武汉体育学院——机械设计课程设计

机械设计课程设计

计算说明书

设计题目：用于带式运输机的传动装置院 系：体育工程与信息技术学院专业年级：组 别：成 员：指导老师：设计时间：

2013年6月 武汉体育学院

目录

题目要求........................................................................................................................................... 1 1 传动方案的分析 ........................................................................................................................... 2

1.1 传动装置的简图 ................................................................................................................ 2 1.2 分析传动方案 .................................................................................................................... 2 2 电动机的选择 ............................................................................................................................... 2

2.1 计算工作机的转速nK和功率Ps ................................................................................... 2 2.2 求传动装置总效率和电动机功率Pr ......................................................................... 2 2.3 选择电动机 ...................................................................................................................... 3

2.4 计算总传动比和各级传动比 .......................................................................................... 3 2.5 计算I 、II、 III轴转速 ................................................................................................ 3 2.6 计算各轴功率和转矩 ...................................................................................................... 4 3 传动装置的运动及动力参数的选择和计算 ............................................................................... 4

3.1 确定计算功率Pc ............................................................................................................. 4 3.2 选择v带的型号 .............................................................................................................. 5 3.3 确定带轮基准直径 .......................................................................................................... 5

3.3.1 小带轮直径的确定 ............................................................................................... 5

3.3.3 计算从动带轮基准直径dd2 ............................................................................... 5 3.3.4 确定中心距a0和带的基准长度Ld .................................................................... 5 3.3.5 校核小带轮包角1 ............................................................................................. 6

2.6 确定宅v带的根数 .......................................................................................................... 6 2.7 计算带的除拉力和压轴力 .............................................................................................. 7 2.8 带轮的尺寸 ...................................................................................................................... 7 4 传动零件的设计——齿轮的选择 ............................................................................................... 7

4.1 选择材料、热处理、齿轮精度等级和齿数 .................................................................. 8 4.2 按齿面接触疲劳强度设计 .............................................................................................. 8 4.3 求出齿轮传动的主要尺寸 .............................................................................................. 9 4.4 校核齿面接触疲劳强度 .................................................................................................. 9 4.5 校核齿根弯曲疲劳强度 ................................................................................................ 10 5 轴的设计计算 ............................................................................................................................. 11

5.1 按弯曲许用应力计算 .................................................................................................... 11

5.1.1 画出轴的空间受力简图 ..................................................................................... 12 5.1.2 画出水平受力图 ................................................................................................. 12 5.1.3 画出垂直面受力图 ............................................................................................. 12 5.1.4 求合成弯矩 ......................................................................................................... 13 5.1.5 计算C、D处当量弯矩 ..................................................................................... 13 5.1.6 校核轴的强度 ..................................................................................................... 13

I

5.2 安全系数较和运算 ........................................................................................................ 14

5.2.2 初步分析C、D两截面有较大的应力和应力集中 ......................................... 14 5.2.3 求C截面的应力 ................................................................................................ 14 5.2.3 求综合影响系数 ................................................................................................. 15 5.2.4求安全系数 ............................................................................................................ 15

6 滚动轴承的选择和计算 ............................................................................................................. 16

6.1 两轴承内部轴向力 ........................................................................................................ 16 6.2 两轴承内部轴向力 ........................................................................................................ 16 6.3 求当量动载荷 ................................................................................................................ 17 7 键连接选择和计算 ..................................................................................................................... 17

7.1 齿轮与轴相连的键槽 .................................................................................................... 17 7.2 带轮与轴相连的键槽 .................................................................................................... 18 8 联轴器的选择 ............................................................................................................................. 18

8.1 联轴器转矩的计算 ........................................................................................................ 19 8.2 选择联轴器的型号 ........................................................................................................ 19 9 减速器的润滑方式和密封类型的选择 ..................................................................................... 19

9.1 密封形式 ........................................................................................................................ 19 10 润滑油牌号的选择和装油量计算 ........................................................................................... 20

10.1 润滑油牌号及用量 ...................................................................................................... 20 11 减速器附件的选择与设计 ....................................................................................................... 20

