机械设计课程设计《带式运输机的传动装置》.doc

机械设计课程设计

机电工程学院课程设计 任务书

题 目
带式运输机的传动装置
设计内容及基本要求
1、设计内容：图示如下，连续单向运转，载荷平稳，空载起动，使用期限3000小时，小批量生产，运输带速度允许误差±0.5%。

2、已知条件： 输入速率：n = 960 r/min ；
输入功率：P = 15 KW ；
速比 u = 5.3 ；
3、设计要求：
1）、每人单独一组数据，要求独立认真完成。
2）、图纸：减速器装配图纸一张（A1），零件工作图三张（A3轴、箱体、箱盖）。
3）、课程设计计算说明书一份。
设计起止时间
2012年12月10日 至 2012年12月23日
学生签名
年 月 日
指导教师签名
年 月 日

目录
第一章 绪论 4
1.1 概述 4
1.1.1 开发背景及摘要 4
1.1.2 齿轮减速器系统特点 4
1.2 课程设计简述说明 4
第二章 齿轮的设计计算 5
2.1 齿轮材料和热处理的选择 5
2.2 齿轮几何尺寸的设计计算 5
2.2.1 按齿面接触强度设计 5
2.2.2 按齿根弯曲强度设计 7
2.3 齿轮几何尺寸计算 8
2.4 齿轮的机构设计 9
第三章 轴的设计计算 10
3.1 主动轴的尺寸设计 10
3.1.1 主动轴的材料和热处理的选择 10
3.1.2 主动轴几何尺寸的设计计算 10
3.2 从动轴的尺寸设计 13
3.2.1 从动轴的材料和热处理的选择 13
3.2.2 从动轴几何尺寸的设计计算 13
3.3 轴的强度校核 15
第四章 轴承、键的选择 19
4.1 轴承的选择及校核 19
4.1.1 主动轴承的选择及校核 19
4.1.2 从动轴承的选择及校核 19
4.2 键的选择计算及校核 20
第五章 减速器润滑、密封及附件的选择确定以及箱体主要结构尺寸的计算 21
5.1 润滑的选择确定 21
5.2 密封的选择确定 21
5.3 减速器附件的选择确定 21
5.4 箱体主要结构尺寸计算 22
第六章 总结 23
参考文献 24

单级圆柱直齿轮减速器设计说明书

u 第一章 绪论
n 1.1概述
l 1.1.1开发背景及摘要

齿轮传动是应用极为广泛和特别重要的一种机械传形式，它可以用来在空间的任意轴之间传递运动和动力，目前齿轮传动装置正逐步向小型化，高速化，低噪声，高可靠性和硬齿面技术方向发展。

l 1.1.2齿轮减速器系统特点

齿轮传动具有传动平稳可靠，传动效率高（一般可以达到94%以上，精度较高的圆柱齿轮副可以达到99%），传递功率范围广（可以从仪表中齿轮微小功率的传动到大型动力机械几万千瓦功率的传动）速度范围广（齿轮的圆周速度可以从0.1m/s到200m/s或更高，转速可以从1r/min到20000r/min或更高），结构紧凑，维护方便等优点。因此，它在各种机械设备和仪器仪表中被广泛使用。本文设计的就是一种典型的一级圆柱直齿轮减速器的传动装置。其中小齿轮材料为40Cr（调质），硬度约为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度约为240HBS，齿轮精度等级为7级（GB 10095-88）。轴、轴承、键均选用钢质材料。

n 1.2 课程设计简述说明
本设计说明书主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了《机械原理》、《机械设计》、《机械制图》、《公差与互换性》等多门课程知识，并运用AutoCAD2007软件进行绘图，因此是一个非常重要的综合实践环节,也是一次全面的、具有规范性的训练。通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。本次设计培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。另外培养了我们查阅和使用《机械设计手册》等相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。加强了我们对Office软件中Word功能的认识和运用。

u 第二章 齿轮的设计计算
n 2.1齿轮材料和热处理的选择
1) 按图显示的传动方案，减速器为直齿圆柱齿轮传动。
2) 此为一般工作机器所需减速器，速度不高，故选用7级精度（GB 10095——88）。
3) 材料选择。有《机械设计》表10-1选择大、小齿轮
小齿轮选用40Cr，调质处理，HBS＝280
大齿轮选用45号钢，调质处理，HBS＝240
二者材料相差为40HBS
4) 选小齿轮齿数=20，大齿轮=20×5.3=106,取=106。
n 2.2 齿轮几何尺寸的设计计算
l 2.2.1按齿面接触强度设计

