课程设计计算说明书带式运输机传动装置设计

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1、 机械设计课程设计 带式运输机传动装置设计 设计计算说明书 学院：电子信息与机电工程学院 学生： 学号： 33 目录1、 动力系统方案（1）2、 选择电动机（2）3、 V带轮传动设计（5）4、 减速箱高速级齿轮设计（7）5、 减速箱低速级齿轮设计（11）6、 减速箱高速轴设计（16）7、 减速箱中间轴设计（21）8、 减速箱低速轴设计（26）9、 减速箱箱体设计（31） 动力系统方案 根据设计要求和装置工作要求及其工作条件 工作条件：1） 运输带工作拉力F=2.6kN；2） 运输带工作速度v=1.4m/s（允许运输带速度误差为5%）；3） 滚筒直径D=320mm；4） 连续单向运转，工作时有轻

2、微震动，室内工作；5） 两班制工作，三年大修，使用15年；6） 制作条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。采用方案： 1、 采用电动机为原动机；2、 选用V带轮传动；3、 减速箱采用二级圆柱直齿减速箱，展开式设计，轴线水平分布。选择电动机1、 电机选择（1） 选择电动机类型 按工作要求和条件，选择Y系列三相异步电动机，封闭式结构，电压380V。（2） 选择电动机容量 电动机所需工作功率为 为运输机工作额额定功率 因此 由电动机至运输带的传动总效率为 其中 ： 、分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和滚筒的 传动功率。 取=0.96； =0.98（滚动轴承）； =0.97（齿轮精度为8级）

3、； =0.99（齿轮联轴器）； =0.95。 则： 故：（3） 确定电动机转速 滚筒轴工作转速 r/min 按表（常用机械传动的主要性能）推荐的传动比合理范围，取V带轮传动的 传动比，二级圆柱直齿轮减速器传动比，则总传动比合 理范围为。故电动机转速的可选范围为 r/min。 符合这一范围的同步转速有1500r/min和3000r/min。在此选择较接近平均转 速的3000r/min。根据电动机容量和转速，查相关手册选用电动机型号Y132S1。 功率为5.5k；空载转速为 3000r/min；满载转速为2880r/min。2、 选定传动装置的总传动比和减速器传动比（1） 由选定电动机，满载转速

4、和工作机主动轴转速 ，可得总 。（2） 分配传动装置传动比 式中 、 分别为带传动和减速器的传动比。为使V带轮传动的 大皮带轮外轮廓不至于过大，初选=2.0；减速器传动比（3） 分配减速器的各级传动比 按展开式布置，考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，查展开式曲线 图可得减速器高速级传动比=5.04；则低速级传动比 。3、 计算传动装置的运动和动力参数（1） 各轴转速 1轴r/min 2轴 r/min 3轴 r/min 滚筒轴 r/min （2） 各轴输入功率 1轴 2轴 3轴滚筒轴 13轴的输出功率则为输入功率乘上轴承效率0.98。（3） 各轴输入转矩 电动机输出转矩 13轴输入转矩为1轴

5、 2轴 3轴 滚筒轴输入转矩 13轴的输出转矩则分别为各轴的输入转矩乘上轴承效率0.98。运动和动力参数计算结果整理于下表 轴名功率P（K）转矩T(Nm)转速 r/min传动比i效率 输入 输出 输入 输出电动机轴4.6715.4928802.05.043.421.000.960.950.950.971轴4.484.3929.7329.1414402轴4.264.17142.45139.6285.713轴4.053.97493.11483.2583.54滚筒轴3.933.85449.31440.3283.54 V带轮传动设计1、 V带轮设计（1） 确定V带轮计算功率（2） 选择V带带型根据计算

