机械设计课程设计题目：二级圆锥—圆柱齿轮减速器学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机械081学号：5133姓名：杜笑天指导教师：冯晓宁教授2011年2月21日—2011年3月11日目录一、机械设计课程设计任务书机械设计课程设计的目的机械设计课程设计的内容及要求机械设计课程设计的时间安排二、传动装置总体设计方案传动装置总体设计方案电动机的选择计算传动装置的运动和动力参数三、传动零件的设计圆锥齿轮的设计计算斜齿轮的设计计算四、轴及其上配件的设计低速轴的设计、校核及其上零件的设计高速轴及其上零件的设计中间轴及其上零件的设计五、轴承的校核低速轴上轴承的校核高速轴和中间轴上轴承的校核六、键的强度校核七．箱体的主要结构尺寸八、箱体附件的设计九．设计小结十．参考资料一、机械课程设计任务书机械设计课程设计的目的机械设计课程设计是一次全面设计训练，是重要的综合性、实践性教育环节。

其目的是：1. 综合运用机械设计和其他先修课程的知识，分析和解决机械设计问题。

2. 掌握机械设计的一般方法和步骤，培养学生具备简单机械和零部件的设计能力、培养学生正确设计思想、分析问题和解决工程实际问题的能力。

3. 提高学生设计计算、绘图能力和运用技术标准，查图表、手册及相关资料的能力。

机械设计课程设计内容及要求机械设计课程设计内容包括：传动装置的总体设计；传动件（齿轮、轴等）的设计计算和标准件（轴承、链、联轴器等）的选择及校核；装配图和零件图设计；编写设计计算说明书。

在机械设计课程设计中应完成的任务：工作分成两部分，一部分是方案分析和设计计算,另一部分是绘制图纸。

1. 减速器装配工作图1张（A0或A1）；2. 零件工作图2张（齿轮、轴各1张，A2）；3. 设计计算说明书一份（A4）图纸先手工绘制草图，再用AutoCAD软件绘制计算机图纸。

设计计算说明书按规范用计算机打印。

机械设计课程设计的时间安排机械设计课程设计的时间为3周。

具体安排如下：1．传动装置总体设计（2天）2. 装配草图设计（4天、包含上机）3. 零件工作图设计(4天、包含上机)4. 编写设计计算说明书（3天、包含图纸和说明书打印）5. 答辩（2天）以上天数不包含双休日。

二、传动装置的总体设计1. 传动装置总体设计方案设计一用于胶带输送机卷筒的传动装置。

图1 胶带输送机工作装置原始条件和数据胶带输送机两班制连续单向运转，载荷平稳，空载起动，室内工作，有粉尘；使用期限10年，大修期3年。

该机动力来源为三相交流电，在中等规模机械厂小批生产。

输送带速度允许误差为±5%。

输送带工作拉力：2000N输送带速度：s卷筒直径：300mm胶带输送机传动方案图2 胶带输送机传动方案2.电动机的选择 （1）电动机类型的选择按已知工作要求和条件选用Y 系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。

（2）确定电动机功率工作装置所需功率P ω按下式计算P w =www v F η1000• kW式中，F w =2000N ，v w =s,取工作装置的效率w η=.带入上式得：P w =w w w v F η1000•=94.010009.02000⨯⨯= kW电动机的输出功率P 0按下式计算P 0=ηwP kW式中，η为电动机轴至卷筒轴的传动装置总效率。

式中，a c g r ηηηηη•••=23；取滚动轴承效率=r η，8精度齿轮传动效率=g η，滑块联轴器效率=c η，圆锥齿轮传动效率=a η则88.094.099.097.0995.023=⨯⨯⨯=η故P 0=ηw P =17.288.091.1= kW 因载荷平稳，电动机额定功率P ω只需略大于P 0即可，按表8-169中Y 系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为。

（3）确定电动机转速 卷筒作为工作轴，其转速为：32.573009.010610644=⨯⨯⨯=⨯=ππD v n w w r/mim单级圆柱齿轮传动比'g i =3～5，单级圆锥齿轮传动比'a i =2～动范围为'i =2×～3×5=6～，可见电动机转速的可选分为为：=•=w n i n ''（6～）×=～mim符合这一范围的同步转速有750 r/mim 和1000 r/mim 两种，为减少电动机的重量和价格，由表8-169选常用的同步转速为1000 r/mim 的Y 系列电动机Y112M-6，其满载转速940=w n r/mim 。

由表8-170、表8-172中查得，电动机的中心高为265mm ，总长463mm ，轴直径28mm ，两段轴外伸长度均为60mm 。

3.计算传动装置的总传动比和分配各级传动比 （1）传动装置总传动比40.1632.57940===w m n n i （2）分配传动装置各级传动比由式（2-5），g a i i i •=，取圆锥齿轮69.340.1691.0=⨯=a i 。

