机械设计基础课程设计V带传动单级圆柱斜齿轮减速器.doc

机械设计课程设计
计算说明书
设计题目：V带传动单级圆柱斜齿轮减速器

目录

一、 传动方案拟定……………………………………………3
二、 原始数据…………………………………………………3
三、 确定电动机的型号………………………………………3
四、 确定传动装置的总传动比及分配………………………4
五、 传动零件的设计计算……………………………………6
六、 减速器铸造箱体的主要结构尺寸………………………11
七、 轴的设计计算……………………………………………11
八、 滚动轴承的选择及校核计算……………………………15
九、 键联接的选择及计算……………………………………16
十、 联轴器的选择和计算……………………………………17
十一、减速器的润滑……………………………………………17
十二、设计心得…………………………………………………18

一、传动方案的拟定（如下图）

二、原始数据
带拉力：F = 4150 N 带速度v = 1.00m/s 滚筒直径 D = 285 mm

三、确定电动机的型号
（1）选择电动机的类型： Y系列三相异步电动机
（2）选择电动机的功率
根据已知条件F、v和D，确定求出输送带的功率Pw

传动装置的总效率：

传动效率一般包括V带传动效率η1 、齿轮传动效率η2 、轴承传动效率η3 （球轴承一对）、联轴器效率η4，（参《机械设计课程设计》P6表2-3 ）和工作机的效率η5
取η1=0.95，η2=0.97，η3=0.98，η4=0.995，η5=0.94
那么有
η = 0.950.970.9920.9950.94 = 0.8247
电动机所需功率：

式中，取载荷系数K = 1.3
查《机械设计课程设计》表16-1，取电动机的额定功率 Ped=7.5kW

（3）选择电动机的转速
取V带传动比范围（表2-2）i1 = 2 ~ 4 ，单级齿轮减速器传动比i2 = 3 ~ 6
滚筒的转速：

则总传动比范围为 i = 6 ~ 24 。故电动机转速的可选范围为402.3～1609.2 r/min
符合这一范围的同步转速有750、1000和1500 r/min
根据容量和转速，由有关手册查出由三种适用的电动机型号。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选择1000 r/min较为适合。
电动机的合理同步转速：
查表16-1得 电动机的型号和主要数据如下

电动机型号
额定功率（kW）
同步转速（r/min）

满载转速nm（r/min）

Y160M-6
7.5
1000
970
2.0
2.0

查表16-2得 电动机的安装及有关尺寸
中心高M
外形尺寸
底脚安装尺寸AB
底脚螺栓孔直径K
轴伸尺寸DE
键公称尺寸Fh
160
600417.5385
254210
15
42110
128

四、确定传动装置的总传动比及分配
传动装置的总传动比：
取V带传动比： i1 = 3.6 单级圆柱齿轮减速器传动比i2 = 4.02
（1）计算各轴的输入功率
电动机轴
Pd = 6.542 kW
轴I （减速器高速轴）

轴II（减速器低速轴）

（2）计算各轴的转速
电动机轴

轴I ：

轴II ：

（3）计算各轴的转矩
电动机轴

轴I

轴II

把上述计算结果列于下表：

五、传动零件的设计计算
1.普通V带传动的设计计算
①确定计算功率Pc
（式中取工作情况系数KA = 1.3）
②根据计算功率Pc与小带轮的转速，查《机械设计基础》图10-10，选择B型V带
③确定带轮的基准直径dd1，dd2
由图10-10得，推荐的小带轮基准直径为125 ~ 140mm，则
取小带轮直径dd1 = 140mm > dmin=75mm

根据GB/T 13575.1-1992 取大带轮的直径dd2 = 500mm
④验证带速

在5m/s ~ 25m/s之间，故带的速度合适。
⑤确定V带的基准直径和传动中心距a0

那么取a0 = 500mm
V带的基准长度为
查《机械设计基础》表10-2，选取带的基准直径长度Ld = 2000mm
实际中心距

⑥验算主动轮的最小包角

故主动轮上的包角合适
⑦计算V带的根数z

由nm = 970r/min，dd1 = 140mm
查《机械设计基础》表10-5得， ＝ 2.13kW
查《机械设计基础》表10-6得，＝ 0.30kW
查《机械设计基础》表10-7得， ＝ 0.89
查《机械设计基础》表10-2得， ＝ 0..98
那么V带的根数z为

取z = 5根
⑧计算V带的合适初拉力F0并计算作用在轴上的载荷FQ
单根普通V带合适的初拉力F0可按下式计算：

计算作用在轴上的载荷

⑨带轮的结构设计：单位（mm）

小带轮
大带轮
基准宽度
14
14
基准线上槽深
3.5
3.5
基准线下槽深
10.8
10.8
槽间距
190.4
190.4
槽边距
11.5
11.5
轮缘厚
7.5
7.5
外径
147
511
内径
30
30
带轮宽度
118
118
带轮结构
实心式
轮辐式
槽型
B
B

