机械设计(基础)课程设计大学论文.doc

机械设计（基础）课程设计
目 录

1.前言---------------------------------------1
2.电动机的选择------------------------------ 4
3.计算传动装置动力和运动参数 ----------------5
4.传动装置的设计计算-------------------------5
5.齿轮的设计计算 ----------------------------7
6．轴的设计与选择-- --------------------14 7.键的选择与校核-------------------15 8.轴承的寿命计算――――――――--―--20
9.减速器的结构尺寸―――――――-----―---―22
10.连轴器的选择――――――――------―----21
11.减速器附件设计―――――――――---------24
12.润滑与密封的设计-----------------------25
13.总结--------――――――――――――――25
14.参考资料―――――――----------――――-26

前言
一、机械设计课程的目的和意义
机械设计基础课程设计是机械类专业和部分非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教学环节。其基本目的是：
(1) 通过机械设计课程的设计，综合运用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。
(2) 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。
(3) 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。
（4）机械设计基础课程设计还为专业课课程设计和毕业设计奠定了基础。
二、机械设计课程的内容
选择作为机械设计课程的题目，通常是一般机械的传动装置或简单机械。
课程设计的内容通常包括：确定传动装置的总体设计方案；选择电动机；计算传动装置的运动和动力参数；传动零件、轴的设计计算；轴承、联轴器、润滑、密封和联接件的选择及校核计算；箱体结构及其附件的设计；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计计算说明书。
在设计中完成了以下工作：
① 减速器装配图1张（A0或A1图纸）；
② 零件工作图1～2张（传动零件、轴、箱体等）；
③ 设计计算说明书1份
三、机械设计课程设计的步骤
机械设计课程设计的步骤通常是根据设计任务书，拟定若干方案并进行分析比较，然后确定一个正确、合理的设计方案，进行必要的计算和结构设计，最后用图纸表达设计结果，用设计计算说明书表示设计依据。
机械设计课程设计一般可按照以下所述的几个阶段进行：
1 设计准备
① 分析设计计划任务书，明确工作条件、设计要求、内容和步骤。
　② 了解设计对象，阅读有关资料、图纸、观察事物或模型以进行减速器装拆试验等。
③ 浮系课程有关内容，熟悉机械零件的设计方法和步骤。
④ 准备好设计需要的图书、资料和用具，并拟定设计计划等。
2 传动装置总体设计
① 确定传动方案——圆柱斜齿齿轮传动，画出传动装置简图。
② 计算电动机的功率、转速、选择电动机的型号。
③ 确定总传动比和分配各级传动比。
④ 计算各轴的功率、转速和转矩。
3 各级传动零件设计
① 减速器外的传动零件设计（带传动、链传动、开式齿轮传动等）。
② 减速器内的传动零件设计（齿轮传动、蜗杆传动等）。
4 减速器装配草图设计
① 选择比例尺，合理布置试图，确定减速器各零件的相对位置。
② 选择联轴器，初步计算轴径，初选轴承型号，进行轴的结构设计。
③ 确定轴上力作用点及支点距离，进行轴、轴承及键的校核计算。
④ 分别进行轴系部件、传动零件、减速器箱体及其附件的结构设计。
5 减速器装配图设计
① 标注尺寸、配合及零件序号。
② 编写明细表、标题栏、减速器技术特性及技术要求。
③ 完成装配图。
6 零件工作图设计
① 轴类零件工作图。
② 齿轮类零件工作图。
③ 箱体类零件工作图。

四、课程设计的基本要求
认真、仔细、整洁。
理论联系实际，综合考虑问题，力求设计合理、实用、经济、工艺性好。
正确处理继承与创新的关系，正确使用标准和规范。
学会正确处理设计计算和结构设计间的关系，要统筹兼顾。
所绘图纸要求准确、表达清晰、图面整洁，符合机械制图标准；说明书要求计算准确、书写工整，并保证要求的书写格式。
五、减速器的设计计算、校核、说明和结果

机械设计课程设计任务书
设计一用于带式运输机上的二级圆柱齿轮减速器，工作有轻微震动，经常满载，空载启动，单向运转，单班制工作，每年工作300天，使用寿命10年，运输带允许速度误差±5%。
原始数据：带十三组
运输带拉力：F=4.6KN，运输带速度　v=1.0m/s卷筒直径Ｄ=320mm