11.1 减速器附件的选择与设计 .......................................................................................... 20 12 减速器箱体的设计 ................................................................................................................... 21 13 设计小结 ................................................................................................................................... 21

II

题目要求

设计题目：用于带式运输机的传动装置 设计要求：（1）带式运输机数据

数据编号 运输机工作拉力F(N) 运输带工作速度v（m/s） 卷筒直径D/mm 11 1600 1.8 300 （2）工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载启动，两班制工作，运输带速度允许误差为±5%。

（3）作用年限：工作年限为8年，每年工作300天，每天工作8小时。

（4）生产批量及加工条件：小批量生产。

设计与说明 主要结果 页 第 1

1.1 传动装置的简图 图1 带式输送机传动系统简图 1.2 分析传动方案 传动装置中在电动机和减速器之间采用了带传动，一级 齿轮减速装置，大齿轮轴通过联轴器与卷筒轴相连，以此带 动卷筒的工作。 2.1 计算工作机的转速nK和功率Ps 1 传动方案的分析 2 电动机的选择 nK60*1000vDFv100060*100*1.8*300114.65r/min nK114.65r/min卷筒所需功率由式（4-6）得 Ps1600*1.810002.88kW式（4-6）【机械设计P61】 Ps2.88kW 2.2 求传动装置总效率和电动机功率Pr 由机械设计课程设计表12-8查的，在传动装置中，一对齿轮 页 第 2

率j0.98，一个联轴器传动效率l0.99，皮带传动效率 p0.95。 由式（4-3）得式（4-3）【机械设计P61】 3312jlp0.97*0.96*0.98*0.99.0.950.84 0.84 2.88kW所需电动机输出功率PrPs/3.43kW 0.84Pr3.43kW 传动效率10.97，卷筒传动效率20.96，三对轴承传动效 机械设计课程设计表19-1查的，选用型号Y132M1-6，额定功 率p4kW，满载转速n960r/min 2.4 计算总传动比和各级传动比 由式（4-1）计算总传动比，取n960r/min 2.3 选择电动机 in1nK960114.658.37 4i8.37 ， 4ip4取窄V带传动的传动比ip则齿轮传动的传动比i齿取齿轮传动的齿数z1 i/ip8.37/42.0925i齿2.092520，z242；带传动的传动比ip则实际齿轮传动的传动比i1'实际总传动比i'传动比误差 iiii''21102.1， ipi142.18.4 ， i0.36%100%8.48.378.37100%0.36% 传动比误差很小，可以用所选参数。 2.5 计算I 、II、 III轴转速 页 第 3

轴：n1960r/min n1960r/minn2240r/minn3114.3r/min 轴：n2n1/i1240r/min轴：n3n2/i2114.3r/min 2.6 计算各轴功率和转矩 电动机轴功率Pr和转矩Tr pr3.43kwTr9.55*106 pr3.43kwTr3.4110Nmm4prn3.41*10Nmm4 p1pr*np3.25kwI轴输入功率和转矩 T19.55*106p1n21.293*10Nmm5II 轴输入功率和转矩 p2p1*1*T29.55*106j3.0975kw2.588*10Nmm5p2n3 III 轴输入功率和转矩 p3p2*l3.0665kwT39.55*106p3n32.562*10Nmm5 3 传动装置的运动及动力参数的选择和计算 电动机功率4KW 转速n=960r/min，带传动比为4 3.1 确定计算功率P c由表5-8查得使用系数KA=1.2 由表（5-21）pc=k*p=1.2*4kw=4.8kw 页 第 4

3.2 选择v带的型号 由Pc=4.8kw n=960/min 参考图5-11确定选用spz型窄v带 3.3 确定带轮基准直径 3.3.1 小带轮直径的确定 按设计要求，由表5-2，spz型带轮的最小直径为63，在参考 图5-11及表5-7选择小带轮dd1=100mm 3.3.2 验算带速v v=πndd1/6000(π*960*100/6000)m/s5.24m/s v在2~25m/s之间，满足带速要求。 3.3.3 计算从动带轮基准直径dd2 i=4 取0.02 由式（5-16）得 n1dd2i n2dd1(1) dd1(1)idd1(10.02)*4*100392mm 按带轮基准直径系列取dd2400mm 由式（5-16）实际传动 比i,dd2(1)dd1400(10.02)*1004.08 传动比误差相对值 iii,4.08442％ 一般允许误差5％ 所选大带轮直径可用 3.3.4 确定中心距a和带的基准长度L 0d由式（5-22） 页 第 5

