资源描述
^.
本设计要求的转矩较大，故部分齿轮和轴选用40Cr为材料，如转矩较小，可使用45#钢
机械设计课程设计
说 明 书
机械工程与自动化学院
机械工程及自动化专业
机械 班
学号：
设计者：
指导老师：
2013年6月19日
目 录
1. 设计任务书┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3
2. 电动机的选择计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3
3. 传动装置的运动与动力参数的选择和计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄4
4. 传动零件的设计计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9
5. 轴的设计计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄18
6. 轴的强度校核┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄19
7. 滚动轴承的选择和寿命验算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄24
8. 键联接的选择和验算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄25
9. 联轴器的选择┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄26
10. 减速器的润滑及密封形式┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄26
11. 参考资料┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄26
一．设计任务书
1） 设计题目 ：设计胶带输送机的传动装置
2） 工作条件：
工作年限
工作班制
工作环境
载荷性质
生产批量
10
2
多灰尘
稍有波动
小批
3） 技术数据
题 号
滚筒圆周力F(N)
带 速v(m/s)
滚筒直径 D(mm)
滚筒长度 L(mm)
ZL-20
48000
0.24
400
1000
二． 电动机的选择计算
1） 选择电动机系列
根据工作要求及工作条件应选用三相异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y系列。
2） 选择电动机功率
滚筒转动所需要的有效功率为
传动
按表4.2-9取:
弹性联轴器效率 η弹联=0.99
闭式齿轮啮合效率 η齿=0.97
联轴器效率 η联=0.99
滚动轴承效率 η承=0.99
开式齿轮啮合效率 η开齿=0.94
滚筒效率 η筒=0.96
则传动总效率
所需的电动机的功率为
3).选择电机的转速
滚筒轴转速为
查表4.12-1选Y型三相异步电动机Y180L—6型，额定功率 15kw, 同步转速1000r/min,满载转速970r/min。 同时，由表4.12-2查得电动机中心高 H=180mm，外伸轴段 DE=48mm 110mm。
传动总效率
η=0.791
所需的电动机功
率
选Y型三相异
步电动机
Y180L—6型
三 传动装置的运动及动力参数计算
（一）. 分配传动比
1） 总传动比:
2）各级传动比的粗略分配
根据总传动比（i=83.33），以及各种机械传动推荐的传动比范围，各级传动比分配如下：
由表4.2-9 取 则减速器的传动比：
取两级齿轮减速器高速级齿轮传动比为：
减速箱内低速级齿轮传动比为
（二） 各轴功率、转速和转矩的计算
1． 0轴：即电动机的主动轴
2． Ⅰ轴： 即减速器的高速轴
3.Ⅱ轴：即减速器的中轴
总传动比:
i=83.33
4.Ⅲ轴：即减速器的低速轴
5. Ⅳ轴： 即传动轴
6.Ⅴ轴： 即传动滚筒轴
各轴运动及动力参数
轴序号
功率P(kw)
转速n(r/min)
转矩(N.m)
传动形式
传动比
效率η
0
14.223
970
140
弹性联轴器
1.0
0.99
Ⅰ
14.081
970
138.63
闭式齿轮
4.33
0.96
Ⅱ
13.522
224.02
576.44
闭式齿轮
3.21
0.96
Ⅲ
12.985
69.79
1776.86
联轴器
1.0
0.98
Ⅳ
12.727
69.79
1741.55
开式齿轮
6
0.94
Ⅴ
11.831
11.63
9715.05
（三） 设计开式齿轮
