机械设计基础专业课程设计范文.doc

机械设计基本课程设计
计算阐明书

设计题目：一级圆柱齿轮减速器
学院：材料学院
班级：冶金0901
学号：
设计者： 夏裕翔
指引教师：姜勇
日期： 7月

目录

一．设计任务书……………………………………………………………………………3
二．传动系统方案拟定………………………………………………………………3
三．电动机选取…………………………………………………………………………3
四．传动比分派…………………………………………………………………………4
五．传动系统运动和动力参数计算……………………………………………5六．传动零件设计计算………………………………………………………………6
七．减速器轴设计………………………………………………………………………11
八．轴承选取与校核…………………………………………………………………18
九．键选取与校核………………………………………………………………………19
十．联轴器选取…………………………………………………………………………22
十一．减速器润滑方式，润滑剂及密封装置…………………………………22
十二．箱体构造设计…………………………………………………………………23
十三．参照文献……………………………………………………………………………26

计算及阐明 成果

一、设计任务书
1、设计任务
设计带式输送机传动系统，采用带传动和一级圆柱齿轮减速器。
2、 原始数据
输送带轴所需扭矩 =1050Nm
输送带工作速度 =0.8m/s
输送带滚筒直径 =380mm
减速器设计寿命为8年（两班制），大修期限四年。
3、 工作条件
两班制工作，空载起动载荷平稳，常温下持续（单向）运转，工作环境
多尘；三相交流电源，电压为380/220V。
二、 传动系统方案拟定
带式输送机传动系统方案如图所示：（画方案图）
带式输送机由电动机驱动。电动机1将动力传到带传动2，再由带传动传入
一级减速器3，再经联轴器4将动力传至输送机滚筒5，带动输送带6工作
。传动系统中采用带传动及一级圆柱齿轮减速器，采用直齿圆柱齿轮传动。
三、 电动机选取
按设计规定及工作条件选用Y系列三相异步电动机，卧式封闭构造，电压
380V。
1、电动机功率
依照已知条件由计算得知工作机所需有效效率

设：η1—联轴器效率=0.97；
η2—闭式圆柱齿轮传动效率=0.99
η3—V带传动效率=0.96
η4—对轴承效率=0.99
η5—输送机滚筒效率=0.96
由电动机至运送带传动总效率为

工作机所需电动机总功率

由表所列Y系列三相异步电动机技术数据中可以拟定，满足Pm≥Pr条件
电动机额定功率Pm应取为5.5KW

计算及阐明 成果

2、电动机转速选取
依照已知条件由计算得知输送机滚筒工作转速

额定功率相似同类型电动机，可以有几种转速供选取，如三相异步电动
机就有四种惯用同步转速，即、、、
。（电动机空载时才也许达到同步转速，负载时转速都低于同步
转速）。电动机转速高，极对数少（相应电动机定子绕组极对数为2、
4、6、8），尺寸和质量小，价格也便宜，但会使传动装置传动比加大，结
构尺寸偏大，成本也会变高。若选用低转速电动机则相反。普通来说，如
无特殊规定，普通选用同步转速为或电动机。
选用同步转速为 电动机，相应于额定功率Pm为5.5KW电
动机型号应为Y132M2-6型。关于技术算据及相应算得总传动比为：
电动机型号：Y132M2-6
额定功率：5.5KW
同步转速：1000r/min
满载转速：960r/min
总传动比：23.863
电动机中心高H=132mm，轴伸出某些用于装联轴器段直径和长度分别为
D=38mm和E=80mm。
四、 传动比分派
带式输送机传动系统总传动比

由传动系统方案，分派各级传动比

五、传动系统运动和动力参数计算
传动装置从电动机到工作机有三轴，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ轴，传动系统各轴
转速、功率和转矩计算如下：
①Ⅰ轴（电动机轴）：

计算及阐明 成果

②Ⅱ轴（减速器高速轴）

③Ⅲ轴（减速器低速轴）

④Ⅳ轴（输送机滚筒轴）

计算及阐明 成果

将计算成果和传动比及传动效率汇总如表1－1

轴号
电动机
带传动
圆柱齿轮传动
工作机

Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
Ⅳ轴
转速
n(r/min)

960

192

40.23

40.23

功率P

5.15

4.944

4.846

4.65
(kw)

转矩T

51.23

245.91

1150.37

1103.84
(Nm)

