机械设计基础专业课程设计项目说明指导书.doc

成绩：_______

《机械设计基本》
课程设计阐明书

设计题目： 带式输送机传动装置设计
专业班级： 装控--02
学生姓名： 曹梦菲
学 号：
指引教师： 姚贵英

河北工程大学材料工程学院
6月 10 日

《机械设计基本》课程设计任务书
班级：装控― 02 班 学号： 学生姓名：曹梦菲
一、设计题目：胶带输送机传动系统设计
1、机器功能规定

图1-1 传动方案示意图
1－输送带；2－滚筒；3－联轴器；4－减速器； 5－V带传动；6－电动机
胶带输送机是机械厂流水作业线上运送物料惯用设备之一，其重要功能是由输送带完毕运送机器零、部件工作。其传动示意图参见图1-1。
2、机器工作条件
（1）载荷性质 单向运送，载荷较平稳；
（2）工作环境 室内工作，有粉尘，环境温度不超过35°C；
（3）运动规定 输送带运动速度误差不超过5%；滚筒传动效率为0.96；
（4）使用寿命 8年，每年350天，每天16小时；
（5）动力来源 电力拖动，三相交流，电压380/220V；
（6）检修周期 半年小修，二年中修，四年大修；
（7）生产条件 中型机械厂，批量生产。
3、工作装置技术数据
（1）输送带工作拉力： F= 2200 kN；
（2）输送带工作速度： V= 2.4 m/s；
（3）滚筒直径： D= 350 mm.
二、设计任务
1、设计工作内容
（1）胶带输送机传动系统方案设计（涉及方案构思、比选、决策）；
（2）选取电动机型号及规格；
（3）传动装置运动和动力参数计算；
（4）减速器设计(涉及传动零件、轴设计计算，轴承、连接件、润滑和密封方式选取，机体构造及其附件设计)；
（5）V带传动选型设计；
（6）联轴器选型设计；
（7）绘制减速器装配图和零件工作图；
（8）编写设计阐明书；
（9）设计答辩。
2、提交设计成品
需要提交设计成品：纸质版、电子版（以班级学号＋中文姓名作为文献名）各1份。内容涉及：
（1）减速器装配图一张；
（2）零件图2张 (完毕传动零件、轴和箱体名称)；
（3）设计计算阐明书一份。
三、设计中应注意事项
1.计算和绘图应交替进行，并注意随时整顿成果，列表保存。
2.设计中要贯彻原则。（原则件和原则尺寸）
3.全面考虑问题：强度、构造、加工工艺等。
4.设计应有创造性，多方案比较，择优选用。
5.设计过程中注意培养独立工作能力。
6.提交设计成品应符合指引教师给出格式规定。
四、完毕时间
规定在6月10日之前完毕所有设计任务。

指引教师：姚贵英
4月21日

目录
第一章 绪论 1
第二章 总设计方案 2
2.1 传动方案特点 2
2.2 计算传动装置总效率 2
第三章 电动机选取 2
3.1选取电动机类型： 2
3.2选取电动机功率： 3
3.3拟定电动机转速： 3
第四章 总传动比和分派传动比 4
4.1总传动比 4
4.2分派传动比： 4
第五章 运动与动力参数计算 4
5.1各轴转速： 4
5.2各轴功率： 4
5.3各轴转矩： 4
第六章 带传动设计 5
6.1求计算功率 5
6.2选V带型号： 5
6.3求大小带轮基准直径： 5
6.4验算带速： 6
6.5求V带基长与中心距a: 6
6.6验算小轮包角： 6
6.7求V带根数z： 7
6.8求作用在带轮轴上压力: 7
6.9V带轮宽度拟定： 7
第七章 齿轮传动设计计算 8
7.1选取材料及拟定许用应力： 8
7.2按齿面接触强度设计： 8
7.3验算齿轮弯曲强度： 10
7.4齿轮圆周速度： 10
第八章 轴设计 11
8.1选取高速轴材料、热解决方式： 11
8.2初步估算高速轴最小直径： 11
8.3高速轴构造设计： 11
（1）径向尺寸： 11
（2）轴向尺寸： 12
8.4对高速轴进行弯扭强度校核： 13
8.5选取低速轴材料、热解决方式： 16
8.6初步估算低速轴最小直径： 16
8.7低速轴构造设计： 16
（1）径向尺寸： 16
（2）轴向尺寸： 17
第九章 联轴器及箱体选取 18
第十章 对轴承校核 20
10.1对轴承6208寿命计算： 20
10.2对轴承6212寿命计算： 21
第十一章 普通平键选取及校核 21
11.1带轮处键连接： 21
11.2小齿轮处键连接： 22
11.3大齿轮处键连接： 22
11.4联轴器处键连接： 22
第十二章 润滑方式与密封形式选取 23
12.1润滑方式： 23
12.2密封方式： 23
参照资料 24

