机械设计基础课程设计--带式运输机传动装置.doc

机械设计基础课程设计
设计计算说明书
题目:带式运输机传动装置

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目录

一、电动机的选择与计算........................................................3

二、带传动的设计与计算........................................................6

三、齿轮的设计与计算............................................................7

四、轴的设计与计算................................................................9

五、滚动轴承的选择与计算....................................................15

六、键的选择与计算................................................................16

七、联轴器的选择与计算........................................................16

八、润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择....................17

九、箱体尺寸设计.....................................................................17

十、参考资料............................................................................19

一、电动机的选择
1、 电动机的选择：
据已知条件和实际工作需求，选择常用的Y系列三相异步电动机。
2、 选择电动机功率
负载功率

电动机所需功率

式中 η—由电动机至输送带的传动总效率

η1—带传动传动效率
η2—滚动轴承的效率
η3—圆柱齿轮传动效率
η4—联轴器效率
η5—传动卷筒的传动比
所以

选取电动机的额定功率
3、 选择电动机的转速
根据《机械设计基础》P120可知，带的转速为v=,故传动卷筒转 速
查《机械设计课程设计手册》表13-2，得：V带传动的单级传动比，一级圆柱齿轮传动比，则总传动比合理范围为：

电动机转速可选范围
符合这一范围的电动机同步转速有750r/min，1000r/min，1500r/min，现选用1000r/min的电动机。
因而,可得到电动机的主要技术数据（根据设计手册p167）为：

表1 待选电动机
电动机型号
同步转速（r/min）
额定功率（kW）
满载转速（r/min）
堵转转矩
最大转矩
质量（kg）
额定转矩
额定转矩
Y132M1-6
1000,6极
4
960
2.0
2.0
73

表2 待选电动机外形尺寸
机座号
极数
A
B
C
D
E
F
G
H
K
AB
AC
AD
HD
BB
L
132M
6
216
178
89
38
+0.018
80
10
33
132
12
280
270
210
315
238
515

表3 待选电动机安装尺寸(mm)
中心高H
外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD
底角安装尺寸A×B
地脚螺栓直径孔K
轴伸尺寸D×E
装键部位尺寸F×G
132
515×(270/2+210)×315
216×178
12
38×80
10×45

4、 确定传动装置的总传动比及分配
总传动比
取V带传动的单级传动比
则一级圆柱齿轮传动比
5、 计算传动装置的运动参数和动力参数
（1）各轴的输入输出功率
输入功率
主动轴：
从动轴：
卷筒轴：
输出功率
电动机轴：
主动轴：
从动轴：
卷筒轴：
（2）各轴的转速
电动机轴：
主动轴：
从动轴：
卷筒轴：
（3）各轴的输入输出转矩
输入转矩
主动轴：
从动轴：
卷筒轴：
输出转矩
电动机轴：
主动轴：
从动轴：
卷筒轴：
表4 各轴转速、功率、转矩
轴名
转速n(r/min)
功率P(kW)
转矩T(N·m)
输入
输出
输入
输出
电动机轴
960

3.33

33.15
主动轴
355.56
3.20
3.16
85.95
85.09
从动轴
95.50
3.04
3.01
304.09
301.09
卷筒轴
95.50
2.98
2.86
297.99
286.09

二、带传动的设计与计算
1. 确定计算功率
考虑到载荷性质和运转时间长短等因素，由《机械设计基础》表8-4得，工况系数
计算功率
2、 选定带型
根据计算功率和小带轮转速，由《机械设计基础》中p120的图8-9选定带的型号为A型V带。
3、 确定带轮的基准直径和
根据V带截型，参考《机械设计基础》表8-5选取小带轮的基准直径
验算带速度

大带轮基准直径
参考《机械设计基础》中p120的表8-5，取标准值
4、 确定中心距和带的基准长度
根据传动的结构需要：
即： 单位：mm
取
根据带传动的几何关系，带的基准长度
根据由《机械设计基础》表8-6选取与之接近的V带的基准长度
传动中心距

