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機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 目錄
目 錄
機械設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書 2
1.1 選題的目的和意義 3
2確定傳動方案 4
3機械傳動裝置的總體設(shè)計 4
3.1 選擇電動機 4
3.1.1 選擇電動機類型 4
3.1.2 電動機容量的選擇 4
3.1.3 電動機轉(zhuǎn)速的選擇 5
3.2 傳動比的分配 6
3.3計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 6
3.3.1各軸的轉(zhuǎn)速： 6
3.3.2各軸的輸入功率： 7
3.3.3各軸的輸入轉(zhuǎn)矩： 7
3.3.4整理列表 7
4 V帶傳動的設(shè)計 8
4.1 V帶的基本參數(shù) 8
4.2 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計 11
5齒輪的設(shè)計 11
5.1齒輪傳動設(shè)計（1、2輪的設(shè)計） 11
5.1.1 齒輪的類型 11
5.1.2尺面接觸強度較合 12
5.1.3按輪齒彎曲強度設(shè)計計算 13
5.1.4 驗算齒面接觸強度 15
5.1.5驗算齒面彎曲強度 16
5.2 齒輪傳動設(shè)計（3、4齒輪的設(shè)計） 16
5.2.1 齒輪的類型 16
5.2.2按尺面接觸強度較合 17
5.2.3按輪齒彎曲強度設(shè)計計算 18
5.2.4 驗算齒面接觸強度 20
5.2.5驗算齒面彎曲強度 21
6軸的設(shè)計（中速軸） 21
6.1求作用在齒輪上的力 21
6.2選取材料 22
6.2.1軸最小直徑的確定 22
6.2.2根據(jù)軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長度 22
6.3鍵的選擇 22
6.4求兩軸所受的垂直支反力和水平支反力 23
6.4.1受力圖分析 23
6.4.2垂直支反力求解 24
6.4.3水平支反力求解 24
6.5剪力圖和彎矩圖 25
6.5.1垂直方向剪力圖 25
6.5.2垂直方向彎矩圖 25
6.5.3水平方向剪力圖 26
6.5.4水平方向彎矩圖 26
6.6扭矩圖 27
6.7剪力、彎矩總表： 28
6.8 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 28
7 高速軸和低速軸的設(shè)計 29
8減速器附件的選擇及簡要說明 29
8.1.檢查孔與檢查孔蓋 29
8.2.通氣器 29
8.3.油塞 29
8.4.油標(biāo) 30
8.5吊環(huán)螺釘?shù)倪x擇 30
8.6定位銷 30
8.7啟蓋螺釘 30
9減速器潤滑與密封 30
9.1 潤滑方式 30
9.1.1 齒輪潤滑方式 30
9.1.2 齒輪潤滑方式 30
9.2 潤滑方式 31
9.2.1齒輪潤滑油牌號及用量 31
9.2.2軸承潤滑油牌號及用量 31
9.3密封方式 31
10機座箱體結(jié)構(gòu)尺寸 31
10.1箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 31
11設(shè)計總結(jié) 34
12參考文獻 35
35
機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計
機械設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書
一、設(shè)計題目：
設(shè)計一用于帶式輸送機傳動用的二級斜齒圓柱齒輪展開式減速器
給定數(shù)據(jù)及使用要求：
1.F=5400KN ; V=0.8m/s ; D=400mm
2.二班制，載荷有輕微沖擊，單向連續(xù)運轉(zhuǎn)
4. 工作10年，三年一小修，五年一大修
5.運輸帶運動誤差允許值-5％~+5％
1.1 選題的目的和意義
減速器的類別、品種、型式很多，目前已制定為行（國）標(biāo)的減速器有40余種。減速器的類別是根據(jù)所采用的齒輪齒形、齒廓曲線劃分；減速器的品種是根據(jù)使用的需要而設(shè)計的不同結(jié)構(gòu)的減速器；減速器的型式是在基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上根據(jù)齒面硬度、傳動級數(shù)、出軸型式、裝配型式、安裝型式、聯(lián)接型式等因素而設(shè)計的不同特性的減速器。
