机械设计基础课程设计

武汉理工大学网络继续教育学院

机械设计基础课程设计

_______   北京学习中心         函授站（学习中心）

       机械     专业  07  级（春、秋）层次 秋  

指导教师       吴会斌             

学生姓名       王金波            

武汉理工大学网络继续教育学院

年   月   日

 

前言……………………………………………………………………..................2

传动系统的参数设计…………………………………………………..................3

带传动的设计计算……………………………………………………..................4

齿轮的设计计算………………………………………………………..................5

轴的设计计算…………………………………………………………..................6

主动轴的设计计算……………………………………………………..................6

从动轴的设计计算……………………………………………………..................8

键的设计计算……………………………………………………..........................9

主动轴外伸端处键的校核………………………………………..........................9

从动轴外伸端处键的校核……………………………………….........................10

轴承的选择与验算……………………………………………….........................11

主动轴承的选择与验算………………………………………….........................11

从动轴承的选择与验算………………………………………….........................12

联轴器的选择与验算…………………………………………….........................12

箱体、箱盖主要尺寸计算………………………………………….....................12

齿轮和滚动轴承润滑与密封方式的选择……………………….........................13

减速器附件的设计……………………………………………….........................13

结束语…………………………………………………………….........................14

前    言

   (—)课程设计的目的

    机械设计基础课程设计是学生学习《机械技术》（上、下）课程后进行的一项综合训练，其主要目的是通过课程设计使学生巩固、加深在机械技术课程中所学到的知识，提高学生综合运用这些知识去分析和解决问题的能力。同时学习机械设计的一般方法，了解和掌握常用机械零部件、机械传动装置或简单机械的设计方法与步骤，为今后学习专业技术知识打下必要的基础。

    (二)传动方案的分析    

    机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。

    本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。

    带传动承载能力较低．在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。

    齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之—。本设计采用的是单级直齿轮传动(说明直齿轮传动的优缺点)。

说明减速器的结构特点、材料选择和应用场合(如本设计中减速器的箱体

采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成)。

设计说明书 

一、传动系统的参数设计

 已知输送带的有效拉力Fw＝1800N，输送带的速度Vw=1.31m/s,滚筒直径D=250mm。连续工作，有轻微振动、单向运转。

 选择合适的电动机；2)计算传动装置的总传动比，分配各级传动比；3)计算传动装置的运动参数和动力参数。

 解：1、选择电动机

 选择电动机类型：按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。

 选择电动机容量    

工作机所需功率： 

电动机输出功率： 

其中η为电动机至滚筒、主动轴传动装置的总效率，包括V带传动效率ηb、一对齿轮传动效率 

ηg、两对滚动轴承效率ηr2、联轴器效率ηc、及传动滚筒效率ηw值

计算如下：η=ηb ·ηg ·ηr 2·ηcηw=0.8674

 由《机械设计课程设计》表8—2(63页)查得各效率值，ηb=0.96，ηg=0.97，ηr=0.99，ηc=0.99，ηw=0.96，代入公式计算出效率及电机输出功率。使电动机的额定功率Pm＝(1～1.3)Po，由《机械设计课程设计》表17—1Y(153页)查得电动机的额定功率Pm=5.5kW。

(3)选择电动机的转速

计算滚筒的转速：  

计算时取100  r/min

 根据表3—1确定传动比的范围：取V带传动比ib＝2～4，单级齿轮传动比ig＝3～5，则总传动比的范围：i＝(2X3)～(4X5)＝6～20。

电动机的转速范围为n´=i·nw(6~20)·nw=592.94~1909.8

在这个范围内电动机的同步转速有1000r／min和1500r／min，综合考虑电动机和传动装置的情况，同时也要降低电动机的重量和成本，最终可确定同步转速为1000，根据同步转速确定电动机的型号为Y132M2-6，满载转速960。（《机械设计课程设计》153页）

型号	额定功率	满载转速	同步转速
Ｙ１３２Ｍ２－６	５．５	９６０	1000

  2、计算总传动比并分配各级传动比

 计算总传动比：i=nm／nW=960/100.13=9.59，  在8~14范围内

 分配各级传动比：为使带传动尺寸不至过大，满足ib3、计算传动装置的运动和动力参数

  (1)各轴的转速：n1=nm/ib 11=n1/ig w=n11

(2)各轴的功率：P1=Pm·ηb 11=P1·ηr·ηg  w=P11·ηr·ηc

(3)各轴的转矩：T0=9550Pm/nm     T1=9550P1/n1    T11=9550P11/n11   Tw=9550Pw/nw

最后将计算结果填入下表：

参数	轴名
	电机轴	I轴		II轴		滚筒轴
转速n(r/min)	nm=960	n1=384		n11=96		nw=96
功率P(kW)	Pm=5.5	P1=5.28		P11=5.08		Pw=4.99
转矩T(N·m)	T0=54.71	T1=131.31		T11=505.67		Tw=496.5
传动比i	ib=2.5		ig=4.02		1
效率η	ηb=0.96		nb·ηr=0.96		ηr·ηc=0.98

