机械设计课程设计说明书

《机械设计》课程设计说明书

设计题目： 用于带式运输机的减速器设计

学院名称： 生物工程学院

专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 11402 姓 名： 马明月 学 号： 8 指导教师姓名： 王永志

2012年12月

摘 要

本说明书主要针对用于带式运输机的减速器设计过程作了较为详细的阐

述。该减速器的布置形式为单级直齿轮传动，设计参数分别为带的工作拉力F= 1800N，带速?= 1.1 ms，滚筒直径D= 300 mm。全书主要分为 大部分,包括设计的原始数据,设计方案的确定,电动机的选型,联轴器的选择,传动零件的设计计算,轴的初步设计,轴承的选择、寿命计算及其润滑密封，轴系结构设计与强度校核,减速器附件结构设计等。在主要传动零件齿轮的设计中，运用了齿根弯曲疲劳强度准则和齿面接触疲劳强度准则；在轴的设计中，首先按照扭矩估算了轴的最小直径，然后进行轴系的结构设计，最后对轴的抗弯强度作了较为详细的校核。

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目录

设计任务书…………………………………………………………2 传动装置的总体设计………………………………………………2 传动零件的设计计算………………………………………………6 润滑方式及润滑油的选择…………………………………………13 输出轴的设计计算…………………………………………………13 滚动轴承的选择及寿命计算………………………………………16 键的选择及校核计算………………………………………………18 联轴器的选择………………………………………………………18 设计小结……………………………………………………………19 参考资料目录………………………………………………………21

设计计算 一、 设计任务书 设计一带式输送机的传动装置，传动装置的运动简图如图所示。已知输送带的滚筒的有效拉力F=1800N，输送带速度v=1.1m/s，滚筒直径D=300mm，、原动机为电动机在常温下连续工作，工作年限为5年，单班工作制（每班8小时），载荷变动微小运送带速度允许误差5%。要求对该带式输送机传动装置进行总体设计。 二、 传动装置的总体设计 （一） 传动方案的拟定及说明 （二） 传动方案如图所示： 方案由一级普通V带传动和二级斜齿圆柱齿轮传动组成,有效减小了横向尺寸,且成本较低, 由于是斜齿轮,总传动比较大,结构简单应用最广.但使用寿命在十五年以内且不适合在较差环境下工作,结合任务书要求来看,本方案较好。 1

备注

（二）电动机的选择 1、 电动机类型的选择 按工作要求和工作条件，选用一般用途的Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。 2、 选择电动机容量 Pw=Fv/1000=1.98kw 电动机所需功率 pd=pw/? 传动装置的总效率为：???1??2??3??4??5，式中?1、2?2、?3、?4、?5为从电动机至滚筒轴之间的传动机构和轴承的效率，由《课程设计》表1-5查得：V带传动效率： ?1?0.96 滚动轴承（每对）效率： ?2?0.99 圆柱齿轮传动效率： ?3?0.97 弹性联轴器效率为：?4?0.99 滚筒轴滑动轴承效率为：?5?0.96 ???1??2??3??4??5?0.96?0.99?0.97?0.99?0.96?0.8674 则：22 由此电动机所需功率为： Pd=Pw/?=2.28kw 因载荷变动微小，电动机的额定功率P额大于Pd即可，由《课程设计》P173表12-1选取电动机额定功率为4kw。 3、

确定电动机的转速 2

输送机滚筒的转速为： nw=60×1000v/πD=70.06r/min 一般选用同步转速为1000r/min或1500r/min的点击作为原动机。 由《课程设计》表1-6查得V带传动常用传动比范围为≤7，则电动机转速可选范围为：i=560.48~2802.4r/min 符合这一同步转速的范围有750r/min，1000r/min和1500r/min。从其重量、价格以及传动比等考虑，选用Y112M-4型。电动机主要性能参数、尺寸见下表： 型号 Y112M-4 额定功率 满载转速 启动转矩/额定转矩 4KW 1400r/min 2.2 最大转矩/额定转矩 2.3 轴径 24mm nd=nw×4、 传动装置总传动比及其分配 1、传动装置的总传动比 由前面计算得到输送机滚筒的转速为：nw=60×1000v/πD=70.06r/min，则总传动比为： i总=nm/nw=19.98 2、分配各级传动比 选取V带传动的传动比为i1=4，则一级圆柱齿轮减速器的传动比为： i2=i总/i1=4.995 3

