带式运输机课程设计说明书.docx

机械设计基础课程设计
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计算说明书

设计题目： 设计带式输送机的传动装置

工程学 院 工程 系 101 班
设计者
指导教师
2012 年 1 月＿9＿日

广东海洋大学

目录
械设计基础课程设计任务书………………………………………………………………………………………………………………3
一、传动方案 ……………………………………………………………………………………………………………………..………...……4
二、选择电动机 ………………………………………………………………………………………………….………….………….………4
三、计算传动比和分配传动比 ……………………………………………………………………………………………………….5
四、计算传动装置的运动和动力参数 …………………………………………………………………………..….………….5
五、普通V带传动 …………………………………………………………………………….…………………………….…………6
六、齿轮传动 ……………………………………………………………………………………….…………………………………………8
七、轴的设计 …………………………………………………………………………………………………………………………..……….11
（一、）从动轴的设计 ……………………………………………………………………………….……………………………….11
（二、）主动轴的设计 …………………………………………………………………………………….………………………….15
八、轴承 …………………………………………………………………………………………………………………………………..………….17
(一、)主动轴轴承 …………………………………………………………………….…………………………………………….17
(二、)从动轴轴承 ………………………………………………………………………………………….……………………………17
九、键的选择 ………………………………………………………………………………………………………………………….………….18
十、联轴器的选择 …………………………………………………………………………………………………………..………………….18
十一、润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择 …………………………………………….…………………… ….…19
参考资料…………………………………………………………………………………………………………………………………...……………19

械设计基础课程设计任务书
一、 设计题目 : 设计带式输送机的传动装置。
D
F
v
动
力
及
传
动
装
置

二、 原始数据
分组序号
1
2
3
4
5
6
7

输送带工作拉力F /kN
3.5
3.3
3.0
2.8
2.6
2.5
2.4

输送带工作速度v / m/s
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7

滚筒直径 D /mm
250
250
250
250
250
250
250

三、 已知条件
1. 输送带工作拉力F= 3.5 kN
2. 输送带工作速度v= 1.1 m/s（允许输送带速度误差为±5%）
3. 滚筒直径 D=250 mm
4. 滚筒效率：ηj = 0.96（包括滚筒与轴承的效率损失）；
5. 工作情况：每年300个工作日，两班制，连续单向运转，载荷较平稳；
6. 使用折旧期：10年；
7. 动力来源：电力，三相交流，电压380/220V；
8. 制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。
四、 设计内容
拟定传动方案，选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数（包括：确定总传动比，分配各级传动比，计算各轴的转速、功率和转矩等），齿轮、轴、轴承、键、联轴器等零部件的设计计算和选择；减速器装配图和齿轮轴零件图的设计；编写设计计算说明书。
五、 设计工作量
1． 减速器装配图A1一张；
2． 齿轮或轴零件图A2二张；
3． 设计计算说明书1份（A4）；
计算及说明
结果
一、 传动方案
D
F
v

二、选择电动机
1.选择电动机类型
按已知的工作要求格条件,选用Y型全封闭笼型三相型电动机
2.选择电动机功率
工作机所需的电动机输出功率为
= 故
由电动机至工作机之间的总效率(包括工作机效率)为

式中的效率为：（带传动），（齿轮传动的轴承），（齿轮传动），（联轴器），（滚筒）

所以
3.确定电动机转速
卷筒轴的工作转速为

按推荐的合理传动比范围,取V带传动比i1’=2~4,单级齿轮传动比i2’=3~5,则合理总传动比的范围为i’=6~20,故电动机转速的可选范围为
nd’=i’ * nw=(6~15)×84.03r/min
nd’=504.18~1680.6 r/min
符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min、1500r/min，再根据计算出的容量有三种适用的电动型号，其技术参数以及传动比的比较情况见下表
方案
电动机型号
额定功率
电动机转速/(r/min)
传动装置的传动比
Ped/kW
同步转速
满载转速
传动比
带
齿轮
1
Y160M2-8
5.5
750
720
8.93
3
2.98
2
Y132M2-6
5.5
1000
960
11.42
2.5
4.568
3
Y132S -4
5.5
1500
1440
17.14
3.5
4.897
综合考滤电动机和传动方案装置的尺寸、重量以及带传动和减速器的传动比，比较三个方案可知：方案1电动机转速低，外廓尺寸及重量较大，价格较高，虽然总传比不大，但因电动机转速低，导致传动装置尺寸较大。方案3电动机转速较大, 但总传比大, 传动装置尺寸较大。方案2适中，比较适合。因此选定电动机型号为Y132M2-6，额定功率Ped=5.5kw，满载转速nm=960r/min。总传动比较适中，传动装置结构较紧凑。所选电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如下所示：

