主轴箱设计说明书.doc

主轴箱设计说明书
班级:矿山机电０５-JX　　 　　姓名：王俊河　 　　　　　　　学号：028

设 计 说 明 书
一、前 言

（—）课程设计的目的（参照第1页）
机械零件课程设计是学生学习《机械技术》（上、下）课程后进行的一项综合训练,其主要目的是通过课程设计使学生巩固、加深在机械技术课程中所学到的知识，提高学生综合运用这些知识去分析和解决问题的能力。同时学习机械设计的一般方法,了解和掌握常用机械零部件、机械传动装置或简单机械的设计方法与步骤，为今后学习专业技术知识打下必要的基础.
(二）传动方案的分析（参照第10页）
机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要,是机器的重要组成部分.传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外,还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。
本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机.传动方案采用了两级传动,第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。
带传动承载能力较低．在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大,但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸.
齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广,使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之—。本设计采用的是单级直齿轮传动（说明直齿轮传动的优缺点）。
说明减速器的结构特点、材料选择和应用场合（如本设计中减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成)。

设计说明书
二、传动系统的参数设计
已知输送带的有效拉力Fw＝2350，输送带的速度Vw=1。5，滚筒直径D=300。连续工作，载荷平稳、单向运转.
1)选择合适的电动机;2)计算传动装置的总传动比，分配各级传动比；3)计算传动装置的运动参数和动力参数。
解：1、选择电动机
(1）选择电动机类型：按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。
（2)选择电动机容量
工作机所需功率： ,其中带式输送机效率ηw=0.94。
电动机输出功率： 其中η为电动机至滚筒、主动轴传动装置的总效率,包括V带传动效率ηb、一对齿轮传动效率ηg、两对滚动轴承效率ηr2、及联轴器效率ηc,值
计算如下：η=ηb ·ηg ·ηr 2·ηc=0。90
由表10—1（134页）查得各效率值，代入公式计算出效率及电机输出功率。使电动机的额定功率Pm＝（1～1。3)Po，由表10—110（223页)查得电动机的额定功率Pm=5。5。
（3)选择电动机的转速
计算滚筒的转速：95.49
根据表3-1确定传动比的范围：取V带传动比ib＝2～4，单级齿轮传动比ig＝3～5,则总传动比的范围：i＝(2X3)～（4X5)＝6~20。
电动机的转速范围为n´=i·nw（6～20）·nw=592.94~1909.8
在这个范围内电动机的同步转速有1000r／min和1500r／min，综合考虑电动机和传动装置的情况,同时也要降低电动机的重量和成本，最终可确定同步转速为1000，根据同步转速确定电动机的型号为Y132M2—6，满载转速960。(223页)

型号
额定功率
满载转速
同步转速
Ｙ１３２Ｍ２－６
５．５
９６０
1000

2、计算总传动比并分配各级传动比
(1）计算总传动比:i=nm／nW=8～14
(2）分配各级传动比:为使带传动尺寸不至过大,满足ib<ig，可取ib＝2～3，则齿轮传动比ig＝i／ib(在4左右，取小数点后两位，不随意取整)。
3、计算传动装置的运动和动力参数
(1)各轴的转速：n1=nm/ib n11=n1/ig nw=n11
(2)各轴的功率：P1=Pm·ηb P11=P1·ηr·ηg Pw=P11·ηr·ηc

(3）各轴的转矩：T0=9550Pm/nm T1=9550P1/n1 T11=9550P11/n11 Tw=9550Pw/nw
最后将计算结果填入下表：
参数
轴名
电机轴
I轴
II轴
滚筒轴
转速n(r/min)
nm=960
n1=384
n11=96
nw=96
功率P（kW)
Pm=5.5
P1=5.28
P11=5。08
Pw=4.99
转矩T（N·m）
T0=54。71
T1=131。31
T11=505。67
Tw=496.5
传动比i
ib=2。5
ig=4。02
1
效率η
ηb=0.96
nb·ηr=0.96
ηr·ηc=0.98

三、带传动的设计计算
已知带传动选用Y系列异步电动机,其额定功率Pm=5。5,主动轮转速nw=960,从动轮的转速n1=384,ib=2。5。单班制工作。有轻度冲击。

