机械设计课程设计设计热处理车间零件情况传输设备该设备传动系有电机减速器主传送带

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1、前 言 本书是根据学校课程安排，在学习了机械设计基础这门课的基础上，为了完成作业编写而成。书内主要设计的是两级圆柱齿轮减速器，适用于机械加工过程中使用，可供机械加工人员参考。减速器设计书系列是由2007级交通运输专业全体学生在老师的指导下编写，本书是此系列之一，可对比其他减速器设计书一起使用。本书是按设计的进程，编写了电机的选择，带传动的设计，齿轮的设计，轴的设计，箱体的设计和减速器附件的设计等。对各部分的尺寸和结构选择均有详细的说明并加有设计图。同时，为使机械设计基础课程能够与现代计算机技术结合起来，本书的编写设计过程应用了机械CAD、画图工具等软件技术。本书参考的资料有：机械设计基础(高等

2、教育出版社)第六版，机械设计课程设计（东北大学出版社），机械设计师手册（机械工程出版）等。承蒙韩旭东老师审阅书稿，提出了许多宝贵建议，在此谨致谢意。谨请读者对书中不妥之处提出宝贵意见。编者2008年1月5号目 录第一项、电机的选择 4第二项、传动装置的运动和动力参数计算 5第三项、V带的设计并选择8第四项、直齿轮设计和强度校核 12第五项、高速轴的结构设计和强度计算 20第六项、中间轴设计计算和强度计算 24第七项、低速轴的结构设计和强度计算 29第八项、减速器附件 33第九项、后记44设计任务书低 速 级：直齿轮 高 速 级：直齿轮 设计条件：设计热处理车间零件情况传输设备，该设备传动系有电

3、机，减速器，主传送带。两班工作制，工作期限八年。 设计参数：题号项目 1 2 3 4 5 6鼓轮直径（mm） 300 330 350 350 380 300传送带运转速度m/s 0.63 0.75 0.25 0.8 0.8 0.7传送带从动轴所要扭矩（Nm） 700 670 650 950 1050 900 本组选用第一组数据。 传动装置简图：项目计算过程备注第一项电机的选择确定电动机的转速(1)选择电动机系列：按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y系列。(2)确定选择电动机功率：卷筒所需有效功率：P=FV/1000=2TV/1000D=KW=3.639KW传动装

4、置的总功率：=皮带传动效率：=0.95齿轮啮合效率：=0.97（齿轮精度为八级）滚动轴承效率：=0.99 （球轴承）联轴器效率： =0.99（齿式联轴器）滚筒效率： =0.96则传动总功率：=0.950.970.990.990.96=0.825所需电机功率：P=KW=2.18KW机械设计课程设计 P109 表4.29项目计算过程备注第二项传动装置的运动和动力参数计算选Y系列三相异步电动机Y112M-6型，额定功率P=2.2KW。(3) 确定电动机的转速： 滚筒轴转速 n=40.1r/min电动机数据及总传动比方案号电动机型号额定功率/kw同步转速/(r/min)满载转速/（r/min）电动机质

5、量/kg总传动比1Y112M-62.210009404523.44由表4.12-2查得电动机中心高H=112mm,外伸轴段DE=28mm60mm.(4)分配传动比根据表4.2-9得 i=24依次取i=2.5，3，3.5列表如下：i2.533.5i7.819.3766.7i13.253.563i22.402.632.23其中：减速器的传动比为i=机械设计课程设计P193表4.12-1据机械设计课程设计P109表4.2-9项目计算过程备注两级齿轮减速器高速级的传动比 i1= 低速级的传动比：i2=(5)传动装置的运动和动力参数计算 0 轴：0轴即电动机轴P0=Pr=2.18kw n0=940r/m

6、inT0=9.55=9.55N=22.15N I轴：I轴即减速器高速轴 P1=p001=p0带=2.180.95=2.071kw n1=313.33r/min T=9.55=9.55 N=63.12N轴：轴即减速器中间轴 p=p=p=2.071=1.989 kw n= r/min =96.41 r/min项目计算过程备注T=9.55=9.55N=197.02N轴：轴即减速器低速轴： p=p=p=1.989 kw =1.91 kw n= r/min = 40.17r/min；T=9.55=9.55 N=454.087 N轴：轴即传滚筒轴：p=p=p=1.91 kw =1.87 kw n=n=40

