机械设计基础说明书(广东工业大学)

课程设计说明书 11高分子1班 周沛东 3111006791

课程设计说明书

课程名称 机械设计基础 题目名称 单极齿轮减速器设计 学生学院 材料与能源学院 专业班级 11热电（01）班 学 号 3111006791 学生姓名 周沛东 指导教师

2013年 6 月 29 日

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目 录

一、 设计任务书 ----------------------------------------------------------------------2 二、 传动方案的拟定和说明------------------------------------------------------4 三、 传动装置的运动和动力参数计算----------------------------------------4 四、 传动零件的设计计算----------------------------------------------------------6 五、 轴的设计计算---------------------------------------------------------------------11 六、 轴承的选择和寿命校核------------------------------------------------------20 七、 键链接的选择和计算----------------------------------------------------------21 八、 联轴器的选择---------------------------------------------------------------------23 九、 减速器附件的选择-------------------------------------------------------------23 十、 润滑和密封方式选择、润滑剂选择------------------------------------25 十一、 设计小结----------------------------------------------------------------------25 十二、 参考资料----------------------------------------------------------------------26

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广东工业大学课程设计任务书

题目名称 学生学院 专业班级 姓 名 学 号

带式运输机传动装置 材料能源学院

高分子11（1）班

周沛东 3111006791

一、课程设计的内容

设计一带式运输机传动装置（见 图1）。设计内容应包括：传动装置的总体设计；传动零件、轴、轴承、联轴器等的设计计算和选择；减速器装配图和零件工作图设计；设计计算说明书的编写。

图1 带式运输机传动装置简图 D V F 二、课程设计的要求与数据

已知条件：

1．运输带工作拉力：F = 2.6kN； 2．运输带工作速度：v =2.3m/s； 3．卷筒直径： D =430mm； 4．使用寿命： 8年；

5．工作情况：两班制，连续单向运转，载荷较平稳； 6．制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量。

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三、课程设计应完成的工作

1．减速器装配图1张；

2．零件工作图 2张（轴、齿轮各1张） 3．设计说明书 1份。

四、课程设计进程安排

序号 一 设计各阶段内容 设计准备: 明确设计任务；准备设计资料和绘图用具 传动装置的总体设计: 拟定传动方案；选择电动机； 计算传动装置运动和动力参数 地点 教1-409 起止日期 第18周一 二 传动零件设计计算: 带传动、齿轮传动主要参数的设计计算 教1-206 第18周 周一至周二 减速器装配草图设计: 初绘减速器装配草图；轴系部三 四 件的结构设计；轴、轴承、键联接等的强度计算;减速器箱体及附件的设计 教1-206 第18周 周二至周四 第18周五 至第19周二 第19周周三 第19周四 完成减速器装配图 零件工作图设计 整理和编写设计计算说明书 教1-206 教1-206 教1-206 五 六 五、应收集的资料及主要参考文献

1. 黄继焕主编. 机械设计基础[M]. ：华中科技大学出版社，第二版

2. 林怡青、谢宋良、王文涛编. 机械设计基础课程设计指导书[M]. 北京：清华大学出版社，2008年11月第1版

3. 机械制图、机械设计手册等。

发出任务书日期：2013年 6月 24 日 指导教师签名：

计划完成日期： 2011年 6月30日 基层教学单位责任人签章：

设计计算说明 主管院长签章： 计算结果 3

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F=2.6KN V=2.3m/s 二、传动方案拟定： D=430mm 采用Ｖ带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由 于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构 简单，成本低，使用维护方便。 图1 V带传动单级减速器 1—电动机；2.—V带传动；3—圆柱齿轮减速器；4—连轴器；5—卷筒；6—运输带。 三. 传动装置的运动和动力参数计算 1、电动机类型和结构的选择：选择Y系列三相异步电动机，此系列电 动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价 格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要 求的机械。 2、电动机容量选择： 由电动机至运输带的传动总效率为： η总=η带·η齿·η滚2·η联·η滑 式中：错误！未找到引用源。带、错误！未找到引用源。滚、错误！未找到引用源。齿、错误！ 未找到引用源。联、错误！未找到引用源。滑分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴 器和卷筒的传动效率。

η总=0.81 4

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同理σF2=76.20 a=168mm d1=75mm d2=299 mm 10

σF1= 62.66Mpa＜σF2=67.20＜[σF2]=173.6Mpa 故满足齿根弯曲疲劳强度要求 最终几何尺寸计算 a=m ·（Z1+Z2）/ 2cosβ=186.3 mm 取a=183mm 确定螺旋角β=arcos[m(z1+z2)/2a]=18.6° d1=mz1/cosβ=74.5mm d2=mz2/cosβ=299 mm 则取得d1=75mm,d2=299 mm b2=75 mm b1=80 mm （7）验算初选精度等级是否合适 齿轮圆周速度 v=π·d1·n1/（60×1000） =3.14×75×4208.85/（60×1000） =1.60 m/s 由表11-2可知选择8级精度合适。 五、轴的设计 （一） 高速轴的设计 (1) 确定轴上零件的定位和固定方式 （如图）

