机械设计课程设计指导书.doc

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机械设计基础课程设计

开封大学

课程设计说明书

设计名称： 机械设计基础课程设计

题 目： 设计带式输送机传动装置

学生姓名：

专 业：

班 级：

学 号：

指导教师：

指导日期： 年 月 日

开封大学

目录
一、设计任务 2
1、设计题目 2
2、系统简图 2
3、工作条件 2
4、原始数据 2
二、总体设计 3
1、选择电动机 3
2、传动比分配 4
3、传动装置的运动和动力参数 4
三、传动零件的计算 5
1、高速级齿轮传动设计 5
2、低速级齿轮传动的设计 6
四、轴的设计 9
（一）、轴的材料选择和最小直径估计 9
（二）、减速器的装配草图设计 10
（三）、轴的结构设计 11
五、轴的校核（低速轴） 13
六、键的选择 15
（一）、高速轴上键的选择 15
（二）、中间轴上的键选择 15
（三）、低速轴上的键选择 15
七、滚动轴承的选择和校核 17
（一）、高速轴轴承的选择 17
（二）、中间轴轴承的选择 17
（一）、低速轴轴承的选择 17
八、联轴器的选择 18
九、箱体的设计 19
十、润滑、密封的设计 20
十一、设计小结 21
十二、参考资料 22

一、设计题目
1、设计题目
带式运输机传动系统中的展开式二级圆柱齿轮减速器
2、系统简图
系统简图如下图所示

3、工作条件
单向运转，有轻微振动，经常满载，空载启动，单班制工作（一天8小时），使用期限5年，输送带速度容许误差为±5%。
4、原始数据
拉力F=2.2kN
速度v=0.9m/s
直径D=300mm

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

其中，带式输送机的效率。
2）通过查《机械设计基础课程设计》表10-1确定各级传动的机械效率：V带 =0.96；齿轮 =0.97；轴承 =0.99；联轴器 =0.99。总效率。
电动机所需的功率为：。
由表《机械设计基础课程设计》10-110选取电动机的额定功率为3kW。
3）电动机的转速选960r/min 和1420r/min两种作比较。
工作机的转速：
现将两种电动机的有关数据进行比较如下表所示

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的总传动比过大，为了能合理分配传动比，使传动装置结构紧凑，决定选用方案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，如下图所示。

（二）、传动比分配
根据上面选择的电动机型号可知道现在的总传动比i=16.76，高速级齿轮转动比，低速级齿轮传动比。
（三）、传动装置的运动和动力参数
1、各轴的转速计算

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如下表所示
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、传动零件的计算
（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）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度足够。
2）通过查教材表11-1选择小齿轮的材料为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）确定公式内的各计数值
1）试选载荷系数K=1.5
2）小齿轮传递的转矩T1=29.5N·m=29500N·mm
3）通过查教材表11-6选取齿宽系数0.8
4）通过查教材表11-4得弹性系数
5）计算接触疲劳许用应力
通过查教材表11-5，取

（2）计算
1）试计算小齿轮分度圆的最小直径

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

5）齿轮的圆周速度

对照表11-2可知选用8级精度是合宜的。
高速齿轮各参数如下表所示
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）、低速级齿轮传动的设计
1、选定高速级齿轮精度等级、材料及齿数。
1）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度足够。
2）通过查教材表11-1选择小齿轮的材料为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）确定公式内的各计数值
1）试选载荷系数K=1.5
2）小齿轮传递的转矩T2=134.9N·m=134900N·mm
3）通过查教材表11-6选取齿宽系数0.8
4）通过查教材表11-4得弹性系数
5）计算接触疲劳许用应力
通过查教材表11-5，取

