机械设计专业课程设计设计热处理车间零件情况传输设备该设备传动系有电机减速器主传送带.docx

前 言
本书是依据学校课程安排，在学习了《机械设计基础》这门课基础上，为了完成作业编写而成。书内关键设计是两级圆柱齿轮减速器，适适用于机械加工过程中使用，可供机械加工人员参考。
减速器设计书系列是由级交通运输专业全体学生在老师指导下编写，本书是此系列之一，可对比其它减速器设计书一起使用。
本书是按设计进程，编写了电机选择，带传动设计，齿轮设计，轴设计，箱体设计和减速器附件设计等。对各部分尺寸和结构选择全部有具体说明并加有设计图。同时，为使机械设计基础课程能够和现代计算机技术结合起来，本书编写设计过程应用了机械CAD、画图工具等软件技术。
本书参考资料有：《机械设计基础(高等教育出版社)》第六版，《机械设计课程设计（东北大学出版社）》，《机械设计师手册（机械工程出版）》等。
承蒙韩旭东老师审阅书稿，提出了很多宝贵提议，在此谨致谢意。
谨请读者对书中不妥之处提出宝贵意见。
编者
1月5号
目 录
第一项、电机选择 …………………………………………………………………………… 4
第二项、传动装置运动和动力参数计算 …………………………………………………… 5
第三项、V带设计并选择………………………………………………………………………8
第四项、直齿轮设计和强度校核……………………………………………………………… 12
第五项、高速轴结构设计和强度计算……………………………………………………… 20
第六项、中间轴设计计算和强度计算………………………………………………………… 24
第七项、低速轴结构设计和强度计算……………………………………………………… 29
第八项、减速器附件…………………………………………………………………………… 33
第九项、后记………………………………………………………………………………………44
设计任务书
低 速 级：直齿轮
高 速 级：直齿轮
设计条件：设计热处理车间零件情况传输设备，该设备传动系有电机，减速器，主传送带。两班工作制，工作期限八年。
设计参数：
题号项目
1
2
3
4
5
6
鼓轮直径
（mm）
300
330
350
350
380
300
传送带运转速度m/s
0.63
0.75
0.25
0.8
0.8
0.7
传送带从动轴所要扭矩（N·m）
700
670
650
950
1050
900
本组选择第一组数据。 传动装置简图：

项目
计算过程
备注
第一项
电机选择

确定电动机转速
(1)选择电动机系列：按工作要求及工作条件选择三相异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y系列。
(2)确定选择电动机功率：
卷筒所需有效功率：P=FV/1000=2TV/1000Dη
=KW=3.639KW
传动装置总功率：=
皮带传动效率：=0.95
齿轮啮合效率：=0.97（齿轮精度为八级）
滚动轴承效率：=0.99 （球轴承）
联轴器效率： =0.99（齿式联轴器）
滚筒效率： =0.96
则传动总功率：=0.950.970.990.990.96=0.825
所需电机功率：P==KW=2.18KW

《机械设计课程设计》
P109 表4.2—9

项目
计算过程
备注
第二项
传动装置运动和动力参数计算

选Y系列三相异步电动机Y112M-6型，额定功率P=2.2KW。
(3) 确定电动机转速：
滚筒轴转速 n===40.1r/min
电动机数据及总传动比
方案号
电动机型号
额定功率
/kw
同时转速
/(r/min)
满载转速
/（r/min）
电动机质量
/kg
总传动比
1
Y112M-6
2.2
1000
940

23.44

由表4.12-2查得电动机中心高H=112mm,外伸轴段DE=28mm60mm.

(4)分配传动比

依据表4.2-9得 i=2～4依次取i=2.5，3，3.5列表以下：
i
2.5
3
3.5
i
7.81
9.376
6.7
i1
3.25
3.56
3
i2
2.40
2.63
2.23
其中：减速器传动比为i=
《机械设计课程设计》P193表4.12-1

据《机械设计课程设计》P109表4.2-9

项目
计算过程
备注

两级齿轮减速器高速级传动比 i1=
低速级传动比：i2=
(5)传动装置运动和动力参数计算
0 轴：0轴即电动机轴
P0=Pr=2.18kw
n0=940r/min
T0=9.55=9.55N=22.15N
I轴：I轴即减速器高速轴
P1=p0η01=p0η带=2.180.95=2.071kw
n1====313.33r/min
T=9.55=9.55 N=63.12N
Ⅱ轴：Ⅱ轴即减速器中间轴
p=p=p=2.071=1.989 kw
n== r/min =96.41 r/min

