皮带输送机传动装置设计.doc

机械设计课程设计
计算说明书

课 程 名 称: 机械工程基础课程设计
题 目: 皮带输送机传动装置设计
学院(直属系): 电子科技大学成都学院
年级/专业/班: 2023级机械设计制造及其自动化5班
学 生 姓 名: 周犹彪
学 号:
指 导 教 师: 李世蓉

目录

摘 要..................................................................................................................................................3
第一章 设计题目及重要技术说明................................................................................................4
一、设计题目..............................................................................................................................4
二、重要技术说明内容..............................................................................................................4
第二章 结构设计............................................................................................................................5
2.1传动方案拟定......................................................................................................................5
2.2电动机选择..........................................................................................................................5
2.2.1电动机类型和结构的选择.......................................................................................5
2.2.2电动机容量选择.......................................................................................................6
2.2.3拟定电动机转速.......................................................................................................6
2.3拟定传动装置的总传动比和分派级传动比......................................................................8
2.4传动装置的运动和动力设计：..........................................................................................8
2.4.1运动参数及动力参数的计算...................................................................................8
2.5 V带传动设计....................................................................................................................10
2.6斜齿轮传动的设计............................................................................................................12
2.6.1斜齿圆柱齿轮传动.....................................................................................................12
2.6.2齿面接触强度的计算.................................................................................................12
2.6.3齿根弯曲疲劳强度验算.............................................................................................15
2.7箱体结构设计 ..................................................................................................................17
2.8轴的设计............................................................................................................................18
2.8.1输入轴的设计.........................................................................................................18
2.8.2输出轴的设计.........................................................................................................25
2.9键的强度校核....................................................................................................................31
2.9.1输入轴的键强度校核计算.....................................................................................31
2.9.2输出轴的键强度校核计算.....................................................................................32
2.10联轴器的选择 ..........................................................................................................32 2.11滚动轴承设计 ..................................................................................................................33 2.12润滑油及润滑方式的选择 ..................................................................................................34
设计总结..........................................................................................................................................35
参考文献 ..................................................................................................................................35

摘 要

减速器原理减速器是指原动机与工作机之间独立封闭式传动装置。此外，减速器也是一种动力传达机构，运用齿轮的速度转换器，将马达的问转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超过减速器额定扭矩。
减速器的作用减速器的作用就是减速增矩，这个功能完全靠齿轮与齿轮之间的啮合完毕，比较容易理解。
减速器的种类很多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器以及它们互相组合起来的减速器;按照传动的级数可分为单级和多级减速器;按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥一圆柱齿轮减速器;按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。
齿轮减速器应用范围广泛，例如，内平动齿轮传动与定轴齿轮传动和行星齿轮传动相比具有许多优点，可以合用于机械、冶金、矿山、建筑、轻工、国防等众多领域的大功率、大传动比场合，可以完全取代这些领域中的圆柱齿轮传动和蜗轮蜗杆传动，因此，内平动齿轮减速器有广泛的应用前景。

第一章 设计题目及重要技术说明

一、 设计题目： 皮带输送机传动装置设计

二、重要技术说明内容：
1、设计单级斜齿圆柱齿轮减速器
2、工作条件：
①　 使用年限５年，工作为两班工作制，单向传动；
②　 载荷有轻微振动；
③　 卷筒转速允许误差为5%。
原始数据：输送带拉力F=3400N；
卷筒直径D=300mm；
卷筒转速n=60r/min。
3、 规定完毕工作：
①　 减速器装配图1张（原幅A2）；
②　 轴类零件工作图1张（比例1:1）；
③　 齿轮零件工作图1张（比例1:1）；
④　 设计计算说明书1份；

计算及说明
第二章 结构设计

2.1传动方案拟定
1、设计单级斜齿圆柱齿轮减速器
2、工作条件：单向转动，轻微振动，连续工作，两班制，使用期限5年，卷筒转速允许误差为土5％。
3、原始数据：输送带拉力F=3400N；卷筒直径D=300mm；卷筒转速n=60r/min。

