资源描述
机械设计课程设计
计算说明书
设计题目 一级齿轮减速器
北京航空航天大学
前言
本设计为机械设计基础课程设计的内容，是先后学习过画法几何、机械原理、机械设计、工程材料、加工工艺学等课程之后的一次综合的练习和应用。本设计说明书是对搓丝机传动装置设计的说明，（搓丝机是专业生产螺丝的机器，）（减速器）使用广泛，本次设计是使用已知的使用和安装参数自行设计机构形式以及具体尺寸、选择材料、校核强度，并最终确定形成图纸的过程。通过设计，我们回顾了之前关于机械设计的课程，并加深了对很多概念的理解，并对设计的一些基本思路和方法有了初步的了解和掌握。
目录
前言 2
机械零件课程设计任务书 4
一、题目：设计（带式运输机的传动装置）齿轮减速器（编号14） 4
二、设计任务 4
三、具体作业 4
主要零部件的设计计算 5
一、传动方案的确定 5
二、电动机的选择、传动系统的运动和动力参数 5
1．电动机的选择 5
2．传动比分配 6
3．各级传动的动力参数计算 6
4．将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表 7
三、传动零件的设计、计算 7
1.V带传动的设计 7
2．带的参数尺寸列表 9
3．减速器齿轮（闭式、斜齿圆柱齿轮）设计 10
四、轴的设计与校核 16
1．高速轴的设计 16
2．低速轴的设计 19
五、键联接的选择与校核 22
1．高速轴外伸端处键联接 22
2．低速轴外伸端处键联接 22
3．低速轴与大齿轮配合处键联接 23
六、轴承的选择与校核 24
1、高速轴承 24
2、低速轴承 24
七、联轴器的选择与计算 25
八、润滑与密封形式，润滑油牌号及用量说明 25
九、箱体结构相关尺寸 26
十、参考资料 26
机械零件课程设计任务书
一、题目：设计（带式运输机的传动装置）齿轮减速器（编号14）
传动装置简图如右图所示。
1．运输机的数据：
运输带的工作拉力F=1500 (N)
运输带的工作速度V=1.65 (m/s)
运输带的滚筒直径D=260 (mm)
2．工作条件：
空载启动、连续、单向运转、载荷平稳。
3．使用期限及检修期间隔：
工作期限为10年，每年工作365日，每天工作16小时；T=58400h
4．生产批量及生产条件：
只生产几台，无铸钢设备。
1—电动机；2—V带传动;
3—减速器（斜齿）；
4—联轴器；
5—带式运输机；
二、设计任务
1．选出电动机型号；
2．确定带传动的主要参数及尺寸；
3．设计该减速器；
4．选出联接减速器输出轴与运输机轴的联轴器。
三、具体作业
1．减速器装配图一张；
2．零件工作图两张（大齿轮、输出轴）；
3．说明书一份。
主要零部件的设计计算
一、传动方案的确定
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
优点：
缺点：
采用一级带传动和一级闭式齿轮传动。
（1）带传动具有成本低，维护方便的优点。
（2）带传动有减震和过载保护功能。
（1）外形尺寸大，传动比不恒定。
（2）效率较低，寿命短，不是在繁重的工作要求和恶劣的工作条件下工作。
采用一级带传动和一级闭式齿轮传动。
二、电动机的选择、传动系统的运动和动力参数
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
1．电动机的选择
1）选择电动机类型
按工作要求选用Y系全封闭自扇式笼型三相异步电机，电压380V。
2）选择电机容量
（1）工作机所需功率
（2）传动效率
（3）实际需要功率
3）确定电动机
（1）工作机转速
（2）确定电动机
通常带传动的传动比，一级圆柱齿轮减速器，故总传动比为，所以电动机的转速范围为：
。这一范围常用的电动机转速为750r/min、1000r/min和1500r/min，通过比较价格、质量、尺寸、总传动比等条件，选用1000r/min较为合适。
综上，电动机型号可选为Y132s-6 型，其额定功率为3kW，满载转速960r/min。
Y132s-6型
额定功率3kW
满载转速960r/min
2．传动比分配
1）总传动比
2）带传动比
3）减速器传动比
由
取
则
3．各级传动的动力参数计算
1）各轴转速（分别为小齿轮轴转速和大齿轮轴转速）
2）各轴输入功率
3）各轴输入转矩
4．将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表
轴名
功率P/kW
转矩T/kN·mm
转速r/min
传动比i
效率
输入
输出
输入
输出
电机轴
2.88
28.65
960
3
0.96
高速轴
2.76
2.74
82.51
81.68
320
2.64
0.96
低速轴
2.66
2.63
209.18
207.09
121.2
1
0.98
卷筒轴
2.60
2.57
205.02
202.97
121.2
三、传动零件的设计、计算
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
1.V带传动的设计
1）工作系数KA