项目
计算过程
备注

T=9.55=9.55N=197.02N
Ⅲ轴：Ⅲ轴即减速器低速轴： p=p=p=1.989 kw =1.91 kw
n== r/min = 40.17r/min；T=9.55=9.55 N=454.087 N
Ⅳ轴：Ⅳ轴即传滚筒轴：p=p=p=1.91 kw =1.87 kw
n=n=40.17r/min ； T=9.55=9.55 N=444.57 N
将上述结果汇总列于下表：
轴序号
功率P/Kw
转速n/(r﹒min)
转矩T/(N﹒m)
传动形式
传动比
效率
0
2.18
940
22.15
带传动
3
0.95
Ⅰ
2.071
313.33
63.12
Ⅱ
1.989
96.41
197.02
齿轮传动
3.25
0.96
Ⅲ
1.91
40.17
454.08
齿轮传动
2.4
0.96
Ⅳ
1.87
40.17
444.57
联轴器
1.0
0.98

项目
计算过程
备注
第三项
V带设计并选择

已知条件：Y112M-6 型电动机 满载n=940 r/min i=3，从动轴 r/min
1．计算功率 P K=1.2 P=KP=1.22.2 kW =2.64kW
2．选择V带型号
依据P=2.64KW和小带轮转速n1=940r/min，由图8-10可知，工作点处于A、Z 型相邻区间之间，A型和Z型分别计算
d

类型
1
2
3
4
5
6
A
75
90
100
106
125
140

50
56
63
71
75
80

由机械设计基础138页可取=0.01～0.0选择=0.01; d=106mm
则大轮基准直径： d=(1-)d=(1-0.01)=313.取d=315mm。

查表8—3 工况系数（高等教育出版社《机械设计基础》第六版 P136

P133表8—2a
项目
计算过程
备注

从动轮实际转速 n= n (1-)d/ d=315.5 r/min
转速误差=0.056%<5%适宜
验算带速 V= = =5.2175m/s<25 m/s, 适宜
3．所以选A带。
4．初定中心距a
a=2(d+d)=2(106+315)=842mm
a=(d+d)+3h=421 +38=234.5mm
依据结构要求取a=378mm
5．初算带基准长度L
L=2a+(d+d)+=2378+421+=1446mm
取带基准长度 L=1400mm

（高等教育出版社《机械设计基础》第六版P131表8-1

项目
计算过程
备注

6 实际中心距 a≈a+=378+=355mm
7 小带轮包角 =180-=146.27>120满足
8 单根V带 n=940 r/min d=106mm
利用插值法 P=1.04kw
9 单根V带 B型V带 小带轮 n=940 r/min
i====3 查得
10 V带根数 K K=0.83
Z=
取Z=3根 采取V带A-940
11 作用在轴上张紧力 查得 q=0.10kg/m

P133表8-2 a

P134表8-2b

表8-5 , 8-2b

P144表8-8
项目
计算过程
备注

F===155.2N
取带基准长度L=1400mm满足选带要求
由V带设计可知，选择是3根A 型带．再依据经验公式推出结构尺寸

h
S
S
S
B
d
d
106
4
12
18
6
50
20
40
　结构图形以下图所表示

高等教育出版社《机械设计基础》第六版P142

项目
计算过程
备注
第四项
直齿轮设计和强度校核

ⅠⅡ齿轮齿面接触强度计算：
(1)确定作用在小齿轮上转矩T，依据前面计算可知T﹦63.12 N.mm
(2)选择齿轮材料，确定许用接触应力[] ，
依据工作要求，采取齿面硬度≤350HBS
小齿轮选择45钢，调质，硬度为260HBS.大齿轮选择45钢质.硬度为220HBS
可确定许用接触应力[ ]
小齿轮[]=380+0.7HBS=380+0.7260=562MPa
大齿轮[]=380+0.7HBS=380+0.7220=534MPa
(3)选择齿宽系数 =0.4
(4)确定载荷系数K， 因齿轮相对轴承不对称部署,故取K=1.6
(5)计算中心距a

(6)选择齿数并确定模数.取Z=26.则，
Z==3.2526=84.5取84

由《机械设计基础（高等教育出版）》P195表9-5

项目
计算过程
备注

取标准模数m=2.5
(7)齿轮几何尺寸计算
小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径:d=mZ=65mm
da=d+2m=70mm
大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径:d=mZ=210m
da=d+2m=215m
中心距:
大齿轮宽度
小齿轮宽度 因小齿轮齿面硬度高,为赔偿装配误差,避免工作时在大齿轮面上造成压痕,通常b应比b宽些取b=b+5=59mm
(8)确定齿轮精度等级 齿轮圆周速度。
.
依据工作要求和圆周速度,选择9级精度

