带式输送机机械设计课程设计说明书

机械课程设计说明书

设计题目：

姓名：吴灿阳 学号：2009999

专业：机械设计及自动化 院系：机电工程学院 指导老师：谢红

目录

一、设计题目 ................................................................................................................................... 2

1、设计带式输送机传动装置 ................................................................................................. 2 2、设计数据 ............................................................................................................................. 2 3、工作条件 ............................................................................................................................. 2 4、机器结构如图 ..................................................................................................................... 2 5、原始数据 ............................................................................................................................. 2 二、总体设计 ................................................................................................................................... 3

（一）、电动机的选择 ........................................................................................................... 3 （二）、传动比分配 ............................................................................................................... 3 （三）、传动装置的运动和动力参数 ................................................................................... 4 三、传动零件的计算 ....................................................................................................................... 5

（一）V带的设计与计算 ....................................................................................................... 5 （二）、高速级齿轮传动设计 ............................................................................................... 6 （三）、低速级齿轮传动的设计 ......................................................................................... 12 四、轴的设计 ................................................................................................................................. 17

（一）、轴的材料选择和最小直径估计 ............................................................................. 17 （二）、减速器的装配草图设计 ......................................................................................... 18 （三）、轴的结构设计 ......................................................................................................... 19 五、轴的校核 ................................................................................................................................. 21

（一）、高速轴的校核 ......................................................................................................... 21 （二）、中间轴的校核 ......................................................................................................... 25 （三）、低速轴的校核 ......................................................................................................... 29 六、键的选择和校核 ..................................................................................................................... 32

（一）、高速轴上键的选择和校核 ..................................................................................... 32 （二）、中间轴上的键选择和校核 ..................................................................................... 33 （三）、低速轴的键选择和校核 ......................................................................................... 33 七、滚动轴承的选择和校核 ......................................................................................................... 34

（一）、高速轴轴承的选择和校核 ..................................................................................... 34 （二）、中间轴轴承的选择和校核 ..................................................................................... 34 （一）、低速轴轴承的选择和校核 ..................................................................................... 35 八、联轴器的选择 ......................................................................................................................... 36 九、箱体的设计 ............................................................................................................................. 36 十、润滑、密封的设计 ................................................................................................................. 37 十一、参考文献 ............................................................................................................................. 37 十二、总结。 ................................................................................................................................. 37

第 1 页 共 37 页

一、设计题目

1、设计带式输送机传动装置（展开式二级直齿、斜齿圆柱齿轮

减速器；单号设计直齿，双号设计斜齿）

2、设计数据：如下表

f-1

3、工作条件

输送带速度允许误差为上5％；输送机效率ηw＝0．96；工作情况：两班制，连续单向运转，载荷平稳；工作年限：10年；工作环境：室内，清洁；动力来源：电力，三相交流，电压380V；检修间隔期：四年一次大修，二年一次中修，半年一次小修；制造条件及生产批量：一般机械厂制造，中批量生产。 设计任务量：减速器装配图1张(A0或A1)；零件工作图1～3张；设计说明书1份。

