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機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計計算說明書
一、傳動方案擬定………………………………………....…….... ….. .2
二、原始數(shù)據(jù)………………………….…………….…………………..2
三、確定電動機(jī)的型號…………….……………….………..……….. .2
四、確定傳動裝置得總傳動比及分配……………………………….. .3
五、傳動零件設(shè)計計算………………………….……………………. .4
1、V帶………………………………………………………... .4
2、齒輪………………………………………………………….6
3、減速箱箱體…………………………………………...….. ..11
4、軸及滾動軸承設(shè)計計算……………………………........ ..12
六、鍵聯(lián)接得選擇和強(qiáng)度校核…………………………….……. ….. .16
七、滾動軸承設(shè)計選擇和計算…………………………….……….. . .17
八、減速器密封和潤滑的設(shè)計……………………………………. . …18
九、聯(lián)軸器的設(shè)計計算……………………….……………………. …18
設(shè)計題目：V帶——單級圓柱減速器
設(shè)計者：xxx
學(xué) 號：200xxxxxx106
指導(dǎo)教師：xxx
2010年7月12日
帶式運輸機(jī)一級齒輪減速器設(shè)計
一、帶式運輸機(jī)傳動圖如下：
二、原始數(shù)據(jù)
1．輸送帶工作拉力：F=2300N ；
2．輸送帶工作速度：V=1.5m/s ；
3．滾筒直徑：D=450mm ；
4．滾筒效率：（不包含軸承）；
5．采用斜齒圓柱齒輪傳動；
6．允許輸送帶速度誤差為±5%；
7．工作情況：兩班制，連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，載荷性質(zhì)為輕微沖擊；
8．使用折舊期10年；
9．動力來源：電力，三相交流，電壓380V；
10．制造條件及生產(chǎn)批量：一般機(jī)械廠制造，小批量生產(chǎn)。
三、確定電動機(jī)的型號
(1) 選擇電動機(jī)類型： 選用Y系列三相異步電動機(jī)
(2) 選擇電動機(jī)功率
運輸機(jī)主軸上所需要的功率：
P=FV/1000=2300×1.5/1000=3.45KW
傳動裝置的總效率：
，，，，， 分別是：V帶傳動，齒輪傳動（閉式，精度等級為7），滾動軸承（圓錐滾子軸承一對），聯(lián)軸器（彈性聯(lián)軸器），滾筒軸承效率，運輸帶的效率。查《課程設(shè)計》表2-3，
?。?
所以：
電動機(jī)所需功率：Pd=KPw/η=1×3.45/0.8588=4.017kW 式中，取載荷系數(shù) ＝1
電動機(jī)的額定功率
（3）選擇電動機(jī)的轉(zhuǎn)速
滾筒的轉(zhuǎn)速： n筒=60×1000V/πD=60×1000×1.50/π×450r/min=63.7r/min
電動機(jī)的合理同步轉(zhuǎn)速： 取V帶傳動比范圍(表2-2)＝2～4；單級齒輪減速器傳動比＝3～6.則總傳動比合理時范圍為=6~24。故電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為n=（6~24）×63.7r/min=382.2～1528.7r/min
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有1000和1500r/min。
根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關(guān)手冊查出有三種適用的電動機(jī)型號：因此有三種傳動比方案：如指導(dǎo)書P15頁第一表。綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比，選n=1500r/min?
