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电动机。

根据电动机类型、容量和转速，查表选定以下电动机，其主要性能如表格1。

二、确定传动装置的总传动比和分配传动比

1）.总传动比i为

i=nm/nw=960/72.44=13.25i=7

2）.分配传动比

i=i0•i1•i2=13.25i=8

考虑润滑条件等因素，初定

i0——为V型带传动比

i1——为第一组齿轮传动比

i2——为第二组齿轮传动比

当为两级传动时：

i1=（1.3～1.4）•i2取1.4，i0=3

当为一级传动时：

i1=i/i0i0=3

所以经过计算以后可得：

i1=4.31i=10

i1=1.4•i2=1.4×

4.31=3.08i=11

（1）.各轴的转速

电动机轴：

nm=960r/mini=13

Ⅰ轴：

nⅠ=960/1=960r/mini=14

Ⅱ轴：

nⅡ=960/4.31=222.74r/mini=15

Ⅲ轴：

nⅢ=222.74/3.08=72.32r/mini=16

卷筒轴：

nw=nⅢ=72.32/1=72.32r/mini=17

（2）.各轴的输入功率

Pd=5.5kWi=19

PⅠ=Pd•η1•η2=5.5×

0.99×

0.96=5.23kWi=20

PⅡ=PⅠ•η2•η3=5.23×

0.97=5.02kWi=21

PⅢ=PⅡ•η2•η3=5.02×

0.99=4.82kWi=22

Pw=PⅢ•η2•η4=4.82×

0.99=4.72kWi=23

（3）.各轴的输入转矩

电动机轴的输出转矩Td为：

Td=9550×

Pd/nm=9550×

5.5/960=54.71N•mi=25

Td=54.71N•mi=26

TⅠ=9550×

PⅠ/nⅠ=9550×

5.23/960=52.03N•mi=27

TⅡ=9550×

PⅡ/nⅡ=9550×

5.02/222.74=215.23N•mi=28

TⅢ=9550×

PⅢ/nⅢ=9550×

4.82/72.32=636.49N•mi=29

Tw=9550×

Pw/nw=9550×

4.72/72.32=623.29N•mi=30

三、齿轮的设计

1）齿轮1、2的设计

（1）选择材料及确定许用应力因要求结构紧凑故采用硬齿面的组合；

小齿轮用20CrMnTi渗碳淬火，齿面硬度为56～62HRC，σHlim1=1500MPa，σFE=850MPa；

大齿轮用20Cr渗碳淬火，齿面硬度为56～62HRC，σHlim1=1500MPa，σFE=850MPa。

取SF=1.25，SH=1（表11-5）取ZH=2.5，ZE=189.8（表11-4） 

i=114

[σF1]=[σF2]=0.7•σFE1/SF=0.7×

850/1.25=476MPai=115

σH1]=[σH2]=σHlim1/SH=1500/1=1500MPai=116

（2）按轮齿弯曲强度设计计算

齿轮按8级精度制造。

取载荷系数K=1.5i=117

齿宽系数Φd=0.6i=118

初选螺旋角β=15°

齿数取z1=26i=119

则z2=4.31×

26=112.06i=120

取z2=112i=121

齿形系数

Zv1=z1/（（cos15°

）^3）=26/（（cos15°

）^3）=28.85i=122

Zv2=z2/（（cos15°

）^3）=112/（（cos15°

）^3）=124.28i=123

查图11-8得YFa1=2.59i=124

YFa2=2.03i=125

由图11-9得YSa1=1.61i=126

YSa2=1.63i=127

因YFa1•YSa1/[σF1]=2.59×

1.61/476=0.0088i=128

YFa2•YSa2/[σF2]=2.03×

1.63/476=0.007i=129

故应进行弯曲强度计算的齿轮为齿轮1i=130

法向模数mn≥（（2•K•TⅠ•YFa1•YSa1•（cosβ）^2）/（φd•（z1）^2•[σF1]））^（1/3）=（（2•1.5•52.03•2.59•1.61•（cos14.7^2））/（0.6•（26）^2•476））^（1/3）=1.45862127719852mmi=131