4、机器结构如图

5、原始数据

根据以上要求，本人的原始数据如下：

1) 输送带拉力：F=7000N 2）输送带速度：v=0.8m/s 3）传动滚筒直径：D=400 4）机械效率：

=0.96

第 2 页 共 37 页

5)工作年限：10年（每年按300天计算）；2班制。

二、总体设计

（一）、电动机的选择

（1）、根据动力源和工作条件，选用Y型三相异步电动机。 （2）、工作所需的功率：Pw

Fv7000 0.8

KW 5.833

1000 w1000 0.96

（3）、通过查（机械设计课程设计）表2-2确定各级传动的机械效率：V带 1=0.95；齿轮 2=0.97；轴承 3=0.99；联轴器 4=0.99。总效率

1 2 3 4 0.95 0.972 0.996 0.99 0.833

电动机所需的功率为：Pd

Pw

5.833

KW 7.002KW 0.833

由表（机械设计课程设计）16-1选取电动机的额度功功率为7.5KW。 （4）、电动机的转速选1000r/min 和1500r/min两种作比较。

60 1000v60 1000 0.8

r/min 38.216r/min 工作机的转速 nw

D3.14 400

D为传动滚筒直径。

总传动比 i

nm

其中nm为电动机的满载转速。 nw

现将两种电动机的有关数据进行比较如下表f-2

表f-2 两种电动机的数据比较 额定功率同步转速/满载转速方案 电动机型号 /kW /r min 1 1

（r min）

传动比

Ⅰ Y160M-6 7.5 1000 970 25.382 Ⅱ Y132-2 7.5 1500 1400 37.680 由上表可知方案Ⅰ的总传动比过小，为了能合理分配传动比，使传动装置结构紧凑，决定选用方案Ⅱ。

（5）、电动机型号的确定 根据电动机功率同转速，选定电动机型号为Y132-2。查表（机械设计课程设计）16-2得电动机中心高H=132㎜ 外伸轴直径D=38 外伸轴长度E=80。如图：

（二）、传动比分配

根据上面选择的电动机型号可知道现在的总传动比i总=37.68 选择V带的传

第 3 页 共 37 页

动比i1 2.5；减速器的传动比i

i总37.68 15.072。高速级齿轮转动

比i12.5

i24.426

3.405。 1.31.3

i 4.426， 低速级齿轮传动比i3

（三）、传动装置的运动和动力参数

1、各轴的转速计算

nm 1400r/minn1 n2 n3

nm1400

576r/mini12.5n1576 130.14r/min i24.426

n1130.14 38.22r/mini33.405

n4 n3 nw 38.22r/min

2、各轴输出功率计算 Pd 7.002kW

P1 Pd 1 7.002 0.95kW 6.652kW

P2 P 2 3 6.653 0.97 0.99kW 6.388kW 1P3 P2 2 3 6.388 0.97 0.99kW 6.134kWP4 P3 3 4 6.134 0.99 0.99kW 6.012kW

3、各轴输入转矩计算

P7.002

Td 9550d 9550 N m 46.44N m

nm1400

T1 9550T2 9550Td 9550T4 9550

P6.6521

9550 N m 109.84N mn1576P26.388 9550 N m 468.77N mn2130.14P36.134 9550 N m 1532.69N mn338.22P46.012 9550 N m 1502.21N mn438.22

各轴的运动和动力参数如下表f-3：

表f-3

第 4 页 共 37 页

三、传动零件的计算 （一）V带的设计与计算

1、确定计算功率Pca 查表（没有说明查那本书表格的，所有要查表均代表教材的

表）8-7 取工作情况系数KA=1.1 则：Pca KAPd 1.1 7.702kW

2、选择V带的带型 由Pca=7.702 nd=1400r/min选用A型V带。 3、确定带轮的基准直径dd并验算带速v

1）初选小带轮的基准直径dd1 由表8-6和表8-8取小带轮的基准直径

dd1=125

2）验算带速v，按式验算速度v

dd1nm

60 1000

因为5m/s v 30m/s，故带速适合。

3.14 1440 125

m/s 9.42m/s

60 1000

3）计算大带轮的直径 dd2=i1dd1 2.5 125 312.5㎜ 取dd2=315㎜ 4、确定V带的中心距a和基准长度Ld

1）由公式0.7(dd1 dd2) a 2(dd1 dd2) 初定中心距2）计算带所需的基准长度

a0=450㎜

2

315 125 1614mm(dd2 dd1)2

Ld0 2a0 (dd1 dd2) 2 450 315 125

24a024 450

由表8-2选带的基准长度Ld-1600mm

3）计算实际中心距a

L Ld01600 1614

a a0 d 450 443mm

22

第 5 页 共 37 页

5、计算小带轮的包角

57.30o57.30oo

1 180 (dd2 dd1) 180 (315 125) 155o 90o

a443

o

6、计算带根数Z

1）由dd1=125mm和nm 1400r/min，查表8-4a得P0 1.92 根据nm 1400r/min，i1 2.5和A型带，查表8-4b得 P0 0.17 查表8-5得K 0.93，查表8-2得KL 0.99d1 79.327,m 2.5

