机械设计课程设计说明书

1、中国石油大学胜利学院专业综合设计说明书学 院：机械与控制工程学院专业班级：机械专升本2班学 号：马春丽学 生：？指导老师：刘 庆中国石油大学胜利学院教务处2015 年 1 月16 日机械设计课程设计任务书一、设计题目：用于带式运输机的展开式二级直齿圆柱齿轮减速器原始数据：（数据编号 A6 ）数据编号A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10运输机工作轴转矩T (Nm)800850900950800850900800850900运输带工作速度(ms-1)1.201.251.301.351.401.451.201.301.351.40卷筒直径D(mm)36037038039040041036037

2、0380390工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期限为10年，小批量生产，单班制工作，运输带速度允许误差为5%。在中小型机械厂小批量生产。二、课程设计工作量1.减速器装配图1张（A1）。2.设计说明书1份（20页30页）。三、设计要求1.设计过程一定要认真，图形一定用铅笔按比例绘制。2.设计图纸：图纸要符合制图标准。3.设计计算说明书：（1）计算正确，次序清楚，简明扼要。（2）格式如下：计算项目计算内容计算结果（3）左侧装订。四、课程设计进度表设计阶段设计内容 完成阶段设计的参考时间（天）1设计准备0.32传动装置的总体设计0.23传动零件的设计计算14减速器装配草图的绘制15减速

3、器装配正规图的绘制1.56编写设计计算说明书15一 传动装置的总体设计1. 讨论传动方案二级减速器传动方案如图1.1所示图1.1所示减速器传动方案图电机选择选择电动机的类型和结构形式，根据经济性、使用要求、工作条件等选择，选择Y系列三相异步电动机，其有关计算数据和选择类型如下表所示 设计内容 计算及说明 计算结果1.选择电动机的类型 按工作要求和工作条件选用Y系列鼠笼三相异步电动机。其结构为全封闭自扇冷式结构，电压为380V。Y系列防护式笼型三相异步电动机2.选择电动机的容量工作机有效功率，根据任务书所给数据，工作机卷筒的转速则有：从电动机到工作机输送带之间的总效率为 式中，分别为V带传动效率

4、, 滚动轴承效率，闭式齿轮传动效率，联轴器效率，卷筒效率。据机械设计手册知=0.96，=0.99，=0.97，=0.99，=0.96，则有： =0.825所以电动机所需的工作功率为： 取 =7.5kw =7.5kw3.确定电动机的转速按推荐的两级同轴式圆柱斜齿轮减速器传动比I=840和带的传动比I带=24，则系统的传动比范围应为：I=II带=（840）（24）=16160所以电动机转速的可选范围为 =（1081.2810812.8）符合这一范围的同步转速有1000r/min,1500r/min和3000r/min三种。查询机械设计手册确定电机的型号为Y132M-4.其满载转速为1440r/mi

5、n,额定功率为7.5kw。 n=67.58r/min电动机型号为Y132M-43传动装置的总传动比及分配 设计内容 计算及说明 计算结果总传动比 =21.312.分配传动比因为已知带传动比的合理范围为24故取V带的传动比=3则 分配减速器传动比，参考机械设计指导书，分配齿轮传动比得高速级传动比，低速级传动比为 =3 计算传动装置的运动和动力参数设计内容 计算及说明 计算结果转数电动机轴高速轴中间轴低速轴 2.各轴输入功率 3.各轴的输出功率 P P P P P P P P=4.各轴的输入转矩 将上述计算结果汇总与下表:带式传动装置的运动和动力参数：名称 功率P （ kw）转矩T （）转速 (r

6、/min)输入输出输入输出电动机轴7.287.204.8 1440 1轴6.996.92139 480 2轴6.716.31421 152.38 3轴6.443.39912 67.42卷筒轴 6.31890 67.42传动零件的设计计算1.V带传动设计计算设计内容 计算及说明 计算结果1.确定计算功率Pca据2表8-7查得工作情况系数KA=1.1。故有： Pca =KAP Pca=8.252.选择V带带型据Pca和n查表选用A带A带3.确定带轮的基准直径dd1并验算带速初选小带轮的基准直径表8-6和8-8，取小带轮直径=90mm验算带速v有： 因为6.78m/s在5m/s30m/s之间，故带速

7、合适。计算大带轮基准直径： 取=280mm =90mm v=6.78m/s=270 4.确定V带的中心距a和基准长度 (1)据2式8-20初定中心距=500mm(2)计算带所需的基准长度 由2表8-2选带的基准长度L=1600mm（3）计算实际中心距中心局变动范围： =476mm 5.验算小带轮上的包角=6.计算带的根数z（1）计算单根V带的额定功率由和r/min查2表8-4a得 P=1.064KW据n=1440r/min，i=3和A型带，查28-4b得 P=0.17KW查2表8-5得K=0.945，K=0.99，于是： P=(P+P)KK=1.154KW（2）计算V带根数z 故取7根。 Z=