與減速器聯(lián)接的工作機載荷狀態(tài)比較復(fù)雜，對減速器的影響很大，是減速器選用及計算的重要因素，減速器的載荷狀態(tài)即工作機（從動機）的載荷狀態(tài)，通常分為三類：
①—均勻載荷;
②—中等沖擊載荷;
③—強沖擊載荷。減速器是指原動機與工作機之間獨立封閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速并相應(yīng)地增大轉(zhuǎn)矩。此外，在某些場合，也有用作增速的裝置，并稱為增速器。
我們通過對減速器的研究與設(shè)計，我們能在另一個角度了解減速器的結(jié)構(gòu)、功能、用途和使用原理等，同時，我們也能將我們所學(xué)的知識應(yīng)用于實踐中。
在設(shè)計的過程中，我們能正確的理解所學(xué)的知識，而我們選擇減速器，也是因為對我們專業(yè)的學(xué)生來說，這是一個很典型的例子，能從中學(xué)到很多知識。
2確定傳動方案
①根據(jù)工作要求和工作環(huán)境，選擇展開式二級圓柱斜齒輪減速器傳動方案。此方案工作可靠、傳遞效率高、使用維護方便、環(huán)境適用性好，但齒輪相對軸承的位置不對稱，因此軸應(yīng)具有較大剛度。此外，總體寬度較大。
②為了保護電動機，其輸出端選用帶式傳動，這樣一旦減速器出現(xiàn)故障停機，皮帶可以打滑，保證電動機的安全。
3機械傳動裝置的總體設(shè)計
3.1 選擇電動機
3.1.1 選擇電動機類型
電動機是標(biāo)準(zhǔn)部件。因為工作環(huán)境清潔，運動載荷平穩(wěn)，所以選擇Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機。
3.1.2 電動機容量的選擇
1、工作機所需要的功率為：
其中：F=5.4KN ; V=0.8m/s ; D=400mm
得
2、電動機的輸出功率為
——電動機至滾筒軸的傳動裝置總效率。
取V帶傳動效率，齒輪傳動效率，效率從電動機到工作機輸送帶間的總效率為：
3、電動機所需功率為：
因有輕微震動 ，電動機額定功率只需略大于即可，，查《機械設(shè)計實踐與創(chuàng)新》表19-1選取電動機額定功率為5.5kw。
3.1.3 電動機轉(zhuǎn)速的選擇
滾筒軸工作轉(zhuǎn)速：
展開式減速器的傳動比為：
V帶的傳動比為：
得總推薦傳動比為：
所以電動機實際轉(zhuǎn)速的推薦值為：
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為750、1000、1500r/min、3000r/min。
綜合考慮傳動裝置機構(gòu)緊湊性和經(jīng)濟性，選用同步轉(zhuǎn)速1000r/min的電機。
型號為Y132M2-6，滿載轉(zhuǎn)速，功率5.5。
3.2 傳動比的分配
1、總傳動比為
2、分配傳動比
為使傳動裝置尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱、不發(fā)生干涉現(xiàn)象，現(xiàn)選V帶傳動比：；
則減速器的傳動比為：；
考慮兩級齒輪潤滑問題，兩級大齒輪應(yīng)該有相近的浸油深度。則兩級齒輪的高速級與低速級傳動比的值取為1.3，取
則：；
；
3.3計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)
3.3.1各軸的轉(zhuǎn)速：
1軸 ；
2軸 ；
3軸 ；
滾筒軸
3.3.2各軸的輸入功率：
1軸 ；
2軸 ；
3軸 ；
3.3.3各軸的輸入轉(zhuǎn)矩：
電機軸 ；
1軸 ；
2軸 ；
3軸 ；
3.3.4整理列表
軸名
功率
轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速
電機軸
5.35
53.22
960
1
5.14
127.83
348
2
4.88
436.9
106.67
3
4.64
1163
38.1
4 V帶傳動的設(shè)計
4.1 V帶的基本參數(shù)
1、確定計算功率：
已知：；；
查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-8得工況系數(shù)：；
則：
2、選取V帶型號：
根據(jù)、查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》圖13-15選用A型V帶
3、確定大、小帶輪的基準(zhǔn)直徑
（1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑：
；
（2）計算大帶輪基準(zhǔn)直徑：
；
圓整取，誤差小于5%，是允許的。
4、驗算帶速：
帶的速度合適。
5、確定V帶的基準(zhǔn)長度和傳動中心距：
中心距：
初選中心距
（2）基準(zhǔn)長度：
對于A型帶選用
（3）實際中心距：
6、驗算主動輪上的包角：
由
得