由《机械设计基础（高等教育出版）》P175表9-1

项目
计算过程
备注

2 轮齿弯曲强度验算
(1)确定许用弯曲应力,
[]=140+0.2HBS=192MPa
[]=140+0.2HBS =184MPa
(2)查齿形系数Y 比较Y/[]
小齿轮Z=26 查得Y=2.60
大齿轮Z=84 用插入法得Y=2.225

,所以应验算小齿轮
(3)验算弯曲应力 计算时应以齿宽b代入.则,
安全
尺寸小齿轮制成实心齿轮，尺寸大齿轮制成有腹板单个齿轮。
小齿轮设计图以下图：

由《机械设计基础（高等教育出版）》P184表9-3

项目
计算过程
备注

项目
计算过程
备注

Ⅲ Ⅳ齿轮齿面接触强度计算：
(1)确定作用在小齿轮上转矩T，依据前面计算可知T﹦19.7 N.mm
(2)选择齿轮材料，确定许用接触应力[] ，
依据工作要求，采取齿面硬度≤350HBS
小齿轮选择45钢，调质，硬度为260HBS.大齿轮选择45钢质.硬度为220HBS
可确定许用接触应力[ ]
小齿轮[]=380+0.7HBS=380+0.7260=562MPa
大齿轮[]=380+0.7HBS=380+0.7220=534MPa
(3)选择齿宽系数 =0.4
(4)确定载荷系数K， 因齿轮相对轴承不对称部署,故取K=1.6
(5)计算中心距a

(6)选择齿数并确定模数.取Z=26.则，
Z==2.426=62.4≈62

由《机械设计基础（高等教育出版）》P195表9-5

项目
计算过程
备注

取标准模数m=4
(7)齿轮几何尺寸计算
小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径:d=mZ=104mm
da=d+2m=112mm
大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径:d=mZ=248m
da=d+2m=256m
中心距:
大齿轮宽度
小齿轮宽度 因小齿轮齿面硬度高,为赔偿装配误差,避免工作时在大齿轮面上造成压痕,通常b应比b宽些取b=b+5=75.4mm
(8)确定齿轮精度等级 齿轮圆周速度
.
依据工作要求和圆周速度,选择9级精度

由《机械设计基础（高等教育出版）》P175表9-1

项目
计算过程
备注

2 轮齿弯曲强度验算
(1)确定许用弯曲应力,
[]=140+0.2HBS=192MPa
[]=140+0.2HBS =184MPa
(2)查齿形系数Y 比较Y/[]
小齿轮Z=26 查得Y=2.60
大齿轮Z=62 用插入法得Y=2.275

,所以应验算小齿轮
(3)验算弯曲应力 计算时应以齿宽b代入.则,
安全
直径不大齿轮制成实心齿轮，尺寸大齿轮制成有腹板单个齿轮。
小齿轮设计图以下图：

由《机械设计基础（高等教育出版）》P184表9-3

项目
计算过程
备注

项目
计算过程
备注
第五项
高速轴结构设计和强度计算。
d 依据结构要求取20mm
d= d+4 =24mm
d= 25mm
d=30mm
d= d=25mm
ᇫ₂≥&=8
l₁、l₂、 l₃分别为 1 、2、 3齿轮厚。
ᇫ₃为2。3。齿轮间距
箱体内壁轴向距离L=ᇫ₂+l₃+ᇫ₃+1/2l₂+1/2l₁+ᇫ₂=158.4mm
ᇫ₁=4为油润滑
d₁=30为1轴承厚
b₁=48.2为1轴承盖厚
ᇫ₄-30 为轴承盖至带轮距离
a=40 为带轮厚 t=2.6为缩进量
第一轴长L =L+2ᇫ₁+2d₁+ᇫ₄+a₁-t=312mm;

《机械设计基础（高等教育出版社）》P143

e由轴承盖确定。.P162 《课程设计》e取10mm.
由轴承定，书本P401

项目
计算过程
备注

：

项目
计算过程
备注

1. 按弯矩、转矩合成强度计算
(1) 决定作用在轴上载荷
F==515.96N
Fb=544.32x128.4=69890.7

项目
计算过程
备注

轴截面I—I处当量弯矩：

II—II处当量弯矩：

故轴截面I—I处直径：
mm 满足强度要求

项目
计算过程
备注

第六项
中间轴设计计算和强度计算

因为在截面I—I处有键槽，所以轴直径要增加3%，并考虑结构要求取d=30mm
轴截面II—II处直径：
满足强度要求 取25
d₂=30+(4~6)=34~36mm 取35mm
d₃= 40mm (查表得)
d4= d1=35mm

