1、機械設計基礎課程設計計算說明書設計題目：用于鏈式運輸機的一級圓柱齒輪減速器的設計學院：中國人民解放軍海軍航空大學專業：兵器工程（143071）學號：143071011143071022設計者：呂峰 張培堯指導教師：王燕銘完成日期：2017年7月15日目 錄一、 傳動方案的確定二、 電動機的選擇2.1 電動機類型和結構形式選擇2.2 確定電動機功率2.3 確定電動機型號三、傳動裝置總傳動比的計算及各級傳動比的分配3.1 計算總傳動比3.2 分配各級傳動比四、傳動裝置運動及動力參數的計算4.1 計算各軸轉速4.2 計算各軸功率4.3 計算各軸轉矩五、減速器外的傳動零件的設計鏈傳動的設計計算5.1

2、確定計算功率5.2 確定鏈輪齒數5.3 確定鏈條節數5.4 確定鏈條型號5.5 確定實際中心距5.6 計算鏈速5.7作用在軸上的壓力六、減速器內的傳動零件的設計齒輪傳動的設計計算6.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數6.2 確定齒輪許用應力6.3 按齒輪彎曲強度設計計算6.4 驗算齒面接觸強度6.5 齒輪的圓周速度七、軸的設計計算及強度校核7.1 軸的選材及其許用應力的確定7.2 軸的初步設計7.3 聯軸器的選擇7.4 軸承的選擇7.5 大齒輪軸的強度校核7.6 小齒輪軸的強度校核八、鍵的強度校核8.1 輸入軸伸出段固定帶輪的鍵8.2大齒輪處的鍵8.3小齒輪處的鍵九、減速器箱體的設計9.1

3、箱體主體結構設計的基本要求9.2 箱體附件的結構設計要求十、減速器的潤滑10.1 齒輪的潤滑10.2 軸承的潤滑十一、設計小結十二、參考資料設計任務書學生姓名：呂峰 張培堯 學號：143071011 143071022 專業：兵器工程 指導教師：王燕銘題目：用于鏈式運輸機的一級圓柱減速器的設計1. 設計項目：用于鏈式運輸機的一級圓柱齒輪減速器。其傳動簡圖如圖1所示圖1 鏈式運輸機的一級圓柱齒輪減速器2. 工作條件：運輸機連續工作，單向運轉，載荷變化較小，空載啟動，每天三班制工作，使用期限5年，每年按300個工作日計算，小批量生產。運輸帶速度允許誤差±5%。3. 原始數據：帶曳引力F=

4、2000N，運輸帶的工作速度v=2.5m/s，傳動滾筒直徑D=450mm。4. 設計任務：（1）設計內容：電動機選型；鏈傳動設計；減速器設計； 聯軸器選型。（2）設計工作量：減速器裝配工作圖1張（A1幅畫）；零件工作圖13張（A3或A4幅畫）；設計計算說明書1份。5. 設計要求：（1）減速器中齒輪設計成：直齒輪。（2）減速器中齒輪設計成：標準齒輪。6. 設計期限：2017年7月3日至2017年7月16日計算及說明主要結果一、 傳動方案的確定傳動裝置選用鏈傳動和閉式一級圓柱齒輪傳動系統，具有結構簡單、制造成本低的特點。鏈傳動沒有彈性滑動和打滑，能保持準確的平均傳動比；需要的張緊力小，作用在軸上的

5、壓力也小，可減小軸承的摩擦損失；結構緊湊；能在溫度較高、有油污等惡劣環境條件下工作。本方案中，鏈的壽命較短，且工作環境較為適宜，故在尺寸要求不高，環境條件允許的情況下，可以采用本方案。二、 電動機的選擇2.1 電動機類型和結構形式選擇按照已知的動力源和工作條件選用Y系列三相異步電動機。2.2 確定電機功率1）傳動裝置的總效率查表得：鏈=0.92（滾子鏈），軸承=0.99（一對滾動軸承），齒輪=0.97（7級精度）。總=鏈*軸承2*齒輪=0.92*0.992*0.97=0.8482）工作機所需電動機功率，由公式可得：Pd=Fv1000總=2000*2.51000*0.848=5.9kW2.3 確

