机械原理课程设计—减速器设计说明书(word版)

机械设计课程设计

计算说明书

设计题目 ______________减速器设计_____________

机械学_ 院(系) _07级3 __ 班

设计者 ______宁科顾________ ________________ 指导老师 ____张老师__________________________

______2009______年____06____月____29____日

________ KMUST________

目 录

第一部分 设计任务书----------------------------------------------------------------3第二部分 电传动方案的分析与拟定---------------------------------------------------5第三部分 电动机的选择计算----------------------------------------------------------6第四部分 各轴的转速、转矩计算------------------------------------------------------7第五部分 联轴器的选择-------------------------------------------------------------9第六部分 锥齿轮传动设计---------------------------------------------------------10第七部分 链传动设计--------------------------------------------------------------12第八部分 斜齿圆柱齿轮设计-------------------------------------------------------14第九部分 轴的设计----------------------------------------------------------------17第十部分 轴承的设计及校核-------------------------------------------------------20第十一部分 高速轴的校核---------------------------------------------------------22第十二部分 箱体设计---------------------------------------------------------------23第十三部分 设计小结---------------------------------------------------------------24

- 2 -

第一部分 设计任务书

1.1 机械设计课程的目的

机械设计课程设计是机械类专业和部分非机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性教学环节。其基本目的是： (1) 通过机械设计课程的设计，综合运用机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。

(2) 学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。

(3) 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。

1.2 机械设计课程的内容

选择作为机械设计课程的题目，通常是一般机械的传动装置或简单机械。

课程设计的内容通常包括：确定传动装置的总体设计方案；选择电动机；计算传动装置的运动和动力参数；传动零件、轴的设计计算；轴承、联轴器、润滑、密封和联接件的选择及校核计算；箱体结构及其附件的设计；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计计算说明书。

在设计中完成了以下工作：

① 减速器装配图1张（A0或A1图纸）；

② 零件工作图2～3张（传动零件、轴、箱体等）； ③ 设计计算说明书1份，6000～8000字。

1.3 机械设计课程设计的步骤

- 3 -

机械设计课程设计的步骤通常是根据设计任务书，拟定若干方案并进行分析比较，然后确定一个正确、合理的设计方案，进行必要的计算和结构设计，最后用图纸表达设计结果，用设计计算说明书表示设计依据。

机械设计课程设计一般可按照以下所述的几个阶段进行：

1．设计准备

① 分析设计计划任务书，明确工作条件、设计要求、内容和步骤。

② 了解设计对象，阅读有关资料、图纸、观察事物或模型以进行减速器装拆试验等。 ③ 复习课程有关内容，熟悉机械零件的设计方法和步骤。 ④ 准备好设计需要的图书、资料和用具，并拟定设计计划等。 2．传动装置总体设计

① 确定传动方案——圆锥齿轮传动，画出传动装置简图。 ② 计算电动机的功率、转速、选择电动机的型号。 ③ 确定总传动比和分配各级传动比。 ④ 计算各轴的功率、转速和转矩。 3．各级传动零件设计

① 减速器外的传动零件设计（带传动、链传动、开式齿轮传动等）。 ② 减速器内的传动零件设计（齿轮传动、蜗杆传动等）。 4．减速器装配草图设计

① 选择比例尺，合理布置试图，确定减速器各零件的相对位置。 ② 选择联轴器，初步计算轴径，初选轴承型号，进行轴的结构设计。 ③ 确定轴上力作用点及支点距离，进行轴、轴承及键的校核计算。 ④ 分别进行轴系部件、传动零件、减速器箱体及其附件的结构设计。 5．减速器装配图设计

① 标注尺寸、配合及零件序号。

② 编写明细表、标题栏、减速器技术特性及技术要求。 ③ 完成装配图。 6．零件工作图设计 ① 轴类零件工作图。 ② 齿轮类零件工作图。

- 4 -

③ 箱体类零件工作图。

第二部分 电传动方案的分析与拟定

选择链和锥齿轮传动。

特点：链传动运转不均匀，有冲击，应布置在低速级。锥齿轮加工较困难，所以一般只在需要改变轴的布置方向时采用，并尽量放在高速级并传动比，以减少大锥齿轮的直径和模数。同时考虑到温室使用在温室中，参考网络上的资料，我选择小功率的电动机，适用于，内保温、外遮阳、开窗的减速器来进行设计。

