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机械设计课程设计说明书

32
2020年4月19日
文档仅供参考

机械设计基础课程设计说明书

课程名称： 机械设计基础课程设计
院 别： 汽 车 学 院
专 业： 汽车服务工程（师范）
班 级： 12汽服师
姓 名： 宁超华
学 号：
指导教师： 张 平

教务处制
二00八年 十二月二十日

§1机械设计课程设计任务书

v
F
一、题目：设计一用于带式运输机上的两级圆柱齿轮减速器。
二、已知条件：

原始数据：

§2传动方案的分析

§3电动机选择，传动系统运动和动力参数计算
一、电动机的选择
1.确定电动机类型
按工作要求和条件,选用y系列三相交流异步电动机。
2.确定电动机的容量
（1）工作机卷筒上所需功率Pw和转速nw
Pw= Fv/1000 =4.16 kw
nw=60v×1000/πd=87.31
(2)电动机所需的输出功率
为了计算电动机所需的输出功率Pd，先要确定从电动机到工作机之间的总功率η总。设η1、η2、η3、η4、η5分别为弹性联轴器、2对闭式齿轮传动（设齿轮精度为7级）、3对滚动轴承、V形带传动、工作机的效率，由[2]表1-7查得η1 =0.99，η2 =0.98，η3 =0.98，η4 =0.96，η5 =0.95,则传动装置的总效率为
η总=η1η22η33η4η5=0.82
5.10
3.选择电动机转速
由[2]表13-2推荐的传动副传动比合理范围
普通V带传动 i带=2～4
圆柱齿轮传动 i齿=3～5
则传动装置总传动比的合理范围为
i总=i带×i齿1×i齿2
i‘总=（2～4）×（3～5）×（3～5）=（18～100）
电动机转速的可选范围为
nd=i‘总×nw=（18～100）×nw=18nw～1000nw=1571.58～87310
根据电动机所需功率和同步转速，查[2]表12-1，选择一电动机，常选择电动机的转速有1000或1500，如无特殊需要，不选用750r/min以下的电动机。
选用同步转速为940
选定电动机型号为Y112M-6
二、传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配
1.传动装置总传动比
i总= nm / nw=
式中nm----电动机满载转速，940r/min;
nw----工作机的转速，87.31 r/min。
2.分配传动装置各级传动比
i总=i带×i齿1×i齿2

分配原则： （1）i带＜i齿
（2）i带=2～4 i齿=3～5 i齿1=（1.3～1.5）i齿2
根据[2]表2-3，V形带的传动比取i带 =2.6 ，则减速器的总传动比为
i = 11.00
圆柱齿轮减速器的传动比为
i齿 = 4.23
三、运动参数和动力参数计算
1.各轴转速计算
940
nⅠ= nm / i带 = 940/2.6=361.54
nⅡ= nⅠ / i齿1 = 361.54/4.23=85.47
2.各轴输入功率
P0= Pd=5.10
PⅠ= Pdη4 = 5.10x0.96=4.89
PⅡ= PⅠη2η3 =4.896x 0.98x 0.98=4.70
3.各轴输入转矩
T0 = 9550Pd/n0 =9550x5.10/940=51.81
TⅠ = 9550PⅠ/nⅠ =9550x4.89/361.54=129.17
TⅡ = 9550PⅡ/nⅡ = 9550x4.70/85.47=23.77

表1 传动装置各轴运动参数和动力参数表

项目
轴号
功率
转速

转矩
传动比
0轴
5.10
940
51.81
2.6
Ⅰ轴
4.89
361.54
129.17
4.23
Ⅱ轴
4.70
85.47
23.77

§4传动零件的设计计算
一、V带传动设计
1.设计计算表
项目
计算（或选择）依据
计算过程
单位
计算（或确定）结果
(1)确定计算功率Pca
Pca=d
查[1]表8-6
取
Pca=1.1x5.10KW=5.61KW

