机械专业课程设计正文

目录

第1章传动方案的拟定...................................................................2

1.1原始数据.........................................................................2

1.2传动方案的确定..................................................................2

第2章电动机的选择及运动参数的计算....................................................3

2.1电动机的选择.....................................................................3

2.2计算传动装置的总传动及其分配...................................................5

2.3计算传动装置的运动和动力参数...................................................6

第3章带轮设计计算.....................................................................7

3.1V带设计计算.....................................................................7

第4章箱内传动件设计..................................................................10

4.1高速齿轮传动设计................................................................10

4.2低速齿轮传动设计................................................................14

第5章装配草图前期准备................................................................20

5.1轴径初算及轴承初选..............................................................21

5.2轴承与联轴器的选择.............................................................21

5.3减速器箱体的设计...............................................................22

5.4减速器的润滑选择...............................................................23

5.5减速器的密封....................................................................23

第6章轴的结构设计....................................................................23

6.1确定轴的径向尺寸................................................................23

6.2确定轴的轴向尺寸...............................................................24

2.3确定轴上键槽的位置和尺寸.......................................................25

第7章轴、轴承、键的校核计算.........................................................26

7.1确定轴上力作用点及支点跨距.....................................................26

7.2轴的强度校核....................................................................26

7.3轴承寿命校核计算...............................................................28

7.4键联接强度校核计算...............................................................31

第8章减速器的附件....................................................................32

8.1视孔盖和窥视孔................................................................32

8.2放油孔和螺塞...................................................................33

8.3油标..........................................................................33

8.4通气器.........................................................................33

8.5定位销.........................................................................33

8.6起盖螺栓.......................................................................33

第9章拆装和调整的说明.................................................................33

第10章减速箱体的附件说明..............................................................34

主要

计算与说明

结果

第1章传动方案的拟定

1.1原始数据

(1)运输机工作铀转矩7=8(X)N•5

(2)运输带工作速度v=0.7ms-l

(3)卷筒直径0=300〃切

(4)带传动的效率nw=0.96

*=

(5)工作寿命/2=10x8x300=2400/?

WM2400/?

(6)工作条件连续单向运转，工作时有轻微振动，运输带速度允许误差为±5%。

(7)传动方案简图

图1-1传动方案简图

1.2方案分析

本设计中原动机为电动机，工作机为带式传动机。传动方案采用了两级传动，第一

级传动为带传动，第二级传动为两级斜齿圆柱齿轮减速器。

带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较具他形式大，但的过我保护

的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传

动的结构尺寸。

齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中

应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是展开式两级斜齿轮传动。

总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还

结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。

第2章电动机的选择及运动参数的计算

2.1电动机的选择（matlab程序见附录1）

2.1.1选择电动机的类型

由第一章的工作要求和工作条件选用Y系列三相异步电动机。

2.1.2选择电动机的容量

Tn

工作机的有效功率为P=-----------

9550%

其中，T——工作机阻力矩（N•机）

明一一工作机效率，带式传动机人.=0.96

n----工作机转速（r/min）

由参考文献1表12-8可知：

:V带轮传动效率0.95

〃、：滚动轴承效率0.98

4：7级精度齿轮传动效率0.98

%：弹性联轴器效率0.99

所以从电动机到工作机传送带间的总效率为%小=0.8331

%=

所以电动机所需工作功率为0.83

P

P.=-^=4.6676hv

77a

4.6676A”

则电动机的额定功率Ped>Pd,查书可得Ped=5.5kw

2.1.3确定电动机转速

nV=

工作机卷筒轴的转速为；44.56〃min

1000x60v1000x60x0.7

n=----------=------------------=44.56r/min

7rD7TX3OO

按参考文献1表2-2和表2-2推荐的传动比合理范围，经查表按推荐的传动比合理范

围，V带传动的传动比/；=2〜4,二级圆柱斜齿轮减速器传动比i；=8~40,

则总传动比合理范围为£=16〜160,电动机转速的可选范围为:

