机械设计基础专业课程设计完整版.doc

机械设计基本课程设计
计算阐明书

设计题目：用于链式运送机一级圆柱齿轮减速器设计

学院：中华人民共和国人民解放军海军航空大学
专业：兵器工程（143071）
学号：3071022
设计者：吕峰 张培尧
指引教师：王燕铭
完毕日期：7月15日

目 录

一、 传动方案拟定
二、 电动机选取
2.1 电动机类型和构造形式选取
2.2 拟定电动机功率
2.3 拟定电动机型号
三、传动装置总传动比计算及各级传动比分派
3.1 计算总传动比
3.2 分派各级传动比
四、传动装置运动及动力参数计算
4.1 计算各轴转速
4.2 计算各轴功率
4.3 计算各轴转矩
五、减速器外传动零件设计——链传动设计计算
5.1 拟定计算功率
5.2 拟定链轮齿数
5.3 拟定链条节数
5.4 拟定链条型号
5.5 拟定实际中心距
5.6 计算链速
5.7作用在轴上压力
六、减速器内传动零件设计——齿轮传动设计计算
6.1 选定齿轮类型、精度级别、材料及齿数
6.2 拟定齿轮许用应力
6.3 按齿轮弯曲强度设计计算
6.4 验算齿面接触强度
6.5 齿轮圆周速度
七、轴设计计算及强度校核
7.1 轴选材及其许用应力拟定
7.2 轴初步设计
7.3 联轴器选取
7.4 轴承选取
7.5 大齿轮轴强度校核
7.6 小齿轮轴强度校核
八、键强度校核
8.1 输入轴伸出段固定带轮键
8.2大齿轮处键
8.3小齿轮处键
九、减速器箱体设计
9.1箱体主体构造设计基本规定
9.2 箱体附件构造设计规定
十、减速器润滑
10.1 齿轮润滑
10.2 轴承润滑
十一、设计小结
十二、参照资料

设计任务书

学生姓名：吕峰 张培尧 学号： 专业：兵器工程
指引教师：王燕铭

题目：用于链式运送机一级圆柱减速器设计
1. 设计项目：用于链式运送机一级圆柱齿轮减速器。其传动简图如图1所示

图1 链式运送机一级圆柱齿轮减速器
2. 工作条件：运送机持续工作，单向运转，载荷变化较小，空载启动，每天三班制工作，有效期限5年，每年按300个工作日计算，小批量生产。运送带速度容许误差±5%。
3. 原始数据：带曳引力F=N，运送带工作速度v=2.5m/s，传动滚筒直径D=450mm。
4. 设计任务：（1）设计内容：①电动机选型；②链传动设计；③减速器设计；
④ 联轴器选型。
（2）设计工作量：①减速器装配工作图1张（A1幅画）；②零件工作图1~3张（A3或A4幅画）；③设计计算阐明书1份。
5. 设计规定：（1）减速器中齿轮设计成：直齿轮。
（2）减速器中齿轮设计成：原则齿轮。
6. 设计期限：7月3日至7月16日

计算及阐明
重要成果
一、 传动方案拟定
传动装置选用链传动和闭式一级圆柱齿轮传动系统，具备构造简朴、制导致本低特点。链传动没有弹性滑动和打滑，能保持精确平均传动比；需要张紧力小，作用在轴上压力也小，可减小轴承摩擦损失；构造紧凑；能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。本方案中，链寿命较短，且工作环境较为适当，故在尺寸规定不高，环境条件容许状况下，可以采用本方案。
二、 电动机选取
2.1 电动机类型和构造形式选取
按照已知动力源和工作条件选用Y系列三相异步电动机。
2.2 拟定电机功率
1）传动装置总效率
查表得：=0.92（滚子链），=0.99（一对滚动轴承），=0.97（7级精度）。
==0.92**0.97=0.848
2）工作机所需电动机功率，由公式可得：
===5.9kW
2.3 拟定电动机型号 滚筒工作转速
===106r/min
按表推荐传动比惯用范畴，取链传动比=2~4，一级圆柱齿轮传动比=3~5，则总传动比范畴为=6~20。因而，电动机转速可选范畴为
=i*=（6~20）*106=636~2120r/min
符合这一范畴电动机同步转速有1000r/min、1500r/min。查表选取电动机型号Y160M-6。其满载转速r/min，额定功率kW。查表得：
电动机机座中心高H=160mm；
电动机伸出端直径D=42mm；
电动机伸出端长度E=110mm。
三、 传动装置总传动比计算及各级传动比分派
3.1 计算总传动比
===9.15