传动比i

5

4.7726

1
传动效率η

0.96

0.9801

0.9603

六、传动零件设计计算
传动装置中除减速器外，普通先设计减速器外部传动零件。
1、V带传动
已知条件：原动机种类和所需传递功率（或转矩）、转速、传动比、工作条件
和尺寸限制等。
设计计算重要内容：拟定带种类、选取带型号、选取小带轮直径、大带轮直径、
中心距、带长度、带根数、初拉力F0和作用在轴上载荷FQ。
①计算功率Pc
由表8-3查得=1.2,故

②选用V带型号
依照Pc=6.6KW和小带轮转速,由图8-10可知，工作点处在B、C
型相邻区之间，可取B型和C型分别计算，最后择优选用。现取B型带。
③小轮基准直径和大轮基准直径

计算及阐明 成果

但愿构造紧凑，由表6-4并参照表8-2a，取=140mm，选用，则大轮
基准直径

由表6-4取=710mm。此时从动轮实际转速

转速误差 适当
④验算带速
适当
⑤初定中心距
因

先依照构造规定，取=800mm。
⑥初算带基准长度L0

由表8-1，选用带基准长度Ld=3150mm。
⑦实际中心距
中心距a可调节，则

计算及阐明 成果

⑧小带轮包角

，能满足规定。
⑨单根V带所能传递功率
依照和查表8-2a，用插值法求得Po=2.1KW。
⑩单根V带传递功率增量
已知B型V带，小带轮转速，传动比

查表8-2b得：=0.29KW。
⑪计算V带根数

由表8-5查得Kα=0.90；由表8-6查得KL=1.07，故

取z=3根。所采用V带为B-3150×3
⑫作用在带轮轴上力
由式（8-17）求单根V带张紧力

查表8-8得 故

计算及阐明 成果

因此作用在轴上力为

2、齿轮设计
㈠ 齿根弯曲强度计算
① 拟定作用在小齿轮上转矩T1

② 选取齿轮材料、拟定许用弯曲应力， 依照工作规定，采用齿面硬度
＞350HBS。
小齿轮选用合金钢，渗碳淬火为60HRC；
大齿轮选用碳素钢，表面淬火50HRC。
大齿轮=23HRC=1380MPa
小齿轮=500+11HRC=1050MPa
③ 选取齿宽系数：查书P185得=0.4。
④ 拟定载荷系数K ：查书P183得K=1.8
⑤ 计算中心距a

⑥ 选取齿数并拟定模数 取

取原则模数（表9-1），
⑦ 齿轮几何尺寸计算
小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径

计算及阐明 成果

大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径

中心距

大齿轮宽度

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
轮齿面上导致压痕，普通比宽些，取

⑧ 拟定齿轮精度级别 齿轮圆周速度

依照工作规定及圆周速度，由书P172表9-3选用8级精度。
㈡ 轮齿接触强度验算
① 拟定许用接触应力 依照表9-5查得
=500-11HRC=1050MPa
=1423HRC=1380MPa
② 验算弯曲应力

σH1=969.4Mpa＜
σH2=467.8Mpa＜ ，安全。

计算及阐明

七、减速器轴设计

1、减速器高速轴设计

（1）轴材料及热解决：选用45钢，正火解决，由书P259表12-1得：
毛坯直径≤100mm，硬度≤241HBS,抗拉强度MPa,屈服强
度MPa,弯曲疲劳极限MPa
（2）初算轴最小直径，并进行初步构造设计：
由书P261表12-2查得C=118~107。

取 =32mm，,最小直径还要符合相配零件孔径（此处是V
带轮）原则尺寸，在此处开一键槽，因此d=1.03×32mm=32.96mm，
取d=33mm。

（3）拟定轴各段直径：采用阶梯轴，尺寸按由小到大，由两端到中
央顺序拟定
A．外伸端（与V带轮相连）：取最小直径=40mm；
B．V带轮定位轴肩高H=0.08=3.2mm,故=+2H=46.4mm；
C．安装两滚动轴承处轴颈直径为=50mm；
D．要固定齿轮，需要安装一种套筒，取内径，外
径为60mm；
E．为便于齿轮安装，取齿轮轮毂与轴配合处直径d5=d3+2=52mm；

计算及阐明

取60mm。
F．考虑轴承固定规定，取轴环直径；
G．。
（4）选取轴承类型：
由上述一系列直径，查手册P66表6-1得：轴承代号为6310。,
基本尺寸d=50mm,D=110mm，B=27mm。
安装尺寸。
基本额定动载荷，基本额定静载荷
（5）轴承盖设计：
带有密封件轴承盖，轴承外径D=72mm，取；即M8
时，

