机械设计课程设计任务书
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§1机械设计课程设计任务书
一、题目：设计一用于带式运输机上的两级圆柱齿轮减速器。 二、已知条件：
原始数据：
F v
§2传动方案的分析
§3电动机选择，传动系统运动和动力参数计算 一、电动机的选择
1.确定电动机类型
按工作要求和条件,选用y系列三相交流异步电动机。
2.确定电动机的容量
（1）工作机卷筒上所需功率和转速nw Pw= Fv/1000 =10kw nw=60v×1000/πd=76.39 (2)电动机所需的输出功率 为了计算电动机所需的输出功率Pd，先要确定从电动机到工作机 之间的总功率η总。设η1、η2、η3、η4、η5分别为弹性联轴器、闭式齿轮 传动（设齿轮精度为7级）、2对滚动轴承、V形带传动、工作机的效 率，由[2]表1-查得η1 =，η2 =，η3 =，η4 =，η5 = ，则传动装置的总效 率为 η总=η1η2η32η4η5 =0.99×0.98×0.982×0.96×η5=0.8945*0.97=0.8677 输出功率== 11.5247
2．确定轴的最小直径
查[1]的扭转强度估算轴的最小直径的公式： 再查 [1]表15-3， (126~103)=42.62~34.83mm 考虑键：有一个键，轴的直径加大5%~7%，取6% mm
3．确定各轴段直径并填于下表内
名称
依据 查手册表1-14 d=40mm (P11)：
单位
确定结果
带轮定位：d2= d1+2（0.07d1~0.1d1） =40+5.6~8=45.6~48 密封圈：手册P94 d2=50mm 考虑轴承d3> d2 轴承代号：7011AC B=18mm，a=25.9mm， da=62mm，d3=55mm。 考虑齿轮d4> d3 符合标准直径（手册 P11）：d4=56mm 考虑齿轮定位 d5=d4+2 （0.07d4~0.1d4） =63.84~67.2mm 考虑标准直径d5=67mm 考虑轴承安装高度(手册 P77) d6=da= 62mm 考虑轴承内径d7=55mm d7=55mm
64
50.5 94 10.5
L6=15+4.5-10.5+10=17 L7=20-1=19mm L（总长） （支点距离） L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7 =104+64+50.5+94+10.5+19+19= =L3+L4+L5+L6+L7+2-2a =50.5+94+10.5+19+19+2-2x32.2
mm
圆整后 取： B1 = 105 B2 =96
（三）直齿轮设计参数表
传动类型 直齿圆柱齿 轮
模数 3
齿数
中心距
齿宽
a=225mm B1= 105mm B2 =96mm
§5轴的设计计算 减速器轴的结构草图
一、Ⅰ轴的结构设计
1．选择轴的材料及热处理方法
查[1]表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理 方法为正火。
=
代入较小 ［σ
按[1] 式（10 －9a） 试算
mm
m/s v=1.28m/s
b = φdd1t=1x88.493
mm
B1=88.493 B
级精 度，由 [1]图 10-8查 得动载 荷系数 齿轮圆 周力 N
N/mm 由[1]表 10- 3查 得
由[1]表 10-4查 故载荷 系数 （15） 按实际 的载荷 系数校 正分度 圆直径 （16） 计算模 数 KH=KAKVKHαKHβ=1x1.05x1.2x1.318
结论：因为大齿轮的大于小齿 轮所以取
0.0148
Βιβλιοθήκη Baidu
mm
结论：由齿根弯曲疲劳强度计算模数，取＝3 mm。为了同时满足接 触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1= 96 mm来计算 应有的齿数。于是由==32 取32，则Z2 = Z =32x(88/24)=117.44 , 取Z2 = 118 7．几何尺寸计算 （1） 计算中 mm 将中心距 圆整为 a=225
4．选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。
