1、機械設計基礎課程設計第1 頁設計說明書學院：冶金工程學院系：冶金工程專業：冶金工程設計者：王超指導教師：許愛瑾2015 年 6 月 24 日安徽工業大學- 1 -2020-3-30目錄 11. 設計任務書22. 電動機的選擇計算33. 傳動裝置高、低速軸的轉速、轉矩與效率計算4. 傳動皮帶和齒輪零件的設計計算5. 軸的設計計算6. 滾動軸承的選擇與壽命計算7. 鍵聯接的選擇和驗算8. 聯軸器的選擇第2 頁參考文獻- 2 -2020-3-30第3 頁1. 機械設計基礎課程設計任務書課程設計題目： 膠帶運輸機的傳動裝置設計- 3 -2020-3-30設計題號： 6 號姓名： 王超 學號： 1290

2、14142已知條件（見分配給每個學號的數據表） ：1 輸送帶工作拉力 F= 4.5 kN ；2 輸送帶工作速度： V= 1.5 m/s；允許輸送帶速度誤差為 5% ）；3 滾筒直徑 D= 320 mm；4 滾筒效率 w=0.96 （包括滾筒軸承的效率損失）工作條件：見下表；設計工作量 ： 減速器裝配圖一張（ A1 號圖幅，繪三視圖。注意圖面布置，使其飽滿均勻。 技術特性、技術條件、標題攔書寫必須規范） ； 零件工作圖 2 張（ A3 圖幅低速軸與大齒輪，圖中必需有齒輪參數表） ；第4 頁 設計說明一份（正文 5000 字，約 15 頁）。工作條件工作期限5 年（每年 300 天）檢修期間隔1年

3、工作條件兩班工作載荷性質空載啟動、 單向連續運轉、載荷平穩- 4 -2020-3-30生產批量小批量生產動力來源三相交流電、電壓220/380V2. 電動機的選擇計算計算過程計算結果第5 頁- 5 -2020-3-302.1 選擇電動機的轉速2.1.1 計算滾筒的轉速帶式輸送機的傳動方案示意圖見設計任務書。滾筒的直徑和工作帶的帶速已知滾筒轉速計算如下：60 1000 vD60 1000 1.532089.52r /min2.2.2 選擇電動機的類型及同步轉速因考慮帶式輸送機需要較大的轉矩， 而對轉速要求不高， 故選擇電動機的步驟如下：選擇電動機的類型因考慮工作條件為空載啟動、單向連續運轉、載荷

4、平穩，所以選擇三相異步電動機，封閉自扇冷式結構，380V ， Y 系列，同步轉速確定為 n0 1500 r /min 。計算傳動裝置的總效率 （參考手冊 P4 表 1-5 ）傳動裝置的結構簡圖如設計任務書圖。總效率的計算如下：2V b g c W 0.8808其中： V V 帶的傳動的效率；0.96對滾動軸承的效率；0.99g 閉式齒輪傳動效率；0.98- 6 -2020-3-30滾筒的轉速為： nW 89.52r /min （注意：寫出公式 后接著寫出帶入數 值的算式，不能直 接寫結果，否則成 績降一個等級）傳動總效率為：第6 頁彈性柱銷聯軸器的效率；0.9950.8808滾筒的效率。 0.

5、96確定所需電機的功率PwFV kW10004.5 1.5 1000 6.751000kW )PdPw6.750.88087.6635kW )Pw 工作機實際需要的輸入功率， kW ，Pd 為工作機實際需要的電動機輸入功率，kW 。計算結果第7 頁計算過程- 7 -2020-3-30 .確定電機的型號所選電動機的額定功率應該等于或稍大于工作要求的功率。因為滾筒的轉速 nW 89.52 r/min 。擬選擇同步轉速 n0 1500 r /min 系列的電動機，由表 12-1 【2】 （2 表示參考文獻 2，所使用機械設計課程設計手冊） 選擇Y 系列三相電動機 Y 132M-4 型，其額定功率為

6、Pe 7.5 kW ,滿載 轉速 nm 1440 r /min 。由表 12-2 、3、4、5【2】查得中心高 H 、軸伸尺寸 E、鍵連接尺寸 F。 注意： 1 、小帶輪的半徑應該小于中心高 H；2 、小帶輪的寬度應與軸伸尺寸相當，這就要求帶的根數不能太大。如果小帶輪寬度寬度大于軸伸尺寸，應設法將帶數減小。3 、鍵連接尺寸應該和高速軸鍵槽相應。選4極或 6極，1000 或 1500 轉的， 并盡量 選擇 1500 轉。電機型號為：Y 132M-4型 ;額定功率為 :Pe 7.5 kW ;滿載轉速：nm 1500 r /min 。 中心高 H 132 mm 軸 伸 尺 寸 E 80 mm鍵連 接