6、定電動機型號 滾筒工作轉速nw=60*1000vD=60*1000*2.5450=106r/min按表推薦的傳動比常用范圍，取鏈傳動比i鏈,=24，一級圓柱齒輪傳動比i齒,=35，則總傳動比范圍為i總,=i帶,*i齒,=620。因此，電動機轉速的可選范圍為nd,=i*nw=（620）*106=6362120r/min符合這一范圍的電動機同步轉速有1000r/min、1500r/min。查表選擇電動機型號Y160M-6。其滿載轉速nm=970r/min，額定功率Ped=7.5kW。查表得：電動機的機座中心高H=160mm；電動機的伸出端直徑D=42mm；電動機的伸出端長度E=110mm。三、 傳

7、動裝置總傳動比的計算及各級傳動比的分配3.1 計算總傳動比i總=nmnw=970106=9.15總=0.848Pd=5.9Kwnw=106r/min電動機選用Y160M-6H=160mmD=42mmE=110mmi總=9.15計算及說明主要結果3.2 分配各級傳動比查表可得，鏈的傳動比取為i鏈=2.8，則圓柱齒輪的傳動比i齒=i總i鏈=9.152.8=3.15四、 傳動裝置運動及動力參數的計算4.1 計算各軸轉速n0=nm=970r/minn=n0i鏈=9702.8=304.76r/minn=ni齒=304.763.15=108.84r/min4.2 計算各軸功率P0=Pd=5.9kWP=P0

8、*鏈=5.9*0.92=5.43kWP=P*軸承*齒輪=5.43*0.99*0.97=5.21kW 4.3 計算各軸轉矩T0=9550*P0n0= 9550*5.9970=58.7NmTI=9550*Pn=9550*5.43304.76=170.2NmTII=9550*Pn=9550*5.21108.84=457.1Nm各軸的運動及動力參數列于表1表1 各軸的運動及動力參數軸名功率P（kW）轉速n(r/min)轉矩T（Nm）傳動比i效率05.997058.72.80.92I5.43304.76170.23.150.97II5.21108.84457.1五、 減速器外的傳動零件的設計鏈傳動的設計

9、計算5.1確定計算功率由主動機為電動機，中等沖擊，查表得工況系數KA=1.4，Kz=1.02,選用單排鏈，查表得Km=1.0,則i鏈=2.8i齒=3.15n0=970r/minn=304.76r/minn=108.84r/minP0=5.9kWP=5.43kWP=5.21kWT0=58.7NmTI=170.2NmTII=457.1Nm計算及說明主要結果Pca=KAKzKmPI=1.4×1.021.0×5.43=7.75404kW5.2 確定鏈輪齒數由傳動比i鏈=2.8，查表得z1=26。大鏈輪齒數z2=i鏈z1=2.8×26=72.8，取z2=72。實際傳動比i=

10、7226=2.77,誤差小于5%，故允許。5.3 確定鏈條節數初定中心距a0=40p,得Lp=2ap+z1+z22+pa(z2-z12)²=1305.4 確定鏈條型號由Pca=7.75404kW、n1=304.76r/min，查圖得，取12A鏈條可滿足要求，查表得鏈的節距p=19.05mm。5.5 確定實際中心距中心距設計為可調節的，根據之前計算結果，可取：aa0=40p=40*19.05=762mm5.6 計算鏈速v=z1pn160×1000=26×19.05×304.7660×1000ms=2.5158m/s符合設計要求5.7 作用在軸上的

11、壓力取FQ=1.2F，有FQ=1.2F=1.2*1000*PcaV=1.2*1000*7.754042.5158=3698.564N六、 減速器內的傳動零件的設計齒輪傳動的設計計算6.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數1）按傳動方案選用直齒標準圓柱齒輪傳動，壓力角=20°；2） 鏈式運輸機為一般工作機器，速度、精度要求不高，故齒輪選用8級精度；3）材料選取，查表可得，大小齒輪均使用45鋼，表面淬火處理，齒面硬度為4050HRC；4）選擇小齒輪齒數z1=25，大齒輪齒數z2=i齒*z1=3.15*25=78.25，取z2=78;5）齒數比u=z2z1=7825=3.126.2 確定