由表4-1取mn=1.5mmi=132

中心距a=mn•（z1+z2）/（2•cosβ）=1.5•（26+112）/（2•cos15°

）=107.151084672444mmi=133

取a=107mmi=134

确定螺旋角β=arccos（mn•（z1+z2）/（2•a））=arccos（1.5•（26+112）/（2•107mm））=14.7°

i=135

齿轮分度圆直径d1=mn•z1/cosβ=1.5•26/cos14.7°

=40.32mmi=136

d2=mn•z2/cosβ=1.5•112/cos14.7°

=173.69mmi=137

齿宽b=φd•d1=0.6•40.32=24.19mmi=138

取b1=20mmi=139

b2=10mmi=140

（3）验算齿面接触强度

将各参数代入式（11-8）得

σH=ZE•ZH•ZB•（2•K•TⅠ•（i1+1）/（b1•d1^2•i1））^（1/2）=189.8×

2.5×

（cos）14.7^（1/2）×

（2×

1.5•52.03•（4.31+1）/（20•40.32^2•4.31））^（1/2）=1134.93MPa≤[σH1]i=141

所以安全。

（4）齿轮的圆周速度

v1=π•d1•nⅠ/（60×

1000）=π•40.32•960/（60×

1000）=2.03m/si=142

对照表11-2，选8级精度是合宜的。

i=143

2）齿轮3、4的设计

小齿轮用20CrMnTi渗碳淬火，齿面硬度为56～62HRC，σHlim3=1500MPa，σFE=850MPa；

大齿轮用20Cr渗碳淬火，齿面硬度为56～62HRC，σHlim4=1500MPa，σFE=850MPa。

取SF=1.25，SH=1（表11-5）取ZH=2.5，ZE=189.8（表11-4）

[σF3]=[σF4]=0.7•σFE3/SF=0.7×

850/1.25=476MPai=144

σH3]=[σH4]=σHlim3/SH=1500/1=1500MPai=145

取载荷系数K=1.5i=146

齿宽系数Φd=0.6i=147

齿数取z3=28i=148

则z4=3.08×

28=86.24i=149

取z4=86i=150

Zv3=z3/（（cos15°

）^3）=28/（（cos15°

）^3）=31.07i=151

Zv4=z4/（（cos15°

）^3）=86/（（cos15°

）^3）=95.43i=152

查图11-8得YFa3=2.54i=153

YFa4=2.21i=154

由图11-9得YSa3=1.62i=155

YSa4=1.61i=156

因YFa3•YSa3/[σF3]=2.54×

1.62/476=0.0086i=157

YFa3•YSa4/[σF4]=2.21×

1.61/476=0.0075i=158

故应进行弯曲强度计算的齿轮为齿轮3i=159

法向模数mn≥（（2•K•TⅡ•YFa3•YSa3•（cosβ）^2）/（φd•（z3）^2•[σF3]））^（1/3）=undefinedi=160

由表4-1取mn=1.75mmi=161

中心距a=mn•（z3+z4）/（2•cosβ）=1.75•（28+86）/（2•cos15°

）=103.268798995906mmi=162

取a=103mmi=163

确定螺旋角β=arccos（mn•（z3+z4）/（2•a））=arccos（1.5•（28+86）/（2•107mm））=14.43°

i=164

齿轮分度圆直径d3=mn•z3/cosβ=1.75•28/cos14.43°

=50.6mmi=165

d4=mn•z4/cosβ=1.75•86/cos14.43°

=155.4mmi=166

齿宽b=φd•d3=0.6•50.6=30.36mmi=167

取b3=20mmi=168

b4=10mmi=169

σH=ZE•ZH•ZB•（2•K•TⅡ•（i2+1）/（b3•d3^2•i2））^（1/2）=189.8×

（cos）14.43^（1/2）×

1.5•215.23•（3.08+1）/（20•50.6^2•3.08））^（1/2）=1908.43MPa≤[σH3]i=170