查表4-7得
KA=1.0
2）电动机计算功率Pc
3）V带型号
由，，查图4-15，选用A型普通V带
A型普通V带
4）大小带轮基准直径d2，d1
取d1=100mm，则
取d2=280mm
d1=100mm
d2=280mm
5）验证V带带速
带速，
v在5~25m/s之内，合适。
v=5.03m/s
6）V带基准长度Ld和中心距a
可得：，考虑初步选取中心距，得带长
查表4-2，取
得实际中心距，
圆整取695
7）小带轮包角的验算
合适。
8）确定带的根数
（1）单根普通V带的基本额定功率
由n满=960r/min及d1=100mm，
查表4-3得，
（2）传动比i
i=3
（3）额定功率增量
查表4-4得，
（4）包角修正系数
由，查表4-9得，
（4）带长修正系数
由Ld=2000mm，查表4-2得
（5）V带根数z
圆整，取z=3
根数
9）确定初拉力F0
10）传动带在轴上的作用力FQ
带轮结构
大带轮采用腹板式，
小带轮采用整体式。
2．带的参数尺寸列表
A型带
小带轮直径d1/mm
大带轮直径d2/mm
中心距
a/mm
带长
Ld/mm
100
280
695
2000
带根数
z
初拉力
F0/N
轴上载荷
FQ/N
3
150.54
895.4
3．减速器齿轮（闭式、斜齿圆柱齿轮）设计
1）材料选择和精度等级
由于对传动要求不高，故大小齿轮选用软齿面。
小齿面选用40Cr，调质处理，硬度HB=241~286HBS，平均取260。
大齿面选用45号钢调质处理，硬度HB=229~286HBS，平均取240。
小齿面硬度比大齿面大20HBS左右，符合要求。
同侧齿面精度等级选8级精度
小齿面选用40Cr调质
大齿面选用45号钢调质
2）初步计算小齿轮直径d1
因采用闭式软式齿面传动，按齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径。
取，
转矩为：
初步估计许用接触强度
取
取
3）校核圆周速度和精度等级
取8级精度合理。
4）初取齿轮参数
确定模数为
取
确定螺旋角为：
小齿轮直径为：
大齿轮直径为：
初步齿宽为：
校核传动比误差：齿数未做圆整，传动比不变。
，
5）校核齿面接触强度
（1）计算齿面接触应力
非变位斜齿轮
弹性系数
重合度：
端面重合度：
由于无变位，端面啮合角
故端面重合度：
纵向重合度
因为，故：
重合度
螺旋角系数
使用系数
动载荷系数
齿间载荷分配系数
齿向载荷分布系数：
故齿面接触应力为：
（2）计算许用接触应力
总工作时间：
齿面工作硬化系数
接触强度尺寸系数为：
接触最小安全系数（一般可
靠度）
经验算
6）确定主要尺寸
中心距为
圆整，取
精确的螺旋角：
合理
端面模数为
小齿轮直径为：
大齿轮直径为：
齿宽为：
小齿轮当量齿数
大齿轮当量齿数
7）校核齿根弯曲疲劳强度
（1）计算齿根弯曲应力
齿根弯曲应力为：
（2）计算许用弯曲应力
齿根弯曲疲劳极限：
弯曲强度尺寸系数：
弯曲强度寿命系数：
应力修正系数
相对齿根圆角敏感及表面状况系数：
许用齿根弯曲应力为：
（3）弯曲疲劳强度校核
符合强度要求
8）静强度校核
因传动无严重过载，故不做静强度校核。
9）齿轮其他传动的参数
齿顶高ha=mn=2mm
齿根高hf=1.25mn=2.5mm
全齿高h= ha+ hf=4.5mm
顶隙c= hf-ha=0.5mm
ha= 2mm
hf=2.5mm
h= 4.5mm
c= 0.5mm
10）齿轮传动参数列表
中心距a/mm
模数mn/mm
螺旋角β
端面压力角αt
115
2
14.8°
20.63°
齿数
齿宽/mm
分度圆直径/mm
z1
z2
b1
b2
d1
d2
29
82
76
72
60.09
169.91
齿高/mm
齿顶圆/mm
齿根圆/mm
ha
hf
da1
da2
df1
df2
2
1.5
64.09
174.91
57.09
167.91
四、轴的设计与校核
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
1．高速轴（齿轮轴）设计：
1）材料选取
选用45号钢，正火，HB=170-217
45号钢调质
2）按扭转强度估算轴径
3）轴的空间受力分析
输入转矩：
小齿轮圆周力：
小齿轮径向力：
小齿轮轴向力：
带轮拉力：
4）计算轴承支点的支反力，绘出水平和垂直弯矩
（1）垂直面（YZ平面）
弯矩图：
（2）水平面（XZ面）
（3）计算并绘制合成弯矩图
5）计算转矩
6）计算并绘制当量弯矩
7）按弯扭合成应力校核轴强度
故轴满足强度要求
轴合格
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
2．低速轴设计：
1）材料选取
选用45号钢，正火，HB=170-217
45号钢调质
2）按扭转强度估算轴径
3）轴的空间受力分析
输入转矩：
圆周力：
径向力：
轴向力：
4）计算轴承支点的支反力，绘出水平和垂直弯矩
（1）垂直面（YZ平面）
弯矩图：
（2）水平面（XZ面）
（3）计算并绘制合成弯矩图