所得i2符合一级圆柱齿轮减速器传动比的范围。 （三）计算传动装置的运动参数和动力参数。 0轴-电动机轴： Po=Pd=2.28kw no=nm=1400r/min To=9550Po/no=15.55N`m 1轴-高速轴： P1=Po`?01=2.28×0.96=2.19kw n1=n1/i1=700r/min T1=9550P1/n1=29.87N`m 2轴-低速轴： P2=P1×?12=2.10kw n2=n2/i2=141r/min T2=9550P2/n2=142.23N`m 参数 轴名 转速（r/min） 输入功率（kw） 0轴 1400 2.28 1轴 700 2.19 2轴 141 2.10 3轴 121.02 2.03 205.96 输入转矩（Nm） 15.55 29.87 142.23 传动比 效率 4 0.96 0.99 0.9 4.995 0.99 0.96 三、 传动零件的设计计算 4

（一） V带传动的设计计算 已知条件电动机功率：4kW, n=1500r/min,传动比：i?4 其它条件：传动比允许误差? ±5%；轻度冲击；二班工作制。 1、 确定计算功率。 由机械设计书P156表8—7查得工作情况系数KA=1.2 , 故 Pca=KA×P=6kw 2、 选择V带的带型。 根据Pca、n1的值由图8-11可知选用A型带。 3、 确定带轮的基准直径，并验算带速v。 1) 初选小带轮的基准直径。 由机械设计书表8-6和表8-8， 取小带轮的基准直径dd2) 验算带速v。 v?1?125mm ?dd1?n160?103?7.64ms 因为5m/s?v?30m/s，故带速合适。 3) 计算大带轮的基准直径。 根据式（8-15a），计算大带轮的基准直径。 dd2?i?dd1?250，取dd2?560mm。 4）实际传动比为： 5

i??250?2 125传动比误差： ?i?2?2?100%?0 2 4、 确定V带的中心距a和基准长度Ld。 1）根据式（8-20），初定中心距 0.7*(dd1+dd2)

所以取z?4。 7、计算单根V带的初拉力的最小值F0。 由表8-3得，A带的单位长度质量 F0?500 8、计算压轴力Fe。 Fe?2zF0sin?1046N 2q?0.1kgm Pca?2.5??1??qv2?131.82N ?vz?K???19、V带轮结构设计 由小带轮直径125mm，大带轮直径250mm 故小带轮选腹板式，大带轮选孔板式。 （二）斜齿圆柱齿轮闭式软齿面传动设计计算 1、 选择齿轮材料、热处理及精度等级 小齿轮中碳钢调质，齿面平均硬度取HBS260； 大齿轮中碳钢正火，齿面平均硬度取HBS200。 初估圆周速度 v?1.3ms， 选用8级精度。 2、 参数选择 ① 取小齿轮齿数：z1?26 大齿轮齿数：z2?i?z1?3.967?26?103.42 圆整取：z2?104 齿数比：u?z2?4 z1② 计算传动比误差为： ?i?4?3.967?100%?0.83% 3.9677

③ 取齿宽系数 ?d?1

3、 计算小齿轮转矩T1 T1?9.55?106P?5.87?104N?mm n14、 确定载荷系数 ① 使用系数KA KA?1.25 ② 动载系数KV KV?1.1 ③ 齿向载荷分布系数K? K??1.2 ④ 齿间载荷分布系数K? 初取??15?，由计算公式得 端面重合度????1.88?3.2?????1?z11???cos??1.67 z2???纵向重合度????dz1tan??2.22 ?总重合度?????????3.89 查表得K??1.43 ⑤ 载荷系数 K?KAKVK?K??1.25?1.1?1.2?1.43?2.36 5、 求总工作时间th th?8?300?16?38400h 6、 按齿面接触强度设计（允许少量点蚀） ① 求许用接触应力 应力循环次数NH,NH分别为： 12NH1?60njLh?60?1?480?38400?1.1?109NH2?60njLh?60?1?120?38400?2.76?108 取寿命系数KHN?1.02,KHN?1.08 128

取接触疲劳极限： ?Hlim?600Mpa,?Hlim?540Mpa 12取安全系数SHmin1?SHmin2?1 由计算公式得： ??H?1???H?2?HlimKHN11SHmin1 ?Hlim2KHN2??583MpaSHmin2?612Mpa② 弹性系数ZE ZE?189.8Mpa ③ 节点区域系数ZH 按??15?,ZH?2.42 ④ 重合度系数 由于???2.2?1,因此取???1，由计算公式得： Z??1?1?0.77 ??1.67⑤ 螺旋角系数Z?，由计算公式得： Z??COS??COS15??0.98 ⑥ 所需小齿轮直径d1，由计算公式得: d1?32KT1u?1?ZEZHZ?Z????????du????H??2?46.95mm ⑦ 验算圆周速度 v??d1n160?1000?1.25m s与估计值接近，所以d1，K不必修正 7、 确定传动的几何尺寸 ① 确定中心距a。 9

