机械设计课程设计设计说明书(最终正式版)

设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器。

工作情况：工作平稳、单向运转

原始数据：

1、根据工作情况（工作平稳、单向运转），选择Y系列三相异步交流电动机

2、选择电动机容量

   1）、确定电动机的工作功率

       工作机轴转速：

       工作机的输入功率（对于带式运输机可取工作机效率）：

   2）、确定电动机输出功率

       确定机械传动效率，由《机械设计课程设计》表12-8查得：

       圆柱齿轮传动（7级精度）： ；

       滚动轴承（球轴承）：；

       联轴器（弹性柱销联轴器）：，取

       工作机与Ⅲ轴间的传动效率：;

       Ⅲ轴与Ⅱ轴间的传动效率：

Ⅱ轴与Ⅰ轴间的传动效率：

Ⅰ轴与电动机轴间的传动效率：

传动装置总效率：

       因此电动机的功率为： 

      3）、确定电动机转速

       由《课程设计》P7表2－1

       圆柱齿轮常用传动比：;

       则电动机转速可选范围

      因此，可选取电动机的转速为：;

      根据电动机的输出功率及转速可选用电动机的型号为：Y132M2-6

3、传动装置的总传动比的确定及传动比的分配

     1）、总传动比:

     2）、分配各级传动比

      记高速级的传动比为，低速级的传动比为：

4、计算传动装置的运动和动力参数

     1）、各轴转速

     2)、各轴输入功率

     3)、各轴的输入转矩

       经以上运算得运动和动力参数如下：

(一)高速级齿轮传动设计

A.选择精度等级、材料及齿数。

1)根据题目的设计要求选用斜齿轮传动。

2)根据《机械设计》P210表10-8，带式输送机速度不会很高，故选用7级精度(GB10095-88)

3)材料选择。选用两齿面均为软齿面，由《机械设计》P191表10-1，选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，两者材料硬度相差40HBS。

4)选择小齿轮齿数：，大齿轮齿数：，取。

5)初选螺旋角为：。

B.按齿面接触疲劳强度设计，即：

（1）确定公式内的计算数值

1)试选载荷系数：

2)由《机械设计》图10-30选取区域系数：

3)由图10-26查得端面重合度：

4)小齿轮传递的转矩：

5)由表10-7选取齿宽系数（两支承相对小齿轮对称布置）：

6)由表10-6 查得材料的弹性影响系数为：

7)由图10-21(d)，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限为，大齿轮的接触疲劳强度为

8)由式10-13计算应力循环次数

9)由图10-19，取接触疲劳寿命系数

10)计算接触疲劳许用应力，取安全系数

（2）计算

1)计算小齿轮分度圆直径，由计算公式得：

2)计算圆周速度

3)计算齿宽b及模数

4) 计算纵向重合度

5)计算载荷系数K

 载荷平稳，原动机为电动机，使用系数：

                  圆周速度，7级精度，动载系数：

                  由表10-4查得（小齿轮相对于支承对称布置）：

                  由图10-3得：

                  故载荷系数：

6)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径

考虑到低速级所传递的转矩比较大，为了保证低速级齿轮传动的齿根接触疲劳强度，高速级齿轮传动的中心距不能太小，因此，取

7)计算模数

C.按齿根弯曲疲劳强度设计

（1）确定公式内的计算数值

1)计算载荷系数

2)根据纵向重合度，从图10-28查得螺旋角影响系数:

3)计算当量齿数

4)查取齿形系数。由表10-5查得：

5)由图10-20(c)查得：

6)由图10-18，取弯曲疲劳寿命系数为：

7)计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数

8)计算大小齿轮的

取：

（2）设计计算

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由

取，则：

D.几何尺寸计算

（1）计算中心距：

将中心距圆整为：

（2）按圆整后的中心距修正螺旋角

因

（3）计算大小齿轮的分度圆直径

（4）就算齿轮宽度：

圆整后取：

（5）齿顶圆直径：

（6）齿根圆直径：

(二)低速级齿轮传动设计

A.选择精度等级、材料及齿数。

1)根据题目的设计要求选用斜齿轮传动。

2)根据《机械设计》P210表10-8，带式输送机速度不会很高，故选用7级精度(GB10095-88)

3)材料选择。选用两齿面均为软齿面，由《机械设计》P191表10-1，选择小齿轮材料为40Cr（调质后表面淬火），硬度为50HRC（相当于488HBS），大齿轮材料为45钢（调质后表面淬火），硬度为46HRC（相当于436HBS），两者材料硬度相差52HBS。