第一章 绪论
机械设计课程是培养学生具备机械设计能力技术基本课。 课程设计则是机械设计课程实践性教学环节，同步也是高等工科院校大多数专业学生第一次全面设计能力训练，其目是：
（1）通过课程设计实践，树立对的设计思想，增强创新意识，培
养综合运用机械设计课程和其她先修课程理论与实际知识去分析和解决机械设计问题能力。 
（2） 学习机械设计普通办法，掌握机械设计普通规律。 
（3） 通过制定设计方案，合理选取传动机构和零件类型，对的计算
零件工作能力，拟定尺寸及掌握机械零件，以较全面考虑制造工艺，使用和维护规定，之后进行构造设计，达到理解和掌握机械零件，机械传动装置或简朴机械设计过程和办法。 
（4）学习进行机械设计基本技能训练，例如：计算、绘图、查阅
设计资料和手册、运用原则和规范等。

第二章 总设计方案
2.1 传动方案特点
1.构成：传动装置由电机、V带、减速器、工作机构成。
2.特点：齿轮相对于轴承对称分布。
3.拟定传动方案：考虑到电机转速高，V带具备缓冲吸振能力，将V带设立在高速级。选取V带传动和一级直齿圆柱齿轮减速器。
2.2 计算传动装置总效率
工作机所需电动机输出功率：（为传动总机械效率）
由任务书中运动简图分析可知：

——V带传动效率；
——齿轮传动轴承效率；
——联轴器效率；
——滚筒轴承效率；
——滚筒效率。

查【2】表1-7得：
（初选齿轮为八级精度）
则有：（减速器内部有2对轴承，其机械效率相似，均为）
第三章 电动机选取
3.1选取电动机类型：
依照任务书规定可知：本次设计机械属于恒功率负载特性机械，且其负载较小，故采用Y型三相异步电动机（全封闭构造）即可达到所需规定。此外，依照此处工况，采用卧式安装。
3.2选取电动机功率：
工作机功率：
工作机所需电动机输出功率：（为传动总机械效率）

3.3拟定电动机转速：
滚筒转速为：
取V带传动传动比范畴为：
取单级齿轮传动传动比范畴为：（工程经验）
则可得合理总传动比范畴为：
故电动机转速可选范畴为：
查【2】表12-1，得满足规定可选用电动机转速为：970 r/min、1440 r/min。为了使得电动机与传动装置性能均规定不是过高，故择中选用1440 r/min转速。
其初定总传动比为：
综上，可选定电动机型号为：Y132M-4。其相应参数列于表3-1：

表3-1.电动机有关参数。
电动机型号
额定功率
同步转速
满载转速
总传动比
Y132M-4
7.5KW
1500 r/min(4级)
1440 r/min
10.99

第四章 总传动比和分派传动比
4.1总传动比：
由上一步算得知

4.2分派传动比：
由工程经验知顶分派传动比除了满足、外，还应满足。故取：V带传动比为，齿轮传动比为。
第五章 运动与动力参数计算
5.1各轴转速：
Ⅰ轴：；Ⅱ轴：。
5.2各轴功率：
Ⅰ轴：；
Ⅱ轴：。
5.3各轴转矩：
Ⅰ轴：；
Ⅱ轴：。