8、77. 计算单根V带的初拉力由2表8-3得A型带的单位长质量q=0.1kg/m。所以 应使实际拉力F大于=135N8 计算压轴力 压轴力的最小值为：（Fp)=2 =1855N2. 1齿轮和2齿轮的传动计算设计内容 计算及说明计算结果1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）按要求的传动方案，选用圆柱直齿轮传动；2）运输机为一般工作机器，速度不高，故用8级精度；（GB1009588）3）材料的选择。由2表10-1选择小齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，大齿轮的材料为45钢（正火）硬度为200HBS，两者硬度差为40HBS；4）选小齿轮齿数为Z1=24，大齿轮齿数Z可由=得 =75.6，

9、取77；直齿圆柱齿轮45钢小齿轮调质处理大齿轮正火处理8级精度=24=772.按齿面接触强度设计3.按齿根弯曲强度设计4.尺寸计算按公式： （1）确定公式中各数值 试选K 由2表10-7选取齿宽系数 计算小齿轮传递的转矩，由前面计算可知： T=1.39N。 由2表10-6查的材料的弹性影响系数 Z=189.8MP 由2图10-21d按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限=580MP；大齿轮的接触疲劳强度极限=560MP。 由2图10-19取接触疲劳寿命系数 K=0.95； K=1.05。 计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为，安全系数S=1，有 (2) 计算 确定小齿轮分度圆直径d，代入 中较

10、小的值 计算小齿轮的分度圆直径d，由计算公式可得： 计算圆周速度。 计算齿宽b 计算模数与齿高 模数 齿高 计算齿宽与齿高之比 计算载荷系数K。 已知使用系数=1.25，据v=1.77m/s，8级精度。由2图10-8得=1.1，K=1.46。由2图10-13查得K=1.40，由2图10-3查得K=K=1 故载荷系数： K= K K=2.01 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径： 计算模数m 3.按齿根弯曲疲劳强度设计 按公式： （1）确定计算参数计算载荷系数。 K=KKKK查取齿形系数 由2表10-5查得Y=2.65，Y=2.22查取应力校正系数 由2表10-5查得Y=1.58，Y=1.7

11、7由2图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极=330MP，大齿轮的弯曲疲劳强度极限=310MP 由2图10-18取弯曲疲劳寿命系数K=0.90，K=0.95计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则有： 计算大、小齿轮的 ，并加以比较 =经比较大齿轮的数值大。 （2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取 m =3mm，已可满足弯曲疲劳强度。于是有： =27.26取z=28，则z取=89，新的传动比4.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 mm （2）计算中心距 a=175.5mm （3）计算齿轮宽度 b= B=90mm，B=8

12、5mmT=139N.m =70.5mmV=1.77m/sh=6.62mmK=2.01=81.8mm=3.41mmK=1.93=212MPa=210MPa8984mm=267mma=175.5mmb=84mm=90mm=85mm 由此设计有：名称计算公式结果/mm模数m3压力角=20齿数2889传动比i3.15分度圆直径84267齿顶圆直径90273齿根圆直径75258中心距175.5齿宽90853. 3齿轮和4齿轮的传动计算设计内容 计算及说明 计算结果1.选、定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）按要求的传动方案，选用圆柱直齿轮传动；2）运输机为一般工作机器，速度不高，故用8级精度；（GB10

13、09588）3）材料的选择。由2表10-1选择小齿轮材料为45（调质）硬度为240HBS，大齿轮的材料为45钢（正火）硬度为200HBS，两者硬度差为40HBS；4）选小齿轮齿数为Z=24，大齿轮齿数Z可由Z= 得Z=78.48，取78；直齿圆柱齿轮45钢小齿轮调质处理大齿轮正火处理8级精度z1=24z2=782.按齿面接触强度设计3.按齿根弯曲强度设计4.尺寸计算按公式： d2.32（1）确定公式中各数值 试选K=1.3。 由2表10-7选取齿宽系数=1。 计算小齿轮传递的转矩，由前面计算可知： =4.2N。 由2表10-6查的材料的弹性影响系数Z=189.8MP 由2图10-21d按齿面硬

14、度查的小齿轮的接触疲劳强度极限=580MP；大齿轮的接触疲劳强度极限=560MP 由2图10-19取接触疲劳寿命系数K； K 计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为，安全系数S=1，有 (2) 计算确定小齿轮分度圆直径d，代入 中较小的值 计算小齿轮的分度圆直径d，由计算公式可得： 计算圆周速度。 v 计算齿宽b b=197.12=97.12mm 计算模数与齿高 模数 齿高h=2.25=2.25 计算齿宽与齿高之比 =10.66 计算载荷系数K已知使用系数=1.25，据v=0.77m/s，8级精度。由2图10-8得=1.05， =1.46。由2图10-13查得K=1.38，由2图10-3查得K=