（6）轴各段长度设计：
A.箱盖壁厚，故
mm；
B.箱体内壁与大齿轮顶圆应留有空隙,取
；
C.箱体内壁与小齿轮端面应留有空隙=8mm，故取；
D.由于内壁至轴承座端面距离,查手册P161
表11-2得：

E.依照，查手册P17表1-29得：外伸轴长度
F.轴承宽度B=27mm，

计算及阐明 成果

G. ，5mm为套筒宽度；
H.小齿轮宽度，故取
I.查手册P17表1-31得轴环宽度，取

（7）挡油环

因此轴承采用脂润滑，需要挡油环。取
（8）轴强度校核
按弯矩，扭矩合成强度计算轴计算简图如附图1所示：
A．决定作用在轴上载荷：
圆周力（d为小齿轮节圆直径）
径向力（为啮合角）
B．决定支点反作用力及弯曲力矩：

支承反力
截面I-I弯曲力矩
支承反力
截面I-I弯曲力矩
合成弯矩
轴上转矩,画出轴当量弯矩图，如附图2所示。
从图中可以判断截面I-I弯矩值最大，而截面承受纯扭，故校
核这两个截面。

计算及阐明 成果

C．计算截面I-I与直径：
已知轴材料为45钢，正火，其；查书P262表
12-3得：，。则

截面I-I处当量弯矩

轴截面Ⅱ-Ⅱ处当量弯矩

故轴截面I-I处直径

由于在截面I-I处有一键槽，因此轴直径要增长3%，即为38.9mm。
轴截面直径

由于在截面处有一键槽，因此轴直径要增长3%，即为30.5mm
前面取，故强度适当。
2、减速器低速轴设计
（1）轴材料及热解决：选用45钢，正火解决，由书P259表12-1
得：毛胚直径≤100mm，硬度≤241HBS,抗拉强度MPa,
屈服强度MPa,弯曲疲劳极限MPa
（2）初算轴最小直径，并进行初步构造设计：
由书P261表12-2查得C=118~107。

计算及阐明
取 =55mm，,最小直径还要符合相配零件孔径（此处是
联轴器）原则尺寸，在此处开一键槽，因此d=1.03×55mm=57.75mm，
取d=60mm。
（3）拟定轴各段直径：采用阶梯轴，尺寸按由小到大，由两端到中
央顺序拟定
A．外伸端（与V带轮相连）：取最小直径=63mm；
B．V带轮定位轴肩高H=0.08=5.04mm,故=+2H=73.08mm，取
74mm；
C．安装两滚动轴承处轴颈直径为=75mm；
D．要固定齿轮，需要安装一种套筒，取内径，外
径为90mm；
E．为便于齿轮安装，取齿轮轮毂与轴配合处直径d5=d3+2=77mm；
F．考虑轴承固定规定，取轴环直径；
取91mm。
G．。
（4）选取轴承类型：
由上述一系列直径，查手册P66表6-1得：轴承代号为6315。,
基本尺寸d=75mm,D=160mm，B=37mm。
安装尺寸。
基本额定动载荷，基本额定静载荷
（5）轴承盖设计：
带有密封件轴承盖，轴承外径D=160mm，取；即
M12.
时，

（6）轴各段长度设计：
A.箱盖壁厚，

计算及阐明

故mm；
B.箱体内壁与大齿轮顶圆应留有空隙,取
；
C.箱体内壁与小齿轮端面应留有空隙=8mm，故取；
D.由于内壁至轴承座端面距离,查手册P161
表11-2得：

E.依照，查手册P17表1-29得：外伸轴长度
F.轴承宽度B=37mm
则
G. ，8mm为套筒宽度；
H.大齿轮宽度，故取
I.查手册P17表1-31得轴环宽度，取

J.
（7）挡油环

因此轴承采用脂润滑，需要挡油环。取
（8）轴强度校核
按弯矩，扭矩合成强度计算轴计算简图如附图1所示：
A．决定作用在轴上载荷：
圆周力（d为大齿轮节圆直径）
径向力（为啮合角）

计算及阐明 成果

B．决定支点反作用力及弯曲力矩：

支承反力
截面I-I弯曲力矩
支承反力
截面I-I弯曲力矩
合成弯矩
轴上转矩,轴当量弯矩图同高速轴，同理可以
判断截面I-I弯矩值最大，而截面承受纯扭，故校核这两个截
面。
C．计算截面I-I与直径：
已知轴材料为45钢，正火，其；查书P262表
12-3得：，。则

