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吴朝辉

重庆机电职业技术学院

课程设计说明书

名称：

机械设计基础课程设计

题目：

带式输送机传动装置

学生姓名：

吴朝辉

专业：

2009级机电设备维修与管理

班级：

一班

学号：

1260720121352

指导教师：

曾永华

日期：

2011年3月10日

重庆机电职业技术学院

前言

为了适应现代化建设的要求，培养高素质的专门人才，特开设了机械设计课程。

机械设计在机械中占有重要地位。

为了突出和加强培养学生的综合设计能力和创新能力，总结近年来的相关课程设计经验，开设了机械设计综合教程。

其主要特点：

强调机械设计中总体设计能力的培养，将原机械设计和机械设计课程设计内容整合为一个新的综合课程设计体系，将学生在机械设计系列课程中所学的有关机构原理方案设计、运动和动力学分析、机械零部件设计理论、方法、结构及工艺设计等内容有机地结合，进行综合设计实践训练，使课程设计与机械设计实际的联系更为紧密。

加强学生对机械系统创新设计能力的培养，增加了机械构思设计和创新设计等内容，对学生的方案设计内容和要求有所加强，以利于增强学生的创新能力和竞争意识。

由于本设计时间仓促，工作量大，又缺乏经验，加上设计者水平有限，设计过程中有不完善之处，请老师和同学指正。

一、设计题目

带式输送机传动装置

二、主要内容

运输带工作拉力F=____2600_____N

运输带工作速度V=____1.4_____m/s

卷筒直径D=____450_____mm

工作条件：

（1）工作情况：

两班制，连续单向运转，载荷较平稳，运输带速度允许误差为+5%；

（2）使用折旧期：

五年；

（3）动力来源：

电力，三相交流，电压380/220V；

（4）滚筒效率：

0.96（包括滚筒与轴承的效率损失）。

表1-2原始数据

参数

题号

运输带工作拉力F/（KN）

3.2

3.4

3.5

2.8

2.6

运输带工作速度V/（m/s）

1.5

1.6

1.8

1.5

1.4

卷筒直径D/（mm）

400

450

参数

题号

运输带工作拉力F/（N）

2.4

2.2

2.1

运输带工作速度V/（m/s）

1.5

1.4

1.5

卷筒直径D/（mm）

400

500

三、具体要求

本课程设计要求在1周时间内完成以下的任务：

（1）绘制减速器装配图1张（A2图纸，手工绘图）；

（2）设计计算说明书1份，约3000字左右。

四、进度安排

次序

设计内容

时间分配（天）

指导老师介绍课程设计注意事项

3月1日

拟定设计方案

3月2日~3月3日

传动件和轴的设计计算

3月4日~3月5日

画装配图

3月5日~3月7日

编写设计说明书

3月8日~3月9日

一设计任务分析5

1.1本课程设计的目的5

1.2本课程设计的内容、任务及要求5

1.3课程设计的步骤6

二传动装置的总体设计7

2.1选择电动机7

2.2计算总传动比和分配传动比8

2.3计算传动装置的运动和动力参数9

2.4传动零件的设计计算……………………………………………………9

三输出轴的校核…………………………………………………………………11

四键的选择……………………………………………………………………14

五、箱体的选择和尺寸确定………………………………………………………15

六设计心得体会16

参考文献16

一设计任务分析

1.1本课程设计的目的

（1）通过课程设计使学生运用机械设计基础课程及有关先修课程的知识，起到巩固、深化、融会贯通及扩展有关机械设计方面知识的作用，树立正确的设计思想。

（2）通过课程设计的实践，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机械零件、机械传动装置或简单机械的一般设计方法和步骤。

（3）提高学生机械设计的基本能力，如计算能力、绘图能力以及计算机辅助设计（CAD）能力等，使学生具有查阅设计资料（标准手册、图册等）的能力，掌握经验估算等机械设计的基本技能，学会编写一般的设计计算说明书。