小齿轮 40Cr 表面淬火 齿面硬度 48-55HRC
大齿轮 45#钢 表面淬火 齿面硬度 40-50HRC
按齿根弯曲疲劳强度确定模数
初选小轮的齿数为 Z5=20，那么，
应力循环次数
N1=60n4jLsh=6069.791(1030016)=2.0108
N2=N1/i=3.3107
初选,
由图5-18b，得
由图5-19，得
由图 5-15，得
由图 5-14，得 初取
由式5-32，得YX=1.0。
取YST=2.0，SFmin=1.4
由式5-31计算许用弯曲应力
>
取计算
取KYE=1.1，
由表5-3，按电机驱动载荷稍有波动 取KA =1.10
得Kv=1.001。
由表5-4，Kα=1.2
按机械原理知识计算重合度
齿顶圆直径
压力角
齿轮基圆直径
齿顶压力角
与KtYEt相近，无需修正则m=6
开式齿轮主要参数
Z5=20 i=6 d5=120 da5=132 df5=105 b5=84
Z6=120 m=6 d6=720 da6=732 df6=705 b6=90
开式齿轮
i=6
m=6mm
z4=20,z5=120
四．传动零件的设计计算
（一）减速器高速级齿轮的设计计算
1） 材料的选择：
高速级的小齿轮选择40Cr,表明淬火。齿面硬度为48-55HRC
大齿轮材料选用45钢,表明淬火。齿面硬度为40-50HRC
计算应力循环次数
查图5-17，ZN1=1.0 ZN2=1.05
由式5-29，ZX1=ZX2=1.0 ，
取SHmin=1.0 ZW=1.14 ZLVR=0.92
由图5—16得 ,
计算许用接触应力
因，故取
2）按齿面接触强度确定中心距
小轮转矩T1=138000Nmm
初定螺旋角β=
初取
由表5-5得
减速传动,取。
由式（5-41）计算ZH
端面压力角
基圆螺旋角
由式（5-39）计算中心距a
取中心距a=140mm。
估算模数 mn=(0.007～0.02)a=1.05～3 mm
取标准模数mn=2mm。
小齿轮齿数
取整，
大齿轮齿数 。
取整，
实际传动比 =4.26
传动比误差
，
在允许范围内。
修正螺旋角
与初选β=130相近,ZH`Zβ可不修正.
齿轮分度圆直径
中心距a=140mm
模数mn=2mm
z1=26，z2=111
螺旋角
圆周速度 ,
(3) 验算齿面接触疲劳强度
由表5-3,取KA=1.35。
由图5-4b，按8级精度和，
得Kv=1.04
齿宽。
b/d1=56/50.88=1.1006
由图5-7a，得Kβ=1.113。
由表5-4，得Kα=1.4。
载荷系数
计算重合度
齿顶圆直径
端面压力角
齿轮基圆直径
端面齿顶压力角
齿轮分度圆直径
齿轮精度为8级
则
则齿面接触应力
（4） 验算齿根弯曲疲劳强度
由图5-18b，得
由图5-19，得
由图 5-15，得
取YST=2.0，SFmin=1.4
由式5-31计算许用弯曲应力
由图5-14得YFa1=2.65，YFa2=2.22
由图5-15得YSa1=1.93，YSa2=1.96
＞1.0，
（5）齿轮主要几何参数
z1=26,z2=111,u=4.33
mn=2mm,β=11.880,mt=mn/cosβ=2/cos11.880=2.04mm,
d1=53.36mm,d2=227.83mm,da1=54.88mm,da2=2221.24mm,
df1=48.36mm, df2=222.83mm
a=140mm,b2=b=56mm,b1=b2+(5～10)=65mm
（二） 减速器低速级齿轮的设计计算
1).材料的选择：
高速级的小齿轮选择40Cr,表明淬火。齿面硬度为48-55HRC
大齿轮材料选用45钢,表明淬火。齿面硬度为40-50HRC
计算应力循环次数
查图5-17，ZN3=1 ZN4=1.05 ，由式5-29，ZX3=ZX4=1.0 ，
取SHmin=1.0 ZW=1.14 ZLVR=0.92
按齿面硬度50HRC，45HRC，由图5-16b，
得，
计算许用接触应力
因，故取。
2） 按齿面接触强度确定中心距
小轮转矩T1=576440Nmm
初定螺旋角β=，
初取， 由表5-5得
减速传动，;取
由式（5-41）计算ZH
端面压力角
基圆螺旋角
由式（5-39）计算中心距a
取中心距a=170mm。
估算模数mn=(0.007~0.02)a=1.19—3.4mm
取标准模数mn=2.5mm。
中心距a=170mm
模数mn=2.5mm
小齿轮齿数
大齿轮齿数
取z3=32，z4=102
实际传动比
传动比误差
在允许范围内。
修正螺旋角
与初选β=130相近,ZH`Zβ可不修正.
齿轮分度圆直径
圆周速度,
由表5-6,取齿轮精度为8级.
