机械设计基础带传动装置设计案例

目录目录 (1)1. 设计任务书 (2)设计题目 (2)工作条件 (2)技术数据 (2)2. 传动装置整体设计 (2)电动机的选择 (2)选择电动机系列 (2)选择电动机功率 (2)确信电动机转速 (3)分派传动比 (4)各轴功率、转速和转矩的计算 (4)各轴运动及动力参数列表 (4)3. 传动零件的设计计算 (5)减速器之外的传动零件设计计算 (5)设计带传动 (5)3.2 减速器之内的传动零件设计计算 (6)设计齿轮传动(教材P189) (6)4. 轴的设计计算 (10)初步确信轴的直径 (10)高速轴的设计(P33) (10)4.1.2 低速轴与联轴器的设计计算 (10)轴的强度校核(教材P222) (10)计算大齿轮上的作使劲 (10)绘轴的受力简图，求支座反力 (11)作弯矩图 (12)作转矩T图 (13)作当量弯矩M v图 (13)校核轴的强度 (14)5. 转动轴承的选择及其寿命验算(P106) (14)低速轴轴承 (14)6. 键联接的选择和验算(P103) (15)减速器小齿轮与大带轮的键联接 (15)减速器大齿轮与减速器低速轴的键联接 (15)联轴器与减速器低速轴轴伸的联接 (16)7 减速器的润滑及密封形式选择(P119) (16)参考文献 (17)1. 设计任务书设计用于胶带运输机的机械传动装置。

2. 传动装置整体设计按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封锁自扇冷式结构，电压380V ，Y 系列。

1）传动滚筒所需有效功率：kW Fv P w 25.210005.29001000=⨯==kW P w 25.2=2）传动装置总效率：按表2.2-1(P)确信各部份效率如下: V 带传动效率 95.01=η一对转动轴承的效率 99.02=η闭式齿轮传动的效率 97.03=η（暂定精度为8级） 联轴器传动的效率 99.04=η 一对滑动轴承的效率 97.05=η 传动滚筒的效率 96.06=η 传动装总效率8326.096.097.099.097.099.095.026543221=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=ηηηηηηη 8326.0=η 3）所需的电动机功率：kW P P wr 70.28326.025.2===ηkW P r 70.2=查表2.9-1(P103),可选Y 系列三相异步电动机Y100L2-4 型，额定功率kW P 0.30=,或选Y 系列三相异步电动机Y132S2-6 型，额定功率为kW P 0.30=，均知足r P P >0。

