机械设计基础课程设计

计算说明书
设计题目：用于链式运输机的一级圆柱齿轮减速器的设计
学院：中国人民解放军海军航空大学
专业：兵器工程（143071）
学号：*****
设计者：吕峰张培尧
指导教师：***
完成日期：2017年7月15日
目录
一、传动方案的确定
二、电动机的选择
电动机类型和结构形式选择
确定电动机功率
确定电动机型号
三、传动装置总传动比的计算及各级传动比的分配
计算总传动比
分配各级传动比
四、传动装置运动及动力参数的计算
计算各轴转速
计算各轴功率
计算各轴转矩
五、减速器外的传动零件的设计——链传动的设计计算
确定计算功率
确定链轮齿数
确定链条节数
确定链条型号
确定实际中心距
计算链速
作用在轴上的压力
六、减速器内的传动零件的设计——齿轮传动的设计计算
选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
确定齿轮许用应力
按齿轮弯曲强度设计计算
验算齿面接触强度
齿轮的圆周速度
七、轴的设计计算及强度校核
轴的选材及其许用应力的确定
轴的初步设计
联轴器的选择
轴承的选择
大齿轮轴的强度校核
小齿轮轴的强度校核
八、键的强度校核
输入轴伸出段固定带轮的键
大齿轮处的键
小齿轮处的键
九、减速器箱体的设计
箱体主体结构设计的基本要求
箱体附件的结构设计要求
十、减速器的润滑
齿轮的润滑
轴承的润滑十一、设计小结十二、参考资料
设计任务书
学生姓名：吕峰张培尧学号：1 2 专业：兵器工程
指导教师：王燕铭
题目：用于链式运输机的一级圆柱减速器的设计
1.设计项目：用于链式运输机的一级圆柱齿轮减速器。

其传动简图如图1所示
图1 链式运输机的一级圆柱齿轮减速器
2.工作条件：运输机连续工作，单向运转，载荷变化较小，空载启动，每天三班
制工作，使用期限5年，每年按300个工作日计算，小批量生产。

运输带速度允许误差±5%。

3.原始数据：带曳引力F=2000N，运输带的工作速度v=s，传动滚筒直径D=450mm。

4.设计任务：（1）设计内容：①电动机选型；②链传动设计；③减速器设计；
④联轴器选型。

（2）设计工作量：①减速器装配工作图1张（A1幅画）；②零件工作图1~3张（A3或A4幅画）；③设计计算说明书1份。

5.设计要求：（1）减速器中齿轮设计成：直齿轮。

（2）减速器中齿轮设计成：标准齿轮。

6.设计期限：2017年7月3日至2017年7月16日
计算及说明主要结果
一、传动方案的确定
传动装置选用链传动和闭式一级圆柱齿轮传动系统，具有结构简单、制造成
本低的特点。

链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；需要的张
紧力小，作用在轴上的压力也小，可减小轴承的摩擦损失；结构紧凑；能在温度
较高、有油污等恶劣环境条件下工作。

本方案中，链的寿命较短，且工作环境较
为适宜，故在尺寸要求不高，环境条件允许的情况下，可以采用本方案。

二、电动机的选择
电动机类型和结构形式选择
按照已知的动力源和工作条件选用Y系列三相异步电动机。

确定电机功率
1）传动装置的总效率
查表得：=（滚子链），=（一对滚动轴承），=（7级精度）。

==**=
2）工作机所需电动机功率，由公式可得：
===
确定电动机型号滚筒工作转速
===106r/min
按表推荐的传动比常用范围，取链传动比=2~4，一级圆柱齿轮传动比=3~5，则总传动比范围为=6~20。

因此，电动机转速的可选范围为
=i*=（6~20）*106=636~2120r/min
符合这一范围的电动机同步转速有1000r/min、1500r/min。

查表选择电动机型号Y160M-6。

其满载转速r/min，额定功率kW。

查表得：电动机的机座中心高H=160mm；
电动机的伸出端直径D=42mm；
电动机的伸出端长度E=110mm。

三、传动装置总传动比的计算及各级传动比的分配
计算总传动比
===
=
=
=106r/min
电动机选用Y160M-6 H=160mm
D=42mm
E=110mm
=
计算及说明主要结果分配各级传动比
查表可得，链的传动比取为=，则圆柱齿轮的传动比
===
四、传动装置运动及动力参数的计算
计算各轴转速
==970r/min
===min
===min
计算各轴功率
==
==*=
=**=**=
计算各轴转矩
各轴的运动及动力参数列于表1
表1 各轴的运动及动力参数
轴名功率P（kW）转速
n(r/min)
转矩T
（N）
传动比i效率
0970
I
II
五、减速器外的传动零件的设计——链传动的设计计算
确定计算功率
由主动机为电动机，中等冲击，查表得工况系数，,选用单排链，查表得,则
=
=
=970r/min =min
=min
=
=
=
=
=
=
计算及说明主要结果
确定链轮齿数
由传动比，查表得。

