1、 机械设计课程设计计算说明书设计题目： 设计带式输送机中的传动装置 专业年级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 机械工程系完成时间 2012 年 9 月 7 日机械设计课程设计任务书学生姓名： 学号： 专业：任务起止时间：2012 年 8 月 20 日至 2012 年 9 月 7 日设计题目：设计带式输送机中的传动装置一、 传动方案如图 1 所示：图 1 带式输送机减速装置方案二、原始数据滚筒直径 d /mm 250传送带运行速度 v /(m/s) 0.7运输带上牵引力 F /N 11每日工作时数 T /h 24传动工作年限 5单向连续平稳转动，常温空载启动。三、设计任务：1.减速器装配图
2、1 张（A0 图纸）2.低速轴零件图 1 张（A3 图纸）3.低速轴齿轮零件图 1 张（A3 图纸）4.设计说明书 1 份在三周内完成并通过答辩参考资料：机械设计 机械设计基础 课程设计指导书 机械设计手册 工程力学 机械制图指导教师签字：2012 年 8 月 19 日目 录一、电机的选择 1二、传动装置的运动和动力参数计算 2三、V 带传动设计 4四、设计减速器内传动零件（直齿圆柱齿轮） 5五、轴的结构设计计算 10六、轴的强度校核 19七、校核轴承寿命 26八、键连接的选择和计算 27九、箱体的设计 28十、心得体会 290一、电机的选择1.1 选择电机的类型和结构形式：依工作条件的要求，
3、选择三相异步电机：封闭式结构U=380 VY 型选择此电动机的原因是一般工厂都采用三相交流电，因此采用交流电动机；而交流电动机中 Y 系列自扇式笼型三相异步电动机，其结构简单、工作可靠、起动特性好、价格低廉、维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀气体和无特殊要求的机械上。1.2 电机容量的选择工作机所需的功率 PW=Fv /1000=11000.7/1000= 7.7 kWV 带效率 1： 0.96 滚动轴承效率（一对） 2： 0.99 闭式齿轮传动效率（一对） 3: 0.97 联轴器效率 4： 0.99 工作机（滚筒）效率 5(w)： 0.96 以上 V 带效率 1、 滚动轴承效率 2、 闭
4、式齿轮传动效率 3、 联轴器效率 4、工作机（滚筒）效率 5 由 机械设计基础课程设计指导书表 9-2 查询得到。传输总效率 = 1 2433 4 5 =0.960.994 0.973 0.990.96 =0.825 则,电动机所需的输出功率 Pd|=Pw/=7.7/0.825=9.33 kW1.3 电机转速确定卷筒轴的工作转速 = =53.476 r/min W601vnD2504.37.V 带传动比的合理范围为 24，两级圆柱齿轮减速器传动比的合理范围为840，则总传动比的合理范围为 =16160，故电动机转速的可选范围为：i1= 855.62 8556.16r/min dWni通过查询课
5、程指导书 162 页，可以得知在此范围的电机的同步转速有： 1000r/min 和 1500r/min 两种。 依课程设计指导书表 18-1：Y 系列三相异步电机技术参数（JB/T9616-1999）选择电动机型 号： Y160M-4 额定功率 Ped： 11KW 同步转速 N 1500r/min 满载转速 nm： 1460r/min 二、传动装置的运动和动力参数计算总传动比： = 27.3 mWni476.53102.1 分配传动比及计算各轴转速取 V 带传动的传动比 i0= 2 (由机械设计得知 V 带传动的传动比一般为 24)则减速器传动比 i=i/i0= 13.65 （由指导书可知两级
6、圆柱齿轮减速器传动比的合理范围为 840）取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比 4.37 1.4ii则低速级传动比 3.1 21i2.2 传动装置的运动和动力参数计算0 轴（电动机轴） 9.33 kW0dP1460 r/min0mn9550 =61.03 Nm0095PT14603.91 轴（高速轴） 9.330.96= 8,96 kW101P21460/2= 730 r/min01ni9550 =117.76 Nm1195PT73096.82 轴（中间轴） 8.960.990.97= 8.60 kW2123P= 167.70 r/min12ni7.49550 = 491.81 Nm22950P