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b2=75 mm b1=80 mm (2)按扭转强度估算轴的直径 选用45#调质，硬度217~255HBS 轴的输入功率为PⅠ=6.64 KW 转速为nⅠ=408.85 r/min 根据14-2式，并查表14-2，取C=110 3d≥C·P6.64?110?3?27.96mmn408Ⅰ D1=Φ30mm L1=75mm 11 (3)确定轴各段直径和长度 ①从大带轮开始左起第一段，由于带轮与轴通过键联接，则轴应该适当增加，取D1=Φ30mm，又带轮的宽度： 则第一段长度L1=75mm ②左起第二段直径取D2=Φ35mm，因为标准毛毡圈接近30的是35mm 根据轴承端盖的装拆的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为30mm，则取第二段的长度L2=60mm ③左起第三段，该段装有滚动轴承，选用角接触球轴承，选用7008AC型轴承，其尺寸为d×D×B=40×68×15，那么该段的直径为D3=Φ40mm，长度为L3=15+2=17mm其中2为挡油盘的厚度 ④左起第四段，为齿轮的定位轴肩,取D4=Φ46mm，长度取L4= 11mm ⑤左起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为Φ81mm，分度圆直径为Φ75mm，齿根圆直径为Φ71.25齿轮的宽度为80mm，则，此段的直径为D5=Φ71.25mm，长度为L5=80mm

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⑥左起第六段，为滚动轴承固定段,取D6=Φ46mm，长度取L6=11mm ⑦左起第七段，为滚动轴承安装段,取D6=Φ40mm，长度取L6=17mm D2=Φ35mm L2=60mm D3=Φ40mm L3=17mm D4=Φ46mm L4= 11mm D5=71.25mm L5=80mm D6=Φ46mm L6=11mm D7=Φ40 L7=17mm 12

(4) 按弯矩较合强度计算 由上述轴各段的长度及轴承的类型可以算得轴支承跨距 ② 小齿轮分度圆直径：d1=75mm ②作用在齿轮上的转矩为：T1 =15.5×104N·mm ③ 求圆周力：Ft Ft=2T1/d1=2×15.5×104/75=4350.8N ④ 求径向力Fr Fr=Ft·tanα/cosβ=4350.8×tan200/cos15.35?=1529.6N Φ求轴向力Fa Fa=Fttanβ=4350.8×tan15.35?=1165.8N （5）轴长支反力 根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。L=112 水平面的支反力：F1H= F2H=Ft/2 =2175.4N 垂直面的支反力：F1V =Fr×(L/2)-Fa×(d1/2)/L=1135.6 N F2V=Fr- F1V=394N （6）画弯矩图 右起第五段（轮齿段）剖面C处的弯矩： 垂直面的弯矩： Mcv= F2V×L/2=22064 Nmm Mcv’ = F1V×L/2=63593.6 Nmm 水平面的弯矩：Mch= F1H×L/2=121822.4Nm 合成弯矩：

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2MC?MCV?MCH?121822.42?22064?123804.4Nm222222 MC'?MCV'?MCH?121822.4?63593.6?137422.1Nm （7）画转矩图： T= Ft×d1/2=1.55X10^6 Nmm （8）画当量弯矩图 因为是单向回转，转矩为脉动循环，α=0.6 可得右起第五段剖面C处的当量弯矩： MeC?MC?(αT)?154843.6Nmm 22 （9）判断危险截面并验算强度 ①右起第吴段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。 已知MeC=154843.6Nmm ,由表14-3有: ［σ-1］=40Mpa 则： σe= MeC/W= MeC/(0.1·D43) =154843.6/(0.1×71.25)=4.281MPa<［σ-1］ ②右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面： 2MD?（αT）?95310.5Nmm 3 13

σe= MD/W= MD/(0.1·D13) =95310.5/(0.1×463)=9.79MPa<［σ-1］ 所以确定的尺寸是安全的 。 以上计算所需的图如下：

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（二）输出轴的设计计算 (1) 确定轴上零件的定位和固定方式 （如图） (2)按扭转强度估算轴的直径 选用45#调质，硬度217~255HBS 轴的输入功率为PⅡ=6.31 KW 转速为nⅡ=101r/min 根据13-2式，并查表13-2，取c=110 3d≥C· 15 P6.31?110?3?43.64mm n101Ⅰ(3)确定轴各段直径和长度 ①从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%左右，取Φ45mm，根据计算转矩TC=KA×TⅡ=1.2×157=188.4Nm，