7、.17r/min ； T=9.55=9.55 N=444.57 N将上述结果汇总列于下表：轴序号功率P/Kw转速n/(rmin)转矩T/(Nm)传动形式传动比效率02.1894022.15带传动30.952.071313.3363.121.98996.41197.02齿轮传动3.250.961.9140.17454.08齿轮传动2.40.961.8740.17444.57联轴器1.00.98项目计算过程备注第三项V带的设计并选择已知条件：Y112M-6 型电动机 满载n=940 r/min i=3，从动轴 r/min 1计算功率 P K=1.2 P=KP=1.22.2 kW =2.64kW2选

8、取V带型号 根据P=2.64KW和小带轮转速n1=940r/min，由图8-10可知，工作点处于A、Z 型相邻区间之间，A型和Z型分别计算d类型123456A7590100106125140Z505663717580由机械设计基础138页可取=0.010.0选取=0.01; d=106mm则大轮的基准直径： d=(1-)d=(1-0.01)=313.取d=315mm。查表83 工况系数（高等教育出版社机械设计基础第六版 P136P133表82a项目计算过程备注从动轮实际转速 n= n (1-)d/ d=315.5 r/min转速误差=0.056%5%合适验算带速 V= = =5.2175m/s

9、120满足8 单根V带 n=940 r/min d=106mm利用插值法 P=1.04kw9 单根V带 B型V带 小带轮 n=940 r/min i=3 查得 10 V带根数 K K=0.83 Z= 取Z=3根 采用V带A-94011 作用在轴上的张紧力 查得 q=0.10kg/m P133表8-2 aP134表8-2b表8-5 , 8-2bP144表8-8项目计算过程备注F=155.2N取带的基准长度L=1400mm满足选带要求由V带设计可知，选取的是3根A型带再根据经验公式推出结构尺寸dhSSSBdd106412186502040结构图形如下图所示 高等教育出版社机械设计基础第六版P142

10、项目计算过程备注第四项直齿轮设计和强度校核齿轮齿面接触强度计算：(1)确定作用在小齿轮上的转矩T，根据前面的计算可知T63.12 N.mm(2)选择齿轮材料，确定许用接触应力 ，根据工作要求，采用齿面硬度350HBS 小齿轮选用45钢，调质，硬度为260HBS.大齿轮选用45钢质.硬度为220HBS可确定许用接触应力 小齿轮=380+0.7HBS=380+0.7260=562MPa大齿轮=380+0.7HBS=380+0.7220=534MPa(3)选用齿宽系数 =0.4(4)确定载荷系数K， 因齿轮相对轴承不对称布置,故取K=1.6(5)计算中心距a(6)选择齿数并确定模数.取Z=26.则，

11、 Z=3.2526=84.5取84由机械设计基础（高等教育出版）P195表9-5项目计算过程备注取标准模数m=2.5(7)齿轮几何尺寸计算小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径:d=mZ=65mm da=d+2m=70mm大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径:d=mZ=210m da=d+2m=215m 中心距:大齿轮宽度小齿轮宽度 因小齿轮齿面硬度高,为补偿装配误差,避免工作时在大齿轮面上造成压痕,一般b应比b宽些取b=b+5=59mm(8)确定齿轮的精度等级 齿轮圆周速度。.根据工作要求和圆周速度,选用9级精度由机械设计基础（高等教育出版）P175表9-1项目计算过程备注2 轮齿弯曲强度验算(1)确定许用弯

12、曲应力,=140+0.2HBS=192MPa=140+0.2HBS =184MPa(2)查齿形系数Y 比较Y/小齿轮Z=26 查得Y=2.60大齿轮Z=84 用插入法得Y=2.225 ,所以应验算小齿轮(3)验算弯曲应力 计算时应以齿宽b代入.则,安全 3 结构设计尺寸小的齿轮制成实心齿轮，尺寸大的齿轮制成有腹板的单个齿轮。 小齿轮设计图如下图：由机械设计基础（高等教育出版）P184表9-3项目计算过程备注项目计算过程备注 齿轮齿面接触强度计算：(1)确定作用在小齿轮上的转矩T，根据前面的计算可知T19.7 N.mm (2)选择齿轮材料，确定许用接触应力 ，根据工作要求，采用齿面硬度350HB