由设计计算公式进行试算，即
≥2.32×
【Ⅰ】确定公式内的各计算数值
1）试选载荷系数K=1.5。
2)计算小齿轮传递的转矩。

=
3)由《机械设计》表10-7选取齿宽系数。
4）由《机械设计》表10-6查得材料的弹性影响系数。
5)由《机械设计》图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa ；大齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa 。
6）计算应力循环次数。

7）由《机械设计》图10-19取接触疲劳寿命系数；。
8）计算接触疲劳许用应力。
取失效概率为1%，安全系数S=1，可得

【Ⅱ】计算
1） 试算小齿轮分度圆直径 ，代入中较小值。
≥2.32×
mm
=68.333mm
2） 计算圆周速度V 。

3） 计算齿宽b 。

4） 计算齿宽与齿高之比。
模数
齿高

5） 计算载荷系数。
根据，7级精度，由《机械设计》图10-8得动载系数；
直齿轮，；
由《机械设计》表10-2查得使用系数；
由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承对称布置时。
由，查图10-13得；故动载系数
=1×1.13×1×1.316=1.487
6） 按实际的载荷系数校正所计算的分度圆直径，得：
=68.135mm
7） 计算模数m 。

l 2.2.2按齿根弯曲强度设计

由计算公式得弯曲强度的设计公式为
M≥
【Ⅰ】确定公式内的各计算数值
1） 由《机械设计》图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限
大齿轮的弯曲强度极限；
2） 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数，；
3） 计算弯曲疲劳许用应力。
取弯曲疲劳安全系数S=1.4，有公式得

4） 计算载荷系数K 。
=1×1.13×1×1.26=1.424
5） 查取齿形系数。
由表10-5查得 ；。
6） 查取应力校正系数。
由表10-5查得 ；。
7） 计算大、小齿轮的并加以比较。

大齿轮的数值大。

【Ⅱ】设计计算

=2.53m
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大与由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面解除疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数2.53并就近圆整为标准值m=3mm，按接触强度算得的分度圆直径mm，可算出
小齿轮齿数
大齿轮齿数 ，取=122。
这样设计的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。

n 2.3齿轮几何尺寸计算
1） 计算分度圆直径

2） 计算中心距

3）计算齿轮宽度

取

由计算公式计算得以下数据：（单位/mm）[计算公式参照教材]

齿数
分度圆（d）
齿宽（b）
齿顶高（）
齿根高（）
顶圆直径（）
根圆直径（）
小齿轮

23

69

70

3

3.75

75

61.5
大齿轮

122

366

75

3

3.75

372

358.5

模数m=3mm
n 2.4齿轮的结构设计
由于小齿轮=69mm，可采用齿轮轴结构；大齿轮因为分度圆半径较大采用锻造毛坯的腹板式结构

大齿轮的有关尺寸计算如下：

轴孔直径d=65 mm
轮毂直径=1.6d=1.6×65=104 mm； 取=104 mm;
轮毂长度L==70 mm
轮缘厚度=（3～4）×3 =9～12 mm； 取=12 mm
轮缘内径=372-2×6.75-2×12=327 取=327mm
腹板厚度c=0.3=0.3×75=22.5 mm； 取c=20 mm
腹板中心孔直径215.5 mm
腹板孔直径 55.9 mm；取=60 mm
齿轮倒角n=0.5 m=2mm