表5-1.初步计算传动参数

功率（kW）
初算转速(r/min)
初算转矩(N*m)
Ⅰ轴
6.11
516.13
113.05
II轴
5.87
131.87
425.10

带轮传动比
齿轮传动比

2.79
3.914

第六章 带传动设计
6.1求计算功率
带轮（小）输入功率：，依照任务书所述规定及所选电动机（三相一步电动机，工作于16小时内，载荷变动小（带式输送机））查【1】表13-8，得工况系数：。故有。
6.2选V带型号：
由于此处传动功率适中，考虑到成本，故选用普通V带。依照、查【1】图13-15，可得该交点位于A型区域，故选用A型V带。
6.3求大小带轮基准直径：
查【1】表13-9可知（带轮直径不可过小，否则会使带弯曲应力过大，减少其寿命）。查【2】表12-4得（小轮下端不可超过电动机底座，否则于地面相干涉，设计不合理）。查【1】表13-9下方推荐值，稍比其最小值大即可，故取。
由【1】式13-9得，其中为滑动率（见【1】211页，此取0.02）。
查【1】表13-9下方带轮直径推荐值，寻其近来值得。虽实际取之较原定值小，但实际传动比，其误差，故满足误差范畴。
6.4验算带速：
，在内，适合。（功率恒定期，速度越大则受力越小；但依照公式知，速度越大会使带安装初拉力及其对轴压力增大，故应适中；依照工程实践，得此范畴5到25间）
6.5求V带基长与中心距a:
初步估算中心距：，为圆整计算，取（满足，工程经验）。
由【1】式13-2得带长：，查【1】表13-2，对于A型带选用带长。
再由【1】式13-16反求实际中心距：。
6.6验算小轮包角：
由【1】式13-1得：，适当。
6.7求V带根数z：
由【1】式13-15得：。此处查【1】表13-3得；依照，查【1】表13-5得；由查【1】表13-7得，查【1】表13-2得。故，取整根。
6.8求作用在带轮轴上压力:
查【1】表13-1得。由【1】式13-17得为其安装初拉力。
作用在轴上压力为：。
6.9V带轮宽度拟定：
查【1】表13-10得A型带轮，故有带轮宽度，故取。

表6-1.带传动中基本参数
带型号
长度
根数
A型
1400mm
7根
中心距
带轮直径
宽度
450mm
d1=80,d2=212
48mm
安装初拉力
对轴压力
实际传动比
317.27N
4392.92N
2.704

第七章 齿轮传动设计计算
7.1选取材料及拟定许用应力：
小齿轮：初选45钢，调制解决。查【1】表11-1得知其力学性能如下：
硬度，接触疲劳极限（取585计算，试其为线性变化取均值），弯曲疲劳极限（取445计算）。
大齿轮：初选45钢，正火解决。查【1】表11-1得知其力学性能如下：
硬度，接触疲劳极限（取375计算），弯曲疲劳极限（取310计算）。
由表【1】11-5得：（普通可靠度，取值稍偏高用于安全计算）。由此得：，；
，。
7.2按齿面接触强度设计：
依照前计算可得齿轮传动所需传动比为，Ⅰ轴实际转速为。
设齿轮按8级精度制造，查【1】表11-3得(电动机，中档冲击)，此取1.3计算。查【1】表11-6得齿宽系数为（软齿面，对称分布），此取1计算。则小齿轮上转矩为：
。
齿数取（软齿面，硬齿面），则有，取整得（满足传动比前提下，尽量使两齿数互质）。

端面压力角：
aa1 = arccos[z1cosa/(z1+2ha*)] = arccos[20×cos20°/(20+2×1)] = 31.331°
aa2 = arccos[z2cosa/(z2+2ha*)] = arccos[93×cos20°/(93+2×1)] = 23.09°
端面重叠度：
ea = [z1(tanaa1-tana)+z2(tanaa2-tana)]/2π
= [20×(tan31.331°-tan20°)+93×(tan23.09°-tan20°)]/2π = 1.702
重叠度系数：
Ze = = = 0.875

