带式运输机传动装置设计课程设计说明书-毕业论文.doc

目录
一、选择电动机 6
1.选择电动机 6
（1）选择电动机的结构和类型 6
（3）确定电动机转速 6
2.计算传动装置的运动参数和动力参数 7
二、带传动的设计 7
1.计算功率Pc 7
2.选V带型号 7
3.求大、小带轮基准直径d2、d1 8
4.验算带速v 8
5.求V带基准长度Ld和中心距a 8
6.验算小带轮包角 8
7.求V带根数z 9
8.求作用在带轮轴上的压力FQ 9
三、齿轮传动的设计 9
1.选择用材料 9
2.按齿面接触强度设计 10
3.验算轮齿弯曲强度 11
4.齿轮的圆周速度 11
四、轴的设计 11
2.低速轴 11
3.初步确定最小直径 12
4.计算各轴段直径及长度 12
（1）轴上零件的布置： 12
（2）零件的装拆顺序 12
（3）低速轴的设计 12
为便于轴上零件的安装，把轴设计为阶梯轴，后段轴的直径大于前端轴的直径，低速轴的具体设计如下 12
（4）轴的直径计算 13
（5）轴的长度计算 14
5.危险截面的强度校核 16
（1）绘制水平面的弯矩图 16
（2）绘制垂直面的弯矩图 16
（3）求合成弯矩图 17
（4）求轴传递的扭矩 17
（5）求危险截面的当量弯矩 18
（6）计算危险截面处轴的直径 18
6. 高速轴的设计 19
五、键连接的设计和计算
1.校核键连接强度 20
六、轴承的选择和校核 21
1.轴承型号的选择 21
2.轴承的校核计算 21
七、联轴器的选择 24
八、选择轴承的润滑及密封方式 24
九、箱体的设计 25
十、设计小结 27

2014～2015学年第1学期
《机械设计》课程设计任务书
设计名称
带式运输机
传动装置设计
班级
材料成型及控制工程2012（1）班
地点
J4-105
一、课程设计目的
课程设计是机械设计基础课程重要的实践性教学环节。课程设计的基本目的是：
1．综合运用机械设计基础和其它先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。
2．通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意见，熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。
3．通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。
二、课程设计内容
课程设计的内容主要包括：分析传动装置的总体方案；选择电动机；传动系统计算；传动零件、轴、轴承、联轴器等的设计计算和选择；装配图和零件图设计；编写设计计算说明书。
课程设计中要求完成以下工作：
1．减速器装配图1张(A1图纸)；
2．减速器零件图2张(A3图纸)；
3．设计计算说明书1份。

附：
（一）设计数据
原始数据
题 号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
运输带拉力F(N)
1500
2150
2250
2350
2550
2650
2800
2900
3000
3100
运输带速度V(m/s)
2.0
1.6
1.7
1.5
1.55
1.6
1.55
1.65
1.7
1.8
滚筒直径D(mm)
250
260
270
240
250
260
250
260
280
290

（二）工作条件
该传动装备单向传送，载荷有轻微冲击，空载起动，两班制工作，使用期限10年（每年按300天计算），运输带容许速度误差为5%。
（三）运动简图

（四）设计计算说明书内容
0、封面（题目、班级、姓名、学号、指导老师、时间）
1、目录（标题、页次）
2、设计任务书（装订原发的设计任务书）
3、前言（题目分析、传动方案的拟订等）
4、电动机的选择，传动系统计算（计算电动机所需的功率、选择电动机、分配各级传动比，计算各轴转速、功率和扭矩）
5、传动零件的设计计算（带传动设计计算，齿轮传动设计计算）
6、轴的设计计算及校核
7、轴承的选择和校核
8、键联接的选择和校核
9、联轴器的选择
10、箱体的设计（主要结构和设计计算及必要的说明）
11、润滑和密封的选择、润滑剂的型号及容量、减速器的附件及说明
12、设计小结（设计体会、本次设计的优缺点及改进意见等）
13、参考资料（资料的编号[ ]，作者，书名，出版单位和出版年、月）

