机械设计任务计划书.doc

目 录
1设计任务书…………………………………………………………………………1
1.1总体布置简图…………………………………………………………………1
1.2工作条件………………………………………………………………………1
1.3原始数据………………………………………………………………………1
1.4设计内容………………………………………………………………………1
1.5设计任务………………………………………………………………………2
1.6设计进度………………………………………………………………………2
2传动方案分析……………………………………………………………………2
3电动机选取………………………………………………………………………2
3.1系统电动机类型选取………………………………………………………2
3.2选取电动机容量………………………………………………………………2
3.3选取电动机转速……………………………………………………………3
3.4电动机技术参数和外型、安装尺寸………………………………………4
4传动装置运动和动力参数计算…………………………………………………4
4.1测传动装置总传动比…………………………………………………………4
4.2分派各级传动比………………………………………………………………4
5传动件设计计算…………………………………………………………………4
5.1齿轮设计………………………………………………………………………5
5.1.1高速级齿轮传动设计……………………………………………………5
5.1.2低速级齿轮传动设计……………………………………………………11
6轴设计计算………………………………………………………………………16
6.1高速级轴（轴I）设计…………………………………… ……………16
6.2中速轴（II轴）设计……………………………………………………18
6.3低速轴（轴III）设计……………………………………………………20
7滚动轴承选取计算……………………………………………………………23
7.1输出轴承选取与计算……………………………………………………23
8键联接选取及校核计算………………………………………………………25
8.1输出轴与联轴器键连接…………………………………… ……………25
8.2输出轴与齿轮键连接……………………………………………………25
9联轴器选取……………………………………………………………………26
9.1输入轴（轴I）联轴器选取…………………………………………26
9.2输出轴（轴III）联轴器选取………………………………………26
10减速器附件选取……………………………………………………………26
11润滑与密封………………………………………………………………………27
12设计小结…………………………………………………………………………27
参照文献……………………………………………………………………………28

1设计任务书
1.1总体布置简图

图1-1 总体布置简图
1.2工作条件
使用年限为，（每年工作300天），一班制，带式运送机中档冲击，转向不变。
1.3原始数据
运送带曳引力F（N）：1820
运送带速度V（m/s）：0.82
滚筒直径D (mm)：265
1.4设计内容
（1）电动机选取与运动参数计算
（2）传动装置设计计算
（3）轴设计
（4）滚动轴承选取与校核
（5）键选取和校核
（6）联轴器选取
（7）装配图、零件图绘制
（8）编写设计计算阐明书

1.5设计任务
（1）减速器总装配图一张
（2）低速轴、齿轮、箱盖或箱座各一张
（3）设计阐明书一份
1.6设计进度
（1）第一阶段：总体计算和传动件参数计算
（2）第二阶段：轴与轴系零件设计
（3）第三阶段：轴、轴承、键及联轴器校核及草图绘制
（4）第四阶段：装配图、零件图绘制及计算阐明书编写
2传动方案分析
由设计任务书知传动类型为：二级展开式斜齿齿轮减速器
传动方案应满足工作机性能规定，适应工作条件，工作可靠，并且规定构造简朴，尺寸紧凑，成本低，传动效率高，操作维护以便。设计时可同步考虑几种方案，通过度析比较最后选取其中较合理一种。下面为课程设计中b、c、d几种方案比较。a方案宽度和长度尺寸较大，带传动不适应繁重工作条件和恶劣环境。但若用于链式或板式运送机，有过载保护作用；b方案构造紧凑，若在大功率和长期运转条件下使用，则由于蜗杆传动效率低，功率损耗大，很不经济；d方案宽度尺寸小,适于在恶劣环境下长期持续工作.但圆锥齿轮加工比圆柱齿轮困难；c方案 与b方案相比较宽度尺寸较大，输入轴线与工作机位置是水平位置，宜在恶劣环境下长期工作。
依照传动规定和给定数据，故选取方案c，二级圆柱齿轮减速器传动。
3电动机选取
3.1电动机类型选取
Y系列三相异步电动机
3.2选取电动机容量
1. 工作机所需功率