初估中心距为a?d1?1?u?46.95??1?4???124.125 22圆整取a=120＜135＜140mm。 ② 确定模数mn。 mn?2acos??2.006 z1?z2取mn?2mm。 ③ 确定实际螺旋角?。 ??arccosmn?z1?z2??15?38'24'' 2a④ 确定分度圆直径d1,d2。 mnz1?54mmcos? mnz2d2??216mmcos?d1?⑤ 确定齿宽b。 b??dd1?54mm 取小齿轮b1=60mm,大齿轮b2=55mm 8、 齿根弯曲疲劳强度校核 ① 许用弯曲应力??F?1,??F?2。 12由计算公式，应力循环次数NF,NF分别为： NF1?60njLh?60?1?480?38400?1.1?109NF2?60njLh?60?1?120?38400?2.76?108 取寿命系数YN1?YN2?1 取接触疲劳极限： ?Flim1?200Mpa,?Flim2?220Mpa 取安全系数SFmin1?SFmin2?1.4 10

由计算公式得： ??F?1???F?22?Flim1YN1?314MpaSFmin12?Flim2YN2??286MpaSFmin2 ② 确定当量齿数ZV1,ZV2。 Z126??29.133COS?COS15?38'24'' Z2128ZV2???116.533COS?COS15?38'24''ZV1?③ 确定齿形系数YFa1,YFa2。 取YFa1?2.53,YFa2?2.17 ④ 确定应力修正系数YSa1,YSa2。 取YSa1?1.62,YSa2?1.80 ⑤ 确定重合度系数Y?。 Y??0.25?0.75???0.25?0.75?0.7 1.67⑥ 确定螺旋角系数Y?。 由于???2.06?1,因此取???1， Y??1????120?1?15?38'24''?0.87 120⑦ 齿根弯曲疲劳应力?F1,?F2。 2KT1YFa1YSa1Y?Y??118Mpa???F?1bd1mn Sa2YFa2?F2??F1Y?113Mpa???F?2YSa1YFa1?F1?因此弯曲疲劳强度足够 9、 齿轮结构设计 由传动零件尺寸参数，小齿轮应设计成齿轮轴，大齿轮应11

设计成腹板式齿轮。 (三)输送带速度校核 v??D60?10 1.884?1.4?v??100%?0.84%?5%1.4?n1?3dd1z1??1.884msdd2z2故，符合要求。 四、 润滑方式及润滑油的选择 齿轮：浸油润滑 轴承：采用2N-3钠基脂脂润滑。 五、 输出轴的设计计算 （一） 初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为中碳钢，调质处理。查表取A0?112,于是得： 3dmin?A03Pn3?31.26mm 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的轴的直径。为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选择联轴器型号。 联轴器的计算转矩： Tca?KAT?KA?9550?1.3?9550?Pn2.61?267.75N?m 121.02查标准GB/T 5014-1985，选用HL2型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为315Nm，半联轴器的孔径d?35mm，故取d1?35mm，半联轴器长度L?82mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1?60mm。 （二） 轴的结构设计 12

1、拟定轴上零件的装配方案 选用如图所示装配方案 2、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 ① 为满足半联轴器的轴向定位要求，L1轴段右端需制出一轴肩，故取L2段的直径d2?42mm，左端用轴端挡圈定位。半联轴器与轴配合的毂孔长度L1?58mm。 ② 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求，并根据d2?42mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30309，其尺寸为d?D?T?45mm?100mm?27.25mm，故d3?d6?45mm，而L6=45mm。 。 ③ 取安装齿轮处的轴端的直径d4?50mm，齿轮的左端与左轴承之间采用轴套定位。已知齿轮轮毂的宽度为55mm，为了使套筒的额端面可靠的压紧齿轮，吃轴段应略短于轮毂宽度，故取L4=53mm。齿轮的右端采用轴肩定位，则轴环处的直径d5?62mm，轴环宽度L5=8mm。 ④ 更具轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取L2=50mm。 13

⑤ 取齿轮距箱体内壁值距离为15mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=8mm，已知滚动轴承宽度T=27.25mm。取L3=50mm。至此，以基本确定轴的隔断直径和长度。 3、 确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为2?45?，各轴肩处圆角半径参见零件图。 求轴上载荷，按弯扭合成应力校核轴的强度 ①求分度圆直径：已知d2=216mm ②求转矩：已知T3=205.96N·m ③求圆周力Ft： Ft=2T3/d2=2×205.96/0.216=1097N ④求径向力Fr根据课本P163（11-1）式得Fr=Ft·tanα=1097×0.28=307.16N ⑤校核 (1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ FAX=FBY=Fr/2=307.16/2=153.58N FAZ=FBZ=Ft/2=1097/2=548.5N (2)由两边对称，书籍截C的弯矩也对称 截面C在垂直面弯矩为 MC1=FAY*L/2=153.85×53/2*1000=4.07 (3)截面C在水平面弯矩为 MC2=FAZ*L/2=548.5×53/2*1000=14.53N·m (4)计算合成弯矩 14