2.齿轮传动的设计计算
（1）选择齿轮类型、材料、精度及参数
①选择斜齿圆柱齿轮传动（外啮合）
②选择齿轮材料：考虑减速器传递公里不大，所以齿轮采用软齿面；
小齿轮材料采用45#钢，调质，齿面硬度HBS＝230
大齿轮材料选用ZG310-570，调质，齿面硬度HBS＝240
③选取齿轮为8级精度（GB 10095-1988）
④初选螺旋角
⑤取小齿轮齿数，那么大齿轮的齿数为
（2）按齿面接触疲劳强度设计
①中心距a0

式中，。
查《机械设计基础》图7-26，有＝ 570MPa；查表7-5，＝1
查表7-4，K＝1.3；齿宽系数取：＝0.4

②计算模数

查表7-1取模数标准值mn ＝3
③计算中心距a

圆整中心距，取a ＝ 190 mm
④修正螺旋角

⑤计算两齿轮分度圆直径
小齿轮
大齿轮

⑥计算齿宽

取小齿轮齿宽b1＝78mm；大齿轮齿宽b2＝76mm
（3）校核弯曲疲劳强度
①校核
，其中
查《机械设计基础》表7-4，得K＝1.3；查图7-23，得YF＝2.76
查图7-24，有＝ 190MPa；查表7-5，有＝1.3
那么有

则设计满足要求。
②齿轮传动的几何尺寸，制表如下：（详细见零件图）
名称
代号
计算公式
结果
小齿轮
大齿轮
中心距
a

190mm
传动比
i
i = z1 / z2
4
法面模数
mn
设计和校核得出
3
端面模数
mi
mi = mn/cos
3.01
法面压力角

——

螺旋角

一般为

全齿高
h
h=ha+hf
6.75mm
齿数
Z
——
25
100
分度圆直径
d
查表7-6
76.0mm
308.5mm
齿顶圆直径
da
查表7-6
82.0mm
314.5mm
齿根圆直径
df
查表7-6
68.5mm
301.0mm
齿轮宽
b
——
78mm
76mm
螺旋角方向

——
左旋
右旋

六、减速器铸造箱体的主要结构尺寸
查《机械设计课程设计基础》表3-1经验公式，列结果于下表
名称
结果（mm）
名称
结果（mm）
底座壁厚
8
轴承盖固定螺钉直径
8
箱盖壁厚
8
轴承盖螺钉分布圆直径
130
底座上部凸缘厚度
12
轴承盖凸缘端面直径
150
箱盖凸缘厚度
12
螺栓孔凸缘的配置尺寸
26/21/40
底座下部凸缘厚度
20
地脚螺栓孔凸缘尺寸
25/23/45
底座加强筋厚度
8
箱体内壁与齿顶圆距离
12
底盖加强筋厚度
7
箱体内壁与齿轮端面距离
12
地脚螺栓直径
16
底座深度
190
地脚螺栓数目
6
外箱壁至轴承座端面距离
55
轴承座联接螺栓直径
12
视孔盖固定螺钉直径
6
箱座与箱盖联接螺栓直径
10

七、轴的设计计算
1.高速轴的设计
（1）选择轴的材料：选取45#钢，调质，HBS=230
（2）初步估算轴的最小直径
根据教材公式，取，则

（3）轴的结构设计
考虑带轮的机构要求和轴的刚度，取装带轮处轴径；根据密封件的尺寸，选取装轴承处的轴径为d＝40mm
两轴承支点间的距离为：

式中 ——小齿轮齿宽，＝78mm
——箱体内壁与小齿轮端面的间隙，＝12mm
——箱体内壁至轴承端面的距离，取＝10mm
——轴承宽度，初选6308型深沟球轴承，查表13-3得＝23mm
带入上式得

带轮对称线到轴承支点的距离为

式中 ——轴承盖的凸缘厚度，=40mm
——螺栓头端面至带轮端面的距离，取＝15mm
——轴承盖M8螺栓头的高度，查表得＝5.3mm
——带轮宽度，＝118mm
带入上式得

（4）按弯扭合成应力校核轴的强度
①绘出轴的计算简图
轴的计算简图如图所示

②计算作用在轴上的力
小齿轮受力分析
圆周力

径向力

轴向力

带传动作用在轴上的压力

③计算支反力
水平面
垂直面

④做弯矩图
水平面弯矩

垂直面弯矩

合成弯矩

⑤作弯矩图

⑥作计算弯矩图
当扭转剪应力为脉动循环变应力时，取系数

⑦按弯矩合成应力校核轴的强度
轴的材料为45#钢，调质，查表得拉伸强度极限，对称循环变应力时的许用应力。
由计算弯矩图可见，
A剖面的计算弯矩最大，该处的计算应力为