三、进度安排
第10周 周一 原动机选择，机械传动系统运动、动力参数计算
周二 带传动的设计计算、齿轮传动的设计计算
周三～ 周五 减速器装配草图设计：轴的设计与校核、轴承的选择与校核、普通平键的选择及校核、联轴器的选择、箱体的结构设计、润滑材料、润滑方式和密封型式的选择等
第11周 周一 ～ 周二 画减速器装配图
周三 画零件图
周四 完成课程设计说明书；课程设计总结
周五 答辩
四、基本要求
课程设计教学的基本要求是：
1．能从机器功能要求出发，分析设计方案，合理地选择电动机、传动机构和零件。
2．能按机器的工作状况分析和计算作用在零件上的载荷，合理选择零件材料，正确计算零件工作能力和确定零件主要参数及尺寸。
3．能考虑制造工艺、安装与调整、使用与维护、经济性和安全性等问题，对零件进行结构设计。
4. 绘图表达设计结果，图样符合国家制图标准，尺寸及公差标注完整、正确，技术要求合理、全面。
5. 在客观条件允许的情况下，初步掌握使用计算机进行设计计算和使用计算机绘制装配图、零件图的方法。

机电基础教学部

2014.9.5

前 言

机械传动装置一般由原动机、传动装置、工作机和机架四部分组成。单机圆柱齿轮减速器由带轮和齿轮传动组成，根据各种传动的特点，带传动安排在高速级，齿轮传动放在低速级。传动装置的布置如图1-1所示：

图1-1

运输带拉力F（N）
运输带速度V（m/s）
滚筒直径D（mm）
3000
1.7
280

37

一、选择电动机
1.选择电动机
（1）选择电动机的结构和类型
根据工作要求和条件，选用一般用途的Y系列三相异步电动机，结构为卧式封闭结构。
（2）确定电动机功率

工作机转速nI=
所需输入功率PI=
所需电动机功率P=PI/
=带.轴.齿轮.轴.联轴器.卷筒
查文献【1】 P4 表1-5，取
带=0.96 轴=0.99 齿轮=0.96 联轴器=0.99 卷筒=0.96
则
=0.96 故
P=5.1/=5.94KW
（3）确定电动机转速
查文献【1】 P173 表12-1知，电动机型号为Y160M-6
由表可知，满载转速nm=970r/min
又 总传动比i=nm/nI=i带.i齿=（2~4）*（3~6）=6~24
i=970/116=8.4
电动机转速n=6nI~24nI=696~2784r/min
显然，nm在此范围内，则该电机合格。
2.计算传动装置的运动参数和动力参数
参数
轴号

电机轴
高速轴
低速轴
卷筒轴
转速n (r/min)
970
485
115.5
115.5
功率P (KW)
5.94
5.7
5.42
5.31
转矩T (N.m)
58.48
112.2
448.15
439.05
传动比i
i=i带 定为2

i=i齿=4.2
1
效率η
η=η带=0.96
η齿.η带=0.95
η轴.η联轴=0.98
T=9550
带传动的设计
电动机转速n1=970r/min，高速轴转速n2=485r/min,输入功率P=5.94KW，两班制工作
1.计算功率Pc
查文献【2】 表13-8 得
KA=1.5，则 Pc=KAP==7.128KW
2.选V带型号
常用普通V带，由Pc=7.128KW,n1=970r/min, 由文献【1】图13-15查得，选用B型计算
3.求大、小带轮基准直径d2、d1
由表13-9，应不小于125，取d1=140mm,则
d2=
根据文献【2】 P214 表13-3 将直径取标准值，则 取 d2=280mm
实际从动轮转速：
n=n* d1 /d2=970*140/280 r/min=485r/min
转速误差为0<5 符合设计要求（运输带容许速度误差为5）

