机械设计基础课程设计说明书Word文档下载推荐.docx
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圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、齿轮-蜗杆减速器，轴装式减速器、组装式减速器、联体式减速器。
在这次设计中进一步培养了工程设计的独立能力，树立正确的设计思想，掌握常用的机械零件，机械传动装置和简单机械设计的方法
和步骤，要求综合的考虑使用经济工艺性等方面的要求。
确定合理的设计方案。
♣一、电动机的设计…………………………………………6
1.选择电动机……………………………………………6
2.选择电动机容量………………………………………6
3．计算总传动比并分配各级传动比……………………7
4.计算传动装置的运动和动力参数……………………7
5.电动机草图……………………………………………8
♣二、带传动的设计…………………………………………9
1.确定计算功率…………………………………………9
2．确定V带型号…………………………………………9
3.确定带轮基准直径……………………………………10
4.验算带速………………………………………………10
5.确定带长及中心距……………………………………10
6.验算小带轮包角………………………………………10
7.确定带的根数…………………………………………11
8.计算单根V带的初拉力………………………………12
9.计算作用在轴上的力…………………………………12
10．轮的结构尺寸及草图…………………………………12
♣三、减速器齿轮设计………………………………………12
1.材料的选择及热处理…………………………………13
2．参数的选择和几何尺寸计算…………………………13
3．确定许用应力…………………………………………13
4．确定齿轮精度…………………………………………13
5．按齿轮强度条件设计…………………………………13
6．计算齿轮几何尺寸……………………………………14
7．校核齿面接触疲劳强度………………………………15
8．校核齿根弯曲疲劳强度………………………………16
♣四、轴的结构设计…………………………………………16
1.按扭矩估算轴最小直径………………………………17
2.轴的复合强度校核……………………………………17
♣五、轴承的选择及校核……………………………………21
1.从动轴轴承……………………………………………22
2.主动轴轴承……………………………………………23
♣六、键的选择及校核………………………………………23
1.从动轴键的选择及校核………………………………23
2.主动轴键的选择及校核………………………………24
♣七、联轴器的选用…………………………………………24
♣八、减速器附件的选择……………………………………24
♣九、箱体的设计……………………………………………25
♣十、润滑和密封的选择……………………………………26
♣主要参考文献………………………………………………27
Ø
另附:
减速器装配图1张
零件工作图2张
一、电动机的设计
1．电动机类型选择
按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭（自扇）冷笼型三相异步电动机。
2．选择电动机容量
（1）计算工作机所需功率Pw
Pw=
=4000×
1.2/1000×
0.98Kw≈11Kw
其中，带式输送机的效率:
ηw=0.98（查《机械设计、机械设计基础课程设计》P131附表10-1）。
（2）计算电动机输出功率P0
按《机械设计、机械设计基础课程设计》P131附表10-1查得V带传动效率ηb=0.96，一对滚动球轴承效率ηr=0.99，一对圆锥齿轮传动效率ηg=0.97，联轴器效率ηc=0.98。
（其中，η为电动机至滚筒主动轴传动装置的总效率，包括V带传动、一对圆锥齿轮传动、两对滚动球轴承及联轴器等的效率）。
传动装置总效率为：
η=ηbηr2ηgηc=0.95×
0.992×
0.97×
0.98=0.894，
电动机所需功率为：
P0=
=4.90/0.894Kw≈5.48Kw。