(3) 验算齿面接触疲劳强度
由表5-3,取KA=1.25。
由图5-4d，按8级精度和，
得Kv=1.024。
齿宽
b/d3=68/82.10=0.828
由图5-7a，得Kβ=1.08。
由表5-4，得Kα=1.4。
载荷系数
齿顶圆直径
z3=32，z4=102
齿轮精度为8级
端面压力角
齿轮基圆直径
端面齿顶压力角
由式5-39,计算齿面接触应力
（4）验算齿根弯曲疲劳强度
由图5-18c，得，
由图5-19，得YN3=1.0，YN4=1.0
由式5-32，mn=2.5mm<5mm,故YX3=YX4=1.015。取YST=2.0，SFmin=1.4
由式5-31计算许用弯曲应力
由图5-14得YFa3=2.55，YFa4=2.23
由图5-15得YSa3=1.63，YSa4=1.82。
因＞1.0，
（5）齿轮主要几何参数
z1=32,z2=102,
mn=2.5mm,β=12.050,mt=mn/cosβ=2.5/cos12.050=2.556mm,
d3=82.10mm,d4=263.71mm,da3=87.10mm,da4=268.71mm,
df3=75.85mm, df4=257.46mm
a=170mm,b2=b=68mm,b1=b2+(5～10)=75mm
五 轴的设计计算
（一） 高速轴的设计
条件：电动机型号Y180L-2，满载转速n=970r/min，额定功率P=15W，d电机=48mm轴伸长E=60mm。
轴的材料选45钢，调质处理，传递功率P=14.081，转速n=970r/min。
由表８-２，取A0=110
d=(0.8~1.0)*d电机=(0.8~1.0)*48=38.4~48mm。
选择联轴器
根据传动装置的工作条件拟选用HL3型弹性柱销联轴器。
计算转矩为TC=KT=1.5138.63=207.95Nm
查ML3型梅花形联轴器
Ｔｎ＝250Nm>TC =207.95 Nm, [n]=3300r/min>n=970r/min
取减速器高速轴外伸轴段轴径d=40mm
可选联轴器轴孔直径d1=38mm,d2=d=35mm
因为是小批生产，故轴外伸段采用圆柱形。
（二） 中间轴的设计
轴的材料为45钢, 调质处理，传递功率Ｐ＝13.52W
转速ｎ=224.02ｒ／min。
由表８-２，取A0=110
，取ｄ＝45ｍｍ
（三）低速轴的设计计算
轴的材料为45钢，传递功率Ｐ＝12.98ｋＷ，转速ｎ＝69.79ｒ／ｍin。
由表８-２，取A0=100
,因轴端处需开一个键槽，轴径加大５％，，取ｄ＝60ｍｍ。因为是小批生产，故轴外伸段采用圆柱形。
六. 输出轴的强度校核
低速轴的材料取40Cr，调质处理
查表8—1 得
查表8—3 得
（1） 绘轴的受力简图，求斜齿轮上作用分力及支反力。
Fa4
RAy Ft4 RBy
T1 RAz Fr4 R By
r
RAx
D A 136 C 72 B
L1=136mm L2=72mm
ａ. 垂直面支反力
由 得
由得
b. 水平面支反力
由 得，
由 得，
（2)作弯矩图
a. 垂直面弯矩Mz图
C点
b. 水平面弯矩My图
156N.m
C点左边
合成弯矩图
448N.m
C点左边
（３） 作转矩T图
1176.86N.m
（４） 作计算弯矩Mca图
835
448
该轴单向工作，
转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取α=0.6
C点左边
C点右边
D点
（５） 校核轴的强度
由以上分析可见，C点弯矩值最大，而D点轴径最小，
所以该轴危险断面是C点和D点所在剖面。
C点轴径
考虑到键槽的影响轴径加大5%
。
该值小于原设计该点处轴径72mm，故安全。
D点轴径
考虑到键槽的影响轴径加大5%
。
该值小于原设计该点处轴径60mm，故安全。
（6）精确校核轴的疲劳强度
Ⅰ剖面因键槽引起的应力集中系数由附表1-1，查得，
Ⅱ剖面因过渡圆角引起的应力集中系数由附表1-2：