计算项目
计算内容
计算结果
① 确定设计功率
② 选V带型号
③ 确定带轮直径

④ 验算带速

⑤ 确定带的基准长度和

⑥ 验算小带轮包角

⑦ 计算带的根数

⑧ 计算初拉力

⑨ 计算对轴的压力

⑩带轮结构设计绘工作图
查表34-3，取KA：1．2，故
Pd=KAP=1．2 × 11=6。05kW
根据Pd和nl查图34—9,选B型普通V带
由表34—4，取小带轮基准直径ddl=125mm
传动比 2.5
大带轮基准直径dd2=idd1 2.94×125=312.5mm
圆整da2=315mm
验算 =
由0.7(dd1+dd2）≤a0≤2(dd1+dd2)初定中心距a0＝700mm带的基准长度为
传动中心距
Ld02×700+(125+375)+（375—125)2=2208mm查表34—2，取Ld=2800mm
由式（34—9)，实际中心距
a=a0+ =647mm
a1180°-57.3°×155
由式（34—11)，z=
由ddl=125mm，n1=960r／min，查表34—5,
P1=0.8kW
查表34-6，B型带，Kb=2．67×10-3,查表34-7，由I=2．5,得
Ki=1．14
P1=2。67×10—3×960=0。32kW
Ka=1。25（1—5—a1/180°)=1。25(1-5—160°/180°）=0.937
查表34—2，由Ld=2800mm，得KL=1.03
则Z=6.7
取c＝7根
查表34—1,B型带,q=0．17kg／m；由式（34-13）得
F0=500×＋0。17×6。352=249。1N
由式（34—14）得
Ｑ=2zFosin2×5×1×sin＝3434。4N

Pd=6.05kw

B型
dd1=125mm
dd2=375mm

V=6．28m／s
合适
2800mm
a=700mm
a1=155
合适

Z=3

四、齿轮的设计计算
已知传递的名义功率P1＝5。28，小齿轮转速n436.36，传动比ig＝4.05连续单
向运转,传动尺寸无严格限制；电动机驱动。
计算项目
计算内容
计算结果
1. 选精度等级、材料及齿数
2. 按齿面接触强度设计

3传动尺寸计算

1） 精度等级选用8级精度；
2） 试选小齿轮齿数z1＝24，大齿轮齿数z2＝96的；
因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算
按式（10—21）试算，即
dt≥
按式
查表35—12得Ka=1
初估速度=4
由图35-30b查得Kv=1。1
取=0
由式=［1。88-3。2（+ ）]cos =1.713
取=1
由图35-31得，K=1.46
由图35—32得，K=1。05
所以K`=1。364
d`61.4
v= =3。08
因与初估圆周速度相差较大，故应修正载荷系数及小齿轮直径
由图35-30b得Kv=1。03，
K=1.276，
d1=59.5，
=147。6，取150mm
=2.48，
取m=2.5
d1= =60
d2=ud1=240
b= =
取b1=70,b2=60

3） 结构设计
以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。

Z1=24
Z2=96

五、轴的设计计算
(一)主动轴的设计计算
已知传递的功率为P1=5.28，主动轴的转速为n1=384，小齿轮分度圆直径d1=60，
啮合角d=20，轮毂宽度B小齿轮＝700mm,工作时为单向转动.
解：1、选择轴的材料、热处理方式,确定许用应力（按教材表39—1、39—8)
轴名
材料
热处理
硬度
抗拉强度
许用弯曲应力
主动轴
45号钢
调制
217～255
650MPa
60MPa

2、画出轴的结构示意图：

3、计箅轴各段直径
计算项目
计 算 内 容
计算结果
1、计算d1

2、计算d2

3、计算d：

4、计算山

5、计算d5

由教材表39-7得：A=118~106,取A=118(取较大值)
d1”27.14,轴上有一个键槽，故轴径增大５％
d1’=d1”×(1+5%）＝28.50 按138页圆整dl=30
d2’=d1+2a=d1+2×（0．07-0．1）×d1=34.2-36，因d2必须符合轴承密封元件的要求，取d2=35。（191页）
d3’=d2＋（1～5）mm＝36-40,d3必须与轴承的内径一致，圆整d3＝40。所选轴承型号为6208，B＝18,D＝80，G＝22。8,C0r=15。8