机械设计基础课程设计说明书带式运输机传动装置的设计A-5-------同轴式二级圆柱齿轮减速器的设计一.设计说明用于带式运输机的同轴式二级圆柱齿轮减速器;传动装置简图如右图所示;视情况可增加一级带传动或链传动;（1）带式运输机数据运输机工作轴转矩T＝5300N·m运输带工作速度v＝0.9m/s运输带滚筒直径D＝450mm2工作条件单班制工作,空载启动,单向、连续运转,工作中有轻微振动;运输带速度允许速度误差为±5%;3使用期限工作期限为十年,检修期间隔为三年; 4生产批量及加工条件小批量生产;2.设计任务详见基本要求1选择电动机型号；二.选择电动机型号电动机是最常用的原动机,具有结构简单、工作可靠、控制简单和维护容易等优点;电动机的选择主要包括选择其类型和结构型式、容量功率和转速、确定具体型号;选择电动机类型根据任务书要求可知：本次设计的机械属于恒功率负载特性机械,且其负载较小,故采用Y型三相异步电动机全封闭结构即可达到所需要求;2、选择电动机容量工作机所需的功率其中带式输送机的效率电动机的输出功率其中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、一对齿轮传动、两对滚动轴承及联轴器等的效率,η值计算如下：由机械设计基础课程设计表10-1查得V带传动效率,一对齿轮传动的效率,一对滚动球轴承传动效率,联轴器效率,因此所以根据选取电动机的额定功率使,并由机械设计基础课程设计表10-110查得电动机的额定功率为确定电动机转速：滚筒转速为：取V带传动的传动比范围为：取单级齿轮传动的传动比范围为：则可得合理总传动比的范围为：故电动机转速可选的范围为：在这个范围内的电动机的同步转速有和两种,综合考虑电动机和传动装置的情况再确定最后的转速,为降低电动机的重量和成本,可选择同步转速为;根据同步转速查机械设计基础课程设计表10-110确定电动机型号为,其满载转速;此外,电动机的中心高、外形尺寸、轴伸尺寸等均可查表得出;三.选择联轴器,设计减速器总传动比的计算与分配电动机确定后面,根据电动机的满载转速和工作装置的转速,就可以计算传动装置的总传动比;总传动比的分配是个比较重要的问题;它将影响到传动装置的外轮廓尺寸、重量、润滑等许多问题;1、计算总传动比2、分配各级传动比为使带传动的尺寸不至过大,满足,可取,则齿轮的传动比传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数是指各轴的转速、功率和转矩,这些参数是设计传动零件齿轮和带轮和轴时所必需的已知条件;计算这些参数时,可以按从高速轴往低速轴的顺序进行;1、各轴的转速2、各轴的功率3、各轴的转矩最后,将计算结果填入下表：轴名参数电动机轴Ⅰ轴Ⅱ轴滚筒轴转速n/r/min970323.3374.3374.33功率P/KW1110.5610.199.94转矩T/N.M108.3311.91309.221277.1传动比 i3 4.351效率η0.960.9650.975传动零件的设计计算设计时,一般先作减速器箱外传动零件的设计计算,以便确定减速器内的传动比及各轴转速、转矩的精确数值,从而使所设计的减速器原始条件比较准确;第一节减速器外传动零件的设计本传动方案中,减速器外传动即电动机与减速器之间的传动,采用V带传动;V 带已经标准化、系列化,设计的主要内容是确定V带型号和根数,带轮的材料、直径和轮毂宽度、中心距等;1、求计算功率查机械设计基础表13-8得,故2、选V带型号根据,由机械设计基础图13-15查出此坐标点位于B型号区域;3、求大、小带轮基准直径查机械设计基础表13-9,应不小于125mm,现取,由机械设计基础式13-9得式中;由机械设计基础表13-9,取;4、验算带速带速在范围内,合适;5、求V带基准长度和中心距初步选取中心距由机械设计基础式13-2得带长查机械设计基础表13-2,对B型带选用;再由机械设计基础式13-16计算实际中心距6、验算小带轮包角由机械设计基础式13-1得合适;7、求V带根数由机械设计基础式13-15得令,查机械设计基础表13-3得由机械设计基础式13-9得传动比查机械设计基础表13-5得由查机械设计基础表13-7得,查机