三、带传动的设计计算

已知带传动选用Y系列异步电动机，其额定功率Pm=5.5kW，主动轮转速nw=960r/min,从动轮的转速n1=384r/min,ib=2.5。两班制工作，有轻度冲击。

计算项目	计算内容	计算结果
1确定设计功率 2选V带型号 3确定带轮直径 4验算带速 5确定带的基准长度 6验算小带轮包角 7计算带的根数 8计算初拉力 9计算对轴的压力 ⑩带轮结构设计绘工作图	查《机械设计基础》表8—7（175页），取KA=1．2，故     Pd=KAP=1．2 × 11=6.60kW 根据Pd和n1查《机械设计基础》图8—8（176页 ），选B型普通V带 由《机械设计基础》表8—4（171页），取小带轮基准直径ddl=125mm 传动比 2.5 大带轮基准直径dd2=i×dd1= 2.5×125=312.5mm 圆整da2=315mm 验算  5m/s〈v〈25m/s，符合要求      由0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)初定中心距a0＝700mm带的基准长度为 传动中心距     Ld0=  =2×700+(125+315)+ =2104mm查表《机械设计基础》表8—3（167页），取Ld=2240mm 实际中心距     a=a0+700+ =768mm 180°-57.3°×165.8° 165.8°〉120°，合适 下面计算V带根数  z= 由ddl=125mm，n1=960r／min，查表《机械设计基础》表8—5（173页）， P1=1.kW   查表《机械设计基础》表8—8（177页），B型带，由i=2.5，得 P1==0.29kW 查表《机械设计基础》表8—10（179页） K=0.96 由Ld=2240mm，查表查表《机械设计基础》表8—11（179页），得KL=1.00 则Z= 取z＝4根     查表《机械设计基础》表8—2（167页），B型带，q=0．17kg／m; 计算初拉力 =500×=217.44N 计算作用在带轮轴上的压力 Ｑ=2zF0sin2×4×217.44×sin＝1726.18N	Pd=6.60kw B型 dd1=125mm dd2=315mm v=6．28m／s 合适 Ld=2240mm a=768mm 165.8° 合适 z=4 F0=217.44N Q=1726.18N

四、齿轮的设计计算

已知传递的名义功率P1＝5.28，小齿轮转速n436.36，传动比ig＝4.05连续单向运转，传动尺寸无严格；电动机驱动。

计算项目	计算内容	计算结果
1.选精度等级、材料及齿数 2.按齿面接触强度设计 3传动尺寸计算	1）精度等级选用8级精度； 2）试选小齿轮齿数z1＝24，大齿轮齿数z2＝96的； 因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算 按式（10—21）试算，即 dt≥ 按式 查表35-12得Ka=1 初估速度=4 由图35-30b查得Kv=1.1，取=0 由式=[1.88-3.2（+ ）]cos=1.713 取=1 由图35-31得, =1.46；由图35-32得,=1.05 所以Kt=1.3 dt61.4mm v= =3.08m/s 因与初估圆周速度相差较大，故应修正载荷系数及小齿轮直径 由图35-30b得Kv=1.03, 算得  K=1.276，  d1=59.5mm =147.6，取150mm =2.48mm, 取m=2.5mm d1= =60mm；  d2=ud1=240mm b=  取b1=70mm，b2=60mm 3）结构设计 以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。	Z1=24 Z2=96

五、轴的设计计算

(一)主动轴的设计计算

已知传递的功率为P1=5.28kW，主动轴的转速为n1=384r/min，小齿轮分度圆直径d1=60mm，

啮合角d=20o，轮毂宽度B小齿轮＝700mm，工作时为单向转动。

解：1、选择轴的材料、热处理方式，确定许用应力(按教材表39—1、39—8)

