机械专业课程设计项目说明指导书.doc

一、设计题目
1、设计题目
带式运输机传动系统中展开式二级圆柱齿轮减速器
2、系统简图
系统简图以下图所表示

3、工作条件
单向运转，有轻微振动，常常满载，空载开启，单班制工作（一天8小时），使用期限5年，输送带速度许可误差为±5%。
4、原始数据
拉力F=2.2kN
速度v=09m/s
直径D=300mm

二、总体设计
（一）、选择电动机
1、选择电动机类型
依据动力源和工作条件，选择Y型三相交流异步电动机。
2、确定电动机功率
1）计算工作所需功率

其中，带式输送机效率。
2）经过查《机械设计基础课程设计》表10-1确定各级传动机械效率：V带 =0.96；齿轮 =0.97；轴承 =0.99；联轴器 =0.99。总效率。
电动机所需功率为：。
由表《机械设计基础课程设计》10-110选择电动机额定功率为3kW。
3）电动机转速选960r/min 和1420r/min两种作比较。
工作机转速：
现将两种电动机相关数据进行比较以下表所表示

方案

电动机型号
额定功率/kW
满载转速/

传动比
Ⅰ
Y132S-6
3
960
16.76
Ⅱ
Y100L2-4
3
1420
24.78
由上表可知方案Ⅱ总传动比过大，为了能合理分配传动比，使传动装置结构紧凑，决定选择方案Ⅰ。
4）选定电动机型号为Y132S-6。查表《机械设计基础课程设计》10-111得电动机外伸轴直径D=38，外伸轴长度E=80，以下图所表示。

（二）、传动比分配
依据上面选择电动机型号可知道现在总传动比i=16.76，高速级齿轮转动比，低速级齿轮传动比。
（三）、传动装置运动和动力参数
1、各轴转速计算

2、各轴输出功率计算

3、各轴输入转矩计算

各轴运动和动力参数以下表所表示
参数
轴名
高速轴
中间轴
低速轴
转速
960
201.7
57.3
功率
2.97
2.85
2.74
转矩
29.5
134.9
456.7
传动比i
4.76
3.52
三、传动零件计算
（一）、高速级齿轮传动设计
1、选定高速级齿轮精度等级、材料及齿数。
1）输送机为通常工作机器，速度不高，故选择8级精度足够。
2）经过查教材表11-1选择小齿轮材料为40MnB，调质处理，齿面硬度为241-286HBS，，大齿轮为ZG35Si，调质处理，硬度为241-269HBS，。
3）选小齿轮齿数为Z1=26，则大齿轮齿数Z2=i1×Z1=26×4.76=123.76，取Z2=124，实际传动比。
2、按齿面接触强度设计
设计公式
（1）确定公式内各计数值
1）试选载荷系数K=1.5
2）小齿轮传输转矩T1=29.5N·m=29500N·mm
3）经过查教材表11-6选择齿宽系数0.8
4）经过查教材表11-4得弹性系数
5）计算接触疲惫许用应力
经过查教材表11-5，取

