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机械设计课程设计
计算说明书
设计题目：带式输送机的传动装置
机械设计及其自动化专业
2013年七月十一号
西北工业大学
一．题目 (3)
二．运动参数计算 (4)
<1>电动机选择 (4)
<2>传动比选择 (5)
<3>传动参数的计算 (6)
（1）各轴的转速n(rmin)的确定 (6)
（2）各轴的输入功率（KW） (6)
（3）各轴的输入扭矩（N.m） (6)
（4）根据以上的数据整理得下表： (7)
三、传动零件设计 (7)
<1>高速级齿轮传动计算 (7)
Ⅰ.选定齿轮的类型、材料及齿数，精度等级 (7)
Ⅱ.按齿面接触强度设计 (8)
Ⅲ.按齿根弯曲强度设计 (9)
Ⅳ.几何尺寸计算 (11)
<2>.低速级齿轮传动计算 (11)
Ⅰ.选定齿轮的类型、材料及齿数，精度等级 (11)
Ⅱ.按齿面接触强度设计 (12)
Ⅲ.按齿根弯曲强度设计 (13)
Ⅳ.几何尺寸计算 (15)
四、链传动计算 (15)
五、联轴器的选择 (16)
六、轴的设计 (17)
<1>估算最小直径 (17)
<2>初选轴承： (18)
<3>轴的设计 (18)
Ⅰ.高速轴一的设计： (18)
（1）高速轴一的结构设计： (18)
（2）高速轴一的校核 (19)
（3）高速轴一的轴承寿命校核： (22)
（4）高速轴一上的键的设计与校核: (22)
Ⅱ.中间轴二的设计： (23)
（1）中间轴二的结构设计： (23)
（2）．中间轴二的强度校核 (24)
（3）中间轴二的轴承寿命校核： (27)
（4）中间轴二上的键的设计与校核: (27)
Ⅲ.低速轴的三设计： (28)
（1）低速轴三的结构设计： (28)
（2）．低速轴三的强度校核 (29)
（3）低速轴三的轴承寿命校核： (31)
（4）低速轴三上的键的设计与校核: (31)
七．减速箱的设计 (32)
八、减速器的附件选择及说明 (34)
一．题目
（1）设计一个带式输送机传动用的二级圆柱齿轮展开式减速器。其
工作条件为：连续单向运转，工作室有轻微的震动，使用期为十年（每年三百个工作日），小批量生产，两班制，输送机工作轴转速允许的误差为±5%。带式输送机的传动效率为0.96.
（2）传动简图如下图所示：
图一.带式输送机简图
1为电动机，2为联轴器，３为减速器，4为高速级齿轮传动，5为低速级齿轮传动，6为链传动，7为输送机滚筒
辅助件有:观察孔盖，油标和油尺，放油孔和螺塞，通气器，吊耳和吊钩，定位销，启盖螺钉，轴承套，密封圈等。
（3）已知条件
连续单向运转，工作室有轻微的震动；
使用期为十年（每年300个工作日），小批量生产，两班制；
输送机工作轴转速允许的误差为±5%；
带式输送机的传动效率为0.96；
二．运动参数计算
<1>电动机选择
带式输送机的效率为， =0.96 ，由已知条件得到
工作机所需功率： =2.9792KW
高速级齿轮组和低速级齿轮组的效率为和，链传动的效率为，联轴器的效率为，轴承效率为
我们取高速级和低速级的齿轮的精度为IT=7，查表可得： == 0.98 刚性套柱销联轴器的效率为： = 0.99 选择滚子链传动，其效率为： = 0.96 选用深沟球轴承轴承，其效率为： = 0.99 传动装置的总效率 =0.8768 电动机所需功率： =3.397KW
根据电动机所需的功率来选择电动机，电动机的参数如下: 工作功率= 4KW ，满载转速= 1440rmin 型号为Y112M-4的三相异步电动机 轴伸出端直径= 28mm 长度E=60mm 键槽截面尺寸F ×G ×D=8×24×28
<2>传动比选择
通过已知的数据可知：（为滚筒的转速） 滚筒的转速：463.66/min v
n r d
π== 总的传动比：
取链传动的传动比为： =2.5