確定電動機(jī)型號：
根據(jù)以上選用的電動機(jī)類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動機(jī)型號為Y132S-4。
查表16-1得 電動機(jī)得型號和主要數(shù)據(jù)如下（同步轉(zhuǎn)速符合）
電動機(jī)型號
額定功率(kW)
同步轉(zhuǎn)速(r/min)
滿載轉(zhuǎn)速nm
(r/min)
堵載轉(zhuǎn)矩
額定轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
額定轉(zhuǎn)矩
Y132S-4
4
1500
1440
2.2
2.3
四、確定傳動裝置總傳動比及分配
傳動裝置總傳動比 ： i =nm/n=1440/63.7=22.61
分配各級傳動比
初取齒輪
∵
∴
（1）計算各軸的輸入功率
電動機(jī)軸： P=Pd=4kW
軸Ⅰ（減速器高速軸
軸Ⅱ（減速器低速軸）
（2） 計算各軸得轉(zhuǎn)速
電動機(jī)軸 nI =nm=1440 r/min
軸Ⅰ
軸Ⅱ
（3）計算各軸得轉(zhuǎn)矩
電動機(jī)軸
軸Ⅰ
軸Ⅱ
上述數(shù)據(jù)制表如下：
參數(shù)
軸名
輸入功率
（）
轉(zhuǎn)速
（）
輸入轉(zhuǎn)矩
（）
傳動比
效率
電動機(jī)軸
4
1440
26.53
3.9
0.96
軸Ⅰ（減速器高速軸）
3.84
369
99.38
5.9
0.99
軸Ⅱ（減速器低速軸）
3.73
63
565.42
五、傳動零件得設(shè)計計算
1. 普通V帶傳動得設(shè)計計算
① 確定計算功率
則： ，式中工作情況系數(shù)取＝1.2
② 根據(jù)計算功率與小帶輪的轉(zhuǎn)速，查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》圖10-10，選擇A型V帶。
③ 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑
取小帶輪直徑，大帶輪的直徑
根據(jù)國標(biāo)：GB/T 13575.1-1992 取大帶輪的直徑
④ 驗證帶速 ,在之間。故帶的速度合適。
⑤確定V帶的基準(zhǔn)直徑和傳動中心距
初選傳動中心距范圍為：，取
V帶的基準(zhǔn)長度：
查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表10-2，選取帶的基準(zhǔn)直徑長度
實際中心距：
⑥ 驗算主動輪的最小包角
故主動輪上的包角合適。
⑦ 計算V帶的根數(shù)z
由，，
查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表10-5，得，由，查表10-6，得，
查表10-7，得，查表10-2，得
， 取根。
⑧ 計算V帶的合適初拉力
查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表10-1，取
得
⑨ 計算作用在軸上的載荷
⑩ 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計
（單位）mm
帶輪
尺寸
小帶輪
大帶輪
槽型
A
A
基準(zhǔn)寬度
11
11
基準(zhǔn)線上槽深
2.75
2.75
基準(zhǔn)線下槽深
8.7
8.7
槽間距
150.3
150.3
槽邊距
9
9
輪緣厚
6
6
外徑
內(nèi)徑
30
30
帶輪寬度
帶輪結(jié)構(gòu)
實心式
輪輻式
V帶輪采用鑄鐵HT150或HT200制造，其允許的最大圓周速度為25m/s.
2.齒輪傳動設(shè)計計算
（1）擇齒輪類型，材料，精度，及參數(shù)
① 選用斜齒圓柱齒輪傳動（外嚙合）
② 選擇齒輪材料；小齒輪材料都取為45號鋼，調(diào)質(zhì)， （考慮到齒輪使用壽命較長 (GB699-1988)；大齒輪材料取為：ZG310-570,調(diào)質(zhì)，
③選取齒輪為7級的精度（GB 10095－1998）
④ 初選螺旋角
⑤ 選小齒輪的齒數(shù)；大齒輪的齒數(shù)
（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計
1選初選載荷系數(shù)Kt=1.6
2計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
3 選取齒寬系數(shù)
4有表10—6查得材料的彈性影響系數(shù)，由圖10—30選取區(qū)域系數(shù)。
5按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限：大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
6 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
7 接觸疲勞壽命系數(shù)
8 計算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1.則
9 計算小齒輪分度圓直徑
查表的
=55.43mm
10 計算圓周速度
11 計算齒寬b及模數(shù)
12 計算重合度
13 計算載荷系數(shù)k
已知使用系數(shù)，根據(jù)v=1.1m/s，7級精度，查得動載系數(shù)=1.07；=1.42，=1.32，。
14 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑
15 計算模數(shù)
（3）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計
1 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；彎曲疲勞壽命系數(shù)
2 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，