长度计算
箱体内壁轴向距离
L=ᇫ₂+l₃+ᇫ₃+1/2l₂+1/2l₁+ᇫ₂=158.4mm
d₂=16为二轴承厚
ᇫ₁=4为油润滑
第二轴长L₂=L+2ᇫ₁+2d₂=198.4mm

依据《机械设计基础》P407，取用轴承为30307E（35）

项目
计算过程
备注

项目
计算过程
备注

项目
计算过程
备注

F===726.73 N
Fa=92.67257.7=5347.2

计算过程
备注

轴截面Ⅰ—Ⅰ处当量弯矩：

轴截面II—II处当量弯矩：

轴截面Ⅰ—Ⅰ处直径
；31.88（1+3%）=32.84取35mm
轴截面II—II处直径：

项目
计算过程
备注
第七项
低速轴结构设计和强度计算。

;31.14(1+3%)=34.14取40mm
依据受力分析计算验证，可得设计中选择尺寸合理
依据《机械设计师手册（机械工程出版社）》P358取Q/2B 121.2.2.00刚性凸缘联轴器
《机械设计课程设计（东北大学出版社）》P146取30314圆锥滚子轴承

由联轴器决定，查表得出

由轴承决定，查表得出

e由轴承盖确定。P162 《课程设计》e取15mm
项目

备注

项目
计算过程
备注

1 按弯矩，转矩合成计算强度

=425.58N
F===907.22N

项目
计算过程
备注

轴截面I—I处当量弯矩：

项目
计算过程
备注

第八项
减速器附件
II—II处当量弯矩：

故轴截面I—I处直径：
mm
因为在截面I—I处有键槽，所以轴直径要增加3%，并考虑结构要求取d=50mm
轴截面II—II处直径：

因为在轴截面II—II处有键槽，所以轴直径要稍微加大，依据标准取d=45mm

1查孔和检验孔盖
依据视觉效果选择尺寸大小结果以下表，结构设计图以下图。
A
A
A
B
B
B
d
R
h
150
210
180
125
155
140
M6
7.5
5
2通气器
依据要求选择型号大小以下表，结构设计图以下图：

项目
计算过程
备注

d
D
L
l
a
d
D
S
M27
38
34
18
4
8
31.2
27

3 轴承盖
由结构要求，轴承盖分为两种，一个是闷盖和通盖，闷盖需要四个，有两个尺寸大小和要求一样，另两个也是各不一样标准，通盖需要两个，尺寸大小不一样。具体以下
闷盖 通盖

项目
计算过程
备注

轴承盖
D
d
d
D
D
e
e
m
D
D
b
通盖①
52
6
7
67
82
7.2
12
41
48
42
8
通盖②
85
8
9
105
125
9.6
16
37
81
75
8
闷盖①
52
6
7
67
82
7.2
12
41
48
42
8
闷盖②
62
6
7
77
92
7.2
12
40
58
52
8
闷盖③
62
6
7
77
92
7.2
12
40
58
52
8
闷盖④
85
8
9
105
125
9.6
16
37
81
75
8

项目
计算过程
备注

4 螺塞及封油垫
　由结构要求螺塞及封油垫尺寸以下表
d
D
L
l
a
D
S
D
d
H
M20×1.5
30
28
15
4
25.4
22
21
22
2
结构及位置要求图

5起吊装置
　a.：箱盖上吊耳
d=b=(1.5~2.5)δ =(12~20)　取 d=16；R=(1.0~1.2)d=(16~19.2) 取R=18
E=(0.8~1.0)d=(9.6~16) 取E=14 结构图

项目
计算过程
备注

b箱座上钓钩
b=(1.8~2.5) δ=(14.4~20) 取b＝20
B=C+C=16+20=36
H=0.8×B=0.8×36=28.8
h=0.5H=14.4 , r=0.25×36=9
结构及位置图图所表示