方案拟定：
　　　采用一级斜齿圆柱齿轮传动（传动比4~5），承载能力和速度范围大、传动比恒定、轮廓尺寸小、工作可靠、效率高、寿命长。同时由于弹性联轴器传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应本次设计转矩工况规定，结构简朴，成本低，使用维护方便。

2.2电动机选择
2.2.1电动机类型和结构的选择：
选择Y系列电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷
结果

圆柱传动轮的重要性能参考至机械设计指导书P99-P100页
重要参数：
一级圆柱齿轮传动齿轮，
斜齿传递效率：7级精度一般齿轮传动0.98
单级传动传动比一般范围为4~5；V带传动比一般范围1~3。

总的传动比范围4~15

式鼠笼型三相异步电动机，其结构简朴，工作可靠，价格低廉，维护方便，合用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊规定的机械。

2.2.2电动机容量选择：
电动机所需工作功率为：
式（1）：Ｐd＝／η总(kw)由式(2)：Ｐw＝Fv/1000 (KW)
因此　　 Pd=FV/1000η总 (KW)
由电动机至运送带的传动总效率为：
式中：，，，，分别为V带传动，滚子轴承，斜齿轮传动，联轴器和卷筒的效率。
取
则：　
工作基座的功率
PW=Tn/9550=3.20Kw
所以：电机所需的工作功率：
　　　　Pd = PW/η总
=3.25/0.84155
=3.80 (kw)

2.2.3拟定电动机转速
i总=4~15
基座转速n=60r/min
＝i总 * n=60*（4~15）
=（240~900）r/min
则符合这一范围的同步转速有：750r/min，8级。

电动机计算公式及传动效率引自机械设计指导书99页

电动机技术数据引至设计指导书P263

η总=0.84155

PW=3.20Kw

Pd =3.80Kw

＝i总 * n=60*（4~15）=（240~900）r/min

根据容量和转速，由相关手册查出合用的电动机型号：（如下表）
方案
型号

额定功率
电动机转速
(r/min)
堵转转矩
最大转矩
传动装置传动比
同步转速
满载转速
总传动比
减速器

Y160M1-8
4
750
720
2.0
2.0
12
4.8

此选定电动机型号为Y112M-4，其重要性能：
电动机重要外形和安装尺寸：

基座号
极数
A
B
C
D
E
F
G
H
K
AB
AC
AD
HD
BB
L
160M
4
254
210
108
42
110
12
37
160
15
330
325
255
385
270
600

2.3拟定传动装置的总传动比和分派级传动比：
由选定的电动机满载转速和工作机积极轴转速n
2.3.1可得传动装置总传动为i总=nm/n=720/60=12
V带传动比初分派i1=2.5
i2=i总/i1=4.8
（式中、i2分别为V带传动和斜齿圆柱齿轮传动的传动比）

2.4传动装置的运动和动力设计：
将传动装置各轴由高速至低速依次定为Ⅰ轴，Ⅱ轴，......以及
，i2......为相邻两轴间的传动比
，......为相邻两轴的传动效率
，PIII......为各轴的输入功率 （KW）
，TIII......为各轴的输入转矩 （N·m）
,nIII......为各轴的输入转速 （r/min）
可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数

2.4.1运动参数及动力参数的计算
（1）计算各轴的转数：
Ⅰ轴：= 为发动机满载转速
=720r/min

Ⅱ轴：= / =720/2.5=288 r/min
III轴：= /i2=288/4.8=60 r/min
IV轴：

电动机技术数据引至设计指导书P263

电动机的安装及外形尺寸引至指导书P265

V带传动比i1=2.5

斜齿圆柱齿轮传动比i2=4.8

由指导书P99得到：
η1=0.96
η2=0.98
η3=0.98
η4=0.99

Ⅰ轴转数：
=720r/min
II轴转数：
nII=288 r/min
III轴转数：
nIII=60 r/min
IV轴的转数：

(2）计算各轴的输入功率：
Ⅰ轴：
Ⅱ轴：
III轴：
IV轴：
（3） 计算各轴的输入转矩：
电动机输出电动机轴输入转矩为：
Td=9550·Pd/nm=9550×3.80/720
=50.40 N·m
Ⅰ轴： =
II轴：
III轴：
IV轴：

