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機械設計基礎課程設計 目錄
目 錄
機械設計課程設計任務書 1
1.1 選題的目的和意義 2
2確定傳動方案 3
3機械傳動裝置的總體設計 3
3.1 選擇電動機 3
3.1.1 選擇電動機類型 3
3.1.2 電動機容量的選擇 3
3.1.3 電動機轉速的選擇 4
3.2 傳動比的分配 4
3.3計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 5
3.3.1各軸的轉速： 5
3.3.2各軸的輸入功率： 5
3.3.3各軸的輸入轉矩： 5
3.3.4整理列表 5
4 V帶傳動的設計 6
4.1 V帶的基本參數(shù) 6
4.2 帶輪結構的設計 9
5齒輪的設計 9
5.1齒輪傳動設計（1、2齒輪的設計） 9
5.1.1 齒輪的類型 9
5.1.2尺面接觸強度較合 10
5.1.3按輪齒彎曲強度設計計算 11
5.1.4 驗算齒面接觸強度 13
5.1.5驗算齒面彎曲強度 14
5.2 齒輪傳動設計（3、4齒輪的設計） 14
5.2.1 齒輪的類型 14
5.2.2按尺面接觸強度較合 15
5.2.3按輪齒彎曲強度設計計算 15
5.2.4 驗算齒面接觸強度 18
5.2.5驗算齒面彎曲強度 18
6軸的設計（中間軸） 18
6.1求作用在齒輪上的力 18
6.2選取材料 19
6.2.1軸最小直徑的確定 19
6.2.2根據(jù)軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長度 19
6.3鍵的選擇 20
6.4求兩軸所受的垂直支反力和水平支反力 20
6.4.1受力圖分析 20
6.4.2垂直支反力求解 21
6.4.3水平支反力求解 21
6.5剪力圖和彎矩圖 22
6.5.1垂直方向剪力圖 22
6.5.2垂直方向彎矩圖 22
6.5.3水平方向剪力圖 23
6.5.4水平方向彎矩圖 23
6.6扭矩圖 23
6.7剪力、彎矩總表： 24
6.8 按彎扭合成應力校核軸的強度 25
7 高速軸和低速軸的設計 25
8減速器附件的選擇及簡要說明 25
8.1.檢查孔與檢查孔蓋 25
8.2.通氣器 26
8.3.油塞 26
8.4.油標 26
8.5吊環(huán)螺釘?shù)倪x擇 26
8.6定位銷 26
8.7啟蓋螺釘 26
9減速器潤滑與密封 26
9.1 齒輪潤滑方式 26
9.1.1 齒輪潤滑方式 26
9.1.2 齒輪潤滑方式 26
9.2 軸承潤滑方式 27
9.2.1齒輪潤滑油牌號及用量 27
9.2.2軸承潤滑油牌號及用量 27
9.3密封方式 27
10機座箱體結構尺寸 27
10.1箱體的結構設計 27
設計總結 30
參考文獻 31
31
機械設計基礎課程設計
機械設計課程設計任務書
一、設計題目
設計一混料機傳動用的二級斜齒圓柱齒輪展開式減速器
二、技術要求
該混料機兩班制連續(xù)工作，單向回轉，工作時有中等沖擊，螺旋軸轉速允許誤差為±5%，使用期限為6年。
三、原始數(shù)據(jù)
每個螺旋上的功率：5.5KW
每個螺旋上的轉速：210r/min
四、任務量要求：
1）完成傳動系統(tǒng)或執(zhí)行系統(tǒng)的結構設計，畫出傳動系統(tǒng)或執(zhí)行系統(tǒng)的裝配圖；
2）設計主要零件，完成2~3張零件圖；
3）編寫設計說明書。
五、傳動簡圖如下
1-電機 2帶輪 3-減速器 4-聯(lián)軸器 5-齒輪 6-混料機
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)使用的需要而設計的不同結構的減速器；減速器的型式是在基本結構的基礎上根據(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，用來降低轉速并相應地增大轉矩。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計，我們能在另一個角度了解減速器的結構、功能、用途和使用原理等，同時，我們也能將我們所學的知識應用于實踐中。
在設計的過程中，我們能正確的理解所學的知識，而我們選擇減速器，也是因為對我們專業(yè)的學生來說，這是一個很典型的例子，能從中學到很多知識。
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計
3.1 選擇電動機
3.1.1 選擇電動機類型
電動機是標準部件。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、電動機的輸出功率為
——電動機至螺旋桿的傳動裝置總效率。
取V帶傳動效率，齒輪傳動效率，效率，聯(lián)軸器效率，開式齒輪傳動效率則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《機械設計實踐與創(chuàng)新》表19-1選取電動機額定功率為7.5kw。
3.1.3 電動機轉速的選擇
滾筒軸工作轉速：
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：
所以電動機實際轉速的推薦值為：
符合這一范圍的同步轉速為3000r/min。
型號為Y132S2-2，滿載轉速，功率7.5。