D剖面的计算弯矩最小，该处的计算应力为

八、滚动轴承的选择和计算
①选取的轴承：型号为6308深沟球轴承（每根轴上安装一对）
查《机械设计课程设计》表13-3和查《机械设计基础》表18-11，
②轴承A的径向载荷

轴向载荷：
轴承B的径向载荷

轴向载荷：
由此可见，轴承A的载荷大，应该验算轴承A
③计算轴承A的径向当量动载荷
查表13-3得到：，取
，故查表18-11得：
则其径向当量动载荷
因两端选择同样尺寸的轴承，故选轴承A的径向当量动载荷P为计算依据。
工作温度正常，查《机械设计基础》表18-8得，温度系数为
按中等冲击载荷，查《机械设计基础》表18-9得，载荷系数
按设计要求，轴承的寿命为，则

因为，所以选取的轴承合适

九、键联接的选择和强度校核
1.高速轴与V带轮用键联接
（1）选用圆头普通平键（A型）
按轴径d＝40mm，及带轮宽 ＝118mm，查表10-1选键12×100 GB/T 1096-1979
（2）强度校核
键材料选择45#钢，V带轮材料为铸铁，查表得键联接的许用应力，键的工作长度，。
挤压应力

2. 低速轴与V带轮用键联接
（1）选用圆头普通平键（A型）
按轴径d＝60mm，及带轮宽 ＝92mm，查表10-1选键16×56 GB/T 1096-1979
（2）强度校核
键材料选择45#钢，V带轮材料为铸钢，查表得键联接的许用应力，键的工作长度，。
挤压应力

十、联轴器的选择和计算
联轴器的计算转矩

查表取工作情况系数，因前面在计算电动机功率时已考虑功率备用系数1.3，故计算转矩为

根据工作条件，选用十字滑块联轴器，查表15-4得是自滑块联轴器的许用转矩，许用转速，配合轴径d = 40mm，配合长度L1 = 90mm。

十一、减速器的润滑
齿轮传动的圆周速度为

因，所以采用浸油润滑，由表14-1，选用L－AN68全损耗系统用油（GB 443-1989），大齿轮浸入油中的深度约为1～2个齿高，但不应少于10mm。
对轴承的润滑，因，采用脂润滑，由表14-2选用钙基润滑脂L-XAAMHA2（GB 491-1987），只需填充轴承空间的，并在轴承内侧设挡油环，使油池中的油不能进入轴承以致稀释润滑脂。

十二、设计心得
时间真的过得好快，仿佛昨天还是听着师兄们抱怨课程设计的种种繁复，心里充满了忐忑和期待，而今天，自己却坐在这里写下自己的课程设计的最后一页——设计心得。
作为一名过程装备与控制工程专业大三的学生，我觉得用心的去做一次类似的机械课程设计是十分有意义，而且是十分必要的。
在已经度过的大学时光里，我们学习了许多专业基础课程，如：工程制图，工程力学，机械设计基础等等。我们在课堂上学到的仅仅是这些课程的理论层面，而且在考试之后，很快就会淡忘。如何去锻炼我们的实践层面？如何将这些知识融会贯通，并应用到生产实践当中去呢？我想这次的课程设计为我们提供了一次绝好的机会，一个良好的实践平台。
在这短短的两周时间里面，翻阅《机械设计课程设计》成了最习惯的动作。为了让自己的设计更加完善，更好的利用已有的标准和经验公式使自己的设计更加符合生产实际，同时也为了让设计能够顺利通过答辩，一次次的翻阅《课程设计》，一次次的研究“GB”们是十分必要的。
仔细的计算、完成的喜悦、细节的争辩、无奈的重新来过……种种滋味在这14天内，一一上演，酸甜苦辣，应有尽有。很享受这种认真的感觉，很享受这种设计完成之后那种无与伦比的自豪和骄傲，很享受和舍友就一个螺栓直径而吵得面红耳赤的执着，很享受跌倒后重新站起来的坚持。课程设计，让我们离工程师又近了一步。
原来这就是工程师啊！永远要从实际生产出发，有据可依，有理可循——艺术家的无边幻想和超越现实都和设计无缘。虽然离真正的工程师还有很长的路要走，但幸运的是今天的课程设计让我们迈出了坚实的第一步。
最后要感谢老师们的辛苦工作，感谢这样一个机会能让我们停下来，总结自己，审视自己的未来。我相信经过这次的设计，大家都会对今后的工程师之路更加憧憬！