4)选择小齿轮齿数：，大齿轮齿数：，取。

5)初选螺旋角为：。

B.按齿面接触疲劳强度设计，即：

（1）确定公式内的计算数值

1)试选载荷系数：

2)由《机械设计》图10-30选取区域系数：

3)由图10-26查得端面重合度：

4)小齿轮传递的转矩：

5)因大小齿轮均为硬齿面，故宜取稍小的齿宽系数，取：

6)由表10-6 查得材料的弹性影响系数为：

7)由图10-21(e)，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限为，大齿轮的接触疲劳强度为

8)由式10-13计算应力循环次数

9)由图10-19，取接触疲劳寿命系数

10)计算接触疲劳许用应力，取安全系数

（2）计算

1)计算小齿轮分度圆直径，由计算公式得：

2)计算圆周速度

3)计算齿宽b及模数

4) 计算纵向重合度

5)计算载荷系数K

 载荷平稳，原动机为电动机，使用系数：

                  圆周速度，7级精度，动载系数：

                  由表10-4查得小齿轮相对于支承非对称布置、6级精度，但考虑到齿轮为7级精度，取

                  由图10-3得：

                  故载荷系数：

6)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径

7)计算模数

C.按齿根弯曲疲劳强度设计

（1）确定公式内的计算数值

1)计算载荷系数

2)根据纵向重合度，从图10-28查得螺旋角影响系数:

3)计算当量齿数

4)查取齿形系数。由表10-5查得：

5)由图10-20(c)查得：

6)由图10-18，取弯曲疲劳寿命系数为：

7)计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数

8)计算大小齿轮的

取：

（2）设计计算

为了保证齿根弯曲疲劳强度可取，又因为该减速器采用轴式结构，受高速级齿轮的中心距的，同时又要保证传动比，所以：

得：

D.几何尺寸计算

（1）由中心距，修正螺旋角为：

因

（2）计算大小齿轮的分度圆直径

 因为，所以低速级的齿轮传动也满足齿面接触疲劳强度的要求。

（3）就算齿轮宽度：

圆整并考虑到键的强度，取：

（4）齿顶圆直径：

（5）齿根圆直径：

(三)各齿轮的尺寸如下

(一)Ⅰ轴上的小齿轮

由《机械设计》P229，小齿轮齿根圆到键槽的底部的距离为（键的尺寸为）：，又，，因此，Ⅰ轴应做成齿轮轴。

(二)Ⅱ轴上的小齿轮

由《机械设计》P229，小齿轮齿根圆到键槽的底部的距离为（键的尺寸为）：，又，，因此，Ⅱ轴上的小齿轮应做成齿轮轴。

(三)Ⅱ轴上的大齿轮

齿顶圆直径，因此该齿轮应采用腹板式结构，其尺寸为（图例详见《机械设计》图10-39）：

(四)Ⅲ轴上的大齿轮

齿顶圆直径，因此该齿轮应采用腹板式结构，其尺寸为（图例详见《机械设计》图10-39）：

Ⅰ轴上的小齿轮

Ⅱ轴上的大齿轮

Ⅱ轴上的小齿轮

Ⅲ轴上的大齿轮

3、初步确定轴的最小直径

参考《机械设计》式15-2初步估算轴上的最小直径。

Ⅰ轴：试选材料45钢，调质处理。根据《机械设计》表15-3，取=118，于是得：

Ⅱ轴：试选材料45钢，调质处理。根据《机械设计》表15-3，取=114，于是得：

Ⅲ轴：试选材料45钢，调质处理。根据《机械设计》表15-3，取=110，于是得：

4、次对轴进行设计计算

(一)先设计Ⅲ轴（输出轴）

a)输出轴的最小直径显然是用来安装联轴器的直径。为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选定联轴器的型号。

联轴器的计算扭矩，查表14-1，考虑到转矩变化很小，故取。则：   

按照计算扭矩应小于联轴器的公称扭矩的条件，查标准GB/T5014-1985或是手册（《机械设计课程设计》），选用HL4型弹性柱销联轴器，其公称扭矩为，半联轴器孔径50mm，故，半联轴器长112mm，与轴配合的毂孔长度。

b)轴的结构设计

1)拟定轴上零件的转配方案

2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

为了满足半联轴器的轴向定位要求，轴段右端需要制出一轴肩，故取段的直径为；左端用轴端挡板定位，按轴端直径取挡圈直径。半联轴器与轴相配合的毂孔长度  ，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故段的长度比的短一些，现取。

初步选取滚动轴承

因采用斜齿轮传动，轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故采用角接触球轴承。参照工作的要求，并根据，因为轴承受的轴向力较大，故选7212AC型轴承，其尺寸为：，故取，而。

右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，在《机械设计课程设计》手册上查得7212AC型的轴承的定位轴肩高，因此，取。

取安装齿轮处的轴段的直径；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮的齿顶圆直径为，故其结构采用腹板式，齿轮轮毂的宽度，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取，齿轮右端采用轴肩定位，轴肩高度；取。则轴环处的直径为，轴环宽度，取。