查手册P224， 名称 故选用脂润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表 依据 单位 确定结果
查手册P164表11-1 箱体壁厚 查手册P164表11-1 地脚螺栓直 径及数目n 轴承旁联接 螺栓直径 轴承旁联接 螺栓扳手空 间、 轴承盖联接 螺钉直径 轴承盖厚度 小齿轮端面 距箱体内壁 距离 轴承内端面 至箱体内壁 距离 轴承支点距 轴承宽边端 面距离a 名称 查 [2]表11-1 查 [2]表11-1 20 N=4 16 =22 =20
1.各轴转速计算
970 r/mim nⅠ= nm / i带 = 970/3.5=277.1 r/min nⅡ= nⅠ / i齿1 = n1/ i齿=277.1/3.63=76.34
2.各轴输入功率
P0= Pd=11.18 PⅠ= Pdη4 = 11.18*0.96=10.73 PⅡ= PⅠη2η3 =10.73*0.98*0.98=10.31
L3=105-2=103
L4=b L5=15-5+10=20 L6=18-1=17mm L（总 L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7=100+66+48.5+103+5+20+15= 长） （支 点距 离） =L3+L4+L5+L6+L7+2-2a =48.5+94+5+20+15+2--2*21.9=136.2
二、传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配
1.传动装置总传动比
i总= nm / nw=1460/277.1=5.269 式中nm----电动机满载转速， 1460 r/min; nw----工作机的转速，277.1 r/min。 2.分配传动装置各级传动比 i总=i带×i齿1×i齿2 分配原则： （1）i带＜i齿 （2）i带=2～4 i齿=3～5 i齿1=（1.3～ 1.5）i齿2 根据[2]表1-6，V形带的传动比取i带 = 3.5 ， 则减速器的总传动比为 i== 圆柱齿轮减速器的传动比为 i齿 = 3.63 三、运动参数和动力参数计算
§4传动零件的设计计算 一、渐开线直齿圆柱齿轮设计
（一）直齿圆柱齿轮设计计算表 项目 计算 计算过程 （或选 择）依 据 1．选 查[1]表 齿轮精 10-6 度等级 2．材 查[1]表 料选择 10-1 带式运输机为一般机器 单位 计算（或 确定）结
级
7级
小齿轮材 料为
40Cr(调 质)，齿面 硬度为 280HBS， 大齿轮材 料为45钢 （调 质），齿 面硬度 240HBS. 3．选 择齿数 Z
（10） 安全系 [σH]1= [σ ] = 计算接 数 H2 触疲劳 SH=1 强度许 用应力 [σH] （11） 试算小 齿轮分 度圆直 径 （12） 计算圆 周速度 v （13） 计算齿 宽B
（14） 计算实 际载荷 系数KH 由[1]表 10-2查 得使用 系数 根据 v=1.28 m/s，7
查 [2]表11-1 取0.4=8.04 查 [2]表11-10 =1.2d3=12 查P164
10
12 15
轴承采用润滑脂润滑，取 8~12mm 轴承代号：7009AC.查手册 P77
10 21.9
5.计算各轴段长度。
计算公式 带轮轮毂宽度 =56-10-18+12+25+1 =64mm L2=18+10+15+2-1 单 位
3．确定各轴段直径并填于下表内
名称 依据 查手册表8-5 (P101)：选 LT8：d=60mm L=107 联轴器定位：d2= d1+2（0.07d1~0.1d1） =60+8.4~12=68.4~72 毡圈：手册P94 单位 确定结果 60
70
考虑轴承，册P77轴承代 号： 7015AC。B=20mm， a=32.2mm，da=82mm， d3=75mm。 考虑齿轮，符合标准直径 （手册P11）: 考虑齿轮定位 考虑标准直径
心距a （2） 计算齿 轮的分 度圆直 径d （3） 计算全 齿高h （4） 计算齿 轮的齿 根圆直 径df （5） 计算齿 轮宽度 B mm
mm
h=6.75
mm
b = φdd1=1x96=96考虑不 可避免的安装误差，为了 保证设计齿宽b和节省材 料，一般将小齿轮略加宽 （5~10）mm，而大齿轮 的齿宽等于设计齿宽
75
80
95 考虑轴承安装高度（手册 P77） 考虑轴承内径 82
