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机械设计基础课程设计

设计题目 《带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器设计》
内装1、 装配图 （ ）张
2、 零件图 （ ）张
3、设计计算说明书（ )份

姓名
学号
专业
年级
指导教师
成绩

柳州职业技术学院
课程设计

题目: 《带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器设计》

姓名
学号
专业
年级
指导教师
完成时间

柳州职业技术学院课程设计
任 务 书
系（部） 专业 班学生 学号
一、课程设计题目： 《带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器设计》
二、课程设计进行的日期: 年 月 日起至 年 月 日止
三、课程设计指导教师:
四、任务书的内容：
1、目的：
(1)通过课程设计培养正确的设计思想，掌握机械设计的基本方法，巩固、提高及综合运用本课程及先修课程的理论知识，结合生产实际知识，训练分析和解决一般工程实际问题的能力。
(2）进行工程设计的基本技能训练，培养和提高计算、绘图、运用设计资料、手册、图表、国家标准和规范以及使用经验数据、进行经验估算和处理数据的能力。
2、任务：
根据以下所给数据， 设计带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器。
原始数据：

1—电动机 2-V带传动 3—单级圆柱齿轮减速器 4-联轴器 5—卷筒 6—运输带
设计数据：（数据编号 .）
数据编号
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
运输带工作拉力F/N
1 200
1500
1 800
2 000
2 200
2 500
3000
3500
4000
运输带工作速度v/m·s-1
1。2
1.2
1。2
1.5
1.5
1.5
1.1
1。1
1。1
卷筒直经D/ mm
200
220
240
250
280
300
240
280
300
工作条件：
1、连续单向运转,载荷有轻微振动，室外工作，有粉尘；
2、运输带速度允许误差 ±5 ％；
3、两班制工作，3年大修,使用期10年。
批量及加工条件：
生产15台，中等规模机械厂,可加工7~8级精度齿轮。
要求:完成以下设计工作量：
1、减速器装配图1张；
2、零件工作图1~3张；
3、设计计算说明书1份。

五、设计进程
步骤
主要内容
学时比例
时间安排（业余)

1．设计准备工作
（1）熟悉任务书，明确设计的内容和要求；
（2）熟悉设计指导书、有关资料、图纸等；
（3）观看录像、实物、模型或进行减速器装拆实验等,了解减速器的结构特点与制造过程.

5%

周

2．总体设计
(1）确定传动方案；
（2)选择电动机；
（3）计算传动装置的总传动比,分配各级传动比；
（4）计算各轴的转速、功率和转矩。

10%

周

3．传动件的设计计算
（1）计算（带传动）齿轮传动的主要参数和几何尺寸；
（2）计算各传动件上的作用力。

5%

周

4．装配图草图的绘制
（1）确定减速器的结构方案；
（2）绘制装配图草图（草图纸），进行轴、轴上零件和轴承组合的结构设计；
（3）校核轴的强度、校核滚动轴承的寿命；
（4)绘制减速器箱体结构；
(5)绘制减速器附件。

40%

周

5．装配图的绘制
（1）画底线图，画剖面线；
(2）选择配合，标注尺寸；
（3）编写零件序号，列出明细栏；
(4）加深线条，整理图面；
（5）书写技术条件、减速器特性等。

25%

周

6．零件工作图的绘制
绘制齿轮类或轴类零件工作图；
(由指导老师定）

5％

周

7．编写设计计算说明书
（1)编写设计计算说明书，内容包括所有的计算,并附有必要的简图；
（2）说明书中最后应写出设计总结.一方面总结设计课题的完成情况，另一方面总结个人所设计的收获体会以及不足之处。

10%

周

带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器

设计计算说明书

目录
一、传动方案分析 1
二、选择电动机和计算传动装置的运动和动力参数 1
三、设计计算齿轮的主要工作参数和尺寸 3
四、低速轴系的结构设计
五、高速轴结构设计
六、滚动轴承、键、联轴器的选择计算
七、润滑与密封
八、设计小结
参考资料