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、結構勻稱、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各軸的轉速：
1軸 ；
2軸 ；
3軸 ；
3.3.2各軸的輸入功率：
1軸 ；
2軸 ；
3軸 ；
3.3.3各軸的輸入轉矩：
電機軸 ；
1軸 ；
2軸 ；
3軸 ；
3.3.4整理列表
軸名
功率
轉矩
轉速
電機軸
6.67
21.97
2900
1
6.4
42.15
1450
2
6.15
121.52
483.33
3
5.9
268.13
210.14
4 V帶傳動的設計
4.1 V帶的基本參數(shù)
1、確定計算功率：
已知：；；
查《機械設計基礎》表13-8得工況系數(shù)：；
則：
2、選取V帶型號：
根據(jù)、查《機械設計基礎》圖13-15選用A型V帶,
3、確定大、小帶輪的基準直徑
（1）初選小帶輪的基準直徑：
；
（2）計算大帶輪基準直徑：
；
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帶的基準長度和傳動中心距：
中心距：
初選中心距
（2）基準長度：
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《機械設計基礎》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、計算預緊力（初拉力）：
根據(jù)帶型A型查《機械設計基礎》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
帶輪基準直徑(mm)
傳動比
基準長度(mm)
A
2
1000
中心距（mm）
根數(shù)
初拉力(N)
壓軸力(N)
309
6
89.2
1061.5
4.2 帶輪結構的設計
1、帶輪的材料：
采用鑄鐵帶輪（常用材料HT200）
2、帶輪的結構形式：
V帶輪的結構形式與V帶的基準直徑有關。小帶輪接電動機，較小，所以采用實心式結構帶輪。
5齒輪的設計
5.1齒輪傳動設計（1、2齒輪的設計）
5.1.1 齒輪的類型
1、依照傳動方案，本設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，運轉速度不高，查《機械設計基礎》表11-2，選用8級精度。
3、材料選擇：材料選擇 選擇小齒輪材料為40Cr（調質）硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調質）硬度為240HBS，兩者材料硬度差為40HBS。
小齒輪接觸疲勞強度極限，大齒輪接觸疲勞強度極限
小齒輪的彎曲疲勞強度極限,大齒輪的彎曲疲勞強度極限：;
查《機械設計基礎》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===600MPa
===550MPa
===400MPa
===304MPa
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）兩支承相對小齒輪非對稱分布，故取
（3）， ，
2、計算模數(shù)
，查表取
3、,圓整取b=40mm
4、計算齒輪圓周速度
5.1.3按輪齒彎曲強度設計計算
因為所選材料硬小于350HBS,所以為軟齒面。
1、法向模數(shù)
2、查《機械設計基礎》表11-3，得載荷系數(shù)k=1.3
3、查《機械設計基礎》表11-6，得齒寬系數(shù)
4、小齒輪上的轉矩
5、齒形系數(shù)
查《機械設計基礎》圖11-8得：，
查《機械設計基礎》圖11-9得：，
因為
和比較
大齒輪的數(shù)值較大。
6、法向模數(shù)
對比計算結果,由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù),取,已可滿足彎曲強度.但為了同時滿足接觸疲勞強度,需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑來計算應有的齒數(shù),于是由
，取25，則取67
7、中心距
圓整為104mm。
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42 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
104mm
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
5.2 齒輪傳動設計（3、4齒輪的設計）
5.2.1 齒輪的類型
1、材料選擇：材料選擇 選擇小齒輪材料為40Cr（調質）硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調質）硬度為240HBS，兩者材料硬度差為40HBS。
小齒輪接觸疲勞強度極限，大齒輪接觸疲勞強度極限
小齒輪的彎曲疲勞強度極限,大齒輪的彎曲疲勞強度極限：;
查《機械設計基礎》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===600MPa
===550MPa
===400MPa
===304MPa