中心高H
外形尺寸
L×(AC/2+AD)×HD
底脚安装尺寸A×B
地脚螺栓孔直径D
轴伸尺寸D×E
装键部位尺寸
F×GD
132
515×345×315
216×180
18
38×80
10×41

三、计算传动比和分配传动比
由选定电动机的满载转速nm和工作机主动轴的转速nw，可得传动装置的总传动比为：i=
取带传动比i0=2.5 齿轮传动比i1=4.57
四、计算传动装置的运动和动力参数
1、各轴转速
Ⅰ轴
II轴
卷筒轴
2、各轴的输入功率
Ⅰ轴
II轴
卷筒轴
3、各轴输入转矩
电动机轴的输出转矩Td

Ⅰ轴
II轴
卷筒轴
运动和动力参数的计算结果列于下表：
参数 轴名
电动机轴
Ⅰ轴
Ⅱ轴
卷筒轴
转速n/(r/min)
960
384
84.03
84.03
输入功率P/kw
4.53
4.349
4.176
4.011
输入转矩T/(N.m)
45.06
108.15
474.64
455.80
传运比i
2.5
4.57
1
效率η
0.96
0.96
0.96

五、普通V带传动
1、确定计算功率PC,查表8.21，查得KA=1.2
则PC=KAP=1.2×5.5kw=6.6kw
2、选取普通V带型号
根据PC =6.6kw, n1 =960r/min,由图8.13选用A型普通V带
3、确定带轮基准直径dd1 ，dd2
根据表8.6和图8.13选取dd1=100mm,且dd1=140mm>ddmin=75mm
大轮基准直径为
（符合标准值）
4、验算带速v

带速在5~25m/s范围内。
5、确定带的基准长度Ld和实际中心距a
由式（8.14）初步确定中心距的范围

取中心距a0=400
由式（8.15）得

=1597.25mm
由表8.4选取基准长度Ld=1600mm
由式（8.16）得实际中心距a为

中心距a的变动范围为

6、校验小带轮包角
由式（8.17）得

7、确定V带根数z
由式（8.18）得
根据，，查表8.9用内插法得：

取=1.63kw
由式（8.11）得功率增量P0为
由表8.18查得
根据传动比i=2.5,查表8.19得Ki=1.1373，则

由表8.4查得带长度修正系数KL=0.99，由图8.11查得包角系数Ka=0.94，得普通V带根数：
=4.05根
圆整取得4根。
8、带轮的结构设计
9、设计结果
选用4根普通A型带，中心距401mm，带轮直径dd1=140mm,dd2=350mm

六、齿轮传动
1、选择齿轮材料及精度等级
小齿轮选用45钢调质，硬度220~250HBS，在大齿轮选用45钢正火，硬度值为170~210HBS，由表10.21选8级精度，要求表面粗糙度
2、按齿面接触疲劳强度设计
1）查表10.12得弹性系数
2）载荷系数K，查表10.11取K=1.1
3)
4)齿宽系数,查表10.20得=1
5)许用接触应力,由图10.24查得
由表10.10查得

查图10.27得ZNT1=1.02,ZNT2=1.08
由式（10.13）得

故

3、确定有关系数与参数
1) 模数,齿数
由表10.3查取标准模数m=2mm
因齿轮均为软齿面,取

2)分度圆直径和齿宽

齿宽

传动的中心距为

此值与初选的值相差不大，故不必重新计算。
4、校核齿根弯曲疲劳强度
由式（10.37）得出F,如F≤[F]则校核合格。
确定有关系数与参数：
1、齿形系数YF 查表10.13得YF1=2.65, YF2=2.18
2、应力修正系数Ys 查表10.14得Ys1=1.59, Ys2=1.8056
3、许弯曲应力[F]
由图10.25查得Flm1=210MPa, Flm2=190MPa
由图10.10查得SF=1.3
由图10.26查得YNT1=YNT2=1
由式（10.14）可得：

故由式（10.37）可得：

齿根弯曲强度校核合格
5、验算齿轮的圆周速度v

由表10.22可知，选8级精度是合适的。
6、几何尺寸计算及绘制零件图。
七、轴的设计
（一、）从动轴的设计
1、选择轴的材料，确定许用应力
因轴的材料无特殊要求，故选用45钢，正火处理，由表14.7查得强度极限
σb=600MPa,再由表14.2得许用弯曲应力[σ-1b]=55MPa.
2、按钮转强度估算直径
根据表14.1得C=（107~118），又由式（14.2）得：