主動輪上的包角合適。
7、計算V帶的根數(shù)：
，查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-3 得：
；
（2），查表得：；
（3）由查表得，包角修正系數(shù)
（4）由，與V帶型號A型查表得：
綜上數(shù)據(jù)，得
取合適。
8、計算預(yù)緊力（初拉力）：
根據(jù)帶型A型查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-1得：
9、計算作用在軸上的壓軸力：
其中為小帶輪的包角。
10、V帶傳動的主要參數(shù)整理并列表：
帶型
帶輪基準(zhǔn)直徑(mm)
傳動比
基準(zhǔn)長度(mm)
A
2.5
1400
中心距（mm）
根數(shù)
初拉力(N)
壓軸力(N)
383.5
6
136.9
1603.5
4.2 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計
1、帶輪的材料：
采用鑄鐵帶輪（常用材料HT200）
2、帶輪的結(jié)構(gòu)形式：
V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與V帶的基準(zhǔn)直徑有關(guān)。小帶輪接電動機，較小，所以采用實心式結(jié)構(gòu)帶輪。
5齒輪的設(shè)計
5.1齒輪傳動設(shè)計（1、2齒輪的設(shè)計）
5.1.1 齒輪的類型
1、依照傳動方案，本設(shè)計選用二級展開式斜齒圓柱齒輪傳動。
2、運輸機為一般工作機器，運轉(zhuǎn)速度不高，查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-2，選用8級精度。
3、材料選擇：小齒輪材料為40Cr滲碳淬火，齒面硬度為 55HRC，接觸疲勞強度極限 ，
彎曲疲勞強度極限；大齒輪材料為45鋼
表面淬火，齒面硬度為55HRC,接觸疲勞強度極限,
彎曲疲勞強度極限。
查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-5，取，。查表11-4，取區(qū)域系數(shù)，彈性系數(shù)（鍛鋼-鍛鋼）。
有===1200MPa
===1140MPa
===576MPa
===560MPa
4、螺旋角：8°<β<20°,初選β=15°
5、齒數(shù)：初選小齒輪齒數(shù)：；
大齒輪齒數(shù)：
5.1.2尺面接觸強度較合
1、
（1）取載荷
（2）
（3）， ，
2、計算模數(shù)
，查表取
3、,取整b=30mm
4、計算齒輪圓周速度
5.1.3按輪齒彎曲強度設(shè)計計算
因為所選材料硬大度于350HBS,所以為硬齒面。
1、法向模數(shù)
2、查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-3，得載荷系數(shù)k=1.3
3、查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-6，得齒寬系數(shù)
4、小齒輪上的轉(zhuǎn)矩
5、齒形系數(shù)
查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》圖11-8得：，
查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》圖11-9得：，
因為和比較
所以對小齒輪進行彎曲強度計算。
6、法向模數(shù)
，取
7、中心距
圓整為120mm。
8、確定螺旋角：
9、確定齒輪的分度圓直徑：
10、齒輪寬度：
圓整為32 mm
圓整后?。?。
11、重合度確定
，查表得
所以
=
12、齒輪尺寸表：
將幾何尺寸匯于表：
序號
名稱
符號
計算公式及參數(shù)選擇
1
端面模數(shù)
2
螺旋角
3
分度圓直徑
4
齒頂高
5
齒根高
6
全齒高
7
頂隙
8
齒頂圓直徑
9
齒根圓直徑
10
中心距
120
5.1.4 驗算齒面接觸強度
可知是安全的
校核安全。
5.1.5驗算齒面彎曲強度
校核安全
5.2 齒輪傳動設(shè)計（3、4齒輪的設(shè)計）
5.2.1 齒輪的類型
1、材料選擇：小齒輪材料為40Cr滲碳淬火，齒面硬度為 55HRC， 接觸疲勞強度極限，
彎曲疲勞強度極限；大齒輪材料為45鋼
表面淬火，齒面硬度為55HRC,接觸疲勞強度極限,
彎曲疲勞強度極限。
查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-5，取，。查表11-4，取區(qū)域系數(shù)，彈性系數(shù)（鍛鋼-鍛鋼）。
有===1200MPa
===1140MPa
===576MPa
===560MPa
2、螺旋角：8°<β<20°,初選β=15°
3、齒數(shù)：初選小齒輪齒數(shù)：；