v3=π•d3•nⅡ/（60×

1000）=π•50.6•222.74/（60×

1000）=0.59m/si=171

i=172

四、轴的设计

1）轴Ⅰ的设计 

i=199

圆周力：

Ft1=2TⅠ/d1=2×

52.03/0.04032=2580.85Ni=200

径向力：

Fr1=Ft1•tanα=2580.85•tan20°

=971.14Ni=201

轴向力：

Fa1=Ft/cos20°

=2580.85/cos20°

=677Ni=202

2）初步确定轴Ⅰ的最小直径

材料为45钢，正火处理。

根据《机械设计基础》表14-2，取C=110,于是dmin=C3•（PⅠ/nⅠ）^（1/3）=110×

（5.23/960）^（1/3）=19.36mmi=203

由于键槽的影响，故最小直径为：

20mmi=204

显然最小值的轴颈肯定是安在电动机的联轴器,故取标准值轴Ⅰ的最小最小直径d1=30mmi=205

根据带轮或者是联轴器的结构可选轴轴向长度l1=60mmi=206

3）轴Ⅰ的结构设计

（1）.为满足带轮的轴向定位要求，1段需要一轴肩故d2=38mmi=207

（2）.初步选择滚动轴承

因轴承同时受有径向力和轴向力的做用，故选用接触球轴承。

按照工作求并根据d2=38mmi=208

查手册选取单列角接触球轴承7009ACi=209

其尺寸为d×

D×

B=45×

75×

16mmi=210

故d3=d7=45mmi=211

故l7=B=34mmi=212

（3）.由小齿轮尺寸可知，齿轮处的轴端4的直径的d4=49mmi=213

故l4=35mmi=214

由轴肩高度h>

0.07d，则轴肩的直径d5=57mmi=215

则d6=49mmi=216

则l6=18mmi=217

（4）.根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求。

故l2=87mmi=218

（5）.根据安装时齿轮中心要在一条线上，可得l3=16mmi=219

至此，已初步确定了轴的各段和长度。

见草图1 

i=220

4）.轴Ⅰ的校核

根据两个轴承的位置可确定L=97mmi=221

取齿轮中间为a-a截面，带轮离最近轴承的距离L2=125mmi=222

取右端轴承至从右到左第一个齿轮截面的距离为L3=36mmi=223

（1）.求垂直面得支撑反力图1-a

F1v=（Fr1*L3-Fa1•d1/2）/L=（971.14×

0.036-677•0.04032/2）/0.097=219.72Ni=224

F2v=Fr1-F1v=971.14-219.72=751.42Ni=225

（2）.求水平的支撑反力图1-b

F1H=Ft1•L3/L=2580.85•0.036/97=957.84Ni=226

F2H=Ft1-F1H=2580.85-957.84=1623.01Ni=227

（3）.V型带拉力产生的支撑反力图1-c

F1F=FQ•（L2+L）/L=1907.64×

（0.125+0.097）/0.097=4365.94Ni=228

F2F=F1F-FQ=4365.94-1907.64=2458.3Ni=229

（4）.绘垂直面得弯矩图图1-d

Mav=F2v•L3=4365.94-1907.64=27.05N•mi=230

M'

av=F1v•（L-L3）=219.72×

（0.097-0.036）13.4N•mi=231

（5）.绘水平面的弯矩图图1-e

MaH=F1H•L3=957.84×

0.036=34.48N•mi=232

aH=F1H•（L-L3）=957.84•（0.097-0.036）=58.43N•mi=233

（6）.带轮拉力产生的弯矩图图1-f

M1F=FQ•L2=1907.64•0.125=238.46N•mi=234

MaF=F2F•L3=2458.3•0.036=88.5N•mi=235

（7）.求合成弯矩图图1-g

考虑到最不利的情况。

Ma=（Mav^2+MaH^2）^（1/2）+MaF=（27.05^2+34.48^2）^（1/2）88.5=132.32N•mi=236

a=（M'

av^2+M'