7、T16.83 轴（低速轴） 8.60.990.97= 8.25 kW323P= 53.61 r/min23ni1.7=1464.69 Nm33950PT87.5264 轴（滚筒轴） 8.260.990.99= 8.1 kW4324P53.87 r/min3Wn9550 = 1446.41 Nm44950PT87.531以上功率和转矩为各轴的输入值，13 轴的输出功率或输出转矩为各自输入值与轴承效率的乘积。各轴运动和动力参数如下表：表 2-1 各轴运动和动力参数功率 P/kW 转矩 T/Nm轴名输入 输出 输入 输出转速n/(r/min) 传动比 i 效率 0 轴 9.33 61.03 1460
8、1 轴 8.96 8.87 117.76 116.0478 730 2 0.962 轴 8.60 8.514 491.81 486.882 167.70 4.37 0.963 轴 8.25 8.1774 1464.69 1449.6768 53.61 3.1 0.964 轴 8.1 8.019 1446.41 1432.0746 53.87 1 0.983三、V 带传动设计3.1 确定计算功率根据已知条件结合教材 机械设计由图/表 8-7 得到工作情况系数 KA= 1.3，故 Pca=KAPd=1.34.184= 12.13 kW。3.2 选择普通 V 带型号已知 Pca，n m，结合教材 机
9、械设计由图/表 8-11 确定所使用的 V 带为 B 型。3.3 确定带轮基准直径并验算带速(1) 结合教材 机械设计由图/表 8-6 和 8-11，初选小带轮直径dd1=200 mm。(2) 验算带速 = 15.29 m/s，满足d1m60nv10642.35m/s120合格。ood2118057.3a3.5794.20183.6 计算 V 带根数 Z由 nm，d d1 结合教材 机械设计 查图/表 8-4a 得 P0=5.152 kW。由 nm，i 0， B 型带，查图/表 8-4b 得P 0= 0.463 kW。已知 1 查表 8-5 得 K= 0.947，已知 Ld 查表 8-2 得
10、KL= 0.98 则 V 带根数 =2.34 ，取 z= ca0L()Pz98.042.)63.152.(3 。3.7 计算压轴力由教材机械设计表 8-3 ，可知 B 型带单位长度质量 q=0.18 kg/m。单根 V 带的初拉力最小值：= ca20min2.5()KPFqvz 29.158.029.1534.0)(5=260.76N。 压轴力的最小值：= =1535.81 N。1Pmin0in()2()s2Fz208.157sin6.03四、设计减速器内传动零件（直齿圆柱齿轮）4.1 高速级齿轮传动设计计算(1) 选择材料及确定许用应力由教材 机械设计表 10-1 确定以下参数：5表 4-1
11、 高速级齿轮材料及许用应力齿轮 热处理方式 齿面硬度 /MPaHlim1/MPaFE1小齿轮 40Gr 调质处理 280HBS 600 500大齿轮 45 钢调质处理 240HBS 550 380由表 10-19，取安全系数 SH= 1 ，S F= 1.3。则许用应力为：600 MPa 550 MPaHlim11SHlim22S384.62 MPa 292.31 MPaFE1 FE2(2) 按齿面接触强度设计设齿轮按 7 级精度制造，由教材 机械设计 表 10-13 得载荷系数K= 1.594，由表 10-7 得齿宽系数 d= 1 ，由表 10-6 可得弹性系数 ZE= 189.8 。12MP
12、a小齿轮传递的（输入）转矩：T 1= = =150.9np73096.81.95Nmm (注意单位换算)41072.小齿轮分度圆直径： 2131t dmin. EHKTiZd= 69.89 mm。3 24)508.19(37.072.59.2. 齿数取 z1= 30 ，z 2=i1z1 132，故实际传动比 i1=z2/ z1= 4.4 。齿宽 70 mm（圆整） 。dtb取大齿轮齿宽 b2= 70 mm，为补偿安装误差，取小齿轮齿宽 b1=b2+(510) =60+5= 80 mm。模数 m=d1t/z1=54.128/30= 2.32 ，按机械设计手册表 12-4 ，取标准模数 m= 2.