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)：。
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)
3、計算齒輪圓周速度
5.2.3按輪齒彎曲強度設計計算
因為所選材料硬度小于350HBS,所以為軟齒面。
1、法向模數(shù)
2、查《機械設計基礎》表11-3，得載荷系數(shù)k=1.3
3、查《機械設計基礎》表11-6，得齒寬系數(shù)
4、小齒輪上的轉矩
5、齒形系數(shù)
查《機械設計基礎》圖11-8得：，
查《機械設計基礎》圖11-9得：，
因為和
比較
大齒輪的較大。
6、法向模數(shù)
對比計算結果,由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù),取,已可滿足彎曲強度.但為了同時滿足接觸疲勞強度,需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑來計算應有的齒數(shù),于是由：
取29,則取67
7、中心距
圓整為125mm。
8、確定螺旋角：
9、確定齒輪的分度圓直徑：
10、齒輪寬度：
圓整后取；。
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
16.26°
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
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
6軸的設計（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，調質處理。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5%~10%，且該處安裝軸承，故取最小直徑30mm。
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30206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，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取，軸的計算應力
前已選定軸的材料為45鋼，調質處理，查表可得，，故安全
7 高速軸和低速軸的設計
高速軸和低速軸的設計與中間軸設計計算同理：故
，取20mm
，結合聯(lián)軸器尺寸規(guī)格取38mm
其他相關尺寸與中間軸設計同理，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置一個排油孔，排油孔用油塞及封油圈堵?。诒敬卧O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
選用帶螺紋的游標尺，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各安裝一個圓錐定位銷，其直徑可?。?長度應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 齒輪潤滑方式
9.1.1 齒輪潤滑方式
齒輪，應采用噴油潤滑，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 軸承潤滑方式
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.軸承靠近機體內壁處用擋油環(huán)加以密封，防止?jié)櫥瓦M入軸承內部。
10機座箱體結構尺寸
10.1箱體的結構設計
在本次設計中箱體材料選擇鑄鐵HT200即可滿足設計要求
代號
名稱
設計計算
結果
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
，為浸入油池內的最大旋轉零件的外圓半徑
設計總結
本設計是根據(jù)設計任務的要求，設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計。零件的每一個尺寸都是按照設計的要求嚴格設計的，并采用了合理的布局，使結構更加緊湊。
通過減速器的設計，使我對機械設計的方法、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計、校核方法；掌握了如何選用標準件，如何查閱和使用手冊，如何繪制零件圖、裝配圖；以及設計非標準零部件的要點、方法。進一步鞏固了以前所學的專業(yè)知識，真正做到了學有所用﹑學以致用，將理論與實際結合起來，也是對所學知識的一次大檢驗，使我真正明白了，搞設計不是憑空想象，而是很具體的。每一個環(huán)節(jié)都需要嚴密的分析和強大的理論做基礎。另外，設計不是單方面的，而是各方面知識綜合的結果。
從整個設計的過程來看，存在著一定的不足。像軸的強度校核應更具體全面些，盡管如此收獲還是很大。相信這次設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)設計打下了良好的基礎。諸多不足之處，懇請老師批評指正。
參考文獻
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