3計算載荷系數(shù)
4 根據(jù)縱向重合度=1.348，查得螺旋角影響系數(shù)
5 計算當(dāng)量齒數(shù)
6 查取齒形系數(shù)
7 查取應(yīng)力校正系數(shù)
8 計算大、小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值大
9 設(shè)計計算：
對比計算結(jié)果，由于齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的法面模數(shù)大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的法面模數(shù)，取=2.5，以滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑=58.28來計算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由
取，則，取
（4）幾何尺寸計算
1 計算中心距
圓整后后中心距為205mm
2 按圓整后的中心距修正螺旋角
因改變不多，故參數(shù)、、等不必修正。
3 計算大、小齒輪的分度圓直徑
4 計算齒輪寬度
mm
圓整后取
② 齒輪傳動的幾何尺寸，制表如下：(詳細(xì)見零件圖)
名稱
代號
計算公式
結(jié)果
小齒輪
大齒輪
中心距
205mm
傳動比
5.9
法面模數(shù)
設(shè)計和校核得出
2.5
端面模數(shù)
2.58
法面壓力角
略
螺旋角
一般為
全齒高
4.5mm
齒數(shù)
Z
略
23
136
分度圓直徑
查表7-6
59.3mm
350.9mm
齒頂圓直徑
略
63.3mm
354.9mm
齒根圓直徑
df
查表7-6
54.3mm
345.9mm
齒輪寬
b
查表7-6
65mm
60mm
螺旋角方向
查表7-6
左旋
右旋
3、減速器鑄造箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計：
查《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》表11-1及結(jié)果列于下表：
名稱
符號
尺寸大小
結(jié)果(mm)
機(jī)座壁厚
一級
二級
8
機(jī)蓋壁厚
一級
二級
8
機(jī)座凸圓厚度
12
機(jī)蓋凸圓厚度
12
機(jī)座底凸圓厚度
20
地腳螺釘直徑
0.036a+12
20
地腳螺釘數(shù)目
n
4
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑
15
機(jī)蓋與機(jī)座聯(lián)接螺栓直徑
10
聯(lián)接螺栓的間距
150~200
150
軸承端蓋螺釘直徑
10
窺視孔蓋螺釘直徑
8
定位銷直徑
8
至外箱壁距離
略
至凸緣邊緣距離
略
軸承旁凸臺半徑
凸臺高度
略
外箱壁至軸承座端面距離
鑄造過度尺寸
略
大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁間距
10
齒輪端面與內(nèi)箱壁距離
10
箱蓋、箱座肋厚
6.8,6.8
軸承端蓋外徑
軸承旁聯(lián)接螺栓距離
4、軸的設(shè)計計算
1、輸入軸的設(shè)計
求作用在齒輪上的力：
因已知小齒輪的分度圓直徑為：
而
(1)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑
選用45號鋼調(diào)質(zhì)，硬度217~255HBS軸的輸入功率為，轉(zhuǎn)速為r/min
取A=112，于是得：
(2)確定軸各段直徑和長度
1從大帶輪開始右起第一段，由于帶輪與軸通過鍵聯(lián)接，則軸應(yīng)該增加5%，取D1=Φ30mm，又帶輪的寬度 。則第一段長度取
2右起第二段直徑取D2=Φ38mm根據(jù)軸承端蓋的裝拆以及對軸承添加潤滑脂的要求和箱體的厚度，取端蓋的外端面與帶輪的左端面間的距離為30mm，則取第二段的長度L2=70mm
3右起第三段，該段裝有滾動軸承，選用深溝球軸承，則軸承有徑向力，而軸向力為零，選用6208型軸承，其尺寸為d×D×B=40×80×18，那么該段的直徑為D3=Φ40mm，長度為L3=18mm
4右起第四段，為滾動軸承的定位軸肩,其直徑應(yīng)小于滾動軸承的內(nèi)圈外徑，取D4=Φ48mm，長度取L4= 10mm
5右起第五段，該段為齒輪軸段，由于齒輪的齒頂圓直徑為Φ63.3mm，分度圓直徑為Φ59.3mm，齒輪的寬度為65mm，則，此段的直徑為D5=Φ44mm，長度為L5=63mm
6右起第六段，為滾動軸承的定位軸肩,其直徑應(yīng)小于滾動軸承的內(nèi)圈外徑，取D6=48mm長度取L6= 10mm
7右起第七段，該段為滾動軸承安裝出處，取軸徑為D7=Φ40mm，長度L7=18mm
（3）求齒輪上作用力的大小、方向
1小齒輪分度圓直徑：d1=59.3mm
2作用在齒輪上的轉(zhuǎn)矩為：T1 =99382N·mm
3求圓周力：Ft
4求徑向力Fr
（4）軸長支反力
根據(jù)軸承支反力的作用點以及軸承和齒輪在軸上的安裝位置，建立力學(xué)模型。水平面的支反力：
垂直面的支反力：由于選用深溝球軸承則Fa=0
那么
（5）畫彎矩圖
第四段剖面C處的彎矩：
面的彎矩：
面的彎矩：
彎矩：
（7）畫轉(zhuǎn)矩圖： T= Ft×d1/2=99.39N·m
（8）畫當(dāng)量彎矩圖
因為是單向回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)，α=0.6
可得右起第四段剖面C處的當(dāng)量彎矩：
（9）判斷危險截面并驗算強(qiáng)度
1右起第四段剖面C處當(dāng)量彎矩最大，而其直徑與相鄰段相差不大，所以剖面C為危險截面。
已知由《設(shè)計基礎(chǔ)》表13-1有:
［σ-1］=60Mpa 則：
2右起第一段D處雖僅受轉(zhuǎn)矩但其直徑較小，故該面也為危險截面：
所以確定的尺寸是安全的.