13、5，实际分度圆直径 302.5= 75 mm， 330 mm，中心1zm2d6距 = 202.5 mm。12da3075计算载荷系数：根据 v=2.87m/s，7 级精度，由图 10-8 查得动载系数 =1.12，由于直齿轮 vk;由表 10-2 查得使用系数 ;由表 10-4 用插值法查得 7 级小1FHK1AK齿轮相对轴承非对称布置 =1.42641.408)7.26.()(H由 ， 查图 10-13 得 78.5.402.8mthb. 35F故 K= =11.1211.426=1.597HVAKmkdtt 93.654.89.6331 .20.1zm(3) 验算齿轮弯曲强度由上面已知可得
14、： 37.15.02.1FVAK由教材 机械设计 图/ 表 10-5 ，取齿形系数 YFa1= 2.52 , YFa2= 2.1544 ，应力修正系数 YSa1= 1.625 ，Y Sa2= 1.8156 。判断: =123.64 1FaF12zSKTbm3025.67625.115.4 F1判断： = 118.1 F2F1a2S2Y625.184.3满足条件，安全。 (4) 齿轮的圆周速度= 2.87 m/s。160dnv1067354.对照表 10-22 可知，选着 7 级精度是合适的。74.2 低速级齿轮传动设计计算(1) 选择材料及确定许用应力由教材 机械设计 表 10-1 确定以下参
15、数：表 4-2 低速级齿轮材料及许用应力齿轮 热处理方式 齿面硬度 /MPaHlim1/MPaFE1小齿轮 40Gr 调质处理 280 600 500大齿轮 45 钢调质处理 240 550 380由表 10-19，取安全系数 SH= 1 ，S F= 1.3 。则许用应力为：600 MPa 550 MPaHlim11SHlim22S384.62 MPa 292.31 MPaFE1 FE2(2) 按齿面接触强度设计设齿轮按 7 级精度制造，由教材 机械设计 表 10-13 得载荷系数K= 1.512 ，由表 10-1 得齿宽系数 d= 1 ，由表 10-6 可得弹性系数 ZE=189.8 。12
16、MPa小齿轮传递的（输入）转矩：T 2= Nmm (注意单位换算)5098.4小齿轮分度圆直径：2231t dmin1. EHKTiZd=112.69 mm。3 25)508.19(.3098.452齿数取 z1= 30 ，z 2=i1z1 93 ，故实际传动比 i1=z2/ z1=3.1。齿宽 120 mm（圆整） 。dtb取大齿轮齿宽 b2= 120 mm，为补偿安装误差，取小齿轮齿宽 b1=b2+(510) =90+10= 125 mm。8模数 m=d1t/z1= 3.76，按机械设计手册表 12-4，取标准模数 m=4 ，实际分度圆直径 120 mm， 372 mm，中心距2d=246
17、 mm。12a370计算载荷系数：根据 v=0.34m/s，7 级精度，由图 10-8 查得动载系数 =1，由于直齿轮 vk;由表 10-2 查得使用系数 ;由表 10-4 用插值法查得 7 级小1FHK1AK齿轮相对轴承非对称布置 =1.438436.1206).45.()25( H由 ， 查图 10-13 得 79.45.2.mthb38. 8F故 K= =1111.438=1.438HVAKmkdtt 89.52.69.1331 47.08.1zm(3) 验算齿轮弯曲强度由教材 机械设计 图/ 表 10-5 ，取齿形系数 YFa1= 2.52 , YFa2= 2.1544，应力修正系数
18、YSa1= 1.625 ，Y Sa2= 1.8156。判断： =97.985 F11FaF12zSKTbm30162198.45.385判断： =93.64 F21Fa2SF2Y.95.7满足条件，安全。 (4) 齿轮的圆周速度= 0.34 m/s。160dnv10687.5324.对照表 10-22 可知，选着 7 级精度是合适的。4.3 传动齿轮的主要参数表 4-3 传动齿轮的主要参数9高速级 低速级齿数 z 30 132 30 93中心距 a /mm 202.5 246模数 m /mm 2.5 4齿宽 b /mm 80 70 120 125分度圆直径 d/mm 75 330 120 37
