机械设计基础专业课程设计.doc

机械设计基本课程设计
计算阐明书

设计题目： 一级圆柱齿轮减速器
院 系： 材料学院焊接系
专 业： 电子封装技术专业
班 级： 1429201班
学 号： 114292
设计者: 胡佳伟
指引教师：
成 绩：

1月

目 录
一、 初步设计 1
1. 设计任务书 1
2. 原始数据 1
3. 传动系统方案拟定 1
二、 电动机选取 1
1. 电动机容量选取 2
2. 拟定电动机转速 2
3. 电动机型号选定 2
1. 计算总传动比 3
2. 合理分派各级传动比 3
3. 各轴转速、输入功率、输入转矩计算 3
三、 传动件设计计算 4
1. 带传动设计(普通V带) 4
2. 齿轮传动设计 7
四、 轴设计与校核 9
1. 输入轴最小直径设计和作用力计算 9
2. 输出轴最小直径设计和作用力计算 9
五、 轴承、键、联轴器选取与校核 13
1. 轴承选取与校核 13
2. 键选取计算与强度校核 14
3. 联轴器选取 14
六、 减速器润滑与密封 15
1. 润滑选取与拟定 15
2. 密封选取与拟定 15
参照文献： 17

一、 初步设计
1. 设计任务书
设计课题：带式运送机上一级闭式圆柱齿轮减速器。
设计阐明：1) 运送机持续单向运转，工作负荷平稳，空载起动。
2) 运送机滚筒效率为0.96，滚动轴承（一对）效率η=0.98-0.99。
3) 工作寿命4年，工作环境为有尘环境，每日工作24小时。
4) 电力驱动，三相交流电，电压380/220V
5) 运送容许速度误差为5%。

2. 原始数据
规定
数据
F
N
d
290mm
v
1.15m/s

3. 传动系统方案拟定
F
v

（一级展开式圆柱齿轮减速器带式运送机传动示意图）
二、 电动机选取
电动机分为交流电动机和直流电动机两种，由于生产单位普通采用三相交流电源，因而无特殊规定期，均应选用三相交流电动机，其中以三相异步交流电动机应用最为广泛。Y型三相笼型异步电动机是普通用途全封闭自扇冷式电动机，由于其构造简朴、工作可靠、价格低廉、维护以便，因而广泛应用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和特殊规定机械上。
按照工作规定和条件，选用三相鼠笼异步电动机，Y系列，额定电压380V。
1. 电动机容量选取
电动机所需工作功率为

工作机所需工作功率为

因而

由电动机至运送带传动总效率为

式中：分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和滚筒传动效率。
带传动选V带传动，取；滚动轴承选球轴承，取；齿轮传动选取通过跑合7级精度齿轮传动（脂润滑），；联轴器选取弹性联轴器，；滚筒效率，则

因此
2. 拟定电动机转速

滚筒轴工作转速为

取V带传动传动比，一级圆柱齿轮减速器传动比，则总传动比合理范畴为，故电动机转速可选范畴为

3. 电动机型号选定

符合这一范畴同步转速为750r/min，1000r/min，1500r/min三种。综合考虑电动机和传动装置尺寸/质量及价格因素，为使传动装置构造紧凑，决定选用同步转速为1000r/min电动机。
依照电动机类型/容量和转速，由电动机产品目录或关于手册选定电动机型号为Y132S-6。其重要性能如下表一，重要安装尺寸如表二：
表一：
电动机型号
额定功率/kW
满载转速/

Y132S-6
3
960
2.0
2.0
表二：
型号
H
A
B
C
D
E

G
K
b
b1
b2
h
AA
BB
HA
L1
Y132S-6
132
216
140
89
38
80

33
12
280
210
135
315
60
200
18
475

计算传动装置运动和动力参数
由电动机型号Y13S-6，满载转速
1. 计算总传动比
总传动比

2. 合理分派各级传动比
由式

取齿轮传动比

V带传动比

3. 各轴转速、输入功率、输入转矩计算
各轴转速
Ⅰ轴
Ⅱ轴
卷筒轴
各轴输入功率
Ⅰ轴
Ⅱ轴
卷筒轴
电动机输出转矩

Ⅰ轴
Ⅱ轴
卷筒轴

将上述计算成果汇总于下表以备查用：
表三：带式传动装置运动和动力参数
轴名
功率P/kW
转矩T/(N·mm)
转速n/(r/min)
传动比i
效率
电机轴
2.73