=0.848

=5.9Kw

=106r/min

电动机选用Y160M-6
H=160mm
D=42mm
E=110mm

=9.15

计算及阐明
重要成果
3.2 分派各级传动比
查表可得，链传动比取为=2.8，则圆柱齿轮传动比
===3.15
四、 传动装置运动及动力参数计算
4.1 计算各轴转速
==970r/min
===304.76r/min
===108.84r/min
4.2 计算各轴功率
==5.9kW
==5.9*0.92=5.43kW
=**=5.43*0.99*0.97=5.21kW
4.3 计算各轴转矩

各轴运动及动力参数列于表1
表1 各轴运动及动力参数
轴名
功率P（kW）
转速n(r/min)
转矩T（N）
传动比i
效率
0
5.9
970
58.7
2.8
0.92
I
5.43
304.76
170.2
3.15
0.97
II
5.21
108.84
457.1
五、 减速器外传动零件设计——链传动设计计算
5.1拟定计算功率
由积极机为电动机，中档冲击，查表得工况系数，,选用单排链，查表得,则

=2.8
=3.15

=970r/min
=304.76r/min
=108.84r/min

=5.9kW
=5.43kW
=5.21kW

=

=

=

计算及阐明
重要成果

5.2 拟定链轮齿数
由传动比2.8，查表得。大链轮齿数，取实际传动比i=,误差不大于5%，故容许。
5.3 拟定链条节数
初定中心距,得
=2++()²=130
5.4 拟定链条型号
由、r/min，查图得，取12A链条可满足规定，查表得链节距p=19.05mm。
5.5 拟定实际中心距
中心距设计为可调节，依照之前计算成果，可取：
a≈=40p=40*19.05=762mm
5.6 计算链速

符合设计规定
5.7 作用在轴上压力
取=1.2F，有
=1.2F=1.2*1000*=1.2*1000*=3698.564N
六、 减速器内传动零件设计——齿轮传动设计计算
6.1 选定齿轮类型、精度级别、材料及齿数
1）按传动方案选用直齿原则圆柱齿轮传动，压力角α=20°；
2） 链式运送机为普通工作机器，速度、精度规定不高，故齿轮选用8级精度；
3）材料选用，查表可得，大小齿轮均使用45钢，表面淬火解决，齿面硬度为40~50HRC；
4）选取小齿轮齿数=25，大齿轮齿数=*=3.15*25=78.25，取=78;
5）齿数比u===3.12
6.2 拟定齿轮许用应力
1） 大小齿轮均采用45钢，表面淬火解决，则=1135MPa，=445MPa；

=7.75404kW

=130

选用12A链条

v=2.5158m/s

=3698.564N

压力角α=20°
齿轮8级精度

=25，=78

u=3.12

=1135MPa
=445MPa

计算及阐明
重要成果
2） 由表可得，取=1.25，=1，取=189.8，则有
[]=[]===356MPa
[]=[]===1135MPa
6.3 按齿轮弯曲强度设计计算
1）依照之前设计规定，齿轮按8级精度制造。取载荷系数K=1.3，齿宽系数=0.7；
2）小齿轮上转矩=9.55**=5.87*
查图可得，
==0.0122
==0.0109
法向模数 m≥==1.62mm
取m=2.5mm，则
=m=62.5mm
=m=195mm
==43.75mm
u=3.12
取=30mm
6.4 验算齿面接触强度
由公式可得=2.5
=189.8，K=1.3
=2.5=2.5*189.8=515.28MPa＜[]
因此安全
6.5 齿轮圆周速度
v===3.17m/s
选取8级制造精度适当。
七、轴设计计算及强度校核
7.1 轴选料及其许用应力拟定
因减速器整体传递功率不大，并对质量及构造尺寸无特殊规定，因此初选轴材料为45钢，调质解决。查表得：轴材料硬度为217~255HBW，抗拉强

[]=[]= 356MPa

[]=[]=1135MPHa

=5.87*

m=2.5mm
=62.5mm
=195mm
=43.75mm

=30mm

=515.28MPa

计算及阐明
重要成果
度极限=640MPa，屈服强度极限=355MPa，弯曲疲劳极限=275MPa，剪切疲劳极限=155MPa，许用弯曲应力[]=60MPa。
7.2 轴初步设计
1）高速轴最小直径
单级齿轮减速器高速轴为转轴，输入端与大带轮相连接，因此输入端轴径应最小。查表可得，取C=113，则
=C=113*20.627
=20.627*(1+5%)=21.658
取=25mm。
2）低速轴最小直径
低速轴输出端与联轴器相连，因此低速轴输出端轴径应最大，查表可得，取C=113，则
=C=113*=29.5
=29.5*(1+5%)=30.98
取=35mm。
7.3 联轴器选取
联轴器类型：选用刚性联轴器
查表可得，对于工作机为运送机，原动机为电动机，取工作状况系数=1.3 ，
=58.7*1.3=76.31
由上述条件可得，依照查表，选取联轴器型号GY3.
7.4 轴承选取
1）6206AC型轴承
拟定基本额定动载荷，=14000N，
球轴承
查表可得，取=1，=1.3，n=970r/min
解得=*()³=21717h＞预期寿命=8*300*5=1
因此选取6206AC型轴承适当。
2）6308AC型轴承
拟定基本额定动载荷，=40800N，
球轴承
查表可得，取=1，=1.3， =108.84r/min
解得=*()³=10977h＜预期寿命=1

