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机械设计基础课程设计蚌埠学院

28
2020年4月19日
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蚌埠学院

目 录

l 设计任务.....................................................
2 电动机的选择计算............................................
3 传动装置的运动和动力参数计算..............................
4 传动零件的设计计算..........................................
5 齿轮的设计计算................................................
6 轴的设计计算................................................
7 减速器高速轴的校核..........................................
8 减速器高速轴滚动轴承的选择及其寿命计算..................
9 高速键联接的选择和验算......................................
10 联轴器的选择..........................................
11 减速器箱体的结构设计................................
12 润滑与密封..................................................
13 参考文献.....................................................
14 设计体会........................... .........................

一 设计任务
1总体布置简图

1—电动机；2—皮带；3—齿轮减速器；4—带式运输机；5—鼓轮；6—联轴器

2 工作情况：
载荷平稳、单向旋转

3 原始数据
鼓轮的扭矩T（N·m）：
鼓轮的直径D（mm）：420
运输带速度V（m/s）：1.7
带速允许偏差（％）：5
使用年限（年）：8
工作制度（班/日）：2每日工作小时数16

4 设计内容
1. 电动机的选择与运动参数计算；
2. 斜齿轮传动设计计算
3. 轴的设计
4. 滚动轴承的选择
5. 键和连轴器的选择与校核；
6. 装配图、零件图的绘制
7. 设计计算说明书的编写

5设计任务
a) 减速器总装配图一张
b) 齿轮、轴零件图各一张
c) 设计说明书一份

6 设计进度
1、 第一阶段：总体计算和传动件参数计算
2、 第二阶段：轴与轴系零件的设计
3、 第三阶段：轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制
4、 第四阶段：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写

二、电动机的选择计算
如图2-1所示的胶带运输带的有效拉力F=5500N，工作速度v=1.7m/s,传动滚动直径D=420mm,载荷平稳，电源为三相交流，空载启动，室内工作有粉尘,使用期限8年。带速允许误差大于-5%且小于5%,试选择电动机。

图2-1
1.选择电动机系列
按工作要求及工作条件选用三相异步电动机,封闭自扇冷式结构,电压为380V,Y系列。
2.选择电动机功率
卷筒所需的有效功率：= (5500X1.7)/1000=9.35kw
传动装置的总效率：
V带传动的效率 η带=0.96
闭式齿轮的传动效率 η齿轮=0.97
一对滚动轴承的效率 η轴承=0.98
联轴器的效率 η联轴器=0.99
传动滚筒效率 η滚筒=0.96
传动总效率
η=0.95×0.97×0.982×0.99×0.96=0.83
所需电动机功率
==9.35/0.83=11.26kw
由表9-39（指导书209页）可选用Y系列三相异步电动机Y180L-6型，额定功率P0 =15kw或选用Y系列三相异步电动机Y160L-4型，额定功率P0 =15kw,均满足P0 > Pr。
3.选取电动机的转速
滚筒转速
==77.34r/min
根据滚筒所需的功率和转速，可选择功率为15KW，同步转速分别为1500r/min和1000r/min两种型号的电动机。
电动机数据及传动比
方案号
电机型号
额定功率
/KW
同步转速/（r/min）
满载转速/(r/min)
总传动比
1
Y160L-4
15
1500
1460
20.37
2
Y180L-6
15
1000
970
13.54
经过比较决定选择第2种方案，电动机型号为Y180L-6, 同步转速为1000r/min，所选电动机的数据和安装尺寸如下表
额定功率P0/kw
15

电动机外伸轴直径D/mm
38
满载转速n0（r/min）
970
电动机外伸轴长度E/mm
80
额定扭矩
1.8
电动机中心高H/mm
132

三、传动装置的运动及动力参数计算
1、分配传动比
电动机的满载转数n0=970r/min
总传动比
i总 = n0/nw = 970/77.34=12.54
取i带 =2.5 则减速器的传动比 i齿轮= i总/i带=12.54/2.5=5.016
2、各轴功率、转速和转矩的计算
0轴：即电机轴
P0=Pr=11.26kw
n0=970r/min
T0=9550×P0/n0=9550X11.26/970=110.86
Ⅰ轴：即减速器高速轴采用带联接传动比i带 =2.5，带传动效率η带=0.96，
P1= P0·η01= P0·η带 =11.26×0.96=10.81kw
n1= n0/i 01=970/2.5=388r/min
T1=9550×P1/n1=9550×11.26/388=275.67
Ⅱ轴：即减速器的低速轴，一对滚动轴承的传动比效率为η轴承=0.98
闭式齿轮传动的效率为η齿轮=0.97则η12=0.97=0.980.97=0.95
P=P·η12=10.81×0.95=10.27kw
n=n/i=388/5.016=77.35r/min
T=9550×P/n=9550×10.27/77.35=1267.98
Ⅲ轴：即传动滚筒轴 η轴承=0.98 η联轴器=0.99 η齿轮=0.97
η23=0.980.990.97=0.94
P=P×η23=10.27×0.94=9.65kw
n= n/i=77.35/1=77.35r/min
T3=9550×P/n=9550×9.65/77.35=1191.44