中心距的变动范围

5、 验算小带轮的包角

6、 确定带的根数

式中 —考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数，查《机械设计基础》表8-7，
—考虑带的长度不同时的影响系数，简称长度系数，查《机械设计基础》表8-6，
—单根V带的基本额定功率，查《机械设计基础》表8-3，
—就传动比的影响时，单根V带额定功率的增量，查《机械设计基础》表8-3，
取
7、 确定带的初拉力

8、 计算带作用于轴上的力

9、 选定带轮结构
小带轮为实心式结构
大带轮为轮辐式结构

三、齿轮的设计与计算
1、 齿轮传动材料选择
小齿轮选用45钢，调质
齿面硬度
许用接触应力
许用弯曲应力
大齿轮选用45钢，正火
齿面硬度
许用接触应力
许用弯曲应力
2、 齿面接触疲劳度强度设计
（1）选择齿数
通常，取
，取
（2） 小齿轮传递的转矩

（3） 选择齿宽系数
由于齿轮为对称布置，且为软齿面，所以取。此时，齿宽b=74mm；大轮齿宽b2=b=74mm，小齿轮齿宽b1=b+(5~10)mm,取b1=80mm。
（4） 确定载荷系数
载荷系数为，由于齿轮为对称布置，所以取
（5） 计算分度圆直径

（6） 确定齿轮的模数

按《机械设计基础》表9-2，圆整为,此时

3、 齿根弯曲疲劳强度验算
（1） 齿形系数
由和，查《机械设计基础》表9-8得和
（2） 验算齿根弯曲应力

齿根弯曲疲劳强度足够
（3） 齿轮精度等级
根据
查《机械设计基础》表9-6，选用9级精度
4、 计算齿轮的几何尺寸
（1） 齿宽高
（2） 齿根高
（3） 全齿高
（4） 齿顶圆直径
小齿轮：
大齿轮：
（5） 齿根圆直径
小齿轮：
大齿轮：

（6） 基圆直径
小齿轮：
大齿轮：
（7） 齿距
（8） 齿厚
（9） 齿模宽
（10） 中心距
表5 大、小齿轮尺寸（单位：mm）
名称
代号
小齿轮
大齿轮
模数

2
分度圆直径

74
248
齿顶高

2
齿根高

2.5
全齿高

4.5
齿顶圆直径

78
252
齿根圆直径

69
243
基圆直径

69.537
229.13
齿距

6.283
齿厚

3.142
齿模宽

3.142
中心距

175

四、轴的设计与计算
主动轴
1、 选择轴的材料
采用45号钢，调制处理
硬度
许用弯曲应力
2、 按转矩估算轴的最小直径
由《机械设计基础》中p226的表13-2取

考虑键槽对轴强度的影响，取

3、 轴的结构设计
根据轴系结构分析要点，结合后述尺寸确定，考虑到圆柱齿轮传动，选用深沟球轴承，采用凸缘式轴承盖，依靠普通平键联接实现周向固定。利用轴肩结构实现轴与轴承的轴向固定。考虑到小齿轮分度圆直径与轴的直径差距不大的情况，采用齿轮轴的结构方案。轴与其它零部件相配合的具体情况见后装配图。轴的结构设计主要有三项内容：1.各轴段径向尺寸的确定；2.各轴段轴向长度的确定；3.其他尺寸（如键槽、圆角、倒角、退刀槽等）的确定。
（1）轴段径向尺寸的确定