械设计基础表13-2得,由此可得取5根;8、求作用在带轮轴上的压力查机械设计基础表13-1得,故由机械设计基础式13-17得单根V带的初拉力作用在轴上的压力9、带轮结构设计带轮速度,可采用铸铁材料;小带轮直径,采用实心式；大带轮直径,采用轮辐式;传动比及运动参数的修正外传动零件设计完成后,V带的传动比随之确定;用新的传动比对减速器内轴Ⅰ的转速、转矩数值进行修正;1、对轴Ⅰ转速的修正2、对轴Ⅰ转矩的修正最后,将修正结果填入下表：轴名参数电动机轴Ⅰ轴Ⅱ轴滚筒轴转速n/r/min970316.9974.3374.33功率P/KW1110.5610.199.94转矩T/N.M108.3318.141309.221277.1传动比 i 3.06 4.351效率η0.960.9650.975减速器内传动零件的设计减速器内的传动零件主要是指齿轮轴;本传动方案中的减速器采用直齿圆柱齿轮进行传动;直齿圆柱齿轮传动设计需要确定齿轮的材料、模数、齿数、分度圆、顶圆和根圆、齿宽和中心距等;1、选择材料及确定许用应力小齿轮用调质,齿面硬度,,机械设计基础表11-1,大齿轮用调质,齿面硬度,,机械设计基础表11-1;由机械设计基础表11-5,取,,2、按齿面接触强度设计设齿轮齿面按7级精度制造;取载荷系数机械设计基础表11-3,齿宽系数机械设计基础表11-6;小齿轮上的转矩取机械设计基础表11-4齿数取,则;故实际传动比;模数齿宽,取,,这里取;按机械设计基础表4-1取,小齿轮实际的分度圆直径,大齿轮实际的分度圆直径;齿顶高齿根高小齿轮齿顶圆直径小齿轮齿根圆直径大齿轮齿顶圆直径大齿轮齿根圆直径中心距3、验算轮齿弯曲强度齿形系数机械设计基础图11-8,机械设计基础图11-9 ,由机械设计基础式11-54、齿轮的圆周速度对照机械设计基础表11-2可知选用7级精度是合宜的;轴Ⅱ运动参数的修正内传动零件设计完成后,齿轮的传动比随之确定;用新的传动比对减速器内轴Ⅱ的转速、转矩数值进行修正;1、对轴Ⅱ、工作装置转速的修正2、对轴Ⅱ、工作装置转矩的修正最后,将修正结果填入下表：轴名参数电动机轴Ⅰ轴Ⅱ轴滚筒轴转速n/r/min970316.9974.0474.04功率P/KW1110.5610.199.94转矩T/N.M108.3318.141314.351282.1传动比 i 3.06 4.281效率η0.960.9650.975轴的设计计算第一节高速轴Ⅰ的计算已知轴Ⅰ传递的功率,转速,小齿轮的齿宽,齿数,模数,压力角,载荷平稳;1、初步估算轴的直径查机械设计基础表14-1轴的常用材料及其主要力学性能表,选取45号钢作为轴Ⅰ的材料,并进行调质处理;查机械设计基础表14-2常用材料的值和C值,取;由机械设计基础式14-2得考虑到有键槽的存在,轴径加大5%左右即取;2、轴的结构设计1确定轴的结构方案右轴承从轴的右端装入,靠轴肩定位;齿轮和左轴承从轴的左端装入,齿轮右侧端面靠轴肩定位,齿轮和左轴承之间用定位套筒使左轴承右端面得以定位,左右轴承均采用轴承端盖,齿轮采用普通平键得到圆周固定;2确定轴的各段直径轴结构示意图1轴段安装带轮,轴径取不大于70mm的标准值,这里取；2轴段安装轴承端盖,取；3轴段安装轴承,轴径为轴承内径的大小 ;查机械设计基础课程设计续表10-35：选取深沟球轴承6311,轴承内径,外径,轴承宽;这里取；轴两端安装轴承处轴径相等,则6段取；4轴段安装齿轮,齿轮内径,齿轮的轴向定位轴肩,取;3确定轴的各段长度结合绘图后确定各轴段长度如下：1轴段的长度取根据带轮结构及尺寸；2轴段总长度根据外装式轴承端盖的结构尺寸,起厚度,还有箱体的厚度取10mm；3轴段轴承的宽挡油环的长度和；4轴段因为小齿轮的齿宽为80mm,轴段的长度应比零件的轮毂短2-3mm,5轴段长度15mm；6轴段轴承的宽挡油环的长度和;3、按弯扭合成强度对轴Ⅰ的强度进行校核已知：转矩,小齿轮分度圆直径;圆周力径向力法向力1绘制轴受力简图如下2绘制垂直面弯矩图如下垂直面内的轴承支反力：水平面内的轴承支反力：由两边对称,知截面C的弯矩也对称;截面C在垂直面弯矩为3绘制水平面弯矩图如下截面C在水平面上弯矩为：4绘制合弯矩图如上5绘制扭矩图如上扭矩：6当量弯矩计算扭矩产