根据P0选取电动机的额定功率Pm，使Pm=（1～1.3）P0=5.48～7.124Kw。
为降低电动机重量和成本，由《机械设计、机械设计基础课程设计》P212附表10-112查得电动机的额定功率为Pm=5.5Kw。
（3）确定电动机的转速
工作机主轴的转速nw，即输送机滚筒的转速：
nw=
=60×
1.2×
1000/3.14×
400r/min
≈57.30r/min
根据《机械设计、机械设计基础课程设计》P12表3-3确定传动比的范围，取V带传动比ib=2～4,单级圆锥齿轮的传动比ig=2～3，则传动比范围比i=（2×
2）～（4×
3）=4～12。
电动机的转速范围为：
n=inw=（4～12）×
57.30r/min=230～688r/min，符合这一同步转速范围的有750r/min一种。
根据同步转速查《机械设计、机械设计基础课程设计》P212附表10-11确定电动机的型号为Y160M2—8，其满载转速nm=970r/min。
此外，电动机的中心高、外形尺寸、轴伸尺寸等均可查表得出。
3．计算总传动比并分配各级传动比
（1）总传动比
i=
=720/57.30r/min=12.57r/min
（2）分配各级传动比
为使带传动的尺寸不至过大，满足ib<
ig，可取ib=3,则齿轮的传动比：
ig=i/ib=12.57/3=4.19
4．计算传动装置的运动和动力参数
（1）各轴的转速
nⅠ=nm/ib=720/3r/min=240r/min
nⅡ=nⅠ/ig=240/4.19r/min=57.30r/min
nw=nⅡ=57.30r/min
（2）各轴的功率
PⅠ=Pmηb=5.5×
0.96Kw=5.28Kw
PⅡ=PⅠηrηg=5.28×
0.99×
0.97Kw=5.07Kw
PW=PⅡηrηc=5.07×
0.98Kw=13.28Kw
（3）各轴的转矩各轴的转矩
T0=9550
=9550×
5.5/720N·
m≈73N·
m
T1=9550
5.28/240N·
m≈210.1N·
T2=
5.07/57.3N·
m≈845N·
Tw=9550Pw/nw=9550×
4.92/57.3N·
m≈820N·
（4）将计算的结果填入下表
参数
轴名称
电动机轴
Ⅰ轴
Ⅱ轴
滚筒轴
转速n（r/min）
720
240
57.3
功率P（kw）
5.5
5.28
5.07
4.92
转矩T（N·
m）
73
210.1
845
820
传动比i
3
4.19
1
效率η
0.96
0.97
5．电动机的草图
型号
额定功率
满载转速
Y160M2-8
5.5KW
720r/min
2.0
二、带传动的设计
由设计任务书条件要求，此减速器工作场合对传动比要求不严格但又要求传动平稳，因此适用具有弹性的饶性带来传递运动和动力。
V带传动时当量摩擦系数大，能传递较大的功率且结构紧凑；
故此处选择V型槽带轮。
带轮材料常采用铸铁、钢、铝合金或工程塑料等，当带的速度v≤25m/s时，可采用HT150；
当带速v=25～30m/s时，可采用HT200；
当v≥35m/s时，则用铸钢或锻钢（或用钢板冲压后焊接而成），传递功率较小时，可用铸铝或工程塑料等材料。
带轮的设计准则是，在保证代传动不产生打滑的前提下，具有足够的疲劳强度，带轮的质量小，结构公益性好，无过大的铸造内应力，质量分布要均匀等。
1.确定计算功率
PC=KAP=1.2×
5.5=6.6Kw
查《机械基础》P226页表9-7知：
KA=1.2
2.确定V带型号
按照任务书要求，选择普通V带。
根据PC=6.6Kw及n1=720r/min，查《机械基础》P227页图9-8确定选用B型普通V带。
3.确定带轮基准直径
（1）确定带轮基准直径
根据《机械基础》P228页表9-8取标准值确定：
dd1=140mm。
（2）计算大带轮直径
dd2=idd1（1-ε）=（720/240）×
140×
（1-0.02）mm=411.6mm
根据GB/T13575.1-9规定，选取dd2=410mm。
4.验算带速
v=
=3.14×
720/60×
1000m/s=5.28m/s
由于5m/s＜v＜25m/s,带速合适。
5.确定带长及中心距
（1）初取中心距a0=500mm
根据
知：
385≤a0≤1100.
