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王浩说明书格式专科

38
2020年4月19日
文档仅供参考
计　算　及　说　明
结　果
题目: 设计零件清洗运输装置中的一级斜齿圆柱齿轮减速器。
原始条件：
运输带传递的有效圆周力F=2600N，运输带速度V=1.1m/s，滚筒的计算直径D=200（mm），原动机为电动机，齿轮单向传动，工作平稳，有轻微冲击，双班制工作，运输带速度允许误差正负5%，工作年限为 ，每年按300天计，单班工作（每班8小时）。 察看

目 录
一、设计任务…………………………………………………………1
二、电动机的选择及功率的计算……………………………………2
三、分配传动比………………………………………………………2
四、传动装置的运动及动力参数计算………………………………2
五、齿轮设计计算……………………………………………………2
六、轴的设计计算……………………………………………………9
七、轴的强度校核……………………………………………………14
八、滚动轴承的选择…………………………………………………16
九、键的选择及校核…………………………………………………16
十、联轴器的选择……………………………………………………16
十一、总结……………………………………………………………17
十二、参考资料………………………………………………………18

一、设计任务
1、题目：带式运输机的传动装置
2、原始数据:数据编号 ( A5 )
数据编号
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
运输带工作拉力

2200
2300
2600
2800
3000
2500
3000
2200
运输带工作速度
1.0
1.1
1.1
1.1
1.1
1.4
0.8
1.1
1.5
1.6
卷筒直径
250
220
240
320
200
350
250
400
400
450
3、机器的工作条件:三班制,连续单向运转,载荷平稳,室内工作,有粉尘(带式运输机的效率已经在F中考虑)
4、使用年限:十年,大修期三年
5、生产批量:10万台
6、生产条件:中等规模机械厂,可加工8~9级精度齿轮及蜗轮
7、动力来源:电力,三相交流(220/380)
8、运输带速度允许误差:5%
9、设计工作量:
(1)减速器装配图一张(A0)
(2)零件图两张，一轴和二齿轮(A3)
(3)设计说明书一份
10、传动方案:

二、电动机的选择及功率的计算
1电动机的选择
一般电动机均采用三相交流电动机，如无特殊要求都采用三相交流异步电
(1) 工作机所需功率 PW=FW·VW/1000=2600·1.1/1000=2.98(kw)
(2) 电动机所需功率 P0=PW/η=2.98/0.904=3.296(kw)
2η为式中电动机到滚筒工作轴的传动装置总效率
η=η带η齿轮η2轴承η联轴器=0.96·0.97·0.992·0.99=0.904
3、电动机的选择
电动机的额定功率：
P≥PW/η= FW·VW/η=3.296（kw）查表取P=4 （kw） 
4、确定电动机的转数：
（1）    滚筒轴的工作转速为：
nW=60×1000VW/∏D=60×1000×1.1/∏×200=105.04（r/min）  
     式中：VW-----皮带输送机的带速
              D----滚筒的直径
V带传动i带=2～4，一级齿轮减速器i齿轮=3～5，
传动装置总传动比i总=6～20
（1）    电动机的转速：
             nW =i总nm = (6～20 ) 105.04=630.24 ～2100.8 （r/min）
     式中：iˊ是由电动机到工作机的减数比   
        iˊ=i1ˊ·i2ˊ·i3ˊ····inˊ   
           i1ˊ·i2ˊ·i3ˊ····inˊ是各级传动比的范围。
           按nˊ的范围选取电动机的转速n
(2)常见机械传动比的范围见附表2
5、列出电动机的主要参数
电动机额定功率P（kw）
　4kw
电动机满载转速nm（r/min）
　960（r/min）
电动机轴伸出端直径d（mm）
　38（mm）
电动机轴伸出端的安装高度（mm）
　132（mm）
电动机轴伸出端的长度（mm）
　80（mm）

常见机械传动效率          附表1

   机械传动类型
          传动效率
圆柱齿轮传动              
    闭式传动0.96—0.98（7-9级精度）
    开式传动0.94—0.96
 圆锥齿轮传动
    闭式传动0.94—0.97（7-8级精度）
    开式传动0.92—0.95
带传动
平型带传动
    0.95—0.98
V型带传动
    0.94—0.97
滚动轴承（一对）
    0.98—0.995
联轴器
    0.99-0.995

