单级斜齿圆柱齿轮减速器说明书例题

一 设计任务 1总体布置简图

1—电动机；2—皮带；3—齿轮减速器；4—带式运输机；5—鼓轮；6—联轴器

2 工作情况：

载荷平稳、单向旋转

3 原始数据

鼓轮的扭矩T（N·m）： 鼓轮的直径D（mm）：400 运输带速度V（m/s）：1.5 带速允许偏差（％）：5 使用年限（年）：10 工作制度（班/日）：2

4 设计内容

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

电动机的选择与运动参数计算； 斜齿轮传动设计计算 轴的设计

滚动轴承的选择

键和连轴器的选择与校核； 装配图、零件图的绘制 设计计算说明书的编写

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5设计任务

a) 减速器总装配图一张 b) 齿轮、轴零件图各一张 c) 设计说明书一份

6 设计进度

1、第一阶段：总体计算和传动件参数计算 2、第二阶段：轴与轴系零件的设计

3、第三阶段：轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 4、第四阶段：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写

二、电动机的选择计算

如图2-1所示的胶带运输带的有效拉力F=6500N，工作速度v=1.5m/s,传动滚动直径D=400mm,载荷平稳，电源为三相交流，空载启动，室内工作有粉尘,使用期限10年。带速允许误差大于-5%且小于5%,试选择电动机。

图2-1

1.选择电动机系列

按工作要求及工作条件选用三相异步电动机,封闭自扇冷式结构,电压为380V,Y系列。 2.选择电动机功率

FV6500?1.5??9.75kw 卷筒所需的有效功率：PW=

10001000传动装置的总效率：

2

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V带传动的效率 η闭式齿轮的传动效率 η一对滚动轴承的效率 η联轴器的效率 η传动滚筒效率 η传动总效率

η=0.95×0.97×0.982×0.99×0.96=0.841

所需电动机功率

Pr=

带=0.95 齿轮=0.97 轴承=0.98 联轴器=0.99 滚筒=0.96

Pw?=

9.75?11.59kw 0.841由表9-39（指导书209页）可选用Y系列三相异步电动机Y180L-6型，额定功率P0 =15kw或选用Y系列三相异步电动机Y160L-4型，额定功率P0 =15kw,均满足P0 > Pr。 3.选取电动机的转速

滚筒转速

nW=

60?=71.66r/min ?D根据滚筒所需的功率和转速，可选择功率为15KW，同步转速分别为1500r/min和1000r/min两种型号的电动机。

电动机数据及传动比

方案号 1 2 电机型号 额定功率 同步转速/满载转速总传动/KW （r/min） /(r/min) 比 1500 1000 1460 970 20.37 13.54 Y160L-4 15 Y180L-6 15 通过比较决定选择第2种方案，电动机型号为Y180L-6, 同步转速为1000r/min，所选电动机的数据和安装尺寸如下表