（2）确定带长Ld：
根据几何关系计算带长得
=1900.39mm
根据《机械基础》P226表9-6取相近的标准值Ld，Ld=2000mm
（3）确定中心距
=500+（2000-1900.39）/2mm=549.81mm，
取a=550mm；
amin=a-0.015Ld=550-0.015×
2000mm=520mm；
amax=a+0.03Ld=550+0.03×
2000mm=610mm.
6.验算小带轮包角：
=151.9°
＞120°
，符合要求。
7.确定V带根数Z
根据dd1=140mm及n1=720r/min，查《机械基础》P224表9-3得:
P0=1.75Kw，
根据带型和i查《机械基础》P224表9-4得：
ΔP0=0.23Kw，
查《机械基础》P225表9-5得：
Kα=0.93，
查《机械基础》P226表9-6得：
Kl=0.98,
Z=Pc/[P0]≥
=3.66,
取Z=4.
8.确定V带初拉力F0
查《机械基础》P219表9-1得:
q=0.17㎏/m,则
F0=500
N=268.6N
9.作用在轴上的力FQ
FQ=2ZF0sin
=2×
4×
268.6×
sin151.9/2N=2084.5N
10.带轮的结构尺寸及草图
B型V带：
节宽bp/mm:
14.0；
顶宽b/mm:
17.0；
高度h/mm:
11.0；
楔角θ:
40°
；
截面面积A/mm2:
138；
每米带长质量q/（kg·
m-1）:
0.17。
V带轮：
基准宽度bp/mm:
14.0；
基准线至槽顶高度hamin:
3.5；
槽顶宽b/mm:
17.2；
基准线至槽底深度hfmin:
10.8；
槽间距e/mm:
19±
0.4；
第一槽对称线至端面距离f/mm:
12.5；
最小轮缘厚度δ/mm:
7.5；
轮缘宽度B/mm:
B=（Z-1）e+2f（Z为齿模数）=82mm。
三．减速器齿轮设计
设计任务书齿轮传动由主动轮、从动轮（或齿条）和机架组成，通过齿轮的啮合将主动轴的运动和转矩传递给从动轴，使其获得预期的转速和转矩。
锥齿轮的传动比恒定，结构紧凑且效率高，工作可靠且寿命长。
鉴于齿轮的以上优点因此选用齿轮传动，即圆锥齿轮是两相交轴传动。
所以齿轮传动在机械传动中应用广泛。
齿轮材料要求齿面硬，齿芯也要有韧性，具有足够的强度以及具有良好的加工工艺及热处理性，当齿轮的尺寸较大（da＞400mm～600mm）或结构复杂不容易锻造以及一些低速运载的开式齿轮传动时，才有铸钢；
高速小功率、精度要求不高或需要低噪音的特殊齿轮传动中，也常采用非金属材料。
材料：
小齿轮40Cr调质后表面淬火处理齿面平均硬度HB1=48～55；
大齿轮45钢调质处理齿面平均硬度HB2=217～255。
1.材料选择及热处理
由于结构要求紧凑，故采用硬齿齿轮传动。
查《机械基础》P181表6-3，选择小齿轮材料为40cr,调质后淬火处理，齿面平均硬度HB=53HRC；
大齿轮选用45钢调质处理，齿面平均硬度HB=250HRC。
2.参数选择和几何尺寸计算
（1）齿数比
取小齿轮齿数Z1=20，则大齿轮齿数Z2=20×
4.19=84，
实际齿数比μ=Z2/Z1=4.2，与要求相差不大，可用。
（2）齿宽系数
两轮为硬齿面非对称布置，φR=b/R=0.284。
一般取:
取φR=0.25～0.30，齿宽b≤R/3（查《机械基础》P195表7-2）。
（3）载荷系数
由于载荷较平稳，且采用硬齿面齿轮，应取最大值，故查《机械基础》P183表6-5，取K=1.2。
3．确定许用应力
小齿轮查《机械基础》P181表6-3，取[σH1]=1080MPa,[σbb1]=510MPa,由于承受单向载荷，故[σbb1]=510MPa不变；
大齿轮查《机械基础》P181表6-3，用插值法得[σH2]=522MPa,[σbb2]=304MPa,因受单向载荷，故[σbb2]=304MPa不变。
