机械设计课程设计

（四）计算传动装置的运动和动力参数
——计算减速器中各轴的功率、转矩、转速
如图卷扬机所示
Ⅱ
Ⅲ Ⅳ
①各轴的输入功率 Ⅱ
Ⅰ
Ⅳ
Ⅴ
从工作机到电动机 （P偏小）
PV=PW PⅣ=PV/η2·η3 PⅢ=PⅣ/η1·η2 PⅡ=PⅢ/η1·η2 PI（电机轴）=PⅡ/η2·η3
1 —一对齿轮效率 2 —一对轴承效率 3 —联轴器的效率
选择一般用途的通用机械的传动装置——减速器作为设计的课题
设计题目：两级（直齿或斜齿）圆柱齿轮减速器 设计技术要求：见具体题目要求。 四种工作机的传动装置:
10：碾砂机传动装置 11：卷扬机传动装置 12：皮带运输机传动装置 13：螺旋运输机传动装置
10：碾砂机传动装置
立轴功率：P(Kw)
立轴转速：n(r/m)
一、传动装置的总体设计内容
（一）传动方案的确定——在几种可行的传动方案中 选择最佳方案。 现由设计任务书直接下达——为两 级展开式圆柱齿轮减速器（直齿或斜齿） （二）选择电机
1．类型——按工作机载荷（大小，性质），工作条 件来选择 通用机械——结构简单、价格低廉、维护方便 Y系 列封闭式三相交流异步电动机
i1 .i 2 i i1 , i 2 且满足i1 , i 2 3 ~ 5 i1 1.3i 2 以上传动比的分配只是初步的，为理论传动比
而实际传动比只有等传动件参数确定以后才能定
实际传动比：
z2 i z1
i i i 100% (3 ~ 5)% i
四、课程设计注意事项和要求
注意事项： 1.要求培养独立思考的习惯，独立工作的能力。 2.在进行各个阶段设计以前，一定要首先认真阅 读设计指导书，明确要求和注意事项，以避免不 必要的修改和错误。
要求：
1）图纸：所绘图纸要求作图准确、结构合理、表达 清晰、图面整洁、尺寸齐全、内容齐全、完全符号 制图规定。 2）设计任务书要求：计算正确，所有计算公式和数 据须标明出处，每一步计算结果要用表格方式列出， 再在清晰位置说明。设计思想明确。设计计算内容步 骤齐全，表达清楚，并附必要的示意图和表格形式进 行说明，书写工整，并按一定的格式进行书写。 3）自己要按上课时间准时到教室设计，不得迟 到早退，有事向指导老师请假。 4）每一步设计任务须按时完成。
b) 按弯曲和接触疲劳强度条件设计齿轮参数 ——参考教材 软齿面齿轮——按轮齿接触强度设计齿轮参数，按轮 齿弯曲强度条件进行校核。 硬齿面齿轮——按轮齿弯曲强度条件进行设计，按接 触强度条件进行校核。 设计的原始数据：各轴的扭矩、功率和工作条件、 工作情况 其中K＝KAKVKβ取值见教材。
c)对齿轮几何参数的计算：
b：高、低速级大齿轮尺寸检查
h
d a4 d f 2 2
h太大，齿轮2和4相差太远，——油飞溅润滑有问题。 若不满足，加一带油轮。
1 d a4 6
c：润滑方式选择：
v2 2m / s飞溅润滑 — —开油沟 v2 2m / s脂润滑 — —加挡油板
高速级大齿轮的圆周速度
d：总中心距
寿命10年，双班制， 有轻微振动，多灰尘。
11：卷扬机传动装置
绳索牵引力F（N）， 牵引速度v(m/s)， 卷筒直径D（mm），
负荷持续率JC%（即JC=工
作时间/一个工作周期） 寿命10年，单班制，有中等
程度冲击，在室外工作。
12：皮带运输机传动装置
工作机皮带拉力为F(N) 皮带速度为V(m/s) 卷筒直径D(mm) 寿命10年，单班制，轻微振动，在室外工作。
（1天）5）进行轴、轴承和键的强度和寿命的设计和校 核计算。
(1.5天)6）加深完成减速器的装配图（标注尺寸， 零件明细表，技术要求等）
（1天）7）绘制零件工作图（一个齿轮、一个 轴）——零部结构、标准尺寸和形位公差齿轮误差 检验项目和表面粗糙度以及加工技术要求等
（1天）8）编写整理设计计算说明书。 9）准备设计答辩
安装滚动轴承处轴直径d3应取标准值
由d3——选择轴承的类型和尺寸
过渡轴肩h’=1~2mm
d4
轴环尺寸：教材P451
h1=0.07~0.1d4 d5
b) 中间轴径向尺寸
dmin→选中间轴上轴承型号尺寸 三根轴上的轴承的类型一般应相同 轴承的内径，d轴承I≤d轴承Ⅱ≤d轴承Ⅲ