0.55(dd1dd2)a2(dd1dd2)dd1dd2(100400)500mm 275a1000 取a0700mm 由式（5-23） 带长 Ld,2a0[2*700π2π2(dd1dd2)3002(dd1dd2)4ao]2*5004*700 2217.143mm由表5-4 选取带的基准长度 Ld2240mm 由式（5-24） 计算实际中心矩a aa0Lddd,2700224022172711.5mm 取a=715 3.3.5 校核小带轮包角 1由式（5-25） 1180。。dd2dd1。*57.3155.76。1155.9＞120 满足要求。 2.6 确定宅v带的根数 由式（5-26）zpc(p0p0)kkl 1.44kw由表5-7 (dd1,n1) ：（100，800），p0p01.70kw；(100，980)，。 0.13由表5-10 i＞3.39时 n=800 p当n960r/min n=980 p0.15 ， p00.951.67kw 由表5-11 k 页 第 6

由表5-12 klz1.054.8 4.81.812.65(1.670.148)*0.95*1.05 取z=3根带 2.7 计算带的除拉力和压轴力 由表5-27 单根带的张紧力为 F0500500*pcvz(2.5k(1)9v224.82.55.24*30.951)0.07*5.24N 251.0180545由式5-28 F2zF0sin12*2*3*251sin77.9899.15443N。 2.8 带轮的尺寸 由机械设计表5-3的带轮轮槽尺寸 槽轮的基准直径：dd节宽：bp8.580， 120.3，槽间距：e2.0， 基准线上槽深：hamin基准线下槽深：hfmin最小轮缘厚度：min带轮宽B带轮宽B， ， dd2ha7.0~9.05.5，外径：dW， (z1)e2f。 (z1)e2f(31)1228404 传动零件的设计——齿轮的选择 页 第 7

4.1 选择材料、热处理、齿轮精度等级和齿数 由表7-4，表7-5，选择小齿轮材料40Cr，调质处理，硬度240~286HBW，B686MPa,s490MPa。选择大齿轮材料42SiMn调质处理，硬度217~260HBW，B735MPa,s441MPa20，按表7-3取精度8级。 42齿轮传动的齿数z1，z2。 4.2 按齿面接触疲劳强度设计 按式（7-10）计算 d132KT1u1u6dZZZEH[]HP1n12 式中T19.5510129700Nmm 1.2d1.2由表7-12软齿面齿轮对称安装，取齿宽系数d由表7-7取动载系数KV1.3。 。 由表7-8按齿轮在两轴承中间对称分布，取K1.07。 由表7-9按齿面未硬化、直齿轮，8级精度，取K按式（7-4）KKAKVKK2.682.51.1。 0.9初步确定节点区域系数ZH由表7-10查得弹性系数ZE，重合度系数Z。 ]。 189.8由式（7-15）吃面许用接触应力小齿轮应力循环次数N1大齿轮应力循环次数N2[HlimZNZWHSH8。 60n1th5.7610 .3 60n2thN1/i274285714 页 第 8

由图7-22查得接触疲劳强度计算的寿命系数ZN（允许有一定点蚀） ZN0.971,ZN21.04 1由图7-21查工作硬系数ZW由表7-13查取安全系数SH[]H1ZW1 21 Hlim1ZN1ZWSH698.4MPa []H2Hlim2ZN2ZWSH707.2MPa 带入式（7-10）求得小齿轮分度圆直径 d132KT1u1udZZZEH[]H268.4mm 4.3 求出齿轮传动的主要尺寸 齿轮宽度 bdd1取大齿轮宽度 b2取小齿轮宽度 b15~10mm82.08mm 82mm86mm （由于常条小齿轮宽度增加） d1Z13.26mm齿轮模数 m 4mm按P119表7-1，取标准值m齿轮传动中心距 am2 (z1z2)54.25mm小齿轮分度圆直径 d1大齿轮分度圆直径 d2z1m20480mmz2m426168mm4.4 校核齿面接触疲劳强度 页 第 9