综合以上数据，得表如下:

参数
轴号
电动机轴I
高速轴II
低速轴III
卷筒轴IV
功率P/kw
720
288
60
60
转速n/
3.80
3.65
3.44
3.27
转矩T/N*m
50.40
121.03
547.53
520.48
传动比i
2.5
4.8
1
效率
0.96
0.941
0.95

2.5 V带传动设计
（1） 拟定V带的型号
kA=1.2 PC=KAP=1.2×4=4.8KW
根据=4.8KW =720r/min,选择A型V带（表11.15）取。
大轮的基准直径：
取（表11.3）。
为带传动的弹性滑动
(2) 验算带速： 带速合适。
（3）拟定V带基准长度和中心距：
根据：
可得应在之间，初选中心距=800mm
带长：

取(表11.4）。
计算实际中心距：
。
（4）验算小带轮包角：
合适。
（5） 求V带根数Z：

今得：

传动比：

由查表得，查表得：，
由此可得：

取Z=4根。
（6）求作用在带轮轴上的压力：
查表得q=0.10kg/m，故得单根V带的初拉力：
作用在轴上压力：
。
（7）拟定带轮的结构尺寸，给制带轮工作图
小带轮基准直径d1=140mm采用实心式结构。大带轮基准直径d2=355mm，采用腹板式结构。

V=5.28m/s

a=854.2mm

Z=4根

小带轮实心式结构
大带轮腹板式结构
2.6、斜齿轮传动的设计：
2.6.1斜齿圆柱齿轮传动
选定齿轮传动类型、材料、热解决方式、精度等级。
按图所示传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动，运送机为一般工作机器，速度不高，故选8级精度
小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为40号钢调质，其硬度为HBCr=241~286,取260HB，大齿应比小齿轮硬度低，选用45号钢调质，齿面硬度为229~286HB，平均硬度240HB。

2.6.2齿面接触疲劳强度的计算
（1） 初步计算
转矩
齿宽系数（表12.13）
估计 Ad=82（表12.16）
初步计算许用接触应力
初步计算小齿轮分度圆直径
d1≥ Ad*mm
取
初步齿宽 b=d1*=1*70=70mm
（2）校核计算
圆周速度V V==1.06m/s<6m/s
齿数z，模数m，螺旋角
取=27，大齿轮齿数=i1·=4.8*27=130