轴承端盖的总宽度为（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器的距离为，故取。

取小齿轮距箱体内壁的距离为，则大齿轮距箱体内壁的距离为16.5mm。考虑到箱体的焊接误差，在确定滚动轴承位置时应距箱体内壁一点距离s 。取。已知滚动轴承宽度，则

使两轴承相对齿轮成对称布置：

至此输出轴的各段直径和长度已初步确定。

3)轴上的零件的轴向定位

齿轮和半联轴器的轴向定位均采用平键联接。按由表6-1查得大齿轮处平键的截面（GB/T1096-1979），键槽用铣刀加工，长为，同时保证齿轮和轴相配合有良好的对中性，故选择齿轮毂与轴的配合为（齿轮、联轴器与轴的配合在较少装拆的情况下选用小过盈配合）；同时半轴器与轴联接，选用平键，长，半联轴器和轴的配合为。滚动轴承的轴向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为k6。

4)确定轴上的圆角和倒角尺寸。

参考《机械设计课程设计》表12-13，取联轴器倒角为；轴左端的倒角为，右端的倒角为。

5)求轴上的载荷

首先根据轴的结构作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，从《机械设计课程设计》手册中查取7212AC型轴承支点位置，作为外伸梁的轴的支撑跨距。

根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图如下：

从轴的结构图以及弯距图和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险面。现将计算出的截面C处的、和M的值列于下表：

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯距和扭矩的截面（危险面）的强度。根据《机械设计》式（15-5）及上标中的数值，并取=0.6，轴的计算应力为：

材料为45钢，调质处理，由《机械设计》表15-1查得，因此

，因此安全。

7)精确校核轴的疲劳强度

参考《机械设计》P380可知，只需校核该轴截面Ⅳ的左右两侧即可。

截面Ⅳ左侧

抗弯截面系数：

抗扭截面系数：

截面Ⅳ左侧的弯矩M为：

截面Ⅳ上的扭矩为：

截面Ⅳ上的弯曲应力为：

截面Ⅳ上的扭转应力为：

轴的材料为45钢，调质处理，由《机械设计》表15-1查得：

截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及，按附表3-2查取。

因，经插值后可查得：

。

又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为：

故有效应力系数为：

由附图3-2的尺寸系数，由附图3-3的扭转尺寸系数。

轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为：

轴未经表面强化处理，即，综合系数为：

碳钢的特性系数

于是计算安全系数：

故可知其安全。

截面Ⅳ右侧

抗弯截面系数：

抗扭截面系数：

截面Ⅳ右侧的弯矩M为：

截面Ⅳ上的扭矩为：

截面Ⅳ上的弯曲应力为：

截面Ⅳ上的扭转应力为：

过盈配合处的，由附表3-8用插值法求出并取

轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数：

故得综合系数为：

碳钢的特性系数

于是计算安全系数：

故可知其安全。

(二)设计Ⅰ轴（输入轴）

a)输入轴的最小直径显然是用来安装联轴器的直径。为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选定联轴器的型号。

联轴器的计算扭矩，查表14-1，考虑到转矩变化很小，故取。则：   

按照计算扭矩应小于联轴器的公称扭矩的条件，查标准GB/T5014-1985或是手册（《机械设计课程设计》），选用HL2型弹性柱销联轴器，其公称扭矩为，半联轴器孔径24mm，故，半联轴器长52mm，与轴配合的毂孔长度。

b)轴的结构设计

1)拟定轴上零件的转配方案

2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

为了满足半联轴器的轴向定位要求，轴段右端需要制出一轴肩，故取段的直径为；左端用轴端挡板定位，按轴端直径取挡圈直径。半联轴器与轴相配合的毂孔长度  ，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故段的长度比的短一些，现取。

初步选取滚动轴承

因采用斜齿轮传动，轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故采用角接触球轴承。参照工作的要求，并根据，因为轴承受的轴向力较大，故选7207AC型轴承，其尺寸为：，故取，而。

右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，在《机械设计课程设计》手册上查得7207AC型的轴承的定位轴肩高，因此，取。

由齿轮的结构设计可知，该小齿轮应做成齿轮轴。已知齿轮的宽度，故取。

轴承端盖的总宽度为（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器的距离为，故取。

取小齿轮距箱体内壁的距离为。考虑到箱体的焊接误差，在确定滚动轴承位置时应距箱体内壁一点距离s。取。已知滚动轴承宽度，则

另外取：

至此输入轴的各段直径和长度已初步确定。

3)轴上的零件的轴向定位

半轴器与轴采用平键联接，选用平键，长，半联轴器和轴的配合为。滚动轴承的轴向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为k6。