三、分配传动比
   常见机械传动比范围           附表2

传  动
  类型
选用指标
 平型带
 三角带
    齿 轮 传 动

功率（KW）
 小（20）
中（≤100）
    大（最大可达50000）
单级传动比
（常见值）
  2---4
 2---4
  圆柱
  圆锥
 3---5
 2---3
最大值
   6
   15
    10
 6---10

传动装置的总传动比分配各级传动比
i总 =nW / nm =960/105.04=9.14
分配各级传动比
i齿轮3，i带=i总/i齿轮=9.14/3=3.05
四、传动装置的运动及动力参数计算
传动装置的运动和动力参数的计算
① 各轴转速
Ⅰ轴 n1=nm/i带=960/3.05=315（r/min）
Ⅱ轴 n2=n1/i齿=315/3=105（r/min）
滚筒轴 n滚=n2=105（r/min）
② 各轴功率
Ⅰ轴 p1=p0η0=3.296 0.96=3.16（kw）
Ⅱ轴 p2= p1η齿η轴承=3.16×0.97×0.99=3.04（kw）
滚筒轴 p滚=p2η轴承η联轴器=3.04×0.99×0.99=2.98（kw）
③ 各轴转矩
电动机轴 T0=9.55×106×p0/nm =9.55×106×3.296/960=32788（N.mm）
Ⅰ轴 T1= T0·i带·η0=32788×3.05×0.96=96004（N.mm）
Ⅱ轴 T2=T1·i齿·η齿·η轴承=96004×3×0.97×0.99=276578（N.mm）
滚筒轴 T滚=T2·η轴承·η联轴器=276578×0.99×0.99 =271074（N.mm）
参数

电动机
轴
轴
滚筒轴
转速n（r/min）
960
315
105
105
功率p
（kw）
3.3
3.16
3.04
2.98
转矩T
（N.mm）
32788
96004
276578
271074
传动比i

3
3.01
1
效率η

0.96
0.96
0.98

五、齿轮设计计算
⑴选择齿轮材料
大小齿轮都采用45钢，渗碳淬火，齿面硬度60HRC
查表可得σH1=σH2=1500Mpa
σF1=σF2=460Mpa
［σH］=0.9×σH1=0.9×1500=1350 Mpa
［σF］=1.4×σF=1.4×460=644 Mpa
⑵选择齿面传动精度和设计参数
8级精度 齿面粗糙度Ra≤3.2～6.4μm 磨齿
取小齿轮齿数 Z1=24，则 Z2=i·Z1=24×3=72 取大齿数 Z2=75
齿数比 μ= Z2 / Z1=75 /24=3.12
由于传动比相对误差（μ－i）/μ×100％=(3.12－3)/3.12=3.8％
其值＜3％～5％，因此齿数选择合理
齿宽系数ψd=0.9(齿轮相对轴承为对称布置)
初选β角 β=10°，Aa=476，Ad=756，Am=12.4
⑶按齿轮弯曲强度计算模数
计算最小齿轮传递的转矩
T1=9.55×106·p1/n1=9.55×106×3.16/315=96000（N.mm）
计算当量模数
ZV1=Z1/Cos3β=24/ Cos3 10°=25.13
ZV2=Z2/ Cos3β=75/ Cos3 10°=78.52
查表可得 YFs1=4.21, YFs2=3.88,取载荷系数 K=1.4
计算模数(由于［σF］1=［σF］2,而YFs1＞ YFs2故将YFs1代入计算)
)= 1.48（mm）
查下表取标准值mn=2.5 （mm）
第一系列
1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
第二系列
1.75 2.25 2.75( 3.25)3.5 (3.75 )4.5 5.5 (6.5)7 9( 11)
⑷协调设计参数
计算中心距 a=mn(Z1+Z2)/2 Cos 10°2.5×(24+75)/ Cos 10°=125.66 （mm） 取a=126 （mm） 则螺旋角为 β=arc Cos mn(Z1+Z2)/2a= arc cos2.5×(24+75)/2×126=10.8°
⑸计算主要几何尺寸
齿轮分度圆直径 d1= mn·Z1/ Cosβ=2.5×24/ Cos10.8°=61.08(mm)
d2= mn·Z2/ Cosβ=2.5×75/ Cos10.8°=190.88 （mm)
齿顶圆尺寸 da1= m·(Z1+2)= 2.5×(24+2)=65 （mm）
da2= m·(Z2+2)= 2.5×(75+2)=192.5 （mm）
齿宽 b=Ψ·d1=65×0.9=58.5 （mm）
大齿轮齿宽 b=60 （mm） 小齿轮齿宽b=70 （mm）
⑹校核齿面接触强度
满足齿面接触强度所需的小齿轮分度圆直径为
=36.02(mm)
它小于设计的结果d1=61.08（mm）,故齿面接触强度足够
⑺齿轮圆周速度V=πd1n1/6×104 =1.01(m/s)

