机械设计基础课程设计.docx

机械设计基础课程设计计算说明书
设计题目
系 （院）
班 级
设 计 者
指导教师
年月 日
目录
1：课程设计任务书。。。。。。。。。。。。。。。。。1
2：课程设计方案选择。。。。。。。。。。。。。。。。2
3：电动机的选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。3
4：计算总传动比和分配各级传动比。。。。。。。。。。4
5:计算传动装置的运动和动力参数。。。。。。。。。。。5
6：减速器传动零件的设计与计算
（1） V带的设计与计算。。。。。。。。。。。。。。8
（2） 齿轮的设计与计算。。。。。。。。。。。。。。13
（3） 轴的设计与计算。。。。。。。。。。。。。。。17
7：键的选择与校核。。。。。。。。。。。。。。。。。26
8：联轴器的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。28
9：润滑和密封。。。。。。。。。。。。。。。。。。。29
10：铸铁减速器箱体主要结构设计。。。。。。。。。。。30
11：感想与参考文献。。。。。。。。。。。。。。。。。32
一、设计任务书
①设计条件
设计带式输送机的传动系统，采用带传动和一级圆柱出论减速器
②原始数据
输送带有效拉力F＝5000N
输送带工作速度V＝m/s
输送带滚筒直径d＝450mm
③ 工作条件
两班制工作，空载起动载荷平稳，常温下连续（单向）运转，工作环境多尘；三相交流电源，电压为380/220V。
④ 使用期限及检修间隔
工作期限：8年，大修期限：4年。
二．传功方案的选择
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．计算及说明
计算及说明 计算结果
⑴电动机的选择
①电动机类型与结构形式的选择
对一般的机械运输，选用Y系列三相异步电动机，
安装形式为卧式，机座带底脚，电压380V。
②电动机型号的选择
⒈电动机的功率
根据已知条件由计算得知工作机所需有效功率
r/min
因:，则kw r/min
设：η1－联轴器效率＝0.98（由表1-7）；
ηkw
η
η
η－传动装置的总效率
Pw－工作机所需输入功率
由电动机至运输带的传动总效率为

则工作机实际需要的电动机输出功率为
kw
计算及说明计算结果
根据P0选取电动机的额定功率Pm ，使
kw
⒉电动机的转速
r/min
因为V带传动比，齿轮传动比，则 r/min
kw
由上述 Pm，nm 查表12-1得：选用
Pm=11kw ，nm=970 r/min Y160L-6
电动机的型号为：Y160L-6 型电动机
⑵计算总传动比和分配各级传动比
① 传动装置的总传动比

nm ：电动机的满载转速
nw ：工作机的转速
② 分配各级传动比
根据设计要求：ib<ig
故取 ib= 3.5 ，则ib=

⑶传动系统的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，传动系统各轴的转速、功率和转矩计
计算及说明计算结果
算如下：
① Ⅰ轴（电动机轴）

② Ⅱ轴 （减速器高速轴）

③ Ⅲ 轴 （减速器低速轴）

④Ⅳ 轴 （输送机滚筒轴）

将计算结果和传动比及传动效率汇总如表1－1
表1－1 传动系统的运动和动力参数
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
970

功率 p
kw
11

转矩 T
nm

传动比i

1
传动效率η

计算及说明 计算结果
⑷ 减速器传动零件的设计与计算
① V带的设计与计算
⒈ 计算功率 PC
kw
KA：工况系数，查表的KA=
P：电动机额定功率
⒉选取V带型号
根据 kw 和小带轮转速，由
图8-10可知，工作点处于B,C型相邻区域，取
C型带。
⒊小轮基准直径dd1和大轮基准直径dd2
希望结构紧凑，由表8-4并参考表8-2a，取
dd1=224mm，选取ε=0.01，则大轮的基准直径：
mm
n1: Ⅰ轴转速，n2Ⅱ轴转速
由表8-4取 dd2=800 mm，此时