15、K=1故载荷系数： K=KKKK =1.92 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径： d=d=97.12 =118mm 计算模数m m=4.91mm3.按齿根弯曲疲劳强度设计 按公式： m（1）确定计算参数 计算载荷系数。 K=KKKK 查取齿形系数 由2表10-5查得Y=2.65，Y=2.30 查取应力校正系数 由2表10-5查得Y=1.58，Y=1.72 由2图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极=330MP，大齿轮的弯曲疲劳强度极限=310MP 由2图10-18取弯曲疲劳寿命系数K=0.95，K=0.97计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则有： =223.9Mp =

16、214.8MP 计算大、小齿轮的 ，并加以比较 0.0187 0.0184经比较大齿轮的数值大。 （2）设计计算 m3.4mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取 m =4mm，已可满足弯曲疲劳强度。 于是有： =29取=29，则Z2.2629=65.54取=654.几何尺寸计算 （1）计算分度圆直径 （2）计算中心距 a188mm （3）计算齿轮宽度 b108=108mm B=100mm，B=95mm由此设计有：T2=42N.m =620.6MPa=632.8MPa=97.12mmV=0.77m/smmh=9.11mmK=1.92d=97.12

17、mmm=4.91mm=223.9MPa=214.8MPaK =1.45=29=65d1=116mmd2 =260mma=188mmb=108mm=100mm=95mm名称计算公式结果/mm模数m4齿数2965传动比2.24分度圆直径116260齿顶圆直径124268齿根圆直径106344中心距188齿宽10095三.轴的设计计算及校核1. 1轴的设计计算设计内容 计算及说明 计算结果1.已知条件 功率转矩转速6.99Kw139Nm480r/min2.选择轴的材料因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调制处理45钢，调制处理F=3310NF=1205NF=185

18、53.求作用在齿轮上的力已知高速级小齿轮的分度圆直径为d=84mm 而 F=3310N F=F3310=1205N 压轴力F=1855N4.初步确定轴的最小直径现初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理据2表15-3，取A=110，于是得： d=A27mm因为轴上应开2个键槽，所以轴径应增大10%-15%故d=31.05mm，又此段轴与大带轮装配，综合考虑两者要求取d=32mm，查4P表14-16知带轮宽B=78mm故此段轴长取76mm。5.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1） 拟定轴上零件的装配方案，通过分析比较，装配示意图（2）据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

19、I-II段是与带轮连接的其d=32mm，l=76mm。 II-III段用于安装轴承端盖，轴承端盖的e=9.6mm（由减速器及轴的结构设计而定）。根据轴承端盖的拆卸及便于对轴承添加润滑油的要求，取端盖与I-II段右端的距离为38mm。故取l=58mm，因其右端面需制出一轴肩故取d=35mm。 初选轴承，因为有轴向力故选用深沟球轴承，参照工作要求并据d=35mm。由轴承目录里初选620号其尺寸为d故d=40mm。又右边采用轴肩定位取=52mm所以l=139mm，=58mm，=12mm 取安装齿轮段轴径为d=46mm，齿轮左端与左轴承之间用套筒定位，已知齿轮宽度为90mm为是套筒端面可靠地压紧齿轮，

20、此轴段应略短于齿轮宽度故取l=86mm。齿轮右边-段为轴套定位，且继续选用6208轴承，则此处d=40mm。取l=46mm（3）轴上零件的周向定位 齿轮，带轮与轴之间的定位均采用平键连接。按d由5P表4-1查得平键截面b,键槽用键槽铣刀加工长为70mm。同时为了保证带轮与轴之间配合有良好的对中性，故选择带轮与轴之间的配合为，同样齿轮与轴的连接用平键14，齿轮与轴之间的配合为轴承与轴之间的周向定位是用过渡配合实现的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸 参考2表15-2取轴端倒角为2.其他轴肩处圆角见图。1. 2轴的设计计算 设计内容 计算及说明 计算结果1.求轴上的功率，

21、转速和转矩由前面的计算得P=6.71KW，n=152.38r/min，T1 =4.2N2.初步确定轴的最小直径现初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理据2表15-3，取A=110，于是得： d=A38.8mm因为轴上应开2个键槽，所以轴径应增大10%-14%故d=44.6mm，又此段轴与轴承装配，故同时选取轴承，因为轴承上承受径向力，故选用深沟球轴承，参照工作条件可选6210其尺寸为：d=50故d=50mm右端用套筒与齿轮定位，套筒长度取24mm所以l=48mm 45钢，调制处理d=38.8mm3.轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案通过分析比较，装配示意图（2）据轴向定位的要求确

