机械基础课程设计

课程设计实训报告

课程名称：机械基础 设计题目：一级圆柱齿轮减速器 系 别：机电工程系 专业班级：09机电一体化8班 学生姓名：宁 朕 学 号：02043093322 指导老师：张艳玲 设计时间：2010年12月10日

河南质量工程职业学院

09级机械基础课程设计

河南质量工程职业学院

《机械基础》课程设计任务书

班级 09机电8班 学生姓名 宁朕 指导教师 张艳玲 课程设计题目 主要 设计 内容 一级圆柱齿轮减速器 带式输送机传动系统中的减速器。要求传动系统中含有单级圆 柱齿轮减速器及V带传动。输送带的最大有效拉力F=3000N，输送带 的工作速度V=1.2 m/s，输送机滚筒直径D=250 mm。 主要 技术指标 和设 计要 求 带式输送机在常温下连续工作、单向运转；空载起动，工作载荷较平稳；两班制（每班工作8小时），要求减速器设计寿命为7年，大修期为3年，中批量生产；三相交流电源的电压为380/220V。 [1]张晓坤.隋晓朋.Autocad中文版实用教程.北京：北京经济日报出版社，2008.9 主要 参考 资料 及文 献 [2]徐锦康.机械设计.北京：高等教育出版社,2008.3 [3]唐金松.简明机械设计手册（第二版）.上海：上海科学技术出版社，2000.5 [4]黄祖德.机械设计.北京：北京理工大学出版社，2007.9 [5] 岳优兰，马文锁.机械设计基础.开封：河南大学出版社，2009.5

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09级机械基础课程设计

目 录

1电机的选择 ....................................................................................................................4

1.2电机容量的选择 ..................................................................................................4 1.3电机转速确定 ......................................................................................................4 1.4电机主要外形和安装尺寸： ..............................................................................5 2传动装置的运动和动力参数的计算 ............................................................................5

2.1分配传动比及计算各轴转速 ..............................................................................5 2.2各轴输入功率，输出功率 ..................................................................................5 2.3 各轴输入转矩 .....................................................................................................5 3 V带传动设计 ..............................................................................................................6

3.1.计算功率Pc ........................................................................................................6 3.2.确定大小带轮基准直径 .....................................................................................6 3.3.验算带速 .............................................................................................................6 3.4.求V带基准长度和中心距 .................................................................................6 3.5.验算小带轮包角 .................................................................................................6 3.7.求V带根数Z ......................................................................................................6 3.8. 求作用在带轮上的压力FQ ..............................................................................6 4减速器（齿轮）参数的确定 ........................................................................................7

4.1.齿轮参数 .............................................................................................................7 4.2. 按齿面接触强度设计 .......................................................................................7 4.3.验算轮齿弯曲强度 .............................................................................................7 4.4， 齿轮的圆周速度 .............................................................................................8 5 轴的结构设计及验算 ...................................................................................................8

5.1高速轴及低速轴的材料选择 ..............................................................................8 5.2，轴颈初估 ...........................................................................................................8 5.3. 轴的径向尺寸设计 ...........................................................................................8 5.4.轴的轴向尺寸设计 .............................................................................................9 6高速轴上的轴承寿命校核 ............................................................................................9

6.1， 径向力计算： ............................................................................................... 10

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7高速轴轴强度计算 ...................................................................................................... 11

7.1球垂直面的支撑反力： .................................................................................... 11 7.2球水平面的支撑反力 ........................................................................................ 11 7.3.各截面弯矩图 ................................................................................................... 11 7.5.求危险截面当量弯矩： ................................................................................... 11 7.6.计算危险截面处的直径： ............................................................................... 11 8联轴器的选择 .............................................................................................................. 12 9键连接的选择和计算 .................................................................................................. 12 小结： ............................................................. 13 参考文献 ........................................................... 13 附 表 1 机 体 各 部 分 尺 寸(单位mm) ............................... 14 附 表 2 减 速 器 整 体 最 大 几 何 尺寸及特性尺寸 .................. 14