5）计算并绘制当量弯矩
8）按弯扭合成应力校核轴强度
故轴满足强度要求
轴合格
五、键联接的选择与校核
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
1．高速轴外伸端处键联接
1）材料选择
选用铸铁，取
铸铁，取
2）键的选择
选用圆头普通平键（GB1096-79）
根据dI=28mm及外伸端长度，选择键8×40，其中b=8mm，h=7mm，L=40mm
键8×40
3）键的校核
键选取合适
2．低速轴外伸端处键联接
1）材料选择
选用45号钢，取
45号钢
2）键的选择
选用圆头普通平键（GB1096-79）
根据dII=35mm及外伸端长度，选择键10×50，其中b=10mm，h=8mm，L=50mm
键10×50
3）键的校核
键选取合适
3．低速轴与大齿轮配合处键联接
1）材料选择
选用铸铁，取
铸铁，取
2）键的选择
选用圆头普通平键（GB1096-79）
根据轴径d=55mm及台阶长度，选择键16×63，其中b=16mm，h=10mm，L=63mm
键16×63
3）键的校核
满足要求
键选取合适
六、轴承的选择与校核
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
1、高速轴承
轴承主要性能参数
轴承6207性能参数
Cr=16.2KN
轴承受力情况
FA=FAH2+FAV2,FB=FBH2+FBV2
Fa=673N，
FA=1692N
FB=1650N
Fa=673N
FαFγ
FaFA=0.40>e=0.27
X=56
Y=1.65
冲击载荷系数
fd=1.1,
fd=1.1
当量动载荷
PA=fd(XFA+YFa) (FA>FB)
PA=2058N
轴承寿命
L10h=16670nCrPε ε=10/3
L10=1.83*105h>5.8*10^4h
极限转速
综上，轴承合格
2、低速轴承
轴承主要性能参数
轴承6008性能参数
Cr=17.0KN
轴承受力情况
FA=FAH2+FAV2,FB=FBH2+FBV2
Fa=661N，
FA=1533N
FB=1250N
Fa=661N，
FαFγ
FaFA=0.43>e=0.26
X=0.56
Y=1.71
冲击载荷系数
fd=1.1,
fd=1.1
当量动载荷
PA=fd(XFA+YFa (FA>FB)
PA=1989N
轴承寿命
L10h=16670nCrPε ε=3
L10=1.74*105h>5.8*10^4h
极限转速
综上，轴承合格
七、联轴器的选择与计算
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
联轴器的选择
低速轴外伸端需使用联轴器
选用凸缘联轴器GY4型(GB5843-2003)
凸缘联轴器GY4型
联轴器参数
公称转矩Tn（N·m）
许用转矩n
(r/min)
轴孔直径d
（mm）
224
9000
35
轴孔长度
外径D
(mm)
轴孔类型
键槽类型
L
60
105
Y
A
八、润滑与密封形式，润滑油牌号及用量说明
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
润滑方式
齿轮线速度
故齿轮选用油润滑，需油量2L左右，最高-最低油面相距15mm
轴承采用脂润滑
齿轮选用油池润滑
轴承采用脂润滑
润滑油牌号
润滑脂牌号
选用中负荷工业齿轮油
代号220(GB5903-86)
选用钠基润滑脂
牌号ZN-3(GB492-89)
220
ZN-3
密封形式
①机座与机盖凸缘结合面的密封选用在接合面涂密封胶或水玻璃的方式
②观察孔和放油孔等处的密封选用石棉橡胶纸垫片密封
③轴承端盖处的密封采用毡圈油封
④轴承处用挡油环防止润滑油甩入轴承内部
九、箱体结构相关尺寸
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
长×宽×高
373mm×196mm×256mm
机座壁厚δ
机盖壁厚δ1
机座凸缘厚b
机盖凸缘厚b1
机座底凸缘厚b2
δ=8mm
δ1=8mm
b=1.5δ=12mm
b1=1.5δ1=12mm
b2=2.5δ=20mm
δ=8mm
δ1=8mm
b=12mm
b1=12mm
b2=20mm
地脚螺栓直径df
大齿轮顶圆与内机壁距离Δ1
小齿轮端面与内机壁距离Δ2
df=16.1mm
Δ1>1.2δ，取Δ1=10mm
Δ2>δ，取Δ2=10mm
df=16.1mm
Δ1=10mm
Δ2=10mm
轴承与箱体内机壁距离Δ3
外箱壁与轴承座端面距离l1
轴承端盖凸缘厚t
Δ3=10mm
l1=30mm
t=8mm
Δ3=10mm
l1=30mm
t=8mm
十、参考资料
1.机械设计 王之栋 马纲 陈心颐 等编著
北京航空航天大学出版社 2011年8月第1版
2.机械设计综合课程设计 王之栎 王大康 主编
机械工业出版社 2007年8月第2版
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