总体布置简图

1—联轴器 2—电动机 3—齿轮减速器 4—卷筒 5—带式运输机

2电动机的选择
2.1电动机类型和结构的选择
因为本传动的工作状况是：工作机空载启动，有轻微振动，经常满载，单向运转,单班制工作，使用期限10年，每年工作300天,运输机允许速度误差5%。

2.2选电动机类型
按工作要求和条件，选用三相笼形异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。
2.2.1选择电动机容量
电动机所需工作功率按式：P= KW
P= KW
因此： P= KW
由电动机至运输带的传动总效率为：
式中：η，η，η，η，分别为联轴器、滚子轴承、齿轮、和卷筒的传动效率。
取η=0.96（联轴器），η=0.99（滚子承轴），η=0.97（齿轮需要精度8级），η=0.96（卷筒），n=0.95
则
所以
2.2.2确定卷筒轴工作转速：

按《机械设计课程设计设计指导书》P2表1，二级圆柱齿轮减速器的传动比Ia=8-40
故电动机的转速的可选范围为：
符合这一范围的同步转速为：查《机械设计课程设计手册》第167页表12-1可知
根据容量和转速，由《机械设计课程设计手册》P167表12－1查出的电动机型号，因此有以下四种传动比选择方案，

如下：
方案
电动机
型号
额定功率
满载
转速
额定转矩
最大转矩
质量

总传动比
1
Y160M2-8
5.5
720
2.0
2.0
119
14.13
2
Y132M2-6
5.5
960
2.0
2.2
84
18.84
3
Y132S-4
5.5
1440
2.2
2.3
68
28.26
本参考比价仅供参考，表中数值为相对值。查《机械设计课程
设计手册》P170表12－6。
综合考虑电动机和传动装置的尺寸，质量，价格以及传动比，可见第三种方案比较合适，因此选定电动机的型号是Y132S-4。
其主要性能如下表
型号
额定
功率
满载转速
最大转矩\
额定转矩
Y132S-4
5.5
1440
2.3

3确定总的传动比
3.1总传动比
由选定的电动机满载转速nm 和工作机的主轴的转速 n，可得传动装置的总的传动比是：

i在6—24范围内可以选用
设高速级齿轮为，低速级齿轮为
故采用耳机展开式齿轮传动减速器，为使两大齿轮浸油深度相近，故取
3.2分配传动比

校核实际传动比
传动比误差

4计算传动装置运动和动力参数
4.1计算各轴的转速
I轴
II轴
III轴
卷筒轴
4. 2 计算各轴的输入功率
I轴
II轴
III轴
卷筒轴

4.3各轴的输入转矩计算
（1）电动机输出转矩
I轴
II轴

III轴

卷筒轴输入转矩：

4.5运动和动力参数计算结果整理于下表：

轴名
效率P（KW）
转矩T（N.M）
转速n r/min
传动比i
效率η
输入
输出
输入
输出
电动机轴
4.29

28.45

1440
1
0.99
Ⅰ轴
4,25

28.17

1440
4.589
0. 95
Ⅱ轴
4.04

122.87

313.79
3.53
0.95
Ⅲ轴
3.84

412.30

88.89
3.53
0.95
卷筒轴
3.61

400.02

88.89
1.0
0.97

5传动零件的设计计算
5.1减速器箱内的圆柱齿轮传动的设计计算
由（三）知：i1=4.31 i2=3.32
校核实际传动比
所以，高速级用斜齿圆柱齿轮传动，低速级用直齿圆柱齿轮传动
55.齿轮设计
5.1设计高速级齿轮
5.1.1选定齿轮，精度等级，材料及齿数
（1）选用8级精度
(2)材料选择，由表10-1选择小齿轮材料为35SiMn（调质），硬度为280HBS，二者硬度差为40HBS
（3）选用齿轮齿
（4）初选螺旋角
5.1.2按齿面接触强度计算
按式 计算
（1）确定公式内的各计算数值
1）试选
2）由图10-30选取区域系数
3) 由图10-26查得
4）许用接触力
5）小齿轮传递得转矩
6）由表10-7选取齿宽系数
7）由表10-6查得材料得弹性影响系数
（2）计算
1）试算小齿轮分度圆直径，由公式得：=59.62mm
2）计算圆周速度

3）计算齿宽及模数

4）计算纵向重合度

5）计算载荷系数k
由表10-2查得使用系数为1，根据速度为4.587,7级精度,由图10-8查得动载荷系数为1.14,由表10-4查得，由表10-13查得,由表10-3查得故载荷系数k=
6）按实际得载荷系数校正所得的分度圆的直径，由公式10-10a的