Ø 齿轮结构图详见零件附图
u 第三章 轴的设计计算
轴的设计计算与校核：
按承载性质，减速器中的轴属于转轴。因此，一般在进行轴的结构计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定出轴的形进行强度的校核，对两根轴进行尺寸的设计计算过程。不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等

n 3.1 主动轴的尺寸设计
l 3.1.1 主动轴的材料和热处理的选择
选择45钢，并经正火回火处理。由《机械设计手册》查得硬度为170~217HBS，抗拉强度=600MPa ，屈服强度=355MPa ，[]=55MPa

l 3.1.2 主动轴几何尺寸的设计计算

【Ⅰ】对轴的直径进行计算
1） 已知=15Kw , =960 r/min
查表取A=110，
考虑键槽，则≥1.03×27.5=28.325mm ， 取标准直径为30mm。
2） 取=35mm
3） ，且必须与轴承的内径一致，圆整=40mm，初选轴承型号为6208,查《机械设计手册》可知，B=18mm，D=80mm，
4）计算
，为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取=45mm；
5）计算
取=52mm
6）计算
，同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型

【Ⅱ】计算轴的各段长度
1）计算
采用普通联轴器取 =40mm;
2)计算

轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，取，其中d3为螺钉直径M8，由轴承外径D=80mm，查表，取d3=8mm，
式中，为箱体壁厚，取=8mm，
取轴旁连接螺栓的直径为10mm，查得；
由于轴承的轴颈直径和转速的乘积＜（1.5~2）×105，故轴承采用脂润滑，取 =9mm，
所以 m=8+16+14+8-9-18=19mm,
所以 =20+9.6+19=48.6mm，
让延伸壁外一段距离，取 =57mm；
3)计算
，
式中，为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两个齿轮的宽度差，两齿轮的宽度差为5mm，取小齿轮至箱体内壁的距离为10mm，则

取 L3=43mm
4）计算
;
5）计算
取L5=6 mm
6）计算

则各段轴长度以及直径如是下图：

n 3.2 从动轴的尺寸设计

l 3.2.1 从动轴的材料和热处理的选择

选择45钢，并经正火回火处理。由《机械设计手册》查得硬度为170~217HBS，抗拉强度=600MPa ，屈服强度=355MPa ，[]=55MPa。

l 3.2.2 从动轴几何尺寸的设计计算

【Ⅰ】对轴的直径进行计算

取
2）计算

因必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取=58mm
3）计算
，且必须与轴承的内经一致，圆整=60mm，初选轴承型号为6312,查附表可知，B=31mm，D=130mm，；
4）计算
，为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取=65mm；
5）计算

取 =78mm
6）计算
，同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。
【Ⅱ】计算轴的各段长度
1）计算 取 =65mm
2）计算、 由主动轴计算方法算得=50mm 、 L3=56mm
3）计算
;
4）计算
取 =8 mm
5）计算

则各段轴长度以及直径如是下图：

n 3.3轴的强度校核
输入轴的功率P、转速n和扭矩T：

1）最小直径计算（查《机械设计基础》教材表15—3 取 c=110）

考虑键槽
选择标准直径
2）计算齿轮受力（大齿轮采用锻造毛坯的腹板式）
圆周力：
径向力：
∵是直齿轮，故
轴向力：

3）按许用应力校核轴的弯曲强度
① 轴的受力简图 （图一）（L =138mm）
② 求支持反力
水平面支反力
垂直面支反力
③ 作弯矩图
水平弯矩（图二）

垂直弯矩（图四）

④ 求合成弯矩，作出合成弯矩图（图五）

⑤ 作扭矩图（图六）
C点右
C点左
⑥ 作危险截面当量弯矩图（图七）
该轴单项工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取=0.59