1.2本课程设计的内容、任务及要求

1.2.1课程设计的内容

（1）拟定和分析传动装置的设计方案；

（2）选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数；

（3）进行传动件的设计计算及结构设计，校核轴、轴承、联轴器、键等零部件的强度，选择润滑和密封方式；

（4）绘制减速器装配图；

（5）绘制零件工作图；

（6）编写设计计算说明书，准备答辩。

1.2.2课程设计的任务

（1）手工绘制减速器装配图1张（用A1或A0图纸绘制）；

（2）绘制零件工作图1～2张（齿轮、轴、箱体等）；

（3）编写设计计算说明书一份，约3000字。

1.2.3课程设计的要求

（1）认真阅读任务书，了解设计题目及设计内容，搞清所要涉及的传动装置包含哪些机构及传动路线；

（2）认真阅读课程设计指导书有关总体设计及传动件设计计算的章节，开始设计计算；

（3）树立正确的设计思想，在整个设计过程中力求培养自己认真、踏实、一丝不苟的工作作风，认真对待每一个设计细节，要经得起反复的修正，不能敷衍，必须树立保质、保量。

按时完成任务的思想；

（4）要有意识的复习先修课程中的有关知识，认真阅读各种有关资料，充分发挥自己的主观能动性，只有这样才能达到培养综合设计技能的要求。

1.3课程设计的步骤

1.3.1设计准备工作

（1）熟悉任务书，明确设计的内容和要求；

（2）熟悉设计指导书、有关资料、图纸等；

（3）观看录像、实物、模型或进行减速器装拆实验等，了解减速器的结构特点与制造过程。

1.3.2总体设计

（1）确定传动方案；

（2）选择电动机；

（3）计算传动装置的总传动比，分配各级传动比；

（4）计算各轴的转速、功率和转矩。

1.3.3传动件的设计计算

（1）计算齿轮传动（或蜗杆传动）、带传动、链传动的主要参数和几何尺寸；

（2）计算各传动件上的作用力。

1.3.4装配图的绘制

（1）确定减速器的结构方案；

（2）绘制装配图草图，进行轴、轴上零件和轴承组合的结构设计；

（3）校核轴的、键链接的强度，校核滚动轴承的寿命；

（4）绘制减速器的箱体结构；

（5）绘制减速器的附件。

1.3.5装配图的绘制

（1）画底线图，画剖面线；

（2）选择配合，标注尺寸；

（3）编写零件序号，列出明细栏；

（4）加深线条，整理图面；

（5）书写技术条件、减速器特性等。

1.3.6零件工作图的绘制

（1）绘制齿轮类零件的工作图；

（2）绘制轴类零件的工作图；

（3）绘制其他零件的工作图（有指导老师确定）。

1.3.7编写设计说明书

（1）编写设计计算说明书，内容包括所有的计算，并附有必要的简图；

（2）写出设计总结，一方面总结设计课题的完成情况，另一方面总结个人所作设计的收获、体会以及不足之处。

1.3.8答辩

（1）作答辩准备；

（2）参加答辩。

二传动装置的总体设计

2.1选择电动机

2.1.1选择电动机类型

电动机一般工厂都采用三相交流电，因而多采用交流电动机，按工作要求和条件，选用Y系列自扇冷式笼型三相异步电动机，封闭式结构，电压380V，其结构简单，工作可靠，启动性能好，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体，无特殊要求的场合。

2.1.2选择电动机功率

（1）选择电动机类型

按工作要求选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V。

（2）选择电动机的容量

电动机所需工作功率为

nw=60×1000V/πD=（60×1000×1.4）/（π×4500）=59.45r/min

其中联轴器效率

4=0.99,滚动轴承效率（2对）

2=0.99,闭式齿轮传动效率

3=0.97,V带效率

1=0.96,滚筒效率

3=0.96代入得

传动装装置总效率：

＝122345＝0.867

工作机所需功率为：

PW=F·V/1000=2600×1.4/1000=3.64kW

则所需电动机所需功率

Pd=PW/=3.64/0.867=4.198kw

因载荷平稳,电动机额定功率

略大于

即可由《机械设计基础实训指导》附录5查得Y系列电动机数据，选电动机的额定功率为5.5kw.

2.1.3确定电动机转速

卷筒轴工作转速:

由nw=59.45r/min,v带传动的传动比i1=2～4；闭式齿轮单级传动比常用范围为i2=3～10，则一级圆柱齿轮减速器传动比选择范围为：

I总=i1×i2＝6～40

故电动机的转速可选范围为

nd=nw×I总=59.45×（6～40）=356.7r/min～2378r/min

符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min、1500r/min。

可供选择的电动机如下表所示：

表2.1电动机数据及总传动比

方案

电动机型号

额定功率Kw

同步转速/满载转速

（r/min）

Y132S—4

5.5

1500/1440

Y132M—6

5.5

1000/970

Y160M2—8

5.5

750/720

则可选用Y132S—4电动机，满载转速为1440

，额定功率为5.5KW。

2.2计算总传动比和分配传动比

2.2.1计算总传动比

传动装置的总传动比为：

IZ=1440/59.45=24.22

2.2.2分配传动装置的各级传动比

V带的传动比为I1=3

减速器的传动比为i2=Iz/I1=24.22/3=8.07

2.3计算传动装置的运动和动力参数

2.3.1各轴转速、输入功率、输入转矩及电动机轴的输出转矩:

P0=Pd＝5.5kw

n0=nd=1440r/min

T0=9550·P0/n0=9550×5.5/1440=52.525N·m

1轴（高速轴既输入轴）

P1=P0·1·=57.5×0.96＝5.28kw

n1=n0/i1=1440/3=480r/min

T1=9550·P1/n1=9550×5.28/480=105.05N·m

2轴（低速轴既输出轴）

P2=P1·3·2=5.28×0.97*0.99＝5.07kw

n2=n1/i2=480/8.07=59.48r/min

T2=9550·P2/n2=9550×5.07/59.48=814.03N·m

根据以上数据列成表格为：

表2.2各轴的运动和动力参数

轴名

功率P/kw

转距T/N.m

转速n/（r/min）

传动比

电动机轴（0轴）

5.5

52.525

1440

1轴

5.28

143.25

480

2轴

5.07

814.03

81.21

8.07

已知电动机额定功率P=5.5kw,转速1440r/min,各轴的转速如：

转动轴

电机轴（0轴）

输入轴（1轴）

输出轴（1轴）

转速n

1440

480

59.48

齿数比

8.07

电动机驱动，工作寿命年限为5年，两班制工作，连续单向运转，载荷较平稳。

2.4传动零件的设计计算

2.4.1箱外传动件的设计

（1）大带轮轮廓宽度的确定

当带轮直接装在电动机轴或减速器轴上时，应取毂孔直径等于电动机或减速器的轴伸直径，也等于小带轮宽度。

2.4.2箱内传动件的设计

2.4.2.1圆柱齿轮传动

1、输送机为一般工作机器，转动速度不高,为普通减速器，故选用9级精度（GB10095-88），要求齿面精糙度

。

选择小齿轮材料为45钢（调质），其硬度选为250HBS,大齿轮为45钢（正火）,其硬度选为200HBS,

2、按齿面接触疲劳强度设计

①、转矩T1

T1=

=9.55×106×5.28/480=1.05×105N·mm

②载荷系数K及材料的弹性系数ZE

查表7-10取K=1.1，查表7-11取ZE=189.8MPa1/21/2

③、齿数z1和齿宽系数Ψd

取小齿轮的齿数z1=20，则大齿轮的齿数z2=z1×i=20×8.07=161.4。

取118。

对称布置、软齿面，查表7-14取Ψd=1

④、许用接触应力【σН】

由图7-25查得σНlim1=600Mpa，σНlim2=550Mpa

N1=60njLh=60×480×1×（5×52×5×16）=5.99×108

N2=N1/i=5.99×108/8.07=7.42×107

由图7-24查得ZN1=1.03,ZN2=1.16（允许有一定的点蚀）

由表7-9查得SH=1

根据以下公式可得

【σН】1=（ZN1·σНlim1）/SH=（1.03×600）/1=618Mpa

【σН】2=（ZN2·σНlim2）/SH=（1.16×550）/1=638Mpa

则

d1≥

=59.9mm

m=d1/z1=59.9/20=2.99mm

由表7-2取标准模数m=3mm

3、主要尺寸计算

d1=mz1=3×20=60mm

d2=mz2=3×118=354mm

b=Ψdd1=1×60=60mm

经圆整后取b2=60mm，b1=b2+5=65mm

da1=d1+2ha=（20+2）×3=66mm

da2=d2+2ha=（118+2）×3=360mm

df1=d1-2hf=（20-2×1-2×0.25）×3=52.5mm

df2=d2-2hf=（118-2×1-2×0.25）×3=346.5mm

a=0.5m（z1+z2）=0.5×3×（20+118）=207mm

4、按齿根弯曲疲劳强度校核

①齿形系数YF

由表7-12查得YF1=2.81，YF2=2.14

②应力修正系数YS

由表7-13查得YS1=1.56，YS2=1.88

③许用弯曲应力【σF】

由图7-26查得σFlim1=445，σFlim2=335

由表7-9查得SF=1.3

由图7-23查得YN1=0.89YN2=0.93

则

【σF】1=YN1·σFlim1/SF=0.89×445/1.3=304.65Mpa

【σF】2=YN2·σFlim2/SF=0.93×335/1.3=239.65Mpa

故

σF1=YF1·YS1（2KT1）/（bm2z1）=2.81×1.56×2×1.1×1.43×105/（60×32×20）=127.69Mpa≤【σF】1=304.65Mpa

