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机械课程设计说明书

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2020年4月19日
文档仅供参考
一、设计题目
1、设计题目
带式运输机传动系统中的展开式二级圆柱齿轮减速器
2、系统简图
系统简图如下图所示

3、工作条件
单向运转，有轻微振动，经常满载，空载启动，单班制工作（一天8小时），使用期限5年，输送带速度容许误差为±5%。
4、原始数据
拉力F=2.2kN
速度v=09m/s
直径D=300mm

二、总体设计
（一）、选择电动机
1、选择电动机的类型
根据动力源和工作条件，选用Y型三相交流异步电动机。
2、确定电动机的功率
1）计算工作所需的功率

其中，带式输送机的效率。
2）经过查《机械设计基础课程设计》表10-1确定各级传动的机械效率：V带 =0.96；齿轮 =0.97；轴承 =0.99；联轴器 =0.99。总效率。
电动机所需的功率为：。
由表《机械设计基础课程设计》10-110选取电动机的额定功率为3kW。
3）电动机的转速选960r/min 和1420r/min两种作比较。
工作机的转速：
现将两种电动机的有关数据进行比较如下表所示

方案

电动机型号
额定功率/kW
满载转速/

传动比
Ⅰ
Y132S-6
3
960
16.76
Ⅱ
Y100L2-4
3
1420
24.78
由上表可知方案Ⅱ的总传动比过大，为了能合理分配传动比，使传动装置结构紧凑，决定选用方案Ⅰ。
4）选定电动机型号为Y132S-6。查表《机械设计基础课程设计》10-111得电动机外伸轴直径D=38，外伸轴长度E=80，如下图所示。

（二）、传动比分配
根据上面选择的电动机型号可知道现在的总传动比i=16.76，高速级齿轮转动比，低速级齿轮传动比。
（三）、传动装置的运动和动力参数
1、各轴的转速计算

2、各轴输出功率计算

3、各轴输入转矩计算

各轴运动和动力参数如下表所示
参数
轴名
高速轴
中间轴
低速轴
转速
960
201.7
57.3
功率
2.97
2.85
2.74
转矩
29.5
134.9
456.7
传动比i
4.76
3.52
三、传动零件的计算
（一）、高速级齿轮传动设计
1、选定高速级齿轮精度等级、材料及齿数。
1）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度足够。
2）经过查教材表11-1选择小齿轮的材料为40MnB，调质处理，齿面硬度为241-286HBS，，大齿轮为ZG35Si，调质处理，硬度为241-269HBS，。
3）选小齿轮齿数为Z1=26，则大齿轮齿数Z2=i1×Z1=26×4.76=123.76，取Z2=124，实际传动比。
2、按齿面接触强度设计
设计公式
（1）确定公式内的各计数值
1）试选载荷系数K=1.5
2）小齿轮传递的转矩T1=29.5N·m=29500N·mm
3）经过查教材表11-6选取齿宽系数0.8
4）经过查教材表11-4得弹性系数
5）计算接触疲劳许用应力
经过查教材表11-5，取

（2）计算
1）试计算小齿轮分度圆的最小直径

2）计算齿宽 ，取
3）计算模数 ，取m=2mm
实际直径
4）验算弯曲疲劳强度
经过查教材表11-5，取
由图11-8和11-9查得
，则

5）齿轮的圆周速度

对照表11-2可知选用8级精度是合宜的。
高速齿轮各参数如下表所示
名称
计算公式
结果/mm
模数
m
2
压力角

齿数

26
124
传动比
i
4.77
分度圆直径

52
248
齿顶圆直径

56
252
齿根圆直径

47
243
中心距

150
齿宽

45
40
（二）、低速级齿轮传动的设计
1、选定高速级齿轮精度等级、材料及齿数。
1）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度足够。
2）经过查教材表11-1选择小齿轮的材料为40MnB，调质处理，齿面硬度为241-286HBS，，大齿轮为ZG35Si，调质处理，硬度为241-269HBS，。
3）选小齿轮齿数为Z1=34，则大齿轮齿数Z2=i2×Z1=34×3.52=119.68，取Z2=120，实际传动比。
2、按齿面接触强度设计
设计公式
（1）确定公式内的各计数值
1）试选载荷系数K=1.5
2）小齿轮传递的转矩T2=134.9N·m=134900N·mm
3）经过查教材表11-6选取齿宽系数0.8
4）经过查教材表11-4得弹性系数
5）计算接触疲劳许用应力
经过查教材表11-5，取