额定功率P0/kw 15 电动机外伸轴直径D/mm 38 3

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满载转速n0（r/min） 额定扭矩

970 1.8 电动机外伸轴长度E/mm 电动机中心高H/mm 80 132 三、传动装置的运动及动力参数计算

1、分配传动比

电动机的满载转数n0=970r/min

总传动比

i总 = n0/nw = 970/71.66=13.54

取i

带 =2.5 则减速器的传动比

i齿轮= i总/i带=13.54/2.5=5.416

2、各轴功率、转速和转矩的计算 0轴：即电机轴

P0=Pr=11.59kw n0=970r/min

T0=9550×P0/n0=9550?11.59/970=114.11N?m Ⅰ轴：即减速器高速轴采用带联接传动比i P1= P0·η

01= P0·

带 =2.5，带传动效率

η

带=0.95，

η

带 =11.59×0.95=11.01kw

n1= n0/i 01=970/2.5=388r/min

T1=9550×P1/n1=9550×11.59/388=285.27N?m Ⅱ轴：即减速器的低速轴，一对滚动轴承的传动比效率为η 闭式齿轮传动的效率为η

P2=P1·η

齿轮=0.97

轴承=0.98

则η

12=0.97=0.98?0.97=0.95

12=11.01×0.95=10.46kw

n2=n1/i12=388/5.416=71.64r/min

T2=9550×P2/n2=9550×10.46/71.64=1394.31N?m

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Ⅲ轴：即传动滚筒轴 η η

23=0.98

轴承=0.98

η

联轴器=0.99

η

齿轮=0.97

?0.99?0.97=0.94

23=10.46×0.94=9.83kw

P3=P2×η

n3= n2/i23=71.64/1=71.64r/min

T3=9550×P3/n3=9550×9.83/71.64=1310.71N?m

各轴运动及动力参数

轴序号 功率P/kw 转速n/(r/min) 转矩T/Nm 0 1 11.59 11.01 970 388 114.11 285.27 1394.31 弹性联轴器 1310.71 1.0 0.99 传动型式 V带传动 传动比 效率η 2.5 0.95 0.97 闭式齿轮传动 5.416 2 3 10.46 9.83 71.64 71.64

四、传动零件的设计计算

1、V带传动的设计算

(1)确定设计功率PC , 载荷有轻度冲击， 2班制， KA=1.2（书218）

PC=KA×P=18kw

(2)选取V带的型号 根据PC和n0，因工作点处于B型区，故选B型带。（课本图13-15） (3)确定带轮基准直径dd1、dd2

①选择小带轮直径dd1

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由表10-4（书P214页）确定dd1=140mm ②验算带速V（书P211）

V=

?dd1n060?1000=7.1m/s

在5m/s—25m/s之间，故合乎要求。（书P220） ③确定从动轮基准直径dd2(书P211)

dd2=

n1dd1(1-?)=2.5×140?(1-0.02)=343mm n2按表10-5（书215页）取从动轮基准直径为dd2=355mm

(4)确定中心距a和带的基准长度Ld

①初定中心a0（书P220）

取初定中心距0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2) a0=1.8(dd1+dd2)=1.8?(140+355)=891mm ②确定带的计算基准长度Ld按式

?Ld0=2a0+( dd1+dd2)+

2(dd?dd)214a02=2?891??22?355?140?=2572.12 (140?355)?4?891③由表10-2（书213页）取标准Ld =2500㎜ ④确定实际中心距

a=a0+

Ld?Ld02500?2572.12=891+=855㎜ 22(5)验算包角?1

?1≈180°-符合要求

(dd2?dd1)355?140×57.3°=180°-×57.3°=165°＞1200

855a(6)确定带根数z

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根据电机的转速n=970和小带轮直径140mm，

由图10-7（书P214页）查得 P0=2.2kw ，再由表13-5（书216页）得?P0=0.3 (i=2.5)

由表13-7（书P217页）查得 Ka=0.96 由表13-2（书P212页）查得KL=1.03 Z=

Pc5.5==2.20根

(P0??P0)?Ka?KL(22?0.3)?0.97?1.03取Z=3根

（7）、计算作用于轴上的载荷FR 单根V带的初拉力：

F0=500

Pc?z(2.5-1)+q?2=500

Ka182.5?(?1)?0.17?7.12=686.38N 7.1?30.96式中q由表10-1（指导书140页）查得q=0.17Kg/m。

165?FR=2F0Zsin=2?686.38?3sin=4082.25N

22?1（8） 带轮结构设计

带速V?30m/s 材料用灰铸铁 用HT150或HT200

dd1<300mm 用腹板式 dd2>300mm 用轮辐式 （9） 带轮轮槽尺寸

由表4-2（指导书224页）得 hc=15mm,ha Bd=14mm,?minmin=3.5mm,e=19mm,fmin=11.5mm

=7.5mm

B=(z -1)e+2f=(3-1)?19+2?11.5=61mm

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图4-1 小带轮结构图

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图4-2 大带轮结构图

五齿轮的设计计算：

1.选择齿轮材料精度等级

齿轮减速器为一般机械，小齿轮材料选用45钢，调质处理， 小齿轮45调质,?B=650MPa,?S=360Mpa，硬度217～255HB； 大齿轮45正火, ?B=580MPa, ?S=290MPa,硬度162～217HB。 齿轮精度等级为8级. 计算循环次数N