960

Ⅰ轴
2.54

251.31
3.32
0.93
Ⅱ轴
2.44

75.69
3.82
0.96
卷筒轴
2.39

75.69
1
0.98

三、 传动件设计计算
1. 带传动设计(普通V带)
拟定计算功率
2.
式中，Pd为传递额定功率，KA为工作状况系数，查表5.2取KA=1.2。

选取V带型号
依照，，由教材P99，图5.10选用A型带。
拟定带轮基准直径
初选小带轮直径：依照V带型号，参照表5.4，选用dd1=100mm
验算带速度

带速在范畴内，适当。

计算从动轮直径

由表，取dd2=375mm。

验算传动比误差
理论传动比

实际传动比

故满足。
拟定中心距和V带基准长度
初选中心距
得
则初取中心距
初算V带基准长度

查教材P100，表5-3，对A型带选用
再计算实际中心距
，
取
验算小带轮上包角

适当。

拟定V带根数
查教材P101，表5-4，A型单根V带所能传递基本额定功率,；查教材P102，表5-5，功率增量；查表5-6，包角修正系数；查5-3，带长修正系数

取根
拟定初拉力
由表5-1，得

拟定作用在轴上压轴力

带轮构造和尺寸
由Y132S-6电动机知，其轴伸直径d=38mm，长度L=80mm。故小带轮轴孔直径
，毂长应不大于80mm。
由机械设计手册，表14.1-24查得，小带轮构造为实心轮。
大带轮直径，选用腹板式
2. 齿轮传动设计
选取齿轮材料及拟定许用应力
小齿轮选用号钢(调质），齿面硬度为；
,（表11-1）。
大齿轮选用号钢（正火），齿面硬度为,
，（表11-1）
由教材P171，表11-5，取，，则许用接触应力

许用弯曲应力

按齿面接触疲劳强度设计
查教材P169,表11-3，取载荷系数；查教材P175，表11-6，宽度系数。
小齿轮上转矩

许用接触应力

参数选取
齿数z1，z2：取z1=37。，取z2=123。
齿宽系数：
齿数比：
小齿轮分度圆直径

拟定模数和中心距

按表6.1取，m=2
中心距

拟定分度圆直径及齿宽

取b2=75mm，b1=80mm。
验算轮齿弯曲强度
齿形系数按表6.7查得，YF1=2.51，YF2=2.17。
，
由于较大，故需校核齿轮2齿根弯曲疲劳强度
安全。
齿顶高
齿根高
小齿轮齿顶圆直径
齿根圆直径
大齿轮齿顶圆直径
齿根圆直径

四、 轴设计与校核
1. 输入轴最小直径设计和作用力计算
按扭转强度初步设计轴最小直径
因传递功率不大，并对重量及构造尺寸无特殊规定，故选用惯用材料45钢，调质解决。
查表6.4得，。
对于转轴，按扭转强度初算轴径，查表11.4 得C=106~118；考虑轴端弯矩较大，故取C=118，

考虑键槽影响
选用原则直径
以上计算轴径作为输入轴外伸端最小直径。
轴构造设计，轴上零件定位、固定和装配
一级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面、右面均有轴肩轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别和轴承端盖定位，采用过渡配合固定。
2. 输出轴最小直径设计和作用力计算
按扭转强度初步设计轴最小直径
因传递功率不大，并对重量及构造尺寸无特殊规定，故选用惯用材料45钢，调质解决。
查表6.4得，。
对于转轴，按扭转强度初算轴径，查表11.4 得C=106~118；考虑轴端弯矩较小，故取C=106。

考虑键槽影响
选用原则直径
大齿轮轴初步构造设计，
初定各个轴段直径
位置
轴径/mm
阐明
联轴器处
38
按传递转矩估算基本直径
油封处
45
该段轴径应满足油封原则
轴承处
50
选用6210深沟球轴承，为便于轴承从右端装拆，轴承内径应稍不不大于油封处轴径，并符合滚动轴承内径原则，故取轴径为50mm，初定轴承型号为6210，两端相似
齿轮处
55
考虑齿轮从右端装入，故齿轮孔径应不不大于轴承处轴径，并为原则直径。
轴环处
62
齿轮左端用轴环定位，按齿轮处轴径d=55mm，
轴环高度a=（0.07-0.1）d=3.85-5.5mm，取a=4mm

初步拟定各轴段长度
位置
轴段长度/mm
阐明
齿轮处
78
已知齿轮轮毂宽度为80mm，为保证齿轮能被压紧，此轴段长度应略不大于齿轮轮毂宽度，故取78mm
右端轴承处
42
此轴段涉及4某些，轴承内圈宽度20mm；考虑到箱体锻造误差，装配时留有余地，轴承左端面与箱体内壁间距取10mm，箱体内壁与齿轮右侧端面间距取10mm，齿轮轮毂宽度与齿轮处轴段长度之差为2mm。最后该轴段长度为20+10+10+2=40mm
油封处
待定
此段长度由轴承盖总宽度加上轴承盖外端面与联轴器左端面间距构成。由于间距需要依照其她零件位置拟定，故长度待定
联轴器处
80
联轴器轮毂宽度为82mm，为保证轴端挡圈能压紧联轴器，此轴段长度应略不大于联轴器轮毂宽度，故取80mm
轴环处
8
轴环宽度b=1.4a=1.4x4=5.6mm，取b=8mm
左端轴承处
32
此轴段涉及2某些，轴承内圈宽度20mm和甩油环宽度12mm，共32mm