各轴运动及动力参数
轴序号
功率P/kw
转速n/(r/min)
转矩T/Nm
传动型式
传动比
效率η
0
11.26
970
110.86
V带传动
2.5
0.96
1
10.81
388
275.67
闭式齿轮传动
5.016
0.97
2
10.27
77.35
1267.98
弹性联轴器
1.0
0.99
3
9.65
77.35
1191.44

四、传动零件的设计计算
1、V带传动的设计算
(1)确定设计功率PC , 载荷有轻度冲击， 2班制， =1.2
PC=×P=18kw
(2)选取V带的型号 根据PC和n0，因工作点处于B型区，故选B型带。（课本图13-15）
(3)确定带轮基准直径、
①选择小带轮直径
由表10-4（书P214页）确定=140mm
②验算带速V（书P211）
V==7.1m/s
在5m/s—25m/s之间，故合乎要求。（书P220）
③确定从动轮基准直径(书P211)
=(1-)=2.5×140(1-0.02)=343mm
按表10-5（书215页）取从动轮基准直径为=355mm
(4)确定中心距a和带的基准长度Ld
①初定中心a（书P220）
取初定中心距0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)
a=1.8(+)=1.8(140+355)=891mm
②确定带的计算基准长度Ld按式
L=2a+( +)+=2=2572.12
③由表10-2（书213页）取标准Ld =2500㎜
④确定实际中心距
=+=891+=855㎜
(5)验算包角
≈180°-×57.3°=180°-×57.3°=165°＞1200
符合要求
(6)确定带根数z
根据电机的转速n=970和小带轮直径140mm，
由图10-7（书P214页）查得 P=2.2kw ，再由表13-5（书216页）得P=0.3 (i=2.5)
由表13-7（书P217页）查得 K=0.96
由表13-2（书P212页）查得K=1.03
Z===2.20根
取Z=3根

（7）、计算作用于轴上的载荷F
单根V带的初拉力：
F0=500(-1)+q=500=686.38N
式中q由表10-1（指导书140页）查得q=0.17Kg/m。
F=2FZ=2686.383=4082.25N
（8） 带轮结构设计
带速V30m/s 材料用灰铸铁 用HT150或HT200
<300mm 用腹板式
>300mm 用轮辐式
（9） 带轮轮槽尺寸
由表4-2（指导书224页）得 h=15mm,h=3.5mm,e=19mm,f=11.5mm
Bd=14mm,=7.5mm
B=(z -1)e+2f=(3-1)19+211.5=61mm

图4-1 小带轮结构图

图4-2 大带轮结构图

五、齿轮的设计计算：
1.选择齿轮材料精度等级
齿轮减速器为一般机械，小齿轮材料选用45钢，调质处理，
小齿轮45调质,=650MPa,=360Mpa，硬度217～255HB；
大齿轮45正火, =580MPa, =290MPa,硬度162～217HB。
齿轮精度等级为8级.
计算循环次数N
N=60nj=603881(836516)=（工作八年，两班制）
N==/5.016=2.1710
由表11-5（P171页）取载荷系数S=1.0
由图11-1（书166页）查得 =600Mpa ， =380MPa
计算许用接触应力
= ==600Mpa
= ==380Mpa
因 < 计算中取==380MPa
2.按齿面接触强度确定中心距
小轮轮距 T
T=9.5510=9.5510(10.81/388)=270000Nm
由表11-3（P169）取得K=1.8，由表11-6（P175）取得=0.8，
由表11-4（P171）取得Z=188.9

a =130.25mm
取中心距a=130.25mm
取小轮齿数=21
则大齿轮数=110
因此=114/21=5.23
计算得到=（5.23-5.016）/5.416=0.04
在正负5%之间，故合理。
模数m=/=6.5mm
齿宽b==104.2
查表4-1（P57），取m=6.5mm
=m=136.5mm
=m=715mm
圆周速度v=3.14136.5388/601000=2.77m/s
对照表11-2（P168）可知，选用8级精度是合适的。