σF2=σF1·YF2·YS2/YF1·YS1=127.69×2.14×1.88/2.81×1.56=117.19Mpa≤【σF】1=239.65Mpa

齿根弯曲疲劳强度校核合格。

5、验算齿轮的圆周速度v

V＝

＝

＝1.51m/s

由表7-7可知，选9级精度是合适的。

根据以上数据可以制成表格：

齿轮参数

法向模数

m=3

齿数

z1＝20

z2＝118

齿顶圆直径

da1＝66

da2＝360

螺旋角

＝0°

齿根圆直径

df1＝52.5

df2＝346.5

中心距

a=207

分度圆直径

d1＝60

d2＝354

齿轮宽度

b1＝65

b2=60

6、选择润滑方式

闭式齿轮传动，，齿轮的圆周速度v≤12m/s,常将大齿轮的轮齿浸入油池中进行浸油润滑（推荐使用中负荷工业齿轮油，润滑油运动粘度

.）

2.4.2.2轴的设计

1）低速轴

低速轴上装有齿轮、带轮和联轴器，齿轮靠轴环、套筒固定，右端轴承采用端盖和套筒固定，左端盖用轴肩和端盖进行固定。

齿轮和左端轴承从左端进行装卸。

因为右端被一个固定轴环所阻隔了。

1轴的各段直径的确定

与联轴器相连的轴段是最小直径，取d1=50mm；联轴器定位轴肩的高度取h=2mm，则d2=54mm；选6311型轴承，则d3=55mm；左端轴承定位处用大小直径分别为70mm和55mm以及厚度为10mm的圆筒对齿轮进行限制；轴承右端定位肩高度取h=2mm，则b6=58mm；与齿轮配合的轴段直径d4=58mm，齿轮的定位轴肩高度取h=10mm，则d5=78mm。

②轴上零件的轴向尺寸及其位置

轴承宽度b=27mm，齿轮的宽度B1=70mm，联轴器的宽度B2=80mm，轴承端盖宽度为20mm，齿轮与轴承之间的垫环取其厚度为5mm，轴上左侧轴承与齿轮之间的套筒和轴上右侧的轴肩的厚度均为10mm联轴器与箱体之间的距离为40mm。

与之对应的轴的各段长度分别为L1=80+40+5=125mm，L2=27+70+10=107mm，L3=10+27=37mm。

轴的长度为

La=L1+L2+L3=269mm

图2.2低速轴

2）高速轴

高速轴上装有轴承和带轮，高速轴上面的齿轮设计为与轴连为一体。

所以高速轴上面的齿轮不需要装卸，整个轴依靠轴上两端的轴环来固定。

①轴上各段直径的确定

与带轮相连的轴段是最小直径，，取d1=40mm，带轮定位轴肩的高度取h=2mm，则d2=44mm，轴环高度取h=10mm，则d3=64mm，高速轴的齿轮分度圆直径为62.5mm，选用6309型号的轴承。

②轴上零件的轴向尺寸及其位置

轴承的宽度b=25mm，齿轮的宽度B=65mm，齿轮与箱体内侧之间的距离均取2.5mm，轴环的宽度取10mm，轴承端盖的宽度为20mm，轴承与端盖之间的垫环的厚度取5mm，带轮与箱体之间的距离取30mm，带轮的宽度取15mm。