（2）计算
1）试计算小齿轮分度圆最小直径

2）计算齿宽 ，取
3）计算模数 ，取m=2mm
实际直径
4）验算弯曲疲惫强度
经过查教材表11-5，取
由图11-8和11-9查得
，则

5）齿轮圆周速度

对照表11-2可知选择8级精度是合宜。
高速齿轮各参数以下表所表示
名称
计算公式
结果/mm
模数
m
2
压力角

齿数

26
124
传动比
i
4.77
分度圆直径

52
248
齿顶圆直径

56
252
齿根圆直径

47
243
中心距

150
齿宽

45
40
（二）、低速级齿轮传动设计
1、选定高速级齿轮精度等级、材料及齿数。
1）输送机为通常工作机器，速度不高，故选择8级精度足够。
2）经过查教材表11-1选择小齿轮材料为40MnB，调质处理，齿面硬度为241-286HBS，，大齿轮为ZG35Si，调质处理，硬度为241-269HBS，。
3）选小齿轮齿数为Z1=34，则大齿轮齿数Z2=i2×Z1=34×3.52=119.68，取Z2=120，实际传动比。
2、按齿面接触强度设计
设计公式
（1）确定公式内各计数值
1）试选载荷系数K=1.5
2）小齿轮传输转矩T2=134.9N·m=134900N·mm
3）经过查教材表11-6选择齿宽系数0.8
4）经过查教材表11-4得弹性系数
5）计算接触疲惫许用应力
经过查教材表11-5，取

（2）计算
1）试计算小齿轮分度圆最小直径

2）计算齿宽 ，取
3）计算模数 ，取m=2.5mm
实际直径
4）验算弯曲疲惫强度
经过查教材表11-5，取
由图11-8和11-9查得
，则

5）齿轮圆周速度

对照表11-2可知选择8级精度是合宜。
低速齿轮各参数以下表所表示

名称
计算公式
结果/mm
模数
m
2.5
压力角

齿数

34
120
传动比
i
3.53
分度圆直径

85
300
齿顶圆直径

90
305
齿根圆直径

78.75
293.75
中心距

195
齿宽

70
65

四、轴设计
（一）、轴材料选择和最小直径估量
依据工作条件，选定轴材料为45钢，调质处理。轴最小直径计算公式 ，C值经过查教材表14-2确定为：C=107。
1、 高速轴 因为高速轴最小直径处安装联轴器设一个键槽，所以。
2、 中间轴 。
3、 低速轴 因为低速轴最小直径处安装联轴器设一个键槽，所以。
（二）、减速器装配草图设计
减速器草图以下图所表示
（三）、轴结构设计
1、高速轴
1）高速轴直径确实定
：最小直径处 和电动机相连安装联轴器外伸轴段，所以
：密封处轴段
：滚动轴承轴段 滚动轴承选择6009 ：d×D×B=45mm×75mm×16mm
:过渡段
齿轮轴段因为齿轮直径较小，所以采取齿轮轴结构。
：滚动轴承段，
2）高速轴各段长度确实定
：
：由箱体结构，轴承端盖、装配关系等确定
：由滚动轴承、挡油环及装配关系等确定
：由装配关系、箱体结构确定
：由高速小齿轮齿宽确定
：由箱体结构，轴承端盖、装配关系等确定
2、中间轴
1）中间轴各轴段直径确定
：最小直径处 滚动轴承轴段，所以.滚动轴承选择6009 d×D×B=45mm×75mm×16mm。
：低速小齿轮轴段 取
：轴环，依据齿轮轴向定位要求 取
: 高速大齿轮轴段 取
：滚动轴承段
2）中间轴各轴段长度确实定
：由滚动轴承，挡油盘及装配关系 取
：由低速小齿轮齿宽取
：轴环 取
：由高速大齿轮齿宽 取
：
3、低速轴
1) 低速轴各轴段直径确定
： 滚动轴承轴段，所以.滚动轴承选择6010 d×D×B=50mm×80mm×16mm。
：低速大齿轮轴段 取
：轴环，依据齿轮轴向定位要求 取
: 过分段取，考虑挡油盘轴向定位 取
：滚动轴承段
：封密轴段处，依据联轴器定位要求和封面圈标注，取
：最小直径，安装联轴器外伸轴段
2）低速轴各轴段长度确实定
：由滚动轴承、挡油盘和装配关系等确定取
：由低速大齿轮齿宽 取
：轴环 取
：由装配关系和箱体结构 取
：滚动轴承、挡油盘和装配关系
：由箱体结构，轴承端盖、装配关系等确定
：