一、传动方案分析
……
本设计采取……

二、选择电动机和计算传动装置的运动和动力参数

计算项目
计算内容
计算结果
1、选择电动机

2、计算传动装置各轴的运动和动力参数

(1) 依题意选择电动机为Y型全封闭笼型三相异步电动机
（2） 选择电动机的功率
由式(2。1）（2.2）得

∵
查表2。3,取
=0。96 =0。99 =0。97 =0.97
=0.98 =0。96
∴

查附表8.1取=5.5KW

（3）确定电动机轴转速
卷筒轴工作转速
∵
查表2。2得 iv带=2～4，i齿轮=3～5

∴i总=（2~4）(3~5）=6~20
∴电动机转速可选范围为
综合考虑电动机和传动装置的尺寸重量及带传动和减速器的传动比，取同步转速为1000r/min，查附表8.1得电动机型号为Y132 M2—6
Ped=5.5KW，n满=960r/min
合适
取i齿轮=4， 则
因为iv带<i齿轮 所以合适

（1）各轴转速
由式（2.8）和（2.10)得
Ⅰ轴
Ⅱ轴
卷筒轴
(2）各轴的输入功率
由式(2。11)~(2。13）得
Ⅰ轴
II轴
卷筒轴
（3）各轴输入转矩
由式（2.17)计算电动机轴的输入转矩Td

由式（2。14)~(2.16）得
I轴
II轴
卷筒轴
运动和动力参数的计算结果列于下表。

pd=4。2KW
ped=5.5KW

电动机型号为Y132 M2-6
Ped=5。5KW，n满=960r/min

各轴运动和动力参数
轴名
参数
电动机轴
I轴
II轴
卷筒轴
转速n(r/min）
960
286.57
71。7
71。7
输入功率P（KW)
4。2
4。03
3。87
3.72
输入转矩T（N.m）
41。78
134。36
516。1
495.6
传动比i
3。35
4
1
效率η
0。96
0.96
0。96

三、设计计算齿轮的主要工作参数和尺寸
1、选择齿轮材料及精度等级
小齿轮选用40Cr，调质，260HBS；大齿轮选用45钢，调质，220HBS；因是运输机用的齿轮，由①表7—10选用8级精度.
2、计算步骤如下

计算项目
计算内容
计算结果
1、按齿面接触疲劳强度设计

2、几何尺寸计算

3、按齿根弯曲疲劳强度校核

4、齿轮圆周速度
小齿轮齿数取z1=30，则大齿轮齿数为z2=i z1,由（二）已求得i=4,故有z2=120.实际传动比i0= z2/ z1=4，即传动比误差为0。
传动对称布置，由（1）表7-16取齿宽系数φd=1
由(二）已求得T1=134.36×103 N.mm
由①表7—11,取K=1。2
由①式（7-38）得，(ZN=1)
由①图7—23查得σHlim1=710MPa，σHlim2=560MPa，由①表7-15查得安全系数SH=1.25（取较高可靠度）.故

由①式7-34得

由表8.。3。1取标准模数m=3mm
d1=mz1=3×30=90mm d2=mz2=3×120=360mm
b=φdd1=1×90=90mm ,取b2=90mm，则b1=b2+5=95mm
a=m(z1+z2)/2=3×（30+120)/2=225mm
根据①）式7—36，如σF ≤［σF]，则校验合格。
由图7—24查得，σFlim1=590Mpa，σFlim2=410Mpa
由表7—15得SF=1。25（取较高可靠度)，

由表8.8。5查得，YF1=2。54，YF2=2.17，YS1=1.63，YS2=1。90
由①式7—36得
可见弯曲疲劳强度足够。
m/s
可知选8级精度合适
z1=30， z2=120