4．选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。
查 [2]（二） 故选用 润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表 名称 依据 单位 确定结果 轴承支点距 轴承宽边端 面距离a 手册P77 a=32.2mm
5.计算各轴段长度
名称 计算公式 L1=107-(2~3)=105~104 取L1=104mm =56-10-20+12+25+1 =62mm L3=20+10+15+（105-96）/2+21=50.5 L4=96-2=94 L5=b 单位 计算结果 104
9.833
KF
（4） 根据齿 YFa1= 齿形系 数和由 YFa2= 数YFa [1]图 10-17 （5） 应力校 正系数 YSa 由[1] YSa1= 图10- YSa2= 18
YFa1=2.65 YFa2=2.21
YSa1=1.58 YSa2=1.78
（6） 由[1] 齿轮的 图10-24 弯曲疲 劳强度 极限
4.压力 角α
个
5．按齿面接触强度设计 （1） 试选载 荷系数 KHt （2） 区域系 数ZH (3)计 算小齿 轮传递 的转矩 T1 参考 [1]图 10-20 Nmm 初选。
(4)齿 由[1] 宽系数 表10-7 Фd (5)材 由[1] 料的弹 表10性系数 5 ZE (6)计 算重合 度系数 Zε 参考公 式 （109） MPa1/2
由[1]式 d1=d1t= 10-10a
mm
m=4mm
（17） 计算齿
h = 2.25m=2.25x4=9 b/h =88.493/9=9.833
h=9 b/h=
高h 宽高比 6．按齿根弯曲强度设计 （1） 载荷系 数 KFβ （2） 载荷系 数KF (3)计 算重合 度系数 Yε 根据 [1]式 （105） 根据 [1]图 10-13 KF=KAKVKFαKFβ=1x1.05x1x1.26
3.各轴输入转矩
T0 = 9550Pd/n0 =9550*11.18/970=110.1 TⅠ = 9550PⅠ/nⅠ =9550*10.73/277.1=369.8 TⅡ = 9550PⅡ/nⅡ = 9550*10.31/76.34=1289.8
表1 传动装置各轴运动参数和动力参数表
功率 项目 轴号 0轴 Ⅰ轴 Ⅱ轴 11.18 10.73 10.31 970 277.1 76.34 110.1 369.8 1289.8 0.286 0.275 转速 转矩 传动比
二、Ⅱ 轴的结构设计
1．选择轴的材料及热处理方法
查[1]表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理 方法为正火回火。
2．确定轴的最小直径
查[1]的扭转强度估算轴的最小直径的公式： 再查 [1]表15-3， (126~103)=64.8369~53.0016 考虑键：有一个键，轴的直径加大5%~7%，取6%
（7）弯 由[1]图
500
曲疲劳 强度寿 命系数
10-22
（8） 计算弯 曲疲劳 许用应 力[σF]
查 [σF]1= ［1］, [σF]2= 取弯曲 疲劳安 全系数 SF＝，
由式1014得
[σ 339.29 [σF]2
（9） 计算大 小齿轮 的并加 以比较 （10） 由[1] 齿根弯 式10曲强度 17 设计计 算
Ф
(7) 齿 由[1] 轮接触 表10疲劳强 25 度极限
（8）应 由[1]式 力循环 10-13 次数N
N1=60n1jLh=60
277.1 1 (6 12 360) =
N2 =N1/i齿1 =
/(88/24)
（9）接 由[1]图 KHN1 = 触疲劳 10-23 K HN2 = 强度寿 命系数 KHN
3.选择电动机转速
由[2]表13-2推荐的传动副传动比合理范围 普通V带传动 i带=2～4 圆柱齿轮传动 i齿=3～5 则传动装置总传动比的合理范围为 i总=i带×i齿1×i齿2 i‘总=（2～4）×（3～5）×（3～5）=（18～100） 电动机转速的可选范围为 nd=i‘总×nw=（18～100）×nw=18nw～1000nw= 根据电动机所需功率和同步转速，查[2]表12-1，选择一电动机，常选择 电动机的转速有1000或1500，如无特殊需要，不选用750r/min以下的 电动机。 选用同步转速为 1500r/min，四极 选定电动机型号为 Y160L-4