五、轴校核（低速轴）
1、低速轴受力分析
圆周力、径向力、轴向力大小以下：

2、低速轴受力情况以下图所表示

3、求垂直面支承反力

4、求水平面支承反力

5、绘制垂直面弯距图以下图所表示

=364.34×0.0595=21.68N.m
=731.74×0.1195=87.44N.m
6、绘制水平面受力和弯距图以下图所表示

7、求合成弯距

8、危险截面当量弯距
由下图可见，截面a-a最危险，其转距

当量弯距
如认为轴扭切应力是脉动循环变力，取折合系数a=0.6，代入上式

9、计算危险截面处轴直径
轴材料为45钢，调质处理，由教材14-1查得=650 MPa，由表14-3查得=60MPa
≥＝
考虑到键槽对轴减弱，将d值增大5%，故d=1.05×38.02=39.92mm<44mm
故轴符合强度要求。
六、键选择
（一）、高速轴键选择
高速轴上只有安装联轴器键。依据安装联轴器处直径d=38㎜，经过查《机械设计基础课程设计》表10-33选择一般平键。选择键尺寸：b×h=12×8 （t=5.0，r=0.25）。标识：键12×8 GB/T1096-。键工作长度L=44mm,键接触高度k=0.5h=0.5×8=4mm，传输转矩。
按表6-2差得键静连接时需用应力 则

所以高速轴上键强度足够。
（二）、中间轴键选择
中间轴上键是用来安装齿轮，所以选择圆头一般平键。因为高速大齿轮齿宽B=40mm ，轴段直径d=48mm，所以经过查《机械设计基础课程设计》表10-33选择b×h =14×9（t=5.5，r=0.25），标识：键14×9GB/T1096- 。低速小齿轮齿宽B=70 ，轴段直径d=48，所以选择b×h=14×9（t=5.5，r=0.25），标识：键14×9 GB/T1096- 。因为两个键传输转矩全部相同，所以只要校核短键。短键工作长度L=36m,键接触高度k=0.5h=0.5×9=4.5mm，传输转矩 则

故轴上键强度足够。
（三）、低速轴键选择
低速上有两个键，一个是用来安装低速级大齿轮，另一个是用来安装联轴器。齿轮选择圆头一般平键，齿轮轴段直径d=95mm，轮宽B=130mm ，经过查表《机械设计基础课程设计》表10-33选择b×h=14×9（t=5.5，r=0.25）标识：键14×9GB/T1096- 。键工作长度 L=59mm,键接触高度k=0.5h=0.5×9=4.5mm，传输转矩 则

故安装齿轮键强度足够。
安装联轴器键用单圆头一般平键，轴直径d=45mm，所以选键b×h=14×9。标识：键14×9 GB/T1096-。键工作长度 L=78mm,键接触高度k=0.5h=0.5×=4.5mm，传输转矩 则

故选键强度足够。

七、滚动轴承选择
（一）、高速轴轴承选择
依据载荷及速度情况，选择深沟球轴承。由高速轴设计，依据，查《机械设计基础课程设计》表10-35选轴承型号为6009。
（二）、中间轴轴承选择
依据载荷及速度情况，选择深沟球轴承。由中间轴设计，依据，查《机械设计基础课程设计》表10-35选轴承型号为6009。
（三）低速轴轴承选择
依据载荷及速度情况，选择深沟球轴承。由低速轴设计，依据，选轴承型号为6010。

八、联轴器选择
依据工作要求，为了缓解冲击，确保减速器正常工作，输出轴（低速轴）选择凸缘联轴器，考虑到转矩改变小，取，则

根据计算转矩小于联轴器公称转矩条件，查《机械设计基础课程设计》表10-41，高速轴选择YL7联轴器，公称转矩，孔径d=38mm，L=60mm，许用转速n=7600r/min，故适用; 低速轴选择YL10联轴器，公称转矩，孔径d=45mm，L=84mm，许用转速n=6000r/min，故适用。