3验算齿面接触疲劳强度
按电机驱动载荷轻度冲击由表11-3得k=1.25
由图11-2（b）（指导书177页）按8级精度和vZ/100=1.02425/100=0.256m/s得kv=1.02

3 校核齿根弯曲疲劳强度

===360MPa
===240MPa
==
=48.27MPa<=360 Mpa，安全

===42.76MPa〈=240Mpa，安全
5.齿轮主要参数及几何尺寸计算
=21 =114 m=6.5mm u=5.428 d1=136.5mm d2=741mm
a =438.75mm ha ha* hf c*

六 轴的设计计算
1．减速器高速轴的设计计算
（1）选择轴的材料
轴的材料为45号钢，调质处理
（2）按扭矩初步估算轴端直径
按公式
其中=110—160，取=110
=
考虑轴端有一个键槽
d1=35mm
该段轴长l
l=70mm
（3）初选滚动轴承
该轴设计为直齿齿轮轴，考虑到强度要求，选用深沟球轴承。根据轴端尺寸，带轮的定位方式和轴承的大概安装位置，初选单列圆锥滚子轴承6210.
（4）设计轴的结构

图6-1
a.轴的径向（轴径）尺寸的确定
根据定位方式和轴承的大概安装位置等初选d1=35mm,d2=42mm,d3=d4=50mm,齿轮轴的分度圆直径d=137mm 。
b.轴的轴向尺寸的确定
各轴段如图6-1所示 ，根据各轴段上安装的零件宽度等结构确定各段长分别为：
d1段70mm,d2段65mm,d3、d4段均50mm,轴环均8mm
c．确定轴承的润滑方式与密封方式
齿轮轴的最大圆周速度：

由于V>2m/s因此滚动轴承采用油润滑
高速轴密封处的圆周速度V

由于V<2m/s，因此采用毡圈密封。
低速轴密封处的圆周速度V

由于V<2m/s因此也能够采用毡圈密封。

七 减速器高速轴的校核
1.对轴进行分析，作当量弯矩图。
（1）．计算作用于齿轮轴上的作用力
转矩
圆周力=
径向力==
轴向力=．
（2）.求支座反力.
a.铅直面内的支座反力

b.水平面内的支座反力
据，得

3596-1731=1865N

（3）.作弯矩图
a.铅直面内弯矩M图
在C点
b.水平面内弯矩M图
在C点左边
在C点右边
c.作合成弯矩图
在C点左边

在C点右边

（4）.作转矩图
T=270994Nmm
（5）.作当量弯矩图
该轴单向工作转矩按脉动循环考虑 取=0.6
当量弯矩 =
在C点左边 在C点右边

在D点

（6）.按当量弯矩计算轴的直径
由图看出C点的当量弯矩最大。D点轴的断面尺寸较小。因此该轴的危险断面是C点和D点。由45钢（调制处理）查表13-1（指导书218页）得=650MPa；在查表13-2查表得=60MPa。
按式（13-4）计算C点轴的直径

考虑键槽影响，有一个键槽，轴径加大5%

该值小于原设计该点处轴的直径，安全。
D点轴的直径

考虑键槽影响，有一个键槽，轴径加大5%

该值小于原设计该点处轴的直径，安全。

八 减速器高速轴滚动轴承的选择及其寿命计算
已知:6210轴承(50×90×20)。基本额定动载荷C=27KN，基本额
定静载荷C0=19.8KN,e=0.21,Y=2.3.
由前面计算得知:
该对轴承的水平支反力分别为：
垂直支反力分别为：
合成支反力：

=
=

因此取=0.9, =0.9
轴承承受轻度载荷冲击，支反力A处有弯矩。因此取=1.2, =1.5
=()=

因此取 X=1,Y=0
=
> 计算轴承A的寿命PA=
预期寿命满足要求

九.高速轴键联接的选择和验算
大带轮装在高速轴轴端，需用键进行周向定位和传递转矩。由前面设
计计算得知：V带带轮材料为钢 ，轴的材料为45钢，V带与轴的配
合直径为35mm，V带轮毂长为70mm，传递转矩T=114.11Nm
1.选择键的材料、类型和尺寸。
a.键的材料选用45钢，
b.选择最常见的A型普通平键，因为它具有结构简单，对中性好，
装拆方便等优点。
c.键的截面尺寸由键所在轴段的直径 d=35mm由标准中选定，
键的长度由轮毂长确定，查表得b×h=8*7,L=65mm.
2.键联接的强度计算
普通平键的主要失效形式是键，轴和轮毂三个零件中较弱零件的压溃。
由于带轮材料是钢，许用挤压应力由表9-7（指导书135页）查得=100MPa。键的计算长度l=L-b=65-8=57mm
=[]=100Mpa安全