（2）计算
1）试计算小齿轮分度圆的最小直径

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

5）齿轮的圆周速度

对照表11-2可知选用8级精度是合宜的。
低速齿轮各参数如下表所示

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、轴的设计
（一）、轴的材料选择和最小直径估计
根据工作条件，选定轴的材料为45钢，调质处理。轴的最小直径计算公式 ，C的值通过查教材表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，因此。
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，因此。
（二）、减速器的装配草图设计
减速器草图如下图所示
（三）、轴的结构设计
1、高速轴
1）高速轴的直径的确定
：最小直径处 与电动机相连安装联轴器的外伸轴段，因此
：密封处轴段
：滚动轴承轴段 滚动轴承选取6009 ：d×D×B=45mm×75mm×16mm
:过渡段
齿轮轴段由于齿轮直径较小，所以采用齿轮轴结构。
：滚动轴承段，
2）高速轴各段长度的确定
：
：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）中间轴各轴段的直径确定
：最小直径处 滚动轴承轴段，因此.滚动轴承选取6009 d×D×B=45mm×75mm×16mm。
：低速小齿轮轴段 取
：轴环，根据齿轮的轴向定位要求 取
: 高速大齿轮轴段 取
：滚动轴承段
2）中间轴各轴段长度的确定
：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) 低速轴各轴段的直径确定
： 滚动轴承轴段，因此.滚动轴承选取6010 d×D×B=50mm×80mm×16mm。
：低速大齿轮轴段 取
：轴环，根据齿轮的轴向定位要求 取
: 过度段取，考虑挡油盘的轴向定位 取
：滚动轴承段
：封密轴段处，根据联轴器的定位要求以及封面圈的的标注，取
：最小直径，安装联轴器的外伸轴段
2）低速轴各轴段长度的确定
：由滚动轴承、挡油盘以及装配关系等确定取
：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、挡油盘以及装配关系
：由箱体结构，轴承端盖、装配关系等确定
：

五、轴的校核（低速轴）
1、低速轴的受力分析
圆周力、径向力、轴向力大小如下：

2、低速轴的受力情况如下图所示

3、求垂直面的支承反力

4、求水平面的支承反力

5、绘制垂直面的弯距图如下图所示

=364.34×0.0595=21.68N.m
=731.74×0.1195=87.44N.m
6、绘制水平面的受力与弯距图如下图所示

7、求合成弯距

8、危险截面的当量弯距
由下图可见，截面a-a最危险，其转距

当量弯距
如认为轴的扭切应力是脉动循环变力，取折合系数a=0.6，代入上式

9、计算危险截面处轴的直径
轴的材料为45钢，调质处理，由教材14-1查得=650 MPa，由表14-3查得=60MPa
≥＝
考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大5%，故d=1.05×38.02=39.92mm<44mm
故轴符合强度要求。
六、键的选择
（一）、高速轴键的选择
高速轴上只有安装联轴器的键。根据安装联轴器处直径d=38㎜，通过查《机械设计基础课程设计》表10-33选择普通平键。选择的键尺寸：b×h=12×8 （t=5.0，r=0.25）。标记：键12×8 GB/T1096-2003。键的工作长度L=44mm,键的接触高度k=0.5h=0.5×8=4mm，传递的转矩。
按表6-2差得键的静连接时需用应力 则

所以高速轴上的键强度足够。
（二）、中间轴键的选择
中间轴上的键是用来安装齿轮的，因此选用圆头普通平键。因为高速大齿轮齿宽B=40mm ，轴段直径d=48mm，所以通过查《机械设计基础课程设计》表10-33选用b×h =14×9（t=5.5，r=0.25），标记：键14×9GB/T1096-2003 。低速小齿轮齿宽B=70 ，轴段直径d=48，所以选用b×h=14×9（t=5.5，r=0.25），标记：键14×9 GB/T1096-2003 。由于两个键传递的转矩都相同，所以只要校核短的键。短键的工作长度L=36m,键的接触高度k=0.5h=0.5×9=4.5mm，传递的转矩 则