小齿轮轴初步构造设计，
初定各个轴段直径
位置
轴径/mm
阐明
联轴器处
28
按传递转矩估算基本直径
油封处
32
该段轴径应满足油封原则
轴承处
35
选用6207深沟球轴承，为便于轴承从右端装拆，轴承内径应稍不不大于油封处轴径，并符合滚动轴承内径原则，故取轴径为35mm，初定轴承型号为6207，两端相似
齿轮处
40
考虑齿轮从右端装入，故齿轮孔径应不不大于轴承处轴径，并为原则直径。
轴环处
46
齿轮左端用轴环定位，按齿轮处轴径d=40mm，
查表知轴环高度a=（0.07-0.1）d=2.8-4mm，取a=3mm

初步拟定各轴段长度
位置
轴段长度/mm
阐明
齿轮处
78
已知齿轮轮毂宽度为80mm，为保证齿轮能被压紧，此轴段长度应略不大于齿轮轮毂宽度，故取78mm
右端轴承处
29
此轴段涉及2某些，轴承内圈宽度17mm和甩油环宽度12mm，共29mm
油封处
待定
此段长度由轴承盖总宽度加上轴承盖外端面与联轴器左端面间距构成，待定。
联轴器处
68
所选联轴器轮毂宽度为62mm，为保证轴端挡圈能压紧联轴器，此轴段长度应略不大于联轴器轮毂宽度，故取68mm
轴环处
8
轴环宽度b=1.4a=1.4x3=4.2mm，取b=8mm
左端轴承处
31
此轴段涉及3某些，轴承内圈宽度17mm和甩油环宽度12mm，再加上齿轮配合留出2mm，一共是31mm

轴上零件定位、固定和装配
单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，因转速较低，设计润滑方式为脂润滑，有甩油环，齿轮一面用轴肩定位，另一面用甩油环定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以甩油环定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，齿轮、右轴承和联轴器依次从右面装入。

求齿轮上作用力大小、方向
取齿轮齿宽中间为力作用点，则可得跨矩L1=90mm， L2=67.5mm，L3=67.5mm
轴空间受力图如下

垂直方向受力和弯矩如下

水平方向受力和弯矩如下

齿轮上圆周力：
齿轮上径向力：
齿轮上轴向力：

依照轴构造图作出轴计算简图，再作出轴弯矩图和扭矩图。从轴构造图以及弯矩图和扭矩图中可以看出齿轮中心截面a-a面是轴危险截面。
水平面H上：
垂直面V上：
水平面H上：
a-a面弯矩：
垂直面弯矩：
总弯矩：
由附表10.1，抗弯截面模量

按弯矩合成应力校核轴强度
对于普通用途转轴，可按弯扭合成强度进行校核计算。
对于单向传动转轴，普通转矩按脉动循害解决，故取折合系数，则当量弯矩为

由表11.5查得，对于调质解决45钢，，
轴计算应力：

故安全。

五、 轴承、键、联轴器选取与校核
1. 轴承选取与校核
初步选取滚动轴承。因轴转速较高，且只承受径向载荷，故选用深沟球轴承。依照初算轴径，考虑轴上零件轴向定位和固定，预计初装轴承处轴径并假设选用轻系列，查《机械设计手册》定出滚动轴承型号列表如下：
轴号
轴承型号
基本尺寸mm
基本额定载荷
d
D
B

1
6207
35
72
17
25.7
2
6210
50
90
20
35.1
依照条件，轴承预测寿命

Ⅱ轴轴承使用寿命计算
计算轴承轴向力
由于齿轮上没有内部轴向力，故轴承轴向力为0.
计算当量动载荷
当量动载荷

校核Ⅱ轴承寿命：

显然，故轴承寿命很充裕。
2. 键选取计算与强度校核

Ⅰ轴上键：
高速轴及齿轮与轴周向联接均采用A型普通平键联接，分别为键
GB1096-及键 GB/T1096-
依照式

故键强度符合规定

Ⅱ轴上键：
大带轮与轴连接采用A型普通平键联接，为键 GB1096-
依照式
大齿轮与轴连接采用A型普通平键联接，为键 GB1096-
依照式
故键强度符合规定

3. 联轴器选取

在减速器输出轴与工作机之间联接用联轴器因轴转速较低、传递转矩较大，并考虑安装误差后选用弹性柱销联轴器。
查手册，得
查《机械设计课程设计》p153，取LX3弹性柱销联轴器，公称转矩为，许用转速为4750r/min，轴孔直径范畴30mm~48mm，，适当。
采用Y型轴孔，轴孔长度L=82mm
如下为LX3型弹性柱销联轴器关于参数：
型号
公称转矩