则从动轮的实际转速为：
r/min
转速误差：，合适
计算及说明计算结果
⒋验算带速
m/s<25 m/s，合适
⒌初定中心距
因 mm
mm
取 mm
⒍初算带的基准长度L0

mm
由表8-1得，取 Ld=3550 mm
⒎实际中心距
中心距a可调整，则
mm
⒏小带轮包角

> 合适
⒐单根V带所能传递的功率
根据和dd1=224mm，查表8-2a，用插值法
计算及说明计算结果
求得： kw
⒑单根V带传递功率的增量
传动比，，查表8-2b得：
kw
⒒计算V带的根数

由表8-5可查得=，
由表8-6可查得, 则

取Z=3根，所用的V带为C-3550×3
⒓作用在带轮轴上的力
单根V带的张紧力
查表8-8得q=0.30 ㎏/m,故
N
所以作用在轴上的力为：
N
⒔带轮结构设计
ⅰ 小带轮的结构设计
由表12-3得，d0=42 mm
计算及说明计算结果
由，故选腹板轮
V带轮尺寸如下：

ⅱ大带轮的结构设计
由 ，采用椭圆辐轮
，，
，

，，
计算及说明计算结果

，
，
② 齿轮的设计与计算
⒈齿面接触强度计算：
ⅰ确定作用在小齿轮上的转矩T1
kw
r /min
N·mm
计算及说明 计算结果
ⅱ选择齿轮材料
确定许用接触应力为，根据工作要求，
采用齿面硬度≤350 HBS 。
小齿轮选用45钢，调质，硬度为 260 HBS
大齿轮选用45钢，调质，硬度为 220 HBS
由表9-5的公式，可确定许用接触应力，
小齿轮： MPa
大齿轮： MPa
ⅲ选择齿宽系数

ⅳ 确定载荷系数K
因齿轮相对轴承对称布置，且载荷较平
稳，故
ⅴ计算中心距a

ⅵ选取齿数并确定模数
取，取106，则

计算及说明计算结果
查表得9-1，取标准模数
ⅶ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：
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造成压痕，一
般应比宽些，取：

ⅷ确定齿轮的精度等级，齿轮圆周速度
m/s
根据工作要求和圆周速度，由表9-3选用7级
精度。
⒉齿轮弯曲强度验算
ⅰ确定许用弯曲应力
根据表9-7可查得
计算及说明计算结果
MPa
MPa
ⅱ查齿形系数，比较
小齿轮，由表9-6查得：
大齿轮，由表9-6查得：
，
因>,则需要验算小齿轮
ⅲ 验算弯曲压力
计算时应以齿宽代入，则
MPa>
安全
⒊结构设计
因为，故选做为实心结构齿轮

，
，
因为，故选腹板结构的齿轮
，，
，
，，
，
计算及说明计算结果
③ 轴的设计与核算
⒈减速器高速轴的设计
ⅰ选择材料与热处理
选用45 钢，调质，由表12-1得
毛坯直径≤200㎜，硬度217-255 HBS
抗拉强度MPa,屈服强度MPa
弯曲疲劳极限MPa
ⅱ初算轴的最小直径 ，并进行初步结构设计
由表12-2查得

取，最小直径还要符合相配零
件的孔径（这里是V带轮）标准尺寸，在此处
开一键槽。
，取
ⅲ确定轴的各段直径
采用阶梯轴，尺寸按由小到大，由两端至中
央的顺序确定。
a：外伸端（与V带轮相连）取最小直径
b：V带轮定位轴肩高，故
c：安装两滚动轴承处的轴颈直径同为
d：齿轮轮 与轴配合处直径
计算及说明计算结果
e：轴环直径
ⅳ选择轴承类型
由上述一系列直径，查表6-1得
轴承代号为 6310
ⅴ轴承盖的设计
带有密封件的轴承盖，因为轴承外径
故 ，