轴名	材料	热处理	硬度	抗拉强度	许用弯曲应力
主动轴	45号钢	调制	217~255	650MPa	60MPa

2、画出轴的结构示意图：

3、计算轴各段直径

计算项目	计    算    内    容	计算结果
1、计算d1 2、计算d2 3、计算d3： 4、计算d4 5、计算d5	由教材表39-7得：A=118～106，取A=118(取较大值) d1"27.14,轴上有一个键槽，故轴径增大５％  d1’= d1”×（1+5%）＝28.50    按138页圆整d1=30    d2’= d1+2a= d1+2×(0．07-0．1)×d1=34.2-36，因d2必须符合轴承密封元件的要求，取d2=35。(191页)    d3’= d2＋（1～5）mm＝36-40，d3必须与轴承的内径一致，圆整d3=40。所选轴承型号为6208，B＝18，D＝80，G＝22.8，C0r=15.8    d4’=d3+(1-5)mm=41-45，为装配方便而加大直径，应 圆整为标准直径；一般取0,2,5,8为尾数。取d4=45    d5=d3=40，同一轴上的轴承选用同一型号，以便于 轴承座孔镗制和减少轴承类型。	d1=30mm d2=35mm d3=40mm d4=45mm d5=40mm

4、计算轴各段长度

计算项目	计    算    内    容	计算结果
1、计算L1 2、计算L2 3、计算L3 4、计算L4 5、计算L5	B带轮=(Z一1)e+2f=，e、f值查教材表34-8 L1’=(1.5～2)d1，按138页取L1=58 L2=l1+e+m=50 e=1.2d3，其中d3为螺钉直径，查表5—1(23页) m=L-Δ3-B轴承小 =6+C1+C2+(3～8)-Δ3小一B轴承小=20 式中6、Cl、C2查表5—1。l1、Δ3小查表6—8(75页， 按凸缘式端盖查l1),若mL3=B轴承小+Δ2小+Δ3小，Δ2小查表6—8(75页) <10—15，故小齿轮做成齿轮轴，L4＝B小齿轮 L5=L3	L1=58 L2=50 L3=40 L4=70 L5=40

5、校核轴的强度

计算项目	计    算    内    容	计算结果
	1．求轴上的载荷 Mm=316767N.mm T=925200N.mm 6. 弯扭校合

6、画出轴的工作图，标出具体尺寸和公差

(二)从动轴的设计计算

    已知传递的功率为P11=5.08，从动轴的转速为n11=96，大齿轮分度圆直径d2=240

啮合角α=20°轮毂宽度B大齿轮＝600mm，工作时为单向转动。

   解：1、选择轴的材料、热处理方式，确定许用应力(按教材表39—1、39—8)

轴名	材料	热处理	硬度	抗拉强度	许用弯曲应力[]
从动轴	45号钢	正火	170-217	600MPa	55MPa

画出轴的结构示意图

计算轴各段直径

计算项目	计    算    内    容	计算结果
1、计算d1， 2、计算d2 3、计算d3 4、计算d4 5、计算d5 6、计‘算d6	由教材表39-7得：A=118～106，取A=115  (取较大值)  d1",轴上有一个键槽，故轴径增大5％ d1’=d1”×（1+5%）＝45，为使所选轴径与联轴器的孔径 相适应，故需同时选取联轴器。查184页，相配合的联 轴器选  HL4  型弹性柱销联轴器，轴径相应圆整为d1’， 半联轴器长l=112。    d2’=d1+2a1=d1十2×(0.07-0.1)×d1=36.48-38.4，因d2必须符 合轴承密封元件的要求，取d2=55。(191页)    d3’=d2+(1～5)mm=41-45，d3必须与轴承的内径一致，圆 整d3=。所选轴承型号为6212，B=22，D=110，Cr=36.8，Cor=27.8    d4’=d3+(1～5)mm=，为装配方便而加大直径，应圆 整为标准直径：一般取0,2,5,8为尾数。取d4=62    d5’=d4+2a4=d4+2×(0.07-0.1)×d4，d5=75(取整)    d6=d3=60，同一轴上的轴承选用同一型号，以便于轴 承座孔镗制和减少轴承类犁。	d1=45 d2=55 d3=60 d4=62 d5=75 d6=60