分度圆直径d（mm)
齿顶圆直径d（mm）
齿数Z
模数m
齿宽b （mm）
小齿轮
61．08
65
24
2.5
70
大齿轮
190.88
192.5
75
2.5
60
六、轴的设计计算
1．选择轴的材料 45钢 正火处理
2.（1）初选低速轴轴外伸段直径d （A=126～103）
项目
PⅡ/kw
n2 r/min
参数
3．04
105
d=A3√p/n=（126～103）×3√3．04/105=38.69～31.63（mm）
查表联轴器标准直径系列 取d1=35(mm)（低速轴）
因此轴段①直径d1=35(mm)
型号
许用转速(r/min)

公称转矩
（N．m）
轴孔直径
（mm）
轴孔长度（mm）
铁
钢
HL3
5000
5000
630
30 32 35 38 40 42 （45 ）（48）
82
轴段②的直径应该在轴段①直径的基础上加上两倍的定位轴肩高度
定位轴肩高度h12=（0.07～0.1）d1 =（0.07～0.1）×35= 2.45～3.5(mm)取h12 =3.5(mm)
d2=d1+2h12=35+2×3.5=42(mm) 为了安装密封圈 因此 d2=45(mm)
低速轴的简图
⑦ ⑥⑤ ④ ③ ② ①
非定位轴肩可取 h=(1.5～2)（mm）
d3=d7=50(mm)（同一根轴上的两个轴承宽度相等）(30208 圆锥滚子轴承)
d4= d3+2h34 =54 (mm) =d6 （非定位轴肩h34=2 （mm））
d5= d4+2h45 =64 (mm)
⑵各轴段的长度初算
B大齿-L4=（2～3） （mm） L4= B大齿-2=60-2=58(mm)△2=（10～15）（mm），
△3=（3～5）（mm），
L3=B+△2+△3+2(（mm）)=18+15+5+2=40（mm）
L2=l1+e+m
l1------联轴器的内端面至轴承端盖的距离
e------轴承端盖的厚度 e=1.2×d3=9.6（mm）
d3-----轴承盖螺钉直径 d3=8(mm)
n------螺钉数 n=6
L座孔=δ+c1+c2+5～10=8+20+16+6=50(mm)
c1，c2—轴承旁盖联结螺栓到箱体外壁及箱边的尺寸 c1=20，c2=16
δ-----下箱座壁厚
m=50-△3- B=50-5-18=27
L2=l1+e+m=15+12+27=54 （mm）
L1应与联轴器长度有关 L1=80 （mm） （根据联轴器HL3 L=82 （mm））
L5=1.4h45=b=7 （mm）
L6=△2+△3-L5=15+5-7=13（mm）
L7应率大于或等于滚动轴承的宽度B （B=18（mm））
L7=182=20（mm）
L总=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7=80+54+40+58+7+13+20=272（mm）
二．1选择轴的材料 45钢 正火处理
2初选高速轴轴外伸段直径d （A=126～103）
项目
PⅡ/kw
n2 r/min
参数
3．16
315
=（126～103）×(27.17～22.21) （mm）
查表联轴器标准直径系列 取d1=25 （mm）(高速轴)
型号
许用转速(r/min)

公称转矩
（N．m）
轴孔直径
（mm）
轴孔长度（mm）
铁
钢
HL2
5600
5600
315
20 22 24 25
28 30 32 (35)
62
轴段②的直径应该在轴段①直径的基础上加上两倍的定位轴肩高度
定位轴肩高度h12=（0.07～0.1）d1 =（0.07～0.1）×25= (1.75～2.5)（mm）
取h12 =2（mm）
d2=d1+2h12=25+2×2=29（mm）
高速轴的简图