=25mm

=35mm

选取6206AC型轴承

计算及阐明
重要成果
由于此处计算是极限条件下使用寿命，普通不会发生，略不大于可以正常使用，故选取6308AC型轴承适当。
7.5 大齿轮轴强度校核
1）大齿轮轴各段长度

由联轴器孔径尺寸可得，轴径==40mm；
；
；
=9mm；
50mm；
=5mm；

95mm；

2）大齿轮轴强度校核
==3047.4N

水平面内支反力及弯矩：

垂直面内支反力及弯矩：

·m

选取6308AC型轴承

==40mm

=9mm
50mm =5mm

95mm

计算及阐明
重要成果

高速轴
M

总弯矩：
按弯扭合成强度校核：

符合规定
7.6 小齿轮轴强度校核
1）小齿轮轴各段长度

由联轴器孔径尺寸可得，轴径=25mm；
；
；

；
；

=25mm

计算及阐明
重要成果

；
；

2）小齿轮轴强度校核

水平面内支反力及弯矩：

垂直面内支反力及弯矩：

总弯矩：
按弯扭合成强度校核：

符合规定

计算及阐明
重要成果
八、键强度校核
8.1 输入轴伸出段固定链轮键(10×8×35)mm
链轮轮毂为铸铁材料，键承受轻微冲击。
=-=35-10=25mm
=35mm T1=58.7
===33.5Mpa＜[]=50~60Mpa
该键挤压强度满足规定。
8.2 大齿轮处键(14×9×45)mm
大齿轮轮毂为钢材，键承受轻微冲击。
=-=45-14=31mm
=45mm T2=170.2N·m
===54.2Mpa＜[]=100~120Mpa
该键挤压强度满足规定。
8.3 小齿轮处键(10×8×35)mm
小齿轮轮毂为钢材，键承受轻微冲击。
=-=35-10=25mm
=35mm T1=58.7　　
===33.5Mpa＜[]=100~120Mpa
该键挤压强度满足规定
九、减速器箱体设计
9.1箱体主体构造设计基本规定
1）箱体要有足够刚度
（1）采用锻造办法制造减速器，考虑到安装以便，采用剖分式构造，使剖分面通过轴心线。
（2）保证足够壁厚，为保证箱体支撑刚度，轴承座上应有足够厚度，并设立加强肋，在此选用外肋构造。
（3）为提高轴承座处联接刚度，座孔两侧连接螺栓应尽量接近轴承，为此轴承座附近做出凸台，有一定高度以留出足够扳手空间，但不超过轴承座外圆。
2）箱体设计要满足客户需求
减速器重要是面向客户使用，应当满足性价比高，可靠性高特点，还应依照客户需求设计箱体形状，材料等
3）箱体构造要有良好工艺性
采用锻造箱体，应特别考虑到锻造工艺规定。
如壁厚应均匀，过渡平缓，外形简朴，考虑到金属流动性，避免缩孔、气孔浮现，壁厚规定 10，锻造圆角规定 ，还要考虑到箱体沿起模方向应有1：20起模斜度，以以便起模。

=33.5Mpa

=54.2Mpa

=33.5Mpa

计算及阐明
重要成果
（1）设计箱体构造形状时还应尽量减小机械加工面积，减少工件和刀锯调节次数；
（2）保证同一轴心线上两轴承座孔直径应尽量一致，以便镗孔并保证镗孔精度；
（3）各轴承座外端面应位于同一平面，箱体两侧应对称，便于加工检查；
（4）螺栓头部或螺母接触处做出沉头座坑，以减少加工面积；
（5）螺纹连接处留出足够扳手空间
总之构造设计要满足连接和装配两个方面规定，在此基本上，箱体形状力求均匀、美观。
9.2 箱体附件构造设计规定
1）凸台
为保证剖分式箱体轴承座孔加工与装配精度，在箱体联接凸台长度方向两端各设一圆锥定位销。两销间距离尽量远，以提高定位精度。定位销直径普通取 ，长度应不不大于箱盖和箱座联接凸台总厚度，以利于装拆。
2）吊钩
为调运整台减速器，在箱座两端凸台下面直接铸出吊钩。
3）油标
油标设计重要以以便装拆为设计准则，使箱座油标倾斜位置便于加工和使用即可。油标作用是保持向内正常油量。在此选用带有螺纹杆式油标。最低油面为传动零件正常运转时所需油面，最高油面为油面静止时高度；
4）窥视孔
窥视孔设计应保证可以看到两齿轮啮合点，以便观测工与否正常。还要考虑窥视孔盖高度合理性。
5）通气器
（1）功能概述
通气器重要作用为减少箱体内压力，自由排气，保证减速器正常工作。减速器运转时，由于摩擦发热，箱内温度升高、气体膨胀，压力增大，对减速器密封极为不利，因而在箱盖顶部窥视孔盖上设立通气器，使箱体内热胀气体自由排出，以保证箱体内外压力相等，提高箱体油缝隙处密封性能。
（2）装置类型选取
在此选用简朴通气器即可。特别注意通气孔不能直通顶端，以避免灰尘侵入。此类通气器构造简朴，合用于比较清洁场合。
6）放油孔及螺栓
（1）功能概述
为将污油排放干净，应在油池最低位置处设立防油孔，这样才可以将废油及污垢尽。平时放油孔用螺塞及封油垫圈密封。
（2）装置组件选取
在此采用纸制封油圈，材料为石棉橡胶纸；螺塞直径约为箱体壁厚2-3倍即可。