12、齒輪許用應力1） 大小齒輪均采用45鋼，表面淬火處理，則Hlim1=1135MPa，FE1=445MPa；Pca=7.75404kWLp=130選用12A鏈條v=2.5158m/sFQ=3698.564N壓力角=20°齒輪8級精度z1=25，z2=78u=3.12Hlim1=1135MPaFE1=445MPa計算及說明主要結果2） 由表可得，取SF=1.25，SH=1，取ZE=189.8MPa，則有F1=F2=0.7FE1SF=0.7*4451.25=356MPaH1=H2=Hlim1SH=11351=1135MPa 6.3 按齒輪彎曲強度設計計算1）根據之前設計要求，齒輪按8級精度

13、制造。取載荷系數K=1.3，齒寬系數d=0.7；2）小齒輪上的轉矩T1=9.55*106*Pn1=5.87*104 Nmm查圖可得YFa1=2.74,YFa2=2.24,YSa1=1.59,YSa2=1.74，YFa1YSa1F1=2.74*1.59356=0.0122YFa2YSa2F2=2.24*1.741135=0.0109法向模數 m32KT1dz12YFa1YSa1F1=32*1.3*5.87*104*2.74*1.590.7*252*356=1.62mm取m=2.5mm，則d1=mz1=62.5mmd2=mz2=195mmb1=dd1=43.75mmu=3.12取b2=30mm6.

14、4 驗算齒面接觸強度由公式可得H=2.5ZE2KT1bd12u±1uZE=189.8MPa，K=1.3H=2.5ZE2KT1bd12u±1u=2.5*189.82*1.3*5.87*104*(3.12+1)43.75*62.52*3.12=515.28MPaH1所以安全6.5 齒輪的圓周速度v=d1n160*1000=*62.5*97060*1000=3.17m/s選擇8級制造精度合適。七、軸的設計計算及強度校核7.1 軸的選料及其許用應力的確定因減速器整體傳遞的功率不大，并對質量及結構尺寸無特殊要求，所以初選軸的材料為45鋼，調質處理。查表得：軸材料的硬度為217255H

15、BW，抗拉強 F1=F2= 356MPaH1=H2=1135MPHaT1=5.87*104 Nmmm=2.5mmd1=62.5mmd2=195mmb1=43.75mmb2=30mmH=515.28MPa計算及說明主要結果度極限B=640MPa，屈服強度極限s=355MPa，彎曲疲勞極限-1=275MPa，剪切疲勞極限-1=155MPa，許用彎曲應力-1=60MPa。7.2 軸的初步設計1）高速軸最小直徑單級齒輪減速器的高速軸為轉軸，輸入端與大帶輪相連接，所以輸入端軸徑應最小。查表可得，取C=113，則d1=C3Pn=113*35.9970=20.627d1'=20.627*(1+5%)

16、=21.658取d1=25mm。2）低速軸最小直徑 低速軸的輸出端與聯軸器相連，所以低速軸輸出端軸徑應最大，查表可得，取C=113，則d2=C3Pn=113*35.43304.76=29.5d1'=29.5*(1+5%)=30.98取d2=35mm。7.3 聯軸器的選擇聯軸器類型：選用剛性聯軸器查表可得，對于工作機為運輸機，原動機為電動機，取工作情況系數KA=1.3 ，TC =58.7*1.3=76.31 Nm由上述條件可得，根據查表，選擇聯軸器型號GY3.7.4 軸承的選擇1）6206AC型軸承 確定基本額定動載荷，Cr=14000N， 球軸承查表可得，取ft=1，fp=1.3，n=

17、970r/min解得Lh=10660*970*(1*140001.3*999.48)³=21717h預期壽命Lh=8*300*5=12000所以選擇6206AC型軸承合適。 2）6308AC型軸承 確定基本額定動載荷，Cr=40800N， 球軸承查表可得，取ft=1，fp=1.3，n2 =108.84r/min解得Lh=10660*108.84*(1*408001.3*7554.98)³=10977h預期壽命Lh=12000d1=25mmd2=35mm選擇6206AC型軸承計算及說明主要結果 因為此處計算的是極限條件下的使用壽命，一般不會發生，略小于可以正常使用，故選擇63