MC?2MC12+MC22?15.07N?M (5)计算当量弯矩：α=0.6 Mec=[MC2+(?T3)2]=[15.07*15.07+(0.6*205.96)2]?124.49N?M (6)校核危险截面C的强度 由式（10-3） σe=Mec/（0.1d3）=124.49/(0.1×216) =5.76Mpa<[σob]=60Mpa ∴此轴强度足够 六、 滚动轴承的选择及寿命计算 根据条件，轴承预计寿命 L'h=3*8*300*10=72000h 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，.故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求，对输出轴，根据d2?45mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30309，其尺寸为d?D?T?45mm?100mm?27.25mm。对高速轴，由齿轮轴的基本尺寸，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30308，其尺寸为d?D?T?40mm?90mm?25.25mm。 输出轴上轴承寿命的计算： 15

e?0.4FaFaFr?e,X?0.4,Y?1.5?e,X?1,Y?0FrCr?112KNFr?301.76NFa?1097N ① 求Fr1,Fr2 Fr1?153.58NFr2?153.58N ② 求Fd1,Fd2 Fr1153.58??51.19N2Y2?1.5 FYr2153.58Fd2???51.19N2Y2?1.5Fd1?∴任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端 Fa1?Fd1?51.59NFa2?Fa?Fd2??51.59N Fa1Fa2?3?e?3?e Fr2 Fr1P1?fp?XFr2?YFa2??138NP2?fp?XFr2?YFa2??138N 故，Lh??112?10?1011???6.8?10h 60?121.02?138.2?63103LhL'hLh明显>，远远大于所需的寿命，因此轴承寿命合格 七、 键的选择及校核计算 1、输出轴与联轴器联接用平键联接 轴径d1=35mm,L1=58mm 查手册选用C型平键，得： 16

b×h=10×8 l=L1-b=58-10=48mm T2=58.69N·m h=8mm σp=4T2/dhl=4×58690/(35×8×48) =17.47Mpa<[σR](100Mpa) 2、输出轴与齿轮联接采用平键联接 轴径d4=50mm L4=53mm T2=58.69N·m 查手册10-9 选A型平键 键14×9 l=L4-b=53-14=39mm h=9mm σp=4T/dhl=4×58690/(50×9×39) =13.38Mpa<[σp](100Mpa) 3、输入轴与带轮联接用平键联接 轴径d1=28 L1=50mm T3=205.96N.m 查手册 选C型平键 键10×8 八、 联轴器的选择 联轴器的计算转矩： Tca?KAT?KA?9550?1.3?205.96?267.75N?m 由于减速器载荷较平稳，速度不很高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济性，查标准GB/T 5014-1985，选用TL2型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为315Nm，半联轴器的孔径d?35mm，故取d1?35mm，半联轴器长度L?82mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1?60mm。 17

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九、 设计小结 时间过得很快，三周的课程设计即将结束。通过这次设计实践，让我对机械产品的设计有了更全面、更深入地了解与认识。本次课程设计将以前上课的理论知识全面的运用了一次，使理论与实践联系在了一起，填补了以往课堂上，对于实际的工程设计计算没有具体概念的知识空白。 在这段时间里，我查阅了手里所能用到的所有有关书籍，手册，教材查表、计算、绘图是这次设计的重点内容，即使有一定的基础，但这些对于我来说还真不是很容易。查询的数据比较多，进度相对于较慢，设计中的不合理或是错误的地方也是比较普遍的情况，我们需要反复的设计，计算，校核，修改……同时，我们也得到了王强老师的指导和帮助，解答了我们在设计过程中遇到的问题，在此表示衷心的感谢。 这次设计的时间并不长，但我们在这次设计中学到了很多课堂上学不到的知识，初步了解和掌握了查找工程用工具书，进行机械设计的基本步骤与技能，体会到了设计过程中的那种充实感。在此次设计过程中所积累的经验，对我今后的学习和工作是有很大帮助的。 十、 参考文献 [1] 濮良贵，纪名刚. 机械设计. 第八版. 北京：高等18

教育出版社，2006 [2] 机械设计课程设计指导书. 机械设计机械原理教学组主编，2010 [3] 孙恒，陈作模，葛文杰. 机械原理. 第七版. 北京：高等教育出版社，2006 [4] 刘朝儒，吴志军. 机械制图. 第五版. 北京：高等教育出版社，2007 [5] 刘鸿文.材料力学. 第4版. 北京：高等教育出版社，2009

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