(2)选择带的型号
查[1]图13-15

选用B型带
(3)选择小带轮直径
140

查[1] 表8-6及8-8

140
(4)确定大带轮直径
=

查[1] 表8-8 =355

=355
(5)验算传动比误差

＝2.5%
合格
(6)验算带速

=7
(7)初定中心距

=742.5
(8)初算带长

(9)确定带的基准长度

查[1]表8-2
因为，选用B型带
取

(10)计算实际中心距离（取整）

(11)安装时所需最小中心距（取整）

=689.8

(12)张紧或补偿伸长量所需最大中心距

=757.05
(13)验算小带轮包角

度

(14) 单根V带的基本额定功率

查[1]表8-5a插值法

=2.08
(15) 单根V带额定功率的增量

查[1]表8-5b插值法

=0.30

(16) 长度系数

查[1]表8-2

由 得

1.00
(17)包角系数

表8-5插值法

＝0.95
(18)单位带长质量

表8-11
=0.17

=0.17
(19)确定V带根数

3
(20)计算初拉力

=226.26
(21)计算带对轴的压力

1343
2.带型选用参数表

带型

B

140

355

7

723.5

3

1343
B=(3-1)x19+2x11.5
=61

3．大带轮结构相关尺寸
项目
计算（或选择）依据
计算过程
单位
计算（或确定）结果
(1)带轮基准宽bd
查[1]表13-10
因选用B型，故取14
mm
14
(2)带轮槽宽B

b=14+2x4xtan(38°/2)
=16.8
mm
16.8
(3)基准宽处至齿顶距离ha
查[1]表13-10
ha>=3.5
mm
ha=4
(4)基准宽处至槽底距离hf
查[1]表13-10
hf>=10.8
mm
hf=11
(5)两V槽间距e
查[1]表13-10
e=19+-0.4
mm
e=19
(6)槽中至轮端距离f
查[1]表13-10
f>=11.5
mm
f=11.5
(7)轮槽楔角φ
查[1]表13-10
355>190
因此＝38°
°
38°
(8)轮缘顶径da

da=355+2x4
=363
mm
da=363
(9)槽底直径df

df=355-2x11
=333
mm
df=333
(13)大带轮孔径d
与该段轴的直径相同，与轴有配合

42
(15)轮毂长L
L=(1.5-2)d

50

二、渐开线直齿圆柱齿轮设计
（一）直齿圆柱齿轮设计计算表
项目
计算（或选择）依据
计算过程
单位
计算（或确定）结果
1．选齿轮精度等级
查[1]表11-2

级
7
2．材料选择
查[1]表11-1

小齿轮材料为45
（调质）， 齿面硬280HBS，大齿轮材料为45（调质），齿面硬度为240HBS

3．选择齿数Z

Z1=23
Z2=23x4.23=98
个
Z1=23
Z2=98
4．按齿面接触强度设计
1）载荷系数K

查[1]11-3表

K=1.2
（2）区域系数ZH
ZH = 2.5

ZH = 2.5
(3)计算小齿轮传递的转矩T1

=
Nmm

(4)齿宽系数Фd
由[1]表11-6

Фd=0.8
(5)材料的弹性系数ZE
由[1]表11- 4

MPa1/2
ZE=189.8
(6) 齿轮接触疲劳强度极限
由[1]表11-1

600
550

600550
（7）计算接触疲劳强度许用应力[σH]
取失效概率≤１％，查［1］表11-5，得安全系数SH=1.0
[σH]1= =600
[σH]2= = 550

代入较小的
［σH］= 550

（8）试算小齿轮分度圆直径
按[1]式（11－3）试算

=70.45
mm

70.45
（9）计算圆周速度v

m/s

1.36
（10）计算齿宽B
b = φdd1
b = 0.870.45=56.36
取 B1=55
B2=60
mm
B1=55
B2=60
（11）模数

3.06
5．按齿根弯曲强度设计
（1）载荷系数K

查[1]11-3表

K=1.2
（2）齿形系数YFa
根据齿数和由[1]图11-8
YFa1=2.8
YFa2=2.28

YFa1=2.8
YFa2=2.28

（3）应力校正系数YSa

由[1]图11-9
YSa1=1.58
YSa2=1.82

YSa1=1.58
YSa2=1.82
（4）齿轮的弯曲疲劳强度极限
由[1]表11-1
420
460

420
460
（5）计算弯曲疲劳许用应力[σF]
取失效概率≤１％，
查［1］表11-5取弯曲疲劳安全系数SF＝1.3
[σF]1=
[σF]2=

[σF]1=323.08
[σF]2=353.85
（6）计算大小齿轮的并加以比较

=0.0137

=0.0117
结论：小齿轮的数值大

=0.0137
=0.0117

（7）齿根弯曲强度设计计算
由[1]式11-11　
=2.145

2.145
结论：由齿根弯曲疲劳强度计算模数，取＝2.5mm。为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=72mm来计算应有的齿数。于是由= =取30则Z2 = Z1×i齿1 = 取Z2 =127
6．几何尺寸计算

