课程设计讲义一

·PAGE90·机械设计基础课程设计指导书第十四章设计计算示例·PAGE91·第十四章设计计算示例题目：设计带式运输机传动装置图14.1原始数据：运输带的有效拉力f＝3

000N运输带的线速度υ＝1.4m/s驱动卷筒直径D＝400

mm一班制连续工作，使用期五年，载荷比较平稳，单向运转。一、电动机的选择和动力参数的计算1．选择合适的电动机。（1）选择电动机类型。按照工作要求和条件，选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷笼型三相异步电动机。（2）确定电动机功率。工作机所需的功率PW为：（kW）式中，F=3

000N，v=1.4m/s，带式输送机的效率ηW=0.94，代入上式得：（kW）=4.47（kW）电动机的输出功率（kW）式中，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、两对滚动球轴承器等的效率），其值按下式计算：由表10-5查得：V带传动效率b=0.95，一对齿轮传动（8级精度、油润滑）效率g=0.97，一对滚动轴承效率r=0.99，滑块联轴器效率c=0.98，因此，=0.95×0.97×0.992×0.98=0.885所以：（kW）选取电动机的额定功率，使Pm=(1～1.3)Po，并由表10-3中取电动机的额定功率为Pm=5.5kW。确定电动机的转速，滚筒轴的转速为：（r/min）=66.85（r/min）按推荐的各种传动机构传动比的范围，取V带传动比ib=2～4，单级圆柱齿轮传动比ig=3～5，则总传动比范围为：i=(2×3)～(4×5)=6～20电动机可选择的转速范围相应为：n′=i

·

nw=(6～20)×66.85（r/min）=401～1

337（r/min）电动机同步转速符合这一范围的有750r/min和1

000r/min两种类型。为降低电动机的重量和价格，由表10-3选取同步转速为1

000r/min的Y系列电动机Y132M2－6，其满载转速为nm=960r/min。表10-3Y系列三相异步电动机技术参数（摘自JB/T10391-2002）型号额定功率P/kW满载转速（r

·

min-1）型号额定功率P/kW满载转速（r

·

min-1）型号额定功率P/kW满载转速（r

·

min-1）同步转速n

=

1

500r

·

min-1同步转速n

=

1

000r

·

min-1同步转速n

=

750r

·

min-1Y90L-41.51

400Y100L-61.5940Y132S-82.2710Y100L1-42.21

430Y112M-62.2940Y132M--83710Y100L2-43.01

430Y132S-63960Y160M1-84720Y112M-44.01

440Y132M1-64960Y160M2-85.5720Y132S-45.51

440Y132M2-65.5960Y160L-87.5720Y132M-47.51

440Y160M-67.5970Y180L-811730Y160M-411.01

460Y160L-611970Y200L-815730Y160L-415.01

460Y180L-615970Y225S-818.57302．计算传动装置的总传动比并分配各级传动比（1）传动装置的总传动比。（2）分配各级传动比。由式i=ibig，为了使V带传动的外廓尺寸不致太大，取带传动比ib=3（注：①ib＜ig；②ib与ig差异不要太大），则齿轮传动的传动比为=0.885Y132M2－6三相异步电动机Pm=5.5kWnm=960

r/mini=14.36ib=3ig=4.793．计算传动装置的运动参数和动力参数（1）各轴的转速。I轴（电动机、小带轮轴）：nI=960（r/min）Ⅱ轴（大带轮、小齿轮轴）：nⅡ（r/min）=320（r/min）Ⅲ轴（大齿轮、滚筒轴）：nⅢ=nW（r/min）=66.81（r/min）（2）各轴的功率。I轴（电动机、小带轮轴）：PI=5.05（kW）Ⅱ轴（大带轮、小齿轮轴）：PⅡ=Pmb=5.05×0.95=4.8（kW）Ⅲ轴（大齿轮轴）：PⅢ=PⅡrg=4.8×0.99×0.97=4.61（kW）轴号功率/kW转速/（r/min）高速轴（小齿轮轴）低速轴（大齿轮轴）4.84.6132066.81二、齿轮传动设计1．选择齿轮材料和热处理方法要设计的齿轮传动无特殊要求，故考虑选用闭式软齿面齿轮。小齿轮选用45钢，调质处理，硬度为255HBS，大齿轮材料为45钢，正火处理，硬度为220HBS。[H1]=610MPa，[H2]=490MPa，[F1]=470MPa，[F2]=345MPa。2．选择精度等级运输机为一般机械，速度较低，因此选择8级精度。3．强度计算由于是闭式软齿面齿轮，因此按齿面接触疲劳强度的设计公式计算。TⅡ=9.55106×PⅡ/nⅡ=9.55×106×4.8/320=1.43×105（N