13、S 小齿轮选用45钢，调质，硬度为260HBS.大齿轮选用45钢质.硬度为220HBS可确定许用接触应力 小齿轮=380+0.7HBS=380+0.7260=562MPa大齿轮=380+0.7HBS=380+0.7220=534MPa(3)选用齿宽系数 =0.4(4)确定载荷系数K， 因齿轮相对轴承不对称布置,故取K=1.6(5)计算中心距a(6)选择齿数并确定模数.取Z=26.则， Z=2.426=62.462由机械设计基础（高等教育出版）P195表9-5项目计算过程备注 取标准模数m=4(7)齿轮几何尺寸计算小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径:d=mZ=104mm da=d+2m=112mm大齿

14、轮分度圆直径及齿顶圆直径:d=mZ=248m da=d+2m=256m 中心距:大齿轮宽度小齿轮宽度 因小齿轮齿面硬度高,为补偿装配误差,避免工作时在大齿轮面上造成压痕,一般b应比b宽些取b=b+5=75.4mm(8)确定齿轮的精度等级 齿轮圆周速度.根据工作要求和圆周速度,选用9级精度由机械设计基础（高等教育出版）P175表9-1项目计算过程备注2 轮齿弯曲强度验算(1)确定许用弯曲应力,=140+0.2HBS=192MPa=140+0.2HBS =184MPa(2)查齿形系数Y 比较Y/小齿轮Z=26 查得Y=2.60大齿轮Z=62 用插入法得Y=2.275 ,所以应验算小齿轮(3)验算弯

15、曲应力 计算时应以齿宽b代入.则,安全 3 结构设计直径不大的齿轮制成实心齿轮，尺寸大的齿轮制成有腹板的单个齿轮。 小齿轮设计图如下图：由机械设计基础（高等教育出版）P184表9-3项目计算过程备注 项目计算过程备注第五项高速轴的结构设计和强度计算。d 根据结构要求取20mmd= d+4 =24mmd= 25mmd=30mm d= d=25mm长度计算 &=8 l、l、 l分别为 1 、2、 3齿轮厚。 为2。3。齿轮间距 箱体内壁轴向距离L=+l+1/2l+1/2l+=158.4mm=4为油润滑 d=30为1轴承厚 b=48.2为1轴承盖厚 -30 为轴承盖至带轮距离 a=40 为带轮厚 t

16、=2.6为缩进量第一轴长L =L+2+2d+a-t=312mm;机械设计基础（高等教育出版社）P143e由轴承盖确定。.P162 课程设计e取10mm.由轴承定，课本P401项目计算过程备注高速轴弯矩图和结构设计图：项目计算过程备注1. 按弯矩、转矩合成强度计算(1) 决定作用在轴上的载荷圆周力 F=N=1942.15N径向力 F=Ftan=1942.15tan20=706.89N(2) 决定支点反作用力及弯曲力矩水平面上力的计算：支承反力： F=524.6NF=1417.53N截面II弯曲力矩(水平)：M= Fb=544.32128.4=69891.7N垂直面上力的计算： 支承反力： F=

17、=190.95NF=515.96N 截面II，IIII弯曲力矩(垂直)： M= Fb=544.32x128.4=69890.7N项目计算过程备注 M=25438.6Nmm 合成弯矩： 轴上的转矩： 画出轴的当量弯矩图，如图所示。从图中可以判断截面II弯曲力矩最大，而截面IIII承受纯扭，故决定直径时，应该根据此两截面进行计算。 计算截面II，IIII的直径： 已知轴的材料= 为45钢，调质，其=600MPa；查表123得=600MPa，=55MPa。则， 轴截面II处的当量弯矩： IIII处的当量弯矩： 故轴截面II处的直径： mm 满足强度要求 项目计算过程备注第六项中间轴设计计算和强度计算

18、 因为在截面II处有键槽，所以轴的直径要增加3%，并考虑结构要求取d=30mm 轴截面IIII处的直径： 满足强度要求 取25 d=C=160=23mm 根据结构要求取30mmd=30+(46)=3436mm 取35mmd= 40mm (查表得)d4= d1=35mm长度计算箱体内壁轴向距离L=+l+1/2l+1/2l+=158.4mmd=16为二轴承厚=4为油润滑第二轴长L=L+2+2d=198.4mm根据机械设计基础P407，取用的轴承为30307E（35）项目计算过程备注结构设计如下图所示。按弯矩转矩合成强度计算轴(1) 决定作用在轴上的载荷：项目计算过程备注圆周力 F=1876.4 N