按计算结果校核前面的假设是否正确 齿轮节圆速度 vd1n16010000.4396m/s 由表7-7中的公式：C0.5048lnz1.144lnm2.852lnfpt3.32 ，由表7-8查得大小齿轮的单个齿距极限偏差fpt222mfpt120m，带入上式得 pt1C10.5048Lnz11.144Lnm2.852LnfC20.5048Lnz1.144Lnm2.852Lnf93.328.683.328.46 2pt2取C1，C2中较大者，并取整得C查P129图7-7得KV K1.0 其他K值与假设一致， KAKVKK2.06 43按表7-11求重合度系Z0.886 1z11z2式中重合度按简化公式计算由式（7-9）齿面接触应力 H1.883.2()1.644 ZEZHZ2KT1u1515.4MPa2bd1uH1698.4MPa 4.5 校核齿根弯曲疲劳强度 计算公式按（7-13）F2KT1bd1mYFaYSaY[] F由图7-16两齿轮齿形系数为YFa12.，YFa22.24。 。 由图7-17两齿轮应力修正系数为由图7-16两齿轮齿形系数为YSa11.，YSa21.75Y0.。 计算两齿轮的许用弯曲应力按式（7-16） 页 第 10

[]FFlimYNYxYSTSF YN10.Yx0.YST由图7-24两齿轮寿命系数为由图7-25两齿轮尺寸系数为取实验齿轮应力修正系数为，YN2。 0.95。 。 SF1.由图7-13取弯曲疲劳强度计算安全系数。 由图7-23查的两齿轮的弯曲疲劳极限应力为Flim1300MPa，Flim2280MPa。 427.7MPa小齿轮许用弯曲应力[]F1Flim1YN1YxYSTSF 大齿轮许用弯曲应力[]F2小齿的轮齿根弯曲应力F1Flim2YN2YxYSTSF421.3MPa 2KT1bd1mYFa1YSa1Y52.2MPa[F]427.7MPa 大齿的轮齿根弯曲应力 F22KT1bd1mYFa2YSa2Y58.3MPa[F]421.3MPa 弯曲疲劳强度足够。 5 轴的设计计算 轴的材料为45钢，调质处理，硬度为217~255HBW。 I轴输入功率和转矩 p1 T1pr*np3.25kwp1n2 59.55*1061.297*10Nmm 5.1 按弯曲许用应力计算 页 第 11

5.1.1 画出轴的空间受力简图 圆周力Ft径向力Fr法向力Fnd1、d22T1d12T2d2 FttanFtcos ——小齿轮和大齿轮的节圆直径。 20——啮合角，对标准齿轮的压力角。 T1、T2——小齿轮和大齿轮的名义转矩。 2T1d13242.5N圆周力Ft径向力Fr法向力Fn Fttan1180.2NFtcos3450.6N 将齿轮上受力简化为集中通过轮毂中点作用于轴上，轴的支点反力也简化为集中力通过轴承中心O作用于轴上，轴的受力简图如图6-1所示。 5.1.2 画出水平受力图 计算支点反力，画水平弯矩图，见图6-1 c、d。考虑到C和D处为可能的危险截面，计算出C和D处的弯矩。 支点反力FAHC点弯矩MCHD点弯矩MDHFBHFt21621.25N FAH80mm129700NmmFAH36mm58365Nmm5.1.3 画出垂直面受力图 计算支点反力和C和D两处的弯矩，画出垂直面弯矩图6-1 e、f所示。 页 第 12

支点反力FAV FBVC点弯矩MCVD点弯矩MDVFad2Fr80mm1601452.75N FAVFr272.55N FAV80mm116220NmmFAV36mm52299Nmm5.1.4 求合成弯矩 画出合成弯矩图，如图6-1 g所示 C点合成弯矩MCD点合成弯矩MDMM2CHMM2CV174139.4Nmm78368.7Nmm 2DH2DV5.1.5 计算C、D处当量弯矩 画出当量弯矩图，如图6-1i所示。 MM'CMM2C(T)(T)2190736Nmm 'D2D2110442.8Nmm0.6,T129700Nmm 5.1.6 校核轴的强度 根据弯矩大小及轴的直径选定C、D两截面进行强度校核。 由表10-1，当45钢B[1b640MPa,按表10-3用插值法得]59MPa。 C截面当量弯曲应力C'MW'CM'C30.1d34.8MPa[1b]59MPa D截面当量弯曲应力 页 第 13