Pr P0 P0 K KL (1.92 0.17) 0.93 0.99 1.924 2）计算V带的根数Z Z

Pca7.702

4.00 Pr1.924

7、计算单根V带的初拉力的最小值

由表8-3得，A型带的单位长度质量q=0.1㎏/m

F0 min 500

2.5 K Pca qv2 500 2.5 0.93 7.702 0.1 9.422 181.41N

K Zv

0.93 4 9.42

8、计算压轴力Fp

压轴力的最小值：

F

pmin

155o

2Z F0 minsin 2 4 181.41 sin 1440N

22

1

9、带轮设计

由表8-10查得 e 15 0.3 f=9 可算出带轮轮缘宽度：

B z 1 e 2f 4 1 15 2 9 63 V带传动的主要参数如下表f-4

（二）、高速级齿轮传动设计

1、选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数。

1）按设计任务要求，学号为单的选直齿圆柱齿轮。

2）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度足够。

第 6 页 共 37 页

3）材料选择 由表10-1选择小齿轮的材料为40cr，调质处理，硬度为280HBS，大齿轮为45钢，调质处理，硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。

4）选小齿轮齿数为Z1=24，则大齿轮齿数Z2=i2×Z1=24×4.426=106.224，取Z2=107.齿数比u

z2107 4.5 z124

2、按齿面接触强度设计

设计公式

d1 （1）、确定公式内的各计数值 1）试选载荷系数Kt=1.3

2）小齿轮传递的转矩Tⅰ=T1=109.84N·m=109840N·mm 3）查表10-7选取齿宽系数 d 1

4)查表10-6得材料的弹性影响系数ZE 189.8MPa

5）由教材图10-21按齿面硬度得小齿轮的接触疲劳强度极限

12

Hmin1 600MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限 Hmin2 550MPa

6）计算应力循环齿数

N1 60n1jlh 60 576 1 2 8 300 10 1.6589 109次N11.6589 109

N2 3.748 108次

i24.425

7）由图10-19选取接触疲劳寿命系数KHN1 0.90,KHN2 0.95 8）计算接触疲劳许用应力

取失效率为1%，安全系数S=1，

H 1 H 2

KHN1 Hmin1

0.9 600 540MPaS

KHN2 Hmin2 0.95 550 522.5MPa

S

（2）、计算

1）试计算小齿轮分度圆直径d1t，取 522.5MPa（取最小值）。

d1t 65.45mm

d1tn13.14 65.45 576

1.97m/s 2）计算圆周速度v0

60 100060 1000

3）计算齿宽 b dd1t 1 65.45 65.45

第 7 页 共 37 页

4）计算齿宽与齿高比 模数 mt

d1t65.45 2.71 z124

齿高 h 2.25mt 2.25 2.71 6.10

b65.45

10.72 h6.10

5）计算载荷系数

根据v=1.97m/s ，8级精度，由教材图10-8查得动载系数Kv=1.06

因为是直齿齿轮，所以KH KF 1，由表10-2查得使用系数KA=1；由表10-4用插入法查得8级精度小齿轮支承非对称时KH 1.458；由

b

10.72，h

KH 1.458查图10-13得KF 1.421，故动载系数

K KAKvKH KH 1 1.06 1 1.458 1.545 6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径

d1 d1 65.45 69.327 d169.327

2.889 z124

7）计算模数m

3、按齿根弯曲强度设计

设计公式

m (1)、确定公式内的计算值

1）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1 500MPa 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE2 380MPa

2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1 0.86,KFN2 0.90. 3）计算弯曲疲劳许用应力