·

mm）d1≥==68.7（mm）4．选择小齿轮的齿数z1取z1=25（推荐z1取值范围20～30）z2=z1×i=254.79=119.75取z2=119。确定模数m=68.7/25=2.75，取m=3

mm小齿轮：45调质大齿轮：45正火z1=25z2=119m=3

mm中心距a=m(z1+z2)/2=216（mm）主要尺寸分度圆直径：d1=mz1=325=75（mm），d2=mz2=3119=357（mm）齿轮宽度：b2=dd1=175=75（mm），取b2=75（mm）b1=b2+（5~10）（mm）=80（mm）5．验算齿根的弯曲疲劳强度复合齿形系数YFS1=4.24，YFS2=3.92（可参考《机械设计基础》教材）=71.9MPa≤[F1]≤[F2]强度符合要求。三、轴结构设计计算1．高速轴（1）选择轴的材料。因该齿轮无特殊要求，故选用45钢调质。（2）初估轴的外伸端直径。d≥C（PⅡ/nⅡ）1/3（mm）考虑轴上有一键槽，将轴径增大4%，即d=(31.07～25.4)×1.04

mm=32.31～26.42

mm；轴头安装带轮，应取相应的标准值。查表12-10，取d1=dmin=28

mm。（3）轴的结构设计并绘制草图。①

轴的结构分析。要确定轴的结构形状，根据轴上零件的定位、装拆顺序和固定方式及轴的工艺性要求等，初步确定轴的形状如图14-2所示。②

确定轴各段的直径。根据轴各段直径确定的原则，本题中各段直径选取如下：轴段①为轴的最小直径，已取定d1=28

mm；轴段②要考虑带轮的定位和安装密封圈的需要，取d2=34

mm[取定位轴肩高h=(0.07～0.l)d1]；轴段③安装轴承，为便于装拆应取d3＞d2，且与轴承内径标准系列符合，故取d3=35

mm（轴承型号为6207）；轴段④安装齿轮，此直径尽可能采用推荐的标准系列值（查表10-6），但轴的尺寸不宜取得太大，故取成d4=37.5mm；轴段⑤为轴环，考虑左面轴承的拆卸和右面齿轮的定位和固定，取轴径d5=45

mm；轴段⑥取与轴段③同样的直径，即d6=35

mm。图14-2③

确定轴各段的长度。为保证齿轮固定可靠，轴段④的长度应略短于齿轮轮毂长度（设齿轮轮毂长与齿宽b1相等，为80mm），取L4=78mm；为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，应留一定间隙，取两者间距为15mm，为保证轴承含在箱体轴承孔中，并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁距离为5mm（脂润滑，如为油润滑应取得小些）。故轴段⑤长度为L5=（15＋5）mm=20mm；根据轴承内圈宽度B＝17mm，取轴段⑥长L6=18mm；因两轴承相对齿轮对称，故取轴段③长度L3=（2＋20＋17）mm=39mm。为了确定L2，必须先确定箱体上轴承孔的长度L。考虑孔内安装零件，L=B+m+Δ3=17+（0.10～0.15）72+5=29.2～32.8mm。为了避免拧紧螺钉时端盖歪斜，一般取m=（0.10～0.15）D，D为轴承外径。考虑箱外联接螺栓扳手空间位置，L≥δ+c1+c2+5～8mm，为此，由表5-3可计算出箱体壁厚δ=8mm，轴承端盖旁联接螺栓直径d=12mm，由表5-4查出c1=18mm；c2=16mm。则L≥δ+c1+c2+(5～8)=8+18+16+6=48mm。比较孔内安装零件和箱外联接螺栓扳手空间位置的要求，取大值，所以取L=48mm。根据轴承外径D=72mm，由表11-7查出轴承端盖厚度e

