機械設(shè)計課程設(shè)計一級減速器設(shè)計說明書

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課程設(shè)計

題目：系別：專業(yè)班級：學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：時間：

設(shè)計題目：帶式輸送機傳動裝置設(shè)計

一、傳動方案簡圖

二、已知條件：

1、帶式輸送機的有關(guān)原始數(shù)據(jù)：

減速器齒輪類型：斜齒圓柱齒輪；輸送帶工作拉力：F=4.5kN；運輸帶速度：v=0.82r/min；滾筒直徑：D=330mm.

2、滾筒效率：η=0.96（包括滾筒與軸承的效率損失）；3、工作狀況：使用期限8年，兩班制（每年按300天計算），單向運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速誤差不得超過±5%，載荷較平穩(wěn)；

4、制造條件及生產(chǎn)批量：一般機械廠制造，小批量生產(chǎn)；5、動力來源：電力，三相交流，電壓380／220V。

三、設(shè)計任務(wù)：

1、傳動方案的分析和擬定2、設(shè)計計算內(nèi)容

1)運動參數(shù)的計算，電動機的選擇；2)V帶傳動的設(shè)計計算；3)齒輪傳動的設(shè)計計算；4)鏈傳動的設(shè)計計算；

5)軸的設(shè)計與強度計算；6)滾動軸承的選擇與校核；7)鍵的選擇與強度校核；8)聯(lián)軸器的選擇。3、設(shè)計繪圖：

1）減速器裝配圖一張（A0或A1圖紙）；

2）零件工作圖2張（低速級齒輪、低速軸，A2或A3圖紙）；3）設(shè)計計算說明書1份（>6000字）；

四、主要參考書目

[1]李育錫.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2023.[2]濮良貴.機械設(shè)計（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2023.[3]成大仙.機械設(shè)計手冊（第5版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2023

目錄

一、傳動方案的擬定及說明4二、電機的選擇41、電動機類型和結(jié)構(gòu)型式42、電動機容量43、電動機額定功率Pm44、電動機的轉(zhuǎn)速45、計算傳動裝置的總傳動5三、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)51．各軸轉(zhuǎn)速52.各軸輸入功率為(kW)53.各軸輸入轉(zhuǎn)矩（N?m）5四、傳動件的設(shè)計計算61、設(shè)計帶傳動的主要參數(shù)62、齒輪傳動設(shè)計83、鏈傳動設(shè)計12五、聯(lián)軸器的設(shè)計13六、軸的設(shè)計計算121、高速軸的設(shè)計132、低速軸的設(shè)計16七、軸承的選擇及計算191、高速軸軸承的選擇及計算192、低速軸的軸承選取及計算20八、鍵連接的選擇及校核201、高速軸的鍵連接202、低速軸鍵的選取20九、鑄件減速器機體結(jié)構(gòu)尺寸計算表及附件的選擇201、鑄件減速器機體結(jié)構(gòu)尺寸計算表212、減速器附件的選擇22十、潤滑與密封221、潤滑222、密封22十一、設(shè)計小結(jié)22十二、

2）、軸Ⅱ的轉(zhuǎn)矩為T2?9550?P29550?4.434??356.56n2118.769550?P39550?4.04??812.25n347.59550?P49550?3.92??788.13n447.53）、軸Ⅲ的轉(zhuǎn)矩為T3?4）、卷筒軸的轉(zhuǎn)矩為T4?將各數(shù)據(jù)匯總?cè)缦卤?傳動參數(shù)的數(shù)據(jù)表軸Ⅰ軸Ⅱ軸Ⅲ卷筒軸

功率P∕kW轉(zhuǎn)矩T∕(N2m)轉(zhuǎn)速n(r∕min)4.664577.344.434356.564.04812.253.92788.13576118.7647.547.5四、傳動件的設(shè)計計算

1、設(shè)計帶傳動的主要參數(shù)