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N1=60n1j?Lh=60?388?1?(10?365?16)=1360000000（工作十年，两班制） N2=

N11360000000==2.51?108 i5.416由表11-5（P171页）取载荷系数SHmin=1.0

由图11-1（书166页）查得 ?HLim1=600Mpa ， ?HLim2=380MPa 计算许用接触应力

??H?1=?Hlim1 =600=600Mpa

SHmin

1.0??H?2=?Hlim2 =380=380Mpa

SHmin1.0因 ??H?1

388N1由表11-3（P169）取得K=1.8，由表11-6（P175）取得?a=0.8， 由表11-4（P171）取得ZE=188.9

at?

32KT1?(ZHZE2)(u?1)[?H] =130.25mm

?au取中心距a=130.25mm 取小轮齿数Z1=21 则大齿轮数Z2=114 所以i实=114/21=5.428

计算得到?i=（5.428-5.416）/5.416=0.18%

?i在正负5%之间，故合理。

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模数m=d1/Z1=6.5mm 齿宽b=?a?d1=104.2 查表4-1（P57），取m=6.5mm

d1=m?Z1=136.5mm d2=m?Z2=741mm

圆周速度v=3.14?136.5?388/60?1000=2.77m/s 对照表11-2（P168）可知，选用8级精度是合适的。

3验算齿面接触疲劳强度

按电机驱动载荷轻度冲击由表11-3得kA=1.25

由图11-2（b）（指导书177页）按8级精度和vZ1/100=1.024?25/100=0.256m/s得kv=1.02

齿宽b??a?a?0.35?155?54.25mm由图11?（3a）（指导书177页）按b/d1?54.25/50.987?1.064考虑到轴的刚度较大和齿轮相对轴承为非对称布置，得k??1.18由表11?（指导书4178页）得k??1.2载荷系数K?KAKVK?K??1.25?1.02?1.18?1.2?1.805由表11?（指导书4178页）Zv1?Z1/cos??25/cos11.29??26.51Zv2?Z2/cos??127/cos11.29??134.7得??1?0.796，??2?0.8223333?????1???2?0.796?0.822?1.618b?sin?54.25?sin11.29??????1.69?mn3.14?2由图11?（指导书6180页）得Z??0.7542KT1(u?1)2?1.805?108183?(5.08?1)?2.45?188.9?0.754?0.98 bd12u54.25?50.9872?5.08?H?ZHZEZ?Z??611MPa?[?H]?632.8MPa

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3 校核齿根弯曲疲劳强度

按Zv1?26.51,Zv2?134.7由图11?（书8173页）查得YFa1?2.9,YFa2?2.23由图11?11（指导书184页）查得Ysa1?1.58,Ysa2?1.82由表11?（书1166页）查的Yfe1?450MPa, Yfe2?300MPa, Sf?1.25由图11?16(b（指导书)187页）查得 ?Flim1?290MPa, ?Flim2?220MPa由图11?18（指导书188页）查得YX1?YX2?1.0,取YST?2.0,SFmin?1.4由图11?17（指导书188页）查得YN1?YN2?1.0