按插值法查得 ，
因Ⅰ、Ⅱ剖面主要受转矩作用，起主要作用，故校核Ⅱ剖面。
Ⅱ剖面产生的
45钢的机械性能查表8-1，
得，
绝对尺寸影响系数由附表1-4，
得，
表面质量系数由附表1-5，
得,
查表1-5，
得，
Ⅱ剖面安全系数
取，，所以Ⅱ剖面安全。
b.校核ⅥⅦ剖面的疲劳强度
Ⅵ 剖面因配合(H7/r6)引起的应力集中系数由附表1-1，
查得， 因过渡圆角引起的应力集中系数由附表1-2：
所以， 。
应按过渡圆角引起的应力集中系数校核Ⅵ剖面。
Ⅵ剖面承受的弯矩和转矩分别为
Ⅵ 剖面产生正应力及其应力幅、平均应力为
Ⅵ剖面产生的扭剪应力及其应力幅、平均应力为
由附表1-4，查得,，
表面质量系数由附表1-5，
得,,,表面质量系数同上，
Ⅵ剖面的安全系数按配合引起的应力集中系数计算，
,所以Ⅵ剖面安全。
其它剖面与上述剖面相比，危险性小，不予校核。
七 滚动轴承的选择及其寿命验算
低速轴轴承选择一对30214圆锥滚子轴承。
低速轴轴承校核
工作条件：轴的转速n=69.79r/min，工作中稍有波动，工作温度低于，预计寿命
（１） 计算径向支反力
由轴的强度校核得
轴承支反力
则
（２） 计算派生轴向力
查表9-8，S=R/2Y,查表9-6-3,30214轴承Y=1.4,e=0.42
,
(3)求轴承的轴向载荷A
由图可知，轴系有向左移动趋势，轴1被压紧且
所以
(4)计算当量动载荷P
由＞e=0.4，查表9-10得 X1=0.40，Y2=1.5
由 ＜e=0.4, 查表9-10得 XB=1，YB=0
由表9-7，查取，轴承受力矩载荷，，
所以
(5)校核轴承寿命
因P1>P2，故按P1计算
故圆锥滚子轴承30214适用
八 键联接的选择和验算
低速轴上键的选择与验算
(1) 齿轮处
由轴的结构设计知，该轴段直径d=67mm长度L=65mm,所以选择键 2056GB1095-79，其结构参数为b=20mm h=12mm l=50mm
齿轮材料为40Cr钢，载荷稍有波动，联接方式为静联接。
因，故安全。
(2)联轴器处
由轴的结构设计及联轴器的选择可知，该轴段直径d=60mm，长度L=107mm所以选择键1670 GB1095-79，其结构参数为b=16mm h=10mm l=100mm
联轴器材料为40Cr钢，载荷稍有波动，联接方式为静联接。
所以
因=115mpa，故安全。
九 联轴器的选择
(1)低速轴轴端处选择TL6联轴器 GB5014-85
名义转矩T=9550=9550(15/970)=147 Nm
计算转矩为 TC=KT=1.5147=220.5Nm
Ｔｎ＝250Nm>TC =220.5 Nm, [n]=2800r/min>n=960r/min
(2) 高速轴轴端处选择HL6联轴器 GB5014-85,
名义转矩T=9550＝9550( 12.985/69.79)=1776Nm
计算转矩为TC=KT=1.51776=2664Nm
Ｔｎ＝3150Nm>TC =2664 Nm, [n]=2800r/min>n=69.79r/min
十 减速器的润滑及密封形式选择
减速器的润滑采用油润滑，润滑油选用中负荷工业齿轮油GB5903-86。
油标尺M12,材料Q235A。
密封圈选用GB13871-92旋转轴唇型密封圈。
十一.参考文献:
[1] 孙志礼 何雪宏 何韶君 著 <<机械设计>>
北京 ： 冶金工业出版社 1998
[2] 巩云鹏 孙德志 喻子建 著 <<机械设计课程设计>>
北京 ： 冶金工业出版社 1999
[3] 《机械设计使用手册》
轴承寿命
圆锥滚子轴承30214适用
齿轮处选择键 2050
GB1095-79
安全
联轴器处选择键16100 GB1095-79
安全
高速轴轴端处选择TL6联轴器 GB5014-85
低速轴轴端处选择HL6联轴器 GB5014-85
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