已知帶傳動的工作條件：兩班制工作，連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，稍有波動，所需傳遞的額定功率p=4.91kw小帶輪轉(zhuǎn)速n1?1440r/m大帶輪轉(zhuǎn)速n2?576r/m，傳動比i1?2.5。

設(shè)計內(nèi)容包括選擇帶的型號、確定基準(zhǔn)長度、根數(shù)、中心距、帶的材料、基準(zhǔn)直徑以及結(jié)構(gòu)尺寸、初拉力和壓軸力等等（由于之前已經(jīng)選擇了V帶傳動，所以帶的設(shè)計按V帶傳動設(shè)計方法進(jìn)行）1）、計算功率papa=KA?P?1.3?4.91kw?6.383kw

2)、選擇V帶型根據(jù)pa、n1由圖8-10《機械設(shè)計》p157選擇B型帶（d1=125—140mm）3）、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd并驗算帶速v

(1)、初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd，由（《機械設(shè)計》p155表8-6和p157表8-8，取小帶輪基準(zhǔn)直徑

dd1?125mm

（2）、驗算帶速vv???dd?n1160?1000???125?144060?1000m/s?9.42m/s

-6-

由于5m/s90°包角滿足條件（6）.計算帶的根數(shù)單根V帶所能傳達(dá)的功率

根據(jù)n1=1440r/min和dd1=125mm表8-4a用插值法求得p0=2.2kw

單根v帶的傳遞功率的增量Δp0

已知B型v帶，小帶輪轉(zhuǎn)速n1=1440r/min轉(zhuǎn)動比i=

n1=dd1/dd2=2.5n2-7-

查表8-4b得Δp0=0.46kw計算v帶的根數(shù)

查表8-5得包角修正系數(shù)k?=0.96,表8-2得帶長修正系數(shù)kL=0.92

pr=(p0+Δp0)3k?3kL=(2.2+0.46)30.9630.92=2.35KW

Z=

pc=6.383/2.35=2.72故取3根.Pr（7）、計算單根V帶的初拉力和最小值

F0min＝500*

(2.5?k?)pc+qVV=190.0N

ZVk?對于新安裝的V帶,初拉力為:1.5F0min=285N對于運轉(zhuǎn)后的V帶,初拉力為:1.3F0min=247N（8）．計算帶傳動的壓軸力FP

FP=2ZF0sin(?1/2)=754N

（9）.帶輪的設(shè)計結(jié)構(gòu)A.帶輪的材料為:HT200

B.V帶輪的結(jié)構(gòu)形式為:腹板式.C．結(jié)構(gòu)圖（略）

2、齒輪傳動設(shè)計

1）、選定齒輪的類型、精度等級、材料及齒數(shù)

(1)、按圖所示的傳動方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動。

(2)、帶式機為一般工作機器，速度不高，應(yīng)選用7級精度（GB10095—88）。(3)、材料選擇。由表10-1選擇小齒輪材料40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度280—320HBS,大齒輪材料為45（調(diào)質(zhì)），硬度為250—290HBS。二者硬度差為40HBS左右。

(4)、選小齒輪齒數(shù)z1?24，齒輪傳動比為i2=4.85，則大齒輪齒數(shù)

z2?4.85?24?116.4,，取z2?116。

2）、按齒面接觸疲乏強度設(shè)計，初步選定β＝15°。

由設(shè)計計算公式進(jìn)行計算，即3）、確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值(1)、試選載荷系數(shù)

進(jìn)行計算。

Kt?1.3

（2）、選取區(qū)域系數(shù)Zh=2.425

（3）、由圖10-26查得??1?0.76,??2?0.84,則?????1???2?1.60

-8-

(4)、計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。

T1?77.34N?m

(5)、由表10-7選取齒寬系數(shù)?d?1。(6)、由表10-6

1差得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa2

Pa；大齒輪的接觸疲乏(7)、由圖10-21d按齒面硬度差得小齒輪的接觸疲乏強度極限σHlim1=650M強度極限?Hlim2?580MPa。4）、計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。