??F1?==450=360MPa

1.25??F2?==300=240MPa

1.25?F1=

2KT12?1.8?270000?2.9?1.58 YFa1Ysa1=

104?6.5?6.5?21bm?mZ1=48.27MPa

?F2=?F1YFa2Ysa22.23?1.82=48.27?=42.76MPa〈??F2?=240Mpa，安全

2.9?1.58YFa1Ysa15.齿轮主要参数及几何尺寸计算

z1=21 z2=114 mn=6.5mm u=5.428 d1=136.5mm d2=741mm a =438.75mm ha ha* hf c*

ha?ha*?m?1?65.?6.5mmhf?(ha*?c*)m?1.25?6.5?8.125mmda1?d1?2ha?149.5mmda2?d2?2ha?754mmdf1?d1?2hf?120.25mmdf2?d2?2hf?724.75mm齿宽b2?b?54.25,b1?b2?(5~10）?59.24~64.24mm,取60mm

六 轴的设计计算

1．减速器高速轴的设计计算

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（1）选择轴的材料

轴的材料为45号钢，调质处理 （2）按扭矩初步估算轴端直径

按公式 d1?A03P1 n1其中A0=110—160，取A0=110

d1?A03P1n1=110?311.01?110?0.3?33mm 388考虑轴端有一个键槽

d1=35mm 该段轴长l

l=70mm （3）初选滚动轴承

该轴设计为直齿齿轮轴，考虑到强度要求，选用深沟球轴承。根据轴端尺寸，带轮的定位方式和轴承的大概安装位置，初选单列圆锥滚子轴承6210.

（4）设计轴的结构

d1d2d3d4d

图6-1

a.轴的径向（轴径）尺寸的确定

根据定位方式和轴承的大概安装位置等初选d1=35mm,d2=42mm,d3=d4=50mm,齿轮轴的分

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度圆直径d=137mm 。

b.轴的轴向尺寸的确定

各轴段如图6-1所示 ，根据各轴段上安装的零件宽度等结构确定各段长分别为： d1段70mm,d2段65mm,d3、d4段均50mm,轴环均8mm

c．确定轴承的润滑方式与密封方式 齿轮轴的最大圆周速度：

V??d1n160?1000?3.14?137?388?2.782m/s

60?1000由于V>2m/s所以滚动轴承采用油润滑 高速轴密封处的圆周速度V

V??dn60?1000?3.14?42?388?0.844m/s

60?1000由于V<2m/s，所以采用毡圈密封。 低速轴密封处的圆周速度V

V??dn60?1000?3.14?65?71.64?0.244m/s

60?1000由于V<2m/s所以也可以采用毡圈密封。

七 减速器高速轴的校核

1.对轴进行分析，作当量弯矩图。 （1）．计算作用于齿轮轴上的作用力 转矩T?9.55?106圆周力Ft=

P1?270994N?mm n12T2?270994??3596N d137径向力Fr==Ft?3596N

轴向力Fa=Fttan??3596?tan0??0． （2）.求支座反力. a.铅直面内的支座反力

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?RAY(L1?L2)?FtL2?0据?MB?0 ，得

RAY? FtL23596?65??1731NL1?L270?65

据?Y?0 ，得 RBY?Ft?RAY?3596?1731?1865N

b.水平面内的支座反力 据?MB?0，得

?RAZ(L1?L2)?FaFrL2?Fad?FrL2?02RAZ? d1373596?65?0?2?2?1731NL1?L270?65据?Z?0,得RBZ?Fr?RAZ?3596-1731=1865N