大齒輪齒數(shù)：，取。
i2=62/22=2.82
故實際傳動比偏差：5%
5.2.2按尺面接觸強度較合
1、
（1）、取載荷
（2）、
（3）、， ，
2、計算模數(shù)
，取標(biāo)準(zhǔn)值3.5
3、計算齒輪圓周速度
5.2.3按輪齒彎曲強度設(shè)計計算
因為所選材料硬大度于350HBS,所以為硬齒面。
1、法向模數(shù)
2、查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-3，得載荷系數(shù)k=1.3
3、查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-6，得齒寬系數(shù)
4、小齒輪上的轉(zhuǎn)矩
5、齒形系數(shù)
查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》圖11-8得：，
查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》圖11-9得：，
因為和
比較
所以對小齒輪進行彎曲強度計算。
6、法向模數(shù)
就近圓整取
由于按照齒根彎曲疲勞極限算得的模數(shù)小于接觸疲勞極限算得的模數(shù)，故可取按照按照齒根彎曲疲勞極限算得的模數(shù)同時根據(jù)接觸疲勞極限算得的最小分度圓直徑調(diào)整齒輪齒數(shù)：
，取25，則
7、中心距
圓整為148mm。
8、確定螺旋角：
9、確定齒輪的分度圓直徑：
10、齒輪寬度：
圓整為48mm
圓整后??；。
11、重合度確定
，查表得
所以
=
12、齒輪尺寸表格：
將幾何尺寸匯于表：
序號
名稱
符號
計算公式及參數(shù)選擇
1
端面模數(shù)
2
螺旋角
15.67°
3
分度圓直徑
4
齒頂高
5
齒根高
3.7
6
全齒高
7
頂隙
8
齒頂圓直徑
9
齒根圓直徑
10
中心距
11
重合度
2.92
5.2.4 驗算齒面接觸強度
可知是安全的
校核安全
5.2.5驗算齒面彎曲強度
查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》圖11-8得：，
查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》圖11-9得：，
6軸的設(shè)計（中間軸）
6.1求作用在齒輪上的力
因為高速軸的小齒輪與中速軸的大齒輪相嚙合，故兩齒輪所受的、、都是作用力與反作用力的關(guān)系，則大齒輪上所受的力為
輪圓周力：
齒輪勁向力：
齒輪軸向力：
同理中速軸小齒輪上的三個力分別為：
6.2選取材料
可選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表
6.2.1軸最小直徑的確定
根據(jù)表，取得
考慮到軸上有兩個鍵所直徑增加4%~5%,最小軸徑在軸承處但此處無鍵槽，故取最小直徑40mm，且出現(xiàn)在軸承處。
6.2.2根據(jù)軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長度
初選圓錐滾子軸承30208型號,GB/T 297—1994：
6.3鍵的選擇
（1）采用圓頭普通平鍵A型（GB/T 1096—1979）連接，大齒輪處鍵的尺寸，小齒輪處鍵的尺寸為 ，。齒輪與軸的配合為，滾動軸承與軸的周向定位是過渡配合保證的，此外選軸的直徑尺寸公差為。
（2）鍵的較合
6.4求兩軸所受的垂直支反力和水平支反力
6.4.1受力圖分析
將軸系部件受到的空間力系分解到鉛垂面和水平面上兩個平面力系。
總受力圖：
鉛垂方向受力圖:
水平方向受力圖:
6.4.2垂直支反力求解
對左端點O點取矩
依鉛垂方向受力圖可知
6.4.3水平支反力求解
同理6.4.2解得
6.5剪力圖和彎矩圖
6.5.1垂直方向剪力圖
6.5.2垂直方向彎矩圖
段彎矩：
段彎矩：
段彎矩：
可作彎矩圖：
6.5.3水平方向剪力圖
6.5.4水平方向彎矩圖
段彎矩：
段彎矩：
段彎矩：
6.6扭矩圖
在段上：
在段上：
在段上
6.7剪力、彎矩總表：
載荷
水平面
垂直面
支持力
；
=1766.73N
彎矩
總彎矩
扭矩
在段上：
在段上：
在段上:
6.8 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度
由圖分析可矢小輪面為危險面，對小輪面較合進行校核時，根據(jù)計算式及上表的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計算應(yīng)力
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表可得，，故安全
7 高速軸和低速軸的設(shè)計
高速軸和低速軸的設(shè)計與中間軸設(shè)計計算同理：故