19、2齿顶高 ha /mm 2.5 2.5 4 4齿根高 hf /mm 3.125 3.125 5 5齿高 h /mm 5.625 5.625 9 9齿顶圆直径 da /mm 80 335 128 380齿根圆直径 df /mm 68.75 323.75 110 362参考公式如下：； ； ; ; 25.0*nc1*hamha* mchaf)(*; mzh)( czdf)2(*五、轴的结构设计计算5.1 高速轴的计算（1 轴）根据表 15-1 得，高速轴材料为： 45 钢，热处理方式： 调质，许用弯曲应力 -1b=60 MPa。(1) 初估轴径初选轴径，根据扭转强度计算初估。由表 15-3 得常数
20、 A0= 110 =25.37 mm1310PdAn37096.8考虑到键槽的作用，轴径增加 3%为 26.14 mm，圆整后暂取 d1= 30mm。(2) 轴的径向尺寸设计根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求，确定轴的结构如下10表 5-1 高速轴径向尺寸确定轴段直径 d /mm 确定方法 说明d1=30 第一段为直径最小段，上面算出结果则为直径从课程设计指导书 93 页可知：倒角 C为 1.0d2=32 非定位轴肩 从课程设计指导书 93 页可知：倒角 C为 1.0d3=35 因为此段和轴承配合，选择轴承 30207，从表 17-1 可知，d=35从课程设计指导书 93 页可知：倒角
21、C为 1.6d4=42 因为此段对轴承定位，则根据指导书表 17-1 知 ad4从课程设计指导书 93 页可知：倒角 C为 1.6d5=80 因为这段加工成齿轮轴，所以这段直径为齿轮齿顶圆直径此段无倒角。d6=42 此段和第四段一样，为轴承定位从课程设计指导书 93 页可知：倒角 C为 1.6d7=35 这段和第三段一样，和轴承配合从课程设计指导书 93 页可知：倒角 C为 1.611(3) 轴的轴向尺寸设计轴的结构图如下：经验值的计算与选取：轴承端盖至箱外传动件间的距离 L= 18mm 箱座壁厚 = 9.15mm联接螺栓至外箱壁的距离 C1= 28mm；至凸缘边距离 C2= 26mm 轴承座
22、宽度 L=C1+C2+(510)=28+26+9.15+6.85= 70mm 齿轮至机体内壁的距离 2= 10 mm 大齿轮齿轮端面的距离 3= 10mm 轴承内侧至箱体内壁的距离 4=4mm（指导书 38 页图 5-12）表 5-2 高速轴轴向尺寸确定轴段长度 L /mm 确定方法 说明L1=50 根据轮毂宽度则计算得出此段长度 d 的值为 30，之后通过圆整，查询带轮标准系列得到此段长度L2=76.6 BLe42 其中 e 为端盖厚度，通过指导书 32页表 4-5 可得其大小，B 为轴承宽度，通过查询所选轴承可得 L3=17 此段和轴承配合，通过查询指导书表 17-1 可得到所选轴承宽度，
23、从而确定其大小 从表 17-1 得到 B=17mm12L4=141.5 BL324- -低 速 级 齿 轮 宽高 速 级 齿 轮 宽=4+10 +10+120-2.5-54LL5=80 此段加工成齿轮轴，则齿轮宽即为这段长度通过查询前边数据可得到高速级小齿轮宽度为 80mmL6=14 426L 1406LL7=17 此段和轴承配合，通过查询指导书表 17-1 可得到所选轴承宽度，从而确定其大小 从表 17-1 得到 B=17mml1=62.5 2567Ll 2801471ll2=190 3452l 5.2ll3=110 213Ll 206.713l5.2 中间轴的计算（2 轴）根据表 15-1