其参数如下： 速比 500:1

卷帘长度或面积 1200M2 输出扭矩(n.m) 200 电机型号／功率 适用范围 重量(kg) JW7124/550W 内保温、外遮阳、开窗 20

- 5 -

第三部分 电动机的选择计算

周期T = 转速 n =

3600 = 1.8 s 200060 = 33.33 r/min 1.8 Wr = F·S = 800000×0.005 = 4000 N·m ∴ Pω =

效率的选择：

１．弹性套柱销联轴器： η1 = 0.99 ２．7级精度锥齿轮传动： η2 = 0.97 ３．7级精度圆柱齿轮传动：η3 = 0.98 ４．3对滚子轴承： η4 = 0.983 ５．滚子链传动： η5 = 0.96 ∴ η总 = η1η2η3η4η5 = 0.8503 ∴ Pd = Pω/η总 = 3.14 kW

取同步转速： 1000r/min ——6级电动机 型号： Y132M1-6 额定功率： 4kW 满载功率： 960r/min 堵转转矩/额定转矩： 2.0 最大转矩/额定转矩： 2.0

工作转速 nω ： 33.33 r/min i总 = nm/nω = 960/33.33 = 28.8

取锥齿轮传动比（低速级）i1 = 2.5; i2 = i/i1 = 4 ∴ 圆柱协齿轮传动比（高速级）i2 = 4 ∴ 链轮传动比i0 =

28.8 = 2.88

42.5(KWr) = 2.67 kW

(1000T) - 6 -

第四部分 各轴的转速、转矩计算

0轴（电动机轴）： P0 = Pd = 3.14 kW n0 = nm = 960 r/min T0 = 9550×(

P0)=31.236 N·m n01轴（高速轴）：

P1 = P0η1 = 3.1086 kW

n0 = 960 r/min i01P1 T1 = 9550×()=30.924 N·m

n1 n1 =

2轴（中间轴）：

P2 = P1η2η3 = 2.955 kW

n0 = 384 r/min i1P2 T2 = 9550×()=73.491 N·m

n2 n2 =

3轴（低速轴）：

P3 = P2η2η3 = 2.809 kW

n2 = 96 r/min i2P3 T3 = 9550×()=279.439 N·m

n3 n3 =

4轴（输出轴）：

P4 = P3η3η4 = 2.3 kW

n3 = 33.33 r/min i0P4 T4 = 9550×()= 757.211 N·m

n4 n4 =

输出轴功率或输出轴转矩为各轴的输入功率或输入转矩乘以轴承效率(0.98），即 P’= 0.98P

- 7 -

各轴运动及动力参数表如下：

功率P(kW) 轴名 输入 输出 3.14 转矩T(N·m) 输入 输出 31.236 转速 n(r/min) 960 1 1轴 3.109 3.047 30.924 30.306 960 2.5 2轴 2.955 2.6 73.491 72.021 384 4 3轴 2.809 2.753 279.439 273.850 96 2.88 输出轴

2.3 2.590 757.211 742.067 33.33 0.94 0.95 0.95 0.99 传动比 i 电动机轴 效率 η 第五部分 联轴器的选择

T = T0 = 31.236 N·m 取KA = 1.7 则

TCA = KA·T = 1.7×31.236 N·m = 53.1 N·m 查GB4323-84，选用TL4型弹性套柱销轴联轴器。 许用转据：63 N·m 许用最大转速：5700 r/min 轴径：20~80 mm

- 8 -

第六部分 锥齿轮传动设计

材料选择：小齿轮：40Cr（调质）硬度为280HBs

大齿轮：45# （调质）硬度为240HBs （硬度差为40HBs）

μ：初定Z2d2cot1 = tan2 = 2.5 Z1d1Z1取20; Z2 = 50; δ1=21.8°; δ2 = 68.2° m：m34KTR(10.5R)2Z12YFaYSa 2[F]11. FE1=500MPa;FE2=380MPa;

2. N1 = 60n1jLn = 60×960×1×(16×300×5)=1.38×109

1.38109N2 = = 5.52×108

2.5查得KFN1=0.85;KFN2=0.88; 3. 取s=1.4

KFN1FE10.85500 = = 303.57MPa; s1.4KFN2FE20.88380[F] = = = 238.86MPa;

s1.4[F] =

4. K = KA·KV·KFα·KFβ = 1×1.18×1×1.5 = 1.77 5. Zv1 =

Z1 = 21.54 cos1Z2Zv2 = = 134.632

cos2YFa1=2.72; YSa1=1.57; YFa2=2.14; YSa2=1.83 YFa1YSa1 = 0.01407

[F]1YFa2YSa2 = 0.0107 > 0.01407

[F]2∴

m341.77308880.0102.432

11222(10.5)202.5133经园整，m取2.5

d12.923[ZEKT1] MR(10.5R)2U - 9 -

ZE1.8MPa

取失效概率为1%，安全系数s=1，查得

12KHN1=0.9; KHN2 =0.95; Hlim=600MPa; Hlim=550MPa;