计算及阐明
重要成果
7）油面批示器
（1）功能概述
箱体设计中，考虑到齿轮需要一定量润滑油，为批示减速器内油面高度，保持箱内正常油量，应在便于观测和利于油面稳定设立油面批示器。
（2）装置类型选取
在此选用带有螺纹杆式油标。
应使箱座油标倾斜位置便于加工和使用。油标插座位置及角度既要避免箱体内润滑油溢出，又要便于油标插取及插座上沉头座孔加工。最低油面为传动零件正常运转时所需油面，最高油面为油面静止时高度。游标位置不能过低，油标内杆与箱体内壁交点应高于油面即可。
十、减速器润滑
10.1 齿轮润滑
由于齿轮圆周速度
v===3.17m/s＜12m/s
故齿轮采用油池浸油润滑，查表可得，选用L-CKC150润滑油，大齿轮浸油深度约为12mm。
10.2 轴承润滑
依照该减速器设计规定及工作环境，以及有关齿轮圆周速度，根据经济实惠，性价比高，稳定性强，滴点相对较高，客户易得原则，轴承选取使用润滑脂润滑，查表可得，选取4号钙基润滑脂。
十一、设计小结
本次课程设计是由吕峰和张培尧合伙完毕，在这次减速器设计过程中，咱们第一次完毕了从头至尾、从无到有设计。咱们二人互相配合，互相协助，从最开始数据计算，核对计算成果，绘制草图，拟定最后方案，到通过SolidWorks设计各个零件，形成建模，完毕装配，，渲染效果，制作动画，到最后制作设计阐明书，在这个过程中每一步咱们都经历了不同困难、遇到了大量问题。例如，进行零件强度校核时候，大量数学公式让咱们晕头转向；拟定最后设计方案时，由于意见不同，产生分歧，咱们甚至发生了争执；在用电脑绘制工程图过程中，咱们又发现了诸多本来设计不合理，通过一番讨论，还要返工修改。在遇到问题，解决问题过程中，咱们始终坚信最后成功是属于咱们，即便困难再大，咱们也没有放弃，在合伙过程中，咱们互相信任，互相理解，增进了战友之情，加深了同袍之谊。最后在咱们通力合伙下，完整设计呈当前咱们眼前，固然，这其中，教员勉励和指引对咱们起到了至关重要作用，咱们很感激对方付出，也很感激她人协助。
整体而言，通过这次机械设计基本课程设计，咱们均提高了自己能力，也体会到了作为一名工程师不易和辛苦，时值盛夏，最初两天咱们在没有空调房间里汗流浃背，虽然之后更换教室，但每天大强度，高负荷工作依然让人身心俱疲。

齿轮采用油池浸油润滑

轴承采用润滑脂润滑

计算及阐明
重要成果
但是，在整个实验过程中，咱们也是收获颇丰，同步，对机械设计这门严谨课程有了新结识，哪怕是一颗螺丝，也有相应设计规范，这就对咱们规定提高了一种级别，培养了咱们严谨谨慎设计风格。固然，也正是这些东西，让咱们获得了巨大进步，将理论转换为实践，获得了质奔腾。
总之，这次课程设计让咱们感触良多，收获颇丰。存在局限性之处，还请教员批评改正，咱们一定虚心接受，努力改正。
十二、参照资料
[1] 傅燕鸣主编.机械设计课程设计手册.2版.上海：上海科学技术出版社，
[2] 杨可桢，程光蕴，李仲生，钱瑞明主编.机械设计基本.6版.北京：高等教诲出版社，
[3] 朱文坚，黄平，翟敬梅主编.机械设计课程设计.3版.北京：清华大学出版社，
[4] 张春红，郭磊主编.SolidWorks产品造型设计案例精解.1版.北京：电子工业出版社，