φd=1
T1=134。36×103 N。mm
K=1。2

[σH]1=568MPa
［σH]2=448MPa

m=3mm
d1=90mm，d2=360mm
b2=90mm，b1=95mm
a=225mm

［σF］1=472MPa
［σF］2=328MPa

σF1≤[σF]1
σF2≤［σF]2

v=1.35m/s

四、低速轴系的结构设计
1、根据轴的工作条件，选择材料及热处理方法，确定许用应力，由(二）(三）已算得从动齿轮转速n2=71。7r/min.齿轮分度圆直径d2=360mm.选用45号钢调质。查①表11－1得抗拉强度，查①表11－9得许用弯曲应力。
2、按扭转强度估算最小直径
由（二）知，P2=3。87kw,T2＝516.1N.m
查①表11－5取A=110,按①式（11－3)计算得:

考虑轴和联轴器用一个键联接，故将轴放大5％并取标准值，即取d=45mm。
3、轴的结构设计
（1）将轴设计成阶梯轴,按T=516.1N.m，从②查用TL8型弹性联轴器，孔径为45mm,长L=112mm,与轴头配合长度为84mm.取轴头直径为45mm，故靠近轴头的轴身直径为52mm,轴颈直径取55mm。轴两端选用6011型轴承,轴承宽度B=18mm，外径D=90mm。轴承由套筒和轴肩实现轴向定位，圆角r=1mm。取齿轮轴头直径为60mm，定位环高度h=5mm，其余圆角r=1。5mm，挡油盘外径取D=89mm.
(2)在（三）已经求得轮毂长为90mm,因此轴头长度为88mm，轴颈长度与轴承宽度相等为18mm,齿轮两端与箱体内壁间距离各取15mm，由于转速较低,故轴承用润滑脂，所以轴承端面与箱体内壁距离取10mm。这样可定出跨距为158mm.伸出箱体的轴段长度取44mm。为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上，应将头长度取短一些，故取轴头长度为75mm.
3、由于是单级齿轮减速器，因此齿轮布置在中央，轴承对称布置，齿轮与轴环、套筒实现轴向定位,以平键联接及选用过渡配合H7/n6实现周向固定。齿轮轴头有装配锥度,两端轴承分别以轴肩和套筒实现轴向定位，采用过盈配合k6实现周向固定。整个轴系以两端轴承盖实现轴向定位，联轴器以轴肩、平键和选用过渡配合H7/k6实现轴向定位和周向固定。
4、草图如下：

5、轴的强度校核：
计算项目
计算内容
计算结果
1、周向力
2、周向力

3、径向力

4、H面支座反力
5、V面支座反力
6、H面弯矩
7、V面弯矩
8、合成弯矩

9、当量弯矩

10、强度校核
已知T2=516.1N.m

RHA=RHB=Ft/2=2867.22/2=1433。61N
RVA=RVB=Fr/2=1043。58/2=521.79N
MHC=RHA×L/2=1433.61×0.58/2=113.26N﹒m
MVC=RVB×L/2=521。79×0.58/2=41.22N﹒m
在AB处为0，C处最大

取α＝0。59

由式11。43把齿轮轴头d=60代入得：

所以，轴径取60mm，强度足够

RHA= RHB 1433.61N
RVA=RVB＝521。79N
MHC=113。26N.m
MVC= 41。22N.m

强度足够
轴的受力图及弯矩图如下

五、高速轴的设计
由前面已求得：n1=286.57r/min d1=90mm，轮毂长95mm，P1=4.03KW
1、 选 用45钢，调质。按扭转强度估算最小直径，查①表11-5取A=110
按①式（11—3）计算得：

