山东大学单级圆柱齿轮减速器机械设计计算说明书.doc

机械设计基础课程设计
———单级圆柱齿轮减速器

专 业 ：能源与动力工程学院热能工程
班 级 ：2012级能源D
姓 名 ：张起
学 号 ：201200181237
指导老师 ：张磊、孟剑锋

能源与动力工程学院 12级能源

目录
第一章 设计任务及题目 1
1.1设计任务 1
1.2设计题目 1
第二章 机械传动装置的总体设计 1
2.1确定传动方案 1
2.2 选择电动机 2
2.3总传动比的计算及分配 2
2.4传动装置的运动及动力参数计算 3
第三章 传动零件设计计算 4
3.1V带传动的设计计算 4
3.2齿轮传动设计计算 6
第四章 轴系零件的设计计算 11
4.1轴的设计计算 11
4.2轴的结构设计 14
4.3滚动轴承的设计计算 15
4.4键联接的选择与计算 17
4.5 联轴器的选择与计算 18
第五章 减速器草图设计 19
5.1箱体的结构设计 19
5.2大带轮结构设计【附录三】 21
第六章 齿轮减速箱的润滑与密封设计 21
第七章 设计小结 22
7.1本次课程设计进程： 22
7.2课程设计的收获 22
【参考资料】 23
【附录一】平面运动简图布置 24
【附录二】轴受力弯矩图 25
【附录三】大带轮结构设计简图 26

第一章、 设计任务及题目
1.1设计任务
设计说明书
装配图
零件图
1
2
2
1.2设计题目
类型一：
原料车间一运输冷料的带式运输机，由电动机经一级减速传动装置，该减速传动装置系由单机齿轮减速器配合其他传动件组成。该带式运输机折合每日两班工作制，工作期限五年。设计此传动装置。
技术参数
运输机主动鼓轮轴输入端转矩Tw/Nm
480
主动鼓轮直径D/mm
400
运输带速度V m/s
1.8
工作条件：工作年限为5年；工作班制为两班制

第二章 机械传动装置的总体设计
2.1确定传动方案
1.确定同步转速
考虑到电动机转速、级数、尺寸、重量、价格及传动装置的传动比、级数、传动尺寸和成本等诸多因素，初步确定电动机的同步转速1500r/min。
2.拟定总传动比i
由电动机同步转速以及工作机输入转速

3.确定传动方案和级数
参考传动机械的性能及运用范围结构，结核性能要求和工作特点，采用V带传动、圆柱齿轮、链传动相结合的三级传动形式
i=i齿*i带*i链
4.画传动系统平面布置图【附录一】
参考GB14460-84机构运动简图符号【表1-3《机械设计常用标准》】
2.2 选择电动机
1.确定电动机类型
根据装置的工作条件用途、性能等特点，选用Y系列异步电动机。
2.确定电动机型号
（1）确定工作机输入功率

（2）计算电动机所需输出功率
查《机械设计课程设计》式2-4得

因此电动机所需输入功率为

3.确定电动机型号

2.3总传动比的计算及分配
1.计算传动装置总传动比
查《机械设计课程设计》式2-6得
i=1440/85.944=16.755
2.分配传动比

所以
2.4传动装置的运动及动力参数计算
1.各轴的输入功率

=4.920kw

2.各轴的转速

3.各轴的输入转矩

轴号
0
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
输入功率
5.393
5.123
4.920
4.832
转速
1440
791
198
198
输入转矩
35.766
61.852
237.303
233.051

第三章 传动零件设计计算
3.1V带传动的设计计算
1.计算功率
由于要求为Y系列异步电动机；双班工作制；带式运输机载荷变动；查《机械设计基础》表13-6得

2.选取普通V带
根据数据查《机械设计基础》图13-12选用A型V带
3.选择带轮基准直径
（1）选择小带轮基准直径
对于A型V带，查《机械设计基础》表13-4得
查《机械设计基础》图13-12取
查《机械设计基础》表13-7取
（2）确定大带轮直径
取ε=0.02，由《机械设计基础》式13-17得

查《机械设计基础》表13-7取
（3）验算带速

带速在5~25m/s范围内，所以带速合适
（4）确定带长和中心距
①初步确定中心距

②初定V带基准长度
查《机械设计基础》式13-18得

③选取带的基准长度
查《机械设计基础》表13-2取
④确定实际中心距
查《机械设计基础》式13-19得

（5）中心距变化范围

（6）验算小带轮包角
查《机械设计基础》式13-20得

故包角符合要求
（7）确定V带根数
查机械设计基础式13-21得
①查单根V带基本额定功率Po
由于
对于A型V带，查《机械设计基础》表13-5得
②计算功率增量
查《机械设计基础》式13-22得
A型V带查表13-8取
③确定传动比系数
由于查《机械设计基础》式13-9取则