=10mm，轴承端盖上联接螺栓为M8。由表10-16查出螺栓头部高度h≈6mm。为保证带轮不与轴承端盖上联接螺钉相碰，并使轴承端盖拆卸方便，带轮端面与端盖间应留适当间隙，再根据箱体和轴承端盖的尺寸取定轴段②长度，L2=L-B-Δ3＋e＋h＋(10～15)=48-5-17＋10＋6＋(10～15)=52～57mm，取L2=54mm；根据带轮孔长度L=（1.5～2）d1mm，取L1=45mm。2．低速轴结构设计（略）注意：低速轴外伸端直径的确定：①

d≥C（PⅢ/nⅢ）1/3。②

考虑轴上有一键槽，将轴径增大4%。③

轴头安装联轴器，应按联轴器孔径取相应的标准值，查表10-24。b1=80mmb2=75mm强度足够高速轴：45钢调质d1=dmin=28mmd2=34mmd3=35mmd4=37.5mmd5=45mmd6=35mmL4=78mmL5=20mmL6=18mmL3=39mmL2=54mmL1=45mm表10-5机械传动效率和传动比概略值类别传动类别效率单级传动比最大常用圆柱齿轮传动7级精度（稀油润滑）8级精度（稀油润滑）9级精度（稀油润滑）开式传动（脂润滑）0.980.970.960.94～0.9610153～54～6锥齿轮传动7级精度（稀油润滑）8级精度（稀油润滑）开式传动（脂润滑）0.970.94～0.970.92～0.956662～32～34带传动V带传动0.9572～4链传动开式闭式0.90～0.930.95～0.9772～4蜗杆传动自锁单头双头四头0.40～0.450.70～0.750.75～0.820.82～0.92开式100闭式8015～6010～40一对滚动转承球轴承滚子轴承0.990.98一对滑动轴承润滑不良正常润滑液体摩擦0.940.970.99联轴器0.99运输滚筒0.94～0.96螺旋转动（滑动）0.30～0.60表12-10带轮孔径系列值161820222425283032353840424550556065707580859095100110120130140150表10-6标准尺寸（直径、长度和高度等）（摘自GB/T2822-2005）（单位：mm）R10R20R40R10R20R40R10R20R40R10R20R4010.010.040.040.040.014014050050050011.242.515053012.512.512.545.545.516016016056056013.247.517060014.014.050.050.550.018018063063063015.053.019067016.016.016.056.556.520020020071071017.060.021275018.018.063636322422480080080019.06723685020.020.020.0717125025025090090021.27526595022.422.48080802802801

0001

0001

00023.68530025.025.025.0909031531531526.59533528.028.010010010035535530.010637531.531.531.511211240040040033.511842535.535.512512512545045037.5132475表5-3减速器铸造箱体的结构尺寸（参考图5-15）名称符号单级直齿圆柱齿轮减速器尺寸关系箱座（体）壁厚δ0.025δ+1≥8箱盖壁厚δ10.085δ≥8箱座、箱盖、箱座底的凸缘厚度（b、b1、b2）b=1.5δ；b1=1.5δ；b2=2.5δ地脚螺栓直径及数目（df、n）a≤100＞100～200＞200≥4df120.04a+80.047a+8轴承旁联接螺栓直径d10.75df箱座、箱盖联接螺栓直径d2（0.5～0.6）df轴承端盖螺钉直径d3查表11-7检查孔盖螺钉直径d4d4=