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1电机的选择

1.1选择电机的类型和结构形式

依工作条件的要求，选择三相异步电机

a． 封闭式结构 b． u=380v c． Y型

1.2电机容量的选择

工作机的功率P工作机=F牵*V运输带/1000= 3.6 kw V带效率： 0.96

滚动轴承效率： 0.98 齿轮传动效率（闭式）： 0.97×1(对) 联轴器效率： 0.98 滚筒效率： 0.98

传输总效率?= 0.96×0.97×0.98×0.98×0.983=0.84 则，电机功率Pd=P工作机 /?= 4.29 kw 1.3电机转速确定

工作机主动轴转速n工作机=

60?v?d= 60×1000×2.4/(3.14×260) =91.72r/min

V带传动比范围：2~4 一级圆柱齿轮减速器传动比范围：3~6 总传动比范围：6-24

∴电机转速的可选范围为：550.32 kw~2201.28 kw 在此范围的电机的同步转速有：1440 r/min Y系列三相异步电机技术数据（JB30 74-82）选则电机的型号为； Y132S-4 性能如下表：

表1

电机型号 Y132S-4 功率 KW 满载时 质量 转速n 电压V 电流A 功率因 r/min 数 额定转矩 5.5 1440 380 22.6

11.6 2.2 68kg

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1.4电机主要外形和安装尺寸：

表2

机座号 极数 38 80 10 33 132 12 475 280 270 210 315 A B C D E F G H K L AB AC AD HD 132S 4,6,, 216 140 89 表3

中心高H 132 外形尺寸 L×(AC/2+AD) ×HD 600Ｘ345Ｘ315 地脚安装尺寸A×B 216Ｘ140 地脚螺栓孔轴伸尺寸 直径 K D×E 12 38Ｘ80 装配部位尺寸 F×GD 10Ｘ33Ｘ38

2传动装置的运动和动力参数的计算

所选电机满载时转速nm= 1440 r/min 总传动比：i总=

nmn工作机= 15.70

2.1分配传动比及计算各轴转速

i总=iD×i

带传动的传动比iD= 2

一级圆柱齿轮减速器传动比i= 7.85 则高速轴I轴转速n1= 720（r/min）

则低速轴II轴的转速n2= 91.72（r/min） 2.2各轴输入功率，输出功率

P输出=?P输入，效率如前所述。

则高速轴I轴的输入功率PI= 4.29 KW，输出功率PI=4.12 KW

则低速轴II轴的输入功率PII= 4.00 KW，输出功率PII= 3.92 KW 2.3 各轴输入转矩

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小带轮输入转矩Td=28.45(N﹒m) I轴输入转矩TI=54.62(N﹒m)

II轴输入转矩TII=415.90 (N﹒m)

3 V带传动设计

3.1.计算功率Pc

已知Pc，nm，已知电机输出功率，取KA=1.2 故Pc=KA×P=4.29 选择普通V带型号

确定所使用的V带为 A 型。 3.2.确定大小带轮基准直径d1，d2

取d1= 100mm ，带传动比iD已知，则d2=iD d1 = iD×d1=2×100=200 。 3.3.验算带速

V=∏d1n1/60×1000=3.14×100×1440/60×1000=7.54m/s 3.4.求V带基准长度和中心距（L0，a） 中心距应满足0.7?dd?dd12??a0?2dd1?dd2??