④定包角修正系数
查《机械设计基础》表13-10取
查《机械设计基础》表13-2取
则Z≥
取Z=4
（8）计算张紧力
确定V带每米质量q，查表13-1取q=0.10kg/m
查《机械设计基础》式13-23得
²²=158.31
计算压轴力
查《机械设计基础》式13-14得
（9）带轮基本参数
型号
带轮直径
长度
根数
中心距
A
小带轮
大带轮
1400mm
4
452.65mm
112mm
200mm
压轴力
1260.53N
大带轮宽
B=65mm

3.2齿轮传动设计计算
1.传动参数的确定
（1）传动方式确定
齿轮采用闭式斜齿圆柱齿轮传动、载荷平稳、单向传动、对称布置。
（2）齿轮材料
小齿轮选用45钢调制处理230HBS，
大齿轮选用45钢正火处理200HBS。
（3）齿轮参数确定
P=5.123kw， n=791r/min， u=i=4.000，
T=61852N.mm，并初设
2.按照接触疲劳强度计算分度圆最小值
（1）确定载荷系数K
①确定工作状况系数
因电动机驱动、载荷平稳，查《机械设计基础》表11-4取
②确定动载系数
由于齿轮精度取8级；初设v＜3m/s，调制处理；
查《机械设计基础》表11-5取
③确定齿间载荷分配系数
对于8级，精度软齿面，查《机械设计基础》表11-9取
④确定齿向载荷分布系数
对于软齿面、对称分布，查《机械设计基础》表11-8取.2
查《机械设计基础》图11-7取
⑤计算载荷系数K

（2）确定弹性系数
对于小齿轮调制处理45钢230HBS，大齿轮正火处理45钢200HBS，查《机械设计基础》表11-6取
（3）确定节点区域系数
由于初设β=15°，且皆为非变位斜齿圆柱齿轮，查《机械设计基础》图11-9取
（4）确定重合度系数
对于斜齿圆柱齿轮取接触线总长度变化系数X=0.9
查《机械设计基础》式11-25、11-23得

（5）确定螺旋角系数
查《机械设计基础》式11-26得
（6）计算许用接触应力
查《机械设计基础》式11-10得
①确定接触疲劳极限
小齿轮为45钢调制处理230HBS，查《机械设计基础》图11-10取
大齿轮为45钢正火处理200HBS，查《机械设计基础》图11-10取
②确定接触疲劳强度最小安全系数
一般是小概率为1%由《机械设计基础》表11-7取
许用接触应力为
（7）计算小齿轮分度圆直径

（8）验算线速度

因此速度假设合理。

3.确定传动尺寸
（1）确定模数

查《机械设计基础》表4-1取模数为2mm
（2）确定中心距

（3）确定螺旋角

与假设误差在1°以内，假设合适。
（4）确定齿轮分度圆直径

（5）确定齿宽

4.弯曲疲劳强度校核
（1）计算当量齿数

（2）确定齿形系数
根据大小齿轮的当量齿数查《机械设计基础》图11-12取
（3）确定应力修正系数
根据大小齿轮当量齿数查《机械设计基础》图11-12取
（4）确定重合度系数
由于斜齿圆柱齿轮按接触线总长度X=0.9，查《机械设计基础》式11-24得
（5）确定螺旋角系数
查《机械设计基础》式11-27得
（6）计算许用弯曲应力
①小齿轮45钢，调制处理，230HBS，查《机械设计基础》图11-14取
大齿轮45钢，正火处理，200HBS，查《机械设计基础》图11-14得
②确定弯曲疲劳强度最小安全系数
一般是小概率1%，查《机械设计基础》图11-7得
③确定尺寸系数
由于模数为2，查得

（7）验算弯曲疲劳强度

该尺寸对于齿轮传动弯曲疲劳强度已经足够。

5.齿轮的几何尺寸
参数
小齿轮
大齿轮
模数
2mm
齿数
24
96
分度圆直径
49.6mm
198.4mm
齿顶圆直径
53.6mm
202.4mm
齿根圆直径
44.6mm
193.4mm
旋向
左
右
螺旋角
14°35′33″
中心距
124mm
精度
8
压力角
20°