6锪孔直径D0；df、d2至箱外壁的距离c1；df、d2至凸缘边缘的距离c2查表5-4轴承座外径D2凸缘式轴承盖：D2=D

+（5～5.5）d3；D为轴承外径嵌入式轴承盖：D2=1.25D

+10

mm轴承旁联接螺栓距离S以d1螺栓和d3螺钉互不干涉为准尽量靠近，一般S≈D2轴承旁凸台半径R1R1≈c2轴承旁凸台高度h根据低速轴轴承外径D2和d1扳手空间c1的要求，由结构确定箱外壁至轴承座端面距离L1c1+c2+（5～8）箱座、箱盖的肋厚m1、mm1＞0.85δ1；m≥0.85δΔ1≥1.2δ表5-4螺栓安装尺寸尺寸符号螺栓直径M6M8M10M12M14M16M18M20M22M24M27M30c1min121416182022242630343840c2min101214161820222426283235D0152024283234384244505562R0max5810表11-7凸缘式轴承端盖的结构尺寸符号尺寸关系符号尺寸关系D（轴承外径）30～6062～100110～130140～280D5D1-

(2.5～3)

d3d3(螺钉直径)6～88～1010～1212～16e1.2d3n（螺钉数）4466e1（0.1～0.15）D(e1≥e)d0d3

+

(1～2)m由结构确定D1无套杯时：D1

=

D

+

2.5d328～10有套杯时：D1

=

D

+

2.5d3

+

22b8～10套杯厚度：s2

=

7～12h（0.8～1）bD2D1

+（2.5～3）d3透盖密封槽的结构尺寸由密封方式及其装置决定非全螺纹A和B级（GB/T

5782-2000）表10-16六角头螺栓（单位：mm）全螺纹A和B级（GB/T

5783-2000）GB/T

5782-2000GB/T

5783-2000标记示例：螺纹规格d

=

M12，公称长度l

=

80

mm，性能等级为8.8级、表面氧化、A级六角头螺栓螺栓GB/T5782-2000，M12

×

80螺纹规格dM5M6M8M10M12（M14）M16（M18）M20（M22）M24（M27）M30k公称3.545.36.47.58.81011.512.514151718.7cmax0.50.60.8smax8101316182124273034364146emin产品等级A8.9711.0514.3817.7720.0323.3526.7530.1433.5337.7239.98——B8.6310.8914.2017.5919.8522.7826.1729.5632.9537.2939.5545.2050.85dwmin产品等级A6.98.911.614.616.619.622.525.328.231.733.6——B6.78.711.414.416.419.222.024.827.731.433.23842.7rmin0.20.250.40.60.81非全螺纹a5Pb（参考）l＜12516182226303438424650546066125≤l≤200——2832364044485256606672l＞200—————5357616569737985l范围25～5030～6035～8040～10045～12050～14055～16060～18065～20070～22080～24090～26090～300全螺纹a2.43.03.754.55.2567.5910.5l范围8～5012～6016～8020～10025～10030～14035～10035～18040～10045～20040～10055～20040～100l系列公称8，12，16，20～70（5进位），80～160（10进位），180～300（20进位）注：1．括号内为尽量不采用规格，非全螺纹的l范围为商品规格。2．产品等级：A

级用于d≤24或l≤10d（或l≤150

mm），B级用于d＞24或l＞10d(或l＞150

mm)。表10-24LT型弹性套柱销联轴器（摘自GB/T4323－2002）标记示例：例1：TL6联轴器4标记示例：例1：TL6联轴器40×112GB/T4323-2002主动端d1=40

mm，Y型轴孔L=112

mmA型键槽从动端d2=40

mm，Y型轴孔L=112

mmA型键槽例2：TL3联轴器GB/T4323-2002主动端dz=16

mm，Z型轴孔L1=30

mmC型键槽从动端d2=18

mm，J型轴孔L1=30

mmB型键槽型号公称转距Tn/N·m许用转速[n]/（r/min）轴孔直径d1，d2，dz轴孔长度DD1D2bb1sA转动惯量