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查标准GB/T 4323-1984，选用TL7型弹性柱销联轴器，半联轴器长度为l1=90mm,轴段长L1=85mm D1=Φ45mm L1=85mm ②右起第二段标准毛毡圈要去该段的直径取Φ45mm,根据轴承端盖的装D2=Φ50mm 拆的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为30mm，故取该段L2=74mm 长为L2=74mm D3=Φ60mm ③右起第三段，该段装有滚动轴承，该段装有滚动轴承，选用角接L3=38mm 触球轴承，选用7012AC型轴承，其尺寸为d×D×B=60×95×18，那么D4=Φ70mm 该段的直径为Φ60mm，长度为L3=38 L4= 70mm ⑤ 起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要适当增D5=Φ76mm 加，则第四段的直径取Φ70mm,齿轮宽为b=75mm，为了保证定位L5=6mm 的可靠性，取轴段长度为L4=70mm D6=Φ67mm ⑤右起第五段，考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为L6=8mm D5=Φ76mm ,长度取L5=6mm ⑥ 右起第六段，轴肩和轴承安装的过度段，考虑拆卸方便，取 D6=67mm， L6=18mm ⑦ 右起第七段轴承安装段，Φ=60，L7=18mm， D7=Φ60mm L7=18mm (4)求齿轮上作用力的大小、方向 ①大齿轮分度圆直径：d2=299mm ②作用在齿轮上的转矩为：T2 =589000N·mm ③求圆周力：Ft Ft=2T2/d2=2×589000/299=16828.6N ④求径向力Fr Fr=Ft·tanα=16828.6×tan20°=6341.2N 求轴向力Fa Fa=FtXtanβ=16828.6×tan15?=4509.2N Ft，Fr的方向如下图所示 （5）轴上支反力 根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学 模型。 16

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水平面的支反力：RA=RB=Ft/2 = 8414N 垂直面的支反力：F1V =Fr×(L/2)-Fa×(d1/2)/L=1135.6 N F2V=Fr- F1V=394N （6）画弯矩图 右起第五段（轮齿段）剖面C处的弯矩： 垂直面的弯矩： Mcv= F2V×L/2=22064 Nmm Mcv’ = F1V×L/2=63593.6 Nmm 水平面的弯矩：Mch= F1H×L/2=121822.4Nm 合成弯矩： 2MC?MCV?MCH?121822.42?22064?123804.4Nm222 17

MC'?MCV'2?MCH?121822.42?63593.62?137422.1Nm （7）画转矩图： T= Ft×d2/2=589000 Nmm （8）画当量弯矩图 因为是单向回转，转矩为脉动循环，α=0.6 可得右起第四段剖面C处的当量弯矩： MeC2?MC2?(αT)?154843.6Nmm 22 （9）判断危险截面并验算强度 ①右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。 已知MeC2=182Nm ,由课本表14-3有: ［σ-1］=60Mpa 则： σe= MeC2/W= MeC2/(0.1·D43) =154843.6×1000/(0.1×71.253)=4.281MPa<［σ-1］ ②右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截2面：MD?（αT）?0.6?279?167.4Nm σe= MD/W= MD/(0.1·D13)

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=95310.5×1000/(0.1×71.253)=9.79MPA<［σ-1］ 所以确定的尺寸是安全的 。 以上计算所需的图如下： 18

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六．轴承的选择与寿命校核 轴1和轴2的轴承均采用正装，其原因在于正装轴承适合于传动零件位于两支承之间，轴承反装适合于传动零件处于外伸端，而且支承跨距不大，故采用两端固定式。轴承类型选为角接触球轴承。入下图所示： Lh＝38400h 正装 反装 轴承的校核 （1）轴承的预期寿命取为Lh＝10×300×16＝48000h， Fr1?Fr2?F1V?F1HF2V?222?269.92?1101.32?1133.8NF22H?(561.4)2?1101.32?1236.1N 由表16-13查得轴承的内部轴向力为： FF'1'2?0.68?Fr1?0.68?1133.8?771N?0.68?Fr2?0.68?1726.8?840N 20

因为F2′+Fa2 ＞ F1′ 所以Fa1=＝ F2′+ Fa2=1425.6N

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Fa2= F1′=771N （2）计算轴承的当量动载荷 由表16-11查得e=0.68而 a1?604.7?0.73?e831.3 r1 585.6a2??0.75＞e 776.5 r2 查表16-11得，X1=0.41，Y1=0.87，X2=0.41，Y2=0.87，所以 P1＝X1Fr1＋Y1Fa1=0.41×831＋0.87×604.7=866.8N P2＝X2Fr2＋Y2Fa2=0.41×776.5＋0.87×585.6=827.8N 初选轴承7010C，查手册得到基本额定动载荷Cr=26.5KN，基本额定静载荷Cor=22.0KN 初选轴承 7008C，查手册得到基本额定动载荷Cr=20.0KN，基本额定静载荷Cor=15.2KN P1、p2均小于相应载荷 轴承寿命的校核 因为轴的结构要求两端选择同样尺寸的轴承，进P1较大，故以它来校核轴承的寿命 21