aH^2）^（1/2）+MaF=（13.4^2+58.43^2）^（1/2）88.5=148N•mi=237

M1=M1F=238.46N•mi=238

所以危险截面为：

轴承1i=239

（8）.求危险截面处的当量弯矩取危险弯矩为M，从截面中发现其当量弯矩为

Me=（M^2+（α•TⅠ）^2）^（1/2）取α=0.6.可得：

Me=（238.46^2+（0.6×

52.03）^2）^（1/2）=240.49N•mi=240

（9）.计算危险截面处轴的直径

轴的材料选用45钢，调质处理，由表得σB=650MPa，由表14-3查得[σ_1b]=60MPa,则

d≥（Me/（0.1•[σ_1b]））^（1/3）=（240.49/（0.1×

60））^（1/3）=34.22mmi=241

考虑到键槽对轴的削弱，将d值加大5%，故

d≥1.05×

34.22=35.93mmi=242

查看草图说明当初估算的直径是合理。

i=243

5）.轴Ⅱ的设计 

i=289

Ft2=2TⅡ/d2=2×

215.23/0.17369=2478.32Ni=290

Fr2=Ft2•tanα=2478.32•tan20°

=932.56Ni=291

Fa2=Ft/cos20°

=8507.11/cos20°

=2189Ni=292

Ft3=2TⅡ/d3=2×

215.23/0.0506=8507.11Ni=293

Fr3=Ft3•tanα=8507.11•tan20°

=3197.2Ni=294

Fa3=Ft/cos20°

=2189Ni=295

6）初步确定轴Ⅱ的最小直径

根据《机械设计基础》表14-2，取C=110,于是dmin=C3•（PⅡ/nⅡ）^（1/3）=110×

（5.02/222.74）^（1/3）=31.07mmi=296

38mmi=297

7）轴Ⅱ的结构设计

（1）.初步选择滚动轴承

查手册选取单列角接触球轴承7011ACi=298

B=55×

90×

18i=299

故d5=d1=55mmi=300

（2）.由齿轮2、齿轮3的尺寸可知，齿轮处的轴端4的直径的d4=59mmi=301

故l4=8mmi=302

故d2=59mmi=303

故l2=18mmi=304

（3）.根据齿轮到内壁的距离以及轴承定位的要求。

故l1=40mmi=305

故l5=45mmi=306

见草图2 

i=307

8）.轴Ⅱ的校核

根据两个轴承的位置可确定L=103mmi=308

取齿轮2中间为b-b截面，齿轮3中间为c-c截面。

b与c截面的距离L2=23mmi=309

取右端轴承至从右到左第一个齿轮截面的距离为L3=41mmi=310

（1）.求垂直面得支撑反力图2-a

F3v=（Fr2•（L3+L2）+Fa3•d3/2+Fa2•d2/2-Fr2•L3）/L=（3197.2×

（0.041+0.023）+2189×

0.0506/2+650×

173.69/2-932.56×

0.041）/0.103=2701.13Ni=311

F4v=Fr2+F3v-Fr3=932.56+2701.13-3197.2=436.49Ni=312

（2）.求水平的支撑反力图2-b

F4H=Ft2•（L-L3）-Ft3•（L-L2-L3）/L=（2478.32×

（0.103-0.041）+8507.11×

（0.103-0.023-0.041））/0.103=-4299.46Ni=313

F3H=Ft3+Ft2-F4H=2478.32+8507.11--1729.33=-1729.33Ni=314

（3）.绘垂直面得弯矩图图2-c

Mbv=F4v•L3=436.49•0.041=17.9N•mi=315

bv=Fa3•d3/2+Fr3•L2-F3v•（L-L3）=2189•0.041/2+3197.2•0.023-2701.13•（103-41）=-38.55N•mi=316

Mcv=F4v•（L2+L3）+Fa2•d2/2-Fr2•L3=436.49•（0.023+0.041）+650•0.17369/2-932.56•0.041=46.15N•mi=317

cv=-F3v•（L-L2-L3）=-2701.13•（0.103-0.023-0.041）=-105.34N•mi=318

（4）.绘水平面的弯矩图图2-d

MbH=F4H•L3=-1729.33•0.041=-70.9N•mi=319

bH=F3H•（L-L3）=-4299.46•（0.103-0.041）=-266.57N•mi=320

cH=F3H•（L-L2-L3）=-4299.46•（0.103-0.023-0.041）=-167.68N•mi=321

McH=F3H•（L2+L3）=-1729.33•（0.023+0.041）=-110.68N•mi=322

（5）.求合成弯矩图图2-e

Mb=（Mbv^2+MbH^2）^（1/2）=（（17.9）^2+（-70.9）^2）^（1/2）=73.12N•mi=323

b=（M'

bv^2+M'

bH^2）^（1/2）=（-38.55^2+-266.57^2）^（1/2）=269.34N•mi=324

Mc=（M'

cv^2+M'

cH^2）^（1/2）=（（46.15）^2+（-110.68）^2）^（1/2）=119.92N•mi=325

c=（M'

cH^2）^（1/2）=（（-105.34）^2+（-167.68）^2）^（1/2）=198N•mi=326

截面bi=327

6）.求危险截面处的当量弯矩取危险弯矩为M，从截面中发现其当量弯矩为

Me=（M^2+（α•TⅡ）^2）^（1/2）取α=0.6.可得：

Me=（269.34^2+（0.6×

215.23）^2）^（1/2）=298.7N•mi=328

（7）.计算危险截面处轴的直径

d≥（Me/（0.1•[σ_1b]））^（1/3）=（298.7×

1000/（0.1×

60））^（1/3）=36.79mmi=329

36.79=38.63mmi=330

i=331

9）.轴Ⅲ的设计 

i=332

Ft4=2TⅢ/d2=2×

636.49/0.1554=8191.63Ni=333

Fr4=Ft•tanα=8191.63•tan20°

=3078.63Ni=334

Fa4=Ft/cos20°

=8191.63/cos20°

=2108Ni=335

10）初步确定轴Ⅲ的最小直径

根据《机械设计基础》表14-2，取C=110,于是dmin=C3•（PⅢ/nⅢ）^（1/3）=110×

（4.82/72.32）^（1/3）=31.07mmi=336

1.05×

38=48mmi=337

显然最小值的轴颈肯定是安在联轴器（取标准）故轴Ⅲ的最小直径d7=48mmi=338

根据带轮或者是联轴器的结构可选轴轴向长度l7=96mmi=339

11）轴Ⅲ的结构设计

（1）.为满足带轮的轴向定位要求，1段需要一轴肩故d6=52mmi=340

查手册选取单列角接触球轴承7013ACi=3