⑦ 校核危险截面轴径
45号优质碳素钢调质处理时，查《机械设计基础》教材11—1

C剖面的轴径故：强度足够

u 第四章 轴承、键的选择

n 4.1轴承的选择及校核

l 4.1.1主动轴承的选择及校核

因为闭式齿轮选择直齿圆柱齿轮，考虑承受载荷和只承受径向力，主动轴承和从动轴承均选用深沟球轴承。根据轴径值查《机械设计手册》深沟球轴承各部分尺寸，选择6208型深沟球轴承 2个。B=18mm，D=80mm，
设计要求寿命：

计算选用轴承寿命

查《机械零件设计手册》
基本额定动负荷
动载荷系数
当量动载荷
温度系数 载荷系数 对球轴承寿命系数

轴承寿命合格

l 4.1.2从动轴承的选择及校核

根据轴径值查《机械设计手册》深沟球轴承各部分尺寸，选择6312型深沟球轴承 2个。B=31mm，D=130mm，
设计要求寿命：
计算选用轴承寿命

查《机械零件设计手册》
基本额定动负荷
动载荷系数
当量动载荷
温度系数 载荷系数 对球轴承寿命系数

轴承寿命合格

n 4.2键的选择计算及校核

材料选择及其许用挤压应力
选择45号优质碳素钢，，查《机械零件设计手册》P458表3·2-3
其许用挤压应力
1）主动轴齿轮键，；
选择

静连接工作面的挤压应力：

则：强度足够， 合适
2）从动轴外伸端，

选择

静连接工作面的挤压应力：

则：强度足够， 合适

u 第五章 减速器润滑、密封及附件的选择确定以及箱体主要结构尺寸的计算

n 5.1润滑的选择确
① 小齿轮v =16×2πr =16×372π≈1.8 m/s < 2m/s
查《机械零件设计手册》P981表3·14-26，选用浸油润滑方式
并根据表3·14-27，选用150号机械油；
② 轴承采用润油脂润滑，并根据表3·14-23选用ZL-3型润油脂

n 5.2密封的选择确定
1） 轴承内部与机体内部处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部
2） 轴承外部与端用半粗羊毛毡圈加以密封
3） 箱座与箱盖凸缘结合面与观察孔、油孔之间都采用静密封方式

n 5.3减速器附件的选择确定

名称
功用
数量
材料
规格
螺栓
安装端盖
12
Q235
M6×16 GB 5782-1986
螺栓
安装端盖
24
Q235
M8×25 GB 5782-1986
销
定位
2
35
A6×40 GB 117 - 1986
弹性垫圈
调整安装
2
65Mn

毡封圈
调整安装
2
半粗羊毛

挡油环
挡油
4
橡胶

螺母
安装
3
Q235

螺钉
安装
3
Q235

油标尺
测量油高度
1
组合件
M32×1.5
通气孔
透气
1
A3

n 5.4箱体主要结构尺寸计算

箱座厚度

8
箱盖厚度

8
箱盖凸缘厚度

12
箱座凸缘厚度

12
箱座底凸缘厚度

20
地脚螺钉直径

M16
地脚螺钉数目

4
轴承旁联结螺栓直径

M12
盖与座联结螺栓直径

M8
螺栓的间距：200~300
轴承端盖螺钉直径
轴承外圈直径
90/100
直径
M8
螺钉数目
6
视孔盖螺钉直径
单级减速器
M6
定位销直径
d=（0.7-0.8）
6
，，至外箱壁的距离