nd=ianw=(8~40)x44.56r/min

=356.48-1782.4/-/min

符合这一范围的同步转速有750“min、1000”min、150()“min三种。三种电机技术

数据见表2-U

表2-1三种电机技术数据

方额定功率电机

电动机型号电机转速(r/min)价格

案/kw重量

同步满载

1Y132S-45.515001440轻低

2Y132M2-65.51000960中中

3Y160M2-85.5750720重高

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，决定选用同步转速为

电机

1500〃min的电动机。即选用表2T中电机Y132S-4型号。

Y132S-4

其主要性能和参数如下表2-2：

表2-2Y132-4型号电机

外型尺寸地脚螺装键部位

中心高底脚安装尺寸轴伸尺寸

LX(AC/2+AD)X栓直径尺寸

HAXBDXE

HDKFXG

132475X345X315216X1401238X8010X33

2.2计算传动装置的总传动及其分配

2.2.1总传动比

由选定的电动机满载转速。〃和工作机主动轴转速〃，可得传动装置总传动比为

％=_^2_=32.31

an44.56

2.2.2分配传动装置传动比

由参考文献1第一章第四节可知，

ia=iD^i式中功」分别为带传动和减速器的传动比。

令匕,％分别表示高速级与低速级传动比，则有

』(1.3~1.5月

4•123

强认

2y0

编写matlab程序（见附录2）计算出所有满足条件的传动比分配方案表2-3。

表2-3传动比分配方案

方案

i2

12.54.25393.0385

22.44.34163.1011

32.34.4353.1678

42.24.53473.239

52.14.64143.3153

624.7563.3971

为使V带传动外廓尺寸不致过大，同时也使齿轮的分度圆直径相差不致过大，初选方

案2,即巳=2.4/=4.34&=340.

达=2.4

2.3计算传动装置的运动和动力参数/,=4.34

4=3.1()

2.3.1各轴的转速

lD

为二,

4

„一斯

询1-­—

<2

2.3.2各轴的输入输出功率

6=P1t小

Pn=6%/

%=耳％小

P卷筒=Pg%%

2.3.3各轴的输入转矩及输出功率

P

（二9550，

工,匕4分别表示第i轴的输入转矩、输入功率及转速。输出功率即为Z乘以轴承效率

0.98。

编写matlab程序(见附录3)计算以上各运动和动力参数，计算结果见表2-4,供以后设

计计算使用。

表2-4运动和动力参数

传动比效率

功率P(hr)转矩T(N")转速

轴名

(r/min)(0。7)

输入输出输入输出

电机轴4.66761440

2.400.95

轴4.43424.345570.57869.166600

4.340.96

轴4.25694.1717294.06288.18138.25

3.100.96

轴4.08664.0048875.11857.6144.596

1.000.97

卷筒轴3.9643.8847848.86831.8844.596

第3章带轮设计计算

3.1V带设计计算

3.1.1确定计算功率

查参考文献286表8-7或参考文献5的6-11页表6.1T3得:

工作情况系数K八二11

所以设计功率P(l=KAxP,(f=\Ax5.5=6.05hv,

为传递的额定功率，既电机的额定功率.

3.1.2选择带型号匕二

根据Ea=6.05,K八=1.1,6.05kw

查参考文献1P,51表8-11选用V带型:A型带.

3.1.3选取带轮基准直径《小(2

带速丫=不乙内，X5m/s<v<30m/s,所以编写matlab程序(见附录4),将

60x1000

所有可选方案算出，见表3-1。

表3-1所有速度满足的方案

方案Vddldd2

15.654975180

26.031980200

36.408885224

46.785890224

57.162895250

67.5398100250

77.9922106280

88.4446112280

99.4248125315

109.9526132355

1110.556140355

1211.31150400

1312.064160400

1413.572180450

1515.08200500

1616.889224560

1718.85250630

1821.112280710

1923.75315800

据参考文献5的6-9页可知，为提高V带寿命，宜选取较大的带轮直径，但不可过大,

所以初选方案8,即y=8.4/77/s,ddx=112mm,dd2=2S0mm

3.1.3确定V带的中心距。和基准长度Ld

由于0.7(4“+42)4/(2mm+4Q，所以274V4«784初步选取中心距：

4=500〃〃〃，所以带长

{d.,-d.)2

)+，__J=1693mm.查参考文献1P表8-2选取基准长

Ld=2。0+可34]46

4%

度(=1600〃〃〃得实际中心距

L-L1600-1693...