生的扭转力按脉动循环变化,取α=0.6,截面C处的当量弯矩：7校核危险截面C的强度判定危险截面为第四段轴的中心面,轴的材料选用45钢,调质处理,查机械设计基础表14-1得；查机械设计基础表14-3查得则：∴该轴强度足够;第二节低速轴Ⅱ的计算已知轴Ⅱ传递的功率,转速,大齿轮的齿宽,齿数,模数,压力角,载荷平稳;1、初步估算轴的直径查机械设计基础表14-1轴的常用材料及其主要力学性能表,选取45号钢作为轴Ⅰ的材料,并进行正火处理;查机械设计基础表14-2常用材料的值和C值,取;由机械设计基础式14-2得根据联轴器结构及尺寸,取;2、轴的结构设计1确定轴的结构方案右轴承从轴的右端装入,靠轴肩定位;齿轮和左轴承从轴的左端装入,齿轮右侧端面靠轴肩定位,齿轮和左轴承之间用定位套筒使左轴承右端面得以定位,左右轴承均采用轴承端盖,齿轮采用普通平键得到圆周固定;（2）确定轴的各段直径轴结构示意图由图中个零件配合尺寸关系知；,,,;3确定轴的各段长度结合绘图后确定各轴段长度如下：1轴段的长度取根据联轴器结构及尺寸；2轴段总长度根据外装式轴承端盖的结构尺寸,其厚度,还有箱体的厚度取10mm；3轴段轴承的宽挡油环的长度和；4轴段因为大齿轮的齿宽为75mm,轴段的长度应比零件的轮毂短2-3mm；5轴段；6轴段;3、按弯扭合成强度对轴Ⅱ的强度进行校核已知：转矩：,大齿轮分度圆直径;圆周力径向力法向力（1）绘制轴受力简图如下（2）绘制垂直面弯矩图如下垂直面内的轴承支反力：水平面内的轴承支反力：由两边对称,知截面C的弯矩也对称;截面C在垂直面弯矩为3绘制水平面弯矩图如下截面C在水平面上弯矩为：（4）绘制合弯矩图如上5绘制扭矩图如上扭矩：6当量弯矩计算扭矩产生的扭转力按脉动循环变化,取α=0.6,截面C处的当量弯矩：7校核危险截面C的强度判定危险截面为第四段轴的中心面,轴的材料选用45钢,正火处理,查机械设计基础表14-1得；查机械设计基础表14-3查得则：∴该轴强度足够;键的选择与强度验算1、高速轴Ⅰ上键的选择与校核（1）最小直径处：1选择键型：该键为静联接,为了便于安装固定,选择普通A型平键;2确定键的尺寸：该轴上最小直径为,轴长,查机械设计基础课程设计表10-33得,用于此处连接的键的尺寸为;3强度校核：轴所受转矩;查机械设计基础表10-10,取,;由机械设计基础式10-26有：键连接的挤压强度;由机械设计基础式10-27有：键连接的压强;强度满足要求;该键标记为：键;(2)齿轮处1）选择键型：该键为静联接,为了便于安装固定,选择普通A型平键;2确定键的尺寸：该轴上最小直径为,轴长,查机械设计基础课程设计表10-33得,用于此处连接的键的尺寸为;3）强度校核：查机械设计基础表10-10,取,;由机械设计基础式10-26有：键连接的挤压强度;由机械设计基础式10-27有：键连接的压强;强度满足要求;该键标记为：键;2、低速轴Ⅱ上键的选择与校核1最小直径处1选择键型：该键为静联接,为了便于安装固定,选择普通A型平键;2确定键的尺寸：该轴上最小直径为,轴长,查机械设计基础课程设计表10-33得,用于此处连接的键的尺寸为;3强度校核：轴所受转矩;查机械设计基础表10-10,取,;由机械设计基础式10-26有：键连接的挤压强度;由机械设计基础式10-27有：键连接的压强;强度满足要求;该键标记为：键2齿轮处：1选择键型：该键为静联接,为了便于安装固定,选择普通A型平键;2确定键的尺寸：该轴上最小直径为,轴长,查机械设计基础课程设计表10-33得,用于此处连接的键的尺寸为;3）强度校核：查机械设计基础表10-10,取,;由机械设计基础式10-26有：键连接的挤压强度;由机械设计基础式10-27有：键连接的压强;强度满足要求;该键标记为：键;滚动轴承的选择及联轴器的选择第一节滚动轴承的选择根据设计条件,轴承预计寿命：小时1、计算高速轴处的轴承对于高速轴处的轴承选择,首先考虑深沟球轴承;初选用6311型深沟球轴承,其内径为55mm,外径为120mm,宽度为29mm,极限转速脂：5300r/min；极限转速油：6700r/min;因轴承工作温度不高、载荷平稳,查机械设计基础表16-8及表16-9,取；由于轴向力的影响可以忽略不计,即,取X=1,Y=0.