取弯曲疲劳强度安全系数S=1.4 则：

K 0.86 500

307.14MPa F 1 FN1FE1

S1.4K 0.86 500

224.29MPa F 2 FN2FE2

S1.4

4)计算载荷系数K

K KAKvKF KF 1 1.06 1 1.421 1.506

第 8 页 共 37 页

5)查取齿型系数

由表10-5查得YFa1 2.65,YFa2 2.18 6）查去应力校正系数YSa1 1.58,YSa2 1.79 7）计算大、小齿轮的

YFaYSa

F并作比较

YFa1YSa1

F1

2.65 2.58

0.013632

307.14

2.18 1.79

0.015974

244.29

YFa2YSa2

F2

（2）、设计计算

按齿根弯曲疲劳强度计算出的模数为(取

YFaYSa

F最小):

m

比较计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数2.05并就接近圆整为标准值m=2.5，按接触强度算得的分度圆直径d1 69.327mm算出小齿轮齿数：

z1

d169.327 27.7 取z1 28 m2.5

大齿轮齿数 z2 i2z1 4.426 28 123.9 取z2 124 4、几何尺寸的计算 （1）计算分度圆直径

d1 z1m 28 2.5 70mmd2 z2m 124 2.5 310mm

（2）计算中心距 a

d1 d271 310

190mm 22

（3）计算齿轮宽度 b dd1 1 70 70mm 则：取小齿轮B1 75 大齿轮B2 70

5、修正计算结果

第 9 页 共 37 页

1）z1 28 z2 124 查表8-5修正：2）v

YFa1 2.55,YFa2 2.16YSa1 1.61,YSa2 1.81

3.14 70 576

2.11m/s

60 100060 1000

b70

12.44 3）齿高h-=2.25m=2.25×2.5=5.625 ；

h5.625

d1n1

查表10-4 修正 KH 1.460

b

12.44，KH 1.460查图10-13修正KF 1.421 h

4）齿面接触疲劳强度计算载荷系数

由

K KAKvKH KH 1 1.06 1 1.461 1.577 齿根弯曲疲劳强度计算载荷系数

K KAKvKF KF 1 1.06 1 1.421 1.506

5）

d1 36.45mm

6）

YFa1YSa1

F1

2.55 1.61

0.01337

307.14

2.16 1.81

0.01600 然而是大齿轮的大

244.29

YFa2YSa2

F2

7）

m mm 实际d1 79.327,m 2.5 均大与计算的要求值，故齿轮强度足够。 高速级齿轮的参数如下表f-5

第 10 页 共 37 页

6、齿轮结构设计

高速大齿轮结构参数如下表f-6：

表f-6

名称 结构尺寸经验计算公式 毂孔直径d

d d22

轮毂直径D3 轮毂宽度L 腹板最大直径D0 板孔分布圆直径D1 板孔直径D2 腹板厚度C

根据参数设计的结构图f-1：

结果/mm 55 88 取76 取270 179 取40 20

D3 1.6d

L=(1.2~1.5)d=66~82.5

D0 da (10~14)m D1 (D0 D3)/2 D2 (0.25~0.35)(D0 D3)