（3）轴向尺寸 由轴上零件的轴向尺寸和减速器箱体结构尺寸（支承 宽度）传动零件间的间隙（齿轮端面与箱体端面、联 轴器端面与箱体端面的间隙）定轴的轴向尺寸，即与 箱体结构设计同时进行。
d1,d2 da1,da2
df1 ,df2
ha,hf b1,b2β 等
为保证全齿宽接触，使
b小＝b大＋5～ 10mm
d) 齿轮的结构设计
齿轮轴 实心齿轮
腹板式齿轮
轮辐式齿轮
参考教材或手册和图册
齿轮设计好后检查：
Ⅱ
Ⅲ Ⅳ
a：齿轮与轴的干涉：中 间轴上高速级大齿轮不与 低速轴相干涉
Ⅱ Ⅰ
Ⅳ Ⅴ
d2 a低 ( 30 ~ 50)mm 2
但当工作机转速nw一定时 电机转速越高
n i nw
↑
使传动系统结构庞大，成本反而提高 n电 一般，考虑减速器传动比 i n 20 （10～20合适）
W
故应兼顾以上两点来选择同步转速
其中1500rpm、1000rpm两种电机供应较多，设计 时应优先采用. 最后列出电机参数表。（参考指导书）
原始数据：传动装置的运动及动力参数设计计算 所得的数据及设计任务书所给定的工作条件。 1．齿轮传动参数的设计计算——参考教材 a) 选材料，定热处理方法和齿面硬度 一般用优质碳素钢：40，45#，50 热处理方法：正火调质——软齿面齿轮（HB≤350） 表面淬火，渗碳淬火——硬齿面（HB>350） 如设计题目功率较大（P>4KW），选硬齿面； 如 设计题目功率较小， 选软齿面。
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
从电动机到工作机 PI=Ped
Ⅱ Ⅰ
Ⅳ Ⅴ
PⅡ=PI×η2·η3
PⅢ=PⅡ×η1×η2
PⅣ=PⅢ×η1×η2
PⅤ=PⅥ×η2×η3
1 —一对齿轮效率 2 —一对轴承效率 3 —联轴器的效率
P偏大，尺寸偏大,偏安全。
②计算各轴的转速
Ⅱ
Ⅲ Ⅳ
nI=n电 nⅡ=nI nⅢ=nⅡ/i1
机械设计课程设计
南京理工大学机械工程学院
二 级 展 开 式 圆 柱 齿 轮 减 速 器
一、课程设计的目的
1）培养学生综合运用所学的机械系统课的知识 去解决生产实际问题的能力
2）学习机械设计的一般方法和步骤 3）进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘 图，运用设计资料、手册、标准和规范以及使用 经验结算和处理数据的能力。
高速轴与电机轴相联，则取轴端直径d=(1~0.8)d电
b)联轴器的选择——输入、输出轴上用 Ⅱ
Ⅲ Ⅳ 输入轴（与电机联 接）——弹性联轴器 输出轴（与工 作机联接）—— 齿轮联轴器
Ⅱ Ⅰ
Ⅳ Ⅴ
联轴器按计算转矩Tc进行选择
Ⅱ
Ⅲ Ⅳ
要求①所选型号联轴器所 允许的最大转矩>Tc ②联轴器的孔径满足所联 接的两轴径的尺寸要求
13：螺旋运输机传动装置 输送机轴功率：P(Kw) 输送机轴转速：n(r/m) 寿命5年，双班制，
有轻微振动
工作量：1）减速器装配图一张（0#图纸） 2）零件工作图2张（中间轴、中间轴上的大齿轮） （3#或4#图纸） 3）设计计算说明书一份。（20页左右16开）
三、设计的具体步骤和内容
1）设计准备 ——0.5天 课程设计所需的设计参考书有： ①教材 ②《机械设计课程设计手册》张龙主编 国防工业出版社 ③ 《机械零件课程设计指导书》或其它的课程设计指导 书——哈工大主编、高教出版社 ④ 《机械零件课程设计图册》或同类型其它图册 ⑤ 《简明机械零件设计手册》——东北工学院编 ⑥《机械设计手册》可代替设计指导书——蒋春源等编 辽宁科学技术出版社 准备两支铅笔：H（2H）——细实线 HB（B）——粗实线
确定箱体外壁的位置
箱体底部离低速级大 齿轮顶圆的距离主要 考虑有足够的油量， 便于散热，并防止搅 油时沉渣泛起，齿顶 到油池底面距离应不 小于15ｍｍ。
3．进行轴的结构设计： 由初估的轴的直径dmin和轴上零件的安装定位要求确 定轴的径向和轴向尺寸计算
d Im in
d II min
PI A3 由联轴器孔径定轴的最小基本尺寸 nI
Ⅱ Ⅰ