则当量动载荷,转速n=316.99r/min,小时,;由机械设计基础式16-3得：所需径向基本额定动载荷查机械设计基础课程设计表10-35得：,故选用6311型深沟球轴承符合要求;2、计算低速轴处的轴承对于低速轴处的轴承选择,考虑深沟球轴承,初选6018型深沟球轴承,其内径为90mm,外径为140mm,宽度为24mm,极限转速脂：4300r/min；极限转速油：5300r/min;因轴承工作温度不高、载荷平稳,查机械设计基础表16-8及表16-9,取；由于轴向力的影响可以忽略不计,即,取X=1,Y=0.则当量=74.04r/min,小动载荷,转速n2时,;由机械设计基础式16-3得：所需径向基本额定动载荷查机械设计基础课程设计表10-35得：,故选6018型深沟球轴承符合要求;第二节联轴器的选择轴Ⅰ与V带轮通过键连接来传递力和扭矩,不需用联轴器；轴Ⅱ与滚筒之间用联轴器联接实现力和扭矩的传递;需选用合适的联轴器;考虑此运输机的功率不大,工作平稳,考虑结构简单、安装方便,故选择弹性柱销联轴器;计算转矩按下式计算：式中 T——名义转矩；N·mm；——工作情况系数；KA取K=1.5,则A=74.04r/min输出轴输出段直径为d=80mm;轴Ⅱ的转速为n2查机械设计课程上机与设计表14-5,可选择YL14或YLD14型弹性联轴器;第七章减速器润滑与密封1、润滑齿轮圆周速度,采用油池润滑,圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高,大齿轮的齿顶到油底面的距离≥30～60mm;选择油面的高度为40mm;并考虑轴承的润滑方式,计算：高速轴：低速轴：；所以选用脂润滑,润滑脂的加入量为轴承空隙体积的,采用稠度较小润滑脂;2、密封为了防止润滑油或脂漏出和箱体外杂质、水及灰尘等侵入,减速器在轴的伸出处、箱体的结合面处和轴承盖、窥视孔及放油孔与箱体的结合面处需要密封;轴伸出处的滚动轴承密封装置采用毛毡圈密封,由机械原理课程上机与设计表15-15可得,其中输入轴按密封圈密封处直径：,选择毛毡圈尺寸：;输出轴按密封圈密封处直径：;选择毛毡圈尺寸：;第八章减速器附件选择1、轴承端盖轴承端盖全部采用外装式轴承端盖,并根据机械设计课程上机与设计表13-4与表15-3进行选择;1、高速轴的轴承端盖轴承外径,螺栓直径,端盖上螺栓数目6；,,,,,取,,取;2、低速轴的轴承端盖：轴承外径,螺栓直径,端盖上螺栓数目6；,,,,,取,, 取2、通气器减速器工作时,由于箱体内部温度升高,气体膨胀,压力增大,使得箱体内外压力不等;为使箱体内受热膨胀的气体自由排出,以保持箱体内外压力平衡,不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件处向外渗漏,需要顶部或直接在窥视孔盖板上设置通气器;本设计将通气器安装在窥视孔盖板上;选用通气帽根据机械设计课程上机与设计表15-5进行选择;3、窥视孔窥视孔用于检查传动零件的啮合、润滑及齿轮损坏情况,并兼做注油孔,可向减速器箱体内注入润滑油,观察孔应设置在减速器箱盖上方的适当位置,以便直接进行观察并使手能伸入箱体内进行操作,平时观察孔用盖板盖住;查机械设计基础课程设计表5-16,取窥视孔孔盖的结构尺寸如下：150200100150M620 6个124、油标为指示减速器内油面的高度符合要求,以便保持箱内正常的油量,在减速器箱体上需设置油面指示装置;本设计选用长形油标,油标尺中心线与水平面成45度,注意加工油标凸台和安装油标时,不与箱体凸缘或吊钩相干涉;查机械设计课程上机与设计表15-10,选择A80 GB1161油标;5、放油孔及放油螺塞为排放减速器箱体内油污和便于清洗箱体内部,在箱座油池的最低处设置放油孔,箱体内底面做成斜面、向放油孔方向倾斜1度到2度,油孔附近作成凹坑,以便污油排尽;平时用放油螺塞将放油孔堵住圆柱螺纹油塞自身不能8、地脚螺栓为防止减速器倾倒和振动,减速器底座下部凸缘应设有地脚螺钉与地基连接;地脚螺钉为M24 取4个;9、箱体设计箱盖壁厚：10mm,箱座底凸缘厚度：10mm,地脚螺钉直径：24mm;数目：4个,轴承旁联结螺栓直径：16mm;。