⑦ ⑥ ⑤ ④ ③ ② ①

非定位轴肩可取 h=1.5～2（mm）
d3=d7=35（mm）（同一根轴上的两个轴承宽度相等）(30207圆锥滚子轴承)
d4= d3+2h34 =40 （mm） d6 （非定位轴肩h34=2 （mm））
d5= d4+2h45 =45 （mm）
⑵各段轴的长度
B小齿-L4=2～3 （mm） L4= B小齿-2=70-2=68（mm）
△2=10～15（mm）， △3=3～5（mm），
L3=B+△2+△3+2（mm）=17+15+5+2=39（mm）(30207圆锥滚子轴承B=17 D=72)
L2=l1+e+m
l1------联轴器的内端面至轴承端盖的距离
e------轴承端盖的厚度 e=1.2×d3=9.6（mm）
d3-----轴承盖螺钉直径 d3=8（mm）
n------螺钉数 n=6
L座孔=δ+c1+c2+（5～10）=8+20+16+（5～10）=50（mm）
c1，c2—轴承旁盖联结螺栓到箱体外壁及箱边的尺寸 c1=20，c2=16
δ-----下箱座壁厚
m=50-△3- B=50-5-17=28
L2=l1+e+m=15+9.6+28=55 （mm）
L1应与联轴器长度有关 L1=60 （mm） （根据联轴器HL2 L=62 （mm））
L5=1.4h45=b=5 （mm）
L6=△2+△3-L5=15+5-5=15（mm）
L7应率大于或等于滚动轴承的宽度B （B=17（mm））
L7=17+2=19（mm）
L总=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7=60+55+29+68+5+15+19=241（mm）
七、轴的强度校核
（一）低速轴的校核
1） 计算轴上的作用力
参数

电动机
轴
轴
滚筒轴
转速n（r/min）
960
315
105
105
功率p
（kw）
3.3
3.16
3.04
2.98
转矩T
（N. mm）
32788
96004
276578
271074

从动轮的转矩T2=276578（N. mm）
齿轮分度圆直径d2=190.88 （mm）
齿轮的圆周力
Ft2=2T/d=2×276578/190.88=2898（N）

齿轮的径向力
Fr2=Ft2·tanα/cos10.8°=2898×tan20°/cos10.8°=1074（N）
齿轮的轴向力
Fa2= Ft2·tanβ=2898×tan10.8°=553（N）
2)计算支反作用力及弯矩
①斜齿轮圆周力Ft2作用在水平面上
RAH=RBH= Ft2 /2=1449（N）
②MCH=RAH·L/2=1449×118/2=85491（N）
③RAV=(FR2·L/2-FA2·d2/2)/L=(1074×118/2-553×190.88/2)/118=90（N）
RBV=FR2-RAV=1074-90=984（N）
④ MCV’= RAV·L/2=90×118/2=5310（N）
MCV”=RBV·L/2=984×118/2=58056（N）
MCV”- MCV’=58056-5310=52746（N）
集中力偶为FA2·d2/2=553×190.88/2=52778（N）
可见弯矩突变值等于力偶的大小（其中的微小的误差是由于计算过程中四舍五入造成的），由此能够说明垂直面的计算结果是正确的。
⑤ 计算C处左右两侧的合成弯矩
MC’== = 85656（N. mm）
MC”====103340（N.mm）
右侧的合成弯矩较大
输出轴在CD段的扭矩 T2=276578（N.mm）
计算危险截面的当量弯矩
=195493（N.mm）
C处需要的轴径33.08（N.mm）
由于C处开个键槽,因此直径应该增大5%,即dc=33.08×1.05=34.74（mm）
它小于该处的实际直径d=54（mm）
故轴的弯矩组合强度足够

⑦ ⑥⑤ ④ ③ ② ①

（二）高速轴的校核
1） 计算轴上的作用力
参数

电动机
轴Ⅰ
轴Ⅱ
滚筒轴
转速n（r/min）
960
315
105
105
功率p
（kw）
3.3
3.16
3.04
2.98
转矩T
（N. mm）
32788
96004
276578
271074