（3）.作弯矩图 a.铅直面内弯矩MY图

在C点 MCY?RAYL1?1731?70?121170N?mm b.水平面内弯矩MZ图

在C点左边 MCZ?RAZL1?1773?70?121170N?mm

?在C点右边 MCZ?RBZL2?1865?65?121225N?mm

c.作合成弯矩图 在C点左边

22MC?MCY?MCZ?(121170)2?(121170)2?171334N?mm

在C点右边

2??MCY?2?(121170)2?(121225)2?172061N?mm MC?MCZ（4）.作转矩图

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T=270994N?mm

（5）.作当量弯矩图

该轴单向工作转矩按脉动循环考虑 取?=0.6 当量弯矩 MV=M2?(?T)2 在C点左边

2MVC?MC?(?T)2?(171334)2?(0.6?270994)2?231537N?mm在C

点右边

??MC?2?(?T)2?(172061)2?(0.6?0)2?172061N?mm MVC 在D点

MVD??T?0.6?270994?162596N?mm （6）.按当量弯矩计算轴的直径

由MV图看出C点的当量弯矩MV最大。D点轴的断面尺寸较小。所以该轴的危险断面是C点和D点。由45钢（调制处理）查表13-1（指导书218页）得?b=650MPa；在查表13-2查表得??b??1=60MPa。 按式（13-4）计算C点轴的直径 dC?3MVC?33.78mm

0.1[?b]?1考虑键槽影响，有一个键槽，轴径加大5%

dC?33.78?(1?0.05)?35.47mm

该值小于原设计该点处轴的直径，安全。 D点轴的直径 dD?3MVD?30.04mm

0.1[?b]?1 考虑键槽影响，有一个键槽，轴径加大5%

dD?30.04?(1?0.05)?31.54mm

该值小于原设计该点处轴的直径，安全。

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八 减速器高速轴滚动轴承的选择及其寿命计算

已知:6210轴承(50×90×20)。基本额定动载荷C=27KN，基本额 定静载荷C0=19.8KN,e=0.21,Y=2.3.

由前面计算得知:

该对轴承的水平支反力分别为：RAZ?1731,RBZ?1865 垂直支反力分别为：RAY?1731N，RBY?1865N 合成支反力：

22?RAZ?17132?17132?2422N RA=RAY22?RBZ?18652?18652?2637N RB=RBY

SA?RA2422??527N 2Y2?2.3RB2637??573N 2Y2?2.3SB?SB?FA?573?0?573N?SA?527N AA?573N,AB?527N

AA573??0.24?e?0.21 RA2422所以取XA=0.9, YA=0.9

轴承承受轻度载荷冲击，支反力A处有弯矩。所以取fd=1.2, fm=1.5

.3N PA=fdfm(XARA?YAAA)=1.2?1.5?(0.9?2422?0.9?527)?4777 17

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AB527??0.20?e?0.21 RB2637所以取 Xb=1,Yb=0

PB=fdfmRB?1.2?1.5?2637?4746.6N

106?ftc?1061?270003PA>PB 计算轴承A的寿命PA=（）?158930h ???60n?P?60?3884777.3预期寿命满足要求

?10

九.高速轴键联接的选择和验算

大带轮装在高速轴轴端，需用键进行周向定位和传递转矩。由前面设 计计算得知：V带带轮材料为钢 ，轴的材料为45钢，V带与轴的配 合直径为35mm，V带轮毂长为70mm，传递转矩T=114.11Nm 1.选择键的材料、类型和尺寸。 a.键的材料选用45钢，

b.选择最常用的A型普通平键，因为它具有结构简单，对中性好， 装拆方便等优点。

c.键的截面尺寸由键所在轴段的直径 d=35mm由标准中选定， 键的长度由轮毂长确定，查表得b×h=8*7,L=65mm. 2.键联接的强度计算

普通平键的主要失效形式是键，轴和轮毂三个零件中较弱零件的压溃。 由于带轮材料是钢，许用挤压应力由表9-7（指导书135页）查得?p=100MPa。键的计算长度l=L-b=65-8=57mm

??4T4?114.11?103??32.68MPa?[?p]=100Mpa安全 ?p=dhl35?7?57

十 联轴器的选择

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在减速器低速轴与工作机之间需采用联轴器联接。由于工作机和减速器之间 可能产生一定的径向位移和角位移。故选用弹性柱销联轴器。

由式

Tc=KAT=1.5×1310.71=1966.07N·m n=71.64r/min

由表2-14-1(课设指导书114页) LH4联轴器40×84 GB/T5014—2003 其公称转矩 Tn=1250 N·m<1966.07 N·m，许用转矩[n]=2800r/min>71.64r/min