由传动比分配公式：。对于二级圆柱齿轮减速器，表示高速级的传动比，表示减速器的传动比。
高速级的传动比为：取 低速级的传动比为： =2.5
设计的传动比为 =**=2.5*1.5*3.5=21.875
工作轴的转速允许误差为
<3>传动参数的计算
（1）各轴的转速n(rmin)的确定
高速轴的Ⅰ转速：1014401440min 1m n n r i =
== 中间轴Ⅱ的转速：211440
411.43min 1 3.5
m o n n r i i =
==? 低速轴的Ⅲ转速：2320121440164.57/min 3 3.5 2.5m n n n r i i i i ===??＝ 滚
筒
轴
的
Ⅳ
的
转
速
：
2420123144065.83/min 3 3.5 2.5 2.5
m n n n r i i i i i ===???＝
（2）各轴的输入功率（KW ）
高速轴Ⅰ的输入功率：1440.99 3.96m P P KW η==?=
中间轴Ⅱ的输入功率：2116 3.960.980.99 3.86P P KW ηη==??= 低速轴Ⅲ的输入功率：3226 3.860.980.99 3.74P P KW ηη==??= 滚筒轴的Ⅳ的输入功率：323 3.740.96 3.59P P KW η==?=
（3）各轴的输入扭矩（N ·m ）
高速轴Ⅰ的输入扭矩：1
11 3.969550955026.2631440
P T N m n =?
=?=?
中间轴Ⅱ的输入扭矩：222 3.869550955089.59411.43
P T N m n =?
=?=? 低速轴Ⅲ的输入扭矩：333 3.7495509550217.03164.57P T N m n =?
=?=? 滚筒轴Ⅳ的输入扭矩：434 3.5995509550524.3965.38
P T N m n =?
=?=? （4）根据以上的数据整理得下表：
三、传动零件设计
<1>高速级齿轮传动计算
Ⅰ.选定齿轮的类型、材料及齿数，精度等级
（1)确定齿轮类型．两齿轮均为标准圆柱直齿轮。
（2)材料选择。由表10—1选择小齿轮材料为40Ｃr （调质），硬度为280HBS ，大齿轮材料为45钢(调质)，硬度为240HBS ，二者材料硬度差为40HBS 。
（3)运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度(GB10095—88)
（4)选小齿轮齿数Ｚ1＝19，大齿轮齿数Z 2＝i 1*Z 1＝3.5×19=66.5,取Z 2=67.
Ⅱ.按齿面接触强度设计
按式（10－21）试算，即32
1)]
[(12H E H d t t t Z Z u u T k d σεα+?Φ≥ 1).确定公式内的各计算数值 (1)试选
(2)计算小齿轮传递的转矩
(3)由表10－7选取齿宽系数
(4)由表10－6查得材料的弹性影响系数
(5)由图10－21ｄ按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限
(6)由式10－13计算应力循环次数
91606014401(2830010) 4.147210h N njL ==??????=? 992 4.147210/3.5 1.184910N =?=? (7)由图10－19查得接触疲劳强度寿命系数 (8)计算接触疲劳强度许用应力
取失效概率为1%，安全系数为S=1，由式10－12得
MPa MPa S K H HN H 5406009.0][1
lim 11=?==σσ
MPa MPa S K H HN H 5.52255095.0][2lim 22=?==σ
σ
2)计算
(1)试算小齿轮分度圆直径，带入中较小的值。
140.01t d mm ==
(2)计算圆周速度 11
40.011440
3.01/601000
601000
t d n v m s ππ??=
=
=??