2.电动机输出功率
考虑传动装置功率损耗，电动机输出功率为

试中为从电动机到工作机积极轴之间总效率，即

其中，，，分别为传动系统中联轴器，齿轮传动及滚动轴承效率和滚筒效率，取=0.99，=0.98，=0.98，=0.98

电动机输出功率为：

3.拟定电动机额定功率
选定电动机额定功率
3.3 选取电动机转速

由于则电动机转速可选范畴为

可见同步转速为 , ， 电动机都符合，这里初选同步转速为 ， 两种电动机进行比较，如下表：
表3-1 电动机方案比较表（指引书 表20-1）
方案
电动机型号
额定功率（kw）
转速（r/min）
同步/满载
电动机质量（kg）
传动装置总传动比
1
Y100L1-4
2.2
1500
1420
34
22.29
2
Y112M-6
2.2
1000
940
45
14.76
由表中数据可知，方案2总传动比最小，传种装置构造尺寸最小，再综合考虑重量及价格因素，决定采用方案2，选定电动机型号为Y112M-6。
3.4电动机技术参数和外型、安装尺寸
表3-2电动机参数（指引书 表20-2）
型号
H
A
B
C
D
E
F×GD
G
Y112M-6
112
190
140
70
28
60
8×7
24
K
AB
AD
AC
HD
AA
BB
HA
L
12
245
190
115
265
50
180
15
400

4传动装置运动和动力参数计算
4.1传动装置总传动比

4.2分派各级传动比
取高速级圆柱齿轮传动比，取，则低速级圆柱齿轮传动比为

由指引书 表2-1 及表2-2知，传动比合理。
5传动件设计计算
1. 各轴转速
电动机轴为轴Ⅰ，减速器高速级轴为轴Ⅱ，中速轴为轴Ⅲ，低速级轴为轴Ⅳ，带轮轴为轴Ⅴ，则

按电动机额定功率计算各轴输入功率

2. 各轴转矩

将计算成果汇总列表如下
表5-1传动件参数汇总表
项目
电动机轴
高速轴I
中间轴II
低速级轴III
转（r/min）
940
940
219.63
57.8
功率（kw）
2.2
2.178
2.09
2.01
转()
22.35
22.13
90.88
330.45
传动比
15.9
4.19
3.8
效率
1
0.9507
0.9131
0.886
5.1齿轮设计
5.1.1高速级齿轮传动设计
1.选取材料、精度及参数
a . 依照传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动
b . 带式运送机为普通工作机器，速度不高，故选用8级精度（GB10095-88）
c . 材料选取。查图表（表10-1），选取小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为241-286 HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为217-255 HBS。
d . 初选小齿轮齿数，则大齿轮齿数

e .初选螺旋角β=
f .选用齿宽系数：=1
2.齿面接触强度设计
按下式试算

（1）拟定公式内各计算数值
a. 试选=1.6。
b. 展开式斜齿轮传递转矩=21.67。
c. 查图表（P图10-30）选用区域系数=2.433
（表10-5）选用弹性影响系数=189.8
d.

f. 螺旋角系数

（2）计算接触疲劳许用应力[]。
由图10 - 25d查得小齿轮和大齿轮接触疲劳极限分别为
，。
由式（10 - 15）计算应力循环次数

由图10 - 23查取接触疲劳寿命系数，
取失效概率为1%、安全系数S = 1，由式（10 - 14）得

取。
（3）试算小齿轮分度圆直径

（4) 调节小齿轮分度圆直径

a.计算实际载荷系数前数据准备
圆周速度

齿宽

b.计算实际载荷系数
由表10 - 2查得使用系数。
依照、8级精度，由图10 - 8查得动载系数。
计算齿轮圆周力

查表10 - 3得齿间载荷系数。
由表10 - 4用插值法求得。
于是，实际载荷系数

c.由式（10 - 12），按实际载荷系数算得分度圆直径

齿轮模数

3.齿根弯曲疲劳强度设计

由式（10-7）计算模数

（1）拟定式中各参数值
a. 。
b.
c. 计算
由当量齿数

查图10 - 17查得齿形系数，。
查图10 - 18查得应力修正系数，。
由图10 - 24c查得小齿轮和大齿轮齿根弯曲疲劳极限分别
，。
由图10 - 22查得弯曲疲劳寿命系数，。
取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10 - 14）得