6、功率和小带轮转速，查普通V带轮选型图，选取普通V带的带型为Z。（3） 确定带轮的基准值直径 并验算带速。1）初选小带轮的基准直径根据V带带型和参考相关手册，初选=71mm。2）验算带速 m/s在525 m/s范围内，故合适。3）计算大带轮的基准直径由。取标准值。（4） 确定中心距，并选择V 带的基准长度。1） 根据带传动总体尺寸的限制条件，结合公式初定中心距。有： 得 初选。2） 计算相应的带长。 故选取，带长修正系数3） 计算中心距及其变动范围。传动的实际中心距近似为考虑到带轮的制作误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张紧的需要，中心距可在一定的范围内变化。中心距变动范围为故有

7、 （5） 验算小带轮上的包角为了提高带传动的工作能力，应使可得 故中心距合适。（6） 确定V带的根数Z。由公式可得取Z=8（7） 确定带的初拉力由公式并计入离心力和包角的影响，可得单根V带所需的最小初拉力为初拉力（8） 计算带传动的压轴力为了设计带轮轴的轴承，需要计算带传动作用在轴上的压轴力。 至此，皮带轮设计结束。V带型号带长根数z中心距初拉力压轴力小轮直径大轮直径Z1000mm8323.83mm82.5N997.86N71mm150mm 减速箱高速级齿轮设计1、 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1） 由传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动；（2） 因为带式运输机为一般工作机器，速度不高，故选

8、用8级精度；（3） 材料选择：选择小齿轮的材料为40Cr，调质处理，硬度为280HBS，大齿轮的材料为45钢，调质处理，硬度为240HBS，两者材料硬度差为40HBS。（4） 初选小齿轮齿数为。大齿轮齿数，取。2、 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行设计，有（1） 确定公式内的各计算参数1） 试选载荷系数。2） 计算小齿轮传递转矩即为2轴的输入转矩3） 选取齿宽系数4） 查相关手册可得材料的弹性影响系数5） 查齿轮的接触疲劳强度极限图，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限。6） 由公式计算应力循环次数 ； ；7） 由图接触疲劳寿命系数查得8） 计算接触疲劳许用应力

9、取失效概率为1%，安全系数S=1，由公式可得（2） 计算1） 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 2） 计算圆周速度；3） 计算齿宽b ；4） 计算齿宽与齿高之比模数；齿高；故 ；5） 计算载荷系数 根据，齿轮精度8，由动载系数值图查得 动载系数； 因为是直齿轮，故； 由使用系数表查得； 由按疲劳强度计算用的齿向载荷分布系数表，用插值法查得8， 小齿轮相对支承非对称布置时， 由，查弯曲强度计算的齿向载荷分布系数 图查得；故 6） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由公式得 ；7） 计算模数m。；3、 按齿根弯曲强度设计 确定公式内的各计算数值1） 由齿轮的弯曲疲劳强度极限图查得小齿轮的

10、弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；2） 由弯曲疲劳寿命系数图查得3） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由公式可得4） 计算载荷系数K ；5） 查取齿形系数由齿形系数及应力校正系数表查得6） 查取应力校正系数由齿形系数及应力校正系数表查得7） 计算大小齿轮的并加以比较故大齿轮的数值大。 设计计算 对比计算结果，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m的大小主要取决于弯曲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，可取由弯曲疲劳强度所算得的模数m=2.00mm。可得4、 几何尺

11、寸计算（1） 计算分度圆直径 （2） 计算中心距 （3） 计算齿轮宽度 取（4） 计算齿轮齿高 至此，高速级齿轮设计完成。 减速箱低速级齿轮设计 1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）选用直齿圆柱齿轮传动；（2）选用8级精度； 材料选择：选择小齿轮的材料为40Cr，调质处理，硬度为280HBS，大 齿轮的材料为45钢，调质处理，硬度为240HBS，两者材料硬度差为40HBS。（3）初选小齿轮齿数为。大齿轮齿数，取 2、按齿面接触强度设计由设计计算公式进行设计，有（1）确定公式内的各计算参数1）试选载荷系数。8） 计算小齿轮传递转矩即为1轴的输入转矩9） 选取齿宽系数；10） 查相关手册可