7）计算模数

5.1.3按齿根弯曲强度计算
由式10-17
（1）确定计算参数
1） 计算载荷系数k=
2） 根据纵向重合度，，从图10-28查得，螺旋角影响系数=0.88
3） 计算当量齿数，
4） 查取齿形系数 由表10-5查得，，
5） 查取应力校正系数 由表10-5得
6） 由图10-20c查得小齿轮弯曲疲劳强度极限，大齿轮得弯曲强度极限
7） 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数
8） 计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式10-12得
，
9） 计算大小齿轮得，，，大齿轮得数值大。
（2）设计计算

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算得法面模数大于齿根，可取模数为2，按接触强度算的分度圆直径为68.53，算出小齿轮齿数

取=33，=334.47=157
5.1.4几何尺寸计算
（1）计算中心距

将中心距调整到196
（2）按圆整后得 中心距修正螺旋角

（3）计算分度圆直径

（4）计算齿轮宽度

取，
5.2设计低速级齿轮
5.2.1选定齿轮，精度等级，材料及齿数
（1）选用7级精度
(2)材料选择，由表10-1选择小齿轮材料为40Gr（调质），硬度为280HBS，二者硬度差为40HBS
（3）选用齿轮齿数
5.2.2按齿面接触强度设计
由设计计算公式10-9a

（1） 确定公式内各计算数值
1) 试选载荷系数=1.3
2) 小齿轮传递得转矩Nmm
3) 由表10-7选取齿宽系数=1
4) 由表10-6查材料得弹性影响系数
5) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮得接触疲劳强度极限，大齿轮得接触疲劳强度极限
6) 小齿轮转速
7) 由式10-13计算应力循环次数

8）由图10-19取得接触疲劳寿命系数
9）计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数为1，由式10-12得
，
（2） 计算
1） 计算小齿轮分度圆直径，代入中较小得值

2） 计算圆周速度v

3） 计算齿宽
4） 计算齿宽与齿高之比
模数
齿高

5） 计算载荷系数
据v=1.85，7级精度，由图10-8查得动载系数=1.11，直齿轮，，由表10-2查得使用系数=1，由表10-4查得，小齿轮相对支承非对称布置时，=1.432，由查得图10-13得=1.36故载荷系数
6） 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径由式10-10a得

7） 计算模数m
5.2.3按齿根弯曲强度设计
由式10-5得公式为

（1） 确定公式内各计算数值
1） 由图10-20查得小齿轮弯曲疲劳强度极限，大齿轮弯曲疲劳强度极限
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
取疲劳安全系数为1.4，由式10-12得
，
4） 计算载荷系数k
k=
5） 查取齿形系数，由表10-5得，，，
6） 查取应力校正系数 由表10-5得
7） 计算大小齿轮得，，，大齿轮得数值大。
（2） 设计计算

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算得法面模数大于齿根，可取模数为4，按接触强度算的分度圆直径为122.079，算出小齿轮齿数

取=30，=30 3.65=110
5.2.4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，

6 设计汇总

项目
低速级
高速级
大齿轮
小齿轮
大齿轮
小齿轮
z
110
30
157
33
b
112
117
70
75

4
2

476
241

α=20 β=8.10
β=8.87

7齿轮的润滑：
因为
所以采用将大齿轮的齿轮浸入油中进行浸油润滑
浸油深度为由下齿顶向上10mm
按10计算，若h>10,则按一个齿计算
V=5.30m/s (5-12.5)之间 查表10-12 45钢
选用工业齿轮油SY1172—88 牌号100 查表10-11

8 轴的设计计算
8.1减速器中间轴(II轴)的设计
拟定输入轴齿轮为右旋
8.1.1求中间轴的功率和扭矩

8.1.2求作用在齿轮轴上的力

8.1.3选择材料，决定最小直径
没有特殊要求，轴的材料选用45钢，调质处理HBS=220
取110
所以
轴上可能有两个键糟

查手册，取标准值，
8.2轴的结构设计
8.2.1选轴承
根据轴向定位要求，可确定每一段轴的轴径和各段轴的长度
装轴承的（中间轴）最小，d径=50，预选7210C轴承
查手册