4.验算带速v

带速在5~25m/s范围内，合适
5.求V带基准长度Ld和中心距a
初步选取中心距
ao=1.5(d1+d2)=
0.7(d1+d2)<ao<2(d1+d2)
由式13-2得
带长
查表13-2，对B型带选用Ld=2000mm。再由式（13-16）计算实际中心距
aa0+=666.5mm
6.验算小带轮包角
由式（13-1）得
合适
7.求V带根数z
又式（13-15）得

n1=970r/min，d1=140mm,查表得
Po=2.08KW
由式（13-9） 得
传动比 i=
查表13-5 又
查表13-7 查表13-2 Kl=0.98 则
3.12
取z=4
8.求作用在带轮轴上的压力FQ
查表13-1 q=0.17kg/m 则
初拉力 Fo=
作用在轴上的压力
FQ
齿轮传动的设计
1.选择用材料
选用软齿面齿轮。小齿轮用40MnB调质，齿面硬度241~286HBS,Hlim1=700MPa,
FE1=600MPa(表11-1)。大齿轮用ZG35SiMn调质，齿面硬度为241~269HBS，
Hlim2=620MPa,FE2=510MPa(表11-1)
又文献【1】表11-5，取 SH=1.1，SF=1.25
i齿=4.2 高速轴转速n1=485r/min 传动功率P=5.7KW
[H1]=
[H2]=
[F1]=
[F2]=
2.按齿面接触强度设计
设齿轮按9级精度制造。取载荷系数K=1.2（表11-3），齿宽系数
小齿轮上的转矩

取ZE=188 (表11-4)

齿数取Z1=32，则Z2=4.232134 故
实际传动比i=134、32=4.1
模数m=d1/Z1=66.1/32mm=2.06mm
按表4-1 取m=2.25mm
齿宽b1=d.d1=0.866.1mm=52.9mm,取b2=55mm,b1=60mm
实际的d1=Z1m=322.25mm=72mm d2=1342.25=301.5mm
中心距
3.验算轮齿弯曲强度
齿形系数 YFa1=2.56 YSa1=1.63 YFa2=2.13 YSa2=1.85
(图11-8) （图11-9）
由式（11-5）

故 安全
4.齿轮的圆周速度
v=
对照表11-2可知选用9级精度是合宜的。
轴的设计
1. 选择轴的材料
2. 为45钢，经调质处理，查文献【2】 P241 表14-1
HBS为217~255
2.低速轴
P3=5.42KW n3=115r/min T3=448.15N.m
3.初步确定最小直径
由文献【1】 P254 式（14-2）
取C=110 则

4.计算各轴段直径及长度
（1）轴上零件的布置：
对于单级减速器，低速轴上安装一个齿轮，一个联轴器，齿轮安装在箱体的中间位置;两个轴承安装在箱体的轴承座孔内，相对于齿轮对称布置；联轴器安装在箱体的外面一侧。为保证齿轮轴向位置，还应在齿轮和轴承之间加一个套筒。
（2）零件的装拆顺序
轴上的主要零件是齿轮，齿轮的安装可以从左侧装拆，也可以从右侧装拆。本题目从方便加工的角度选轴上的零件从轴的右端装拆，之论，套筒，轴承。轴承盖，联轴器依次从轴的左端安装。
（3）低速轴的设计
为便于轴上零件的安装，把轴设计为阶梯轴，后段轴的直径大于前端轴的直径，低速轴的具体设计如下
轴段①安装带轮，用键周向固定
轴段②高于轴段①形成轴肩，用来定位联轴器
轴段③高于轴段②，方便安装轴承
轴段④高于轴段③，方便安装齿轮；齿轮在轴段④上用键周向固定
轴段⑤高于轴段④形成轴环，用来定位齿轮
轴段⑦直径应该和轴段③直径相同，以使左右两端轴承型号一致。轴段⑥高于轴段⑦形成轴肩用来定位轴承；轴段⑥高于轴段⑦的部分取决于轴承标准
轴段⑤与轴段⑥的高低没有什么直接影响，只是一般的轴身连接低速轴的结构如图