(3)计算齿宽b
1140.0140.01d t b d mm =Φ=?= (4)计算齿宽与齿高之比 模数
齿高 h 2.25 2.25 2.105
t m =?=?=mm
(5)计算载荷系数
查表10—2可查得使用系数为=1.25
根据，7级精度，由图10－8查得动载荷系数=1.07
由表10—4用插值法可查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，，由和可得；故载荷系数
1.25 1.071 1.417 1.895A V H H k k K K K αβ=???=???=
(6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式10－10a 得
1145.36d d mm == (7)计算模数
Ⅲ.按齿根弯曲强度设计
由式10－5得弯曲强度的设计公式为
1)确定公式内的计算数值 (1)由图10－20c 查得
小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 (2)由图10－18查得弯曲疲劳寿命系数 ，
(3)计算弯曲疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数为S=1.4，由式10－12得
1110.85500
[]303.571.4FN FE F K MPa MPa S σσ?=
== 2220.88380
[]238.861.4
FN FE F K MPa MPa S σσ?===
(4)计算载荷系数
1.25 1.071 1.35 1.8056A V F F K K K K K αβ==???= (5)查取齿形系数 由表10－5查得， (6)取应力校正系数 由表10－5查得 (7)计算大小齿轮的，并比较
111222 2.85 1.540.01445[]303.542.26 1.74
0.01646[]238.86
Fa Sa F Fa Sa F Y Y Y Y σσ?==?==
大齿轮的数据大 2)设计计算
1.623m mm ≥= 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数ｍ大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，可取有弯曲强度算得的模数1.623，并就近圆整为标准值ｍ＝2ｍｍ。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是有
11/45.36/222.68Z d m ===，取
大齿轮齿数 取。
Ⅳ.几何尺寸计算
(1)计算分度圆直径
(2)计算中心距
12()/2(46162)/2104a d d mm =+=+= 将中心距圆整后取。 (3)计算齿宽 取
<2>.低速级齿轮传动计算
Ⅰ.选定齿轮的类型、材料及齿数，精度等级
（1)确定齿轮类型．两齿轮均为标准圆柱直齿轮。
（2)材料选择。由表10—1选择小齿轮材料为40Ｃr （调质），硬度为280HBS ，大齿轮材料为45钢(调质)，硬度为240HBS ，二者材料硬度差为40HBS 。
（3)运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度(GB10095—88)
（4)选小齿轮齿数Ｚ1＝36，大齿轮齿数Ｚ2＝ｉ2·Ｚ1＝2.5×36=90。
Ⅱ.按齿面接触强度设计
按式（10－21）试算，即32
1)]
[(12H E H d t t t Z Z u u T k d σεα+?Φ≥ 1)确定公式内的各计算数值 (1)试选
(2)计算小齿轮传递的转矩
(3)由表10－7选取齿宽系数
(4)由表10－6查得材料的弹性影响系数
(5)由图10－21ｄ按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限
(6)由式10－13计算应力循环次数
91606014401(2830010) 4.147210h N njL ==??????=? 992 4.147210/3.5 1.184910N =?=? (7)由图10－19查得接触疲劳强度寿命系数 (8)计算接触疲劳强度许用应力
取失效概率为1%，安全系数为S=1，由式10－12得
MPa MPa S
K H HN H 5406009.0][1
lim 11=?==σσ
MPa MPa S K H HN H 5.52255095.0][2
lim 22
=?==σσ 2)计算
(1)试算小齿轮分度圆直径，带入中较小的值。
140.01t d mm ==
(2)计算圆周速度 11
40.011440
3.01/601000
601000
t d n v m s ππ??=
=
=??
(3)计算齿宽b
1140.0140.01d t b d mm =Φ=?= (4)计算齿宽与齿高之比 模数
齿高 h 2.25 2.25 2.105
t m =?=?=mm (5)计算载荷系数
查表10—2可查得使用系数为=1.25
根据，7级精度，由图10－8查得动载荷系数=1.07
由表10—4用插值法可查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，，由和可得；故载荷系数
1.25 1.071 1.417 1.895A V H H k k K K K αβ=???=???=
(6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式10－10a 得
1145.36d d mm == (7)计算模数
Ⅲ.按齿根弯曲强度设计
由式10－5得弯曲强度的设计公式为
1)确定公式内的计算数值 (1)由图10－20c 查得