19、径向力 F= Ftan20=1876.4tan20=682.95 N圆周力 F=3788.85N径向力 F= Ftan20=3788.85tan201379 N (2) 决定支点反作用力及弯曲力矩水平面上力的计算：支承反力： F=2311.05 NF=3183.87N截面II、IIII弯曲力矩(水平)：M= Fa=2311.0557.7=133347.6N项目计算过程备注M=Fc=3183.8749.5=157601.6N垂直面上力的计算： 支承反力：F= =92.672NF=726.73 N 截面II，IIII弯曲力矩(垂直)：M= Fa=92.67257.7=5347.2NM=Fc=726

20、.7349.5=35973.14N 合成弯矩：项目计算过程备注 已知轴的材料为45钢，正火，其=600MPa；查表123得=55MPa，=95MPa。则，轴截面处的当量弯矩：轴截面IIII处的当量弯矩： 轴截面处的直径；31.88（1+3%）=32.84取35mm轴截面IIII处的直径：项目计算过程备注第七项低速轴的结构设计和强度计算。;31.14(1+3%)=34.14取40mm根据受力分析计算验证，可得设计中选择尺寸合理二轴的径向尺寸的设计计算d=C=160=34.89据结构要求取40mmd= d+(34 )=40+(34)x1.5=44.546mm 取45mmd=45+4=49 d=51

21、 (查表131)d5由轴的设计计算得出 d5=39.4 取50mmd6=d5=(34)c=d5=(34)X2=5658mm长度计算d=19为三轴承厚 b=46.6 轴承盖厚 =30为三轴承盖至联轴器的距离 a=70为联轴器厚 第三轴长L=L+2+2d+b+a=350mm 根据机械设计师手册（机械工程出版社）P358取Q/2B 121.2.2.00刚性凸缘联轴器机械设计课程设计（东北大学出版社）P146取30314圆锥滚子轴承由联轴器决定，查表得出由轴承决定，查表得出e由轴承盖确定。P162 课程设计e取15mm项目计算过程备注项目计算过程备注1 按弯矩，转矩合成计算强度圆周力 F=3661.9

22、N径向力 F= Ftan=1332.8N ()水平面上力的计算：支承反力： F=1169.28N F=2492.62N截面II弯曲力矩：M= Fb=1169.28126.2=147563.14N垂直面上力的计算：支承反力： F=425.58NF=907.22NF= 项目计算过程备注 F= 截面II弯曲力矩： M= Fb=1244.32126.2=157033.184N 轴上的转矩： 画出轴的当量弯矩图，如上图所示。从图中可以判断截面II弯曲力矩最大，而截面IIII承受纯扭，故决定直径时，应该根据此两截面进行计算。 计算截面II，IIII的直径： 已知轴的材料为45钢，正火，其=600MPa；查

23、表123得=55MPa，=95MPa。 则： 轴截面II处的当量弯矩： 项目计算过程备注第八项减速器附件 IIII处的当量弯矩： 故轴截面II处的直径： mm 因为在截面II处有键槽，所以轴的直径要增加3%，并考虑结构要求取d=50mm 轴截面IIII处的直径： 因为在轴截面IIII处有键槽，所以轴的直径要稍微加大，根据标准取d=45mm1查孔与检查孔盖 根据视觉效果选取尺寸大小结果如下表，结构设计图如下图。AAABBBdRh150210180125155140M67.552通气器 根据要求选取型号大小如下表，结构设计图如下图：项目计算过程备注dDLladDSM273834184831.227

24、3 轴承盖由结构要求，轴承盖分为两种，一种是闷盖和通盖，闷盖需要四个，有两个尺寸大小和要求一样的，另两个也是各不一样的标准，通盖需要两个，尺寸大小不同。具体如下闷盖 通盖项目计算过程备注轴承盖DddDDeemDDb通盖526767827.2124148428通盖85891051259.6163781758闷盖526767827.2124148428闷盖626777927.2124058528闷盖626777927.2124058528闷盖85891051259.6163781758项目计算过程备注4 螺塞及封油垫由结构要求螺塞及封油垫尺寸如下表dDLlaDSDdHM201.5302815425

