4-1：小带轮的基本尺寸

大带轮的尺寸计算方法同小带轮：
大带轮的基准直径 。
其结构简图如图4-2。`大带轮的各尺寸如表4-2。
表4-2：大带轮的基本尺寸

带的张紧力F0：
F0= N

作用在轴上的力
＝ N

课程设计A必有带轮设计，课程设计B，可没有此项设计。
小带轮的基本尺寸：
如表4-1、图4-1。

参考教材141－P143图表。

大带轮的基本尺寸：
如表4-2、图4-2。

设计计算内容
结果
第三章 齿轮的设计
3.1齿轮的参数设计
①选择齿轮材料、确定许用接触应力
根据工作要求，采用齿面硬度≤350HBS。
小齿轮选用45钢，调质，硬度为260HBS；
小齿轮选用45钢，调质，硬度为220HBS；
由表9－5[1]的公式，可确定许用接触应力：
小齿轮＝380＋0.7HBS＝380＋0.7×260＝562MPa
大齿轮＝380＋0.7HBS＝380＋0.7×220＝534MPa
②选择齿数和齿宽系数
由于减速器是闭式传动，可选取 ＝ ,考虑加工和制造方便，取齿宽系数＝ 。
① 确定载荷系数
因齿轮相对轴承对称布置，且载荷角平稳，故取＝ 。
② 计算中心距
＝ ＝ mm
③ 选择齿数并确定模数
取＝（20，40），则＝ ＝ 。与互质。
＝ ＝ mm
取标准模数（表9－1[1]），＝ mm。
④ 齿轮几何尺寸计算小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径

大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径

中心距：＝ ＝ mm
大齿轮宽度＝ ＝ mm
硬度可调

注意：
1、所选取模数必须大于计算模数，若想调小模数，需要对之前的设计数据进行调整。
2、当为小数时，尽量取偶数。
3、
＝ mm
＝ mm
＝ mm
＝ mm
＝ mm
＝ mm

＝ mm
＝ mm
圆整为整数

设计计算内容
结果
小齿轮宽度 因小齿轮齿面硬度高，为补偿装配误差，避免工作时在大齿轮齿面上造成压痕，一般应比宽些，取
＝ ＋5＝ mm
⑤ 确定齿轮精度等级 齿轮圆周速度
＝
或 ＝
根据工作要求和圆周速度，由表9-3[1]选用 级精度。
⑥ 齿轮弯曲强度验算
△1、确定许用弯曲应力
根据表9-7【1】查得

△ 2、查齿形系数，比较
小齿轮＝ ，由表9-6[1]查得＝ ；
小齿轮＝ ，由表9-6[1]查得＝ 。
＝ ＝
＝ ＝
因 ，所以应验算 齿轮。
△3、验算弯曲应力 计算时应以齿宽带入，则
＝ ＝ MPa<192 MPa，安全。
或 ＝ ＝ MPa<184 MPa，安全。
齿轮精度等级：

经强度校验，齿轮轮齿满足弯曲强度要求。
齿轮机构见手册P163表11-6

设计计算内容
结果
第四章 轴的设计
4.1减速器高速轴的设计
①选取轴的材料
因为该轴无特殊要求且精度要求较，所以选取45钢， （热处理），由表12-2[1]查得＝
②估算最小轴径
按扭转强度式估算最小轴径

由于V带轮配合段直径处有一键槽，应增大3%
按轴的标准调整 ＝
③高速轴的结构设计、受力分析及强度校验
根据带轮的大小，初选轴承为62 型，则高速轴基本尺寸如图4-3所示：

按照以上的轴的结构，画出轴的计算简化式：
如图4-4所示：

①由齿轮径向力和带压轴力引起的垂直面弯矩图

②由齿轮圆周力引起的水平面弯矩图

③轴的扭矩图

1、低速轴6段，高速轴5段即可。
2、进行轴的设计必须先计算部分箱体主要结构尺寸（铸造）（说明书附表）（手册P158表11-1、2、3、4、5）3、在估算最小轴径后，为确定轴向尺寸，一般在此时需要初绘装配底图1（P205图16-4，中心线，→）