大链轮齿数
，取实际传动比i=,误差小
于5%，故允许。

确定链条节数
初定中心距,得
=2++()2=130
确定链条型号
由、r/min，查图得，取12A链条可满足要求，查表得链的节距p=。

确定实际中心距
中心距设计为可调节的，根据之前计算结果，可取：
a≈=40p=40*=762mm
计算链速
符合设计要求
作用在轴上的压力
取=，有
==*1000*=*1000*=
六、减速器内的传动零件的设计——齿轮传动的设计计算
6.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1）按传动方案选用直齿标准圆柱齿轮传动，压力角α=20°；
2）链式运输机为一般工作机器，速度、精度要求不高，故齿轮选用8级精度；
3）材料选取，查表可得，大小齿轮均使用45钢，表面淬火处理，齿面硬度为40~50HRC；
4）选择小齿轮齿数=25，大齿轮齿数=*=*25=，取=78;
5）齿数比u===
确定齿轮许用应力
1）大小齿轮均采用45钢，表面淬火处理，则=1135MPa，=445MPa；
=
=130
选用12A链条v=s
=
压力角α=20°齿轮8级精度
=25，=78
u=
=1135MPa
=445MPa
计算及说明主要结果2）由表可得，取=，=1，取=，则有
[]=[]===356MPa
[]=[]===1135MPa
按齿轮弯曲强度设计计算
1）根据之前设计要求，齿轮按8级精度制造。

取载荷系数K=，齿宽系数=；
2）小齿轮上的转矩=**=*
查图可得，
==
==
法向模数 m≥==
取m=，则
=m=
=m=195mm
==
u=
取=30mm
验算齿面接触强度
由公式可得=
=，K=
==*=＜[]
所以安全
齿轮的圆周速度
v===s
选择8级制造精度合适。

七、轴的设计计算及强度校核
轴的选料及其许用应力的确定
因减速器整体传递的功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，所以初选轴的材料为45钢，调质处理。

查表得：轴材料的硬度为217~255HBW，抗拉强[]=[]= 356MPa []=[]=1135MPHa
=*
m=
=
=195mm
=
=30mm
=
计算及说明
主要结果
度极限=640MPa ，屈服强度极限=355MPa ，弯曲疲劳极限=275MPa ，剪切疲劳极限=155MPa ，许用弯曲应力[]=60MPa 。

轴的初步设计 1）高速轴最小直径
单级齿轮减速器的高速轴为转轴，输入端与大带轮相连接，所以输入端轴径应最小。

查表可得，取C=113，则
=C
=113*
=*(1+5%)=
取=25mm 。

2）低速轴最小直径
低速轴的输出端与联轴器相连，所以低速轴输出端轴径应最大，查表可得，取C=113，则
=C =113*=
=*(1+5%)=
取=35mm 。

联轴器的选择
联轴器类型：选用刚性联轴器
查表可得，对于工作机为运输机，原动机为电动机，取工作情况系数= ，
=*=
由上述条件可得，根据查表，选择联轴器型号GY3. 轴承的选择
1）6206AC 型轴承
确定基本额定动载荷，=14000N ，
61060t h P f C L n f P ε
⎛⎫
= ⎪⎝⎭
球轴承3=ε
查表可得，取=1，=，n=970r/min 解得=
*(
)3=21717h ＞预期寿命=8*300*5=12000
所以选择6206AC 型轴承合适。

2）6308AC 型轴承
确定基本额定动载荷，=40800N ，
6
1060t h P f C L n f P ε
⎛⎫= ⎪⎝⎭
球轴承3=ε
查表可得，取=1，=， =min 解得=*(
)3=10977h ＜预期寿命=12000
=25mm
=35mm
选择6206AC 型轴承
计算及说明主要结果因为此处计算的是极限条件下的使用寿命，一般不会发生，略小于可以
正常使用，故选择6308AC型轴承合适。

大齿轮轴的强度校核
1）大齿轮轴各段长度
由联轴器孔径尺寸可得，轴径==40mm；
；
；
=9mm；
50mm；
=5mm；
95mm；
2）大齿轮轴的强度校核
==
水平面内支反力及弯矩：
垂直面内支反力及弯矩：
·m 选择6308AC型轴承
==40mm
=9mm
50mm
=5mm
95mm
计算及说明主要结果
=25mm M
高速轴
总弯矩：
按弯扭合成强度校核：
符合要求
小齿轮轴的强度校核
1）小齿轮轴各段长度
由联轴器孔径尺寸可得，轴径=25mm；
；
；
；
；
计算及说明主要结果
；
；
2）小齿轮轴的强度校核
水平面内支反力及弯矩：
垂直面内支反力及弯矩：
总弯矩：
按弯扭合成强度校核：
符合要求
计算及说明主要结果
八、键的强度校核
输入轴伸出段固定链轮的键(10×8×35)mm
链轮轮毂为铸铁材料，键承受轻微冲击。