12、得材料的弹性影响系数11） 查齿轮的接触疲劳强度极限图，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限。12） 由公式计算应力循环次数13） 由图接触疲劳寿命系数查得14） 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由公式可得（3） 计算1） 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 2） 计算圆周速度；3） 计算齿宽b ；4） 计算齿宽与齿高之比模数；齿高；故；5） 计算载荷系数 根据，齿轮精度8，由动载系数值图查得 动载系数； 因为是直齿轮，故； 由使用系数表查得； 由按疲劳强度计算用的齿向载荷分布系数表，用插值法查得8， 小齿轮相对支承非对称布置时， 由，查弯曲

13、强度计算的齿向载荷分布系数 图查得；故 6） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由公式得 ；7） 计算模数m。；3、按齿根弯曲强度设计 确定公式内的各计算数值1） 由齿轮的弯曲疲劳强度极限图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；2） 由弯曲疲劳寿命系数图查得3） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由公式可得4） 计算载荷系数K ；5） 查取齿形系数由齿形系数及应力校正系数表查得6） 查取应力校正系数由齿形系数及应力校正系数表查得7） 计算大小齿轮的并加以比较故大齿轮的数值大。 设计计算 对比计算结果，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

14、计算的模数。由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲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，可取由弯曲疲劳强度所算得的模数m=3.33mm并就近圆整为标准值m=3.5mm。按接触强度算得的分度圆直径；算出小齿轮齿数 取 取4、几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 （2）计算中心距 （3）计算齿轮宽度 取（4）计算齿轮齿高 至此，低速级齿轮设计完成。现在把减速箱齿轮参数列表如下齿轮齿数Z分度圆直径d（mm）齿轮宽度B（mm） 齿高H（mm）中心距（mm）高速级小齿轮 24 48 53 4.5 145大齿轮 121 242 48低速级小齿轮 20 7

15、0 75 7.875 154大齿轮 68 238 70 减速箱高速轴设计1、 求轴的功率、转矩和转速 高速轴的功率；转矩； 转速；2、 求作用在在齿轮上的啮合力 ； 大带轮上的摩擦力；3、 初步确定轴的最小直径按公式初步估计轴的最小直径。选定轴的材料为45号钢，调质处理。由轴常用几种材料的及值表可取；输出轴的最小直径显然是安装大皮带轮处的直径段。因为该段开有键槽，轴颈应该增大5%7%，即18.27mm18.618mm。取=19mm。轴与大带轮配合长度=120mm。4、 轴的结构设计（1） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径长度1） 为了满足大皮带轮的轴向定位，轴段需制出轴肩，取=23mm。2）

16、 初步选择滚动轴承因为选用齿轮为圆柱直齿，有没轴向力，故选用深沟球滚动轴转。参照工作要求并根据=23mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组标准精度级的单列深沟球滚动轴承6205，其尺寸为：安装尺寸为：故；右边轴承的左端面采用轴肩进行定位，由6205轴承的安装尺寸可知轴肩高为h=3mm，因此取；3） 根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂要求，取端盖的外端面与 大皮带的左端面距离为l=30mm，轴承端盖的宽度为20mm，故取轴段的长度；4） 由于小齿轮的分度圆直径=48mm；而安装轴承的轴段；显然；故该轴应该加工为齿轮轴；已知齿轮齿宽为53mm，故轴段的长度取为；故左边轴承右端面也用轴肩进

17、行轴向定位；故；5） 取齿轮距离箱体内壁；考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应该距离箱体内壁一段距离s，取s=4mm。故有；初步取中间轴2之间的距离为c=20mm，低速级小齿轮齿宽B=75mm，故 ；至此，已初步确定了轴的各段直径和长度；（2） 轴上零件的周向定位大带皮带轮与轴的周向定位采用平键连接。按=19mm，采用平键为；皮带轮与轴的配合公差为。滚动轴承与轴的周向定位由过度配合来保证，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（3） 确定轴上圆角和倒角。取轴端倒角为，各轴肩处圆角半径为R2。 5、求轴上载荷 首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图 和扭矩图。如下：