课程设计说明书题目：带式运输机传动装置设计目录课程设计说明书 ......................................................... 错误！未定义书签。

§1机械零件课程设计任务书. (3)传动方案要求如下图所示 .................... 错误！未定义书签。

设计内容：选择合适的电动机、联轴器型号，设计减速器。

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工作条件：单向运转，载荷平稳，空载起动，两班制工作，输送带速度容许误差为±5%。

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使用年限：8年............................. 错误！未定义书签。

生产批量：小批量生产...................... 错误！未定义书签。

§2传动方案的分析 (4)§3电动机选择，传动系统运动和动力参数计算........ 错误！未定义书签。

§4传动零件的设计计算 ............................................ 错误！未定义书签。

§5轴的设计计算.. (11)§6轴承的选择和校核 (15)§7减速器箱体设计及附件的选择和说明 (18)§8联轴器的选择.................................. 错误！未定义书签。

§9减速器的润滑、密封和润滑牌号的选择............ 错误！未定义书签。

§10键联接的选择和校核 (20)§11设计小结 (21)§12参考资料 (22)《机械设计基础》课程设计任务书§2传动方案的分析传动装置是将原动机的运动和动力传递给工作机的中间装置。

它常具备减速、改变运动形式或运动方向以及将动力和运动进行传递与分配的作用。

（一）带传动设计实例【例8 - 1】 某带式输送机采用V 带传动，已知电动机的额定功率P ＝8 kW ，转速n 1＝1460 r/min ，传动比i ＝2，两班制工作，试设计该V 带传动。

解 （1）确定计算功率P c 。

由表8-10查得工作情况系数K A ＝1.2，根据式（8 - 22），有P c ＝K A P ＝1.2×8＝9.6 kW（2）选取V 带类型。

根据P c ＝ 9.6 kW 、n 1 ＝ 1460 r/min ，从图8 - 14中选用A 型V 带。

（3）确定带轮基准直径并验算带的速度。

由表8 - 11查得小带轮的最小基准直径d d1min ＝ 75mm ,从基准直径系列中选取d d 1 ＝ 90mm 。

根据式（8 - 23），计算大带轮的基准直径d d2：d d2 ＝ i d d1 ＝ 2×90 ＝ 180mm从表8-11的标准系列中，选取基准直径d d2 ＝ 180mm 。

根据式（8 - 24），有 s m n d v d /9.610006014609010006011=⨯⨯⨯=⨯=ππ由于带的速度在5～25m /s 的范围之内，因此，带的基准直径合适。

（4）确定普通V 带的基准长度和传动中心距。

根据式（8 - 25），得0.7×（90+180）＜a 0＜2×（90+180）189＜a 0＜540初步确定中心距a 0 ＝500mm 。

根据式（8 - 1），计算传动带的初选长度： 021221004)()(22a d d d d a L d d d d -+++≈π 5004)90180()18090(250022⨯-+++⨯=π＝ 1428mm根据表8-2，选传动带的基准长度L d ＝ 1400mm 。

根据式（8-26），计算传动带的实际中心距a ： mm L L a a d 486214281400500200=-+=-+≈（5）验算小带轮上的包角α1。