，
m由结构确定

计算及说明计算结果
密封件的选择：轴径：

ⅵ轴各段的长度设计
箱盖壁厚：
取
箱体内壁与齿轮端面应留有空隙
故取
小齿轮宽度，故取
轴环宽度 ，
轴承宽度 ，
V带轮宽度 ，取
ⅶ 挡油环：

选用脂润滑：
ⅷ 螺栓
选用的螺栓，故
计算及说明计算结果
⒉减速器低速轴的设计
ⅰ选择材料与热处理
选用45 钢，调质，由表12-1得
毛坯直径≤200㎜，硬度217-255 HBS
抗拉强度MPa,屈服强度MPa
弯曲疲劳极限MPa
ⅱ初算轴的最小直径 ，并进行初步结构设计
由表12-2查得

取 ，最小直径还要符合相配
零件的孔径（这里是联轴器）标准尺寸，在
此处开一键槽。
，取
ⅲ 确定轴的各段直径
采用阶梯轴，尺寸按由小到大，由两端至中
央的顺序确定。
a：外伸端（与联轴器相配）取最小直径
b：联轴器定位轴肩高，故
c：安装两滚动轴承处的轴颈直径同为
d：齿轮轮 与轴配合处直径
e：轴环直径
计算及说明计算结果
ⅳ 选择轴承类型
由上述一系列直径，查表6-1得
轴承代号为 6315
基本尺寸：
安装尺寸：
基本额定动载荷 kN，
基本额定静载荷 kN
ⅴ 轴承盖的设计
带有密封件的轴承盖，故
则，

m由结构确定

密封件的选择：轴径

ⅵ 挡油环的设计
计算及说明计算结果

选用脂润滑
ⅶ 轴的各段长度初步设计
与齿轮相配的轴长为：105 mm
轴环的长度为：12.5 mm
左端轴承相配合轴长：49 mm
右端轴承相配合轴长：63.5 mm
与轴承盖相配的轴长：75 mm
与联轴器相配的轴长：待定
ⅷ 校核轴的强度
a：作用在轴上的载荷
圆周力： kN
径向力：kN

b:决定支点反作用力及弯矩力矩：
水平面内： kN
Nm
垂直面内： KN
Nm
合成弯矩：
Nm
计算及说明 计算结果
合成系数：
当量弯矩：

Nm
计算危险截面C处的轴径

因为截面C处有一键槽，故将直径放大5%
即：
在结构草图中此处d=80 mm > 53.5 mm
故 强度合适
低速轴的轴承校核：
a：径向载荷：
KN
b:轴向力：
c：当量动载荷：
查相关手册可知，深沟球轴承6315的
KN KN 则
因 由表13-7得
KN
d：计算必需的额定动载荷
计算及说明计算结果
KN
强度合适
e：求轴承寿命

符合要求
④ 键的选择与校核
⒈ 高速轴与带轮连接键
ⅰ：键的基本尺寸的设定
因为 查表7-2 选取
轴 ，
键长L取 1.5d ，则
参照键长度系列选 L=56 mm，
ⅱ：键的强度校核：
KN
键的挤压强度，
MPa
查表7-3得，不动的联接 45钢 载荷平稳
MPa， MPa
因为 ，
符合条件
计算及说明 计算结果
⒉高速轴与小齿轮连接键
ⅰ：键的尺寸确定：
因为，选择，轴
，，取
，
ⅱ：键的强度校核：
MPa
MPa
，
⒊低速轴与大齿轮处连接键
ⅰ：键的基本尺寸
MPa
MPa
，
故符合要求
⒋低速轴与联轴器的连接键
因为 ，故选择：，轴
，取键长：，取
，
计算及说明 计算结果
④ 联轴器的设计
⒈选择联轴器的类型
由于电动机和减速器两端安装时不易对中，以
应用广泛的弹性套注销联轴器。
⒉计算转矩
查表14-1，选工作情况系数K=1.4，代入
Nm
⒊选取联轴器型号
查表8-5可知，由于轴径为
选择LT10型联轴器
⒋联轴器校核
最大许用转矩
最大许用转矩
满足要求
故上述设计的联轴器长度可定为
⑤ 滚动轴承的润滑和密封
滚动轴承的润滑和密封，对保证轴承的正常工作
起着十分重要的作用。
由前面所述，轴承都用脂润滑，齿轮都用油润滑。
ⅰ：齿轮润滑油的选用：
计算及说明 计算结果
工业闭式齿轮油（GB5903-95）
代号 运动黏度/（mm2/S） 倾点 闪点 主要用途
40/℃100/℃≤℃≥℃ 适用于煤炭，
L-ckc220 198-242 - -8 200 水泥，冶金，工业部门大型闭式齿轮传动装置的润滑。
通用锂基润滑脂（GB7324-87）
代号 滴点不低于 工作锥入度（25℃，150g） 主要用途
有良好的耐水性
和耐热性，适用于温
ZL-2 175 265-295 在-20-120℃范围内。
各种机械的滚动轴承
滑动轴承及其他摩
擦部分的润滑。
计算及说明 计算结果
ⅱ：密封
轴承盖的密封
因为高速轴：