18、 垂直面 ； ； 可得； ； 垂直面弯矩图： 水平面 ； ； 可得； ； 水平面弯矩图： 总弯矩图 可得 扭矩图 从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图可以看出截面B是该轴的危险截面。6、按弯矩合成应力校核轴的强度。进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面，即危险截面的强度。根据公式和上面危险截面B的数据，以及轴的工作条件，取，轴的计算应力为：；由于改成齿轮轴，轴的材料改选为40Cr钢，调质处理，其许用应力。因此，故轴安全。7、校核轴承1）根据工作条件，可得轴承的预定寿命；2）初步计算当量载荷P 由于，故=1147.43N；3）基本额定动载荷C ；所选轴承6205的额定动载荷，故轴承安全；8

19、、校核键 1）皮带轮与轴的配合键的尺寸为； 2）校核键的连接强度 许用挤压应力，取，键的轮毂键槽的接触高度k=0.5h=3mm；键的工作长度；有；故键安全。至此，第一跟轴1轴设计完毕。 减速箱中间轴设计1、 求中间轴的功率、转矩和转速中间轴的功率；转矩；转速；2、 求作用在齿轮上的啮合力1） 高速级大齿轮的受力 高速级大齿轮的受力与高速级小齿轮的受力为作用力与反作用力的关系，故 ；2） 低速级小齿轮的受力小齿轮的分度圆直径；齿轮宽度；故；3、 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。；中间轴的最小直径显然是在安装轴承处，为便其与轴承配合，取；选取深沟球轴承0基本游隙组标准精度级的单

20、列深沟球轴承6026，其基本尺寸为； 安装尺寸为；4、 轴的结构设计（1） 轴承与齿轮之间的轴向定位都采用套筒定位，由齿轮要求，套筒直径为57mm，由轴承的安装尺寸知套筒的直径为36mm；（2） 取安装高速级大齿轮的轴段；大齿轮齿宽，故取轴段的长度；取安装低速级小齿轮的轴段；小齿轮齿宽，故取轴段的长度；（3） 高速级大齿轮与低速级小齿轮之间用轴肩进行轴向定位，轴肩高度h=6mm，故，取轴段的长度；（4） 取齿轮与箱体距离；考虑到箱体的铸造误差，在确定轴承时，应距离箱体一段距离S，取S=4mm；已知轴承宽度B=16mm；可得 左端轴承段；右端轴承段； 至此，已初步确定轴的个轴段直径和距离。（5）

21、 轴上零件的周向定位齿轮的周向定位采用平键连接，由安装齿轮的轴段的直径和查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长度分别为36mm和63mm；同时，为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合公差为；滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸为m6。（6） 确定轴上的圆角和倒角尺寸取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径为R2。5、 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图，如下：垂直面 ； ；可得 ； ；故可得垂直面弯矩图水平面 ； ；可得 ； ；故可得水平面弯矩图总弯矩图 可得扭矩图由总弯矩图和扭矩图可知危险截面为截面C。6、 按

22、弯矩合成应力校核轴的强度根据弯矩、扭矩图以及轴的工作条件，取，有；前面选定的轴的材料为45钢，调质处理，；有，故该轴安全。7、 轴承校核（1） 由工作要求，轴承的预定寿命；（2） 初步计算当量载荷P 由于，故；（3） 基本额定动载荷 ； 所选的6026轴承的额定动载荷；故轴承安全。8、 键的校核因为高速级大齿轮的键槽较短，故选用该键进行校核。键的截面尺寸为；接触高度；有效长度；故该键安全，故轴上的键安全。至此，减速箱中间轴2轴设计完毕。 减速箱低速轴设计1、 求轴的功率、转速和转矩功率；转速；转矩；2、 求作用在齿轮上的啮合力因为低速级大齿轮的啮合力与低速级小齿轮的啮合力为作用力与反作用力的关