第四章 轴系零件的设计计算
4.1轴的设计计算
1.选择轴的材料，确定许用应力
轴的材料选用45钢，调制处理，由《机械设计基础》表15-1查得硬度为217~255HBS，抗拉强度；查《机械设计基础》表15-3得
2.轴长的估算
参照《机械设计课程设计》对轴长进行估算轴总长：

轴承跨度
外伸长度
3.Ⅰ轴的设计计算（按照弯扭合成强度计算）【附录三】
（1）画轴的空间受力简图
①斜齿受力分析

②转矩T=61852N.mm
（2）做水平面上的剪力图、弯矩图

（3）做垂直面上的剪力图、弯矩图

（4）做合成弯矩图

（5）做转矩图T
T=T1=61852N.mm
（6）做当量弯矩图
脉动循环修正系数
将数据代入公式得：

（7）求得危险界面直径

4.Ⅱ轴的设计计算【附录二】

（1）画轴的空间受力简图
①斜齿受力分析

②转矩T=237303N.mm
（2）做水平面上的剪力图、弯矩图

（3）做垂直面上的剪力图、弯矩图

（4）做合成弯矩图

（5）做转矩图T
T=T2=237303N.mm
（6）做当量弯矩图
脉动循环修正系数
将数据代入公式得：

（7）求得危险界面直径

4.2轴的结构设计
1.轴I的设计
⑴确定轴上零件位置及固定方式
因为单级齿轮减速器，故齿轮位置在箱体内壁中央，轴 承对称布置在齿轮两边，轴外伸端安装带轮。对称靠轴环和封油环实现轴向定位和轴向固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠封油环实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，轴两端通过轴承盖实现轴向定位。带轮靠轴肩，平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位。
⑵确定轴各段直径
由计算所得危险截面处最小直径及定位与非定位轴肩等各轴段结构强度要求进行初步设计。
2.轴II的设计
⑴确定轴上零件位置及固定方式
因为单级齿轮减速器，故大齿轮位置在箱体内壁中央，轴承对称布置在齿轮两边，轴外伸端安装联轴器。
大齿轮靠轴环和封油环实现轴向定位和轴向固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠封油环实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，轴两端通过轴承盖实现轴向定位。联轴器靠轴肩，平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位。
⑵确定轴各段直径
由计算所得危险截面处最小直径及定位与非定位轴肩等各轴段结构强度要求进行初步设计。

4.3滚动轴承的设计计算
1.与轴Ⅰ相配合的滚动轴承设计计算
轴受轴向、径向载荷，选用角接触轴承、正装、受力图如下：

（1）计算轴承1、2的轴向负荷
轴向力Fa=649.30N
径向力

选70000AC型轴承，查《机械设计基础》表17-9得

因为
所以轴承2被压紧，轴承1被放松。

（2）计算轴承1、2的当量动负荷
由表17-8查得70000AC型轴承e=0.68.而

查表17-8得：

故径向当量动负荷为

（3）计算所需的径向基本额定动负荷.
因为Pr1小于Pr2，故应以轴承2的径向当量动负荷Pr2作为计算依据，查《机械设计基础》由式（17-4）得

因轻微冲击，查表17-6得fp=1.1，因工作温度不高，查表17-5得fT=1，

（4）选择轴承型号
查《机械设计常用标准》表5-4选得7208AC 轴承，合适

2.与轴Ⅱ相配合的轴承的设计计算
轴受轴向、径向载荷，选用角接触轴承、正装、受力图如下：

（1）计算轴承1、2的轴向负荷
轴向力Fa=480.067N
径向力

选70000AC型轴承，查《机械设计基础》表17-9得

因为
所以轴承1被压紧，轴承2被放松。

（2）计算轴承1、2的当量动负荷
由表17-8查得70000AC型轴承e=0.68.而

查表17-8得：

故径向当量动负荷为

（3）计算所需的径向基本额定动负荷.
因为Pr1大于Pr2，故应以轴承1的径向当量动负荷Pr1作为计算依据，查《机械设计基础》由式（17-4）得

因轻微冲击，查表17-6得fp=1.1，因工作温度不高，查表17-5得fT=1，

（4）选择轴承型号
查《机械设计常用标准》表5-4选得7010AC 轴承，合适

4.4键联接的选择与计算
1.轴Ⅰ与大带轮的键联接
（1）键的类型、材料、尺寸的选择
键材料选择45钢，普通A型平键
轴径取30mm，由表10-10应取b=8mm h=7mm；
大带轮宽B=65mm；轮毂长l=(1.5~2)d，取55mm；
所以键长=毂长-（5~10）mm，取50mm，工作长度为50-8=42mm
（2）键的校核
查《机械设计基础》式10-7得
轮毂为铸铁强度小，按照挤压应力进行校核，该处键联接有轻微冲击，查《机械设计基础》表10-11得