1）如图所示，查设计手册中p17的表1-29可知轴段d1=25mm开始，逐段取相邻轴段的直径。
2）d2起定位固定作用，考虑到V带大轮的内孔倒角，定位轴肩高度取h=2.5，故d2=d1+2h==25+2×2.5=30mm,该尺寸应满足密封件的直径系列要求。
3）d3与轴承内径相配合，考虑安装方便，结合轴的标准直径系列并符合轴承内径系列，取d3=40 mm，初选定轴承代号为6207（课本p205）。
4）d4即为小齿轮部分，要小于小齿轮齿根圆直径，故d4 =45 mm。
5）d5采用轴环定位取轴肩高4mm做定位面，选取最小过渡圆角半径，r=1.5mm，取d5=55mm。
6）根据对称性，d 6= d3 =37mm。
（2）轴向尺寸的确定
轴段①：从L1段开始，L1段与V带的大轮配合，由前面的计算的大带轮的轮缘宽为B = 50 ± 2.6 mm，考虑大带轮的轴向固定要求，L1 应略小于大带轮的宽度2 ~ 3 mm，取L1 = 54mm。
轴段②：根据箱体箱盖的加工和安装要求，取箱体轴承孔长度为46mm，轴承盖和箱体之间应有调整垫片，取其厚度位2mm，轴承端盖厚度取10mm，端盖和带轮之间应有一定的间歇，取12mm。综合考虑，取L2=70mm。
轴段③：齿轮两侧端面至箱体内壁的距离取10mm。轴承采用脂润滑，为使轴承和箱体内润滑油孤绝，应设有挡油环（兼做定位套筒），为此取轴承端面至箱体内壁的距离为8mm，故挡油环的总宽度为18mm。综合考虑，取L3=37mm。
轴段④：该长度应小于齿轮宽度，故取L4 = 55mm
轴段⑤：由于采用轴环定位，取轴肩高4mm作定位面，选取最小过度圆半径r=1.5mm，取L5 = 8mm；
轴段⑥：L6段，为了使齿轮箱对壳题对称布置，基于和轴段3同样的考虑，并考虑轴端的倒角大小，取L6=37mm。
两轴承中心距L = L3 + L4 + L5 - B – 2 = 37 + 55 + 37 - 18 - 2 = 109 mm
（3）其它尺寸
由d4 = 45 mm，查《机械设计课程设计手册》可得键的公称尺寸为bxh=14x9，于是e=r-H=齿根圆半径-键高h的一半与主动轴上的r4之和
=34.5-（4.5+22.5）=7.5》（2～2.5）m=6.25，故应为做成齿轮加轴的结构。
此外， 由d1 = 25 mm，L1= 54mm可得，主动轴轴联器选GB/T 1096键 8 x 7 x 40。
（4）主动轴各段尺寸（单位：mm）：
编号
1
2
3
4
5
6
直径
25
30
40
45
55
40
长度
54
70
37
55
8
37
轴承跨距
大带轮与相近轴承的中心距
4、 按弯曲和扭转复合强度对轴进行强度计算

（1）齿轮受力计算

由于选用的是直齿齿轮，不存在轴向力。根据之前的计算，该轴还将受到V带大轮带来的的压力FQ=
（2）水平面支反力和弯矩
支反力

弯矩

（3） 竖直面支反力和弯矩
支反力
弯矩
（4）合成弯矩

（5）当量弯矩
由于扭矩不变，取应力校正系数

（6）校验轴的强度

因此，该轴满足强度要求。

从动轴
1、 选择轴的材料
采用45号钢，调制处理
硬度
许用弯曲应力
2、 按转矩估算轴的最小直径
由《机械设计基础》表10-2取

考虑键槽对轴强度的影响和联轴器标准，取
3、 轴的结构设计
根据轴系结构分析要点，结合后述尺寸确定，考虑到圆柱齿轮传动，选用深沟球轴承，采用凸缘式轴承盖，依靠普通平键联接实现周向固定。利用轴肩结构实现轴与轴承的轴向固定。考虑到小齿轮分度圆直径与轴的直径差距不大的情况，采用齿轮轴的结构方案。轴与其它零部件相配合的具体情况见后装配图。轴的结构设计主要有三项内容：1.各轴段径向尺寸的确定；2.各轴段轴向长度的确定；3.其他尺寸（如键槽、圆角、倒角、退刀槽等）的确定。
（1）轴段径向尺寸的确定