取

（2）试算模数
试算模数

（3）调节齿轮模数
1）计算实际载荷系数前数据准备

2）计算实际载荷系数
由图10 – 8查得动载系数。

查表10 - 3得齿间载荷分布系数。
查表10 – 4用插值法查得。
查图10 – 13。
则载荷系数

。
取，，为了齿数互质且便于安装，取137。
4.几何尺寸计算
（1） 计算中心距
a=
取中心距为110mm
（2） 按圆整后中心距修正螺旋角

（3） 计算小、大齿轮分度圆直径

（4） 计算齿轮宽度

取
（5） 构造设计
由e＜2，小齿轮做成齿轮轴
齿顶圆直径，大齿轮可以做成腹板式构造。
5．圆整中心距后强度校核
齿轮副中心距在圆整之后，、、和、、等均发生变化，应重新校核齿轮强度，以明确齿轮工作能力。
（1） 齿面接触疲劳强度校核
圆整中心距后各计算成果为
。

（2） 齿根弯曲疲劳强度校核
圆整中心距后各计算成果为

齿根弯曲疲劳强度满足规定，并且小齿轮抵抗弯曲疲劳强度能力不不大于大齿轮。
6.重要设计结论

5.1.2低速级齿轮传动设计
1.选取材料、精度及参数
a. 选用8级精度（GB10095-85）
b. 材料选取 小齿轮：40Cr（调质），硬度为241-286HBS
大齿轮：45钢（调质），硬度为217-255HBS
c. 初选小齿轮齿数，则大齿轮齿数

d. 选用齿宽系数=1
2.按齿面接触强度设计
按下式试算

1） 拟定公式内各计算数值
a. 试选=1.6。
b. 展开式斜齿轮传递转矩=89.10。
c. 查图表（P图10-30）选用区域系数=2.433
（表10-5）选用弹性影响系数=189.8

2） 计算接触疲劳许用应力。
由图10 - 25d查得小齿轮和大齿轮接触疲劳极限分别为
，。
由式（10 - 15）计算应力循环次数

由图10 - 23查取接触疲劳寿命系数，
取失效概率为1%、安全系数S = 1，由式（10 - 14）得

取。
3） 试算小齿轮分度圆直径

4） 调节小齿轮分度圆直径
a. 计算实际载荷系数前数据准备
圆周速度

齿宽

b. 计算实际载荷系数
由表10 - 2查得使用系数
依照、8级精度，由图10 - 8查得动载系数。
查表10 - 3得齿间载荷系数。
由表10 - 4用插值法求得。
于是，实际载荷系数

c. 由式（10 - 12），按实际载荷系数算得分度圆直径

3.按齿根弯曲疲劳强度设计
（1）由式（10 - 7）计算模数

1）拟定式中各参数值
a. 。
b.由式（10 - 19），可得计算弯曲疲劳强度螺旋角系数

c.计算
由当量齿数

查图10 - 17查得齿形系数，。
查图10 - 18查得应力修正系数，。
查图10 - 24c查得小齿轮和大齿轮齿根弯曲疲劳极限分别为，。
由图10 - 22查得弯曲疲劳寿命系数，。
取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10 - 14）得

取

（2）试算模数
试算模数

（3）调节齿轮模数
1）计算实际载荷系数前数据准备

2）计算实际载荷系数
由图10 – 8查得动载系数。

查表10 - 3得齿间载荷分布系数。
查表10 – 4用插值法查得。
查图10 – 13。
则载荷系数

3）按实际载荷系数计算齿轮模数

取圆整得=2，，
取，为了齿数互质且便于安装，取95。.
4几何尺寸计算
(1)计算中心距
a=
取中心距为120mm
(2)按圆整后中心距修正螺旋角

(3)计算小、大齿轮分度圆直径

(4)计算齿轮宽度

取
（5）构造设计
小齿轮采用实心式，齿顶圆直径，大齿轮可以做成腹板式构造。
5．圆整中心距后强度校核
齿轮副中心距在圆整之后，、、和、、等均发生变化，应重新校核齿轮强度，以明确齿轮工作能力。
6.齿面接触疲劳强度校核
圆整中心距后各计算成果为。