（1）计算中心距a

=196.25
将中心距圆整为

mm

=196.25
（2）计算齿轮的分度圆直径d

mm

（3）计算齿轮的齿根圆直径df

mm

（4）计算齿轮宽度B

b = φdd1
圆整后取：
B1 =0.875=60
B2 =55
mm
B1 =60
B2 =55

（三）直齿轮设计参数表
传动类型
模数
齿数
中心距
齿宽
直齿圆柱齿轮

m=2.5

=196.25

B1 =60
B2 =55

§5轴的设计计算
减速器轴的结构草图

一、Ⅰ轴的结构设计
1．选择轴的材料及热处理方法
查[1]表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火。
2．确定轴的最小直径
查[1]的扭转强度估算轴的最小直径的公式：
24.54~30.02
再查 [1]表15-3，
考虑键：有一个键，轴的直径加大5～7%，取6%

3．确定各轴段直径并填于下表内
名称
依据
单位
确定结果

考虑带轮
=30

=30

轴承盖定位：( 教材P364)
d2= d1+2（0.07~0.1）d1
=30+5.88~8.4=35
密封圈：手册P94
d2=35mm

=35

考虑轴承d3> d2
轴承代号：7011AC
B=18mm，a=25.9mm，da=62mm，d3=40mm。

=40

考虑齿轮定位d4> d3
符合标准直径（手册P11）：d4=43mm

=43

轴间定位
d5=d4+2（0.07~0.1）d4
=49.4~53.2mm
考虑标准直径d5=45mm

=45

考虑轴承安装高度(手册P73)
d6=da= 52mm

=52

考虑轴承盖d7=40mm

=40
4．选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。
查 [2]， 故选用 润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表
名称
依据
单位
确定结果

箱体壁厚
查 [2]表11-1

8

地脚螺栓直径及数目n
查 [2]表11-1

查 [2]表3-13， 取＝20，

＝20

轴承旁联接螺栓直径
查 [2]表11-1

查 [2]表3-9，取＝16

＝16
轴承旁联接螺栓扳手空间、
查 [2]表11-1　　因为＝16，因此

22
20

轴承盖联接螺钉直径
查 [2]表11-2

轴承盖厚度
查 [2]表11-10

小齿轮端面距箱体内壁距离
查 [2] ，取=10

=10
轴承内端面至箱体内壁距离
查 [2] 因为选用脂润滑，因此

＝10
轴承支点距轴承宽边端面距离a
查 [2]表6-6，选取7207AC轴承，
故

5.计算各轴段长度。
名称
计算公式
单位
计算结果

=56

=10.35

=30

=48.98

=1.4h h=(0.07~0.1)

=53

=

=5.6

=53
L（总长）
L=++++++=256.94mm

L =256.94
（支点距离）
=+++++2-2a=173.1mm

=173.1
二、Ⅱ 轴的结构设计
1．选择轴的材料及热处理方法
查[1]表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火回火。
2．确定轴的最小直径
查[1]的扭转强度估算轴的最小直径的公式：

再查 [1]表15-3，
考虑键：有一个键，轴的直径加大5～7%，取6%

3．确定各轴段直径并填于下表内
名称
依据
单位
确定结果

根据选用联轴器为弹性套柱销联轴器型号LT8，取＝55

=55

查 [2]表7-12，取＝65

=65

考虑＞，选取7类轴承，选用轴承代号7014AC,
=70

=70

考虑轴承定位，取安装直径并查[2]表1-16，取=80

=80

故取95

95

考虑轴承定位，取安装直径==80

=70

==70

=65
4．选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。
查 [2]（二） 故选用 润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表
名称
依据
单位
确定结果
轴承支点距轴承宽边端面距离a
用7014AC轴承，查 [2]表6-6
得

30.9
5.计算各轴段长度
名称
计算公式
单位
计算结果

查手册，选用J1型，
则=84-（2~3）=81~82取82

82

=38.9

=58.1

=58

=1.4h h=(0.07~0.1)