计算项目	计    算    内    容	计算结果
1、计算L1  2、计算L2  3、计算13  4、计算L4  5、计算L5  6，计算L6	半联轴器的长度l=112，为保证轴端挡圈只压在半 联轴器上，而不压在轴的端面上，故第1段的长度应 比l略短一些，按138页取L1=82    L2=l1+e+m=50 e=1.2d3，其中d3为螺钉直径，查表5—1(23页) m=L-Δ3-B轴承小 =6+C1+C2+(3～8)-Δ3小一B轴承小=20 式中6、Cl、C2查表5—1。l1、Δ3小查表6—8(75页， 按凸缘式端盖查l1),若mL3=B轴承大+Δ2大+Δ3大，Δ2大，Δ2大＝Δ2小＋=54（公式中Ｂ为齿轮宽度）       L4=B大齿轮一2＝60    L5=b=1.4a4=12取整)    L6= B轴承大+Δ2大+Δ3大－L5=31	L1=82 L2=50 L3=54 L4=58 L5=22 L6=45

5、校核轴的强度

计算项目	计    算    内    容	计算结果
	2．求轴上的载荷 Mm=316767N.mm T=925200N.mm 6. 弯扭校合

6、画出轴的工作图，标出具体尺寸和公差(例图) 略

计算注意事项：1、主动轴与从动轴的e应相等，2、主、从动轴m+Δ3+B螈应相等

(一)主动轴外伸端处键的校核

    已知轴与带轮采用键联接，传递的转矩为T1＝131，轴径为d1=30，轴长L1=58

带轮材料为铸铁，轴和键的材料为45号钢，有轻微冲击

六、键的选择与验算

计算项目	计    算    内    容	计算结果
1)键的类型    及其尺寸    选择 2)验算挤压    强度 3)确定键槽尺 寸及相应的公 差	带轮传动要求带轮与轴的对中性好，故选择A型 平键联接。 根据轴径d=30，由表10-33(165页)，查得：键宽 b=8，键高h=7，因轴长L1=58，故取键长L=50 将I=L—b，k=0.4h代入公式得挤压应力为    53.82Mpa 由教材表33—3查得，轻微冲击时的许用挤压应 力[]50—60MPa，<[]，故挤压强度足够。  (以为例)由附表10-33(165页)得， 轴槽宽为20N9-0520，轴槽深t=7．5mm，r6对应的 极限偏差为：。毂槽宽为20Js9±0.026，毂槽深 h=4.9 mm。H7对应的极限偏差为0.030	键b×h  键长L=50 =53.58 <[] 强度足够

4)绘制键槽工作图

　　　　　　　

    (二)从动轴外伸端处键的校核

   已知轴与联轴器采用键联接，传递的转矩为T11=505轴径为d1=45，宽度L1=82。联轴器、轴和键的材料皆为钢，有轻微冲击

计算项目	计    算    内    容	计算结果
1)键的类型    及其尺寸    选择 2)验算挤压    强度 3)确定键槽尺 寸及相应的公 差	带轮传动要求带轮与轴的对中性好，故选择A型 平键联接。 根据轴径d=45，由表10-33(165页)，查得：键宽 b=12，键高h=8，因轴长L1=82，故取键长L=70 将I=L—b，k=0.4h代入公式得挤压应力为    52.41Mpa 由教材表33—3查得，轻微冲击时的许用挤压应 力[]50—60MPa，<[]，故挤压强度足够。  (以为例)由附表10-33(165页)得， 轴槽宽为20N9-0520，轴槽深t=7．5mm，r6对应的 极限偏差为：。毂槽宽为20Js9±0.026，毂槽深 h=4.9 mm。H7对应的极限偏差为0.030	键b×h  键长L=70 =52.41 <[] 强度足够

  

  (三)从动轴齿轮处键的校核

   已知轴与齿轮采用键联接，传递的转矩为T11=505，轴径为d1=52，宽度L4=58。

齿轮、轴和键的材料皆为钢，有轻微冲击

计算项目	计    算    内    容	计算结果
1)键的类型    及其尺寸    选择 2)验算挤压    强度 3)确定键槽尺 寸及相应的公 差	带轮传动要求带轮与轴的对中性好，故选择A型 平键联接。 根据轴径d=30，由表10-33(165页)，查得：键宽 b=14，键高h=9，因轴长L1=60，故取键长L=45 将I=L—b，k=0.4h代入公式得挤压应力为    59.17Mpa 由教材表33—3查得，轻微冲击时的许用挤压应 力[]50—60MPa，<[]，故挤压强度足够。  (以为例)由附表10-33(165页)得， 轴槽宽为20N9-0520，轴槽深t=7．5mm，r6对应的 极限偏差为：。毂槽宽为20Js9±0.026，毂槽深 h=4.9 mm。H7对应的极限偏差为0.030	键b×h  键长L=45 =59.17 <[] 强度足够