。=4+(-l----dJ=5C0A0n+--------------=454〃〃〃

22

则有1%^-0.0I5^

ina=

人用pmax=f/+0.03Lz

454mm

所以中心距的变化范围为430mm〜502mm

3.1.4验算小带轮包角四

573

a.=18()-d.-d.x^^=159>9(),包角合适,

2'a

3.1.5确定v带根数z

根据d(n=112，〃〃?和〃]=1440"min,

查课82本表87a插值法得《=1.60bv,

根据传动比i()=2.4,%=1440/7min,

查参考文献1匕4表8-处，用插值法得=0.17,

查参考文献1匕，表8-5并由内插值法得Ka=0.945

查参考文献11张表8-2,并由内插值法得KL=0.99于是

6=(6+然)勺勺=1.66"

由尸514公式8-22得

Z=---------以---------=3.65

(%+的xKa&

故选z=4根带。

3.1.6计算单根V带初拉力最小值(玲)由

查参考文献1儿9表8-3可得g=0.1kg/m,故:

单根普通V带张紧后的初拉力为(与)min=500(2,5~Kft>^+qv2=169/V

K/V

应使带实际初拉力吊

3.1.7计算作用在轴上的压轴力Fp

压轴力的最小值为

代)nin=2z/)si吟=2X4X175.49Xsin号-=133IN

3.1.8传动比误差校核

带轮的实际传动比，实二牛=郎=2.5

%112

25-24

则误差〃=—=一=4.2%<5%

所以实际传动比在误差范围内。

3.1.9带轮结构设计

因为电机型号为YI32S-4,由表1-2可知轴伸直径D=38mn,轴伸长度为80mm,

所以小带轮轴孔直径4=38nini,毅长应小于80mm0查参考文献5的6-26页表6.1-25得

小带轮结构为实心轮。查参考文献5的6-24页可获得带轮宽度为

B=(z-l)e+2/=(4-1)x15+2x10=65mm

暂定大带轮的轴孔直径为38mm,同理可查得其相应参数。将所有数据列于表3-2。

表3-2带轮的设计参数

小带轮大带轮

轮宽(mm)

直径(mm)轮结构孔径(mm)直径(mm)轮结构孔径(mm)

112实心轮38280六孔板轮3865

注：3.1.3至3.1.7matlab程序见附录5

第4章箱内传动件设计

4.1高速齿轮传动设计

由于齿轮设计流程统一，设计出的两大齿轮的分度圆直径之差又要求小于20mm，故为避

免大量计算，编写了matkb程序以减少计算量，程序见附录6。设计流程如下。

4.1.1选定齿轮类型、精度等级、材料齿数及螺旋角：

(1)按简图所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动，软齿轮面闭式传动。

(2)运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。

(3)材料选择。查参考文献11%表10T，选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为

280HBS,大齿轮为45钢(调质)，硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。

(4)选小齿轮齿数为=21(20<Z]<40),则大齿轮齿数Z2=i]Z=4.34x21=92,

(5)选螺旋角为14°(8~2())。

设计准则:先由齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度计算。

4.1.2按齿面接触疲劳强度设计，即

(>也.曳(S

N①aa110/

(1)确定公式内的各计更数值

1〉.试选载荷系数4,=1.6。

2》.由计算公式Z〃=cosa“J-----------(见参考文献7)得区域系数

Vsin%cos/?

ZH=2.4337

3>.由参考文献1%?图10-26得名=0.74,？=0.0.82

则〃=£、+%=156

4》.小齿轮传递的转矩7；=7.058xl04N•〃明？

5>.按软齿面齿轮非对称安装，由参考文献1鸟05表10一7选取齿宽系数①,/=1。

6>.由参考文献1^01表10-6查得材料的弹性影响系数2石=189.8^2。

7>.由参考文献1P2W图10-2H按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限

=600MP«;大齿轮的接触疲劳强度极限=550物%。

8>.计算应力循环次数

N、=60/ijL,=60x600x1x(1x8x300x10)=8.64x108

N

M=3=1.99x108

9>.由参考文献1ft07a10-19取接触疲劳寿命系数=0.99；KHN,=1.1O

10〉.计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%,安全系数S=1

[<J],=------------=0.99x600MPa=594MPa

HS

[aH]2=K"N2；mim2=11x550MPa=605MPa

则,[b”]=599.5MRz

(2).设计计算

i>.试算小齿轮分度圆直径4,，代入各参数的值。

d.>3-^5-.—(-^)2=47.29/n/n

t忸〃⑸]

2〉.计算圆周速度丫。

万4内1q/

V=---——=1.49/77/S

60x1000

3>.齿宽b及模数叫“

b==1.0x47.29=47.29/nm

4,cos/?八一、厂

m——-=2.185

"nfZ,

h—2251nm=4.9162mm

b/h=9.6m

4>.计算纵向重合度与

£p=0.31琥Z]tan/3=1.665

5>.计算载荷系数K

已知使用系数K—1.25;根据u=L49〃z/s、7级精度查参考文献1?4图10-8

得动载系数9=1.06；

查参考文献1《97图10一4插值得KHft=1.4186,

查参考文献148表10T3插值得K”=1.3684,

查参考文献1%表10-3查得Kfia=KPa=1.2

则载荷系数K=KAKvKHpKHa=2.2556

6>.按实际载荷校核所算得的分度圆直径4

4=""=4729x=53.0245”〃〃

7》.计算模数机.