设计计算内容
结果
④合成弯矩图

⑤当量弯矩图

确定危险截面，根据当量弯矩图，弯矩的危险截面位于图中弯矩最大处。

设计计算内容
结果
由表 查得

根据高速轴的结构简图可知，该齿轮轴中齿轮的齿根圆直径为 ，满足要求。
4.2低速轴的结构设计、受力分析及强度校验（略）
（课程设计A必须有此项设计。课程设计B可省略此项设计）
第五章 联轴器的选择
根据低速轴的扭矩要求，查表 可知，选择联轴器为HL3型弹性柱销联轴器，其基本尺寸如下：
第六章 键的选择与校核
∵
∴键选为A型圆头普通平键
①大带轮与高速轴连接键：
因轴径d为 ，所以查表7-2[1]的键的基本尺寸为：

（其中，可比轴上零件的轮毂短些。）
根据轴的尺寸和齿轮材料为钢材，按轻微冲击载荷，查表7-3[1]得＝ 。
键连接挤压强度校核：
≤
键连接的剪切强度校核：
＝ ≤
∴ 键的强度足够，键连接安全。
②大齿轮与低速轴连接键：（同上）
③小带轮与电机轴连接键：（同上）
④低速轴与联轴器连接键：（同上）
第七章 滚动轴承的选择
由于
高速轴选用深沟球轴承
低速轴选用深沟球轴承
经过有关计算，高速轴满足要求。
经过有关计算，低速轴满足要求。
联轴器的选择：
低速齿轮键的选择：
A型圆头普通平键，
标记示例：
GB/T 1096 键16×10×100

设计计算内容
结果
5 其他零件设计
5-1 箱体及其配套零件设计
根据低速轴的上的转矩，确定箱体及配套零件如下表：
表5-1圆柱齿轮减速器铸铁箱体的结构尺寸
名称
符号
设计选用值
下箱座壁厚

上箱座壁厚

下箱座上部凸缘厚度

上箱盖凸缘厚度
b1

地脚螺栓底脚厚度

箱座上的肋厚

箱盖上的肋厚

单级圆柱齿轮减速器中心距

地脚螺栓直径

Mm安装地脚螺栓孔径

地脚凸缘上的沉头座直径

地脚凸缘尺寸（扳手空间）

地脚螺栓数目

轴承旁的联接螺栓直径
d1

安装轴承旁的联接螺栓孔径

轴承旁凸台上的沉头座直径

轴承旁凸台的凸缘尺寸（扳手空间）
c1

c2

上下箱联接螺栓直径
d2

设计计算内容
结果
续表5-1圆柱齿轮减速器铸铁箱体的结构尺寸
安装上下箱联接螺栓的孔径

上下箱凸缘上的沉头座直径

上下箱联接螺栓处的的凸缘尺寸（扳手空间）

检查孔盖螺钉直径

检查孔盖螺钉数目

圆锥定位销直径

圆锥定位销数目

轴承盖螺钉直径

轴承座外径

mm
轴承旁凸台高度

mm
轴承旁凸台半径

轴承旁联接螺栓的距离

mm
箱体外壁至轴承座端面的距离

mm
轴承座孔长度

mm
大齿轮顶圆与箱体内壁间的距离

mm
齿轮端面与箱体壁间的距离

mm

参考文献
[1] —《机械设计》，第七版；陈云飞，卢玉明编，高等教育出版社，2008.05
[2] —《机械设计基础课程设计手册》，第3版；吴宗泽，罗圣国主编，高等教育出版社，2006.05

附录
附表1 第一章 各轴的运动参数表
轴名
功率
转矩

转速
电机轴

1

2

3

滚筒轴

附表2 第二章 V带传动的主要参数表
带型
带轮基准直径(mm)
传动比
基准长度(mm)
A

中心距（mm）
根数
初拉力(N)
压轴力(N)

附表3第三章 齿轮的主要参数表
序号
名称
符号
计算公式及参数选择
1
模数

2
螺旋角

3
分度圆直径

4
齿顶高

5
齿根高

6
全齿高
h

7
顶隙

8
齿顶圆直径

9
齿根圆直径

10
中心距

附表4 第八章 箱体的结构尺寸表
代号
名称
设计计算
结果

箱座壁厚

箱盖壁厚

箱座分箱面凸缘厚

箱盖分箱面凸缘厚

箱座底凸缘厚

箱座加强肋厚

箱盖加强肋厚

轴承盖外径

轴承螺栓的凸台高

地脚螺栓

轴承旁螺栓

联结分箱面的螺栓

轴承盖螺钉

检查孔螺钉

定位销直径

地脚螺栓数目

、、至外箱壁距离

、至凸缘壁距离

轴承座孔外端面至箱外壁的距离

大齿轮顶圆与箱体内壁的距离

齿轮端面与箱体内壁的距离

箱座的深度