24、 得，中间轴材料为： 40CrNi ，热处理方式：调质处理，许用弯曲应力 -1b= 75 MPa。(1) 初估轴径初选轴径，根据扭转强度计算初估。由表 15-3 得常数 A0= 110 =29.89 mm2310PdAn341.9286(2) 轴的径向尺寸设计根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求，确定轴的结构如下图13表 5-3 中间轴径向尺寸确定轴段直径 d /mm 确定方法 说明d1=35 此段和轴承配合，选用轴承30207，查表 17-1 可得轴承内径，从而确定此段直径从表 17-1 查询 30207 内径为 35mmd2=37 此段和齿轮配合，非定位轴肩 直径比 d1 大 6mm
25、内即可。d3=45 此段为齿轮定位，则根据公式可得123)4(cd此段直径通过指导书表 5-1 可得 =2，可得结果1cd4=42 非定位轴肩d5=35 此段和轴承配合，选用轴承30207，查表 17-1 可得轴承内径，从而确定此段直径从表 17-1 查询 30207 内径为 35mm(3) 轴的轴向尺寸设计轴的结构图如下14经验值的计算与选取：轮毂宽度与轴段长度之差= 2 （指导书 38 页图 5-10）齿轮至机体内壁的距离 2= 10 大齿轮齿轮端面的距离 3= 10 轴承内侧至箱体内壁的距离 4= 4 （指导书 38 页图 5-12）表 5-4 中间轴轴向尺寸确定轴段长度 L /mm 确
26、定方法 说明L1=33 241B其中 B 为轴承宽度L2=123 -)(2低 速 级 小 齿 轮 查询前边数据可得到 B 为 125mmL3=12.5 通过一轴相对距离推算而来L4=68 -)(4高 速 级 大 齿 轮BL查询前边数据可到 B 为 70mmL5=38 241 其中 B 为轴承宽度l1=62.5 51Ll其中 B 为轴承宽度l2=105 2342ll3=85 123BLl其中 B 为轴承宽度155.3 低速轴的计算（3 轴）根据表 15-1 得，低速轴材料为： 40Gr ，热处理方式： 调质处理，许用弯曲应力 -1b= 60 MPa。(1) 初估轴径初选轴径，根据扭转强度计算初估
27、。由表 15-3 得常数 A0= 100 =53.52mm310PdAn387.526考虑到键槽的作用，轴径增加 3%为 55.13mm，圆整后暂取 d1=60 mm。(2) 轴的径向尺寸设计根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求，确定轴的结构如下图表 5-5 低速轴径向尺寸确定轴段直径 d /mm 确定方法 说明d1=65 根据选择的轴承 30313 内径可以确定此段直径由指导书 17-3 可以得知 30313 内径为65mmd2=66 此段为非定位轴肩 非定位轴肩比 d1 大 2mm 即可d3=76 123)4(cd其中 可从指导书 37 页表 5-1 查询可得c16d4=74 123)
28、4(cd可以通过指导书表 17-3 查询可得add5=65 根据选择的轴承 30313 内径可以确定此段直径由指导书 17-3 可以得知 30313 内径为40mmd6=62 非定位轴肩d7=60 此段和联轴器配合，通过查询标准联轴器，可以确定此段轴径联轴器的系列在下表表 5-6 所选用联轴器的主要参数型号 公称转矩 Tn /Nm 许用转速 n /mm 轴孔直径 d /mm 轴孔长度 L /mm 轴孔长度 L1 /mmHL5 2000 3550 60 140 107D D1 D2 b A195 100 45(3) 轴的轴向尺寸设计轴的结构图如下经验值的计算与选取：轴承端盖至箱外传动件间的距离
29、L= 18mm 箱座壁厚 = 9.15mm 联接螺栓至外箱壁的距离 C1= 28mm；至凸缘边距离 C2= 26mm 轴承座宽度 L=C1+C2+(510)= 70mm 17齿轮至机体内壁的距离 2= 12mm 大齿轮齿轮端面的距离 3= 10mm 轴承内侧至箱体内壁的距离 4= 4mm（指导书 38 页图 5-12）表 5-7 低速轴轴向尺寸确定轴段长度 L /mm 确定方法 说明L1=51 241BL1=33+4+12+2L2=118 -)(2低 速 级 大 齿 轮 从前边数据可以得知 B=120L3=7 h.3LL4=91 此段长度通过第二轴相对距离的推算可得L5=33 此段和轴承配合，