查【1】表11-4取（锻钢），令取，故有：
上公式中所代是为了安全计算，使得两齿轮均合用。
齿数取（软齿面，硬齿面），则有，取整得（满足传动比前提下，尽量使两齿数互质）。
故实际传动比；
其误差为；
故满足误差范畴。
初估模数为，查【1】表4-1得原则模数为，故实际分度圆直径为：。中心距为：。
初估齿宽为：，圆整取（保证啮合，故取小齿轮比大齿轮宽5到10毫米）。
7.3验算齿轮弯曲强度：
查【1】图11-8，可得齿形系数；齿根修正系数。
由【1】式1-5知：，。安全。
7.4齿轮圆周速度：
，对照【1】表11-2知即可，故选用8级便可达到规定。

表7-1.齿轮传动设计基本参数

材料
热解决
齿数
分度圆直径
齿宽
齿顶高
齿根高
小齿轮
45钢
调制
27
81
90
3
3.75
大齿轮
45钢
正火
105
315
85
3
3.75

模数
齿形角
中心距

3
20°
198

第八章 轴设计
8.1选取高速轴材料、热解决方式：
由于无特殊规定，选取最惯用材料45钢，调制解决。查【1】表14-1得知：
硬度：；强度极限：；屈服极限：；弯曲疲劳极限：。
查【1】表14-3得：弯曲需用应力（静）。
8.2初步估算高速轴最小直径：
由【1】式14-2得：，查【1】表14-2得（取118计算）。故，由于开了一种键槽，故（圆整）。
8.3高速轴构造设计：
依照高速轴上所需安装零件，可将其分为7段，以表达各段直径，以表达各段长度。（处安装大带轮，处安装轴承端盖，处安装一号轴承与套筒，处安装小齿轮，处安装二号轴承）
（1）径向尺寸：
依照惯用构造，取；查【2】1-27知倒角倒圆推荐值为：，故孔（大带轮）倒角推荐值为1mm，故取，由于查【2】表7-12得知毡圈系列中规定轴径均为0、5圆整数，故此修正为；此先选轴承为6208型号轴承（无轴向力，故选深沟球轴承，直径系列选2号轻系列；为便于安装及轴上尺寸基准，选08号内径），查表1知所选轴承内径为40mm，且轴承宽度，故取；为以便加工测量，取（此也为小齿轮内孔直径）；[查表得安装直径，故查表选用“”，故]；对齿轮内孔倒角1.6mm，故取（取52mm）;由于对称分布故，。
（2）轴向尺寸：
由【1】图13-17得：依照大带轮内孔宽（取1.5计算），为防止由于加工误差导致带轮晃动，取；[拟定轴承润滑方式：，故选用脂润滑方式]；为防止箱体内部润滑油渐到轴承上冲走润滑脂，将轴承与箱体内壁距离取不不大于8mm（由于所选套筒长度25mm，故轴承断面到箱体内壁距离取15mm），为适当齿轮传动时散热，取齿轮距箱体内壁为（此取10mm）,故有；套筒档齿轮时，为保证精度取，故同步将修正为；轴环取，故取；由于安装时齿轮箱体轴承均对称分布，取，（涉及越程槽尺寸）；轴承到端盖内壁距离，前所选轴承端盖螺钉知：由【2】11-10中公式得轴承端盖厚度，查【2】表3-9可取A级M8非全螺线螺栓（即）此时取端盖到大带轮扳手空间为，此时取。

图8-1高速轴构造示意图

8.4对高速轴进行弯扭强度校核：
据【1】式11-1可求得：圆周力，径向力（原则安装，故压力角为20°）；依照前轴构造设计可得：带轮中心到一号轴承中距离；一号轴承到齿轮中心距离；齿轮中心到二号轴承中心距离；故有两轴承中心距为。
（1）求垂直面支承反力：
依照受力分析，可列方程：（齿轮在两轴承中心）。故可求得：。