12KHN1QHlim1= 540MPa sKHN2QHlim2 [H]2 = = 522.5MPa < 540MPa

s∴[H]1 =

1.81.7730888∴d12.92[ = 67.7 ]3522.5512(10.5)2.533✓ m = 2.5

✓ d1 = 2.5×27 = 67.5 ✓ Z1 = 27

✓ da1 = d1+2hacosδ1= 67.5+2×2.5×cos21.8°= 72.14 ✓ df1 = d1-2hfcosδ1= 67.5-2.3×cos21.8°=61.93

mZ12Z222.5272682✓ R = = = 91.455

22✓ b = φeR=

191.45530.49; 经园整，取b = 31 3✓ d2 = mZ2 = 2.5×68 = 170

✓ da2 = d2+2hacosδ2 = 170+2×2.5×cos68.199° = 171.857 ✓ df2 = d2-2hfcosδ2 = 170-2.3×cos68.199°=167.77

- 10 -

第七部分 链传动设计

1) 假设转速v=0.6~3m/s，取Z1=17, Z2=49 (i=2.88) 2) 由表9-9查得

工况系数KA=1，∴Pca=KA·P=2.75KW 3) 初定中心距：

初定a0=40P

2a0Z1Z2PZ2Z12() P2a021749149172 = 2.40()

2402LP=

= 113.8 （取LP=114节） 4) KZ = (Z11.0817) = ()1.08 = 0.8868 1919 由图9-13按小链轮转速估计，链工作在功率曲线定点左侧时可能出现链板疲劳破坏，故KZ如上式。 链长系数 KL = (LP0.261140.26) = () = 1.0347 100100选取单排链，故多排链系数KP=1 传动的功率为： P0 =

P0a2.7502.997

KZKLKP0.88681.0347∵转速n=960r/min ∴按图9-13选取12A单排链 查得链节距P=19.05mm 5) 链长L =

LPP11419.052.1717

10001000a =

PZ1Z2Z1Z22Z2Z12[(LP)(LP)8()]= 765.38mm 4222中心距减少量Δa=(0.002-0.004)a=1.53~3.06 实际中心距a’=a-Δa=762.31~763.84 取a’=763mm，小链轮 d =

P = 103.67mm

180sin()Z1 - 11 -

6) 链速 v=

nZP=0.518m/s

61047) 查表得dKmax=53 8) FP = KFP·Fe

Fe = 1000P2.7510005309N V0.518垂直布置KFP=1.05

∴FP = 1.05×5309N = 5574.45N

第八部分 斜齿圆柱齿轮设计

材料选择：小齿轮40Cr （调质）硬度280HBs；

大齿轮45#钢（调质）硬度240HBs；（硬度差40HBs） 七级精度，初选螺旋角β=14°，取Z1=21，Z2=4×21=84， 按齿轮面接触强度设计：

d1t1) 试选 Kt=1.6

由图10-26得 ✓ εα1 = 0.78 ✓ εα2 = 0.87 ✓ εα = 0.87

32KtT11ZMZE2() R[M]由图10-30选取ZH = 2.433 [σH] = 2) 计算：

✓

([H]1[H]2) = 531.25

2d1t32KtT11ZMZE2() = 50.652 R[M]✓ ✓

d1tn11.0184 m/s

601000b = dd1t= 1×50.6522 = 50.6522

- 12 -

✓ mnt =

d1tcos = 2.3404 mm Z1✓ h = 2.25 mnt = 5.2658 mm ✓

b50.65229.62 h5.2658✓ 纵向重合度εp=0.318×φdZ1tanβ = 1.665 已知，KA=1，取Kv=1.11（由图10-8查得）

∴KHβ = 1.15+0.18(1+0.6φd2)+0.31×10-3×6 = 1.454 由图10-13，得KFβ = 1.3 由表10-3，得KHα=KFα=1.4