十一 减速器箱体的结构设计

参照参考文献〈〈机械设计课程设计》（修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992年第19页表1.5-1可计算得，箱体的结构尺寸如表8.1：

表8.1箱体的结构尺寸

减速器箱体采用HT200铸造，必须进行去应力处理。 设计内容 箱座壁厚度δ 箱盖壁厚度δ1 机座凸缘厚度b 机盖凸缘厚度b1 箱底座凸缘厚度P 地脚螺钉直径和数目 通气孔直径 地脚沉头座直径D0 底座凸缘尺寸 轴承旁连接螺栓直径d1 定位销直径 计 算 公 式 计算结果 取δ=8mm 取δ1=8mm b=12mm b1=12mm P=20mm Df=16mm n=4 Df’=20mm D0==45mm C1min=25mm C2min=23mm d1=12mm d =7mm ??（0.25~3）160a?1?8=（5~6）mm ?1?（0.8~0.85）??8=（6.4~608） b=1.5δ=1.5×8=12mm b1=1.5δ1=1.5×8=12mm P=2.5δ=2.5×8=20mm Df=16mm n=4 Df’=20mm D0==45mm C1min=25mm C2min=23mm d1= 12mm d =(0.7~0.8)9=6.3~7.2 19

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箱座盖连接螺栓直径 大齿轮顶园与箱内壁距离 上下箱连接螺栓通孔直径d`2 轴承盖螺钉直径和数目n,d3 检查孔盖螺钉直径d4 d 2 =(0.5~0.6)16=8~9.6mm d 2 =8mm ?1=1.2×8?9.6mm ?2?8 （?10~15）mm n=4, d=8mm 3?1=10mm ?2=10mm n=4 d3=8mm d4=6mm 取D1=100mmd4=（0.3~0.4）16=4.8~6.4mm 轴承端盖外径D1 D1=(5~5.5) × 7+62=97~100.5 （凸缘） 箱体外壁至轴承座端面距离K 机盖、机座肋厚m1,m

K= C1+ C2+(5~8)=32mm m1=0.85δ1=6.8mm, m=0.85δ=6.8mm K=32mm m1=7mm, m=7mm

十二 润滑与密封

1减速器齿轮传动润滑方式和润滑油的选择 a.减速器齿轮传动润滑方式:油润滑；

b.润滑油的选择：工业闭式齿轮油（GB/T5903—1995）代号为100。 2减速器轴承润滑方式和润滑剂的选择 a.油润滑；

b.润滑剂：150号机械油

3.减速器密封装置的选择、通气器类型的选择

密封装置的选择：高速轴：毡圈 45 FZ/T92010——1991 低速轴：毡圈 53 FZ/T92010——1991

十五 参考文献：

1、《机械设计基础》

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机械设计课程设计任务书

一 课程设计的题目

设计一带式运输机用单级斜齿圆柱齿轮减速器。

设计内容：根据给定的工况参数，选择适当的电动机、选取联轴器、设计V带传动、设计单级斜齿圆柱齿轮传动（所有的轴、齿轮、轴承、减速箱体、箱盖以及其他附件）和与输送带连接的联轴器。 二 传动简图

三 原始数据

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

滚筒及运输带效率?=0.94。工作时，载荷有轻微冲击。室内工作，水分和颗粒为正常状态，产品生产批量为成批生产，允许总速比误差

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机械设计课程设计任务书

一 课程设计的题目

设计一带式运输机用单级斜齿圆柱齿轮减速器。

设计内容：根据给定的工况参数，选择适当的电动机、选取联轴器、设计V带传动、设计单级斜齿圆柱齿轮传动（所有的轴、齿轮、轴承、减速箱体、箱盖以及其他附件）和与输送带连接的联轴器。 二 传动简图

三 原始数据

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

滚筒及运输带效率?=0.94。工作时，载荷有轻微冲击。室内工作，水分和颗粒为正常状态，产品生产批量为成批生产，允许总速比误差

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