取（表12.3）
和估计接近
精度等级 由表12.6 选8级精度
拟定各参数值
使用系数 =1.35（表12.9）

齿间载荷分派系数 =1.15（图12.9）

圆周系数 Ft==3457N
=66.67N/mm < 100N/mm
==1.68 =

由此可得：
齿向载荷系数:
=A+B=1.2
载荷系数K：

弹性系数：
=189.8
节点区域系数：
=2.42 由图12.16
重合度系数：
=1.01 由式12.31，因

螺旋角系数

许用接触应力：
=

接触应力校核：
=<
计算结果表白齿轮接触疲劳强度适宜，齿轮尺寸无需调整。
(3)拟定传动重要尺寸：
中心距a：

实际分度圆d
=
=
齿宽b：
积极轮：
从动轮：
2.6.3齿根弯曲疲劳强度验算：
齿形系数

（由图12.21）
应力修正系数
（由图12..22）
重合度：
（式12.18）
=
螺旋角系数
（式12.36）
（式12.35）

齿间载荷分派系数： （ 由表12.10）

齿间载荷分布系数（由图12.14）
，=1.36

载荷系数K：
K=***=3.69
许用应力：
==456Mpa
==349Mpa
验算：
==254.7Mpa<
==253Mpa<

传动无严重过载，故不作静强度校核。

8级精度
小齿轮：40号钢，260HB
大齿轮：45号钢，240HB

齿宽系数机械设计P222
引用机械设计P226
引用机械设计P227
d1=70mm
b=70mm

V=1.06m/s

z1=27
z2=130

=1.35 引用机械设计P215
=1.15 引用机械设计P216

Ft=3457N

=1.68

=1.2

K=3.36

=189.8

=2.42

=798Mpa
=690Mpa

=596Ma

a=203mm

=70mm
=336mm

=80mm
=70mm

=0.69

=1.75
引用机械设计P228
=1.36
引用机械设计P217
K=3.69

斜齿圆柱齿轮的参数：
名称
代号
单位
小齿轮
大齿轮
中心距
а
mm
203
传动比
i

4.8
法向模数

mm
2.5
端面压力角
at
　(°)
20
齿数
z

27
130
分度圆直径
d
mm
70
336
齿顶圆直径
da
mm
72.5
338.5
齿根圆直径

mm
66.875
126.875
宽度
b
mm
80
70
材料及齿面硬度
HBS
260
240
分度圆螺旋角

(°)
15

2.7箱体结构设计
箱体结构尺寸选择如下表：
名称
符号
尺寸（mm）
机座壁厚
δ
8
机盖壁厚
δ1
8
机座凸缘厚度
b
12
机盖凸缘厚度
b 1
12
机座底凸缘厚度
b 2
20
地脚螺钉直径

19
地脚螺钉数目
n
4
轴承旁联结螺栓直径
d1
15
机盖与机座联接螺栓直径
d2
10
联轴器螺栓d2的间距
l
150
轴承端盖螺钉直径
d3
8
窥视孔盖螺钉直径
d4
6
定位销直径
d
8
,d1, d2至外机壁距离
C1
22
，d2至凸缘边沿距离
C2
20
轴承旁凸台半径
R1
20
凸台高度
h
根据低速级轴承座外径拟定，以便于扳手操作为准
外机壁至轴承座端面距离
l1
47
大齿轮顶圆与内机壁距离
△1
10
齿轮端面与内机壁距离
△2
10
机盖、机座肋厚
m1 ,m
6.8， 6.8
轴承端盖外径
D2
108,130
轴承端盖凸缘厚度
t
10

2.8轴的设计
2.8.1输入轴的设计
(1) 拟定轴上零件的定位和固定方式 （如图）
1，5—滚动轴承 2—轴环 3—齿轮轴的轮齿段 4—套筒
6—密封盖 7—轴端挡圈 8—轴承端盖 9-轴承端盖10—键
11-V带
(2)按扭转强度估算轴的直径
选用45#调质，硬度217~286HBS
轴的输入功率为=3.65 KW
转速为=288 r/min
根据机械设计课本P314，并查表16-2，取c=110
d≥=25.65mm
考虑有键槽，将直径增大5%，则
d=25.65*（1+5%）=26.93mm
所以，选d=30mm

（3）拟定轴各段直径和长度
从Ⅰ轴右起第一段，V带与轴通过键联接，，查机械手册得
右起第二段直径，轴肩高a=（0.07-0.1），，
根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的规定和箱体的厚度，取端盖的外端面与轴承的左端面间的距离为65mm，则取第二段的长度
右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6008型轴承，其尺寸为d×D×B=40×68×15，那么该段的直径为
长度，考虑1.轴承宽度B=15mm
2.轴承润滑，选用套筒10mm
综上，长度取=25mm
右起第四段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的宽度为80mm，则此段的长度为，由于要留出一点间隙便于安装，所以
右起第五段，为轴环定位段。考虑轴肩，，
右起第六段，为滚动轴承和套筒的位置，所以，