，取28mm
，結(jié)合聯(lián)軸器尺寸規(guī)格取60mm
其他相關(guān)尺寸與中間軸設(shè)計同理，此處不再一一描述。
8減速器附件的選擇及簡要說明
8.1.檢查孔與檢查孔蓋
二級減速器總的中心距，則檢查孔寬,長，檢查孔蓋寬,長．螺栓孔定位尺寸：寬，，圓角,孔徑,孔數(shù)，孔蓋厚度為,材料為Q235．
8.2.通氣器
可選為．
8.3.油塞
為了換油及清洗箱體時排出油污，在箱體底部最低位置設(shè)置一個排油孔，排油孔用油塞及封油圈堵住．在本次設(shè)計中，可選為，封油圈材料為耐油橡膠，油塞材料為Q235
8.4.油標(biāo)
選用帶螺紋的游標(biāo)尺，可選為．
8.5吊環(huán)螺釘?shù)倪x擇
可選雙螺釘起吊，其螺紋規(guī)格為．
8.6定位銷
為保證箱體軸承座孔的鏜制和裝配精度，在箱體分箱面凸緣長度方向兩側(cè)各安裝一個圓錐定位銷，其直徑可?。?長度應(yīng)大于分箱面凸緣的總長度．
8.7啟蓋螺釘
啟蓋螺釘上的螺紋段要高出凸緣厚度，螺紋段端部做成圓柱形．
9減速器潤滑與密封
9.1 潤滑方式
9.1.1 齒輪潤滑方式
齒輪，應(yīng)采用噴油潤滑，但考慮成本及需要選用浸油潤滑。
9.1.2 齒輪潤滑方式
軸承采用潤滑脂潤滑
9.2 潤滑方式
9.2.1齒輪潤滑油牌號及用量
齒輪潤滑選用150號機械油（GB 443－1989），最低－最高油面距(大齒輪)10～20mm，需油量為1.5L左右
9.2.2軸承潤滑油牌號及用量
軸承潤滑選用ZL－3型潤滑脂（GB 7324－1987）用油量為軸承間隙的1/3～1/2為宜
9.3密封方式
1.箱座與箱蓋凸緣接合面的密封
選用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法。
2.觀察孔和油孔等出接合面的密封
在觀察孔或螺塞與機體之間加石棉橡膠紙、墊片進行密封
3.軸承孔的密封
悶蓋和透蓋用作密封與之對應(yīng)的軸承外部
軸的外延端與透端蓋的間隙，由于，故選用半粗羊毛氈加以密封。
4.軸承靠近機體內(nèi)壁處用擋油環(huán)加以密封，防止?jié)櫥瓦M入軸承內(nèi)部。
10機座箱體結(jié)構(gòu)尺寸
10.1箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計
在本次設(shè)計中箱體材料選擇鑄鐵HT200即可滿足設(shè)計要求
代號
名稱
設(shè)計計算
結(jié)果
箱座壁厚
箱蓋壁厚
箱座加強肋厚
箱蓋加強肋厚
箱座分箱面凸緣厚
箱蓋分箱面凸緣厚
箱座底凸緣厚
地腳螺栓
=
軸承旁螺栓
聯(lián)結(jié)分箱面的螺栓
軸承蓋螺釘
檢查孔螺釘
定位銷直徑
地腳螺栓數(shù)目
時，
、、至外箱壁距離
由推薦用值確定
、至凸緣壁距離
由推薦用值確定
軸承旁凸臺半徑
由推薦用值確定
軸承座孔外端面至箱外壁的距離
軸承座孔外的直徑
軸承孔直徑
軸承螺栓的凸臺高
箱座的深度
，為浸入油池內(nèi)的最大旋轉(zhuǎn)零件的外圓半徑
11設(shè)計總結(jié)
本設(shè)計是根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，設(shè)計一個展開式二級圓柱減速器。首先確定了工作方案，并對帶傳動、齒輪傳動﹑軸﹑箱體等主要零件進行了設(shè)計。零件的每一個尺寸都是按照設(shè)計的要求嚴(yán)格設(shè)計的，并采用了合理的布局，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。
通過減速器的設(shè)計，使我對機械設(shè)計的方法、步驟有了較深的認識。熟悉了齒輪、帶輪、軸等多種常用零件的設(shè)計、校核方法；掌握了如何選用標(biāo)準(zhǔn)件，如何查閱和使用手冊，如何繪制零件圖、裝配圖；以及設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)零部件的要點、方法。進一步鞏固了以前所學(xué)的專業(yè)知識，真正做到了學(xué)有所用﹑學(xué)以致用，將理論與實際結(jié)合起來，也是對所學(xué)知識的一次大檢驗，使我真正明白了，搞設(shè)計不是憑空想象，而是很具體的。每一個環(huán)節(jié)都需要嚴(yán)密的分析和強大的理論做基礎(chǔ)。另外，設(shè)計不是單方面的，而是各方面知識綜合的結(jié)果。
從整個設(shè)計的過程來看，存在著一定的不足。像軸的強度校核應(yīng)更具體全面些，盡管如此收獲還是很大。相信這次設(shè)計對我以后從事類似的工作有很大的幫助，同時也為畢業(yè)設(shè)計打下了良好的基礎(chǔ)。諸多不足之處，懇請老師批評指正。
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