7.齿根弯曲疲劳强度校核
圆整中心距后各计算成果为

齿根弯曲疲劳强度满足规定，并且小齿轮抵抗弯曲疲劳强度能力不不大于大齿轮。
8.重要设计结论

6轴设计
6.1高速级轴（轴I）设计
1.初步拟定轴最小直径。先按式
初步估算轴最小直径。
选用轴材料为40Cr，调质解决。查图表（P表15-3），取,得

输入轴最小直径是安装联轴器处直径。
选用联轴器型号。联轴器计算转矩公式为

查图表（表14-1），考虑转矩变化很小，取=1.9则:

按照计算转矩条件，查原则GB4323-84，选用选用TL4型弹性套柱销联轴器,半联轴器长度L=62mm，半联轴器和轴配合毂孔长度。

2.轴构造设计
（1）拟定轴上零件装配方案。经分析比较，选用如图所示装配方案

（2）依照轴向定位规定拟定轴各段直径和长度
a.联轴器采用轴肩定位，I-II段=24 mm。为了满足半联轴器轴向定位规定，I-II轴段右端需制出一轴肩，由式h=（0.07-0.1）d ，故取II-III段直径30mm；轴端用轴端挡圈固定，查图表（指引书表13-19），取挡圈直径D=35mm为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上，故I-II段长度应当比 =42mm
b．初步选取滚动轴承。因轴承同步承受轴向力和径向力作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作规定，并依照30mm，由轴承产品目录中初步取0组游隙，0级公差圆锥滚子轴承30207，其尺寸为d×D×T=35mm×72m×18.25mm ，故==35mm,而=32mm。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，由手册可查得h=4.5mm,因而取=38mm。
c. 取安装齿轮处轴段=41.66mm，齿轮左端与轴承之间采用套筒定位。取==55mm
d. 试选轴承盖总宽度为10mm,依照轴承端盖装拆及便
于对轴承添加润滑油规定，取端盖外端而与半联轴器右端间距离l=20mm,故取=54mm
e. 已知滚动轴承宽度B=18.25mm,依照轴长设计，取s=8mm,mm

（3） 轴上零件周向定位
齿轮、半联轴器与轴周向定位采用普通平键连接，查图表（表6-1）选用键=8mm×7mm×36mm 。同步为了保证齿轮与轴配合有良好对中性，故选取齿轮轮毂与轴配合为；半联轴器与轴配合为滚动轴承与轴周向定位采用过渡配合来保证，选用直径尺寸公差为m6。
（4）拟定轴上圆角和倒角尺寸
查图表（表15-2），取轴端倒角为1.2×，各轴肩处圆角半径为R1.6
6.2中速轴（II轴）设计
1.初步拟定轴最小直径。先按式
初步估算轴最小直径。
选用轴材料为40Cr，调质解决。查图表（P表15-3），取,得

该轴最小直径为安装轴承处直径，取为=30mm。
2. 轴构造设计
（1）拟定轴上零件装配方案，如图

（2）拟定轴各段直径和长度
a. 依照=30mm 取=30mm，轴承与齿轮3，2之间采用套筒定位，取=43mm，=48mm,齿轮2与齿轮3之间用轴肩定位，取h=2.5mm,则=39mm ，由于轴环宽度，取=8mm,由于=45mm，=50mm,则=43mm，48mm。
b.初步选取滚动轴承
因轴承同步承受轴向力和径向力作用，故选用角接触球轴承，参照工作规定，并依照=30mm，由轴承产品目录中初步选用0组游隙，原则精度级圆锥滚子轴承30206，其尺寸为 d×D×T=30mm×62mm×17.25mm 。则
30mm
c.轴上零件周向定位
齿轮与轴周向定位都采用普通平键连接
按=43mm，查表6-1得平键截面b×h =10mm×8mm，键槽用键槽铣刀加工，长为36mm,选取配合，而=32mm，查表6-1得平键截面b×h×l=10mm×8mm×40mm.
d. 拟定轴上圆角和倒角尺寸
查图表（P表15-2），取轴端倒角为1.0×，各轴肩处圆角半径为R1.6
6.3低速轴（轴III）设计
已知=2.01kw ，=63.8r/min
，
1．求作用在轴上力