截面I-I处当量弯矩

轴截面Ⅱ-Ⅱ处当量弯矩

故轴截面I-I处直径

由于在截面I-I处有一键槽，因此轴直径要增长3%，即为53mm。
前面取，故强度适当。
计算及阐明 成果

轴截面直径

由于在截面处有一键槽，因此轴直径要增长3%，即为51.975mm
前面取，故强度适当。
八、轴承选取与校核
1、高速轴轴承校核
（1）前面已选取代号为60310深沟球轴承
基本尺寸d=50mm,D=110mm，B=27mm。
安装尺寸。
基本额定动载荷，基本额定静载荷
（2）计算当量动载荷：
径向载荷
轴向载荷
由于，因此查书P298表13-7得
又由于,因此查书P298表13-7得
依照轴承工作状况，查书P299表13-8得载荷系数
当量载荷

（3）计算必须额定动载荷：

（4）求轴承寿命：

故所选轴承满足规定。

计算及阐明

2、低速轴轴承校核
（1）前面已选取代号为60314深沟球轴承
基本尺寸d=75mm,D=160mm，B=37mm。
安装尺寸。
基本额定动载荷，基本额定静载荷
（2）计算当量动载荷：
径向载荷
轴向载荷
由于，因此查书P298表13-7得
又由于,因此查书P298表13-7得
依照轴承工作状况，查书P299表13-8得载荷系数
当量载荷

（3）计算必须额定动载荷：

（4）求轴承寿命：

故所选轴承满足规定。
九、 键选取与校核
1、高速轴与带轮连接键
（1）选取键类型和基本尺寸
普通8级以上精度尺寸齿轮有定心精度规定，应用平键.
依照d=40mm,查手册P53表4-1得b=12mm,h=8mm，
，依照键原则长度，选取
轴=5mm，毂=3.3mm，R=b/2=6mm。

计算及阐明 成果

（2）校核键联接强度

工作长度=60-12=48mm
由书P105公式（7-20）验算键挤压强度：

由书P105公式（7-21）验算键剪切强度：

由书P106表7-3查得不动连接45钢,载荷平稳,[]=125～150MPa,
且=120MPa
由于,因此所选键符合条件。
取键标记为：12×8×45AGB/T 1096-
2、高速轴与小齿轮连接键
（1）选取键类型和基本尺寸
普通8级以上精度尺寸齿轮有定心精度规定，应用平键.
依照d=32mm,查手册P53表4-1得b=16mm,h=10mm，
，依照键原则长度，选取
轴=6.0mm，毂=4.3mm，R=b/2=8mm。
（2）校核键联接强度

工作长度=78-16=62mm
由书P105公式（7-20）验算键挤压强度：

由书P105公式（7-21）验算键剪切强度：

由书P106表7-3查得不动连接45钢,载荷平稳,[]=125～150MPa,
且=120MPa
由于,因此所选键符合条件。
取键标记为：16×10×80AGB/T 1096-

计算及阐明 成果

3、低速轴与大齿轮连接键
（1）选取键类型和基本尺寸
普通8级以上精度尺寸齿轮有定心精度规定，应用平键.
依照d=77mm,查手册P53表4-1得b=22mm,h=14mm，
，依照键原则长度，选取
轴=7.0mm，毂=5.4mm，R=b/2=11mm。
（2）校核键联接强度

工作长度=125-22=103mm
由书P105公式（7-20）验算键挤压强度：

由书P105公式（7-21）验算键剪切强度：

由书P106表7-3查得不动连接45钢,载荷平稳,[]=125～150MPa,
且=120MPa
由于,因此所选键符合条件。
取键标记为：22×14×110AGB/T 1096-
4、低速轴与联轴器连接键
（1）选取键类型和基本尺寸
普通8级以上精度尺寸齿轮有定心精度规定，应用平键.
依照d=60mm,查手册P53表4-1得b=18mm,h=11mm，
，依照键原则长度，选取
轴=7mm，毂=4.4mm，R=b/2=9mm。
（2）校核键联接强度