由于轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽存在，故将计算直径加大3%~5%，取为39.97~44.94mm。由设计手册取标准直径d1=40mm。
3、设计轴的结构并绘制结构草图。
由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装半联轴器。
（1）、确定轴上零件的位置和固定方式 要确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式。确定齿轴从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩定位，右端用套筒固定。这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮的周向固
定用平键连接。由于齿轮的圆周速度均小于2m/s，故轴承采用脂润滑，为了不让箱体内的润滑油溅到轴承里，故在轴承旁加挡油盘。轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴向用轴肩固定，周向采用过盈配合固定。
（2）、确定各轴段的直径 如图 轴段1（外伸端）直径最小，d1=40mm;考虑到要对安装在轴段1上的联轴器进行定位，轴段1上应有轴肩，轴段2的直径同d2=45mm，为轴段3方便加工轴承的安装轴段，轴段2应有轴肩，同时为能顺利的在轴段3上安装轴承，轴段3必须满足轴承内径的标准，故取轴段3的直径d3为50mm，轴段4由轴段3过度，取直径d4=55mm，轴段5是用于定位齿轮，轴肩为h=R(C)+(0.5~ 2) 取3.5mm,故d5=62mm；轴段6的直径d6=55mm；轴段7装轴承与3段一样，故d7=d3=50mm。
（3）、确定各轴段的长度 齿轮轮毂宽度为62mm，为保证轮固定可靠，轴段4的长度应略短于齿轮轮毂宽度，取为60mm；为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间应留有一定的间距，取该间距为12mm；为保证轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承宽度为16mm），并考滤轴承的润滑方式为脂润滑，轴承端面距箱体内壁的距离为10~ 15mm,所以轴段3的长度取44mm，轴承支点距离l=126mm，根据箱体及联轴器以及轴承盖与联轴器要有一定距离15mm，轴段2长取51，轴段1长取60，同样的方法确定轴段5，6的长度为5mm，7为45mm。
（4）、选定轴的结构细节，如圆角、倒角、退刀槽的尺寸。

4、按弯矩扭合成强度校核轴径

(1)、画出轴的受力图
(2)、作水平弯矩图、支点反力为

Ⅰ-Ⅰ载面处的弯矩为
Ⅱ-Ⅱ截面处的弯矩为
(3)、作垂直面的弯矩图,支点反力

Ⅰ-Ⅰ截面左侧弯矩为：

Ⅰ-Ⅰ截面右侧弯矩为：

Ⅱ-Ⅱ截面处弯矩为：

(4)、作合成弯矩图
Ⅰ-Ⅰ截面：

Ⅱ-Ⅱ截面：

(5)、作转矩图

(6)、求当量弯矩
因减速器单向运转，故可以为转矩为脉动循环变化，修正系数a为0.6
Ⅰ-Ⅰ截面：

Ⅱ-Ⅱ截面：
(7)、确定危险截面及校核强度
由图可以看出，截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ所受转矩相同，但弯矩MeⅠ>MeⅡ，且轴上还有键槽，故截面Ⅰ-Ⅰ可能为危险截面。但由于轴径d4>d3,故也应对截面Ⅱ-Ⅱ进行校核。
Ⅰ-Ⅰ截面：
Ⅱ-Ⅱ截面：
查表14.2得[σ-1b]=55MPa,满足σe≤[σ-1b]的条件，故设计的轴有足够强度，并有一定裕量。
5、绘制轴的零件图
（二、）主动轴的设计
1、选择轴的材料，确定许用应力
因轴的材料无特殊要求，故选用45钢，正火处理，由表14.4查得强度极限
σb=600MPa,再由表14.2得许用弯曲应力[σ-1b]=55MPa.
2、按钮转强度估算直径
根据表14.1得C=（118~107），又由式（14.2）得：

由于轴的最小直径处要安装V带轮，会有键槽存在，故将计算直径加大3%~5%，取为24.67~27.73mm。由设计手册取标准直径d1=30mm。
3、设计轴的结构并绘制结构草图。 由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧。
1）、确定各轴段的直径 轴段1（外伸端）直径最小，d1=30mm;考滤到要对安装定位，轴段2上应有轴肩，d2=35mm;为轴段3方便加工轴承的安装轴段，轴段2应有轴肩，同时为能顺利的在轴段3上安装轴承，轴段3必须满足轴承内径的标准，故取轴段3的直径d3为40mm，轴段5为齿轮轴，轴段4为轴段3到齿轮轴的过度，取d4=48mm；相同的方法确定轴段6的直径d6=48mm；轴段7的直径d7=40mm。
2）、确定各轴段的长度 轴段1的长度由V带轮毂的宽度确定取63mm,轴段5为齿轮轴的宽度65mm；为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间应留有一定的间距，根据已经定好了低速轴的轴段长度情况，确定轴段3的长度为31mm, 确定轴段7的长度为32mm，轴段2长为52mm, 轴段4和6长为8.5mm；轴承支点距离l=125mm。
3）、选定轴的结构细节，如圆角、倒角、退刀槽的尺寸。