d4’=d3+（1—5）mm=41-45，为装配方便而加大直径,应
圆整为标准直径；一般取0，2，5,8为尾数.取d4=45

d5=d3=40,同一轴上的轴承选用同一型号，以便于
轴承座孔镗制和减少轴承类型。

d1=30

d2=35

d3=40

d4=45

d5=40

4、计笪轴各段长度
计算项目
计 算 内 容
计算结果
1、计算Ll

2、计算L2

3、计算L3

4、计算L4
5、计算L5
B带轮=（Z一1）e+2f=,e、f值查教材表34—8
L1’=（1。5～2）d1,按138页取Ll=58
L2=l1+e+m=50
e=1.2d3，其中d3为螺钉直径,查表5-1(23页）
m=L—Δ3—B轴承小
=6+C1+C2+(3～8）-Δ3小一B轴承小=20
式中6、Cl、C2查表5—1.l1、Δ3小查表6—8（75页，
按凸缘式端盖查l1)，若m<e取m=e即可。
L3=B轴承小+Δ2小+Δ3小，Δ2小查表6—8(75页）
<10—15,故小齿轮做成齿轮轴，L4＝B小齿轮
L5=L3
L1=58

L2=50

L3=40

L4=70
L5=40
5、校核轴的强度
计算项目
计 算 内 容
计算结果

1． 求轴上的载荷
Mm=316767N。mm
T=925200N。mm
6。 弯扭校合

6、画出轴的工作图,标出具体尺寸和公差
(二)从动轴的设计计算
已知传递的功率为P11=5.08，从动轴的转速为n11=96,大齿轮分度圆直径d2=240
啮合角α=20°轮毂宽度B大齿轮＝600mm，工作时为单向转动。
解：1、选择轴的材料、热处理方式,确定许用应力(按教材表39—1、39—8）
轴名
材料
热处理
硬度
抗拉强度ob
许用弯曲应力［o川b
从动轴
45号钢
正火
170-217
600MPa
55MPa
画出轴的结构示意图

计算轴各段直径
计算项目
计 算 内 容
计算结果
1、计算d，

2、计算d2

3、计算d3

4、计算d4

5、计算d5
6、计‘算d6
由教材表39—7得：A=118～106，取A=115 (取较大值)
d1"，轴上有一个键槽，故轴径增大5%
d1’=d1"×（1+5％）＝45，为使所选轴径与联轴器的孔径
相适应，故需同时选取联轴器。查184页,相配合的联
轴器选 HL4 型弹性柱销联轴器，轴径相应圆整为dl’，
半联轴器长l=112.
d2’=d1+2a1=d1十2×(0。07-0。1)×dl=36。48—38。4，因d2必须符
合轴承密封元件的要求，取d2=55。(191页)
d3’=d2+（1～5)mm=41—45，d3必须与轴承的内径一致，圆
整d3=。所选轴承型号为6212，B=22,D=110，Cr=36。8，Cor=27。8
d4’=d3+（1~5）mm=，为装配方便而加大直径，应圆
整为标准直径：一般取0,2,5,8为尾数。取d4=62
d5’=d4+2a4=d4+2×(0.07-0.1）×d4,d5=75(取整)
d6=d3=60，同一轴上的轴承选用同一型号，以便于轴
承座孔镗制和减少轴承类犁。

d1=45

d2=55
d3=60

d4=62

d5=75

d6=60

计算项目
计 算 内 容
计算结果
1、计算Ll

2、计算L2

3、计算13

4、计算L4
5、计算L5
6，计算L6
半联轴器的长度l=112，为保证轴端挡圈只压在半
联轴器上,而不压在轴的端面上，故第1段的长度应
比l略短一些，按138页取L1=82
l2=l1+e+m‘=50
e=1．2d3,其中d3为螺钉直径，查表5—1（23页）
m=L-Δ3-B轴承小
=6+C1+C2+（3~8）-Δ3小一B轴承小=20
式中6、Cl、C2查表5-1。l1、Δ3小查表6—8(75页，
按凸缘式端盖查l1），若m<e取m=e即可。
L3=B轴承大+Δ2大+Δ3大,Δ2大＝Δ2小＋=54（公式中Ｂ为齿轮宽度）
L4=B大齿轮一2＝60
L5=b=1。4a4=12取整）
L6=Bz轴承大＋Δ2大+Δ3大－L5=31
L1=82