22、定轴的各段直径和长度 II -III段为高速级大齿轮，由前面可知其宽度为85mm，为了使套筒端面与大齿轮可靠地压紧此轴段应略短于齿轮轮毂宽度。故取l=79mm，d=68mm。 III-IV段为大小齿轮的轴向定位，此段轴长度应由同轴条件计算得l =20mm，d=80mm。 IV-V段为低速级小齿轮的轴向定位，由其宽度为113mm可取l=112mm，d=56mm V-VI段为轴承同样选用深沟球轴承6210，左端用套筒与齿轮定位，取套筒长度为24mm则 l =48mm d=50mm （3）轴上零件的周向定位两齿轮与轴之间的定位均采用平键连接。按d由5P表4-1查得平b,按d得平键截面b=16其与轴的

23、配合均为。轴承与轴之间的周向定位是用过渡配合实现的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考2表15-2取轴端倒角为2.轴肩处圆角见图l=79mmd=68mml =20mmd=80mml=112mmd=56mml =48mmd=50mm1. 3轴的设计计算1.求轴上的功率、转速和转矩由前面算得p=6.44kw，n=67.4r/min，T=9.12N 2.求作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮的分度圆直径为 =260mm而 =3.初步确定轴的最小直径现初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理据2表15-3，取A=110，于是得： 同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩

24、查2表14-1取=1.3.则： 按计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件查5表8-7可选用GY7型弹性柱销联轴器。其公称转矩为N。半联轴器孔径d=50mm，故取=50mm半联轴器长度L=112mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度=102mm。 =Nmmd=50mm4.轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案通过分析比较，装配示意图（2）据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为满足半联轴器的轴向定位，I-II右端需制出一轴肩故II-III段的直径d=52mm；左端用轴端挡圈定位取轴端挡圈直径D=52mm。半联轴器与轴配合的毂孔长为102mm，为保证轴端挡圈只压在联轴器上而不压在轴上，故I-II段长度应比L略

25、短一些，现取l=132mm. II-III段是固定轴承的轴承端盖e=12mm。据d =52mm和方便拆装可取l=95mm。 初选轴承，因为有轴向力故选用深沟球轴承，参照工作要求=55mm，由轴承目录里初选6211号其尺寸为=55mm100mm21mm，l=21mm由于右边是轴肩定位，d=65mm，l=98mm，=71mm，l=12mm。取安装齿轮段轴径为d=63mm，已知齿轮宽为115mm取l=111mm。齿轮右边-段为轴套定位，轴肩高h=6mm则此处d=70mm。取l=48mm（3）轴上零件的周向定位齿轮，半联轴器与轴之间的定位均采用平键连接。按d由5P表4-1查得平键截面键槽用键槽铣刀加工

26、长为95mm。选择半联轴器与轴之间的配合为，同样齿轮与轴的连接用平键22齿轮与轴之间的配合为轴承与轴之间的周向定位是用过渡配合实现的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸 参考2表15-2取轴端倒角为.个轴肩处圆角见图。d=52mml=132mmd=55mml=21mmd=65mml=98mmd=71mml=12mmd=63mml=111mmd=70mml=48mm5.求轴上的载荷先作出轴上的受力图以及轴的弯矩图和扭矩图如图7-6。 现将计算出各个截面处的M，M和M的值如下： =794N =2182N =Nmm =N =9.12N=794N=-N=N=N=9.12N6.按

27、弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核危险截面的强度，从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面A是轴的危险截面，则根据2式15-5及上面的数据，取=0.6，轴的计算应力 =13.4MP 前面选用轴的材料为45钢，调制处理，由2表15-1 查得=60Mp，故安全。=13.4MPa轴承和键以及其它必要的选择1. 轴承的寿命计算（一）、轴上轴承6211的寿命计算预期寿命：已知=7461924000h故I轴上的轴承6211满足要求。74619符合要求2. 键连接的校核III轴上键的校核查表4-5-72得许用挤压应力为 I-II段键与键槽接触疲劳强度 故此键能安全工作。 -段与键槽接触疲劳强度 故此键能安全工作。键的强度符合要求3 润滑及密封类型选择1 润滑方式齿轮采用飞溅润滑，在箱体上的四个轴承采用脂润滑，在中间支撑上的两个轴承采用脂润滑。2 密封类型的选择1. 轴伸出端的密封 轴伸出端的密封选择毛毡圈式密封。2. 箱体结合面的密封 箱盖与箱座结合面上涂密封胶的方法实现密封。3. 轴承箱体内，外侧的密封 （1）轴承箱体内侧采用挡油环密封。 （2）轴承箱体外侧采用毛毡圈密封4. 减速器附件设计1 观察孔及观察孔盖的选择与设计观察孔用来检查传动零件的啮合，润滑情况，并可由该孔向箱内注入润滑油。平时观察孔盖用螺钉封住，。为防止污物进入箱