（4） 计算齿轮受力
斜齿轮螺旋角
齿轮直径 小齿
大齿
小齿轮受力：转矩
圆周力
径向力Fr=Ft·tan/cos=1305.25N
轴向力
（5）计算支承反力
根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。
平面的支反力：

垂直面的支反力：
（6）画轴弯矩图
水平面弯矩图 见下图
垂直面弯矩图 见下图
合成弯矩图： 见下图
（7）画轴转矩图
轴受转矩
转矩图 见下图
（8）许用应力
许用应力值 用插值法由表16.3 =110Mpa
=65Mpa
应力校正系数：a==0.59
（9）画当量弯矩图：
当量转矩：=0.59*121030=71517.73N*mm
当量弯矩
在小齿轮截面处：==133117N*mm
轴承处：==179223N*mm
(10)校核轴径：
齿根圆直径：==63.75mm
轴径

（11） 判断危险截面并验算强度
初步分析，III,V,VI三个截面有较大的应力和应力集中。
对V截面进行校核：
轴材料为45号钢调质，
由于，所以[S]=1.4-1.8
所以，
等效系数：
截面V上的应力

应力集中系数

安全系数
弯曲安全系数
扭转安全系数
复合安全系数,S=8.39>1.5[S]
根据校核，V截面足够安全。
对VI截面进行校核：
轴材料为45号钢调质，
由于，所以[S]=1.4-1.8
所以，
等效系数：
截面VI上的应力

应力集中系数

安全系数
弯曲安全系数
扭转安全系数
复合安全系数,S=4.67>1.5[S]
根据校核，VI截面足够安全。

对Ⅲ截面进行校核（运用第三强度理论）：
弯曲正应力：
扭转切应力：

由于
所以，通过校核，截面Ⅲ的安全足够。

2.8.2输出轴的设计
(1) 拟定轴上零件的定位和固定方式 （如图）

1，5—滚动轴承 2—轴环 3—齿轮 4—套筒 6—密封盖
7—键 8—轴承端盖 9—轴端挡圈 10—联轴器

(2)按扭转强度估算轴的直径
选用45#调质，硬度217~286HBS
轴的输入功率为=3.44 KW
转速为=60 r/min
根据机械设计课本P314，并查表16-2，取c=110
d≥=42.4mm
考虑有键槽，将直径增大5%，则
d=42.4*（1+5%）=44.5mm
所以，选d=45mm

（3）拟定轴各段直径和长度
从Ⅰ轴右起第一段，联轴器与轴通过键联接，，查机械手册得
右起第二段直径，轴肩高a=（0.07-0.1），，
根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的规定和箱体的厚度，取端盖的外端面与轴承的左端面间的距离为65mm，则取第二段的长度
右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6011型轴承，其尺寸为d×D×B=55×90×18，那么该段的直径为
长度，考虑1.轴承宽度B=18mm
2.轴承润滑，选用套筒15mm
综上，长度取=33mm
右起第四段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的宽度为70mm，则此段的长度为，由于要留出一点间隙便于安装，所以
右起第五段，为轴环定位段。考虑轴肩，，
右起第六段，为滚动轴承和套筒的位置，所以，

（4）计算齿轮受力
斜齿轮螺旋角
齿轮直径 大齿
大齿轮受力：转矩
圆周力
径向力Fr=Ft·tan/cos=1226.38N
轴向力
（5）计算支承反力
根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。
平面的支反力：

垂直面的支反力：
（6）画轴弯矩图
水平面弯矩图 见下图
垂直面弯矩图 见下图
合成弯矩图： 见下图
（7）画轴转矩图
轴受转矩
转矩图 见下图
（8） 许用应力
许用应力值 用插值法由表16.3 =110Mpa，=65Mpa
应力校正系数：a==0.59
（9）画当量弯矩图：
当量转矩：=0.59*547530=323042.7N*mm
当量弯矩
在大齿轮截面处：==337465.29N*mm
轴承处：==323042.7N*mm
(10)校核轴径：
齿根圆直径：==329.75mm
轴径