N1?60nijLh?60?576?1?(2?8?300?8)?1.327?109

N11.327?10N2???2.74?108

4.854.85(1)、由圖10-19取接觸疲乏壽命系數(shù)KHN1?0.93,KHN2?1.01。(2)、計算接觸疲乏許用應(yīng)力。

取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1,則KHN1?lim1?0.93?650?605MPaSKHN2σlim2[?H]2??1.03?580?585.5MPaS[?H]1?95）、計算

(1)、試算小齒輪分度圓直徑代人[σH]中較小的值。

d1t>=45.4mm

(2)、計算圓周速度

v??d1tn160?1000???45.4?57660?1000?1.37m/s

6）、計算齒寬。

b??d?d1t?1?45.4?45.4mm

7）、計算齒寬與齒高之比。模數(shù)mt?d1t45.4??1.89mmz124齒高h(yuǎn)?2.25mt?2.25?1.89?4.2525mm

-9-

齒高比計算縱向重合度??

b45.4??10.68h4.2525??=0.318φdz1tanβ=2.05

8）、計算載荷系數(shù)。

根據(jù)v?1.37m/s，7級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)KV?1.04;斜齒輪，KHα=KFα=1.2。

由表10-2查得使用系數(shù)KA?1。

由表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承對稱布置時，KHβ?1.314。由

b?10.5，KHβ?1.422查圖10-13得KF??1.32，故載荷系數(shù)hK?KAKVKH?KH??1?1.04?1.2?1.314?1.64

9）、按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑

d1?d1t3K1.64?45.43?49.06mmKt1.310）、計算模數(shù)m。d49.06m?1??2.045mm

z12411）、按齒根彎曲疲乏校核公式對小齒輪進(jìn)行設(shè)計。

mn1?322KTYcos?YF1Ysa11??a??z12??F1?12)、確定公式內(nèi)的各計算值：

(1)、由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲乏強度極限σFE1?550MPa，大齒輪的彎曲疲乏極限

σFE2?390MPa。

(2)、由圖10-18取彎曲疲乏壽命系數(shù)KFN1?0.91，KFN2?0.95。13)、計算彎曲疲乏許用應(yīng)力。

取彎曲疲乏許用安全系數(shù)S=1.4，則KFN3σFE30.91?550??357.5MPaS1.4KFN4σFE40.95?390[σF]2???264.6MPaS1.4[σF]1?14）、計算載荷系數(shù)K。

-10-

15)、根據(jù)縱向重合度

??=1.704,從圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)

Y??0.85

16）、查取齒形系數(shù)。

由表10-5查得YFa1?2.6;5YFa2?2.17。717）、查取應(yīng)力校正系數(shù)。

YSa2?1.79。3由表10-5查得YSa1?1.5;818）、計算大、小齒輪的

YFaYSa并加以比較。[σ]YFa1YSa12.69?1.58??0.011712[σF]1357.5YFa2YSa22.177?1.793??0.014752[σF]2264.6大齒輪的數(shù)值大。18）、設(shè)計計算

32?2?1.65?77.34?10?0.85?cos15mn1?3?0.014752?1.4821?1.6?24對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲乏強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲乏強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲乏強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取彎曲疲乏強度算得的模數(shù)1.48mm，并就

近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值為m=2mm，按接觸強度算得的分度圓直徑d1?49.06mm，算出小齒輪齒數(shù)

z1?d1?cos?49.06?cos15???23.69，取z1?24mn2z2?4.85?24?116.4，取z2?116（1）、計算中心距a1?mn(z1?z2)2?(24?116)??145mm?2cos?2?cos15取a1=145mm（2）、確定螺旋角

mn(z1?z2)2a

2?(24?116)?arccos?15.1?2?145?1?arccos（3）、計算大小齒輪分度圓直徑:

Z1mn?50mm

cos15.1?Zmd2=2n??240mm

cos15.1d1=

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（4）、確定齒寬b2??ad1?1?50?50mm取B2?55mm，B1?50mm

3、鏈傳動設(shè)計

1）、選擇鏈輪齒數(shù)

取小鏈輪齒數(shù)z1=30,大鏈輪的齒數(shù)為z2=i?z2=2.5?30=75。2）、根據(jù)鏈的布置形式，分別由1個單排鏈構(gòu)成。

3）、確定計算功率

由文獻(xiàn)表9-6查得KA?1.0，由文獻(xiàn)圖9-13查得KZ?0.82，單排鏈。

P2??4.434KW

則單排鏈的計算功率為Pca?KAKZP2?1.0?0.82?4.434KW?3.636KW4）、選擇鏈條型號和節(jié)距

根據(jù)Pca?3.636KW及n2?118.76r9-1，鏈條節(jié)距為P?15.875mm5)、計算鏈條數(shù)和中心距

初選中心距a0?(30~50)P?(30~50)?15.875mm?476.25~793.75mm取a0?700mm

相應(yīng)的鏈長節(jié)數(shù)為LP0?2條節(jié)數(shù)LP?140節(jié)。

6)、計算鏈速v，確定潤滑方式

min，由文獻(xiàn)圖9-11選擇10A。由文獻(xiàn)表

a0Z1?Z2ZZP70030?30??(21)2?2???140.7取鏈p22?a015.8752v?nz1P118.76?30?15.875m??0.97m

ss600?1000600?1000由v?0.97m和鏈號10A，由文獻(xiàn)圖9-14可知采用滴油潤滑。

s7)、計算壓軸力FP有效圓周力為Fe?1000P3.636?1000?N?3748NV0.97鏈輪水平布置時的壓軸力系數(shù)KFP?1.15，則壓軸力為

FP?KFPFe?1.15?3748N?4310N

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五、聯(lián)軸器的設(shè)計

聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩Tca?KaT3，查課本表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取ka?1.3，則

Tca?KaT3?1.3?812250?1055925Nmm.

依照計算轉(zhuǎn)矩Tca應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊，選用TL10型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為2000N.m。半聯(lián)軸器的孔徑d=65mm，半聯(lián)軸器長度L=142mm，半聯(lián)軸器與軸協(xié)同的轂孔長度

L1?107mm

六、軸的設(shè)計計算與校核

選取軸的材料為45鋼調(diào)質(zhì)，查表15-1得許用應(yīng)力為[?-1]?60MPa。為了對軸進(jìn)行校核，先求作用在軸上的齒輪的嚙合力。高速級齒輪上的作用力為

Ft?2T12?77340??3094Nd150tan?ntan20?Fr?Ft?3094??1166N

cos?cos15.1?Fa?Fttan??3094?tan15.1??835N1、高速軸的設(shè)計與校核

(1)、初步確定軸的最小直徑。

按公式dmin?A03取A01?110。則

P初步計算軸的最小直徑。軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，ndmin1?A013P14.6645?110?3?22mmn1576-13-

又由于高速軸Ⅰ有兩個鍵槽，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度的減弱。故軸應(yīng)相應(yīng)地增大10%-15%?，F(xiàn)將軸增大10%。則增大后的最小軸徑d?min1?20?(1?0.1)?24.3mm，取為25mm。(2)、軸上各段直徑的初步確定。A段:d1=25由最小直徑算出。

B段：d2=32，根據(jù)氈圈油封標(biāo)準(zhǔn)。

C段：d3=35，與軸承（圓錐滾子軸承30207）協(xié)同，取軸承內(nèi)徑35mm。D段：d4=40，設(shè)計非定位軸肩高度h=2.5mm，高速軸內(nèi)徑40.E段：d5=50，高速軸齒輪分度圓直徑50.F段：d6=40，設(shè)計定位軸肩高度h=2.5mm。