L2=50

L3=54

L4=58
L5=22

L6=45

5、校核轴的强度
计算项目
计 算 内 容
计算结果

2． 求轴上的载荷
Mm=316767N.mm
T=925200N。mm
6。 弯扭校合

6、画出轴的工作图，标出具体尺寸和公差（例图) 略
计算注意事项：1、主动轴与从动轴的e应相等，2、主、从动轴m+Δ3+B螈应相等

（一)主动轴外伸端处键的校核
已知轴与带轮采用键联接,传递的转矩为T1＝131,轴径为d1=30，轴长L1=58
带轮材料为铸铁,轴和键的材料为45号钢，有轻微冲击

六、键的选择与验算
计算项目
计 算 内 容
计算结果
1)键的类型
及其尺寸
选择

2)验算挤压
强度

3）确定键槽尺
寸及相应的公
差
带轮传动要求带轮与轴的对中性好，故选择A型
平键联接.
根据轴径d=30，由表10—33(165页)，查得：键宽
b=8，键高h=7，因轴长L1=58，故取键长L=50
将I=L—b，k=0.4h代入公式得挤压应力为
53.82Mpa
由教材表33—3查得，轻微冲击时的许用挤压应
力［]50—60MPa，ap<［］，故挤压强度足够。

（以为例）由附表10—33（165页)得，
轴槽宽为20N9—0520，轴槽深t=7．5mm，r6对应的
极限偏差为：.毂槽宽为20Js9±0。026,毂槽深
h=4.9 mm。H7对应的极限偏差为0。030

键b×h
键长L=50

53。58
ap<[Op]
强度足够

4)绘制键槽工作图

（二)从动轴外伸端处键的校核
已知轴与联轴器采用键联接，传递的转矩为T11=505轴径为d1=45,宽度L1=82。联轴器、轴和键的材料皆为钢，有轻微冲击
计算项目
计 算 内 容
计算结果
1）键的类型
及其尺寸
选择

2）验算挤压
强度

3)确定键槽尺
寸及相应的公
差
带轮传动要求带轮与轴的对中性好,故选择A型
平键联接。
根据轴径d=45，由表10—33(165页),查得：键宽
b=12，键高h=8，因轴长L1=82，故取键长L=70
将I=L-b，k=0。4h代入公式得挤压应力为
52。41Mpa
由教材表33—3查得，轻微冲击时的许用挤压应
力［]50—60MPa，ap〈[]，故挤压强度足够。

(以为例)由附表10—33（165页)得，
轴槽宽为20N9-0520,轴槽深t=7．5mm，r6对应的
极限偏差为：。毂槽宽为20Js9±0。026，毂槽深
h=4。9 mm.H7对应的极限偏差为0。030

键b×h
键长L=70

52.41
ap〈[Op]
强度足够

(三）从动轴齿轮处键的校核
已知轴与齿轮采用键联接，传递的转矩为T11=505,轴径为d1=52，宽度L4=58。
齿轮、轴和键的材料皆为钢，有轻微冲击
计算项目
计 算 内 容
计算结果
1)键的类型
及其尺寸
选择

2)验算挤压
强度

3）确定键槽尺
寸及相应的公
差
带轮传动要求带轮与轴的对中性好,故选择A型
平键联接.
根据轴径d=30，由表10—33（165页），查得：键宽
b=14，键高h=9，因轴长L1=60,故取键长L=45
将I=L—b，k=0.4h代入公式得挤压应力为
59.17Mpa
由教材表33—3查得，轻微冲击时的许用挤压应
力[］50—60MPa，ap<［］，故挤压强度足够。

(以为例)由附表10—33（165页)得，
轴槽宽为20N9-0520，轴槽深t=7．5mm,r6对应的
极限偏差为：.毂槽宽为20Js9±0.026，毂槽深
h=4。9 mm。H7对应的极限偏差为0。030

键b×h
键长L=45

59.17
ap〈［Op]
强度足够

注意：从动轴的许用挤压应力［op］：100—120Mpa。键的工作图都需要画出。
七、轴承的选择与验算
(一)主动轴承的选择与验算
已知轴颈直径d3=40，n1=384 Rva=1192 Rvb=1192
，运转过程中有轻微冲击
计算项目
计算内容
计算结果
1、确定轴承的基本参数
2、计算当量动负荷P
3、计算基本额定寿命