7、尺寸 F= 10mm 。- 8 -第8 頁2020-3-303. 傳動裝置的運動和動力參數計算計算過程計算結果- 9 -2020-3-30第9 頁3.1 總傳動比 i 的計算nmnw144089.5216.09總傳動比 i ：i 16.09各級傳動比分配：3.2 各級傳動比的分配 根據表 2-2.1 和各級傳動間的尺寸協調、結構均勻，滿足 iV ig，所以 V帶和減速器分配如下：iViV 3 （24，最大是 7）；ig 5.4 （3 5，最大為 8，ig 5.4并且最好使得齒數互質）3.3 傳動裝置的運動和動力參數的計算 各軸的轉速計算計算各軸的轉速如下：電機： nm1440r /min；nm

8、1440減速器高速軸： ng1m480 r /min ；iV3480減速器低速軸： ng25.488.89r /min ；滾筒的轉速：nW89.52r /min。根據總的傳動比及各級傳動比的分配，各軸的輸入功率和轉矩功率（ KW ）轉矩(N M)PdT1 Td 9550 d電機P1P額定 7.5 （ kW ）nm7.66359550 50.82 1440P2P1 帶傳動 7.5 0.967T.22 T1iV 帶傳動高速軸（ kW ）50.82 3 0.95 146.36表 3-1 各軸的輸入功率和轉矩- 10 -2020-3-30第 10 頁1 、帶設計好后， 檢驗 傳動誤差是否超標。 否則，

9、就要對初設傳 動比進行修正，主要 是調整大小帶輪直 徑。2、齒輪設計完了后， 檢驗總的傳動誤差是 否超標（允許輸送帶 速度誤差為 5% ）。 3、若提高傳動裝置精 度，則需要在帶設計 完后進行本節計算。低速軸P3 P2 軸承 齒輪 =7.20.99 0.98=6.99（kW ）T3 T2ig 軸承 齒輪146.36 5.4 0.99 0.98766.794、功率和轉矩的計算理論上是按照實際需要功率進行計算，但是實際生產和使用中，為了使所設計的 傳動裝置具有一定的 超載能力，此處按額 定功率和額定轉矩計 算。- 11 -2020-3-30第 11 頁4 傳動零件設計計算計算結果計算過程4.1 減

10、速器以外傳動零件的設計計算 電機傳動形式的選擇選擇由電動機傳動V帶參考教材 P147 例題 1 。從傳動的形式和經濟效性考慮，確定由電動機傳動V 帶，所以 V 帶輪的小帶輪轉速 nv1 nm 1440 r / min 。 計算功率并選取 V 帶型號根據工況確定工況系數工作班制為 2 班制工作時間 16 小時載荷平穩根據表 8-3 1 查得 KA 1.2 ，故Pc K AP1 1.2 7.5 9 kW根據 Pc 9 kW 和小帶輪轉速 ng1 480 r/min ，由圖 8-101 可知，工作點處于 BC 型相鄰區之間， 可取 B 型和 C 型分別計算， 最后擇優選用。本設計為減少帶的根數，現取

11、 B 型帶。大帶輪的直徑 dd 2iV dd1(1 ) 31601 0.015472.8mm由表 8-4 1 取 dd2 475 mm 。此時從動輪實際轉速ddd1n21n1 1dd20.9851601440475477.78確定 V 帶的截型：V 帶的帶型為 B 型確定小帶輪直徑 :dd1 160 mm大帶輪直徑 （半徑第 12 頁 確定帶輪的基準直徑與帶速驗算 根據所選電機的型號可知，電機中心高 H 為 132 mm，又傳動 比確定為 iV 3 ，所以小帶輪的直徑 dd1 取為 160 mm。 根據小帶輪的直徑，確定大帶輪的直徑，滑動率 為 0.015 1- 12 -2020-3-30轉速

12、誤 YF 2 ，所以應驗算 小 齒輪。F 1 F 23 、驗算彎曲應力計算時應以齒寬 b2 帶入，則2KT1YF1 2 1.35 146.36 2.70 1000F11 2F12 88.25第 20 頁F1 bz1m284.1 23 2.52- 20 -2020-3-3088.25MPa 192 MPa ，安全。2KT2YF2或 F 22 2F2 MPa MPa ，安全。bz2m計算過程經強度校驗， 齒輪輪齒滿足彎曲強 度要求。齒輪機構見手冊P163 表 11-6 計算結果- 21 -2020-3-30第 21 頁4-3 軸的設計計算（1）減速器高速軸的設計 選取軸的材料因為該軸無特殊要求且精