键8×50GB1096-79符合设计要求。
2.小齿轮与轴的键联接
，轴径取42mm
查表10-10得b=10mm，h=8mm，
，此处应设计成齿轮轴。
3.大齿轮与轴的键联接
（1）键的类型、材料、尺寸的选择
键材料选择45钢，普通A型平键
轴径取50mm，由表10-10应取b=14mm h=9mm；
齿宽为60mm，轮毂长取60mm，轴段长58mm，
所以键长=毂长-（5~10）mm，取50mm，工作长度为50-14=36mm
（2）键的校核
查《机械设计基础》式10-7得
该处键联接有轻微冲击，查《机械设计基础》表10-11得

键14×50GB1096-79符合设计要求。
4.联轴器与轴的键联接
键选用45钢A型平键，联轴器轴径32mm，查10-10得
b=10mm，h=8mm，轮毂长80mm，键长取70mm，工作长度70mm

选用10×70GB1096-79键合适。

4.5 联轴器的选择与计算
1.类型
转速较低，功率不大，安装时不易保证完全同轴。
选用 弹性柱销联轴器
2.转矩
查《机械设计基础》式18-1得
（1）T=237.303N.m
（2）名义转矩
查表18-1得，工作机是转矩变化小的运输机且原动机为电动机

（3）型号
轴径30mm，查《机械设计常用标准》表6-4，选用联轴器

第五章 减速器草图设计
5.1箱体的结构设计
根据《机械设计课程设计》表6-1减速器铸铁箱体的结构尺寸结合减速器实体图可知
1.减速箱体厚度部分
下箱座、上箱盖壁厚
下箱座剖分面处凸缘厚度
上箱盖剖分面处凸缘厚度
地脚螺栓底脚厚度
箱座上的肋厚
箱盖上的肋厚
2.安装地脚螺栓部分
单机圆柱齿轮减速器中心距小于200mm
地脚螺栓通孔直径
地脚螺栓直径
地脚螺栓沉头座直径
地脚凸缘尺寸
地脚螺栓数目n=4
3.安装轴承旁螺栓部分
轴承旁联接螺栓直径M12
轴承旁联接螺栓通孔直径
轴承旁联接螺栓沉头座直径
剖分面凸缘尺寸
4.安装上下箱体螺栓部分
上下箱联接螺栓直径M10
上下箱联接螺栓通孔直径
上下箱联接螺栓沉头座直径
箱缘尺寸（扳手空间）
5.轴承端盖部分
轴承盖螺钉直径
轴承座外径
箱体外壁距离轴承盖端面距离=44mm
箱体内壁距离轴承座端面距离
6.其他尺寸
圆锥定位销直径
减速器中心高H=（1~1.12）a，取135mm
大齿轮端面与箱内壁间距离为
大齿轮齿顶圆与箱内壁距离

5.2大带轮结构设计【附录三】
根据带轮设计尺寸，结合《机械设计课程设计》表6-3V带轮的结构形式及辐板的结构形式及辐板厚度则应设计成孔板式，尺寸如下

第六章 齿轮减速箱的润滑与密封设计
1.齿轮传动采用油润滑，油的种类为机械油（GB443-84）代号为46
2.滚动轴承处采用脂润滑，脂的种类为滚珠轴承脂（SY1514-82）代号为ZGN69-2
3.轴伸出端采用毡圈密封
4.轴承靠箱体内侧用封油环密封
5.箱盖与箱座接合面上涂密封胶或水玻璃
6.轴承端盖与箱体接触面处采用一组调整垫片进行密封，检查孔盖处采用垫片进行密封，放油螺塞处采用垫圈进行密封