44.469.340.16===a g i i i 3.计算传动装置的运动和动力参数 （1）各轴转速由式（2-6）1轴 940194011===m n n r/mim2轴 74.25469.39402===a m i n n r/mim 3轴 37.574.474.25423===g i n n r/mim 工作轴 37.573==n n w r/mim （2）各轴输入功率由式（2-7）1轴 15.299.019.201=⨯=•=c p p η kW2轴 01.294.0995.015.212=⨯⨯=••=a c p p ηη kW 3轴 94.197.0995.001.223=⨯⨯=••=g r p p ηη kW 工作轴 88.198.099.094.13=⨯⨯=••=c r w P P ηη kW （3）各轴输入转矩由式（2-8） 电动机输出 046.2294017.29550955000=⨯=⨯=m n P T N ·m 1轴 84.2194001.295509550111=⨯=⨯=n P T N ·m 2轴 35.7374.25401.295509550222=⨯=⨯=n P T N ·m 3轴 94.32237.5794.195509550333=⨯=⨯=n P T N ·m 工作轴 95.31237.5788.195509550=⨯=⨯=w w w n P T N ·m 将以上算得的运动参数列表如下：三、 传动零件的设计计算1.高速级圆锥齿轮的设计计算 15.21=P kW 9401=n r/mim 齿数比 u= 工作寿命 10年（1） 选择齿轮类型、材料、精度以及参数1）选用圆锥直齿齿轮传动2）选用齿轮材料：选取大小齿轮材料均为45钢，小齿轮调质处理齿面硬度取280HBS ；大齿轮正火处理齿面硬度取240HBS 。

3）选取齿轮为8级精度（GB10095—88） 4）选取小齿轮齿数Z1=20，Z2=i1Z2=×20=73 （2）按齿面接触强度设计1）查表得使用系数A K =1，动载系数v K =2）cos 96.0165.365.31221=+=+=u u σcos 26.0165.3111222=+=+=u σ当量齿数 2196.020cos 111===σz z v 28126.0/73cos 222===σz z v 当量齿数重合度[]636.1)281/121/1(2.388.1)11(2.388.121=+⨯-=+•-=v v v z z αε888.034=-=vz αεε 3）1=αH K4）齿向载荷分布系数βK =所以载荷系数==βαK K K K K H v A ××1×= 5）查取齿宽系数3.0=R φ3 6）查得弹性系数E Z =MPa 7）查得区域系数H Z =8）查取材料接触疲劳强度极限lim H σ：查图得，小齿轮为1lim H σ=600Mpa,大齿轮2lim H σ=550 Mpa 9）计算应力循环次数N91110707.2)1030082(9406060⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==h jL n N89210336.769.310707.2⨯=⨯=N []a H HN H MP SK 54016009.01lim 11=⨯==σσ[]2lim220.93550511.51HN H H K MP Sσσ⨯===1t d ≥=51.17mm =11d d ==51.1754.03==mm （3）确定主要参数 1）大端模数1154.032.720d m z ===由于轴径和小圆锥齿轮外形尺寸的限制，需要放大其模数，因此取大端模数为M=32）大端分度圆直径1132060d mz ==⨯= 22373219d mz ==⨯=3）锥距113.54R ===mm 4）齿宽b=40（4）轮齿弯曲疲劳强度验算 1）齿形系数1Fa Y =, YFa2=2）应力修正系数Sa Y 按当量齿数查图得：1Sa Y =，2Sa Y = （3）重合度系数Y ε：Y ε=+avε75.0=+0.751.636= （4）齿间载荷分配系数KFa ：KFa=1/ Y ε=1/= 载荷系数K ：K=（5）齿根工作应力F δ：1F δ=()15.01423212111+-μϕϕεmZ Y Y Y KT R R Sa Fa=mm 2112212Sa Fa Sa Fa F F Y Y Y Y δδ== 2.06 1.9735.566 2.60 1.595⨯⨯⨯=mm 2 （6）弯曲疲劳极限lim F δ由图查得：1lim F δ=500N/mm 2=2lim F δ380N/mm 2（7）弯曲寿命系数K N ：K 1FN = K 2FN =（8）弯曲疲劳强度最小安全系数SFmin 查得：SFmin= （9）许用弯曲疲劳应力[]F δ：[]1F δ=min11lim F FN F S K δ=5000.851.4⨯=mm 2[]2F δ=min22lim F FN F S K δ=3800.881.4⨯=mm 2（10）弯曲疲劳强度校核： 1F δ= mm 2〈[]1F δ 2F δ=mm 2〈[]2F δ所以满足弯曲疲劳强度要求【3】。

（注：本节查表查图见《机械工程及自动化简明设计手册》 叶伟昌 2001）（5）圆锥齿轮尺寸列于下表2.圆柱斜齿轮的设计计算 （1）选精度等级、材料及参数 1)大、小齿轮的材料均为45钢。