13、度要求較，所以選取 45 鋼， 調質 處理 （熱處理），由表 12-2 1查得 C 118-107 估算最小軸徑按扭轉強度式估算最小軸徑d(118 107)3 7.2480(29.1 26.4)mm由于 V 帶輪配合段直徑處有一鍵槽，應增大 3%按軸的標準調整 d (1 0.03) 26.4 27 mm 高速軸的結構設計、受力分析及強度校驗根據 V 帶輪的大小，初選軸承為 6028 型，則高速軸基本尺寸如圖4-3 所示：按照以上的軸的結構，畫出軸的計算簡化式：第 22 頁如圖 4-4 所示：- 22 -2020-3-30圓周力Ft=FtFRCHa=85b=56c=562 T22 146.36

14、1000575135.4N徑向力 Fr Ft tan5135.4 tan20 1869.1F 1670.6NF (a b c) FRBH (b c) Ft b 0FRBH 370.8NFFRCH FRBH Ft 0FRCH 3835.6N 由齒輪徑向力 Fr 和V 帶壓軸力 F 引起的垂直面彎矩圖 M VFRCV第 23 頁M v Fr b 1869.1 56 104669.6N- 23 -2020-3-30由齒輪圓周力引起的水平面彎矩圖 M HM H1 Fa 1670.6 85 142001N / mmMH2 FRBH a (F FRBH ) b370.8 85 (1670.6 370.8)

15、 56104451.6N /mm計算過程軸的扭矩圖 TT= 146360N mm- 24 -2020-3-30計算結果1 、低速軸 6 段，高 速軸 5 段即可。2、進行軸的設計必 須先計算部分箱體 主要結構尺寸（鑄 造）（說明書附表） （手 冊 P158 表 11-1 、2 、3、4、5）第 24 頁22合成彎矩圖 M = MV2 + M H 23、在估算最小軸徑 后，為確定軸向尺 寸，一般在此時需 要初繪裝配底圖 1 （ P205 圖 16-4 ， 中心線，）M 1= M H1=142001N mm104669.62 104451.62147871.1N /mm22當量彎矩圖 M e =

16、M 2 +( T)2第 25 頁- 25 -2020-3-30147871.12 (0.6 146360)2 22Me M 2 ( T)2 171981.1N mm 確定危險截面， 根據當量彎矩圖， 彎矩的危險截面位于圖中彎矩最大第 26 頁處。- 26 - 2020-3-30計算結果 經過有關計算，高 速軸滿足要求。 經過有關計算，低 速軸滿足要求。 低速齒輪鍵的選 擇：A 型圓頭 普通平 鍵，標記示例：GB/T 1096 鍵 1610 100第 27 頁計算過程(2)減速器低速軸的設計估算最小軸徑按扭轉強度式估算最小軸徑P7.2d C3(118 107) 3 (51.1 46.3) mmn

17、88.9由于 V 帶輪配合段直徑處有一鍵槽，應增大 3%按軸的標準調整 d (1 0.03) 46.3 48mm 低速軸的結構設計、受力分析及強度校驗根據 V 帶輪的大小，初選軸承為 6214 型，則高速軸基本尺寸如圖4-3 所示：- 27 -2020-3-30按照以上的軸的結構，畫出軸的計算簡化式：如圖 4-4 所示：Fra=63 b=60 c=932T 2 766.79 103 4995.4N d 307Fr 1869.1NFt圓周力 Ft徑向力 Fr2由齒輪徑向力 Fr 和V 帶壓軸力 F 引起的垂直面彎矩圖 M VFRBVFrFRCVa b c第 28 頁M V=Fr b=1869.1

18、 60=112146 N mm- 28 -2020-3-30由齒輪圓周力引起的水平面彎矩圖 M HabcHFRCHM H=Ft b=4995.4 60=299724 N mm 軸的扭矩圖 Ta b c第 29 頁T=766079 N mm- 29 -2020-3-30計算過程合成彎矩圖 M =MV2+MFRBVFrFRCVa b c2 2 2 2M MV2 MH21211462 2997242 323281.3N /mm當量彎矩圖Me = M2+( T)2FRBHFtFRCHa b cMeM 2 ( T)2 323281.32 (0.6 766790)2 562297.9N / mm第 30