18、08AC型軸承合適。 7.5 大齒輪軸的強度校核 1）大齒輪軸各段長度 由聯軸器孔徑尺寸可得，軸徑d-= d-=40mm； l-=25mm； d-=d-=45mm； l-=9mm； d-=50mm； l-=5mm； d-=45mm l-=37mml-=95mm； d-=35mm； l-=37mm 2）大齒輪軸的強度校核 Ft=1000*pv=1000*5.21300*108.8460*1000=3047.4N Fr=Fttan=3047.4×tan20°=1109.16N水平面內支反力及彎矩： FNH1=FNH2=0.5Ft=0.5×3047.4=1523.7N

19、MH=FNH1×84×10-3=127.99N·m垂直面內支反力及彎矩： FNV1=FNV2=0.5Fr=0.5×2303.79=554.58N MV=FNV1×84×10-3=46.58N·m選擇6308AC型軸承d-= d-=40mml-=25mmd-=45m l-=9mmd-=50mm l-=5mmd-=45mm l-=37mml-=95mm d-=35mm l-=37mm 計算及說明主要結果 高速軸M總彎矩：M=MH2+MV2=127.992+46.582=136.21N·m按彎扭合成強度校核： ca=M2

20、+(T)2W=136.21²+0.6*170.2²0.1*40³=2.13MPa<-1=60MPa符合要求7.6 小齒輪軸的強度校核1）小齒輪軸各段長度由聯軸器孔徑尺寸可得，軸徑d-=25mm； l-=45mm； d-= d-=30mm； l-=85mm d-=d-=35mm； l-=41mm；d-=25mml-=45mmd-= d-=30mml-=85mmd-=d-=35mml-=41mm計算及說明主要結果 d-=40mm； l-=5mm； l-=7mm； l-=24mm2）小齒輪軸的強度校核 Ft=2T1d1=2×58.70.0625=1878

21、.4N Fr=Fttan=1878.4×tan20°=683.68N水平面內支反力及彎矩： FNH1=FNH2=0.5Ft=0.5×1878.4=939.2N MH=FNH1×69.5×10-3=78.89N·m垂直面內支反力及彎矩： FNV1=FNV2=0.5Fr=0.5×683.68=341.84N MV=FNV1×84×10-3=28.71N·m總彎矩：M=MH2+MV2=78.892+28.712=83.95N·m按彎扭合成強度校核： ca=M2+(T0)2W=83.95

22、78;+0.6*58.7²0.1*35³=1.39MPa<-1=70MPa符合要求d-=40mml-=5mml-=7mml-=24mm計算及說明主要結果八、鍵的強度校核8.1 輸入軸伸出段固定鏈輪的鍵(10×8×35)mm鏈輪輪轂為鑄鐵材料，鍵承受輕微沖擊。 l1=L1-b1=35-10=25mmd1 =35mm T1=58.7 Nmp1=4000Thld=4000*58.78*25*35=33.5Mpap=5060Mpa該鍵的擠壓強度滿足要求。8.2 大齒輪處的鍵(14×9×45)mm大齒輪輪轂為鋼材，鍵承受輕微沖擊。 l2=

23、L2-b2=45-14=31mmd1 =45mm T2=170.2N·mp2=4000Thld=4000*170.29*31*45=54.2Mpap=100120Mpa該鍵的擠壓強度滿足要求。8.3 小齒輪處的鍵(10×8×35)mm小齒輪輪轂為鋼材，鍵承受輕微沖擊。 l3=L3-3=35-10=25mmd3 =35mm T1=58.7 Nm p3=4000Thld=4000*58.78*25*35=33.5Mpap=100120Mpa 該鍵的擠壓強度滿足要求九、減速器箱體的設計9.1箱體主體結構設計的基本要求1）箱體要有足夠的剛度（1）采用鑄造的方法制造減速器，

24、考慮到安裝方便，采用剖分式結構，使剖分面通過軸心線。（2）保證足夠的壁厚，為保證箱體的支撐剛度，軸承座上應有足夠的厚度，并設置加強肋，在此選用外肋結構。（3）為提高軸承座處的聯接剛度，座孔兩側的連接螺栓應盡量靠近軸承，為此軸承座附近做出凸臺，有一定高度以留出足夠的扳手空間，但不超過軸承座外圓。2）箱體設計要滿足客戶需求減速器主要是面向客戶使用，應當滿足性價比高，可靠性高的特點，還應根據客戶需求設計箱體形狀，材料等3）箱體結構要有良好的工藝性采用鑄造箱體，應特別考慮到鑄造的工藝要求。如壁厚應均勻，過渡平緩，外形簡單，考慮到金屬的流動性，避免縮孔、氣孔的出現，壁厚要求 10，鑄造圓角要求 ，還要考