许用
转速

轴孔
直径

轴孔
长度

外径

材料
键槽
类型
LX3
1250
4750
38
60
160
HT200
A型

六、 减速器润滑与密封

1. 润滑选取与拟定

润滑方式
齿轮 ，选用浸油润滑,因而机体内需要有足够润滑油，用以润滑和散热。同步为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面距离不应不大于。对于单级减速器，浸油深度约为一种齿高，这样就可以决定所需油量，单级传动，每传递需油量。
对于滚动轴承来说，由于齿轮圆周速度,传动件速度不高，溅油效果不大，选用脂润滑。这样构造简朴，易于密封，维护以便，使润滑可靠。为防止轴承室中润滑脂流入箱内而导致油脂混合，在箱体轴承座箱内一侧装设甩油环。

润滑油牌号与用量
齿轮润滑选用全系统损耗油，最低～最高油面距，需油量为左右
轴承润滑选用润滑脂，填充量为轴承室，每隔半年左右补充或更换一次。

2. 密封选取与拟定
箱座与箱盖凸缘接合面密封选用在接合面涂密封漆或水玻璃办法。
观测孔和油孔等处接合面密封在观测孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封。
轴承孔密封
闷盖和透盖用作密封与之相应轴承外部
轴外伸端与透盖间隙，由于选用电动机为低速、常温、常压电动机且工作在有尘环境中，因此应当选用唇形密封圈进行防尘。

七、减速器附件选取与设计
1. 轴承端盖
材料为：HT150 依照下列公式对轴承端盖进行计算：
d0=d3+1mm；D0=D +2.5d3； D2=D0 +2.5d3；e=1.2d3； e1≥e；
m 由构造拟定；
D4=D -(10～15)mm；D5=D0 -3d3；D6=D -(2～4)mm；
d1、b1 由密封尺寸拟定；
b=5～10，h=(0.8～1)b
小轴轴承端盖：
由 d3=8mm，D=72mm
可知： D0=92mm，D4=60mm，D2=112mm，e=12mm，D5=68；
大轴轴承端盖：
由 d3=8mm，D=90mm
可知： d0=9mm，D0=110mm，D2=130mm，e=12mm，
e1>12mm，D4=76mm，D5=86mm。
2. 视孔和视孔盖
窥视孔用于检查传动零件啮合、润滑及轮齿损坏状况，并兼作注油孔，可向减速器箱体内注入润滑油。
查手册，则A=60mm，B=40mm，A1=90mm，B1=70mm，C=75mm，C1=50mm，C2=55mm，d4=8mm， R=5mm，螺钉数目6。
3. 油标
用来批示箱内油面高度，应设立在便于检查和油面较稳定处。查《机械设计课程设计》油尺在减速器上安装，采用螺纹连接。油尺上两条刻线位置，分别相应最高和最低油面。 据手册，选取 d=M12，d1=4mm，d2=12mm，d3=6mm，h=28mm，a=10mm，b=6mm，c=4mm，D=20mm，D1=16mm。
4. 放油孔和螺塞
为排了将减速器箱体内污油排放干净，应在油池最低位置处设立放油孔，放油孔应安装在减速器不与其她部件接近一侧，以便放油。平时放油孔用螺塞堵住，并配有封油垫圈。查《机械设计课程设计》，选取 d=M12×1.25 系列。
5. 启盖螺钉
为防止漏油，在箱座与箱盖接合面处涂有密封用水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖，旋动启箱螺钉可将箱盖顶起。
6. 定位销
对由箱盖和箱座通过联接而构成剖分式箱体，为保证其各某些在加工及装配时可以保持精准位置，特别是为保证箱体轴承座孔加工精度及安装精度。定位销直径 d=（0.7～0.8） d2，故取 d=8mm。
7. 轴承盖螺钉
轴承盖螺钉，轴承盖旁连接螺栓，箱体与箱盖连接螺栓：用作 定位销：安装连接用，据手册，表 14-10 等可查得。d=8mm

参照文献：
[1] 张锋、古乐．机械设计课程设计[M]．第5版. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，
[2] 王瑜、敖宏瑞．机械设计基本[M]．第5版. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，
[3] 范顺成．机械设计基本[M]. 北京：机械工业出版社，
[4] 杨可桢，程光蕴，李仲生．机械设计基本[M]．第五版. 北京：高等教诲出版社，
[5] 吴宗泽．机械工程师手册（下）[M]．北京：机械工业出版社，
[6] 王连明、宋宝玉．机械设计课程设计[M]． 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，
[7] 陈良玉．机械设计基本[M]．沈阳：东北大学出版社，