mn=4cos01z、=2.45

4.1.3按齿根弯曲强度设计

12K7占cos?。kK

由公式in>j--------l---------3haSa

Va；％V[0]

（i）.确定公式内的各参数值

i.计算载荷系数

K=KAKvKFGKFfi=2A75S

2>.根据纵向重合度J=1.665,

查参考文献1旦的图10-28得螺旋角影响系数

%=0.876。

3》.计算当量齿数：

4]=Z]/cos3p=22.988

3

zr2=z2/cos/?=100.711

4>.查取齿形系数匕.小、匕“2和应力修正系数匕可、

由参考文献1鸟必表10-5插值法得

%I=2-76；YFa2=2.20：

"156；%=1・78。

5>.由参考文献1608图10-20C查得

小齿轮的弯曲疲劳强度极限石।=500MRz

大齿轮的弯曲疲劳强度极限=380MRz；

6》.由参考文献16的图10T8取弯曲疲劳寿命系数KFNi=0.92,

K硒2=0.98；

7>..计算弯曲疲劳许用应力；

取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由鸟05式1°T2得应力修正系数

6/=昂吟^=328.57MPa

[b,2=勺…巴/二=266MPa

S

YY

8>.计算大、小齿轮的詈个并加以比较;

^^=0,013

^^=0.015

匕尸]2

大齿轮的值大。

（2）.设计计算:

mn>1.69

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面摸数mn大于由齿根弯曲疲劳强度

计算的法面摸数〃2”大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面摸数，取〃乙=2.0〃〃〃，己可满

足弯曲强度，但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径

4=53.024〃77%来计算应有的齿数。

于是由4=4cosP/mn=26,

则Z?=113

4.1.4几何尺寸计算

（1）计算中心距

a=.+_144mm0

2cos/?

（2）按圆整后的中心距修整螺旋角：a=

[44mm

B=arccos（Z+z。％=15。8'36”

2a

因夕值改变较多，故参数4,K/"Z〃需要修整

B=

（3）计算大小齿轮的分度圆直径：

15。8'36”

4=z1mHicos0-53.871

d2=z2mn/cosP=234.130

（4）计算齿轮宽度〃==54mm4=53.871

4=234.130

圆整后取4=6（h〃〃，

B2=55mm

*=60mm

4.1.5结构设计

后续绘图才可以进行完整的齿轮结构设计B,=55mm

4.2低速齿轮传动设计

4.2.1所选定齿轮类型，精度等级和材料与高速级齿轮相同。

初选小齿轮齿数为Z1=25,则大齿轮齿数，Z2=78,初选螺旋角

/?=14°o

4.2.2按齿面接触强度设计:

一10溢uIK]

（1）确定公式内各计算数值

1)试选：(=1.6;

2)选

zH=2.4337;

3)由图10-26杳得=。82,42=。-80

则sa-1.62

4）小齿轮的传递转矩7；=3.59xl（）5

5）由表10-7选取齿宽系数中

6）许用接触应力:

8

N、=60n2jLh=60x114.63xlx(lx8x300xl0)=1.65xl0

M=N"3.10=6.42xIO’

7）由图10T9取接触疲劳寿命系数K/的=1.09,KHNi=1.18

8）计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%安全系数S=1

则。］I=K1V7ml=654Mpa

［外］2降厂=647Mpa

则［b〃］=65L5MPa

（2）计算

1)则小齿轮的分度圆直径为d]t=71.3819mm

2)计算圆周速度:

V=6^=°-5167m/5

3）计算齿宽b及模数网”

b=①=1x71.38=71.38mm

m—hs'0=2.77,/?=2.25/n=7.06mm,Z?/h-”=10.11

"ZI〃'7.53

4）计算纵向重合度J*：

=0.318%4tan=1.98

5）已知使用系数KA=1.25根据

v=0.5167,7级精度，由图10-8查得动载系数Ky=1.06

由表10-4杳得&”=1.424;由图10-13查得：kFfi=1.35

由表10-3查得：kHa=kpa=1.1

故载荷系数：k=kAkvkHakHp=2.2642

6）按实际的载荷系数校正所谓的分度圆直径：

4=J1;=80.1402mm

7）计算模数〃7“:

4cos,

mn=--------=3.104

4

4.2.3按齿根弯曲强度设计：

〃川一江向!