因轴头直径最小且有键、与带轮联接，故将轴放大0.5d，即d=27.88mm,按①11-3取整d=28mm。

2、 以低速轴和大小齿轮的分度圆直径，齿宽为基准，求出高速轴的尺寸已知d1=90，取齿轮两端轴身直径为70mm，轴颈直径为50mm,套筒直径为59mm，伸出箱体轴的直径为47mm，轴头直径 为40mm,大于dmin=28mm，所以合适已知轮毂长95mm，取齿轮两端轴身各长5mm，依题意由①10.1选用6010型深沟球轴承d=50mm，D=80mm,B=16mm，所以轴颈长度与轴承宽度相等为16，齿轮端面距箱体内壁12。5mm，轴承端面距箱体内壁12mm,这样可定出跨距为160mm，伸出箱体的轴身长44mm，轴头的配合长度由①P128 查得 L=2d0=2×40=80mm，则选用A型键12×70 GB1069-79轴承由轴承盖、套筒实现轴向定位，采用过盈配合K6实现周向固定，带轮用轴肩实现轴向定位用键以 配合H7/h6实现周向固定，草图见上图.

六、滚动轴承、键、联轴器的选择计算
1、 低速轴轴承
在（四）已选取6011型轴承。查②附表10。1得基本额定动载荷Cr=30.2KN。如下图所示，在（四）已经求得RHA= RHB=1433。61N
RVA= RVB=521。79N

轴承寿命校核计算如下：
计算项目
计算内容
计算结果
1、求当量动载荷P

2、轴承的寿命计算

3、
AB总支座反力
RA= RB=
由①式（10-6）得 当量动负荷P=fp（xFr＋YFa）
因轴承只受径向载荷,所以Fa=0
查①表10—12和10-11得 fp=1。5，x=1
∴P=fpxFr= fpx RA=1.5×1×1525。62=2288.42N

由①式(10-8）
查①表10-14得ft=1
因为是轴承，所以ε=3
∴
Lh′=5×365×24=43800h
∴Lh〉Lh′故预选的6011型轴承合适。

RA =RB =1525。62N

P=2288。42N

Lh=534734.5h

轴承类型6011合适

2、 低速轴键的选择
（1）依题意齿轮与轴选用A型普通平键联接。已知轴的直径d=60mm，查①表11-10得b=18mm，h=11mm。由于轴身长88mm，∴L=70mm，键的工作长度l=L－b=70－18=52mm。
查①表11-12,取［бP]=120Mpa，已知T=516.6N。m
键的强度计算由①式11—44得
бP=2T×103/(kld）=2×516.1×103/（0.4×11×52×60）=75.19Mpa
∴бP﹤［бP］,故选用18×70 GB1096-79 A型键合适。

（2）轴头与联轴器选用A型普通平键。
根据轴头直径d=45mm， 查①表11-10得 b=14mm，h=9mm
由于轴头长75mm，故取L=70mm
则l=L－b=70－14=56mm
查①表11—12得取[бP］=120Mpa,已知T=495。6N。m
由①式11—44得
бP=2T×103/(kld）=2×495.6×103/（0.4×9×56×45）=109.26Mpa
∴бP﹤［бP]，故选用14×70 GB1096—79 A型键合适.

3、 低速轴联轴器的选择
由前面已选用TL8型弹性套柱销联轴器
已知Td=41.78N.m, kA=1.5
TCA= kA。Td=1.5×41.78=62.67N。m
TCA﹥Td，故选用TL8型弹性套柱销联轴器合适。

七、润滑与密封
1、润滑选择
齿轮传动用油润滑，可选用全损耗系统用油L—AN32,滚动轴承用脂润滑，选用钙基润滑脂。
2、密封选择
为了避免油池中稀油溅入轴承，应在齿轮与轴承之间放置挡油盘，输入轴与输出轴的轴承端盖采用沟槽式密封槽和油沟式密封槽来密封，其中,伸出轴端的轴承端盖用油沟式密封槽来密封,箱体及附件用毡圈式密封件密封。

八、设计小结

……
本次设计……

参考资料:
① 孙宝宏 机械基础 化学工业出版社 北京 2002。5
② 陈立德 机械设计基础课程设计指导书 高等教育出版社 北京 2004.6

……