=11.2

=

=33.26

=36.02
L（总长）

L=317.84
（支点距离）

=148.5

§6轴承的选择和校核
一、Ⅱ轴承的选择和校核
1．Ⅱ轴轴承的选择
选择Ⅱ轴轴承的一对7008AC轴承，校核轴承，轴承使用寿命为6年，每年按200天计算。
2．根据滚动轴承型号，查出和。

3．校核Ⅱ轴轴承是否满足工作要求
（1）画轴的受力简图。

（2）求轴承径向支反力、
（a）垂直平面支反力、

（b）水平面支反力、

（c）合成支反力、

（3）求两端面轴承的派生轴向力、

（4）确定轴承的轴向载荷、

因此轴承1被压紧，轴承2被放松

（5）计算轴承的当量载荷、
查[1] 表13-5、13-6 ：有轻微冲击，因此选取，

查13-5得：

查得：

因此：

（6）校核所选轴承
由于两支承用相同的轴承，故按当量动载荷较大的轴承 Pr2 计算，滚子轴承的0.68 ，查[1]表16-9取冲击载荷系数 1.0 ，查[1]表16-8取温度系数 1.0 ，计算轴承工作寿命：

结论：轴承受命合格

§7键联接的选择和校核
一、Ⅱ轴大齿轮键
1．键的选择
选用普通 圆头平键 A 型,轴径 40mm ,查[1]表10-9得

2．键的校核
键长度小于轮毂长度，前面算得大齿轮宽度65mm ,根据键的长度系列选键长 70mm 。查[1]表10-10得

因此所选用的平键强度足够。
校核，参考[1]P158公式（10-26），（10-27）：
因此所选用的平键强度足够。

§8联轴器的选择
查[1]表17-1得

查[2]表8-5，选用弹性套柱销联轴器: LT9联轴器

§9减速器的润滑、密封和润滑牌号的选择
一、传动零件的润滑
1．齿轮传动润滑
因为齿轮圆周速度，故选择浸油润滑。
2．滚动轴承的润滑
由前面设计可知，所有滚动轴承的线速度（，d为轴承的内径，n为转速）较低，故均是选用脂润滑。
二、减速器密封
1.轴外伸端密封
因为轴承选用脂润滑，工作环境较清洁，轴颈圆周速度，工作温度不超过，因此轴外伸端选用毛毡圈密封。

2.轴承靠箱体内侧的密封
因为轴承采用脂润滑，为防止箱内润滑油和润滑脂混合，因此在轴承前设置挡油环。查图16-12可得

3.箱体结合面的密封
为保证密封，箱体剖分面连接凸缘应有足够宽度，并要经过精刨或刮研，连接螺栓间距也不应过大（小于150-200mm），以保证跢的压紧力。为了保证轴承孔的精度，剖分面间不得加垫片。为提高密封性，可在剖分面上制出回油沟，使渗出的油可沿回油沟的斜槽流回箱

§10减速器箱体设计及附件的选择和说明
一、箱体主要设计尺寸
名称
计算依据
计算过程
计算结果
箱座壁厚

取＝8mm

箱盖壁厚

取＝8mm

箱座凸缘厚度

箱盖凸缘厚度

箱座底凸缘厚度

地脚螺栓直径

取=20mm

地脚螺钉数目

轴承旁联接螺栓直径

取＝16mm
＝16
箱盖与箱座联接螺栓直径

取
＝12
联接螺栓的间距

：(150~200)mm ,取＝150mm
150
轴承端盖螺钉直径

取

定位销直径

查表4-4取＝10
＝10

、、至外箱壁距离

26
22
18
、至凸缘边缘距离
查[2]表5-1

24
16
轴承旁凸台半径

＝＝20mm

凸台高度

＝47.5mm

＝47.5
轴承座宽度

=8+20+22+(5+10)=55~60mm
＝60
铸造过渡尺寸

X:Y=1:20
1:20
大齿轮顶圆与内箱壁距离
≥
=,
取＝10mm
＝10
齿轮端面与内箱壁距离
≥10~15
≥10~15mm,取＝10mm
＝10
箱盖、箱昨筋厚、