18

16

28
，至凸缘边缘距离

8

5
轴承座外径

144
轴承旁连接螺栓距离
S一般取S=
144
轴承旁凸台半径

16
轴承旁凸台高度
h
待定
箱盖、箱座厚

7mm,m=7mm
大齿轮顶圆与箱内壁间距离

10
齿轮端面与箱内壁距离

9

u 第六章 总结

通过为期将近两个周的没日没夜的课程设计过程，反复的修改设计，终于完成了一级闭式圆柱齿轮减速器的设计过程， 老师刚开始在课堂上和我们说我们要做课程设计的时候，觉得课程设计是怎么一回事都不知道，似乎离我好遥远，似乎感觉这么庞大的工程我是不可能做得出来的，但是迫于考试等等原因，我们当然很清楚这是我们必须要经历的一个过程。所以刚开始时候真的可以用举步维艰来形容了。
对工具书的使用和查阅：在设计过程中，我们用到了大量的经验公式以及大量取范围值的数据，需要我们翻阅大量的工具书来进行自己设计计算，这让我们这些一直在给定精确公式及数值下学习的我们顿时感到非常的艰辛，取值时往往犹豫不决，瞻前顾后，大大减慢了我们的设计速度。与此同时，我们也发觉到，对工具书使用的不重视是一个非常严重的错误，这也是对我们今后工作中自我学习的一次良好警告。其实画好的减速器装置上的每一个零部件都是有表可查的。哪怕是一个小小的螺钉。
细节决定成败：这是在设计的后期过程中体会到的，在设计基本完成后的检查过程中发现有的细节甚至有致命的错误，会将自己在整个设计中的认真全部否决。各种细节的完善都是对自己在本次设计过程中所付出的努力的一种肯定，这是对我今后的学习工作的一次实战训练。
通过本次设计我对减速器的工作原理以及各种工作机构有了很全面的认识，更对机械传动中的齿轮、轴、轴承、键、箱体等都很做了认真的分析计算和选取，是对一个机械学习者的初次挑战，整个设计过程中每个人都是很辛苦的，但它是对今后学习生活的一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，而且在做完此次课设之后第一次觉得在大学期间这么有成就感，对自己整体的观念的培养和各种工具书的使用等都有所突破，我想这都是这次设计过程收获最大的地方。

u 参考文献
（1） 《精密机械设计基础》教材第五版 —— 高等教育出版社
（2） 《机械制图》教材 —— 高等教育出版社
（3） 《机械零件课程设计》 —— 中国铁道出版社
（4） 《机械设计课程设计手册》第3版 —— 高等教育出版社
（5） 《机械设计》教材第八版 —— 高等教育出版社
机电工程学院
《机械设计》课程设计考核报告单
2012-2013学年度第二学期期末

选课课号：（2012-2013-1）-2005303-09431-1 批阅日期： 年 月 日
姓名

班级

学号

评分标准及
得分
评分标准
满分
得分

考核成绩

折合
成绩

任课教师签名

主要设计计算结果
已知条件（设计参数题号： ）
1
输送带工作拉力，F(kN)

2
输送带工作速度，V(m/s)

3
滚筒直径，D(mm)

设计结果列表：电机型号： 功率： kW 额定转速： rpm
总速比 i= (速比分配 i1= i2= )
序号
参数名称
代号
计算结果
单位
序号
参数名称
代号
计算结果
单位
1
皮带型号

14
齿轮模数(Ⅱ)
m2

2
根数
z

15
大齿轮齿宽(Ⅱ)
B2

3
张紧力
F0　

16
小齿轮分度圆直径(Ⅱ)
d3

4
大小带轮直径
d1/d2

17
大齿轮分度圆直径(Ⅱ)
d4

5
带轮总宽度
B

18
主动轴最小直径
d　

6
齿轮传动中心距(Ⅰ)
a1

19
主动轴轴承型号及尺寸 d/D/b

7
大小齿轮齿数(Ⅰ)
z1/z2

20
中间轴最小直径
d

8
齿轮模数(Ⅰ)
m1

21
中间轴轴承型号及尺寸 d/D/b

9
大齿轮齿宽(Ⅰ)
B1

22
从动轴最小直径
d　

10
小齿轮分度圆直径(Ⅰ)
d1

23
从动轴轴承型号及尺寸 d/D/b

11
大齿轮分度圆直径(Ⅰ)
d2

24
联轴器型号

12
齿轮传动中心距(Ⅱ)
a2

25
联轴器孔 d/l

13
大小齿轮齿数(Ⅱ)
z3/z4

箱体设计参数：
1
δ

8
d1

2
Δ1

9
d2

3
Δ2

10
h

4
l1

班级：
姓名：
学号：
5
C1

6
C2

7
df