G段：d7=35，與軸承（圓錐滾子軸承30207）協(xié)同。(3)、軸上各段所對應(yīng)的長度。A段長度為L1?50mm；B段長度為L2?58mm；C段長度為L3?17mm；D段長度為L4?8mm；E段長度為L5?55mm；F段長度為L6?8mm；G段長度為L7?17mm。

(4)、各軸段的倒角設(shè)計按表15-2（零件倒角C與圓角半徑R的推薦值）進(jìn)行設(shè)計。（5）按彎扭合成強度校核軸徑

畫出軸的受力圖、水平面的彎矩、垂直面內(nèi)的彎矩，并作出彎矩圖

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①作水平面內(nèi)的彎矩圖。支點反力為

FHA?FHB?Ft3094??1547N221-1截面處和2-2截面處的彎矩

MH1?1547?50N.mm?77350N.mmMH2?1547?26N.mm?40222N.mm②作垂直平面內(nèi)的彎矩圖，支點反力

FVA?FrFa*d?1166835?54???????357.55N22l200??2FVB?Fr?FVA?1161??357.55??803.45N

1-1截面左側(cè)彎矩為

MV1左?FVA?l?357.55?50?17877.5N.mm2l?803.45?50?40175.5N.mm21-1截面右側(cè)彎矩為

MV1右?FVB?2-2截面處的彎矩為

MV2?FVB?32?803.45?32?25710.4N.mm

③作合成彎矩圖

M?M2H?M2V

1-1截面

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M1左?M2V1左?M2H1?(?17877.5)2?(77350)2?63056N.mmM1右?M2-2截面

2V1右

?M2H1?(40175.5)?(77350)?87012N.mm22M2?M2V2?MH2?(25710)2?(40222)2?45246N.mm

④作轉(zhuǎn)矩圖T=77.34N.mm⑤求當(dāng)量彎矩

因減速器單向運轉(zhuǎn),修正系數(shù)?為0.6

Me1?MMe2?M21右2?(?T)2?(87012)2?(0.6?77340)2?92268N.mm

222?(?T)?(45246)?(0.6?77340)?82023N.mm2⑥確定危險截面及校核強度

截面1-1、2-2所受的轉(zhuǎn)矩一致，但彎矩Me1?Me2，并且軸上還有鍵槽，故1-1可能為危險截面。但由于d4?d3也應(yīng)當(dāng)對截面2-2校核1-1截面

?e1?Me19226892268???14MPa33W0.1?d40.1?402-2截面

?e2?Me28202382023???10MPaW0.1?d330.1?353由表15-1得許用彎曲應(yīng)力???1??60MPa，滿足?e????1?條件，故設(shè)計的軸有足夠的強度，并有一定裕量。

2、低速軸的設(shè)計

2T2?356560Ft?2??2971Nd2240tan?ntan20?Fr?Ft?2971??1120N?cos?cos15.1Fa?Fttan??2971?tan15.1??802N1)、初步確定軸的最小直徑。按公式dmin?A03P初步計算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取nA02?110。則

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dmin2?A023P24.434?110?3?36mmn2118.76又由于低速軸Ⅰ有兩個鍵槽，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度的減弱。故軸應(yīng)相應(yīng)地增大

10%-15%。現(xiàn)將軸增大10%。則增大后的最小軸徑為

d?min2?36?(1?0.1)?39.6mm，圓整為40mm。

低速軸的輪廓圖如上所示。2)、軸上各段直徑的初步確定。

A段：d1=40mm，與彈性柱銷聯(lián)軸器協(xié)同B段：d2=43mm，設(shè)定軸肩高h(yuǎn)=1.5mm。C段：d3=45,與軸承協(xié)同。