九、箱体设计
箱体各部分尺寸关系以下表所表示
名称
符号
尺寸关系mm
箱座壁厚
δ
10
箱盖壁厚
δ1
8.5
箱盖凸缘厚度
b1
12.75
箱座凸缘厚度
b
15
地脚螺钉直径
df
M16
地脚螺钉数量
n
6
轴承旁联结螺栓直径
d1
M16
盖和座联接螺栓直径
d2
M8
联接螺栓d2间距
L

轴承端盖螺钉直径
d3
M10
检验孔盖螺钉直径
d4
M4
定位销直径
d
8
大齿轮齿顶圆和箱体壁距离
L1

轴承座轴承盖外径
D1
D2
D3
125
125
130
箱体外壁到轴承座端面距离
L2

凸缘尺寸
C1
C2
16
14
箱坐上肋厚
m1
8.5

十、润滑、密封设计
1、润滑
因为齿轮速度全部比较小，难以飞溅形成油雾，或难以导入轴承，或难以使轴承浸油润滑。所以，减速器齿轮选择润脂脂润滑方法润滑。
1、密封
为了预防泄漏，减速器箱盖和箱体接合处和外伸轴处必需采取合适密封方法。箱体和箱盖密封能够经过改善接合处粗糙度，通常为小于或等于6.3，另外就是连接箱体和箱盖螺栓和螺栓之间不宜太大，安装时必需把螺栓拧紧。外伸轴处密封依据轴直径选择国家标注U型密封圈。

十一、设计小结
二周课程设计结束了，本课程设计任务是二级圆柱齿轮减速器。依据设计任务书要求，同学们展开了猛烈讨论。我也查阅了大量资料，然后才开始设计。但其中还是出了很多问题，关键有两个：
1、齿轮设计中出现问题
齿轮设计中首先碰到是齿数和模数决定。以后，经过和同学们相互讨论。为使工作机运转平稳，应尽可能把模数取小，齿数增大，这么也便于加工，且运动过程中噪声、振动均小。
2、轴设计中出现问题
轴设计过程中，开始是按次序先设计Ⅰ轴，不过在设计中Ⅰ轴轴向尺寸定不下来，这是因为Ⅰ轴尺寸和Ⅱ轴和Ⅲ轴尺寸和结构相关，故应先把第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴结构设计排列在一张纸上，综合考虑才能正确把握各轴轴向定位。
因为设计过程中开始没有注意到Z2齿顶圆应≥到Ⅲ轴外端距离这一条件，造成设计后，这一要求不符合。处理措施是重新确定齿数，加大各轴中心距以满足这一要求。从这里我注意到：设计过程中综合考虑全盘布局是十分关键，不然会顾此失彼。
所以，必需继续努力学习，培养设计习惯，提升计算能力和操作能力。
经过这次课程设计，使我愈加深入地了解了机械设计这一门课程。机械设计不仅仅是一门课，我们必需经过理论接合实际，深入地去了解其中概念和设计过程，这么我们不仅学到了理论知识，而且有利于提升我们综合素质。这次设计不仅包含到我们学过《机械设计基础》、《画法几何及机械制图》、《理论力学》、《材料力学》、CAD制图等知识，还包含到我们还没学过《公差和配合》等。可见，机械设计是一门广泛综合课程，单单靠教材学点点是远远不够，我们很有必需多点吸收课外相关知识。以后一定要注意综合思索问题和处理问题能力提升，尽可能在工作和学习中少走弯路，但决不能回避困难，碰到困难时要冷静思索，多看参考书，问老师和同学们，努力争取立即处理问题，设计中问题请老师多多指教。

十二、参考资料
1、《机械设计基础》（教材）第五版，高等教育出版社，主编：杨可桢、程光蕴、李仲生 。
2、《机械设计基础课程设计》，中国矿业大学出版社，主编：张建中。
3、《画法几何及机械制图》（教材），中国矿业大学出版社，主编：李爱军、陈国平。
4、《AutoCAD》（教材），中国矿业大学出版社，主编：庄宗元。