第七章 设计小结
7.1本次课程设计进程：
数据计算：17周周—，周二
草图绘制：17周周三至周日
正式图绘制18周周一至周三
零件图绘制：18周周四
课程设计说明书：17周~18周
7.2课程设计的收获
1.锻炼了用专业知识解决实际问题的能力，在课程设计中综合运用了机械设计、机械制图等知识，对这方面知识有了更加综合的理解。
2.培养了查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理等方面的能力。
3.这次课程设计给我的最大收益是增强了我的专业自信心，从数据计算到完成装配图，从手画草图到正式图的绘制，在不断运用各方面知识解决问题的过程中，我感觉到自己所学知识的重要性，培养了自己对专业的兴趣，坚定了走科研应用道路的信心。
4.一分耕耘一分收获，从单纯的机械设计基础知识，到团队间的精诚合作，再到个人的性格培养，我无不受益。
5.虽然从计算到画图每一步都非常辛苦，但大家都乐在其中，为了展现一个美观的装配图而奋斗不止。
6.最后特别鸣谢张磊和孟剑锋老师，为我们答疑解惑，修改草图，指导设计，为我们的设计指明了一条光明的大路！正是有了老师们的指导，才有我们今天的成果，向两位的老师致敬！

V=8.44m/s

Z=4

B=65mm

T=61852N.mm

T=237303N.mm

【参考资料】
1. 陆萍主编，机械设计基础，济南：山东科学技术出版社，2003.
2.黄珊秋主编，机械设计课程设计 ，北京：机械工业出版社，1999
3.机械设计常用标准，济南：山东大学机械学院，2008
4.廖希亮，邵淑玲主编，机械制图，济南：山东科学技术出版社，2002

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【附录一】平面运动简图布置

注释：通过带-齿轮-链三级减速，获得工作机要求转速。
工作时，电动机顺时针转动，保证V带松边在上；
主动齿轮左旋保证斜齿轮产生的轴向力远离带轮一侧；
链条运动方向向下保证松边在下；
运输带运动方向向下，紧边在上保证运输冷料平稳、载荷冲击小。
【附录二】轴受力弯矩图

注：上下二图分别为主动轴从动轴的受力弯矩图

【附录三】大带轮结构设计简图目 录
第一章 项目总论 - 1 -
§1.1项目简介 - 1 -
§1.2可行性研究的范围 - 2 -
§1.3编制依据 - 2 -
第二章 项目建设背景及必要性 - 3 -
§2.1橡胶密封件项目提出的背景 - 3 -
§2.2国家产业政策 - 6 -
§2.3项目建设的必要性 - 8 -
第三章 项目优势 - 11 -
§3.1市场优势 - 11 -
§3.2技术优势 - 16 -
§3.3组织优势 - 17 -
§3.4政策优势:关中—天水经济区发展规划 - 17 -
§3.5区域投资环境优势 - 17 -
第四章 产品介绍与技术介绍 - 20 -
§4.1橡胶密封件产品介绍 - 20 -
§4.2 产品标准 - 21 -
§4.3 产品特征及材质 - 21 -
§4.4产品方案 - 26 -
§4.5产品技术来源 - 27 -
第五章 项目产品发展预测 - 28 -
§5.1产品行业关联环境分析 - 28 -
§5.2行业竞争格局与竞争行为 - 33 -
§5.3竞争力要素分析 - 39 -
§5.4项目发展预测 - 41 -
§5.5竞争结构分析及预测 - 43 -
第六章 项目产品规划 - 47 -
§6.1项目产品产能规划方案 - 47 -
§6.2产品工艺规划方案 - 47 -
§6.3项目产品营销规划方案 - 51 -
第七章 项目建设规划 - 58 -
§7.1项目建设总规 - 58 -
§7.2项目项目建设环境保护方案 - 61 -
§7.3项目建设节能方案 - 65 -
§7.4项目建设消防方案 - 66 -
§7.5项目建设生产劳动安全方案 - 69 -
第八章 项目组织实施情况 - 73 -
§8.1项目组织 - 73 -
§8.2项目劳动定员和人员培训 - 74 -
§8.3项目管理与实施进度安排 - 77 -
§8.4工程招标 - 80 -
第九章 项目财务评价分析 - 82 -
§9.1项目总投资及资金筹措 - 82 -
§9.2项目财务评价依据及相关说明 - 83 -
§9.3 项目总成本费用估算 - 84 -
§9.4 销售收入、销售税金及附加和增值税估算 - 84 -
§9.5 利润分配估算 - 85 -
§9.6 借款偿还计划 - 85 -
§9.7现金流估算 - 85 -
§9.8不确定性分析 - 86 -
§9.9风险分析 - 88 -
第十章 项目经济、社会效益评价 - 90 -
§10.1经济效益评价 - 90 -
§10.2社会效益评价 - 90 -
第十一章 可行性研究结论与建议 - 91 -
§11.1研究结论 - 91 -
§11.2建议 - 91 -