1）如图所示，查设计手册中p17的表1-29可知轴段d1=35mm开始，逐段取相邻轴段的直径。
2）d2起定位固定作用，考虑到V带大轮的内孔倒角，定位轴肩高度取h=2.5，故d2=d1+2h==35+2×2.5=40mm,该尺寸应满足密封件的直径系列要求。
3）d3与轴承内径相配合，考虑安装方便，结合轴的标准直径系列并符合轴承内径系列，取d3=45 mm，初选定轴承代号为6009（课本p205）。
4）d4与大齿轮配合，由于大齿轮为腹板式结构，考虑到齿轮装拆方便，d4应比d3略大，故d4 = 50 mm.
5）d5采用轴环定位取轴肩高4mm做定位面，选取最小过渡圆角半径，r=1.5mm，取d5=60mm
6）根据对称性，d 6= d3 = 45mm。
（2）轴向尺寸的确定
轴段①：从L1段开始，L1段与轴联器配合，根据该轴的转矩和转速，初步选择型号为GY6的弹性套柱销联轴器。经查设计手册p94的表8—2，其Y型轴孔长度为82mm,而L1应略小于其轴孔长度2~3mm，故L1=80mm。
轴段②：长度L2：根据箱体箱盖的加工和安装要求，取箱体轴承孔长度为46mm，轴承盖和箱体之间应有调整垫片，取其厚度位2mm，轴承端盖厚度取10mm，端盖和联轴器之间应有一定的间歇，取12mm。综合考虑，取L2=70mm。
轴段③：齿轮两侧对称安装一对轴承，选择6211，测得宽度为21mm，取d3=45mm。左轴承用轴套定位，根据轴承对安装尺寸的要求，轴承定位直径64mm。该轴段长度L3的确定如下：齿轮两侧端面至箱体内壁的距离取10mm。轴承采用脂润滑，为使轴承和箱体内润滑油孤绝，应设有挡油环（兼做定位套筒），为此取轴承端面至箱体内壁的距离为10mm，故挡油环的总宽度为20mm。综合考虑，取L3=42mm。
轴段④：该长度应小于齿轮宽度，故取L4= 70mm。
轴段⑤：由于采用轴环定位，取轴肩高4mm作定位面，选取最小过度圆半径r=1.5mm，取L5 = 8mm；
轴段⑥：L6段，为了使齿轮箱对壳题对称布置，基于和轴段3同样的考虑，并考虑轴端的倒角大小，取L6=34mm。
两轴承中心距L=L3+L4+L5 +L6-18（轴承厚度）-1（倒角）
=136mm
3．其他尺寸
联轴器与轴的周向固定采用A型普通平键，查设计手册中p53关于键连接，由d1=35mm，L1=80mm选GB/T 1096键A 14x9x70
由d4=50mm，L4=70mm选GB/T 1096键A 18x11x56.

（4）从动轴各段尺寸（单位：mm）
编号
1
2
3
4
5
6
直径
35
40
45
50
60
45
长度
80
70
42
70
8
34

轴承跨距

4、按弯曲和扭转复合强度对轴进行强度计算
（1） 齿轮受力计算

水平面支反力和弯矩
支反力
弯矩
（2） 竖直面支反力和弯矩
支反力
弯矩

（3） 合成弯矩

（4） 当量弯矩
由于扭矩不变，取应力校正系数

（5） 检验轴的强度

因此，该轴也满足强度要求。

五、滚动轴承的选择与计算
1、 主动轴上的轴承采用：滚动轴承6207 GB/T276—1994
查《机械设计课程设计手册》中P65的表6-1得，该轴承基本额定动荷载
当量动荷载
根据该轴承工作环境，取温度系数，荷载系数，寿命指数

按每天两班制的工作时间，每年工作360天，折旧期8年计算折旧小时

该轴承满足寿命要求。
2、 从动轴上的轴承采用：滚动轴承6210 GB/T276—1994
查《机械设计课程设计手册》得，该轴承基本额定动荷载
当量动荷载
根据该轴承工作环境，取温度系数，荷载系数，寿命指数

按每天两班制的工作时间，每年工作360天，折旧期8年计算折旧小时

该轴承满足寿命要求。
六、键的选择与计算
1、 选择键的类型，材料和确定键的尺寸
选择键的材料为钢，查《机械设计基础》表7-8得，按静载荷连接选取：键的许用挤压应力
表8 各初选键（GB/T 1096）
序号
键的位置
型号
传递的转矩
所在的轴径mm
1
主动轮联轴器平键
键A
N·mm
25
2
主动轴齿轮平键
键A
N·mm
4
3
从动轮联轴器平键
键A
304000N·mm
70
4
从动轴齿轮平键
键A
304000N·mm
42

2、 对静连接校验挤压强度

以上四平键均符合强度要求

七、联轴器的选择与计算
由于工作条件为连续单向工作，载荷较平稳，且工作最高温度为35℃
根据该轴工作时的名义转矩，转速
取工作系数
轴的计算转矩
查《机械设计课程设计手册》表8-7，选用：
LX2 联轴器 GB/T 504—2003