2. 初步拟定轴最小直径。先按式
初步估算轴最小直径。
选用轴材料为40Cr，调质解决。查图表（P表15-3），取,得

该轴最小直径为安装轴承处直径，取为。
3．轴构造设计
（1）拟定轴上零件装配方案。经比较，选用如下图所示方案

（2）依照轴向定位规定拟定轴各段直径和长度（从图右边开始）
a. 联轴器采用轴肩定位，==45mm，由h=（0.07-0.1）d，取=52mm，联轴器用轴端挡圈紧固，查图表（指引书表13-19），取=50mm，=82mm。
b. 初步选取滚动轴承
因轴承同步承受轴向力和径向力作用，故选用圆锥滚子轴承，参照工作规定，并依照=52mm，由轴承产品目录中初步选用0组游隙，原则精度级圆锥滚子轴承30211，其尺寸为 d×D×T=55mm×100mm×22.75mm 。故==55mm,而=22.75mm
右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，由手册可查得h=5mm,因而取=64mm
c. 取安装齿轮处轴段直径=56mm，齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位。已经齿轮轮毂宽度为45mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段略短于轮毂宽度，故取=43mm,齿轮右端采用轴肩定位，依照h=（0.07-0.1）d，取h=5mm，则=64mm ，轴环宽度b≥1.4h，取 = 10 mm。
d.依照轴承端盖装拆及便，取=34mm
（3）轴上零件周向定位
齿轮、半联轴器与轴周向定位都采用普通平键连接
按=56mm，查表6-1查得平键截面b×h=16mm×10mm，键槽用键槽铣刀加工，长为32mm,选取配合，而半联轴器与轴也采用普通平键14mm×9mm×70mm连接，配合。滚动轴承与轴周向定位靠过渡配合来保证，选用直径尺寸公差为m6。
（4）拟定轴上圆角和倒角尺寸
查图表（表15-2），取轴端倒角尺寸为1.2×。轴上圆角半径R1.6
4．求轴上载荷
传递到轴系部件上转矩

齿轮圆周力

齿轮径向力

齿轮轴向力

在水平面上

在垂直平面上

在水平面上，

在竖直面上，

总弯矩M：

a—a剖面右处：

表4 危险截面所受弯矩和扭矩
载荷
水平面H
垂直面V
支反力F

弯矩
=

总弯矩M

扭矩T

5.按弯扭合成应力校核轴疲劳强度
a---a剖面左侧，因弯矩大，有转矩，尚有键槽引起应力集中，故a---a剖面左侧为危险截面。
由机械设计教材货机械设计手册查得，抗弯截面模量为

弯曲应力：

对于调质解决45钢，由参照文献[1]表10.1可查得，
7、滚动轴承选取计算
已知轴承预测寿命为=70080h
7.1输出轴承选取与计算
由轴III设计知，初步选用圆锥滚子轴承30211， 、
1.查滚动轴承样本（指引书表15-3）知圆锥滚子轴承30211基本额定动载荷C=86500N，Y=1.5，e=0.4
2.求轴承当量动载荷P