所以初定中心距a0=450mm 带长L0 =2a0+

?2(d1?d2)?(d1?d2)4a02? 1376.56mm 。

对 A 型带选用，Ld=1400mm 则实际中心距a≈a0+3.5.验算小带轮包角 ??1800?d2?d1a?57.3?167.59o>120 合格。

0Ld?L02=461.72mm

0

3.7.求V带根数Z

已知n1，d1得P0= 1.4KW

已知传动比 iD， 得△P0=0.17KW 已知?， 得K?= 0.98 ， 得KL=0.96 则V带根数Z=

Pc(P0??P0)K?KL? 3.49 取Z=4

3.8. 求作用在带轮上的压力FQ

可知 A 型带每米质量q=0.10kg/m

单根V带的拉力F0=

500PcZv(2.5K??1)?qv2=500×4.29/4×7.54×(2.5/0.98-1)+0.1

×7.54×7.54=137.97N.作用在轴上的压力FQ=2ZF0sin

?12=2×4×137.97

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sin

?12=945.11N

4减速器（齿轮）参数的确定

4.1.齿轮参数

小齿轮用：45号刚，热处理方法：调制处理，齿面硬度：HB＝260HBS 大齿轮用：45号钢，热处理方法：正火处理，齿面硬度：HB＝215HBS ，取安全系数SH= 1 ，SF= 1 。 则许用应力： [??H1]=

Hlim1SH= 600MPa ，???Hlim2H2??S? 505MPa，

H???EF1?H1??S?

500MPa， ??F1??FE2FS? 400MPa，

F4.2. 按齿面接触强度设计

设齿轮按 8 级精度制造，按齿面接触强度设计，

得载荷系数K=1.2 ，得齿宽系数?d= 1.2 。 小齿轮输入功率P=4.29 KW,转矩T1=9.55×106×Pn=57000(N﹒m)。

1可得弹性系数ZE =189.8 则小齿轮直径d2KT1?21≥3u?1?ZEZH??u??=47.78mm

d????d???取d1=50mm

齿数取Z1=20，Z2=i*Z1=20×2.5=50，模数m=

d1Z=50/20=2.5

1标准模数m=2.5，实际传动比i=Z2Z=7.85

1 d1= Z1m=20×2.5=50 d2= Z2m=2.5×157=392 实际标准中心距离a=( d1+ d2)/2=(50+392)/2=221mm 齿宽b=?d?d1=60mm(圆整)

为补偿安装误差，取小齿轮齿宽b1=b+5=65mm 4.3.验算轮齿弯曲强度

由图可知，取齿形系数，取齿形系数YFa1= 1 ，YFa2= 1 ， 由图可知，取外齿轮齿根修正系数修正YSa1= 4.35，YSa2= 3.99，

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判断：?F1?2KT1YFa1YSa1bmZ12= 51.22MPa ???F1?

判断：?F2??F1YFa2YSa1YFa1YSa2? 44.45MPa ???F2?

满足条件，合适

4.4， 齿轮的圆周速度

V=∏d1n1/60×1000=3.14×50×1440/60×1000=3.768

对照表可知，选择8级精度是合适的。

5 轴的结构设计及验算

5.1高速轴及低速轴的材料选择

高速轴的材料为：45刚，热处理方法：调制处理。

低速轴的材料为：45刚，热处理方法：证火处理。

两根轴的许用弯曲应力???1b?= 55MPa 。

5.2，轴颈初估

初选小轮轴颈，根据扭转强度计算初估轴颈。由表12-5可知得常数 C= 108 。

d1?C322mm 。

大轮轴径d2?C3p2n2?38.02mm 。 结合联轴器内径，圆整后

p2n1?21.34mm 。结合大带轮轮毂内径，圆整后暂取d1=

暂取d2= 38mm 。 5.3. 轴的径向尺寸设计

根据轴及轴上零部件的固定，定位，安装要求，初步确定轴的径向尺寸。 高速轴:

各尺寸确定的依据：强度的原则，将主动轴设计为阶梯轴。各段轴径分别取：

d1=22mm，d2=30mm，d3=35mm，d4=37mm，d5=45mm，d6=35mm。

低速轴：

各尺寸确定的依据：直径系列，取d3=55mm。为便于齿轮装拆，与齿轮配合处轴径d4应大于d3，取d4=57。齿轮左端用用套筒固定，右端用轴环定位，轴环直径d5满足齿轮定位的同时，还应满足右侧轴承的安装要求，根据选定轴承型号确定。右端轴承型号与左端轴承型号相同，取d6=55mm.