25、慮到箱體沿起模方向應有1：20的起模斜度，以方便起模。p1=33.5Mpap2=54.2Mpap3=33.5Mpa計算及說明主要結果（1）設計箱體結構形狀時還應盡量減小機械加工面積，減少工件和刀鋸的調整次數；（2）保證同一軸心線上的兩軸承座孔的直徑應盡量一致，以便鏜孔并保證鏜孔精度；（3）各軸承座外端面應位于同一平面，箱體兩側應對稱，便于加工檢驗；（4）螺栓頭部或螺母接觸處做出沉頭座坑，以減少加工面積；（5）螺紋連接處留出足夠的扳手空間總之結構設計要滿足連接和裝配兩個方面的要求，在此基礎上，箱體形狀力求均勻、美觀。9.2 箱體附件的結構設計要求1）凸臺為保證剖分式箱體軸承座孔的加工與裝配精度，

26、在箱體聯接凸臺的長度方向兩端各設一圓錐定位銷。兩銷間的距離盡量遠，以提高定位精度。定位銷直徑一般取 ，長度應大于箱蓋和箱座聯接凸臺的總厚度，以利于裝拆。2）吊鉤為調運整臺減速器，在箱座兩端凸臺下面直接鑄出吊鉤。3）油標油標的設計主要以方便裝拆為設計準則，使箱座油標的傾斜位置便于加工和使用即可。油標的作用是保持向內正常的油量。在此選用帶有螺紋的桿式油標。最低油面為傳動零件正常運轉時所需的油面，最高油面為油面靜止時高度；4）窺視孔窺視孔的設計應保證可以看到兩齒輪的嚙合點，以便觀察工是否正常。還要考慮窺視孔蓋的高度的合理性。5）通氣器（1）功能概述通氣器主要作用為降低箱體內的壓力，自由排氣，保證減速

27、器正常工作。減速器運轉時，由于摩擦發熱，箱內溫度升高、氣體膨脹，壓力增大，對減速器的密封極為不利，因此在箱蓋頂部的窺視孔蓋上設置通氣器，使箱體內的熱脹氣體自由排出，以保證箱體內外壓力相等，提高箱體油縫隙處的密封性能。（2）裝置類型選擇在此選用簡單的通氣器即可。特別注意通氣孔不能直通頂端，以避免灰塵侵入。此類通氣器結構簡單，適用于比較清潔的場合。6）放油孔及螺栓（1）功能概述為將污油排放干凈，應在油池的最低位置處設置防油孔，這樣才可以將廢油及污垢盡。平時放油孔用螺塞及封油墊圈密封。（2）裝置組件選擇在此采用紙制封油圈，材料為石棉橡膠紙；螺塞直徑約為箱體壁厚的2-3倍即可。計算及說明主要結果7）油

28、面指示器 （1）功能概述箱體設計中，考慮到齒輪需要一定量的潤滑油，為指示減速器內油面的高度，保持箱內正常的油量，應在便于觀察和利于油面穩定的設置油面指示器。（2）裝置類型選擇在此選用帶有螺紋的桿式油標。應使箱座油標的傾斜位置便于加工和使用。油標插座的位置及角度既要避免箱體內的潤滑油溢出，又要便于油標的插取及插座上沉頭座孔的加工。最低油面為傳動零件正常運轉時所需的油面，最高油面為油面靜止時高度。游標位置不能過低，油標內桿與箱體內壁的交點應高于油面即可。十、減速器的潤滑10.1 齒輪的潤滑由于齒輪的圓周速度v=d1n160*1000=*62.5*97060*1000=3.17m/s12m/s故齒輪采用油池浸油潤滑，查表可得，選用L-CKC150潤滑油，大齒輪浸油深度約為12mm。10.2 軸承的潤滑根據該減速器設計要求及工作環境，以及相關的齒輪圓周速度，依據經濟實惠，性價比高，穩定性強，滴點相對較高，客戶易得的原則，軸承選擇使用潤滑脂潤滑，查表可得，選擇4號鈣基潤滑脂。十一、設計小結