项目
计算过程
备注

6 键
减速器结构中，有6处用到键，分别出现在V带轮和轴联接键1．齿轮1和高速轴联接键2．齿轮2、3和中间轴联接键3、4．齿轮4和低速轴联接键5．联轴器和低速轴联接键6。此6处全部选择一般平键，代号GB1096-79
键
公称尺寸
长度尺寸
轴槽深度
毂槽深度
键①
6×6
32
3.5
2.8
键②
8×7
45
4.0
3.3
键③
10×8
50
5.0
3.3
键④
12×8
63
5.0
3.3
键
14×9
63
5.5
3.8
键
12×8
63
5.0
3.3

7
由轴径和扭矩，决定选择刚性凸缘联轴器　代号：Q/ZB121.2.2.00
联轴器
d/d
d
d
d
D
D
D
L
l
l
d
Q/ZB121.2.200
40
13
70
70
160
125
80
145
70
20
M12

《机械设计课程设计（东北大学）》P137页

《机械设计师手册（机械设计出版社）》（P358表2－4－6）

项目
计算过程
备注

具体结构图图所表示

8油标尺选择（机械设计书P157） 尺寸大小以下表
d
d
d
d
h
a
b
c
D
D
M16
4
16
6
35
12
8
5
26
22

具体结构图所表示：

项目
计算过程
备注

9密封圈（设计书P157）
密封圈有2个，轴径不一样，结构尺寸以下表
轴径
D
d
B
D
d
b
25
39
24
7
38
26
6
40
53
39
7
52
41
6
10销选择（设计书P140）
　销有两个，采取圆柱销GB117-86 A8×35
其中a=1.0, d=8, c=1.6, l=35.

项目
计算过程
备注

名称
代号
尺寸选择
下箱座厚度

8
上箱座厚度

8
下箱座部分处凸缘厚度
B
12
上箱座部分处凸缘厚度
b
12
地脚螺栓底脚厚度
p
20
箱座上肋厚
m
7
箱盖上肋厚
m
7
中心距
a+a
313.5
轴承旁联接螺栓直径
d
M16
轴承旁联接通孔直径
d
17.5
轴承旁联接螺栓沉孔直径
D
32

项目
计算过程
备注

轴承旁凸台凸缘尺寸（扳手空间）
c
24
c
20
上下箱联接螺栓直径
d
M12
上下箱联接螺栓通孔直径
d
13.5
上下箱联接螺栓沉头座直径
D
26
箱缘尺寸（扳手空间）
c
20
c
16
地脚螺栓直径
d
M20
地脚螺栓孔直径
d
25
地脚螺栓沉头座直径
D
48
底脚凸源尺寸（扳手空间）
L
32
L
30

项目
计算过程
备注

底脚螺栓数目
n
6
轴承盖螺钉直径
d
6和8
检验孔盖联接螺钉直径
d
M6
圆柱定位销直径
d
8
减速器中心高
H
190
轴承旁凸台半径
R
20
轴承端盖外径
D
82，92，125
轴承旁联接螺栓距离
S
+
箱体外壁至轴承座端面距离
K
50
轴承座孔长度
K+
58
大齿轮顶圆和箱体内壁间距离

10
齿轮端面和箱体内间距离

8

后 记
-第一期我们进行了这次机械设计课程设计。学期中我们零零碎散地进行了部分设计数据计算，但因为其它课程冲突，我们未能计算整理出系统、完整数据。在学期末，我们最终有充足时间进行数据设计计算。而且进行了减速器各个机构数据处理，系统地完成了整合。下一阶段任务便是数据校核，我们组经过一丝不苟校核后，元旦已经快到了，而我们任务却是要画出一张减速器装配工作图，还有一本电子版设计计算说明书。所以我们决定放弃元旦假期，完成课程设计。我们组经过同心协力合作，在假期结束前，最终圆满完成了任务。
在我们欢欣鼓舞时候，值得快乐当然有任务完成喜悦，可更多是我们要感谢韩旭东老师热情指导，使我们在设计过程中避免了部分无须要麻烦，和部分我们在首次设计中不可避免误区，让我们设计完成愈加顺利，使数据处理和各个部件设计数据正确度达成更高要求。尤其是在设计之外鼓舞我们不要放弃，谢谢你，韩老师！
在这里我们还要对自己表示部分祝福，在组长史寅及组员冯波，王冠强、王宏杰、王文斌、文波涛、赵志丹、王林共同努力下，我们顺利地完成了设计，感谢相互鼓舞，感谢团结力量！
在来临之际，我们给自己做了一份礼品，这份礼品足以成为我们学业骄傲，且是难忘奋斗时光。祝福大家新年愉快，和奥运一起激情澎湃！
编者
1月5号