所以d径=50，l径=20=B
取轴承端面到壳体内壁5mm，齿轮端面到壳体内壁15mm
两齿轮端面距离为20mm

，

轴环宽度
所以

取标准值290

查手册，取标准值为300
8.2.2轴向定位
中间轴环：h环=6 l环=20 d环=60
套筒： l=19+5=24 大端直径=50，小端直径d=44
轴承端盖：轴承外圈用相应的轴承闷盖定位（采用凸缘式）
8.2.3轴上的周向定位
齿轮2 键 轴承的内圈和轴采用过盈配合，轴承的外圈和壳体孔采用间隙配合
齿轮3 键轴承的内圈和轴采用过盈配合 轴承的外圈和壳体孔采用间隙配合

已知
（1）求比值

预选的7308AC轴承的e=0.38（查手册）
所以

此时选
所以

基本额定动载荷值

验算轴承寿命:
符合强度要求，合适
8.2.4对两外键的校核
对齿轮上的键处进行校核

查表6-2
T=16950 K=0.5h=4.5 L=50-12=38 d=45
则 在允许的范围内 ，合适
8.2.5轴的工艺要求
若R=1.5 或 R=2.0
r=1.2 r=1.5
轴端倒角
8.2.6拟定装配方案
齿轮2 套筒 右边轴承端盖 从右边装
齿轮3 套筒 左边轴承端盖 从左边装
I-II段轴用于安装轴承7308AC，故取直径为40mm。
II-III段为小齿轮，外径45mm
III-IV段分隔两齿轮，直径为60mm
IV-V段安装大齿轮，直径为45mm。
V-VI段安装套筒和轴承，直径为40mm。

1） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1. I-II段轴承宽度为23，所以长度为23mm.
2. II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙25m，轴承和箱体的间隙5m，所以长度为30。
3. III-IV段为小齿轮，长度就等于小齿轮宽度98m。
4. IV-V段用于隔开两个齿轮，长度为23m。
5. V-VI段用于安装大齿轮，长度略小于齿轮的宽度，为71m。
6. VI-VIII长度为53m。
8.2.7求轴上的载荷
69.2 127 85.2

8.2.8精确校核轴的疲劳强度
2） 判断危险截面
由于截面IV处受的载荷较大，直径较小，所以判断为危险截面

3） 截面IV右侧的

截面上的转切应力为

由于轴选用40cr，调质处理，所以
，，。
（[2]P355表15-1）
a) 综合系数的计算
由，经直线插入，知道因轴肩而形成的理论应力集中为，，
（[2]P38附表3-2经直线插入）
轴的材料敏感系数为，，
（[2]P37附图3-1）
故有效应力集中系数为

查得尺寸系数为，扭转尺寸系数为，
（[2]P37附图3-2）（[2]P39附图3-3）
轴采用磨削加工，表面质量系数为，
（[2]P40附图3-4）
轴表面未经强化处理，即，则综合系数值为

b) 碳钢系数的确定
碳钢的特性系数取为，
c) 安全系数的计算
轴的疲劳安全系数为

故轴的选用安全。
8.2.9对输入轴进行设计校核
1． 初步确定轴的最小直径
，，

2轴的结构设计
1） 确定轴上零件的装配方案

2） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为30mm.即
a为了满足半连轴器的轴向定位要求，Ⅰ-Ⅱ轴段右端需制出一轴间，故取，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=38，半连轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半连轴器上，故取。
b初选轴承7208c，，故，而，查手册得7207c轴承的定位轴间高度h=5，因此取。
c取安装齿轮处的轴段，齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮的轮毂宽度为75，所以取，齿轮的右端采用轴间定位，轴间高度h大于0.07d，故取h=5，则轴环处直径，轴环宽度b大于等于1.4h，故取
d轴承端盖的总宽度为20，取端盖的外端面与半连轴器的右端面距离为70，故取。
e取齿轮距箱体内壁的距离为15，轴承距箱体内壁的距离为5，已知轴承宽度T=17，高速斜小齿轮宽75

8.2.10输出轴的设计
1初步确定轴的最小直径
，，

2轴的结构设计
3） 确定轴上零件的装配方案

4） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为75mm.即
a为了满足半连轴器的轴向定位要求，Ⅰ-Ⅱ轴段右端需制出一轴间，故取，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=85，半连轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半连轴器上，故取。
b初选轴承7217c，，故，而，查手册得7207c轴承的定位轴间高度h=7，因此取。
c取安装齿轮处的轴段，齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮的轮毂宽度为112，所以取，齿轮的右端采用轴间定位，轴间高度h大于0.07d，故取h=7，则轴环处直径，轴环宽度b大于等于1.4h，故取
d轴承端盖的总宽度为20，取端盖的外端面与半连轴器的右端面距离为70，故取。
e取齿轮距箱体内壁的距离为15，轴承距箱体内壁的距离为5，已知轴承宽度T=28，高速斜小齿轮宽112