与之相对应的各段轴的长度为L1=15+30+20+5=70mm，L2=70+10+25=105mm，L3=10+25=35mm

高速轴的长度为

Lb=L1+L2+L3=210mm

图2.3高速轴

五、输出轴上的强度校核

1、已知P2=5.07kwn2=59.48r/min所以T2=9.55×106P/n1=812590.81N.mm

则：

轴上直齿轮上的周向力

Ft1=

径向力

Fr1=

2、轴的结构图，做出轴的计算简图。

确定轴承的支点的位置时，应从手册中查取值。

因此，作为简支梁的轴的支承跨距分别为55mm、10mm、15mm。

载荷

水平面H

垂直面V

支反力F

FNH1=1846.57N,FNH2=2677.41

FNV1=3211.41N,FNV2=-184.67N

弯矩M

MH=326544.94N·mm,

MV1=184652.27N·mm

MV2=-3528N·mm

总弯距

M1=

375137.39N·mm

M2=

326563.99N·mm

弯矩T

T=812590.81N·mm

3、按弯扭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C）的强度。

根据式及上表中的数据，以及轴单向转动，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的应力计算如下：

σr3=

49.21Mpa

轴的材料为45钢,调质处理,[σ]=200Mpa,σr3<[σ],故轴非常安全。

六、键的选择

齿轮、V带轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。

根据轴的直径可由《机设基础》表10-7、10-8查得：

在输入轴上V带轮与轴连接平键截面b*h=8mmx7mm，L=22mm

齿轮与轴连接平键截面b*h=14mmx9mm，L=56mm

在输出轴上半联轴器与轴连接平键截面b*h=16mmx10mm，L=50mm

齿轮与轴连接平键截面b*h=18mmx11mm，L=50mm

键槽均用键槽铣刀加工，同时为了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为

；同样，半联轴器与轴的配合为

。

滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。

七、箱体的选择和尺寸确定

（1）箱座尺寸的选择和尺寸确定

箱体的选择要求和轴与其它零件要配合使用，误差不能太大。

本次设计的减速器输入轴和输出轴均有一端伸出箱体与联轴器联接,故采用中间的长度,最能准确的确定箱体的宽度。

查表4-2得

箱体的数据初定为：

箱座壁厚：

δ=0.025a+1≥8,则取δ=10mm

箱盖壁厚:

δ1=0.025a+3≥8,则取δ1=10mm

箱座凸缘的最小厚度：

b=1.5δ=15mm,故取b=20mm

箱盖凸缘的最小厚度:

b1=1.5δ1=15mm,故取b=20mm

箱座底凸缘的的最小厚度：

故取b2=30mm

箱盖上凸缘的的最小厚度b2’=2.5=25mm,故取b2’=30mm

地脚螺栓的最小直径:

df=0.036a+12=19.45mm,故取df=20mm

地脚螺栓数目：

轴承旁连接螺栓直径d1=0.75df=15mm，取螺栓为M16

箱盖与箱座连接螺栓直径：

d2=0.5df=10mm，取螺栓为M10

连接螺栓

的间距：

l=125～200,取l=200mm

轴承端盖螺栓的直径:

d3=0.5df=10mm,故取d3=10mm

检查孔盖螺钉直径：

d4=0.4df=8mm

定位销直径：

d=0.8d2=8mm

df、d2、d1至外箱壁的距离C1=30mm

df、d2至凸缘边的距离C2=30mm

轴承旁凸台半径R1=C2=30mm

凸台高度h=50mm

外箱壁至轴承座端面距离l1=C1+C2+10=70mm

齿轮顶圆与内箱壁的距离Δ1>1.2δ=15mm

齿轮端面与箱体内壁的距离Δ2>δ，

取Δ2小=17.5mm，Δ2大=15mm

箱盖、箱座肋厚m1=0.85δ1=8.5mm、m2=0.85δ=8.5mm

轴承端盖外径D2入=D入+5d3=118mm、D2出=D出+5d3=145mm

轴承端盖上螺钉的数目都为4

轴承旁连接螺栓的距离S入=D入+2d1=98mm、S出=D出+2d1=125mm

箱座内的深度Hd=d大/2+31.5=210mm

箱座总高度H=Hd+δ+10=230mm

箱座内的宽度Ba=15+15+65=95mm

螺纹油塞的直径:

d油=12mm,取M12x1.25

八.设计小结

通过这次设计，使我加深了对所学知识的理解，并对于展开式减速的基本理论、基本方法有一个系统的完整概念，培养了我综合运用所学知识独立解决齿轮、轴、轴承、箱体设计中的实际问题的能力和开发创新精神。

另外，还锻炼了我对于实际问题如何思考，如轴的强度、轴承的寿命、齿轮失效等问题。

以及怎样在工程上合理的设计和解决问题的能力,最大的收获就是学会了怎么把平时学的理论知识运用到现实中去。

当然，在实际的设计过程中，也存在很多问题，在今后的学习与实践中，我会更加注意自己在设计中的不足之处，不断改进和提高自身水平。

另外，我对齿轮的啮合的设计也有了一个全面的认识，同时，也发现自己在理论知识的运用和动手实践等方面的能力有待加强。

总之，在这次设计中，我学到了很多东西，包括团队合作精神以及那些在课程中应

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