C=(0.2~0.3)B

第 11 页 共 37 页

图f-1

（三）、低速级齿轮传动的设计

1、选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数。

1）仍然是选直齿圆柱齿轮。

2）输送机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度足够。

3）材料选择 由表10-1选择小齿轮的材料为45钢，调质处理，硬度为235HBS，大齿轮为45钢，正火处理，硬度为190HBS，二者材料硬度差为45HBS。

4）选小齿轮齿数为Z3=22，则大齿轮齿数Z4=i3×Z3=22×3.82=84.04，取Z4=84.齿数比u

z482 3.4 z324

2、按齿面接触强度设计

设计公式

d3 （1）、确定公式内的各计数值 1）试选载荷系数Kt=1.3

2）小齿轮传递的转矩Tⅰ=T2=468N·m=46877N·mm 3）查表10-7选取齿宽系数 d 1

4)查表10-6得材料的弹性影响系数ZE 189.8MPa

5）由教材图10-21按齿面硬度得小齿轮的接触疲劳强度极限

12

Hmin3 550MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限 Hmin4 390MPa

6）计算应力循环齿数

第 12 页 共 37 页

N3 60n2jlh 60 130.14 1 2 8 300 10 3.748 108次N13.748 108

N4 1.100 108次

i23.405

7）由图10-19选取接触疲劳寿命系数KHN3 0.90,KHN4 0.95 8）计算接触疲劳许用应力

取失效率为1%，安全系数S=1，

H 3 H 4

KHN3 Hmin3

0.95 550 522.5MPaS

KHN4 Hmin4 0.95 390 370.5MPa

S

（2）、计算

1）试计算小齿轮分度圆直径d3t，取

446.5MPa。

d3t 121.23mm

d3tn23.14 121.23 130.14

0.826m/s 2）计算圆周速度v0

60 100060 1000

3）计算齿宽 b dd3t 1 121.23 121.23 4）计算齿宽与齿高比 模数 mt

d3t121.23 5.05 z324

齿高 h 2.25mt 2.25 5.05 11.36

b121.23

10.67 h10.675）计算载荷系数

根据v=0.826m/s ，8级精度，由教材图10-8查得动载系数Kv=1.05

因为是直齿齿轮，所以KH KF 1，由表10-2查得使用系数KA=1；由表10-4用插入法查得7级精度小齿轮支承非对称时KH 1.436；由

b

10.72，h

KH 1.436查图10-13得KF 1.431，故动载系数

K KAKvKH KH 1 1.06 1 1.436 1.508 6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径

第 13 页 共 37 页

d3 d3t 121.23 127.38 7）计算模数m

d3127.38

5.037 z324

3、按齿根弯曲强度设计

设计公式

m (1)、确定公式内的计算值

1）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE3 380MPa 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE4 325MPa

2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN3 0.90,KFN4 0.90. 3）计算弯曲疲劳许用应力

取弯曲疲劳强度安全系数S=1.4 则：

K 0.90 380

244.28MPa F 3 FN3FE3

S1.4K 0.90 325

208.93MPa F 4 FN4FE4

S1.4

4)计算载荷系数K

K KAKvKF KF 1 1.06 1 1.421 1.506 5)查取齿型系数

由表10-5查得YFa3 2.65,YFa4 2.16 6）查去应力校正系数YSa1 1.58,YSa2 1.81 7）计算大、小齿轮的

YFaYSa

F并作比较

YFa3YSa3

F3

244.28 0.01714 2.16 1.81

0.018712

208.93

YFa3YSa3

F3

（2）、设计计算

按齿根弯曲疲劳强度计算出的模数为(取

YFaYSa

F最大):

第 14 页 共 37 页

m

比较计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数3.58并就接近圆整为标准值m=4，按接触强度算得的分度圆直径d3 127.38mm算出小齿轮齿数：

z3

d3127.38 31.8 取z3 37 m4

大齿轮齿数 z4 i3z3 3.405 32 108.9 取z4 109 4、几何尺寸的计算 （1）计算分度圆直径

d3 z3m 37 4 128mmd4 z4m 126 4 436mm

（2）计算中心距 a

d3 d4128 436

282mm 22

（3）计算齿轮宽度 b dd3 1 128 128mm 则：取小齿轮B1 135 大齿轮B2 130

5、修正计算结果 1）z3 32 z4 109 查表8-5修正：2）v

YFa3 2.492,YFa4 2.187YSa3 1.64,YSa4 1.798

3.14 127.38 130.14

0.868m/s

60 100060 1000

b130

14.44 3）齿高h-=2.25m=2.25×4=9 ；

h9

d3n2

查表10-4 修正 KH 1.439

b

14.44，KH 1.439查图10-13修正KF 1.432 h

4）齿面接触疲劳强度计算载荷系数

由

K KAKvKH KH 1 1.06 1 1.439 1.525 齿根弯曲疲劳强度计算载荷系数

K KAKvKF KF 1 1.06 1 1.432 1.518

第 15 页 共 37 页

5）

d3 66.83mm

6）

YFa3YSa3

F3

2.492 1.64

0.00017

244.28

2.187 1.798

0.01882 然而是大齿轮的大

208.93

YFa4YSa4

F4

7）

m

mm 实际d3 127.38,m 4 均大与计算的要求值，故齿轮强度足够。

低速级齿轮的参数表如下表f-7

第 16 页 共 37 页

四、轴的设计

（一）、轴的材料选择和最小直径估计

根据工作条件，初定轴的材料为45钢，调质处理。轴的最小直径计算公

式dmin A的值由表15-3确定为：高速轴Ao1 126， 中间轴Ao2 120 ，低速轴Ao3 112。

1、高速轴

d'min1 Ao 126 28.48mm 因为高速轴最小直'