工作长度=90-18=72mm
由书P105公式（7-20）验算键挤压强度：

计算及阐明

由书P105公式（7-21）验算键剪切强度：

由书P106表7-3查得不动连接45钢,载荷平稳,[]=125～150MPa,
且=120MPa
由于,因此所选键符合条件。
取键标记为：18×11×90AGB/T 1096-
十、 联轴器选取
联轴器重要是用来连接两轴，传递运动和转矩部件，也可以用于轴和其他零
件连接以及两个零件（如齿轮和齿轮）互相连接。
1、类型选取：为了隔离振动和冲击，选用弹性柱销联轴器
2、载荷计算：
考虑机器启动时惯性力及过载等影响，在选取和校核联轴器时，应以计算转
矩为依照。
前面已经求得公称转矩：
查书P313表14-1,选用Ka=1.8
转矩
查手册P97表8-5,选LT10型弹性套柱销联轴器,公称转矩为Nm,许用
转速为2300r/min。
前面已经求得公称转矩：
查书P313表14-1,选用Ka=1.7
转矩
查手册P97表8-5,选LT7型弹性套柱销联轴器,公称转矩为500Nm,许用
转速为3600r/min。
十一、减速器润滑方式，润滑剂及密封装置
1、润滑剂及润滑方式：润滑目在于减少磨损，减少摩擦损失及发热，以保
证减速器正常工作。对于一级圆柱齿轮减速器：
(1) 由于转速较低，因而减速器齿轮需要采用浸油润滑,浸油深度为大齿轮
齿顶圆到油池底面距离不不大于30～50mm。由手册P85表7-1选全损耗系统用油
（GB 443-1989），代号为L-AN15，40℃时运动黏度为13.5～16.5，倾点≤-5℃
闪点（开口）≥150℃，此油重要用于小型机床齿轮箱，传动装置轴承，中小型电
机以及风动电具等。
(2) 由于大齿轮圆周速度.因
此减速器滚动轴承可以用润滑脂润滑，由手册P86表7-2选用通用锂基润滑脂
(GB 7324-1994),代号为ZL-1,滴点不低于170℃，有良好耐热性和耐水性。合用
于温度在-20℃～120℃范畴内各种机械滚动轴承,滑动轴承及其她摩擦部位润滑

计算及阐明

2、密封性是为了保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够宽度，联接表面
应精细，其表面粗度应为6.3。密封表面要通过刮研。并且，凸缘联接螺柱之间
距离不适当太大，并匀均布置，保证某些面处密封性。
当轴伸出机体外面时，轴承端盖通孔处必要有可靠密封装置，以防止润滑剂泄
漏及灰尘，水分进入轴承。此设计中选用毡圈油封，材料为粗羊毛。
(1) 由于高速轴中，查取手册P90表7-12
毡圈油封基本尺寸为
槽基本尺寸为
（2） 由于低速轴中，查取手册P90表7-12
毡圈油封基本尺寸为
槽基本尺寸为
十二、箱体构造设计
减速器箱体采用灰铸铁（HT200）制成，采用剖分式构造为了保证齿轮啮合质量，
大某些端盖分机体采用配合.
1. 箱体自身须有足够刚性，以免箱体在内力或外力作用下产生过大变形。为了增
加减速器刚性以及散热面积，箱体上外常加有外肋。为了便于安装，箱体普通做成
剖分式，箱盖与底座剖分面应与齿轮轴线平面重叠。
2. 考虑到机体内零件润滑，密封散热。因其传动件速度较不大于，故采用浸油润滑，
同步为了避免油搅得沉渣溅起，大齿轮顶圆与油底面距离H取40mm；为保证机盖
与机座连接处密封，联接凸缘应有足够宽度，联接表面粗糙度为。
3.对附件设计
A窥视孔盖和窥视孔：
在机盖顶部开有窥视孔，是为检查齿轮啮合状况及向箱内4而设立。不但能看到传
动零件啮合区位置，并有足够空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖，机体
上开窥视孔与凸缘一块，便于机械加工出支承盖板表面并用垫片加强密封，盖板用
铸铁制成。
B油塞：
放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其她部件接近一侧，以便放油，平时
放油孔用油塞堵住，因而油孔处机体外壁应凸起一块，由机械加工成油塞头部支
承面，并加封油圈加以密封。

计算及阐明

C油标：
油标位于便于观测减速器油面及油面稳定之处。油尺安顿部位不能太低，以防油
溢出.
D通气孔：
由于减速器运转时，机体内温度升高,气压增大,为便于排气，在机盖顶部窥视孔盖上
安装通气器，以便达到体内为压力平衡.
E起盖螺钉：
起盖螺钉上螺纹长度要不不大于机盖联结凸缘厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破
坏螺纹.
F定位销：
为保证剖分式机体轴承座孔加工及装配精度，在机体联结凸缘长度方向各安装
一圆锥定位销，以提高定位精度.
G吊环及吊钩：
吊环是用来提高箱盖，吊钩则是用来提高整个减速器。为了便于揭开箱盖，常在
箱盖凸缘上制有两个螺纹孔，拆卸箱盖时用螺钉拧入，即可顶起箱盖。
减速器机体构造尺寸如下：

名称
符号
计算公式
成果
箱座壁厚

8
箱盖壁厚

8
箱盖凸缘厚度

12
箱座凸缘厚度

12