（2）计算
1）试计算小齿轮分度圆的最小直径

2）计算齿宽 ，取
3）计算模数 ，取m=2.5mm
实际直径
4）验算弯曲疲劳强度
经过查教材表11-5，取
由图11-8和11-9查得
，则

5）齿轮的圆周速度

对照表11-2可知选用8级精度是合宜的。
低速齿轮各参数如下表所示

名称
计算公式
结果/mm
模数
m
2.5
压力角

齿数

34
120
传动比
i
3.53
分度圆直径

85
300
齿顶圆直径

90
305
齿根圆直径

78.75
293.75
中心距

195
齿宽

70
65

四、轴的设计
（一）、轴的材料选择和最小直径估计
根据工作条件，选定轴的材料为45钢，调质处理。轴的最小直径计算公式 ，C的值经过查教材表14-2确定为：C=107。
1、 高速轴 因为高速轴最小直径处安装联轴器设一个键槽，因此。
2、 中间轴 。
3、 低速轴 因为低速轴最小直径处安装联轴器设一个键槽，因此。
（二）、减速器的装配草图设计
减速器草图如下图所示
（三）、轴的结构设计
1、高速轴
1）高速轴的直径的确定
：最小直径处 与电动机相连安装联轴器的外伸轴段，因此
：密封处轴段
：滚动轴承轴段 滚动轴承选取6009 ：d×D×B=45mm×75mm×16mm
:过渡段
齿轮轴段由于齿轮直径较小，因此采用齿轮轴结构。
：滚动轴承段，
2）高速轴各段长度的确定
：
：由箱体结构，轴承端盖、装配关系等确定
：由滚动轴承、挡油环及装配关系等确定
：由装配关系、箱体结构确定
：由高速小齿轮齿宽确定
：由箱体结构，轴承端盖、装配关系等确定
2、中间轴
1）中间轴各轴段的直径确定
：最小直径处 滚动轴承轴段，因此.滚动轴承选取6009 d×D×B=45mm×75mm×16mm。
：低速小齿轮轴段 取
：轴环，根据齿轮的轴向定位要求 取
: 高速大齿轮轴段 取
：滚动轴承段
2）中间轴各轴段长度的确定
：由滚动轴承，挡油盘及装配关系 取
：由低速小齿轮齿宽取
：轴环 取
：由高速大齿轮齿宽 取
：
3、低速轴
1) 低速轴各轴段的直径确定
： 滚动轴承轴段，因此.滚动轴承选取6010 d×D×B=50mm×80mm×16mm。
：低速大齿轮轴段 取
：轴环，根据齿轮的轴向定位要求 取
: 过度段取，考虑挡油盘的轴向定位 取
：滚动轴承段
：封密轴段处，根据联轴器的定位要求以及封面圈的的标注，取
：最小直径，安装联轴器的外伸轴段
2）低速轴各轴段长度的确定
：由滚动轴承、挡油盘以及装配关系等确定取
：由低速大齿轮齿宽 取
：轴环 取
：由装配关系和箱体结构 取
：滚动轴承、挡油盘以及装配关系
：由箱体结构，轴承端盖、装配关系等确定
：