4、按弯矩扭合成强度校核轴径

1）、画出轴的受力图
2）、作水平弯矩图、支点反力为

Ⅱ-Ⅱ截面处的弯矩为

3、求当量弯矩
因减速器单向运转，故可以为转矩为脉动循环变化，修正系数a为0.6。
Ⅱ-Ⅱ截面：

4、确定危险截面及校核强度
从图中可看出截面Ⅱ-Ⅱ为危险面，应对截面Ⅱ-Ⅱ进行校核。
Ⅱ-Ⅱ截面：
查表14.2得[σ-1b]=55MPa,满足σe≤[σ-1b]的条件，故设计的轴有足够强度，并有一定裕量。
5、绘制轴的零件图
八、轴承
( 一、)主动轴轴承
选用角接触轴承7008AC
1、求当量动载荷P
查手册得7008AC轴承的C0r=14.5KN, 查表15.17得X0=1, Y0=0.76, 由式（15.8）可得：P0=X0Fr+ Y0Fa=(1*853.63+0.76*487.62)N=1224.22N
P0= Fr =853.63N
取两者中较大值为计算值，即P0=1224.22N
2、静强度校核
由表15.18，取S0=1.2~2.5,由式（15.11）得
所选轴承的强度足够。
(二、)从动轴轴承
选用角接触轴承7009AC
1、求当量动载荷P
查手册得7009AC轴承的C0r=19.5KN, 查表15.17得X0=1, Y0=0.76, 由式（15.8）可得：P0=X0Fr+ Y0Fa=(1*820+0.76*468.4)N=1175.98N
P0= Fr =820N
取两者中较大值为计算值，即P0=1175.98N
2、静强度校核
由表15.18，取S0=1.2~2.5,由式（15.11）得
所选轴承的强度足够。
九、键的选择
1）、大齿轮键的选择
，d=50mm,轮毂宽B=62mm,由轴径d>44~ 50 取b=14mm,h=9mm,
选用普通A型键L=50mm

故选用键14X50
2）、低速轴连接连轴器时用的键的选取
，d=30mm,轮毂宽B=60mm,由轴径d>22~ 30 取b=8mm,h=7mm,
选用普通B型键L=50mm

故选用键B 8X50
2）、高速轴与皮带轮连接时用的键的选取
，d=30mm,轮毂宽B=63mm,由轴径d>22~ 30 取b=8mm,h=7mm,
选用普通A型键L=55mm

故选用键8X50
十、联轴器的选择
根据轴段的直径35mm和所受转矩，查表得K=1.3
Tc=KT=1.3*281.646Nm=366.14Nm
查表9.2选取TL7联轴器。

十一、润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择
润滑方式：因减速器内部是齿轮传动，内部密封，故选取油浴润滑。
润滑脂的选择：根据减速器属于低速轻载机械轴承，所以选用通用锂基润滑脂（GB7324--87）ZL-1。
密封装置：选取毡圈油封。

参考资料
1. 陈立德 . 《机械设计基础》 .第2版 .北京:高等教育出版社,2004
2. 陈立德 . 《机械设计基础课程设计指导书》 .第2版 .北京:高等教育出版社,2004

电动机计算公式和有关数据引自<<机械设计基础课程设计指导书>>7~8页

主要参数：

η1=0.96
η2=0.99
η3=0.97
η4=0.97
ηi=0.96

Pd=4.530kw

nw=84.03r/min

i=11.434
i0=2.5
i1=4.57

nⅠ=384r/min

nⅡ=84.03r/min

nw=84.03r/min

PⅠ=4.349kw

PⅡ=4.176kw

PⅢ=4.011kw

Td=45.06Nm

TⅠ=108.15Nm

TⅡ=474.64Nm

TⅢ=455.80Nm

带计算公式和有关数据引自<<机械设计基础>>第八章带传动
Pc=6.6kw

A型普通V带
dd1=140mm
dd2=350mm

中心距a0=400

L。=1597.25mm

377.375mm
449.375
mm

z=4根

齿轮计算公式和有关数据引自〈〈基械设计基础>>第十章齿轮传动

K=1.1

T1=4.506*104N.mm

Hlim1=560Mpa
Hlim2=530Mpa

N1=7.668*108
N2=1.678*108

zNT1=1.02
zNT2=1.08

[σH]1=571.2MPa
[σH]2=572.4MPa

d1>=44.14mm

m=2.5

z1=23
z2=105

d1=46mm

d2=210mm

b=46mm
b1=55mm b2=50mm

a=128mm

σF1=91MPa

σF2=85Mpa

v=0.925m/s

轴轮计算公式和有关数据引自《机械设计基础》第十四章轴和轴毂连接

d1=40mm

Ft2=4520N

Fa2=960.76N

Fr2=1681.90N

d1=30mm

Ft1=2294.80N

Fa2=487.62N

Fr2=853.63N

轴承计算公式和有关数据皆引自《机械设计基础》第十五章
轴承