如上图所示，从左往右分别为轴①、②、③、④、⑤、⑥、⑦
（4）轴的直径计算
轴①与联轴器配合，已知d1=42mm 查文献【2】P97 表8-1
轴②选用毛毡圈油封，查文献【2】 P94 表7-12，适用毡圈48，故
d2=d1+2h12=42+2(0.07~0.1)d1 =50mm
轴③ 根据轴肩高度h23=(0.07~0.1)d2,又③与轴承配合，初选深沟球轴承，代号为6211，尺寸dDB=55mm100mm21mm
取d3=55mm
轴段④上安装齿轮，为安装齿轮的方便，取h34=1mm，取d4=56mm
轴⑤直径d5=d4+26 取d5=68mm
轴⑥的直径d6应根据所用的轴承类型及型号查轴承标准取得，预选该轴段用6211轴承（深沟球轴承，轴承数据见文献【2】P68 表6-1），则d6=56mm
轴⑦一样与轴承配合，轴承型号为6211，d7=d3=55mm
（5）轴的长度计算
由文献【2】表17-1，KA=1.5,Tc=1.5448.15N.m=672.2N.m
查文献【2】表8-5 P101 选取LT8弹性套柱销联轴器，由表可知，联轴器与轴配合的孔长为L=84mm。为保证轴端挡圈只压在联轴器上而不压在轴的端面上取L1=82mm。
轴段②的长度包括三部分：，其中部分为联轴器的内端面至轴承端盖的距离，查表11-1，通常取=15～20mm。e为凸/缘式轴承端盖的厚度，查表11-10（6211轴承D=100mm，d3=8mm），；m部分为轴承盖的止口端面至轴承座孔边缘距离，此距离应按轴承盖的结构形式、密封形式及轴承座孔的尺寸来确定，要先确定轴承座孔的宽度，轴承座孔的宽度减去轴承宽度和轴承距箱体内壁的距离就是这一部分的尺寸。轴承座孔的宽度，为下箱座壁厚，应查表11-1，这里取=8mm；C1、C2为轴承座旁连接螺栓到箱体外壁及箱边的尺寸，应根据轴承座旁连接螺栓的直径查表11-2，这里取轴承座旁连接螺栓M=12mm，查表11-2得C1=18mm、C2=16mm；为加工轴承座孔端面方便，轴承座孔的端面应高于箱体的外表面，一般可取两者的差值为5～10mm；故最终的则L=42mm。
L3=B+1+2+(1~2) 查文献【2】表6-1知 B=21mm
1=3~5 2=8~12 则
L3=36mm
轴④与大齿轮配合，齿宽b2=55mm，则，L4=54mm
轴⑤h45=(0.07~0.1)60 L5=1.4h45=8mm
轴⑥，L6=（3~5）+（8~12）-L5=5mm
轴⑦，与轴③一样，与轴承配合，型号为6211，则
L7=21mm
5.危险截面的强度校核
已知大齿轮的分度圆直径 d2=301.5mm
轴的转矩T3=448.15N.m
圆周力Ft=
径向力Fr=Fttan=2972.8tan=1082N
由于为直齿轮，轴向力Fa=0
（1）绘制水平面的弯矩图
RHA=RHB=Ft/2=1486.4N
MHc=RHA.=1486.4

（2）绘制垂直面的弯矩图
RVA=RVB=Fr/2=541N
MVC=RVB.=541

（3）求合成弯矩图
Mc=

（4）求轴传递的扭矩
T=Ft

（5）求危险截面的当量弯矩
Me=
认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数=0.6

（6）计算危险截面处轴的直径
轴的材料选用45钢，调制处理，由文献【2】表14-3，查得 [-1b]=60MPa 则
d1
考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大5
d=36(1+5)=37.8mm<40mm 故合格
6. 高速轴的设计
高速轴的设计主要是设计各轴段的直径，为设计俯视图做准备。有些轴段的长度可以根据轴上的零件来确定；有些轴段的长度在确定低速轴处的箱体后，取箱体内壁为一直线就可确定
经设计，高速轴可以做成单独的轴而不是齿轮轴。为使零件定位和固定，高速轴也和低速轴一样设计为七段，各轴段直径尺寸为：

d1=26mm,L1=45m
d2=34mm,L2=53mm
d3=35mm,L3=35mm
d4=36mm,L4=58mm
d5=50mm,L5=8mm
d6=40mm,L6=5mm
d7=35mm,L7=14mm