(11)判断危险截面并验算强度
初步分析，Ⅲ,V,VI三个截面有较大的应力和应力集中。
对V截面进行校核：
轴材料为45号钢调质，
由于，所以[S]=1.4-1.8
所以，
等效系数：
截面V上的应力

应力集中系数

安全系数
扭转安全系数>1.5[S]
根据校核，V截面足够安全。
对VI截面进行校核：
轴材料为45号钢调质，
由于，所以[S]=1.4-1.8
所以，
等效系数：
截面VI上的应力

应力集中系数

安全系数
扭转安全系数>1.5[S]
根据校核，VI截面足够安全。

对Ⅲ截面进行校核（运用第三强度理论）：
弯曲正应力：
扭转切应力：

由于
所以，通过校核，截面Ⅲ的安全足够。

2.9键的强度校核
公称直径
bh/mm
键长/mm
键强度/
/
30mm
87
45mm
62.3Mpa

125-150Mpa

42mm
128
56mm
32.75Mpa
57mm
1610
56mm
96.06Mpa
45mm
149
90mm
71.15Mpa

2.9.1 输入轴的键强度校核计算
①　 输入轴与带轮处的键联接：
轴径=30mm,,查手册得：选用A型平键
键87 GB/1096-2023
键校核，=45mm,,
得，故键合适。
②　 输入轴与齿轮处的键联接：
轴径=42mm,,查手册得：选用A型平键
键128 GB/1096-2023
键校核，=56mm,,
得，故键合适。
2.9.2 输出轴的键强度校核计算
①　 输出轴与齿轮处的联接：
轴径=57mm,,查手册得：选用A型平键
键1610 GB/1096-2023
键校核，=56mm,,
得，故键合适。
②　 输出轴与联轴器处的联接：
轴径=45mm,,查手册得：选用A型平键
键149 GB/1096-2023
键校核，=90mm,,
得，故键合适。

2.10 联轴器的选择
选用弹性套柱销联轴器（GB/T-2023）

所以，轴孔直径为45mm，选用LT7，Y型，L=110mm。

2.11滚动轴承设计
根据条件，轴承预计寿命
=5×300×16=24000小时
1.输入轴的轴承设计计算
（1）初步计算当量动载荷P
因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=*Fr=1305N，轻微冲击，=1.2，引用机械设计P375
（2）求轴承应有的径向基本额定载荷值，寿命系数，球轴承=3，引用机械设计P375
（3）选择轴承型号
查课程设计指导书表II-4.1，选择深沟球轴承6008，Cr=17000N
由课本式18.7有

∴预期寿命不够，可以两年过后更换一次，此轴承合格。
2.输出轴的轴承设计计算
（1）初步计算当量动载荷P
因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=*Fr=980N，轻微冲击，=1.2，引用机械设计P375
（2）求轴承应有的径向基本额定载荷值，寿命系数，球轴承=3，引用机械设计P375
（3）选择轴承型号
查课程设计指导书表II-4.1，选择深沟球轴承6011 Cr=30200N
由课本式18.7有

∴预期寿命不够，可以在两年后更换一次，此轴承合格。

2.12润滑油及润滑方式的选择
2.12.1滚动轴承的润滑
轴承的润滑作用是减少摩擦和损失，同时有助于散热、防蚀和抗振延长轴承使用寿命。滚动轴承的润滑机重要是润滑油和润滑脂，一般可按轴承内径与转身的乘积值选取。
已选的6008轴承的内径为40mm，已知转速n=288r/min，所以，采用润滑脂。
已选的6011轴承的内径为55mm，已知转速n=60r/min，所以，采用润滑脂。
2.12.2齿轮传动的润滑
已知齿轮的圆周速度v=1.06m/s<12m/s，通常采用浸油润滑和喷油润滑方式。浸入油中的深度约一个齿高，但少于10mm，不能过深，过深会变大运动阻力并使油温升高。

箱体结构尺寸选择引至设