Ⅳ Ⅴ
nⅣ=nⅢ/i2 nⅣ ＝ nⅤ
（3）计算各轴输入的工作扭矩
Ⅱ
Ⅲ Ⅳ
TⅠ=9550×PI/nI
TⅡ=9550×PⅡ/nⅡ
TⅢ=9550×PⅢ/nⅢ TⅣ=9550×PⅣ/nⅣ TⅤ=9550×PⅤ/nⅤ
Ⅱ Ⅰ
Ⅳ Ⅴ
将上述计算的运动和动力参数列表
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
P
n T
二、传动件的设计计算
PII A3 由标准轴承内径定中间轴的最小尺寸 n II
3
d min
PIII A 由联轴器孔径定轴的最小基本尺寸 n III
（2）轴的径向尺寸的确定
a) 输入、输出轴
轴肩定位处轴肩高度h>3mm,d2处与密封圈相配， 应取标准值（即密封圈的内径）见手册。
过渡轴肩h’=1~2mm
d3
要求电机额定功率： P ed
Pd
选定型号
定电机的转速
卷筒轴的工作转速为
60 1000 v nW (r / min) D
n电 i减 20 nW
列出电机参数表
Ped nd 安装结构尺寸
（二）定减速器总传动比和分配各级传动比
（1）由电机至工作机之间总传动比ia
ia n电 nW
额定转速(满载转速)
（2）传动装置的总传动比
ia i ' i
i’——传动装置外的其它传动零件的传动比，必须先 Байду номын сангаас定。
（3）分配传动装置的两级传动比
要求：1）单级传动比按要求在合理范围内选择
2）各传动件间尺寸要协调、结构要匀称， 要保证两级大齿轮浸油深度合理 i高=（1.2~1.4）i低
但高速级传动比又不能过大，否则高速级大齿轮直 径过大，会与低速级从动轴相碰。
（1天）2）传动装置的总体设计：确定传动方案，选 择电动机，计算传动装置的总传动比和分配各级传动 比，计算各轴的功率、转速和转矩。 （1天）3）传动件的设计计算：包括箱外传动件：联 轴器选型和箱内传动件：两级齿轮几何参数和结构以 及轴的结构尺寸的确定
（4天）4）减速器装配草图的设计。包括确定减速器 箱体的结构形式，各部分结构尺寸，箱体上各附件位 置和尺寸参数的设计
A a1 a2 250mm
最好不要超过300mm，否则0号图纸画不开！
2．轴径初估和联轴器的选择 a) 轴径的初步估算 轴径可按扭转剪应力估算
P dA n
3
45# 钢取A=135~106
计算输入、输出轴的轴端最小直径时，——A取小值 计算中间轴的最小直径时， ——A取大值 轴径处有键槽时，d放大4%——然后取整
Ⅱ Ⅰ
Ⅳ Ⅴ
③联轴器的类型按工作要 求和条件定，一般选用刚 性凸缘联轴器或弹性柱梢 联轴器。
四、装配图设计第一阶段（总体结构设计）
1．设计准备 比例1：1，0号图纸
图面布置
初步估算总装配图的长×宽×高的总体布置，使各 视图间，视图与明细表及边框之间的间距比较合适。
主视图
左视图
俯视图
2．确定齿轮的位置
经常启动、制动和反转的场合 ，应选用起重及冶 金用YZR和YZ系列电动机如卷扬机。
2．确定电机功率 对于长期连续运转、载荷不变或很少变化，且在常温 下工作的电动机可按电动机的额定功率Pd等于或略大 于所需的功率Pw,在手册中选取相应的电动机型号即 可。 3. 定电机的转速： 同一额定功率的电机，一般有同步转速 3000rpm,1500rpm,1000rpm,750rpm等， 同步转速↓ 则电机尺寸重量↑ 价格↑ 由此选高速为佳
卷扬机工作机构 所需的有效功率
F .v PW 1000. W
F——牵引力（N） v——卷筒圆周速度 W ——工作机效率
工作机所需电动机的功率： Pd
PW

Pd
PW
——传动装置
的总效率

3
2 1 4 2
2
1 —一对齿轮效率 2 —一对轴承效率 3 —联轴器的效率
画出传动零件的中心线。
△3＝8～15mm
确定箱体内壁线
小齿轮端面与箱体 的内壁间的距离Δ2 ≥δ 大齿轮齿顶圆距内壁 Δ1≥1.2δ1
δ 、δ1见表4－1
画出机体对称 线Ⅰ——Ⅰ
高速级小齿轮 一侧内壁涉及 箱体结构，暂 不画出，其内 壁的位置由绘 主视图时根据 轴承旁联接螺 栓用凸台位置 而定的箱体外 壁位置而定。