注意：从动轴的许用挤压应力[]：100—120Mpa。键的工作图都需要画出。

七、轴承的选择与验算

(一)主动轴承的选择与验算

已知轴颈直径d3=40，n1=384  Rva=1192  Rvb=1192

，运转过程中有轻微冲击

计算项目	计算内容	计算结果
1、确定轴承的基本参数  2、计算当量动负荷P  3、计算基本额定寿命	由轴承型号查课程设计附表得轴承的基本参数  P=RvA、RⅧ中较大者  因球轴承，故c=3，查教材表38-10，取fd=1，  查教材表38-11，取gT=1  代入计算得：Lh=  故所选轴承合适。(可查表或按大修期确定)	P=1.2 Lh>， 合适

  (二)从动轴承的选择与验算

 已知轴颈直径d3=60，n11=96，RvA=3063，Rw=3063，运转过程中有轻微冲击

计算项目	计算内容	计算结果
1、确定轴承的基本参数  2、计算当量动负荷P  3、计算基本额定寿命	由轴承型号查课程设计附表得轴承的基本参数  P二RvA、RⅧ中较大者  因球轴承，故c二3，查教材表38-10，取fd=1，  查教材表38-11，取gT=1  代入计算得：Lh=  故所选轴承合适。(可查表或按大修期确定)	P=1.2 Lh>， 合适

注意：如寿命过大，则重选轴承型号，取轻或特轻系列

八、联轴器的选择与验算

   已知联轴器用在减速器的输出端，从动轴转速nh=96，传递的功率为P11=5.08　　传递的转矩为T"=505    ，轴径为d1=45

计算项目	计算内容	计算结果
1、类犁选择  2、计算转矩  3、型号选择	为减轻减速器输出端的冲击和振动，选择弹性柱 销联轴器，代号为HL。 由教材表43-l，选择工作情况系数K=1.25 Tc=K·TⅡ=631.96 按计算转矩、轴径、转速，从标准中选取HL3型 弹性柱销联轴器，采用短圆柱形轴孔。 公称转矩：Tn=630>Tc 许用转速：n1=1000>n11 主动端：了型轴孔、A型键槽、轴径d1=，半联轴 器长度L：	HL弹性柱销联轴 器 Tc=631.96

联轴器的选择结果

型  号	轴孔直径	轴孔长度	公称转矩	许用转速
HL4	45	112	1250	4000

九、箱体、箱盖主要尺寸计算

箱体采用水平剖分式结构，采用HT200灰铸铁铸造而成。箱体主要尺寸计算如下：

名称	符号	尺寸
箱体厚度	具体内容参照23页表5-1	8mm

十、齿轮和滚动轴承润滑与密封方式的选择

(一)减速器的润滑

1、齿轮的润滑：根据齿轮的圆周速度6.28   选择10mm    润滑，浸油深度

   ，(36页)润滑油粘度为59    。(41页)

2、轴承的润滑：滚动轴承根据轴径    选择 脂   润滑，润滑脂的装填量

   ，润滑脂的类型为钙基2号 钠基2号    。(39-40页．)

(．-2：)减速器的密封(42—46页)

1、轴伸出处密封：轴伸出处密封的作用是使滚动轴承与箱外隔绝防止润滑油（脂）漏出和箱外杂质，水基灰尘等侵入轴承室避免轴承急剧磨损和腐蚀，采用垫圈密封方式

2、轴承室内侧密封：采用挡油环密封方式，其作用是防止过多的油，杂质以及啮合处的热油冲入轴承室

3、箱盖与箱座接合面的密封：采用密封条密封方法

画出封油环与毡圈示意图(46页与191页)

十一、减速器附件的设计

说明：按课程设计47—53页进行设计，对每一种附件，说明其作用，并画出结构示意图。

(一)窥视孔盖和窥视孔的设计

作用：检查传动件的啮合、润滑、接触斑点、齿侧间隙及向箱内注入润滑油

   结构示意图

窥视孔开在机盖的顶部，应能看到传动零件啮合，并有足够的大小，以便于检修。

(二)排油孔与油塞

作用：排放污油，设在箱座底部

结构示意图

放油孔的位置应在油池最低处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便于放油，放油孔用螺塞堵住，其结构如图

    

   十二、结束语

由于时间紧迫，所以这次的设计存在许多缺点，比如说箱体结构庞大，重量也很大。齿轮的计算不够精确等等缺陷，我相信，通过这次的实践，能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作，有能力设计出结构更紧凑，传动更稳定精确的设备。