五、轴的校核（低速轴）
1、低速轴的受力分析
圆周力、径向力、轴向力大小如下：

2、低速轴的受力情况如下图所示

3、求垂直面的支承反力

4、求水平面的支承反力

5、绘制垂直面的弯距图如下图所示

=364.34×0.0595=21.68N.m
=731.74×0.1195=87.44N.m
6、绘制水平面的受力与弯距图如下图所示

7、求合成弯距

8、危险截面的当量弯距
由下图可见，截面a-a最危险，其转距

当量弯距
如认为轴的扭切应力是脉动循环变力，取折合系数a=0.6，代入上式

9、计算危险截面处轴的直径
轴的材料为45钢，调质处理，由教材14-1查得=650 MPa，由表14-3查得=60MPa
≥＝
考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大5%，故d=1.05×38.02=39.92mm<44mm
故轴符合强度要求。
六、键的选择
（一）、高速轴键的选择
高速轴上只有安装联轴器的键。根据安装联轴器处直径d=38㎜，经过查《机械设计基础课程设计》表10-33选择普通平键。选择的键尺寸：b×h=12×8 （t=5.0，r=0.25）。标记：键12×8 GB/T1096- 。键的工作长度L=44mm,键的接触高度k=0.5h=0.5×8=4mm，传递的转矩。
按表6-2差得键的静连接时需用应力 则

因此高速轴上的键强度足够。
（二）、中间轴键的选择
中间轴上的键是用来安装齿轮的，因此选用圆头普通平键。因为高速大齿轮齿宽B=40mm ，轴段直径d=48mm，因此经过查《机械设计基础课程设计》表10-33选用b×h =14×9（t=5.5，r=0.25），标记：键14×9GB/T1096- 。低速小齿轮齿宽B=70 ，轴段直径d=48，因此选用b×h=14×9（t=5.5，r=0.25），标记：键14×9 GB/T1096- 。由于两个键传递的转矩都相同，因此只要校核短的键。短键的工作长度L=36m,键的接触高度k=0.5h=0.5×9=4.5mm，传递的转矩 则

故轴上的键强度足够。
（三）、低速轴键的选择
低速上有两个键，一个是用来安装低速级大齿轮，另一个是用来安装联轴器。齿轮选用圆头普通平键，齿轮的轴段的直径d=95mm，轮宽B=130mm ，经过查表《机械设计基础课程设计》表10-33选用b×h=14×9（t=5.5，r=0.25）标记：键14×9GB/T1096- 。键的工作长度 L=59mm,键的接触高度k=0.5h=0.5×9=4.5mm，传递的转矩 则

故安装齿轮的键强度足够。
安装联轴器的键用单圆头普通平键，轴直径d=45mm，因此选键b×h=14×9。标记：键14×9 GB/T1096- 。键的工作长度 L=78mm,键的接触高度k=0.5h=0.5×=4.5mm，传递的转矩 则

故选的键强度足够。

七、滚动轴承的选择
（一）、高速轴轴承的选择
根据载荷及速度情况，选用深沟球轴承。由高速轴的设计，根据，查《机械设计基础课程设计》表10-35选轴承型号为6009。
（二）、中间轴轴承的选择
根据载荷及速度情况，选用深沟球轴承。由中间轴的设计，根据，查《机械设计基础课程设计》表10-35选轴承型号为6009。
（三）低速轴轴承的选择
根据载荷及速度情况，选用深沟球轴承。由低速轴的设计，根据，选轴承型号为6010。

八、联轴器的选择
根据工作要求，为了缓和冲击，保证减速器的正常工作，输出轴（低速轴）选用凸缘联轴器，考虑到转矩变化小，取，则

按照计算转矩小于联轴器公称转矩的条件，查《机械设计基础课程设计》表10-41，高速轴选用YL7联轴器，公称转矩，孔径d=38mm，L=60mm，许用转速n=7600r/min，故适用; 低速轴选用YL10联轴器，公称转矩，孔径d=45mm，L=84mm，许用转速n=6000r/min，故适用。