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将估算轴径d=42mm作为外伸端直径d1，与联轴器相配，考虑联轴器用轴肩实现轴向定位，取第二段轴直径d2=50mm。齿轮与左边轴承从左侧装入，考虑装拆方便及零件固定的要求，装轴承处轴径d3应大于d2，考虑滚动轴承

5.4.轴的轴向尺寸设计

根据轴及轴上零部件的固定，定位，安装要求，初步确定轴的轴向尺寸。 高速轴：

各尺寸确定的依据：综合考虑轴上零件的尺寸及于减速器箱体尺寸的关系，各段轴长分别取： L3=56mm，L5=15mm，L6=28mm。L1=54mm，L2=50mm，L4=60mm，低速轴：

各尺寸确定的依据：综合考虑轴上零件的尺寸及于减速器箱体尺寸的关系，分别取：L1=86mm，L2=60mm，L3=40mm，L4=60mm，L5=16mm，L6=42mm

低速轴草图：

图2

高速轴草图：

图3

6高速轴上的轴承寿命校核

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高速轴承的主要参数

表4

轴承代号 6407

低速轴承的主要参数

表5 轴承内经 mm 轴承外径 mm 轴承宽度 mm 径向基本额定动载荷Cr 35 92 26 56.80kN 轴承代号 6311 轴承内经 mm 轴承外径 mm 轴承宽度 mm 径向基本额定动载荷Cr 55 110 30 44.80kN

根据轴的受力情况可知，高速轴上靠近带轮一侧的轴承所受的径向力最大，故为最危险轴承。

6.1， 径向力计算：

已知轴的各部分尺寸，带轮的压轴力，齿轮的受力。

齿轮所受的转矩：T=9.55×1000000P/N=57000N.mm

圆周力 Ft=

2Td= 2×57000/50=2280N

径向力 Fr=Fttan=2280×tan20°=830N

由于为直齿轮，轴向力Fa=0

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7高速轴轴强度计算

已知轴的各部分尺寸，带轮的压轴力，齿轮的受力。 7.1球垂直面的支撑反力：

RVA=RVB=0.5Fr=0.5×830 =415(N?m)

7.2球水平面的支撑反力

RHA=RHB=0.5Ft=0.5×2280=1140(N)

7.3.各截面弯矩图

图4

由图可知，合成弯矩按最不利的情况，即带轮压轴力与齿轮受力共面，则，Ma=

(M2(N?mm)av?M2aH)?MaF?58350

7.4.求轴传递的转矩：

T=Ft?d12? 138.15(N?m)

7.5.求危险截面当量弯矩：

Me=M222a???T?=54832?199552=58350Ｎ.ｍ

7.6.计算危险截面处的直径：

d?3M3e991210.1???1b?=

0.1?55=26.2(mm)

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若考虑到键对轴的消弱，将d增加5﹪，

故危险轴段直径：?=27.8mm 〈结构设计尺寸?=80mm，合格。

8联轴器的选择

根据轴孔直径d2=42mm。 输出转矩T=57000选定联轴器型号：LX3

表6

公称转许用转D 矩 630

数 5000 160 75 125 D1 D2 转动惯质量 量 0.6 8kg∕ｍ 9键连接的选择和计算

本设计减速器共需键：（4）个

9.1高速轴上键安装轴段直径为：?=35mm，

选择普通圆头平键为：h=（10），b=（8）， 根据对应轴段长度，确定键长L=（40）

9.2齿轮轴上所需键安装轴段直径为：?=30mm，

选择普通圆头平键为：h=（10），b=（8）， 根据对应轴段长度，确定键长L=（50）

9.3大轴上联轴器所需键安装段直径：?=42mm，

选择普通圆头平键为：h=（8），b=（12）， 根据对应轴段长度，确定键长L=（70）

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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。