2)小齿轮硬度为250HBS ，大齿轮硬度为220HBS ，等级均为8级，大齿轮正火，小齿轮调质处理。

3) 选取小齿轮齿数Z 1=25，Z 2=1i Z 1=×25=110取Z 2=110 （2）按齿面接触强度设计321112⎪⎪⎭⎫⎝⎛±≥H E H d t t z z u u T K d σεφα 1）确定公式内的各计算数值 ①选取齿宽系数d φ=1②由图10-21e 查得1lim H σ=600 MPa ，2lim H σ=570 MPa ③计算接触疲劳许用应力（失效概率为1%，安全系数S=1） ④试取6.1=t K ，螺旋角o 14⑤由图10-30选取区域系数433.2=H Z⑥121111[1.88 3.2()]cos [1.88 3.2()]cos14 1.67225110z z αεβ=-⨯+=-⨯+⨯=⑦选载荷系数6.1=t K⑧计算小齿轮传递的转矩232294T =N ·m⑨由表10-6查得材料的弹性影响系数8.189=E Z MPa ⑩由式10-13计算应力循环次数8116060254.74(2830010)7.33710h N n jL ==⨯⨯⨯⨯⨯=⨯8827.33710 1.834104.4N ⨯==⨯由图10-19取接触疲劳寿命系数120.95,0.99HN HN K K == 计算接触疲劳许用应力[]1lim110.956005701HN H H a K MP S σσ⨯=== []2lim220.99570564.31HN H H a K MP S σσ⨯===[]570564.3567.152H MPa σ+==2）计算①试算小齿轮分度圆直径t d 1，带入[]H σ中的较小的值321112⎪⎪⎭⎫⎝⎛±≥H E H d t t z z u u T K d σεφα53.724mm =②计算圆周速度113.141637.34254.740.50/601000601000t d n v m s π⨯⨯===⨯⨯③计算齿宽b 及模数nt m1137.3437.34d t b d mm ϕ==⨯=111cos 37.34cos14 1.4525ot n d m mm z β⨯===2.25 2.25 1.643.26/37.34/3.2611.45nt h m mm b h ==⨯===④计算纵向重合度010.318tan 0.318125tan14 1.982d z βεϕβ==⨯⨯⨯= ⑤计算载荷系数K根据v=s ，8级精度，由图10-8查得动载荷系数Kv=由表10-3查得 1.4H F K K αα==，从表10-4查得 1.34H K β=，另由图10-13查得 1.28F K β=1 1.02 1.4 1.34 1.91A v H F K K K K K αβ==⨯⨯⨯= ⑥按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径1139.57d d ===mm ⑦计算模数n m11cos 39.57cos14 1.5425n d m z β⨯===mm ，m 取（3）按齿根弯曲强度设计[]32121cos 2F d SaFa n z Y Y Y KT m σεφβαβ≥1）确定计算参数①计算载荷系数1 1.02 1.4 1.28 1.83A v F F K K K K K αβ==⨯⨯⨯= ②由图10-20d 查得齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa MPa FE FE 310,33021==σσ，弯曲疲劳系数895.0,88.021==FN FN K K ，安全系数S=③计算弯曲疲劳许用应力 []MPa S K FE FN F 429.2074.133088.0111=⨯==σσ []MPa S K FE FN F 179.1984.1310895.0222=⨯==σσ④计算大小齿轮的[]F SaFa Y Y σ并加以比较[]0202.0429.207582.1646.2111=⨯=F Sa Fa Y Y σ[]0197.0179.198805.1165.2222=⨯=F Sa Fa Y Y σ小齿轮的数值较大（4）几何尺寸计算①计算中心距()()12025110 2.5173.972cos 2cos14n z z m a mmβ++⨯===⨯将中心距取为174mm②按圆整后的中心距修正螺旋角()025110 2.5arccos14.072173.97β+⨯==⨯因β值改变不多，故参数H Z K ,,βαε等不必修正③计算大小齿轮的分度圆直径 11027 2.52564.43cos cos14.07n z m d mm β⨯=== 220110 2.5283.5cos cos14.07n z m d mm β⨯=== ④计算齿轮宽度1151.5551.55d b d mm ϕ==⨯=圆整后取2155,60B mm B mm ==（5）斜齿轮尺寸列于下表四、 轴的设计计算1.低速轴的设计（1）求输出轴上的功率3P ，转速3n 和转矩3T3 1.94p kw =，357.37/min n r =，3322940T =N ·mm （2）求作用在齿轮上的力33223229402847.80226.8T F N d ⨯=== 0tan 201068.57cos14.07t r F F N == tan 747.11a t F F N β==（3）初步确定轴的最小直径。