一、题目：设计一用于带式运输机上的两级圆柱齿轮减速器。 二、已知条件：
原始数据：
F v
§2传动方案的分析
§3电动机选择，传动系统运动和动力参数计算 一、电动机的选择
1.确定电动机类型
按工作要求和条件,选用y系列三相交流异步电动机。
2.确定电动机的容量
（1）工作机卷筒上所需功率和转速nw Pw= Fv/1000 =10kw nw=60v×1000/πd=76.39 (2)电动机所需的输出功率 为了计算电动机所需的输出功率Pd，先要确定从电动机到工作机 之间的总功率η总。设η1、η2、η3、η4、η5分别为弹性联轴器、闭式齿轮 传动（设齿轮精度为7级）、2对滚动轴承、V形带传动、工作机的效 率，由[2]表1-查得η1 =，η2 =，η3 =，η4 =，η5 = ，则传动装置的总效 率为 η总=η1η2η32η4η5 =0.99×0.98×0.982×0.96×η5=0.8945*0.97=0.8677 输出功率== 11.5247
2．确定轴的最小直径
查[1]的扭转强度估算轴的最小直径的公式： 再查 [1]表15-3， (126~103)=42.62~34.83mm 考虑键：有一个键，轴的直径加大5%~7%，取6% mm
3．确定各轴段直径并填于下表内
名称
依据 查手册表1-14 d=40mm (P11)：
单位
确定结果
带轮定位：d2= d1+2（0.07d1~0.1d1） =40+5.6~8=45.6~48 密封圈：手册P94 d2=50mm 考虑轴承d3> d2 轴承代号：7011AC B=18mm，a=25.9mm， da=62mm，d3=55mm。 考虑齿轮d4> d3 符合标准直径（手册 P11）：d4=56mm 考虑齿轮定位 d5=d4+2 （0.07d4~0.1d4） =63.84~67.2mm 考虑标准直径d5=67mm 考虑轴承安装高度(手册 P77) d6=da= 62mm 考虑轴承内径d7=55mm d7=55mm
64
50.5 94 10.5
L6=15+4.5-10.5+10=17 L7=20-1=19mm L（总长） （支点距离） L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7 =104+64+50.5+94+10.5+19+19= =L3+L4+L5+L6+L7+2-2a =50.5+94+10.5+19+19+2-2x32.2
mm
圆整后 取： B1 = 105 B2 =96
（三）直齿轮设计参数表
传动类型 直齿圆柱齿 轮
模数 3
齿数
中心距
齿宽
a=225mm B1= 105mm B2 =96mm
§5轴的设计计算 减速器轴的结构草图
一、Ⅰ轴的结构设计
1．选择轴的材料及热处理方法
查[1]表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理 方法为正火。
=
代入较小 ［σ
按[1] 式（10 －9a） 试算
mm
m/s v=1.28m/s
b = φdd1t=1x88.493
mm
B1=88.493 B
级精 度，由 [1]图 10-8查 得动载 荷系数 齿轮圆 周力 N
N/mm 由[1]表 10- 3查 得
由[1]表 10-4查 故载荷 系数 （15） 按实际 的载荷 系数校 正分度 圆直径 （16） 计算模 数 KH=KAKVKHαKHβ=1x1.05x1.2x1.318
结论：因为大齿轮的大于小齿 轮所以取
0.0148
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mm
结论：由齿根弯曲疲劳强度计算模数，取＝3 mm。为了同时满足接 触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1= 96 mm来计算 应有的齿数。于是由==32 取32，则Z2 = Z =32x(88/24)=117.44 , 取Z2 = 118 7．几何尺寸计算 （1） 计算中 mm 将中心距 圆整为 a=225
4．选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。
查手册P224， 名称 故选用脂润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表 依据 单位 确定结果