4．选择精度
运输机为一般机械，速度不高，故选择9级精度。
5.根据齿轮强度条件设计
（1）按齿面接触疲劳强度设计
根据齿面接触疲劳强度，按《机械基础》P197公式（7-7）确定尺寸d：
d≥
[ZHZE/[σH]]·
[4KT1/0.85φR（1-0.5φR）2μ]
=104.05mm
式中φR=0.28，按《机械基础》P183表6-5选载荷系数K=1.2，转矩T1=9.55×
106P1/N1=9.55×
1065.28/240N·
mm=2.1×
105N·
mm。
查机械基础P181表6-3[σH1]=1080MPa，[σH2]=522MPa,钢制齿轮配合：
ZE=189.8√
N/mm2。
计算圆周速度v：
v=
104.05×
240/60×
1000=1.31m/s
（2）按齿根弯曲疲劳强度设计
根据齿根弯曲疲劳强度，按《机械基础》P197公式（7-9），确定模数m：
mn≥
=3.54
式中φR=0.28,μ=4.2,k=1.2，YFS为齿形系数，按当量齿数Zv=Z/cosδ,查《机械基础》P185表6-7，得：
YF1=YFS1=4.344,YF2=YFS2=4.06；
[σf1]=[σbb1]=510MPa,[σf2]=[σbb2]=304MPa，
因为
=0.00852，
=0.01336,
＜
，故将
代入计算。
根据《机械基础》P185表7-1，锥齿大端标准模数m=3.75mm。
6．计算齿轮几何尺寸
（1）齿数比:
μ=Z2/Z1=84/20=4.2
（2）分度圆锥角：
δ1=arctanZ1/Z2=20/84=13。
23’32”
δ2=arctanZ2/Z1=84/20=76。
36’27”
（3）分度圆直径：
d1=mZ1=3.75×
20=75mm
d2=mZ2=3.75×
84=315mm
（4）齿顶圆直径：
da1=d1+2hacosδ1=82.30mm
da2=d2+2hacosδ2=316.74mm
（齿顶高ha*=1,顶隙系数c*=0.2,hf=（ha*+c*）m=1.2m=4.5mm,
ha=ha*m=3.75mm）
（5）齿顶圆直径:
df1=d1-2hacosδ1=66.25mm
df2=d2-2hacosδ2=312.92mm
（6）锥顶距：
R=m/2
（Z12+Z22）=161.90mm
（7）齿宽系数：
φR=b/R=0.28
（8）平均模数：
mm=m（1-0.5φR）=3.22mm
（9）当量齿数：
Zv1=Z1/cosδ1=20.56
Zv2=Z2/cosδ2=362.66
（10）小锥齿齿轮传递的扭矩：
T1=9550P1/N1=210.1N·
7.校核齿面接触疲劳强度
按《机械基础》P127公式（7-6）校核公式：
σH=ZHZE
4KT1/0.85φR（1-0.5φR）2d13μ
=853.03Mpa≤[σH]
式中,ZH=2.5,ZE=189.8√
N/mm2,φR=0.28,μ=4.2,
T1=2.10×
mm
因电动机驱动，载荷平稳，查《机械基础》P183表6-5，取K=1.2
8.校核齿根弯曲疲劳强度
按《机械基础》P197公式（7-8）校核公式：
σbb=4KT1YFS/0.85φR（1-0.5φR）2m3z12
（1+μ2）
=273.15＜[σbb]
式中，φR=0.28,k=1.2,YFS=4.344,m=3.75,μ=4.2,故符合要求。
结论：
经校核可知，这对直齿圆锥齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度和齿面疲劳强度足够。
四、轴的结构设计
轴扭转强度条件为：
てT=T/WT≈9550000
≤[て]（部分参数见下表）
轴几种常用材料的[てT]及A0值:
轴的材料