23、系，故；3、 初步确定轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。取；可得；3轴的最小直径显然是安装联轴器处的轴段，为使所选的轴直径与联轴器的孔径相配合，故需选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查相关手册，并考虑到转矩的变化很小，选取工作情况系数=1.3mm，则：；按照计算的转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/75014-2003，选用HL3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为630000Nm。半联轴器的孔径d=40mm，故轴段取直径为，半联轴器的长度L=112mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度；4、 轴的结构设计（1） 根据轴向定位的要求确定各段轴段的直径和长度1） 为满足半联轴器的轴向定位

24、要求，采用轴肩对联轴器右端进行定位，取 ；轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于 对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面的距离l=30mm，故取轴段的长度；2） 初步选择滚动轴承。因为轴承只承受径向力，故还是采用深沟球轴承，参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组标准精度级的单列深沟球轴承6209。其基本尺寸为；安装尺寸为； 故选取安装轴承的轴度；左边的轴承右端面采用轴肩进行轴向定位，故取；3） 取安装低速级大齿轮处的轴段直径；齿轮的右端面与右边轴 承的左端面之间采用套筒进行轴向定位。已知大齿轮的齿轮宽度 ，故取安装齿轮的轴度长度；齿轮的左端面采用

25、 轴肩进行轴向定位，取轴肩高度h=6mm，故轴度的直径为； 轴环宽度，取b=10mm，故取轴段的长度为；4） 取齿轮距离减速箱箱体的距离；考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距离箱体一段距离s，取s=4mm。可得轴度的长度为；故轴段的长度为； 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。（2） 轴上零件的周向定位低速级大齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按轴段的直径查得与齿轮的周向定位平键尺寸为，长度取为L=56mm，与轴的配合公差为；半联轴器的周向定位平键尺寸为，长度取为L=70mm，与轴的配合公差为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，故此处选取轴的直径尺寸公差为m6

26、。（3） 轴上的倒角和圆角轴端倒角为，轴肩处圆角半径为R2。5、 求轴上的载荷根据轴的结构图作出轴的计算简图 垂直面 ； ；可得 ； ；故垂直面弯矩图 水平面 ； ；可得 ； ；故可得水平面弯矩图总弯矩图扭矩图 可知危险截面为截面B。6、 按弯曲合成应力校核轴的强度根据所得数据及轴的工作要求和条件，取；轴的计算应力为；前已选定轴的材料为45号钢，调质处理，其，因此；故该轴安全；7、 轴承校核（1） 由工作要求，轴承的预定寿命;（2） 初步计算当量载荷P因为，故当量载荷。（3） 基本额定动载荷C ； 所选轴承6209的基本额定载荷为，；故轴承安全。8、 键的校核（1） 所选用的键为；有效长度为；

27、接触高度为； 跟；有效长度为； 接触高度为；（2） 校核键的连接强度 ； ； 因为；故键安全。至此，低速轴设计完毕。 减速箱箱体设计表1 名称 符号 计算公式 结果箱座壁厚9机盖壁厚8机座凸缘厚度1.513.5机盖凸缘厚度1.512机座底凸缘厚度2.522.5地胶螺钉直径M20地脚螺钉数目时，n=4；时，n=6；时，n=8；4轴承旁联接螺钉直径M16机盖与机座联接螺钉直径M12联接螺栓的距离150200175轴承端盖螺钉直径（0.40.5）M10窥视孔盖螺钉直径（0.30.4）M8定位销直径（0.70.8）M10 至外壁距离见表226、22、18至凸缘边缘距离见表214、20、16轴承旁凸台半径凸台高度外机壁至轴承座端面距离大齿轮顶圆与内机壁距离12齿轮端面与内机壁距离10机盖、机座肋厚、 轴承端盖凸缘厚度12表2 值螺栓直径M8M10M12M16M20M24M301316182226344011141620242834沉头座直径20242632404860参考文献：1 濮良贵、纪名刚主编，机械设计（第八版），高等教育出版社，2006。2 龚桂义主编，机械设计课程设计指导书（第二版），高等教育出版社，1990。3 周开勤主编，机械零件手册（第五版），高等教育出版社，2001。