FFFF106Cr?Lh?()?5?105＞48000h60n1P1 所以合理。 七、键连接的选择与计算 1．输入轴与大带轮联接采用平键联接 此段轴径d1=25mm,L1=75mm 查手册得，选用C型平键，得： 键8×7GB1096-1979 L=L1-b=75-8=67mm 取标准63mm T=34.72N·m h=7mm

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根据10-26式得 σp=4 ·T/(d·h·L)=4×34.72×1000/（25×7×67） =11.85Mpa < [σP] (110Mpa) 2、输入轴与齿轮连接采用平键连接 轴径d2=46mm L2=77mm TⅠ=34.72·m 查手册 选A型平键 GB1096-79 A键14×9 GB1096-79 l=L2-b=77-14=63mm h=9mm σp=4 ·TⅡ/（d·h·L） =4×34.72×1000/（46×9×77） = 4.35Mpa < [σp] (110Mpa) 3、输出轴与联轴器联接采用平键联接 轴径d2=35mm L2=55mm TⅠ=279.49N·m 查手册 选C型平键 GB1096-79 C键10×8 GB1096-79 l=L2-b=55-10=45mm h=8mm σp=4 ·TⅡ/（d·h·L） =4×279.49×1000/（35×8×55） = 72.59Mpa < [σp] (110Mpa) 4、输出轴与齿轮联接用平键联接 轴径d3=60mm L3=73mm TⅡ=279.49Nm 查手册P124 选用A型平键 键18×11 GB1096-1979 l=L3-b=73-18=55mm h=11mm σp=4·TⅡ/（d·h·L） =4×279.49×1000/（60×11×73） =23.20Mpa < [σp] (110Mpa) 22

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八．联轴器的选择 （1）类型选择 由于两轴相对位移很小，运转平稳，且结构简单，对缓冲要求不高，故选用弹性柱销联。 （2）载荷计算 计算转矩TC=KA×TⅡ=1.2×279.49=335.388Nm， 其中KA为工况系数，由课本表14-1得KA=1.2 （3）型号选择 根据TC，轴径d，轴的转速n， 查标准GB/T 5014—2003，选用LXZ2型弹性柱销联，其额定转矩[T]=1250Nm, 许用转速[n]=3750r/m ,故符合要 求。 九．减速器附件的选择 （1）窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视 孔，以便检查齿面接触斑点和赤侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。 （2）放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌 住。 （3）油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结 构类型，有的已定为国家标准件。 （4）通气器减速器运转时，由于摩擦发热，使机体内温度升高，气压增 大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。 （5）启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶，联结后结合 较紧，不易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉， 在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环，如装上二个启盖螺钉，

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将便于调整。 （6）定位销 为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联 结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位置尽量远些。如机体结构是对的， 销孔位置不应该对称布置。 （7）调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。 有的垫片还要起调整传动零件轴向位置的作用。 （8）环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩， 用以搬运或拆卸机盖。 （9）密封装置 在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防 止漏油和污物进入机体内。密封件多为标准件，其密封效果相差很 大，应根据具体情况选用。 十．润滑与密封方式选择、润滑剂选择 1.密封 由于选用的电动机为低速，常温，常压的电动机则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达到密封的目的。毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑。 2．润滑 (1) 对于齿轮来说，由于传动件的的圆周速度v< 12m/s,采用浸油润滑，因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H不应小于30~50mm。对于单级减速器，浸油深度为一个齿全高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递1kW需油量V0=0.35~0.7m3。 (2) 对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，所以选用润滑油润滑。 十一.设计小结 机械设计课程设计是我们机械类专业学生第一次较全面的机械设计训 练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性环节。 (1) 通过这次机械设计课程的设计，综合运用了机械设计课程和其他 有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实 24

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际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。 (2) 学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或 简单机械的设计原理和过程。 (3) 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计 资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算 和数据处理等。 十二.参考资料 1. 黄继焕主编. 机械设计基础[M]. ：华中科技大学出版社，第二版 [2]林怡青、谢宋良、王文涛编著. 机械设计基础课程设计指导书[M]. 北京：清华大学出版社，2008年11月第1版。 [3]机械制图、机械设计手册等。 25

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际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。 (2) 学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或 简单机械的设计原理和过程。 (3) 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计 资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算 和数据处理等。 十二.参考资料 1. 黄继焕主编. 机械设计基础[M]. ：华中科技大学出版社，第二版 [2]林怡青、谢宋良、王文涛编著. 机械设计基础课程设计指导书[M]. 北京：清华大学出版社，2008年11月第1版。 [3]机械制图、机械设计手册等。 25

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