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际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。

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。

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。 注：1.箱座与箱盖凸缘接合面的密封

选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法 2.观察孔和油孔等处接合面的密封

在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封 3.轴承孔的密封

闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部

轴的外伸端与透盖的间隙，由于V<3（m/s），故选用半粗羊毛毡加以密封 4.轴承靠近机体内壁处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部

参考文献

[1]张晓坤.隋晓朋.Autocad中文版实用教程.北京：北京经济日报出版社，2008.9 [2]徐锦康.机械设计.北京：高等教育出版社,2008.3

[3]唐金松.简明机械设计手册（第二版）.上海：上海科学技术出版社，2000.5 [4]黄祖德.机械设计.北京：北京理工大学出版社，2007.9

[5] 岳优兰，马文锁.机械设计基础.开封：河南大学出版社，2009.5

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附 表 1 机 体 各 部 分 尺 寸(单位mm)

名称 机座壁厚 机盖壁厚 机座凸缘厚度 机盖凸缘厚度 机座底凸缘厚度 地脚螺钉直径 地脚螺钉数目 轴承旁联接螺栓直径 盖与座联接螺栓直径 连接螺栓d2的间距 轴承端盖螺钉直径 窥视孔盖螺钉直径 定位销直径 df,d1,d2至外机壁距离 df,d2至土元边缘距离 轴承旁凸台半径 凸台高度 外机壁与轴承座端面距离 大齿轮端面圆与内机壁距离 齿轮端面与内机壁距离 机盖，机座筋厚 轴承端盖外径 轴承旁联接螺栓距离 符号 δ δ1 b b1 b2 df n d1 d2 l d3 d4 d c1 c2 R1 h l1 △1 △2 m1,m D2 s 尺寸 7 5 10 8 16 M20 4个 15 10 170 10 8 8 22 26 18 2 0 24 20 24 70 56 9 8 5 8 140 140 附 表 2 减 速 器 整 体 最 大 几 何 尺寸及特性尺寸

长度方向最大尺寸 698

宽度方向最大尺寸 408 高度方向最大尺寸 484 特性尺寸

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河南质量职业学院机电工程系 课程设计综合成绩评定表

姓名 课程名称 设计题目 指导教师评语 指导教师签字：张艳玲 2010 年 12月 10 日 设计报告成绩综合评定 项 目 1、计算和绘图能力 2、综合运用专业知识能力 3、运用计算机能力和外语能力 4、查阅资料、运用工具书的能力 5、独立完成设计能力 6、书写情况（文字能力、整洁度） 7、表述能力（逻辑性、条理性） 宁朕 学号 020430393322 机械基础 一级圆柱齿轮减速器 班级 机电八班 标准 10 20 10 10 10 10 10 成绩 平时考核成绩（20） 设计考核成绩（80） 综合成绩 教研室主任签名：魏 波 2010 年 12月 10 日

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河南质量职业学院机电工程系 课程设计综合成绩评定表

姓名 课程名称 设计题目 指导教师评语 指导教师签字：张艳玲 2010 年 12月 10 日 设计报告成绩综合评定 项 目 1、计算和绘图能力 2、综合运用专业知识能力 3、运用计算机能力和外语能力 4、查阅资料、运用工具书的能力 5、独立完成设计能力 6、书写情况（文字能力、整洁度） 7、表述能力（逻辑性、条理性） 宁朕 学号 020430393322 机械基础 一级圆柱齿轮减速器 班级 机电八班 标准 10 20 10 10 10 10 10 成绩 平时考核成绩（20） 设计考核成绩（80） 综合成绩 教研室主任签名：魏 波 2010 年 12月 10 日

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/r7vr.html