由轴承型号查课程设计附表得轴承的基本参数
P=RvA、RⅧ中较大者
因球轴承，故c=3,查教材表38—10,取fd=1，
查教材表38-11，取gT=1
代入计算得：Lh=

故所选轴承合适。(1h’可查表或按大修期确定）

P=1.2

Lh〉Lh,
合适

(二)从动轴承的选择与验算
已知轴颈直径d3=60，n11=96，RvA=3063，Rw=3063，运转过程中有轻微冲击
计算项目
计算内容
计算结果
1、确定轴承的基本参数
2、计算当量动负荷P
3、计算基本额定寿命

由轴承型号查课程设计附表得轴承的基本参数
P二RvA、RⅧ中较大者
因球轴承,故c二3，查教材表38-10，取fd=1，
查教材表38-11，取gT=1
代入计算得：Lh=

故所选轴承合适。(1h’可查表或按大修期确定）

P=1。2

Lh>Lh，
合适
注意：如寿命过大，则重选轴承型号，取轻或特轻系列
八、联轴器的选择与验算
已知联轴器用在减速器的输出端，从动轴转速nh=96，传递的功率为P11=5。08　　传递的转矩为T”=505 ，轴径为d1=45
计算项目
计算内容
计算结果
1、类犁选择

2、计算转矩

3、型号选择
为减轻减速器输出端的冲击和振动，选择弹性柱
销联轴器,代号为HL。
由教材表43-l，选择工作情况系数K=1。25
Tc=K·TⅡ=631.96
按计算转矩、轴径、转速，从标准中选取HL3型
弹性柱销联轴器，采用短圆柱形轴孔.
公称转矩：Tn=630>Tc
许用转速：n1=1000〉n11
主动端：了型轴孔、A型键槽、轴径d1=，半联轴
器长度L：
HL弹性柱销联轴
器
Tc=631.96

联轴器的选择结果
型 号
轴孔直径
轴孔长度
公称转矩
许用转速
HL4
45
112
1250
4000
九、箱体、箱盖主要尺寸计算
箱体采用水平剖分式结构，采用HT200灰铸铁铸造而成。箱体主要尺寸计算如下：
名称
符号
尺寸
箱体厚度
具体内容参照23页表5-1
8mm

十、齿轮和滚动轴承润滑与密封方式的选择

(一）减速器的润滑
1、齿轮的润滑：根据齿轮的圆周速度6.28 选择10mm 润滑,浸油深度
,（36页）润滑油粘度为59 。（41页)
2、轴承的润滑：滚动轴承根据轴径 选择 脂 润滑，润滑脂的装填量
,润滑脂的类型为钙基2号 钠基2号 .(39-40页．)
（．-2：)减速器的密封(42—46页)
1、轴伸出处密封：轴伸出处密封的作用是使滚动轴承与箱外隔绝防止润滑油（脂）漏出和箱外杂质,水基灰尘等侵入轴承室避免轴承急剧磨损和腐蚀，采用垫圈密封方式
2、轴承室内侧密封:采用挡油环密封方式，其作用是防止过多的油，杂质以及啮合处的热油冲入轴承室
3、箱盖与箱座接合面的密封：采用密封条密封方法
画出封油环与毡圈示意图（46页与191页）

十一、减速器附件的设计

说明：按课程设计47-53页进行设计,对每一种附件，说明其作用,并画出结构示意图。
(一)窥视孔盖和窥视孔的设计
作用：检查传动件的啮合、润滑、接触斑点、齿侧间隙及向箱内注入润滑油
结构示意图
窥视孔开在机盖的顶部，应能看到传动零件啮合，并有足够的大小，以便于检修。

（二）排油孔与油塞
作用:排放污油，设在箱座底部
结构示意图
放油孔的位置应在油池最低处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便于放油，放油孔用螺塞堵住，其结构如图

十二、设计参考资料目录
所用到的参考资料都可以列出，如：
1、机械设计基础课程设计:张建中主编,徐州：中国矿业大学出版社,
2、 一一一”．
十三、结束语
由于时间紧迫，所以这次的设计存在许多缺点，比如说箱体结构庞大，重量也很大。齿轮的计算不够精确等等缺陷,我相信，通过这次的实践，能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作,有能力设计出结构更紧凑，传动更稳定精确的设备。