,
因此

由于，因此
由于，因此

取,

3.验算轴承寿命

故所选用轴承满足寿命规定。拟定使用圆锥滚子轴承30211。

8键连接选取与校核计算
8.1输出轴与联轴器键连接
(1) 由轴III设计知初步选用平键14×9，=330.45，采用圆头普通平键A型
(2) 校核键连接强度
键、轴和轮毂材料都是钢，由课本（表6-2）查得许用应力=100-120MPa，取=110MPa。键工作长度=L-b=56mm，键与轮毂键槽接触高度k=0.5h=7mm。由式可得
=34.47MPa<
可见连接强度足够，选用平键14×9
8.2输出轴与齿轮键连接
(1) 由轴III设计知初步选用平键16×10×32，=330.45，采用圆头普通平键A型
(2) 校核键连接强度
键、轴和轮毂材料都是钢，由课本（表6-2）查得许用应力=60-90MPa，取=90MPa。键工作长度=L-b=16mm，键与轮毂键槽接触高度k=0.5h=5mm。由式可得
=147MPa>
可见连接强度不够，选用两个平键16×10。

9联轴器选取
9.1输入轴（轴I）联轴器选取
依照轴I设计，选用TL4型弹性套柱销联轴器（45钢），其尺寸如下表所示
表9-1 输入轴联轴器
型号
T（）
（r/min）
（mm）
L（mm）
转动惯量（）
TL4
63
4200
28
62
0.004

9.2输出轴（轴III）联轴器选取
表9-2 输出轴联轴器
型号
T（）
（r/min）
（mm）
L（mm）
转动惯量（）
HL3
630
5000
38
82
0.6

依照轴III设计，由于=330.45,载荷中档冲击，较平稳，常具备缓冲性能，轴为较低速轴，依照原则GB5014-85，选用HL3型弹性柱销联轴器（45钢），其尺寸如下表所示
10减速器附件选取
1．视孔盖
选用A=120mm视孔盖。
2．通气器
选用通气器（经两次过滤）M18×1.5
3．油面批示器
依照指引书表9-14，选用2型油标尺M20
4．油塞
依照指引书9-16，选用M20×1.5型油塞和垫片
5．起吊装置
依照指引书表9-20，箱盖选用吊耳d=20mm
6．定位销
依照指引书表14-3，选用销GB117-86 A6×30
7．起盖螺钉
选用螺钉M8×20
11润滑与密封
由于该减速器是普通齿轮减速器，故采用油润滑。 
输入轴和输出轴外伸处，为防止润滑脂外漏及外界灰尘等导致轴承磨损或腐蚀，规定设立密封装置，因此采用毛毡圈油封，即在轴承盖上开出梯形槽，将毛毡按原则制成环形，放置在梯形槽中以与轴密合接触；或在轴承盖上开缺口放置毡圈油封，然后用另一种零件压在毡圈油封上，以调节毛毡密封效果，它构造简朴，因此用毡圈密封。
12设计小结
通过十多天课程设计，感受颇深，复习了学过知识同步也学到了诸多东西。通过课程设计，把此前学东西融合在了一起，进行了一次综合运用，用到了材料力学、理论力学、热加工、机械设计和机械原理等，把这些课程系统应用了一遍，同步也是最佳复习，并且把不同专业课程串在了一起学习，真正理解了什么是机械设计。此外在设计过程中感悟到了设计所必要严谨态度，要对设计中浮现每一种数据都要有理有据，真实合理，否则就会影响到所有数据计算，在设计中必要在设计中不断修改。在机械设计中必要要严谨认真，这是每一种设计者所必要要具备一种素质。 在做设计过程中由于实际紧张，因此有时候不得不彻夜做设计，画图，也初步体会到了设计者辛苦，但也从中得到了不少乐趣，在设计结束时看着自己画出来图时会有种特别满足感和成就感。同步也喜欢上了机械这个行业，相信在后来学习生活中永远都不会忘掉这次设计，由于这是第一次做设计，也第一次感受到设计成果时喜悦。在设计中指引教师不辞辛苦地协助咱们，给咱们诸多指引，在此特别感谢她们。

参照文献
[1] 濮良贵，陈国定，吴立言. 机械设计（第九版）[M]. 北京：高等教诲出版社，.5.220~223
[2] 王昆，何小柏，汪信远.机械设计课程设计[M]. 北京：高等教诲出版社，1995.12.76~77
[3] 成大先.机械设计手册[M]. 北京：化学工业出版社，.1.120~124