2、 輸出軸的設(shè)計計算
（1）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑
選用45號鋼調(diào)質(zhì)，硬度217~255HBS
軸的輸入功率為=3.73Kw，轉(zhuǎn)速為=63 r/min
據(jù)《設(shè)計基礎(chǔ)》P205（13-2）式，并查表13-2，取
d≥
(2)確定軸各段直徑和長度
1從聯(lián)軸器開始右起第一段，由于聯(lián)軸器與軸通過鍵聯(lián)接，則軸應(yīng)該增加5%，取Φ45mm，根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5014—2003，選用LX3型彈性柱銷聯(lián)軸器，半聯(lián)軸器長度為L=84mm,軸段長L1=82mm
2右起第二段，考慮聯(lián)軸器的軸向定位要求，該段的直徑取Φ52mm,根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器左端面的距離為30mm，故取該段長為L2=74mm
3 右起第三段，該段裝有滾動軸承，選用深溝球軸承，則軸承有徑向力，而軸向力為零，選用6211型軸承，其尺寸為d×D×B=55×100×21，那么該段的直徑為Φ55mm，長度為L3=36
4右起第四段，該段裝有齒輪，并且齒輪與軸用鍵聯(lián)接，直徑要增加5%，大齒輪的分度圓直徑為350.9mm，則第四段的直徑取Φ60mm,齒輪寬為b=60mm，為了保證定位的可靠性，取軸段長度為L4=58mm
5右起第五段，考慮齒輪的軸向定位,定位軸肩，取軸肩的直徑為D5=Φ66mm ,長度為L5=10mm
6右起第六段，考慮定位軸肩，取軸肩直徑為D6=61mm，長度為L6=5mm.
7右起第七段，該段為滾動軸承安裝出處，取軸徑為D7=Φ55mm，長度L7=21mm
(3)求齒輪上作用力的大小、方向
1大齒輪分度圓直徑： =350.9mm
2作用在齒輪上的轉(zhuǎn)矩為： T2 =5.65×105N·mm
3求圓周力：Ft
Ft=2T2/d2=2×5.65×105/350.9=3220.29N
4求徑向力Fr
Fr=Ft·tanα=3220.29×N=813.66N
（4）軸長支反力
根據(jù)軸承支反力的作用點以及軸承和齒輪在軸上的安裝位置，建立力學(xué)模型。
水平面的支反力：
垂直面的支反力：由于選用深溝球軸承則Fa=0
那么
（5）畫彎矩圖
右起第四段剖面C處的彎矩：
水平面的彎矩：
垂直面的彎矩：
合成彎矩：
（6）畫轉(zhuǎn)矩圖： T= Ft×d2/2×1000=565 N·m
（7）畫當(dāng)量彎矩圖
因為是單向回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)，α=0.6
可得右起第四段剖面C處的當(dāng)量彎矩：
（8）判斷危險截面并驗算強(qiáng)度
1右起第四段剖面C處當(dāng)量彎矩最大，而其直徑與相鄰段相差不大，所以剖面C為危險截面。
已知 ,由《設(shè)計基礎(chǔ)》表13-1有:
［σ-1］=60Mpa 則：
2右起第一段D處雖僅受轉(zhuǎn)矩但其直徑較小，故該面也為危險截面：
所以確定的尺寸是安全的 。
六、鍵聯(lián)接設(shè)計
1．輸入軸與大帶輪聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接
此段軸徑d1=30mm,L1=65mm，查手冊得選用C型平鍵，得：A鍵 8×7 GB1096-79 L=L1-b=65-8=57mm，=26.53N·m ，h=7mm。根據(jù)σp =4 ·T/(d·h·L)式得
σp =4 ·T/(d·h·L)
=4×26.53×1000/（30×7×57）
=8.87Mpa < [σR] (110Mpa)
2．輸入軸與齒輪1聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接軸徑d2=44mm L2=63mm =99.38Nm，查手冊P53選A型平鍵，得B鍵12×8 GB1096-79。L=L2-b=63-12=51mm，h=8mm。
σp =4 ·/（d·h·l）
=4×99.38×1000/（44×8×51）
= 22.143Mpa < [σp] (110Mpa)
3．輸出軸與齒輪2聯(lián)接用平鍵聯(lián)接，軸徑d3=60mm，L3=58mm，=565.42N·m。查手冊P53選用A型平鍵，得B鍵18×11 GB1096-79 ，L=L3-b=60-18=42mm， h=11mm得
σp =4·/（d·h·l）
=4×565.42×1000/（60×11×42）
=81.59Mpa < [σp] (110Mpa)
4．輸出軸與聯(lián)軸器聯(lián)接用平鍵聯(lián)接，d4 =45mm，L4=82mm，=565.42N·m。查手冊P53選用A型平鍵，得B鍵12×8，12×8 GB1096-79 ，L=L4-b=82-12=70mm，h=8mm.