4)确定轴上的圆角和倒角尺寸。

参考《机械设计课程设计》表12-13，取联轴器倒角为；轴左端的倒角为，右端倒角为。

5)求轴上的载荷

首先根据轴的结构作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，从《机械设计课程设计》手册中查取7207AC点位置，作为外伸梁的轴的支撑跨距。

根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图如下：

从轴的结构图以及弯距图和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险面。现将计算出的截面C处的、和M的值列于下表：

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯距和扭矩的截面（危险面）的强度。根据《机械设计》式（15-5）及上标中的数值，并取=0.6，轴的计算应力为：

材料为45钢，调质处理，由《机械设计》表15-1查得，因此

，因此安全。

(三)设计Ⅱ轴（中间轴）

a)拟定轴上零件的转配方案。

b)轴的结构设计

1)中间轴的最小直径显然是用来安装轴承处轴承的内径。为了使所选的轴直径与轴承的孔径相适应，故需同时选定轴承的型号。

2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

初步选取滚动轴承

因采用斜齿轮传动，轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故采用圆锥滚子轴承。参考《机械设计课程设计》P137表15-4选取轴承30208，其尺寸为：，故取，由对Ⅰ、Ⅲ轴的设计可知，Ⅱ轴上小齿轮与箱体内壁的距离为14mm，大齿轮与箱体内壁的距离为16.5mm，又轴承宽度，取齿轮轮毂比阶梯长3mm，则：

由齿轮的结构设计可知，小齿轮处应做成齿轮轴，已知小齿轮轮毂宽度为，故取。

取安装大齿轮处的轴段Ⅳ-Ⅴ的直径为，已知大齿轮的轮毂宽度为，故取。

 由于该减速器采用同轴式结构。取Ⅰ轴与Ⅲ轴上两相距较近的轴承的间距为9mm，则可得Ⅱ轴上两齿轮的间距为

另外，大齿轮有一端采用轴肩定位，故取：

为了方便小齿轮的加工，在轴段的左边制一退刀槽，其宽度为5mm，深度为3mm。

至此中间轴的各段直径和长度已初步确定。

3)轴上的零件的周向定位

按，由表6-1查得大齿轮处平键的截面（GB/T1096-1979），键槽用铣刀加工，长为，同时保证齿轮和轴相配合有良好的对中性，故选择齿轮毂与轴的配合为（齿轮、联轴器与轴的配合在较少装拆的情况下选用小过盈配合）。滚动轴承的轴向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为k6。

4)确定轴上的圆角和倒角尺寸。

参考《机械设计课程设计》表12-13，轴的两端的倒角为，各轴肩处的圆角半径为。

5)求轴上的载荷

首先根据轴的结构作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，从《机械设计课程设计》手册中查取30208型轴承支点位置，作为简支梁的轴的支撑跨距：。

根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图如下：

从轴的结构图以及弯距图和扭矩图中可以看出小齿轮处为轴的危险面。现将计算出危险截面处的、和M的值列于下表：

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯距和扭矩的截面（危险面）的强度。根据《机械设计》式（15-5）及上标中的数值，并取=0.6，轴的计算应力为：

材料为45钢，调质处理，由《机械设计》表15-1查得，因此

(一)窥视孔

孔的长度取为：100mm，孔的宽度取为：90mm。

视孔盖的长度取为：140mm，视孔盖宽度取为：130。

用6个的螺栓联接。

(二)通气帽（经一次过滤）

(六)对Ⅱ轴处的轴承端盖的设计计算

mm

对Ⅰ轴处的轴承端盖的设计计算

mm

对Ⅲ轴处的轴承端盖的设计计算

mm

小结

  经过三周的努力，我机械设计课程设计的题目已经接近完成，说实话这三周算是比较忙的三周。虽然我们付出了不少，但是获得的更多。

  这一次的课程设计是我们进大学以来第一次地进行设计。从这次的设计课程中，我们巩固和复习了在《机械设计》、《材料力学》、《机械制图》等课程中学到的知识，并第一次将其用于设计之中。这次课程设计使我第一次真正认识到了什么叫设计。虽然辛苦，但是我想它将对我以后的学习起到一定的指导作用，甚至在我以后的工作中也将产生积极的影响。

参考书目

[1] 陆玉. 机械设计课程设计[M]. 北京：机械工业出版社，2006.

[2] 王昆、何小柏、汪信远. 机械设计、机械设计基础课程设计[M]. 北京：高等教育出版社，1996.

[3] 许连元、李强德、徐祖茂. 机械制图[M]. 上海：同济大学出版社，2003.

[4] 汝元功、唐照民. 机械设计手册[M]. 北京：高等教育出版社，1995.

[5] 濮良贵、纪名刚. 机械设计[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[6] 吴宗泽. 机械设计实用手册[M].