∴K = KA·Kv·KHα·KHβ = 1×1.1×1.4×1.4537 = 2.2387 d1 = d1t mn=

3K2.238750.6522356.6531 Kt1.6d1cos = 2.6176 Z1按齿根弯曲强度设计

2KT1Ycos2YFYF mn3[F]dZ12K = KA·Kv·KFα·KFβ = 1×1.1×1.4×1.3 = 2.002 εβ=1.6650

由图10-28，Yβ=0.88

Zv1Zv221 = 22.9883 3cos1484 = 91.9532 cos314查得 YFα1=2.69，YFα2=2.20，YSα1=1.575，YSα2=1.78

YF1Ys12.692.200.0195

[F]1303.57YF2Ys21.5751.780.01174 < 0.0195

[F]2238.862KT1Ycos2YFYF∴mn3 = 1.85 [F]dZ12经园整，mn=2 mm ∵mn面 > mn根，∴mn=2

- 13 -

Z1 =

d1cos = 27.49，取Z1=28，Z2=112 mn几何尺寸计算： ✓ 中心距 a =

(Z1Z2)mn28112 = 144.29 2coscos14经园整，a = 145 ✓ 修正螺旋角，arccos∵β变动不大，

∴εα、εβ、ZH无需修正。 ✓ d1 =

(Z1Z2)mn = 15.09°

2aZ1mn28.2 = 58 mm coscos155'24''Z2mn112.2d2 = = 232 mm coscos155'24''✓ b = φdd1 = 48 mm

园整后，B2=48mm，B1=53mm ✓ mt =

mn2 = 2.07 coscos15.09✓ da1 = d1+2ha1 = 62 ✓ da2 = d2+2ha2 = 236 ✓ df1 = d1-2hf1 = 53 ✓ df2 = d2-2hf2 = 227

第九部分 轴的设计

1) 高速轴：

初定最小直径，选用材料45#钢，调质处理。取A0=112（下同） 则dmin = A03P0 = 16.56mm n∵最小轴径处有键槽

- 14 -

∴dmin’ = 1.07 dmin = 17.72mm

∵最小直径为安装联轴器外半径，取KA=1.7，同上所述已选用TL4弹性套柱联轴器，轴孔半径d=20mm

∴取高速轴的最小轴径为20mm。

由于轴承同时受径向和轴向载荷，故选用单列圆锥滚子轴承按国标T297-94选取30206。

D×d×T=17.25mm ∴轴承处轴径d=30mm 高速轴简图如下：

d3 d1 d2 d4 d5 l1 l2 l3 l4 l5

取l1=38+46=84mm，l3=72mm，取挡圈直径D=28mm，取d2=d4=25mm，d3=30mm，l2=l4=26.5mm，d1=d5=20mm。 齿轮轮毂宽度为46mm，取l5=28mm。

联轴器用键：园头普通平键。

b×h=6×6，长l=26mm

齿轮用键：同上。b×h=6×6，长l=10mm，倒角为2×45° 2) 中间轴：

中间轴简图如下：

- 15 -

d3

d6 d5 d4 d2 d1 l6 l5 l4 l3 l2 l1

初定最小直径dmin= 112选用30305轴承，

d×D×T = 25×62×18.25mm

∴d1=d6=25mm，取l1=27mm，l6=52mm l2=l4=10mm，d2=d4=35mm，l3=53mm d3=50mm，d5=30mm，l5=1.2×d5=36mm 齿轮用键：园头普通键：b×h=12×8，长l=20mm 3) 低速轴：

低速轴简图如下：

d4 d7 d6 d5 d1 d3 d2 32.95=22.1mm 384l7 l6 l5 l4 l3 l2 l1 初定最小直径：

- 16 -

dmin = 11232.8 = 34.5mm 96∵最小轴径处有键槽

∴dmin’=1.07dmin=36.915mm

取d1=45mm，d2=55mm，d3=60mm，d4=d2=55mm d5=50mm，d6=45mm，d7=40mm；

l1=45mm，l2=44mm，l3=6mm，l4=60mm，l5=38mm，l6=40mm，l7=60mm 齿轮用键：园头普通键：b×h=16×6，长l=36mm

选用30309轴承：d×D×T = 40×90×25.25mm；B=23mm；C=20mm

第十部分 轴承的设计及校核

1) 高速轴轴承

Ft1 =

2T1 = 1095N dm1Fa2 = Fr1= Ft1tanαcosδ1 =370N Fr2 = Fa1= Ft1tanαsinsδ1 =148N

1Ft1=365N 34 Fv2 = Ft1=1460N

3d

M = Fa =5010N·mm

2∵Fv1 =

∵FH2×90 = Fv2×120-M FH1×90 = Fv1×30+M ∴FH1=-66N; FH2=431N ∴Fr1 = Fv12FH12= 371N Fr2 = Fv22FH22= 1522N ∵Fd1 =