十 联轴器的选择
在减速器低速轴与工作机之间需采用联轴器联接。由于工作机和减速器之间
可能产生一定的径向位移和角位移。故选用弹性柱销联轴器。
由式
Tc=T=1.5×1310.71=1966.07N·m n=71.64r/min
由表2-14-1(课设指导书114页) LH4联轴器40×84 GB/T5014—
其公称转矩 Tn=1250 N·m<1966.07 N·m，许用转矩[n]=2800r/min>71.64r/min

十一 减速器箱体的结构设计
参照参考文献〈〈机械设计课程设计》（修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992年第19页表1.5-1可计算得，箱体的结构尺寸如表8.1：

表8.1箱体的结构尺寸
减速器箱体采用HT200铸造，必须进行去应力处理。
设计内容
计 算 公 式
计算结果
箱座壁厚度δ
=（5~6）mm

取δ=8mm
箱盖壁厚度δ1
8=（6.4~608）
取δ1=8mm
机座凸缘厚度b
b=1.5δ=1.5×8=12mm
b=12mm
机盖凸缘厚度b1
b1=1.5δ1=1.5×8=12mm
b1=12mm
箱底座凸缘厚度P
P=2.5δ=2.5×8=20mm
P=20mm
地脚螺钉直径和数目
Df=16mm n=4
Df=16mm n=4
通气孔直径
Df’=20mm
Df’=20mm
地脚沉头座直径D0
D0==45mm
D0==45mm
底座凸缘尺寸
C1min=25mm
C1min=25mm
C2min=23mm
C2min=23mm
轴承旁连接螺栓直径d1
d1= 12mm
d1=12mm
定位销直径
d =(0.7~0.8)9=6.3~7.2
d =7mm
箱座盖连接螺栓直径
d 2 =(0.5~0.6)16=8~9.6mm
d 2 =8mm
大齿轮顶园与箱内壁距离
=1.2×89.6mm
=10mm
上下箱连接螺栓通孔直径d`2
8 （10~15）mm
=10mm
轴承盖螺钉直径和数目n,d3
n=4, d3=8mm
n=4
d3=8mm
检查孔盖螺钉直径d4
d4=（0.3~0.4）16=4.8~6.4mm
d4=6mm
轴承端盖外径D1
D1=(5~5.5) × 7+62=97~100.5
取D1=100mm（凸缘）

箱体外壁至轴承座端面距离K
K= C1+ C2+(5~8)=32mm
K=32mm
机盖、机座肋厚m1,m
m1=0.85δ1=6.8mm, m=0.85δ=6.8mm
m1=7mm, m=7mm

十二 润滑与密封
1减速器齿轮传动润滑方式和润滑油的选择
a.减速器齿轮传动润滑方式:油润滑；
b.润滑油的选择：工业闭式齿轮油（GB/T5903—1995）代号为100。
2减速器轴承润滑方式和润滑剂的选择
a.油润滑；
b.润滑剂：150号机械油
3.减速器密封装置的选择、通气器类型的选择
密封装置的选择：高速轴：毡圈 45 FZ/T9 ——1991
低速轴：毡圈 53 FZ/T9 ——1991

十三参考文献：
1、《机械设计基础》
主编 杨可桢　程光蕴 李仲生
2、《机械设计课程设计》
主编 孙德志 　张伟华　邓子龙
3.《机械设计课程设计》
主编 席光伟 杨 光 李波

十四设计体会
经过本次毕业设计，使自己对所学的各门课程进一步加深了理解，对于各方面知识之间的联系有了实际的体会。同时也深深感到自己初步掌握的知识与实际需要还有很大的距离，在今后还需要继续学习和实践。
本设计由于时间紧张，在设计中肯定会有许多欠缺，若想把它变成实际产品的话还需要重复的考虑和探讨。但作为一次练习，确实给我们带来了很大的收获，设计涉及到机械、电气等多方面的内容，经过设计计算、认证、画图，提高了我对机械结构设计、控制系统设计及步进电动机的选用等方面的认识和应用能力。总之，本次设计让我受益非浅，各方面的能力得到了一定的提高。

蚌埠学院

机械与电子工程系

机械设计基础课程设计

一级圆柱斜齿轮减速器

班级 10数控技术
姓名 许诗根
学号
指导教师 王月英