D段：d4=50mm，設(shè)定非軸肩高度為2.5mm。E段：d5=55mm，設(shè)定軸肩高為2.5mm。F段：d6=45mm,與軸承協(xié)同。3)、軸上各段所對應(yīng)的長度。A段長度為L1?68mm；B段長度為L2?61mm；C段長度為L3?30mm；D段長度為L4?48mm；E段長度為L5?10mm；F段長度為L6?17mm；

4)、各軸段的倒角設(shè)計按表15-2（零件倒角C與圓角半徑R的推薦值）進(jìn)行設(shè)計。5）按彎扭合成強度校核軸徑

畫出軸的受力圖、水平面的彎矩、垂直面內(nèi)的彎矩，并作出彎矩圖

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①作水平面內(nèi)的彎矩圖。支點反力為

FHA?FHB?Ft22971??1485.5N221-1截面處和2-2截面處的彎矩

MH1?1485.5?47N.mm?69818.5N.mmMH2?1485.5?32N.mm?47536N.mm②作垂直平面內(nèi)的彎矩圖，支點反力

FVA?FrFa*d?1120802?150.2????????19.58N22l22?94??FVB?Fr?FVA?1120???19.58??1140N

1-1截面左側(cè)彎矩為

MV1左?FVA?l??19.58?47??920N.mm22-2截面處的彎矩為

MV2?FVB?32?456.58?32?14610N.mm

③作合成彎矩圖

M?M2H?M2V

1-1截面

M1左?M2V1左?M2H1?(?920)2?(27354)2?27369N.mmM1右?M2-2截面

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2V1右?M2H1?(21459)?(27354)?34767N.mm22

M2?M2V2?MH2?(14610)2?(18624)2?23670N.mm

④作轉(zhuǎn)矩圖T=87420N.mm⑤求當(dāng)量彎矩

因減速器單向運轉(zhuǎn),修正系數(shù)?為0.6

Me1?MMe2?M21右22?(?T)2?(34767)2?(0.6?356560)2?376526N.mm

?(?T)2?(23670)2?(0.6?356560)2?362548N.mm

⑥確定危險截面及校核強度

截面1-1、2-2所受的轉(zhuǎn)矩一致，但彎矩Me1?Me2，并且軸上還有鍵槽，故1-1可能為危險截面。但由于d4?d3也應(yīng)當(dāng)對截面2-2校核1-1截面

?e1?Me1376526376526???14MPaW0.1?d430.1?4032-2截面

?e2?Me2362548362548???10MPa33W0.1?d30.1?35由表15-1得許用彎曲應(yīng)力???1??60MPa，滿足?e????1?條件，故設(shè)計的軸有足夠的強度，并有一定裕量。

七、軸承的選擇及計算

1、高速軸軸承的選擇及計算

1）、高速軸的軸承選取圓錐滾子軸承30207型Cr=31.5kN

2）、計算軸承的徑向載荷A處軸承徑向力Fr1?C處軸承徑向力Fr2?FNH12?FNV12?22532?20902?3073NFNH22?FNV22?13292?20892?3159N

所以在C處軸承易受破壞。3）、軸承的校驗

(1)、軸承的當(dāng)量載荷，因深溝球軸承只受徑向載荷，故P?fp?Fr2,查表13-6得載荷系數(shù)fp?1.2。

P?1.2?3159?3791N

(2)軸承的預(yù)計使用壽命為8年，即預(yù)計使用計算壽命L?h?16?300?8?38400h

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軸承應(yīng)有的基本額定動載荷值C?P?60nL?h106,其中??3，則

C?3791?360?576?38400?20570N?20.57kN?Cr

106(3)、驗算30207軸承的壽命

106Cr3106315003Lh?()??()?60268.7h?48000h

60nP60?5763791綜上所得30207軸承符合設(shè)計要求。

2、低速軸的軸承選取及計算

1）、低速軸的軸承選取圓錐滾子軸承30209型，Cr=31.5kN。2）、計