25、.42221222结构及位置要求如图5起吊装置a.：箱盖上的吊耳d=b=(1.52.5) =(1220)取 d=16；R=(1.01.2)d=(1619.2) 取R=18E=(0.81.0)d=(9.616) 取E=14 结构如图项目计算过程备注b箱座上的钓钩b=(1.82.5) =(14.420) 取b20B=C+C=16+20=36H=0.8B=0.836=28.8 h=0.5H=14.4 , r=0.2536=9结构及位置图如图所示项目计算过程备注6 键减速器结构中，有6处用到键，分别出现在V带轮与轴的联接键1齿轮1与高速轴联接键2齿轮2、3与中间轴的联接键3、4齿轮4与低速轴的联接键5

26、联轴器与低速轴的联接键6。此6处全部选用普通平键，代号GB1096-79键公称尺寸长度尺寸轴槽深度毂槽深度键66323.52.8键87454.03.3键108505.03.3键128635.03.3键149635.53.8键128635.03.37联轴器(机械零件设计手册580页) 由轴径与扭矩，决定选择刚性凸缘联轴器代号：Q/ZB121.2.2.00联轴器d/ddddDDDLlldQ/ZB121.2.20040137070160125801457020M12机械设计课程设计（东北大学）P137页机械设计师手册（机械设计出版社）（P358表246）项目计算过程备注具体结构图如图所示8油标尺的选

27、择（机械设计书P157）尺寸大小如下表ddddhabcDDM1641663512852622具体结构如图所示：项目计算过程备注9密封圈（设计书P157）密封圈有2个，轴径不同，结构尺寸如下表轴径DdBDdb25392473826640533975241610销的选择（设计书P140）销有两个，采用圆柱销GB117-86 A835其中a=1.0, d=8, c=1.6, l=35.项目计算过程备注名称代号尺寸选择下箱座厚度8上箱座厚度8下箱座部分处凸缘厚度B12上箱座部分处凸缘厚度b12地脚螺栓底脚厚度p20箱座上的肋厚m7箱盖上的肋厚m7中心距a+a313.5轴承旁联接螺栓直径dM16轴承旁联

28、接通孔直径d17.5轴承旁联接螺栓沉孔直径D32项目计算过程备注轴承旁凸台的凸缘尺寸（扳手空间）c24c20上下箱联接螺栓直径dM12上下箱联接螺栓通孔直径d13.5上下箱联接螺栓沉头座直径D26箱缘尺寸（扳手空间）c20c16地脚螺栓直径dM20地脚螺栓孔直径d25地脚螺栓沉头座直径D48底脚凸源尺寸（扳手空间）L32L30项目计算过程备注底脚螺栓数目n6轴承盖螺钉直径d6和8检查孔盖联接螺钉直径dM6圆柱定位销直径d8减速器中心高H190轴承旁凸台半径R20轴承端盖外径D82，92，125轴承旁联接螺栓距离SS=+箱体外壁至轴承座端面的距离K50轴承座孔长度K+58大齿轮顶圆与箱体内壁间距

29、离10齿轮端面与箱体内间距离8后 记 2007-2008学年第一期我们进行了这次机械设计课程设计。学期中我们零零散散地进行了一些设计数据的计算，但由于其他课程的冲突，我们未能计算整理出系统的、完整的数据。在学期末，我们终于有充足的时间进行数据的设计计算。并且进行了减速器的各个机构的数据处理，系统地完成了整合。下一阶段的任务便是数据的校核，我们组通过一丝不苟的校核后，元旦已经快到了，而我们的任务却是要画出一张减速器装配工作图，还有一本电子版设计计算说明书。所以我们决定放弃元旦的假期，完成课程设计。我们组通过同心协力的合作，在假期结束前，终于圆满完成了任务。 在我们欢欣鼓舞的时候，值得高兴的当然有

30、任务完成的喜悦，可更多的是我们要感谢韩旭东老师的热情指导，使我们在设计过程中避免了一些不必要的麻烦，和一些我们在初次设计中不可避免的误区，让我们的设计完成的更加顺利，使数据的处理和各个部件的设计数据的精确度达到更高的要求。特别是在设计之外鼓舞我们不要放弃，谢谢你，韩老师！ 在这里我们还要对自己表示一些祝福，在组长史寅及组员冯波，王冠强、王宏杰、王文斌、文波涛、赵志丹、王林的共同努力下，我们顺利地完成了设计，感谢彼此的鼓舞，感谢团结的力量！ 在2008年来临之际，我们给自己做了一份礼物，这份礼物足以成为我们学业的骄傲，且是难忘的奋斗时光。祝福大家新年快乐，与奥运一起激情澎湃！ 编者 2008年1月5号 - 54 -