'DMW'DM'D30.1d23.7MPa[1b]59MPa C、D两截面均安全。 5.2 安全系数较和运算 5.2.2 初步分析C、D两截面有较大的应力和应力集中 确定其为危险截面进行安全系数校核。由表10-1查得45钢调质处理时，1等效系数0.2275MPa，1155MPa；由表2-2查得，0.1。 5.2.3 求C截面的应力 由前述得C截面的合成弯矩MCT1.29710Nmm5174139.4Nmm，转矩。因C截面有键槽，故查第2章附录7可得抗弯截面系数W和抗扭界面系数WT计算公式及结果为: W32d3bt(dt)2d25364.4mm3 WT16d3bt(dt)2d211647.6mm3 按轴直径键尺寸bh40mm，由《机械设计课程设计》表14-24选择 32.5MPaMW12mm8mm弯曲应力幅aC 弯曲平均应力m扭转切应力T0 WT11.1MPa 页 第 14

切应力幅和平均切应力am2 5.2.3 求综合影响系数 因kDk和(k)Dk，C截面上有键槽和过盈配合两种产生应力集中的因素，故应比较两者的应力集中系数，从中取最大值计算。 键槽对轴的有效应力集中系数，由第2章附表1查出，当B640MPa，A型键槽k1.81,k1.61640MPa，过盈配合对轴的有效应力集中系数，当Bk2.60，配合为H7/r6时，，k1.88，因过盈配合的有效应力集中系数均比键槽大，取过盈配合时的有效应力集中系数计算。 由第2章附录表4查得，当材料为合金钢，毛坯直径30~40mm，齿隙系数0.88，0.810.94，由附录表5查出。 当B640MPa时，表面状态系数 (k)Dkk3.14(k)D2.47 5.2.4求安全系数 设按无限寿命（即knS1）计算，由式（13-3）得 k13.89m S1k4.71m 复合安全系数由式（10-4）得 页 第 15

SSSSS222.99 S，所以轴《机械设计》P27由表2-3查得S1.5,因S强度安全。 6 滚动轴承的选择和计算 机械设计课程设计表15-3，取e0.3,Y1.31。 18KN滚动轴承处轴的直径为36mm，选用6208型深沟轴承，，Cor6208型深沟轴承：内径d度B18mm40mm。 ，外径D。 80mm，轴承厚，轴向力Fa240r/min3450.6N轴的转速n，两轴承所受径向力Fr119200h1452.75N，Fr2272.55N。寿命计划：L。 6.1 两轴承内部轴向力 FS1FS2Fr12YFr22Y554.5N104N 6.2 两轴承内部轴向力 假设Fa1FS1， FS1FA2896.1NFS2。 根据平衡方程，Fa2结论错误，重新假设。 假设Fa2FS2， FS2FA3554.6N根据平衡方程，Fa1结果：Fa2 FS2104N，Fa1FS2FA3554.6N 页 第 16

6.3 求当量动载荷 根据表11-8，中等冲击，取Fa1Fr11.03e0.34fp1.5 。 X10.56,Y11.31P1fp(X1Fr1Y1Fa1)8205.1NFa2Fr2X0.38e0.34 。 3) 20.56,Y21.15P2fp(X2Fr2Y2Fa2)408.3NP1P2，只计算轴承1的寿命((CrP1L10h16667n)49306.2hL19200h 轴承寿命符合要求。 7 键连接选择和计算 7.1 齿轮与轴相连的键槽 轴径d40mm，轴长L90mm。 由机械设计课程设计表14-24得所选用C型平键数据：公称尺寸bh12mm8mm。轴的转矩T129700Nmm，键的长度lLb78mm。 TP2Tdlk69.28MPa[]p110MPa ——齿轮与轴相连的键连接传递的转矩，N·mm； d——齿轮与轴相连处轴的直径； l——齿轮与轴相连的键的工作长度，mm k——键与轮毂键槽的接触高度，mm，（计算中可取k0.5h， 页 第 17