九、箱体的设计
箱体各部分尺寸关系如下表所示
名称
符号
尺寸关系mm
箱座壁厚
δ
10
箱盖壁厚
δ1
8.5
箱盖凸缘厚度
b1
12.75
箱座凸缘厚度
b
15
地脚螺钉直径
df
M16
地脚螺钉数量
n
6
轴承旁联结螺栓直径
d1
M16
盖与座联接螺栓直径
d2
M8
联接螺栓d2的间距
L

轴承端盖螺钉直径
d3
M10
检查孔盖螺钉直径
d4
M4
定位销直径
d
8
大齿轮齿顶圆与箱体壁的距离
L1

轴承座轴承盖外径
D1
D2
D3
125
125
130
箱体外壁到轴承座端面的距离
L2

凸缘尺寸
C1
C2
16
14
箱坐上的肋厚
m1
8.5

十、润滑、密封的设计
1、润滑
因为齿轮的速度都比较小，难以飞溅形成油雾，或难以导入轴承，或难以使轴承浸油润滑。因此，减速器齿轮选用润脂脂润滑的方式润滑。
1、密封
为了防止泄漏，减速器的箱盖与箱体接合处和外伸轴处必须采取适当的密封措施。箱体与箱盖的密封能够经过改进接合处的粗糙度，一般为小于或等于6.3，另外就是连接箱体与箱盖的螺栓与螺栓之间不宜太大，安装时必须把螺栓拧紧。外伸轴处的密封根据轴的直径选用国家标注U型密封圈。

十一、设计小结
二周的课程设计结束了，本课程设计的任务是二级圆柱齿轮减速器。根据设计任务书的要求，同学们展开了激烈的讨论。我也查阅了大量资料，然后才开始设计。但其中还是出了很多问题，主要有两个：
1、齿轮设计中出现的问题
齿轮设计中首先遇到的是齿数和模数的决定。后来，经过与同学们的互相讨论。为使工作机运转平稳，应尽量把模数取小，齿数增大，这样也便于加工，且运动过程中噪声、振动均小。
2、轴设计中出现的问题
轴的设计过程中，开始是按顺序先设计Ⅰ轴，可是在设计中Ⅰ轴的轴向尺寸定不下来，这是因为Ⅰ轴的尺寸与Ⅱ轴和Ⅲ轴的尺寸和结构有关，故应先把第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的结构设计排列在一张纸上，综合考虑才能正确把握各轴的轴向定位。
由于设计过程中开始没有注意到Z2的齿顶圆应≥到Ⅲ轴外端的距离这一条件，导致设计后，这一要求不符合。解决办法是重新确定齿数，加大各轴中心距以满足这一要求。从这里我注意到：设计过程中综合考虑全盘布局是十分重要的，否则会顾此失彼。
因此，必须继续努力学习，培养设计习惯，提高计算能力和操作能力。
经过这次课程设计，使我更加深入地了解了机械设计这一门课程。机械设计不但仅是一门课，我们必须经过理论接合实际，深入地去了解其中的概念和设计过程，这样我们不但学到了理论知识，而且有助于提高我们的综合素质。这次设计不但涉及到我们学过的《机械设计基础》、《画法几何及机械制图》、《理论力学》、《材料力学》、CAD制图等知识，还涉及到我们还没学过的《公差与配合》等。可见，机械设计是一门广泛综合的课程，单单靠教材学的点点是远远不够的，我们很有必要多点吸收课外的有关知识。今后一定要注意综合思考问题和解决问题能力的提高，尽可能在工作和学习中少走弯路，但决不能回避困难，遇到困难时要冷静思考，多看参考书，问老师和同学们，力争尽快解决问题，设计中的问题请老师多多指教。

十二、参考资料
1、《机械设计基础》（教材）第五版，高等教育出版社，主编：杨可桢、程光蕴、李仲生 。
2、《机械设计基础课程设计》，中国矿业大学出版社，主编：张建中。
3、《画法几何及机械制图》（教材），中国矿业大学出版社，主编：李爱军、陈国平。
4、《AutoCAD 》（教材），中国矿业大学出版社，主编：庄宗元。