（2）求水平支撑反力：

（3）带轮对轴作用力在指点产生反力：
；（外力F作用方向与带传动布置关于，在详细布置尚未拟定前，可按最不利状况考虑）。
（4）绘制垂直面弯矩图（如图b）：
。
（5）绘制水平面弯矩图（如图c）：
。
（6）力产生弯矩图（如图d）：
。
（7）求合成弯矩图（如图e）：
考虑最不利状况，直接由公式得（其中）。
（8）折合当量弯矩（如图f）：
由前算出,查【1】中246面“由转矩性质而定折合系数”知故，。
（9）作转矩图（如图g）

（10）计算危险截面处轴许用直径：
已知轴上安装小齿轮截面为危险截面，故由【1】式14-6可得：。由此可知，此轴安全。

图8-2高速轴弯扭强度校核图

8.5选取低速轴材料、热解决方式：
由于无特殊规定，选取最惯用材料45钢，调制解决。查【1】表14-1得知：
硬度：；强度极限：；屈服极限：；弯曲疲劳极限：。
查【1】表14-3得：弯曲需用应力（静）。
8.6初步估算低速轴最小直径：
由【1】式14-2得：，查【1】表14-2得（取118计算）。由前计算可知：，故，由于开了一种键槽，故。
8.7低速轴构造设计：
依照低速轴上所需安装零件，可将其分为6段，以表达各段直径，以表达各段长度。（处安装联轴器，处安装轴承端盖，处安装三号轴承与套筒，处安装大齿轮，处安装四号轴承）
（1）径向尺寸：
联轴器初步选取：依照低速轴计算转矩与转速查【2】表8-2可选用凸缘联轴器，型号为“”，可得其轴孔直径为，深孔长度为。
依照上所选联轴器，取；依照密封毡圈原则，取；依照此处尺寸选取6212型号轴承（查表知所选轴承内径为60mm，外径为110mm，且轴承宽度），故取；为以便测量取；[查表得安装直径，故查表11-3选用“”，故]；查【2】1-27知倒角倒圆推荐值为：，故孔（大齿轮）倒角推荐值为2mm，故取；为对称分布，故取。
（2）轴向尺寸：
拟定轴承润滑方式：
故选用脂润滑方式。
依照上定箱体两内壁间宽度可算得大齿轮到箱体内壁距离为12.5mm，为防止箱体内部润滑油渐到轴承上冲走润滑脂，将轴承与箱体内壁距离取不不大于8mm（为套筒尺寸此取27.5mm），故有；套筒档齿轮时，为保证精度取，故同步将修正为；由于安装时齿轮箱体轴承均对称分布，取；（涉及越程槽尺寸）；轴承到端盖内壁距离，由于轴承外径为110mm故，选端盖螺钉为，由【2】11-10中公式得轴承端盖厚度，查【2】表3-9可取A级M8非全螺线螺栓（即）此时取端盖到大带轮扳手空间为，故此取，由上选联轴器可知。
图8-3低速轴构造设计示意图