h为键的高度）； ——齿轮与轴相连的键槽许用挤压应力，MPa，由机110MPa[]p械设计表16-1取得[]p。 7.2 带轮与轴相连的键槽 轴径d'28mm，轴长L'38mm。 由机械设计课程设计表14-24得所选用C型平键数据：公称尺寸b'h'度l''P'8mm7mm'。轴的转矩T129700Nmm，键的长Lb32mm。 2T''''dlk88.2MPa[]p110MPaTdl''——带轮与轴相连的键连接传递的转矩，N·mm； ——带轮与轴相连处轴的直径； '——带轮与轴相连的键的工作长度，mm 'kh——键与轮毂键槽的接触高度，mm，（计算中可取k为键的高度）； 0.5h，[]p——齿轮与轴相连的键槽许用挤压应力，MPa，由机110MPa械设计表16-1取得[]p 。 8 联轴器的选择 联轴器连接的是轴和轴， 轴所传递的转矩T19.55*106p1n21.297*10Nmm5， 页 第 18

轴所传递的转矩T39.55*106p3n32.562*10Nmm5。 8.1 联轴器转矩的计算 TCKT 1.5选择使用系数K，由表18-4得KTCKT1.52.588105 388.2N 8.2 选择联轴器的型号 查机械设计课程设计表17-1，根据轴径和计算转矩选用TL型弹性套柱销联轴器 TL7GB/T 4323-2002 其许用最大转矩[T]许用最高转速nmax500Nm， ，合适。 2800r/min9 减速器的润滑方式和密封类型的选择 9.1 密封形式 1.箱座与箱盖凸缘接合面的密封 选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法。 2.观察孔和油孔等处接合面的密封 在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封。 3.轴承孔的密封 闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部轴的外伸端与透盖的间隙，由于V<3（m/s），故选用半粗羊毛毡加以密封。 4.轴承靠近机体内壁处用挡油环加以密封，防止润滑油进入 页 第 19

轴承内部。 10 润滑油牌号的选择和装油量计算 10.1 润滑油牌号及用量 1.齿轮润滑选用150号机械油，最低～最高油面距10～20mm，需油量为1.5L左右。 2.轴承润滑选用2L-3型润滑脂，用油量为轴承间隙的1/3～1/2为宜。 11 减速器附件的选择与设计 11.1 减速器附件的选择与设计 列表说明如下： 名称 螺栓 螺栓 销 垫圈 螺母 油标尺 通气器 功用 安装端盖 安装端盖 定位 调整安装 安装 测量油 面高度 透气 数量 12 24 2 3 3 1 1 材料 Q235 Q235 35 65Mn A3规格 M6×16 GB 5782—1986 M8×25 GB 5782—1986 A6×40 GB 117—1986 10 GB 93—1987 M10 GB 6170—1986 组合件 A3 页 第 20

12 减速器箱体的设计 箱座壁厚箱盖厚度110mm8mm 箱座凸缘厚度b 箱盖凸缘厚度b1b22.51.51.5，，115mm12mm 箱底座凸缘厚度h45mm，25mm,轴承旁凸台高度，凸台半径R25mm 齿轮轴端面与内机壁距离l1大齿轮顶与内机壁距离1小齿端面到内机壁距离2上下机体筋板厚度m1主动轴承端盖外径D1从动轴承端盖外径D218mm12mm15mm 8.5mm6.8mm105mm130mm，m2 地脚螺栓M16，数量6根 13 设计小结 通过本次课程设计，我们整体上系统地看了《机械设计》和《机械设计课程设计》两本书。通过在设计过程中遇到问题、分析问题、解决问题，既巩固了我们的对课堂中所学到的知识，也增强了我们的动手能力！是我们收获颇多，受益颇深！ 参考文献 [1]吴宗泽，高志．机械设计（第2版），2010.08． [2]陆玉，冯立艳．机械设计课程设计，2012.06．

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