八、润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择
1、 本设计中，需要使用润滑的部分为两对轴承和一对齿轮
表9 各相应位置轴承参数

转速
内径

润滑方式
主动轴轴承
355.56
40
14222.4<2
润滑脂
从动轴轴承
95.50
45
4397.5<2
润滑脂
由于工作环境有粉尘，环境最高温度为35℃，为保证较好的耐热性能，查《机械设计课程设计手册》表7-2，确定选用锂基润滑脂 代号ZL-2 GB/T 7624—1994
2、 对于齿轮传动部分
齿轮分度圆圆周速度
选用浸油润滑，齿轮侵入油中深度为10mm
查《机械设计课程设计手册》表7-1，确定选用全损耗系统用油 代号L-AN32 GB 433—1989
3、 密封件的选择
主动轴轴径圆周速度
查《机械设计课程设计手册》表7-12，确定选用版粗羊毛毡圈
主动轴：毡圈40
从动轴：毡圈45

九、箱体尺寸设计
1、 一级传动箱座厚度应满足
代入数据： 取
2、 一级传动箱盖厚度应满足
代入数据： 取

3、 箱体的其他参数计算
表10 箱体尺寸
名称
尺寸关系
数值mm
名称
符号
尺寸关系
箱座连接凸缘厚度

12
、、至外箱距离

根据螺栓直径由下表查得
箱盖连接凸缘厚度

12
箱座安装凸缘厚度

20
安装螺栓直径

17.4
、、至凸缘外侧距离

根据螺栓直径由下表查得
轴承座连接螺栓直径

13.05
连接凸缘栓直径

8.7~10.44
轴承端盖螺栓直径

6.96~8.79
轴承座凸缘高度

以根据低速轴承端盖外径，便于扳手操作为准
视孔盖螺栓直径

5.22~6.96
定位销直径

12.18~13.92
大、小齿轮轮端面与内箱壁距离

10
箱座箱盖肋厚

9

10

表11 凸台及凸缘尺寸（单位：mm）
螺栓直径
M8
M10
M12
M14
M16
M18
M20
M22
M24
C1
14
16
18
20
22
24
26
30
34
C2
12
14
16
18
20
22
24
26
32
沉孔直径
18
22
26
30
33
36
40
43
53
通孔直径
9
11
13.5
15.5
17.5
20
22
24
30

4、 箱的定位尺寸
（1）轴心相对高度应同时满足：
a.

b.

取
（2） 箱体内壁距离

6、 减速器附件：
查《机械设计课程设计手册》
（1） 定位销
（2） 观察孔盖板
（3） 通气器
（4） 油面指示器
（5） 放油螺塞：放油螺塞和箱体结合面之间应加防漏垫圈
（6） 起吊装置：图中箱盖上有两个吊耳，用于起吊箱盖；箱座上铸有两个吊钩，用于吊运整台减速器

十、参考资料
1、 李力 向敬忠主编. 机械设计基础(近机、非机类). 北京：高等教育出版社，2007
2、 吴宗泽 罗圣国主编. 机械设计课程设计手册. 第3版. 北京：高等教育出版社，2006
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45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究
46. 基于单片机的轮轨力检测
47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现
48. 基于单片机的电液伺服控制系统
49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制
50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究
51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究
52. 单片机控制的后备式方波UPS
53. 提升高职学生单片机应用能力的探究
54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究
55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究
56. 基于单片机的多通道数据采集系统
57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制
58. 基于单片机的红外测油仪的研究
59. 96系列单片机仿真器研究与设计
60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造
61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现
62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制
63. 基于单片机的气体测漏仪的研究
64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器
65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究
66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计
67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计
68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统
69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统
70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究
71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践
72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现
73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统
74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究
75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统
76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究
77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用
78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究
79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究
80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发
81. 基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究
82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究
83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现
84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究
85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现
86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现
87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统
88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现
89. 单片机监测系统在挤压机上的应用
90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用
91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用
92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用
93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发
97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现
101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制
104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究
105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计
106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究
107. 单片机实现的寻呼机编码器
108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究
109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究
110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究
111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
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