第九章 联轴器及箱体选取
依照前选出联轴器设计低速轴校核得知，轴满足规定，故联轴器定为：
。

表9-1箱体及其附件重要尺寸
名称
符号
公式与计算
成果取值
箱座壁厚
δ
0.025a+3=0.025×169.5+3=5.2
取8mm
箱盖壁厚
δ1
0.02a+3=0.02×169.5+3=4.4
取8mm
箱盖凸缘厚度
b1
1.5δ1=1.5×8=12
取12mm
箱座凸缘厚度
b
1.5δ=1.5×8=12
取12mm
箱座底凸缘厚度
b2
2.5δ=2.5×8=20
取20mm
地脚螺钉直径
df
0.036a+12=0.036×169.5+12=18.1
取M20
地脚螺钉数目
n
a≤250时，取n=4
取4
轴承旁连接螺栓直径
d1
0.75df=0.75×20=15
取M16
盖与座连接螺栓直径
d2
(0.5-0.6)df=(0.5-0.6)×20=10-12
取M10
连接螺栓d2间距
l
150-200
取150
轴承端盖螺钉直径
d3
(0.4-0.5)df=(0.4-0.5)×20=8-10
取M8
视孔盖螺钉直径
d4
(0.3-0.4)df=(0.3-0.4)×20=6-8
取M6
定位销直径
d
(0.7-0.8)d2=(0.7-0.8)×10=7-8
取8mm
df、d1、d2至外箱壁距离
C1
依照螺栓直径查表
取26、22、16
df、d1、d2至凸缘边沿距离
C2
依照螺栓直径查表
取24、20、14
轴承旁凸台半径
R1
=20
取20
凸台高度
h
依照低速级轴承座外径拟定，以便于扳手操作为准

外箱壁至轴承座端面距离
L1
C1+C2+(5-10)=22+20+(5-10)
取47
大齿轮顶圆与内箱壁距离
Δ1
＞1.2δ=1.2×8=9.6
取12
齿轮端面与内箱壁距离
Δ
＞δ=8
取16
箱盖、箱座肋厚
m1、m
≈0.85δ=0.85×8=6.8
取7

第十章 对轴承校核
10.1对轴承6208寿命计算：
将任务书中有效期限换算为小时得其使用寿命必要不不大于44800小时。依照【1】式16-2知其寿命计算为，查【1】附表1可知其径向基本额定动载荷为，而球轴承取，由上轴校核计算得知其当量动载荷为，故带入公式得：其寿命为，满足规定。
10.2对轴承6212寿命计算：
将任务书中有效期限换算为小时得其使用寿命必要不不大于48000小时。依照【1】式16-2知其寿命计算为，查【1】附表1可知其径向基本额定动载荷为，而球轴承取，由上轴校核计算得知其当量动载荷为，故带入公式得：其寿命为，满足规定。
第十一章 普通平键选取及校核
依照工程经验，此处无特殊规定，故均选用A型平键连接。
11.1带轮处键连接：
由于此处轴径为30mm，查【1】表10-9得：选用，，由于此处转矩不大，选用铸铁为材料，故由表下L系列选用，即。
对平键进行强度校核：查【1】表10-10得其许用挤压应力为（轻微冲击），依照【1】式10-26得：，故符合规定。
11.2小齿轮处键连接：
由于此处轴径为45mm，查【1】表10-9得：选用，，由于此处转矩不大，选用铸铁为材料，故由表下L系列选用，即。
对平键进行强度校核：查【1】表10-10得其许用挤压应力为（轻微冲击），依照【1】式10-26得：，故符合规定。
11.3大齿轮处键连接：
由于此处轴径为65mm，查【1】表10-9得：选用，，由于此处转矩不大，选用铸铁为材料，故由表下L系列选用，即。
对平键进行强度校核：查【1】表10-10得其许用挤压应力为（轻微冲击），依照【1】式10-26得：，故符合规定。
11.4联轴器处键连接：
由于此处轴径为50mm，查【1】表10-9得：选用，，由于此处转矩不大，选用铸铁为材料，故由表下L系列选用，即。
对平键进行强度校核：查【1】表10-10得其许用挤压应力为（轻微冲击），依照【1】式10-26得：，故符合规定。

第十二章 润滑方式与密封形式选取
12.1润滑方式：
由轴设计中拟定轴承润滑方式知：轴承为脂润滑。齿轮为油润滑。
12.2密封方式：
伸出轴端盖处选用毡圈密封。箱盖与箱体间采用安装前涂一层水玻璃方式密封。

参照资料
【1】杨可桢、程光蕴、李仲生等编，机械设计基本，高等教诲出版社，.5
【2】吴宗择、罗圣国等编，机械设计课程设计手册，高等教诲出版社，.5