低速轴：

故 ，
所以两者都选用丁型无骨架橡胶油封。

油封
油封槽
轴
轴径d1
D
d1
D1
D0
D2
n
H1
高速轴
45
70
44
61
85
100
4
10
低速轴
70
95
69
86
110
125
4
11
项目
铸铁减速器箱体主要结构设计
名称
符号
计算过程
计算结果
箱座壁厚
δ
一级0.025+1≥8
8
箱盖壁厚
δ1
一级0.025+1≥8
8
箱盖凸缘厚度
b1
δ1
12
箱座凸缘厚度
b
δ
12
箱座底凸缘厚度
b2
δ
20
地脚螺钉直径
df
0.036a+12
22
地脚螺钉数目
n
a=268>250-500
6
轴承旁联接螺栓直径
d1
0.75 df
16
d1至外箱壁距离
C1
Cmin22
22
轴承旁凸台半径
R1
C2
20
凸台高度
h

外箱壁至轴承座端面距离
l1
C1+ C2+（5-10）
50
轴承端盖高速轴外径
D2
D+（5-5.5）d3
215
轴承端盖低速轴外径
D2，

165
轴承旁联接螺栓距离（高）
S

220
轴承旁联接螺栓距离（低）
S，

170
轴承端盖高速轴螺钉直径
d3
（0.3-0.4）×20
9
轴承端盖低速轴螺钉直径
d3，

10
视孔盖（）故
，孔数n=4

名称
符号
计算过程
计算结果

定位销直径
d
（0.7-0.8）d2
10
盖与座联接螺栓直径
d2
（0.5-0.6）df
12
联接螺栓d2的间距
C
150-200
160
d2至外箱壁距离
C1

22
d2至凸缘边缘距离
C2

20
Df至外箱壁距离
C1

22
Df至凸缘边缘距离
C2

20
铸造过度尺寸
X
由表1-38得
3

Y
15
大齿轮顶圆与内箱壁距离
Δ1
δ
16
大齿轮顶圆与底座内壁距离
Δ1，
≥30-50
40
齿轮端面与内壁距离（大）
Δ2
＞δ
12
齿轮端面与内壁距离（小）
Δ2，
＞δ

箱盖，箱座助厚
m1
≈δ1
8

m
≈δ
8

课程设计体会
课程设计都需要刻苦耐劳，努力钻研的精神。对于每一个事物都会有第一次的吧，而没一个第一次似乎都必须经历由感觉困难重重，挫折不断到一步一步克服，可能需要连续几个小时、十几个小时不停的工作进行攻关；最后出成果的瞬间是喜悦、是轻松、是舒了口气！
课程设计过程中出现的问题几乎都是过去所学的知识不牢固，许多计算方法、公式都忘光了，要不断的翻资料、看书，和同学们相互探讨。虽然过程很辛苦，有时还会有放弃的念头，但始终坚持下来，完成了设计，而且学到了，应该是补回了许多以前没学好的知识，同时巩固了这些知识，提高了运用所学知识的能力。
参考资料目录
[1]《机械设计基础课程设计》，高等教育出版社，陈立德主编，2004年7月第2版；
[2] 《机械设计基础》，机械工业出版社 胡家秀主编 2007年7月第1版