五、键的设计和计算
低速轴上在轴段1和4各安装有一个键，按一般使用情况选择采用A型普通平键联接，查文献【2】 表10-9选择键的参数，见下表:

名称
参数
数

d
b
h
L
轴1
42mm
12mm
8mm
70mm
轴4
56mm
16mm
10mm
50mm

1.校核键连接强度
轴段1上安装有联轴器，半联轴器的材料通常为铸铁，载荷性质为轻微冲击，查教材表10-10 50～60MPa
轴段4上安装齿轮，齿轮的材料为钢，，载荷性质为轻微冲击，查教材表6-3 =100～120MPa.
由文献【2】 P158 式（10-26）
1=50～60MPa
2=<[]=100~120MPa
故 该键的强度满足要求

六、轴承的选择和校核
1.轴承型号的选择
高速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为6008
低速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为6211
2.轴承的校核计算
高速轴：高速轴的外端安装有联轴器，中间安装有齿轮，要计算轴承的寿命，就要先求出轴承支座的支反力，进一步求出轴承的当量动载荷，然后计算轴承的寿命。
高速轴上齿轮的受力和低速轴的大小相等，方向相反，即：=1082N，=2972.8N。注：高速轴上安装有带轮，带对轴的压力,作用在高速轴上，对轴的支反力计算有影响，安装不同，该力对轴的支反力影响不同。在这里有三种情况，在这可选一种
①本示列具体情况不明，故方向不确定，采用在求出齿轮受力引起的支反力后直接和该压力引起的支反力相加来确定轴承最后的受力

因齿轮相对于轴承对称布置，A,B支座的支反力数值一样，故只计算一边即可。求轴承A处支反力
水平面：
RHA=RHB=Ft/2=1486.4N
垂直面：
RVA=RVB=Fr/2=541N
求合力：
RN=
考虑到带的压力对轴承支反力的影响，因方向不定，以最不利因素考虑：

L1=82mm L2=42mm L3=36mm L4=54mm L5=8mm
L6=5mm L7=21mm
L3=82/2+42+21/2=93.2mm
L2=36+54/2-21/2=52.5mm
L1=54/2+8+5+21/2=50.5mm

轴承受到的最大的力为

正常使用情况，查教材表16-8和16-9得：、、
查附录B：轴承6208的基本额定动载荷，n=485r/min
两班制工作，使用期限10年（一年按300天计算）
代入公式

低速轴：正常使用情况下，查文献【2】表16-8和表16-9
ft=1 fp=1.2 =3
查文献【2】 附表1 可得轴承6211的基本额定动载荷Cr=43.2kN
因齿轮相对于轴承对称布置，轴承的受力一样，可只计算一处
求轴承的支承反力。
水平面：RHA=RHB=Ft/2=1486.4N
垂直面：RVA=RVB=Fr/2=541N
当量动载荷,n=115.5r/min
代入公式

七、联轴器的选择
低速轴，轴段①上安装联轴器，已知轴①直径d1=42mm，查文献【1】 P97表8-1 可知，轴孔长度L=84mm，圆柱形轴孔，GY型凸缘联轴器。
又 由文献【2】 P291 表17-1,KA=1.5，则
Tc=1.2413.48=496.176N.m
查文献【1】表8-2 应选型号为GYH6的凸缘联轴器。
八、选择轴承的润滑及密封方式

轴承的润滑方式取决于侵油齿轮的圆周速度，即大齿轮的的圆周速度，大齿的圆周速度应选择脂润滑，但根据前面所选深沟球轴承效率，文献【1】 表1-5，任然选用油润滑
因轴的转速不高，高速轴轴颈的圆周速度为