Fr1 = 92.7N 4 - 17 -

Fd2 =

Fr2 = 380.54N 4∴轴承Ⅰ压紧，Ⅱ放松。

∴Fa1 = Fae+ Fd2 = 148N+380N = 528N Fa2 = Fd2 = 380N

Fa1 = 1.43 > 0.3; ∴x1=0.4 y1=2 Fr1Fa2 = 0.25 < 0.3; ∴x2=1 y2=0 Fr2∴

取fp=1.5，则

P1 = fp(X1Fr1+y1Fa1) = 1808N P2 = fp(X2Fr2+y2Fa2) = 2283N

106C∴Ln1 = () = 6.82×105 h

60nP1106C Ln２ = ()= 3.13×105 h

60nP2∴满足十年（300天×10年=72000小时）寿命。 ∴所选轴承合格。 2) 低速轴轴承

基本步骤同上。

结论：满足十年（300天×10年=72000小时）寿命。

第十一部分 高速轴的校核

P=3.105kW，n=960r/min，T=30.N·m 齿轮受力：Ft = 1095N，Fr = 370N，Fe = 148N

支反力 ：Fv1 = 365N，Fv2 = 1460N，FH1 = -66N，FH2 = 431N Mr = Fv1×90 = 33N·m MH1 = FH1×90 = -5.94N·m MH2 = M = 5.01N·m T = 30.N·m

∴M = Mr2MH2 = 33.38N·m

- 18 -

M2(T)2∴σca = = 24.4MPa 30.101∵[σ-1] = 60MPa >σca ∴轴安全。

第十二部分 箱体设计

根据手册表4-1，取箱座壁厚为δ=10mm，箱盖厚为δ1=10mm，箱座凸缘厚度为b=15mm，箱盖凸缘厚度为b1=15mm，地脚螺钉df=10mm，数目为4。轴承离连接螺栓直径d1=0.75×df=12mm。箱盖与箱座连接螺栓直径d2=0.5df=8mm。轴承端盖螺钉直径d3=0.5df=8mm。窥视孔盖螺钉直径d4=0.375×16=6mm。定位销直径d=0.75d2=6mm。连接螺栓d2间距l=398mm。df、d1、d2至外箱壁距离c1=18mm；df、d2至凸缘边缘距离c2=12mm。轴承离合器半径R1=12mm。外箱壁至轴承座端面距离l1=40mm。大齿轮与内箱壁距离Δ1=20mm。齿轮端面与内箱壁距离Δ2=15mm。箱盖、箱座肋厚m1=8.5mm，m=8.5mm。轴承离连接螺栓距离s=60mm。毡圈油封高速轴取d=25，D=39，B1=7，d1=24。低速轴d=35，D=49，B1=7，d1=34。杆载油标Φ选从16。D1=4，d3=6，h=35，d2=16，a=12。圆锥销选GB119-86，A8×3。

- 19 -

第十三部分 设计小结

由于去年此时的懒惰与拖沓，未能按时完成设计任务，以致延长学年，追悔莫及。今年可谓痛下决心，认真复习，悉心思索，终于在规定时间的最后时刻完成了两张零件图纸、一张轴系草图、一份设计说明书的全部设计任务。

在为期两个星期的时间里，我翻遍了《机械设计》、《机械设计课程设计》等书，反复计算，设计方案，绘制草图，对着AutoCAD三天三夜……当然，在这期间还是得到周围同学的细心提点与耐心指导。特别是，这些已经不是他们需要做的。

一个人在两星期内完成这次设计不可谓不艰辛，然而，我却从这两星内学到了许多大三、大四都没来得及好好学的关键内容，而且在实践中运用，更是令我印象深刻，深切体会到机械这门课程并非以前所想像的那样纸上谈兵。所有理论、公式都是为实践操作而诞生的。

庆幸自己终于认真地做了一次全面的机械设计，真的，从中学到了很多很容易被忽视的问题、知识点，甚至还培养了自己的耐心细心用心的性格。从一页页复习课本，一次次计算数据，一遍遍修改草图，一遍遍打印装配图，这些都是我从来未曾做过的。确定电动机传动方案迫使我复习控制电机，选择联轴器又费了番功夫，轴和齿轮更使我翻烂了《机械设计》……我想，这对于明年的毕业设计肯定有莫大的帮助。

最后，感谢老师，耐心地教了我两遍。☺

- 20 -