30、所以长度由轴承的宽度确定通过表 17-3 可以得知轴承的宽度为18mmL6=63 BleL46 数据可以通过前边列表查到L7=138 此段长度由标准联轴器确定 联轴器宽度为 138mml1=125 25671l 23618ll2=174.5 452Ll92ll3=71 2123Bl 235183l18六、轴的强度校核6.1 高速轴校核 轴的受力分析如下图：(1) 齿轮的受力=3125.9 N =1137.7N1t2TFdrtanF20tan9.315(2) 水平面内轴承约束力(3) 竖直面内轴承约束力19(4) 弯矩图和扭矩图水平面内弯矩图竖直面内弯矩图扭矩图(5) 合成弯矩（考虑最不利的情况
31、下）带轮的压轴力 FP 在支点产生的反力弯矩图20合成弯矩 P2aVHaFM198345.45307.140822 Nmm （注意单位换算）(6) 按第三强度理论校核=5.81MPa 22ca()TW-1b满足强度要求。6.2 中间轴校核轴的受力分析如下图：FH1Vt小 r小 大 大 H2FV低 速 小 齿 轮 高 速 大 齿 轮(1) 齿轮的受力21大齿轮 2980.6 N； 1084.85N2tTFdrtanF小齿轮 8196 N； 2983.3 N2t rt(2) 水平面内轴承约束力 l321FHt小 大低 速 小 齿 轮 高 速 大 齿 轮 H(3) 竖直面内轴承约束力 321Vr小低
32、 速 小 齿 轮 高 速 大 齿 轮 V大(4) 弯矩图和扭矩图水平面内弯矩图22l32 MH1竖直面内弯矩图 l32 MV1扭矩图最危险截面的合成弯矩 = 544617.3 Nmm （注意单位换算）2aVHM(5) 按第三强度理论校核23=73.51MPa 22ca()MTW-1b满足强度要求。6.3 低速轴校核轴的受力分析如下图：(1) 齿轮的受力4093 N； 148.73 N3t2TFdrtanF(2) 水平面内轴承约束力(3) 竖直面内轴承约束力24(4) 弯矩图和扭矩图水平面内弯矩图竖直面内弯矩图扭矩图25最危险截面的合成弯矩 =534276.4Nmm （注意单位换算）2aVHM(
33、5) 按第三强度理论校核=18.58MPa 22ca()TW-1b满足强度要求。七、校核轴承寿命表 7-1 所选用的轴承主要参数轴名称 轴承代号 d / mm D / mm B /mm Cr / kN高速轴 30207 35 72 17 54.2中间轴 30207 35 72 17 54.2低速轴 30313 65 140 33 195轴承设计要求寿命 43200 hhL7.1 高速轴根据轴的受力情况可知，高速轴上所受径向力大的轴承作用在轴段 7 ， 2503.15 N。2rVHF=646002.1h 6rh1p0CLnfF3106)5.24(7301hL满足要求。267.2 中间轴根据轴的受
34、力情况可知，中间轴上所受径向力大的轴承作用在轴段 1 ， 8364.04 N。2rVHF=50631h 6rh2p10CLnfF3106)4.825(170hL满足要求。7.3 低速轴根据轴的受力情况可知，低速轴上所受径向力大的轴承作用在轴段 7 ，5316.18 N。2rVHF=50732339.23 6rh2p10CLnfF 3106)8.569(87.301hL满足要求。八、键连接的选择和计算本设计减速器共需键： 5 个。表 8-1 键的主要参数轴名 安装直径 d / mm 类型 h / mm b /mm轮毂长度/ mm(1.52)Ld键长 L /mm高速轴 30 B 7 8 50 4537 B 8 10 125 110中间轴37 B 8 10 70 6366 B 12 20 120 110低速轴60 B 11 18 45 125