查手册P164表11-1 箱体壁厚 查手册P164表11-1 地脚螺栓直 径及数目n 轴承旁联接 螺栓直径 轴承旁联接 螺栓扳手空 间、 轴承盖联接 螺钉直径 轴承盖厚度 小齿轮端面 距箱体内壁 距离 轴承内端面 至箱体内壁 距离 轴承支点距 轴承宽边端 面距离a 名称 查 [2]表11-1 查 [2]表11-1 20 N=4 16 =22 =20
1.各轴转速计算
970 r/mim nⅠ= nm / i带 = 970/3.5=277.1 r/min nⅡ= nⅠ / i齿1 = n1/ i齿=277.1/3.63=76.34
2.各轴输入功率
P0= Pd=11.18 PⅠ= Pdη4 = 11.18*0.96=10.73 PⅡ= PⅠη2η3 =10.73*0.98*0.98=10.31
L3=105-2=103
L4=b L5=15-5+10=20 L6=18-1=17mm L（总 L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7=100+66+48.5+103+5+20+15= 长） （支 点距 离） =L3+L4+L5+L6+L7+2-2a =48.5+94+5+20+15+2--2*21.9=136.2
二、传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配
1.传动装置总传动比
i总= nm / nw=1460/277.1=5.269 式中nm----电动机满载转速， 1460 r/min; nw----工作机的转速，277.1 r/min。 2.分配传动装置各级传动比 i总=i带×i齿1×i齿2 分配原则： （1）i带＜i齿 （2）i带=2～4 i齿=3～5 i齿1=（1.3～ 1.5）i齿2 根据[2]表1-6，V形带的传动比取i带 = 3.5 ， 则减速器的总传动比为 i== 圆柱齿轮减速器的传动比为 i齿 = 3.63 三、运动参数和动力参数计算
§4传动零件的设计计算 一、渐开线直齿圆柱齿轮设计
（一）直齿圆柱齿轮设计计算表 项目 计算 计算过程 （或选 择）依 据 1．选 查[1]表 齿轮精 10-6 度等级 2．材 查[1]表 料选择 10-1 带式运输机为一般机器 单位 计算（或 确定）结
级
7级
小齿轮材 料为
40Cr(调 质)，齿面 硬度为 280HBS， 大齿轮材 料为45钢 （调 质），齿 面硬度 240HBS. 3．选 择齿数 Z
（10） 安全系 [σH]1= [σ ] = 计算接 数 H2 触疲劳 SH=1 强度许 用应力 [σH] （11） 试算小 齿轮分 度圆直 径 （12） 计算圆 周速度 v （13） 计算齿 宽B
（14） 计算实 际载荷 系数KH 由[1]表 10-2查 得使用 系数 根据 v=1.28 m/s，7
查 [2]表11-1 取0.4=8.04 查 [2]表11-10 =1.2d3=12 查P164
10
12 15
轴承采用润滑脂润滑，取 8~12mm 轴承代号：7009AC.查手册 P77
10 21.9
5.计算各轴段长度。
计算公式 带轮轮毂宽度 =56-10-18+12+25+1 =64mm L2=18+10+15+2-1 单 位
3．确定各轴段直径并填于下表内
名称 依据 查手册表8-5 (P101)：选 LT8：d=60mm L=107 联轴器定位：d2= d1+2（0.07d1~0.1d1） =60+8.4~12=68.4~72 毡圈：手册P94 单位 确定结果 60
70
考虑轴承，册P77轴承代 号： 7015AC。B=20mm， a=32.2mm，da=82mm， d3=75mm。 考虑齿轮，符合标准直径 （手册P11）: 考虑齿轮定位 考虑标准直径
心距a （2） 计算齿 轮的分 度圆直 径d （3） 计算全 齿高h （4） 计算齿 轮的齿 根圆直 径df （5） 计算齿 轮宽度 B mm
mm
h=6.75
mm
b = φdd1=1x96=96考虑不 可避免的安装误差，为了 保证设计齿宽b和节省材 料，一般将小齿轮略加宽 （5~10）mm，而大齿轮 的齿宽等于设计齿宽
75
80
95 考虑轴承安装高度（手册 P77） 考虑轴承内径 82