径处装大带轮，设一个键槽，因此dmin1 dmin1 1 7% 30.47mm 取

dmin1 31mm 2、中间轴

dmin2 Ao择，取dmin2 45mm 3、低速轴

dmin1 Ao 112 60.86mm 安装联轴器设一个 120 43.9mm 根据后面轴承的选键槽，dmin1 d'min 11 7% 65.12mm 再根据后面密封圈的尺寸，取

dmin3 65mm

第 17 页 共 37 页

（二）、减速器的装配草图设计

图f-2

减速器草图设计如上图

f-2

第 18 页 共 37 页

（三）、轴的结构设计

1、高速轴

1）高速轴的直径的确定

d11：最小直径处 安装大带轮的外伸轴段，因此d11 dmin1 31mm（26） d12：密封处轴段 根据大带轮的轴向定位要求，定位高度h (0.07 0.1)d11 以及密封圈的标注，取d12 35mm（30）

d13：滚动轴承轴段 d13 40mm（35） 滚动轴承选取6307 ：d×D×B=35mm×72mm×17mm

d14:过渡段 由于各级齿轮传动的线速度为2m/s左右，滚动轴承采用脂润滑，考虑挡油盘的轴向定位，取d14 50mm(45)

齿轮轴段：由于齿轮直径较小，所以采用齿轮轴结构。

d15：滚动轴承段，d15 d13 40mm(35) 2）高速轴各段长度的确定

l11：由于大带轮的毂孔宽度B=63mm，确定l11 60mm l12：由箱体结构，轴承端盖、装配关系等确定l12 50mm l13：由滚动轴承、挡油盘及装配关系等确定 l13 40mm(35) l14：由装配关系、箱体结构确定l14 147mm(100) l15：由高速齿轮宽度B=55 确定l15 75mm(55)

l16：滚动轴承轴段，由装配关系，和箱体结构确定l16 38(33)

2、中间轴

1）中间轴各轴段的直径确定

d21：最小直径处 滚动轴承轴段，因此d21 dmin2 45mm(40).滚动轴承选取6308 d×D×B=40mm×90mm×23mm。

d22：低速齿轮轴段 取d22 55mm(42)

d23： 轴环，根据齿轮的轴向定位要求 取d23 65mm(50) d24:高速带齿轮轴段 d24 d22 55mm(42)

第 19 页 共 37 页

2525212）中间轴各轴段长度的确定

l21：由滚动轴承，挡油盘及装配关系 取l21 50mm(35) l12：由低速小齿轮轮宽B=95 取l22 133mm(93) l23：轴环，l23 10mm(20)

l14：由高速齿轮大齿轮轮宽B=52取l24 68mm(50) l25：l25 l21 50mm (35)

3）细部机构设计

查（机械设计课程设计）表10-1得高速级大齿轮处键b×h×L=12×8×45（t=6.0，r=0.3）；低速级小齿轮键b×h×L=12×8×88（t=6.0，r=0.3）；齿轮轮毂与轴的配合公差选 55H7/m6；(42)滚动轴承与轴的配合采用过度配合，此轴段的直径公差选为 45n6，(40)各倒角为C2.中间轴的设计如下图f-3：

图f-3

4、低速轴

1) 低速轴各轴段的直径确定

d31： 滚动轴承轴段，因此d31 85mm.(70)滚动轴承选取6214 d×D×B=70mm×125mm×24mm。

d32：低速大齿轮轴段 取d32 95mm(80)

d33：轴环，根据齿轮的轴向定位要求 取d33 110mm(95)

第 20 页 共 37 页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/whi4.html