σp =4 ·/（d·h·l）
=4×565.42×1000/（45×8×70）
= 89.749Mpa < [σp] (110Mpa)
七、滾動軸承設(shè)計根據(jù)條件：
軸承預(yù)計壽命10×360×8×2=57600小時
1.輸入軸的軸承設(shè)計計算
（1）初步計算當(dāng)量動載荷P
因該軸承在此工作條件下只受到Fr徑向力作用，所以P=Fr=1258N
（2）求軸承應(yīng)有的徑向基本額定載荷值,由于是球軸承=3
（3）選擇軸承型號
查《設(shè)計手冊》表6-1，選擇6208軸承 Cr=29.5KN由式11-3有
∴預(yù)期壽命足夠
∴此軸承合格
2.輸出軸的軸承設(shè)計計算
（1）初步計算當(dāng)量動載荷P
因該軸承在此工作條件下只受到Fr徑向力作用，所以P=Fr=813.66N
（2）求軸承應(yīng)有的徑向基本額定載荷值,球軸承=3
（3）選擇軸承型號
查設(shè)計基礎(chǔ)表11-5，選擇6211軸承 Cr=43.2KN由設(shè)計基礎(chǔ)式11-3有
∴預(yù)期壽命足夠
∴此軸承合格
八、密封和潤滑的設(shè)計
1．密封
由于選用的電動機(jī)為低速，常溫，常壓的電動機(jī)則可以選用毛氈密封。毛氈密封是在殼體圈內(nèi)填以毛氈圈以堵塞泄漏間隙，達(dá)到密封的目的。毛氈具有天然彈性，呈松孔海綿狀，可儲存潤滑油和遮擋灰塵。軸旋轉(zhuǎn)時，毛氈又可以將潤滑油自行刮下反復(fù)自行潤滑。
2．潤滑
（1）對于齒輪來說，由于傳動件的的圓周速度v< 12m/s,采用浸油潤滑，因此機(jī)體內(nèi)需要有足夠的潤滑油，用以潤滑和散熱。同時為了避免油攪動時泛起沉渣，齒頂?shù)接统氐酌娴木嚯xH不應(yīng)小于30~50mm。對于單級減速器，浸油深度為一個齒全高，這樣就可以決定所需油量，單級傳動,每傳遞1KW需油量V0=0.35~0.7m3。
（2）對于滾動軸承來說，由于傳動件的速度不高，且難以經(jīng)常供油，所以選用潤滑脂潤滑。這樣不僅密封簡單，不宜流失，同時也能形成將滑動表面完全分開的一層薄膜。
九、聯(lián)軸器的設(shè)計
（1）類型選擇
由于兩軸相對位移很小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，且結(jié)構(gòu)簡單，對緩沖要求不高，故選用彈性柱銷聯(lián)軸器。
（2）載荷計算
計算轉(zhuǎn)矩TC=KA×TⅡ=1.3×565.42=735.05N·m，其中KA為工況系數(shù)，由設(shè)計基礎(chǔ)表14-1得KA=1.3
（3）型號選擇
根據(jù)TC，軸徑d，軸的轉(zhuǎn)速n， 查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5014—2003，選用LX2型彈性柱銷聯(lián)，其額定轉(zhuǎn)矩[T]=1250Nm, 許用轉(zhuǎn)速[n]=6300r/min ,故符合要求。
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