从动轮的转矩T1=96004（N. mm）
齿轮分度圆直径d1=61.08 （mm）
齿轮的圆周力
Ft1=2T/d=2×96004/61.08=3143（N）
齿轮的径向力
Fr1=Ft1·tanα/cos10.8°=3143×tan20°/cos10.8°=1165（N）
齿轮的轴向力
Fa1= Ft1·tanβ=3143×tan10.8°=600（N）
2)计算支反作用力及弯矩
①斜齿轮圆周力Ft2作用在水平面上
RAH=RBH= Ft1 /2=3143/2=1571.5（N）
②MCH=RAH·L/2=1571.5×127/2=99790（N）
③RAV=(FR1·L/2-FA1·d1/2)/L=(1165×127/2-600×61.08/2)/127=438（N）
RBV=FR1-RAV=1165-438=727（N）
⑥ MCV’= RAV·L/2=438×127/2=27813（N）
MCV”=RBV·L/2=727×127/2=46165（N）
MCV”- MCV’=46165-27813=18352（N）
集中力偶为FA1·d1/2=600×61.08/2=18324（N）
可见弯矩突变值等于力偶的大小（其中的微小的误差是由于计算过程中四舍五入造成的），由此能够说明垂直面的计算结果是正确的。
⑦ 计算C处左右两侧的合成弯矩
MC’== = 103593（N. mm）
MC”=== =109951（N.mm）
右侧的合成弯矩较大
输出轴在CD段的扭矩 T1=96004（N.mm）
计算危险截面的当量弯矩
=124126（N.mm）
C处需要的轴径（N.mm）
由于C处开个键槽,因此直径应该增大5%,即dc=28.43×1.05=29.85（mm）
它小于该处的实际直径d=39（mm）
故轴的弯矩组合强度足够

⑦ ⑥ ⑤ ④ ③ ② ①

八、滚动轴承的选择
高速轴轴承的类型为 圆锥滚子轴承 型号为：30207
低速轴轴承的类型为 圆锥滚子轴承 型号为：30208
九、键的选择及校核
1）选择键的尺寸
低速轴在轴段①和④两处各安一个键，按照一般使用情况选择采用A型普通平键联接，查表可知
轴段①
d1=35(mm)
b×h=10×8
L1=22～90
轴段④
d4=54(mm)
b×h=16×10
L4=45～180
高速轴在轴段①和④两处各安一个键，按照一般使用情况选择采用A型普通平键联接，查表可知
轴段①
d1=25(mm)
b×h=8×7
L1=18～70
轴段④
d4=39(mm)
b×h=12×18
L4=28～110
2） 校核键的强度
低速轴段轴①安装联轴器，联轴器的材料为铸铁，载荷性质为轻微冲击，查表可知
④段上安装齿轮，齿轮的材料为钢，载荷性质轻微冲击，
，小于许用载荷，符合要求。
小于许用载荷，符合要求
高速轴：
小于许用载荷，符合要求
小于许用载荷，符合要求

十、联轴器的选择
低速轴联轴器的选择
型号
许用转速(r/min)

公称转矩
（N．m）
轴孔直径
（mm）
轴孔长度（mm）
铁
钢
HL3
5000
5000
630
30 32 35 38 40 42 （45 ）（48）
82
高速轴联轴器的选择
型号
许用转速(r/min)

公称转矩
（N．m）
轴孔直径
（mm）
轴孔长度（mm）
铁
钢
HL2
5600
5600
315
20 22 24 25
28 30 32 (35)
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十一、总结
经过这一次的机械设计课程设计，我感受到机械设计这门课程的博大精深，我对这门课程的学习深度还远远不够。由于我的基础知识掌握的不是很牢固，实践设计能力有限，因此在做此次课程设计时，遇到了很多的困难与迷惑。但最后，我依然凭借对科学技术的无限热爱，积极思考，终于经过查阅资料，老师的及时教导纠正，做出了这次课程设计的要求课题。
这是我第一次较全面的进行机械设计的训练。我利用本次课程设计，达到了很多的预期目的。
首先，我综合运用了机械设计课程和其它有关先修课程的理论和生产实际知识去分析和解决机械设计问题，并使所学知识得到进一步地巩固、深化和发展；
其次，我经过设计，培养了正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力；
再者，训练了机械设计基本技能，包括：计算、绘图、查阅设计资料手册，熟悉标准和规范等
课程设计给予我最大的启示就是“理论联系实际”。平时在课堂之中，与老师互相交流与学习的都是课本上的基本理论知识，即使在实验课上，也基本局限于理论知识的范畴之内。而此次的课程设计不同，这是真正的理论与实践并存，要求我们用扎实的理论知识运用到真实的设计生产实践之中。理论知识与设计实践同等重要，理论知识全程指导课程设计的进程，而设计实践的成果又是对理论知识的一种科学检验。此次我收获颇多，我定会继续努力，理论与实际并重，不断提高个人的科学素养。
十二、参考资料

（1）濮良贵，纪名刚，《机械设计》，北京，高等教育出版社，
（2）席光伟，杨光，李波，《机械设计课程设计》，北京，高等教育出版社，
（3）《机械零件手册》 人民教育出版社
（4）《机械零件课程设计图册》 人民教育出版社