故轴上的键强度足够。
（三）、低速轴键的选择
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。齿轮选用圆头普通平键，齿轮的轴段的直径d=95mm，轮宽B=130mm ，通过查表《机械设计基础课程设计》表10-33选用b×h=14×9（t=5.5，r=0.25）标记：键14×9GB/T1096-2003 。键的工作长度 L=59mm,键的接触高度k=0.5h=0.5×9=4.5mm，传递的转矩 则

故安装齿轮的键强度足够。
安装联轴器的键用单圆头普通平键，轴直径d=45mm，所以选键b×h=14×9。标记：键14×9 GB/T1096-2003。键的工作长度 L=78mm,键的接触高度k=0.5h=0.5×=4.5mm，传递的转矩 则

故选的键强度足够。

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

八、联轴器的选择
根据工作要求，为了缓和冲击，保证减速器的正常工作，输出轴（低速轴）选用凸缘联轴器，考虑到转矩变化小，取，则

按照计算转矩小于联轴器公称转矩的条件，查《机械设计基础课程设计》表10-41，高速轴选用YL7联轴器，公称转矩，孔径d=38mm，L=60mm，许用转速n=7600r/min，故适用; 低速轴选用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、箱体的设计
箱体各部分尺寸关系如下表所示
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
盖与座联接螺栓直径
d2
M8
联接螺栓d2的间距
L

轴承端盖螺钉直径
d3
M10
检查孔盖螺钉直径
d4
M4
定位销直径
d
8
大齿轮齿顶圆与箱体壁的距离
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的距离
L2

凸缘尺寸
C1
C2
16
14
箱坐上的肋厚
m1
8.5

十、润滑、密封的设计
1、润滑
因为齿轮的速度都比较小，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，减速器齿轮选用润脂脂润滑的方式润滑。
1、密封
为了防止泄漏，减速器的箱盖与箱体接合处和外伸轴处必须采取适当的密封措施。箱体与箱盖的密封可以通过改善接合处的粗糙度，一般为小于或等于6.3，另外就是连接箱体与箱盖的螺栓与螺栓之间不宜太大，安装时必须把螺栓拧紧。外伸轴处的密封根据轴的直径选用国家标注U型密封圈。

十一、设计小结
二周的课程设计结束了，本课程设计的任务是二级圆柱齿轮减速器。根据设计任务书的要求，同学们展开了激烈的讨论。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，主要有两个：
1、齿轮设计中出现的问题
齿轮设计中首先遇到的是齿数和模数的决定。后来，通过与同学们的互相讨论。为使工作机运转平稳，应尽量把模数取小，齿数增大，这样也便于加工，且运动过程中噪声、振动均小。
2、轴设计中出现的问题
轴的设计过程中，开始是按顺序先设计Ⅰ轴，但是在设计中Ⅰ轴的轴向尺寸定不下来，这是因为Ⅰ轴的尺寸与Ⅱ轴和Ⅲ轴的尺寸和结构有关，故应先把第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的结构设计排列在一张纸上，综合考虑才能正确把握各轴的轴向定位。
由于设计过程中开始没有注意到Z2的齿顶圆应≥到Ⅲ轴外端的距离这一条件，导致设计后，这一要求不符合。解决办法是重新确定齿数，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重要的，否则会顾此失彼。
因此，必须继续努力学习，培养设计习惯，提高计算能力和操作能力。
通过这次课程设计，使我更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，我们必须通过理论接合实际，深入地去了解其中的概念和设计过程，这样我们不但学到了理论知识，而且有助于提高我们的综合素质。这次设计不但涉及到我们学过的《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，还涉及到我们还没学过的《公差与配合》等。可见，机械设计是一门广泛综合的课程，单单靠教材学的点点是远远不够的，我们很有必要多点吸收课外的有关知识。今后一定要注意综合思考问题和解决问题能力的提高，尽可能在工作和学习中少走弯路，但决不能回避困难，遇到困难时要冷静思考，多看参考书，问老师和同学们，力争尽快解决问题，设计中的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、《AutoCAD2004》（教材），中国矿业大学出版社，主编：庄宗元。
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