Q235-A、20
Q257、35
45
40Cr、35SiMn
3Cr13
[てT]
15～25
20～35
25～45
35～55
A0
149～126
135～112
126～103
112～97
应当指出，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。
对于直径d＞100㎜的轴，有一个键槽时，轴径增大3%；
有两个键槽时，应增大7%。
对于直径d≤100㎜的轴，有一个键槽时，槽时，轴径增大5%～7%；
有两个键槽时，应增大10%～15%。
然后将轴径圆整为标准直径。
应当注意，这样求出的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径dmin。
综上所述，此轴材料选45号钢，调质处理表面硬度要求217～225HBS。
1．按扭矩估算最小直径
（1）选择轴的材料及热处理，确定许用应力
选用45钢并经调质处理，其σb=1080MPa，HB=217～225。
（2）按扭矩估算轴的最小直径
主动轴：
d1≥C
=33.1mm
式中C为考虑弯曲影响和材料确定的系数（查《机械基础》P268表12-5，取C=118
考虑轴上键槽的影响，轴径加大5%，得d1=33.1×
1.05=34.8mm。
查《机械基础》P267取标准值d1=40mm
从动轴：
d2≥C
=52.1mm
同理，考虑键槽的影响，并选取标准值d2=55mm
2.轴的复合强度校核
（1）确定轴各段直径和长度
轴的复合强度校核与轴的支承点间的跨距有关,由下表所示：
尺寸项目
主动轴
从动轴
说明
外伸端轴径Φ
40
55
应符合轴径标准系列
估取安装轴径Φ
60
应符合滚动轴承标准系列
安装齿轮的轴头直径Φ
46
66
预选轴承及其宽度B
30209
30212
按锥齿轮受力状态选取类型
21
24
左起第一段，由于安装联轴器，因开有键槽，轴径扩大7%并圆整，取轴径55mm，长度84mm，为了便于安装，轴端进行2×
45°
倒角。
左起第二段直径取58mm。
根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，则取第二段的长度42mm。
左起第三段，该段装有滚动轴承，选用圆锥滚子轴承，取轴径60mm，长度为34mm。
左起第四段，对轴承起到轴肩定位作用,其直径大于第三段轴，取74mm。
根据整体布局，长度取158mm。
左起第五段安装大圆锥齿轮，根据齿轮的孔径，此段的直径取66mm，长度取45mm。
左起第六段，为轴承安装段，根据轴承的尺寸，取轴径60mm。
长度取36mm。
（2）确定轴上零件的定位和固定方式（如图）
（3）从动轴的强度校核
首先计算齿轮列和节点的作用力
圆周力：
Ft=2T1/dm1=2×
210100/64.35N=6529.9N=Ft2
轴向力：
Fa=Fttanαcosαsinδ1=517.3N=Fa2
径向力：
Fr=Fttanα/cosδ1=2312.1N=Fr2
式中，dm1为小齿轮的平均分度圆直径,dm1=（1-0.5φR）d1=64.35mm。
危险断面的复合强度校核按下列步骤进行：
A.作从动轴的受力简图（图a）
B.做轴垂直面（Z）的受力简图，求支座反力，并作弯矩图（图b、c）
垂直面的支反力:
∑MB=0
FrL2–FAZ（L1+L2）–Fa（d2/2）=0FAZ=RV1=1718.5N
∑MA=0
FBZ（L1+L2）–FrL1–Fa（d2/2）=0FBZ=RV2=593.7N
C点稍偏左处的弯矩为:
MC1=MCZ1=FAZL1=80N·
C点稍偏右处的弯矩为:
MC2=MCZ2=FBZL2=95N·
C.作轴水平面（
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