取＝8mm

取＝8mm
＝8
＝8
轴承端盖外径

轴承旁联接螺栓距离

二、附属零件设计
1窥视孔和窥视孔盖
窥视孔用于观察传动件的啮合情况、润滑状态等，还可用来注入润滑油。窥视孔盖和箱体之间应加密封垫，还可在孔口处加过滤装置，以过滤注入油中杂质。查[2] 表11-4得，因为，因此选取盖厚为mm，长为l=180mm，宽为b=140mm的窥视孔盖，如下图所示。

2.通气塞和通气器
减速器工作时，箱体内的温度和气压都很高，通气器用于通气，能使热膨胀气体及时排出，保证箱体内，外气压平衡一致，以避免由于运转时箱内油温升高，内压增大，而引起减速器润滑油沿接合面、轴伸处及其它缝隙渗漏出来。查[2] 表11-5，选取通气塞如下图所示

3.油标、油尺
油标尺一般安装在箱体侧面，设计时应注意其在箱座侧壁上的安置高度和倾斜角，设计应满足不溢油、易安装、易加工的要求，同时保证油标尺倾角在于或等于45度。
油标用来指示箱内油面高度，它应设置在便于检查及油面稳定之处，因此安装在低速级传动件附近。查[2] 表7-10得，选取杆式油标，

4.油塞、封油垫
为了排队油污，更换减速器箱体内的污油，在箱座底部油池的最低设置有排油孔。排油孔设置在箱座底部油池的最低处，箱座内底面常做成外倾斜面，在排油孔附近做成凹坑，以做一日和尚撞一天钟能将污油放尽。排油孔平时用放油螺塞堵住。
　　箱壁排油孔处应有凸台，并加工沉孔，放封没圈以增强密封效果。放没螺塞有六角头圆柱螺纹油塞自身不能防止漏油，应在六角头与放油孔接触处加封油垫片。放油螺塞的直径可按减速箱座壁厚的2~2.5倍选取。查[2] 表7-11得

5.起吊装置
为了装卸和搬运减速器，常在箱盖上铸出吊耳或吊耳环，用于起吊箱盖，也可用于起吊轻型减速器，但不允许起吊整台减速器。吊钩在箱座两端凸缘下部直接铸出，其宽度一般与箱壁外凸缘宽度相等，吊钩能够起吊整台减速器。
查[2] 表11-3得

吊耳环：

吊钩：

6.轴承端盖、调整垫片
(1) 轴承端盖的设计
　　轴承端盖是用来对轴承部件进行轴向固定，它承受轴向载荷，能够调整轴承间隙，并起密封作用。根据轴是否穿过端盖，轴承端盖分为透盖和闷盖两种。透盖中央有孔，轴的外伸端穿过此孔伸出箱体，穿过处需有密封装置。闷盖中央无孔，用在轴的非外伸端。

a、 Ⅰ轴的端盖的设计，表11-10得

b、Ⅱ轴的端盖的设计，表11-10得

c、Ⅲ轴的端盖的设计，表11-10得

（2）调整垫片的设计
调整垫片的是用来调整轴承间隙或游隙以及轴的轴向位置。垫片组由多片厚度不同的垫片组成，使用时可根据调整需要组成不同的厚度。垫片的厚度及片数查表15-13。垫片材料多为08钢片抛光。

a、Ⅰ轴的端盖的调整垫片设计，查表15-13得

b、Ⅱ轴的端盖的调整垫片设计，查表15-13得

C、Ⅲ轴的端盖的调整垫片设计，查表15-13得

§12参考资料
[1] 濮良贵主编. .机械设计（第八版）.高等教育出版社
[2] 吴宗泽；罗圣国主编. .机械设计课程设计手册（第3版）.高等教育出版社
§11设计小结

这次设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。
经过一个星期的设计，使我对机械设计有了更多的了解和认识。我们以后的工作打下了坚实的基础。机械设计是机械工业的基础，是一门综合性相当强的技术课程，它融《机械原理》、《机械设计》、《理论力学》、《材料力学》、《公差与配合》、《CAD
实用软件》、《机械工程材料》、《机械设计手册》等于一体。
这次的课程设计，对于培养我们理论联系实际的设计思想；
训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论，结合生产实际关系和解决工程实际问题的能力；巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。在这次的课程设计过程中，
综合运用先修课程中所学的有关知识与技能，结合各个教学实践环节进行机械课程的设计，一方面，逐步提高了我们的理论水平、
构思能力、工程洞察力和判断力，特别是提高了分析问题。
为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。
设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。