（1）确定计算参数：

口计算载荷系数：

K=KAK，KQK）=2.1958

2）根据计算重合度=1.98,从图10-28查得螺旋角影响系数：〃=0.88

3）计算当量齿数：

Z“1——二27.3674,2——=85.385

cos%cos3/?

4）查取齿形系数。

由表io-5查得：；

YrFc<j=2.62YfFc<>>=2.22

5）由表10-5查取应力校正系数Y=1.59：Y=1.77

S□UajuSca72

由参考文献1外08图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限

（rrE]=500MPa齿轮的弯曲强度极限。正2=380加产〃；

由参考文献i图10-18取弯曲疲劳寿命系数

=0.99,KFN2=1.0；

6）计算弯曲疲劳许用应力：

取弯曲疲劳安全系数S=1.4,应力修正系数为

r(TF],=KFNOFEI=0.99x500/1.4=353.57MPa

s

⑸]2=Ky"2=1.0X380/1.4=271.43M也

7）计算大小齿轮的%2工并加以比较。

旧]

YVYY

目―=0.01178'广中=001447

显然，大齿轮的数值大。

（2）设计计算：

mn>2.05

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于齿根弯曲疲劳强度计算的法

面模数，〃“大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取加〃=2.5加〃2己可满足弯曲

强度，但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径

,“一d,cosB八.

4=80.14〃〃%,来计算应有的齿数，于是有：z1=-------=31,则：

mn

z2=96

4.2.4几何尺寸计算:

1）计算中心矩a」Z+Z2）此=]64

ICQS/3

2）按圆整后的中心矩修正£=arccos（4+，）'"〃=14°32'9"

2a

因月值改变不多，故参数4,K/Z〃等不必修整

3）计算大小齿轮的分度圆直径=164〃〃〃

万=14。32'9”

4_z\mn_80.063mm,=22n=247.936m/??

cosJ3~cos/3

4）计算齿轮宽度

b-（p（M-80.063mm圆整后取B、=85mm,B?=SOmm

4=8().(Xi3/n/n

4.2.5结构设计4=247.936///W

后续绘图才可以进行完整的齿轮结构设il

4.3传动比误差校核片=85〃"〃

4.3.1高速级的传动比误差校核B]=80〃〃〃

1114246—424

z...=一=4.346,则误差片—....-x100%=0.14%<5%

264.34

满足要求。

4.3.1低速级的传动比误差校核

4=—=3.098,则误差q=31。-3.098乂］皿％=。/04%<5%

满足要求。

运用matlab编程（程序见见附录7）计算各齿轮参数，结果见表4T.

表4-1四个斜齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸

尺寸计算值

名称符号一级传动二级传动

小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮

14329'

螺旋角P15832”158'32"14329'

基圆柱螺旋角A0.248020.248020.238090.23809

法面模数叫1222.52.5

端面模数咐2.07192.07192.58272.5827

法面压力角%0.349070.349070.349070.34907

端面压力角0.360580.360580.359650.35965

法面齿距Pn6.28326.28327.8547.854

端面齿距Pt6.50926.50928.11378.1137

法面基圆齿距Pbn5.90435.90437.38037.3803

法面齿顶高系数*1111

法面顶隙系数%0.250.250.250.25

分度圆直径d53.871234.1380.063247.94

基圆直径450.406219.0774.94232.07

齿顶高222.52.5

ha

齿根高hf2.52.53.1253.125

齿顶圆直径57.871238.1385.063252.94

da

齿根圆直径df48.871229.1373.813241.69

法面齿厚力3.14163.14163.9273.927

端面齿厚s*3.25463.25464.05684.0568

当量齿数Zy28.908125.6434.178105.84

注：除螺旋角外，其他角度均为弧度制。

第5章装配草图前期准备

5.1轴径初算及轴承初选

按扭转强度初算，其式为dNC仁

式中P——轴所传递的功率(hr)；

n----轴的转速(r/min)；

C——由轴的许用切应力所确定的系数。45钢为U8~107,4()Cr为107~98。

当有一个键槽时，直径增大3%~5%，有两个键槽时，直径加大7%。

所以三个轴的最小直径分别为:

1A43

J,>107x#瑟xl.05=21.87<38（大带轮孔径）

J,>118X3/^LX1.07=39.58

-V138.25

1409

J.>118x3——xl.