19、頁確定危險截面， 根據當量彎矩圖， 彎矩的危險截面位于圖中彎矩最大 處。- 30 -2020-3-30查表得 -1b =65Me2562297.9d 3 2 3 44.2 d10.1 -1b 0.1 65 1d f 2 (123 2 0.5) 2.5 305 根據高速軸的結構簡圖可知， 該齒輪軸中齒輪的齒根圓直徑為 305 mm ，滿足要求。4-4 滾動軸承的選擇由于高速軸選用深溝球軸承低速軸選用深溝球軸承4-5 鍵的選擇與校核鍵選為 A 型圓頭普通平鍵大帶輪與高速軸連接鍵：因軸徑 d 為 28 ，所以查表 7-2 1 的鍵的基本尺寸為：b h 8X7t 4.0t1 3.3l 45(其中 l

20、1.5d ，可比軸上零件的輪轂短些。 )根據軸的尺寸和齒輪材料為鋼材，按輕微沖擊載荷，查表7-3 1 得 P 60 MPa 。 鍵連接擠壓強度校核：- 31 -第 31 頁2020-3-302FtP hls P鍵連接的剪切強度校核：Ft bls 鍵的強度足夠，鍵連接安全。大齒輪與低速軸連接鍵： （同上）小帶輪與電機軸連接鍵： （同上）低速軸與聯軸器連接鍵： （同上）4-6 聯軸器的選擇根據低速軸的扭矩要求，查表可知，選擇聯軸器為 HL3 型彈性 柱銷聯軸器，其基本尺寸如下：（1）計算載荷由表查得載荷系數 K=1.3計算轉矩 Tc=K T=669.39N ?mm（2） 選擇聯軸器的型號軸伸出端

21、安裝的聯軸器初選為 LT8 型彈性柱銷 聯軸器 （ GB/T4323-2002 ）， 公 稱 轉 矩 Tn=710N ?m ， 許 用 轉 速 n=3000r/min ， Y 型軸孔，主動端孔直徑 d=48mm ，軸孔長度 L1=112mm 。從動端孔直徑 d=40mm ，軸孔長度 L1=112mm 。Tc=669.39N ?mTn=710N ?mn=89.9r/minn=3000r/min- 32 -第 32 頁2020-3-305 其他零件設計計算過程計算結果- 33 -2020-3-30第 33 頁5-1 箱體及其配套零件設計第 34 頁根據低速軸的上的轉矩 TNm ，確定箱體及配套零件

22、如下表：表 5-1 圓柱齒輪減速器鑄鐵箱體的結構尺寸名稱符號設計選用值下箱座壁厚8mm上箱座壁厚18mm下箱座上部凸緣厚度b12mm上箱蓋凸緣厚度b112mm地腳螺栓底腳厚度p20mm箱座上的肋厚m6.8mm箱蓋上的肋厚m16.8mm單級圓柱齒輪減速器中心距a184mm地腳螺栓直徑d20mmMm 安裝地腳螺栓孔徑d22mm地腳凸緣上的沉頭座直徑D36mm地腳凸緣尺寸（扳手空間）L1min26mmL2min24mm地腳螺栓數目n4軸承旁的聯接螺栓直徑d116mm安裝軸承旁的聯接螺栓孔徑d 117.6mm軸承旁凸臺上的沉頭座直徑D130mm- 34 -2020-3-30軸承旁凸臺的凸緣尺寸（扳手空

23、間）c122 mmc220 mm上下箱聯接螺栓直徑d212 mm計算結果第 35 頁計算過程- 35 -2020-3-30安裝上下箱聯接螺栓的孔徑d213.2mm上下箱凸緣上的沉頭座直徑D322mm上下箱聯接螺栓處的的凸緣尺寸 （扳c318mm手空間）c416mm檢查孔蓋螺釘直徑d47mm檢查孔蓋螺釘數目n44圓錐定位銷直徑d58mm圓錐定位銷數目n52軸承蓋螺釘直徑d38軸承座外徑D2156mm軸承旁凸臺高度h45mm軸承旁凸臺半徑R20軸承旁聯接螺栓的距離S80mm箱體外壁至軸承座端面的距離K47mm軸承座孔長度K55mm大齒輪頂圓與箱體內壁間的距離110mm齒輪端面與箱體壁間的距離2mm10- 36 -第 36 頁2020-3-30參考書目1 機械設計基礎 ，第六版；盧玉明編，高等教育出版社2 機械設計基礎課程設計手冊 ，第 4 版；吳宗澤，羅圣國主第 37 頁編，高等教育出版社， 2012.05- 37 -2020-3-30附數據匯總表：小帶輪半徑80電機中心高度132大帶輪半徑237.5減速器中心高度173小齒輪分度圓 157高速軸最小直徑28小齒輪齒頂圓 da163高速軸軸承型號62