9 联轴器的选择
已知:电动机Y180l-4 P=3KW n=1430r/min i=23.8
9.1输入轴设计
9.1.1类型设计
为了隔离振动与冲击,选用弹性套柱销联轴器
9.1.2载荷计算
由表14-1 查得 ()
30.05N.M
9.1.3型号选择
从GB/T 4332-2002(手册)中查得LT5型弹性套柱销联轴器的许用
转距为63,许用转速度为5700r/min,轴径为20~28mm之间
而
故选用所以所以 TL5安全
LT5联轴器LT5联轴器符合要求
JB28-44()
J型轴孔,B型键,轴径为28,轴孔长为44
被动部分的轴径计算

开一键槽 d扩大7%
实际应取为28,与主动轴匹配
9.2输出轴设计
9.2.1类型选择
为隔离振动与冲击,选用弹性套柱销联轴器
9.2.2载荷计算

开一键槽 d扩大7%, 故
选择LT7联轴器 故轴径符合
LT7联轴器的公称转距为 符合
所以 选用 LT7
9．3角接触球轴承的选择及计算
I轴：
1． 求两轴承受到的径向载荷
2、 轴承7308AC校核
1） 径向力

2） 派生力
，
3） 轴向力
由于，
所以轴向力为，
4） 当量载荷
由于，，
所以，，，。
由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为

5） 轴承寿命的校核

II轴：
3、 轴承7308AC
1） 径向力

2） 派生力
，
3） 轴向力
由于，
所以轴向力为，
4） 当量载荷
由于，，
所以，，，。
由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为

5） 轴承寿命的校核

III轴：
4、 轴承7311AC的校核
1） 径向力

2） 派生力
，
3） 轴向力
由于，
所以轴向力为，
4） 当量载荷
由于，，
所以，，，。
由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为

5） 轴承寿命的校核

）
10减速器附件的选择
通气器
由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M16×1.5
油面指示器
选用游标尺M20
起吊装置
采用箱盖吊耳、箱座吊耳
放油螺塞
选用外六角油塞及垫片M20×1.5。

11 润滑与密封
11．1齿轮的润滑
因为
所以采用将大齿轮的齿轮浸入油中进行浸油润滑
浸油深度为由下齿顶向上10mm
按10计算，若h>10,则按一个齿计算
V=5.35m/s (5-12.5)之间 查表10-12 45钢
选用工业齿轮油SY1172—88 牌号100 查表10-11

11.2滚动轴承的润滑
由于轴承周向速度为，所以宜用脂润滑。
1.润滑油的选择
齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。
11.3密封方法的选取
选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。
密封圈型号按所装配轴的直径确定为（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。
轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。

12设计小结
通过这次的课程设计，让我认识到自己在书本知识上的不扎实，在运用过程中也不灵活，让我了解到自己在学习方面的缺陷，也让我认识到自己的不足，说明我在学习过程中存在着缺点，有这几点，在初算过程中，电动机的选择没有选择最合适的；在设计轴承时，在配合和定位的过程中，没有选择正确的方法，使轴的尺寸和直径不是很正确。装配不合适，在画图的过程中也体现了出来；在润滑和键的选择过程中也出了问题。这些问题由于时间有点及凑，没有来的及弥补。总之在这次的设计过程中让我认识到了不少，也让我学到了很多东西，收获不少，让我把以前所学的知识又温习了一次，本以为在生活中用不到的知识在这次实习中经常用到，让我了解到知识多学一点是有很大用处的，这次的课程设计让我为后面的毕业设计打下了一定的基础。

参考文献
[1]《机械设计课程设计手册》，高等教育出版社，吴宗泽等主编，2014年12月第四版；
[2]《机械设计基础（第六版）》，高等教育出版社，杨可桢等主编，2013年8月第六版；
[3]《机械设计课程设计指导书（第二版）》，高等教育出版社，龚溎义主编，1990年4月第三版；
[4]《机械设计课程设计图册（第二版）》，高等教育出版社，陈铁鸣主编，2009年4月第二版
[5]《互换性与技术测量》，机械工业出版社，韩进宏主编，2007年7月第

F=4600
V= 1.0m/s
D=320mm

P=4.60KW

ηa=0.83
Pa=5.52kw

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