机械设计基础课程设计设计说明书 正文

机械设计基础课程设计任务书

姓名 杨晓晨 专业 采矿工程 班级 08-6班 学号 01080190

设计题目   设计带式输送机的传动装置

运动简图

原始数据

用期限10年，输送带速度允许误差为5%。

设计工作量

设计说明书1份

减速器装配图1张

减速器零件图1张

指导老师   程   刚

开始日期   2011年1月9日

第二章    机械传动装置的总体设计

传动装置的总体设计，主要是分析和拟定传动方案，选择电动机型号，计算总传动比和分配各级传动比，计算传动装置的运动和动力参数，为设计传动件和装配草图提供依据。

第一节   分析和拟定传动方案

本设计中，采用《机械设计基础课程设计任务书》中运动简图所示的传动方案。

第二节   选择电动机

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。

1、选择电动机类型

按工作要求和条件选取Y或YB系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。

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（查《机械设计基础课程设计》表10-1）。

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。

3、选择电动机的转速

先计算工作装置主轴的转速，也就是滚筒的转速

根据《机械设计基础课程设计》表3-1确定传动比的范围，取V带传动比，单级圆柱齿轮传动比，则总传动比的范围为

电动机的转速范围应为

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。

第三节   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

第四节   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：

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。

第二节   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：

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（11-5）

4、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。

第四节   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：

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。

第五章   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 。

第六章   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.则当量动载荷，转速n2=74.04r/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；

     KA——工作情况系数；

取KA=1.5，则

轴Ⅱ的转速为n2=74.04r/min输出轴输出段直径为d=80mm。

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：

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防止露油，在六角头与放油孔接触处加油封垫片。螺塞直径为减速器壁厚2—2.5倍。

查《机械设计课程上机与设计》表15-5，选取M22×1.5。

6、定位销

对由箱盖和箱座通过联接而组成的剖分式箱体，为保证其各部分在加工及装配时能够保持精确位置，特别是为保证箱体轴承座孔的加工精度及安装精度，并保证减速器每次装拆后轴承座的上下半孔始终保持加工时的位置精度，在箱体与箱座的联接凸缘上设置两个定位销。定位销孔是在减速器箱盖与箱座用螺栓连接紧固后，镗销轴承孔之前加工。定位销直径取凸缘连接螺栓直径的0.8倍。取定位销直径为10。

7、启盖螺钉

由于装配减速器时在箱体剖分面上涂有密封用的水玻璃或密封胶，因而在拆卸时难于开盖，因此，在箱盖凸缘的适当位置加工一个螺孔。装入起盖用的圆柱端螺钉，旋动起盖螺钉可将箱盖顶起。起盖螺钉为M12。

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。

第九章   设计小结

通过这周的机械设计，我觉得对于机械设计基础这门课又有了更加深入到了解和认识。短短一个星期的时间虽然很紧，但我还是完成了这一项大工程。我所设计的一级齿轮减速器结构是以减速器作为主要设计对象，此传动装置中包括带传动、齿轮、轴、轴承、箱体等。通过计算我熟悉了与机械设计有关的标准、规范、资料、手册，并培养了自己解决实际问题的能力以及使用资料进行计算、绘图和数据处理的能力。这一周是非常忙碌的，从计算到绘图都需要极大的耐心，除了如真以外还要时刻仔细计算，防止出现错误而导致前功尽弃。但这周下来，我觉得我收获的非常多，学到了很多书本之外的知识。我始终相信，只要抱着对设计制图工作的热情和认真态度，就一定能做好。看着自己设计的成果，我觉得有很大的成就感，这些是是我自己努力的成果，我非常欣喜。

但是，我认为自己的设计也存在很多缺点，很多数据都是取整得来的，所以不够精确，箱体结构也没有仔细的计算。通过这次设计，我觉得自己仍然存在很大的不足之处，在以后的学习工作中，要尽量避免，争取以最小的失误做到最好的最精密的设备。

最后，我要感谢老师的指导和鼓励，为我的计算设计提供了很大的帮助，以后我要更加努力学习，多做实践。我相信，只要努力辛苦过后，就体会到其中的乐趣与真谛！

第十章   参考文献

[1]程志红,唐大放.机械设计课程上机与设计[M].东南大学出版社.2006.10

[2]杨可桢等.机械设计基础[M].高等教育出版社.2006.5

[3]张建中.机械设计基础课程设计[M].中国矿业大学出版社.2006.9