=-=35-10=25mm
=35mm T1=
===＜[]=50~60Mpa
该键的挤压强度满足要求。

大齿轮处的键(14×9×45)mm
大齿轮轮毂为钢材，键承受轻微冲击。

=-=45-14=31mm
=45mm T2=·m
===＜[]=100~120Mpa
该键的挤压强度满足要求。

小齿轮处的键(10×8×35)mm
小齿轮轮毂为钢材，键承受轻微冲击。

=-=35-10=25mm
=35mm T1=
===＜[]=100~120Mpa
该键的挤压强度满足要求
九、减速器箱体的设计
箱体主体结构设计的基本要求
1）箱体要有足够的刚度
（1）采用铸造的方法制造减速器，考虑到安装方便，采用剖分式结构，使剖分面通过轴心线。

（2）保证足够的壁厚，为保证箱体的支撑刚度，轴承座上应有足够的厚度，并设置加强肋，在此选用外肋结构。

（3）为提高轴承座处的联接刚度，座孔两侧的连接螺栓应尽量靠近轴承，为此轴承座附近做出凸台，有一定高度以留出足够的扳手空间，但
不超过轴承座外圆。

2）箱体设计要满足客户需求
减速器主要是面向客户使用，应当满足性价比高，可靠性高的特点，还应
根据客户需求设计箱体形状，材料等
3）箱体结构要有良好的工艺性
采用铸造箱体，应特别考虑到铸造的工艺要求。

如壁厚应均匀，过渡平缓，外形简单，考虑到金属的流动性，避免缩孔、
气孔的出现，壁厚要求 10，铸造圆角要求，还要考虑到箱体沿起模方向
应有1：20的起模斜度，以方便起模。

= = =
7）油面指示器
（1）功能概述
箱体设计中，考虑到齿轮需要一定量的润滑油，为指示减速器内油
面的高度，保持箱内正常的油量，应在便于观察和利于油面稳定的
设置油面指示器。

（2）装置类型选择
在此选用带有螺纹的杆式油标。

应使箱座油标的倾斜位置便于加工和使用。

油标插座的位置及角度
既要避免箱体内的润滑油溢出，又要便于油标的插取及插座上沉头
座孔的加工。

最低油面为传动零件正常运转时所需的油面，最高油
面为油面静止时高度。

游标位置不能过低，油标内杆与箱体内壁的
交点应高于油面即可。

十、减速器的润滑
齿轮的润滑
由于齿轮的圆周速度
v===s＜12m/s
故齿轮采用油池浸油润滑，查表可得，选用L-CKC150润滑油，大齿轮浸油深度约为12mm。

轴承的润滑
根据该减速器设计要求及工作环境，以及相关的齿轮圆周速度，依据经济实惠，性价比高，稳定性强，滴点相对较高，客户易得的原则，轴承选择使用润滑脂润滑，查表可得，选择4号钙基润滑脂。

十一、设计小结
此次的课程设计是由吕峰和张培尧合作完成，在这次的减速器设计过程中，我们第一次完成了从头至尾、从无到有的设计。

我们二人互相配合，互相帮助，从最开始的数据计算，核对计算结果，绘制草图，确定最终方案，到通过SolidWorks 设计各个零件，形成建模，完成装配，，渲染效果，制作动画，到最后制作设计说明书，在这个过程中的每一步我们都经历了不同的困难、遇到了大量的问题。

比如，进行零件强度校核的时候，大量的数学公式让我们晕头转向；确定最终设计方案时，由于意见不同，产生分歧，我们甚至发生了争吵；在用电脑绘制工程图的过程中，我们又发现了很多原来设计的不合理，经过一番讨论，还要返工修改。

在遇到问题，解决问题的过程中，我们始终坚信最后的成功是属于我们的，即便困难再大，我们也没有放弃，在合作过程中，我们相互信任，相互理解，增进了战友之情，加深了同袍之谊。

最终在我们的通力合作下，完整的设计呈现在我们的眼前，当然，这其中，教员的鼓励和指导对我们起到了至关重要的作用，我们很感激对方的付出，也很感激他人的帮助。

整体而言，通过这次机械设计基础课程设计，我们均提高了自己的能力，也体会到了作为一名工程师的不易和辛苦，时值盛夏，最初的两天我们在没有空调的房间里汗流浃背，虽然之后更换教室，但每天大强度，高负荷的工作依然让人身心俱疲。

齿轮采用油池浸油润滑
轴承采用润滑脂润滑。