小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 (2)由图10－18查得弯曲疲劳寿命系数 ，
(3)计算弯曲疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数为S=1.4，由式10－12得 1110.85500
[]303.571.4FN FE F K MPa MPa S σσ?=
== 2220.88380
[]238.861.4
FN FE F K MPa MPa S σσ?===
(4)计算载荷系数
1.25 1.071 1.35 1.8056A V F F K K K K K αβ==???=
(5)查取齿形系数 由表10－5查得， (6)取应力校正系数 由表10－5查得 (7)计算大小齿轮的，并比较
111222 2.85 1.54
0.01445[]303.542.26 1.74
0.01646[]238.86
Fa Sa F Fa Sa F Y Y Y Y σσ?==?==
大齿轮的数据大 2)设计计算
1.623m mm ≥=
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数ｍ大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，可取有弯曲强度算得的模数1.623，并就近圆整为标准值ｍ＝2ｍｍ。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是有
11/45.36/222.68Z d m ===，取
大齿轮齿数 取。
Ⅳ.几何尺寸计算
1)计算分度圆直径
2)计算中心距
12()/2(46162)/2104a d d mm =+=+= 将中心距圆整后取。 4)计算齿宽
取
四、链传动计算
选择材料40,50.ZG310~570.热处理回火热处理硬度40~50HRC 无剧烈振动及冲击的链轮
(1)选择链轮齿数
取小链轮齿数=18取大链轮齿数=2.5*18=45 (2)确定计算功率
查表9-6得=1, 查图9-13得=1.34,k p =1(单排链),则计算功率的
1.1 1.34 3.74
5.011
A Z ca P k K P p kw K ????=
==
(3)选择链条型号和节距
根据=5.01KW, =164.57rmin 可选16A 在查表 链条节距为P=25.4mm (4)计算链节数和中心矩
初选中心矩=(30~50)P=(30~50)*25.4,取=850mm 链节数2012120
2()22po a z z z z p
L p a π+-=++=102.2 取=100。查表中心矩计算系数=0.248585
最大中心矩=846mm (5)计算链速V,确定润滑方式 =1.32ms
由V=1.79ms 和链号16A 查图9-14可知应采用油池润滑. (6)计算压轴力
轴材料为40Cr,调质处理
有效圆周力: =2833N
链轮水平布置时的压轴力系数=1.15,则压轴力为=1.15*2833=3528N (7)链轮的结构设计
小直径的链轮一般做成整体式；中等尺寸的链轮多做成孔板式，为便于搬运、装卡和减重，在辐板上开孔；大直径的链轮可做成组合式，常可将齿圈用螺栓连接或焊接在轮毂上，此时齿圈与轮芯可用不同材料制造。
根据轴Ⅲ的尺寸可确定链轮轴孔d=40mm ，轮毂长度L=80mm ，可与减速器的相关尺寸协调。 (8)链轮的分度圆直径
小链轮用15#钢，z=18.分度圆直径为125.5
146180180sin()sin()
18p d mm z =
== 大链轮用45#钢，z=45.分度圆直径为125.5
364180180sin()sin()
45p d mm z ===
五、联轴器的选择
选定联轴器的类型:
选轴的材料为45钢，调质处理。由上文我们取：。 输入轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号。
联轴器的计算转矩Tca=K A T 1,查表14-1,考虑到转矩的变化很小,故取K A =1.3,则1 1.326.26330.24ca A T K T N mm ==?=?
按照计算转矩Tca 应小于联轴器公称转矩的条件，查《机械设
计手册》，选用LT4（J 型）弹性柱销联轴器型弹性柱销联轴器，其公称转矩为63N ·ｍ。半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度L ＝52ｍｍ的半联轴器。
与轴配合的毂孔长度。
六、轴的设计 <1>估算最小直径
（1）高速轴的最小轴径的确定
选取高速轴的材料为40Cr ，热处理为调质。 [τ]=30~40MPa 由表15-3确定
=100mm
1min d ≥A (按一个键槽,轴颈增大7%) 11min (17%)14.99d d mm =?+=
考虑到弹性套柱销联轴器的规格, 11min (17%)14.99d d mm =?+= 取最小轴径为：
（2）中间轴的最小轴径的确定
选取轴的材料为40Cr ，热处理为调质。 [τ]=30~40MPa
=100mm
2min 10021.13d mm ≥A =(考虑到一个键槽,轴颈增大7%)
22min (17%)23.54d d mm =?+=
取最小轴径为：
（3）低速轴的最小轴径的确定
选取轴的材料为40Cr ，热处理为调质。 [τ]=30~40MPa
=100mm
3min 10028.48d mm ≥A =(考虑到一个键槽,轴颈增大7%)
33min (17%)30.47d d mm =?+= 取最小轴径为： =31mm
<2>初选轴承：
1轴高速轴选轴承为6205（2系列）深沟球轴承 2轴中间轴选轴承为6207（2系列）深沟球轴承 3轴低速轴选轴承为6208（2系列）深沟球轴承 各轴承参数见下表：