4．选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。
查 [2]（二） 故选用 润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表 名称 依据 单位 确定结果 轴承支点距 轴承宽边端 面距离a 手册P77 a=32.2mm
5.计算各轴段长度
名称 计算公式 L1=107-(2~3)=105~104 取L1=104mm =56-10-20+12+25+1 =62mm L3=20+10+15+（105-96）/2+21=50.5 L4=96-2=94 L5=b 单位 计算结果 104
9.833
KF
（4） 根据齿 YFa1= 齿形系 数和由 YFa2= 数YFa [1]图 10-17 （5） 应力校 正系数 YSa 由[1] YSa1= 图10- YSa2= 18
YFa1=2.65 YFa2=2.21
YSa1=1.58 YSa2=1.78
（6） 由[1] 齿轮的 图10-24 弯曲疲 劳强度 极限
4.压力 角α
个
5．按齿面接触强度设计 （1） 试选载 荷系数 KHt （2） 区域系 数ZH (3)计 算小齿 轮传递 的转矩 T1 参考 [1]图 10-20 Nmm 初选。
(4)齿 由[1] 宽系数 表10-7 Фd (5)材 由[1] 料的弹 表10性系数 5 ZE (6)计 算重合 度系数 Zε 参考公 式 （109） MPa1/2
由[1]式 d1=d1t= 10-10a
mm
m=4mm
（17） 计算齿
h = 2.25m=2.25x4=9 b/h =88.493/9=9.833
h=9 b/h=
高h 宽高比 6．按齿根弯曲强度设计 （1） 载荷系 数 KFβ （2） 载荷系 数KF (3)计 算重合 度系数 Yε 根据 [1]式 （105） 根据 [1]图 10-13 KF=KAKVKFαKFβ=1x1.05x1x1.26
3.各轴输入转矩
T0 = 9550Pd/n0 =9550*11.18/970=110.1 TⅠ = 9550PⅠ/nⅠ =9550*10.73/277.1=369.8 TⅡ = 9550PⅡ/nⅡ = 9550*10.31/76.34=1289.8
表1 传动装置各轴运动参数和动力参数表
功率 项目 轴号 0轴 Ⅰ轴 Ⅱ轴 11.18 10.73 10.31 970 277.1 76.34 110.1 369.8 1289.8 0.286 0.275 转速 转矩 传动比
二、Ⅱ 轴的结构设计
1．选择轴的材料及热处理方法
查[1]表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理 方法为正火回火。
2．确定轴的最小直径
查[1]的扭转强度估算轴的最小直径的公式： 再查 [1]表15-3， (126~103)=64.8369~53.0016 考虑键：有一个键，轴的直径加大5%~7%，取6%
（7）弯 由[1]图
500
曲疲劳 强度寿 命系数
10-22
（8） 计算弯 曲疲劳 许用应 力[σF]
查 [σF]1= ［1］, [σF]2= 取弯曲 疲劳安 全系数 SF＝，
由式1014得
[σ 339.29 [σF]2
（9） 计算大 小齿轮 的并加 以比较 （10） 由[1] 齿根弯 式10曲强度 17 设计计 算
Ф
(7) 齿 由[1] 轮接触 表10疲劳强 25 度极限
（8）应 由[1]式 力循环 10-13 次数N
N1=60n1jLh=60
277.1 1 (6 12 360) =
N2 =N1/i齿1 =
/(88/24)
（9）接 由[1]图 KHN1 = 触疲劳 10-23 K HN2 = 强度寿 命系数 KHN
3.选择电动机转速
由[2]表13-2推荐的传动副传动比合理范围 普通V带传动 i带=2～4 圆柱齿轮传动 i齿=3～5 则传动装置总传动比的合理范围为 i总=i带×i齿1×i齿2 i‘总=（2～4）×（3～5）×（3～5）=（18～100） 电动机转速的可选范围为 nd=i‘总×nw=（18～100）×nw=18nw～1000nw= 根据电动机所需功率和同步转速，查[2]表12-1，选择一电动机，常选择 电动机的转速有1000或1500，如无特殊需要，不选用750r/min以下的 电动机。 选用同步转速为 1500r/min，四极 选定电动机型号为 Y160L-4