根据文献【1】 P94 表7-12 应选用
接触式毡圈密封
低速轴轴颈的圆周速度

根据文献【1】 P94 表7-12 应选用
接触式毡圈密封
注：确定润滑方式后，就可以确定②，③，⑥段的轴长，装配图的俯视图就基本完成。
九、箱体的设计

一般使用情况下，为制造和加工方便，采用铸造箱体，材料为铸铁。箱体结构采用剖分式，剖分面选择在轴线所在的水平面上
箱体中心高度

取H=210
查文献【1】 P164 表11-1 箱体厚度
选用凸缘式轴承盖，根据轴承型号设计轴承盖的尺寸：
高速轴：D=80mm,d3=8mm,D0=100mm,D2=120mm
低速轴：D=100mm,d3=8mm,D0=120mm,D2=140mm
根据减速器中心距a=186.75mm查表5-14得
检查孔尺寸：L=120mm,b=70mm
检查孔盖尺寸：L=150mm,b=100mm,
b=85mm,L=135mm,d=8mm。
材料为Q235，厚度取6mm
通气器，减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大，为使箱内热胀空气能自由排出，以保持箱内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件等其他缝隙渗漏，通常在箱体顶部装设通气器。 根据文献【1】表11-5，选提式通气器，通气塞选M16×1.5

油标装置的选用：油面指示器检查减速器内油池油面的高度，经常保持油池内有适量的油，一般在箱体便于观察、油面较稳定的部位，装设油面指示器。
根据文献【1】 P92 表7-7 选用压配式圆形油标A型，A12

螺塞：放油螺塞换油时，排放污油和清洗剂，应在箱座底部，油池的最低位置处开设放油孔，平时用螺塞将放油孔堵住，放油螺塞和箱体接合面间应加防漏用的垫圈。
根据文献【1】 P93 表7-10 选用M20×1.5 外六角螺塞

定位销：定位销为保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔制造加工时的精度，应在精加工轴承孔前，在箱盖与箱座的联接凸缘上配装定位销。安置在箱体纵向两侧联接凸缘上，对称箱体应呈对称布置，以免错装。
查文献【1】表4-4 选用圆锥销，则查表得：销钉公称直径d=8mm 按中心距查表11-1得，箱体毛重155kg，选用吊环螺钉为M10。
润滑剂：设计要求为：轻微冲击载荷，空载启动，根据文献【1】 表7-1 ，应选用全损耗系统用油

十、设计小结
为期两个星期的课程设计已将近尾声，人生的每一段经历，只有在不断的总结中才能得到升华。这两个星期于我，有着举足轻重的意义。
在这不到半月的时间里，说不累肯定是骗人的谎话，但是再苦再累，只要自己真的能学到东西，一切便都值了。还记得第一天，老师给我们布置任务后就离开了（赶着去上课），然后我们全班就乱成一团，完全不知道该如何着手去做，于是，在讨论无过后，大家剩下的只有不知所措。不过，后来，在老师的细心指导和帮助下，我们攻破了这个难题。我也深刻体会到了“万事开头难”这句话。
设计过程，是各种繁琐的查表，计算。由于经验不足，任务又比较繁重，结果中间算错了一个小地方，结果对后面的计算结果造成了很大的影响，所以，无奈我们只能重新开始。很多时候，真的是一步步错，步步错，一步不慎，造成的影响可能是不可估量的。设计的过程，必须保持稳重，细心与耐心并存。面对复杂的问题，应该冷静地面对，操之过急，只会适得其反。一个减速器设计，覆盖的知识面真的特别大，我们必须灵活的运用已学的机械设计课程知识及其他相关的知识分析和解决各种问题。这也真的是让我们把所学的理论知识运用到实际问题中，做到了理论与实际相结合，给我们以后进入社会工作打下基础。
设计完，便是画图，画图更是一项精细的工作，来不得半点马虎。不过，对我来说，难度真的特别大，因为之前制图没学好。真的是书到用时方恨少啊！这个画图的过程，真的特别累，每天一整天坐在电脑前面，对着电脑拼命的画图，结果还是时间不够，完成不了。没办法，只能晚上也加班。不过，这也让我更好地认清了自己，让我得到了锻炼。我一定要更加努力，让自己变得更善更美！
总之，这次课程设计，真的让我得到了很大的提升。当然，这绝对离不开老师的谆谆教诲，悉心教导，也离不开团队的力量。谢谢我的老师，谢谢我的小伙伴们！我一定会好好珍惜将来拥有的每一次机会，让自己可以在更广阔的天空翱翔。

参考文献：
1. 《机械设计.课程设计手册》.第4版
2. 《机械设计基础》.第5版