机械设计综合课程设计——带式运输机传动装置设计.docx

前 言

机械设计课程设计是大三阶段一门非常重要的课程，旨在通过让学生设计齿轮减速器了解一般机械设计过程的概貌，是一门理论与工程并重的课程。
本次课程设计能够让学生深刻了解到机械设计区别于其他学科的显著特征，主要包括以下几点：
⑴机械设计是一门强调标准的学科，在设计每一个零件时首先必须考虑是否需要遵循某些标准。
⑵机械设计是注重实际的学科，设计过程不是孤立的，而必须考虑实际使用中的易用性、维护性、运输环境等各种条件，有经验的设计人员区别普通设计者的特点就在于此。
⑶机械设计工作要求设计人员有很好的耐心和缜密的思维，在设计过程中综合考虑多方面因素，从而使设计产品各方面都符合使用需求。
通过本次设计，我们能掌握到一个设计者最基本的技能，学会如何书写标准的设计说明书，了解产品设计的每一个步骤，对我们侧重电学领域的学生来说，学习机械设计过程增强了我们的综合素质，开拓了学科的视野，对我们可靠性专业的学生来说，学习机械设计让我们对更好得了解了产品情况，使我们能以整体的思维看待本专业的问题。
一、 设计项目：带式运输机传动装置设计
二、 运动简图：
1) 电动机
2) V带传动
3) 减速器（斜齿）
4) 联轴器
5) 带式运输机
三、 运输机数据
运输带工作拉力
运输带工作速度
运输带滚筒直径
（附：运输带绕过滚筒的损失用效率计，效率η=0.97）
四、 工作条件
1) 设计用于带式运输机的传动装置
2) 连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，运输带速允许误差为5%
3) 使用年限为10年，小批量生产，两班制工作
五、 设计工作量
1) 减速器装配图（0号图纸） 1 张
2) 零件工作图（2号图纸） 2 张
3) 设计说明书 1 份
（本任务书须与设计说明书一起装订成册一并交上）

设计说明目录
一、 电动机的选择、传动系统的运动和动力参数 5
1. 电动机的选择 5
2. 传动比分配 6
3. 运动和动力参数设计 6
4. 将运动和动力参数计算结果整理并列于下表 7
二、 传动零件的设计、计算 8
1. V带传动的设计 8
2. 带的参数尺寸列表 9
3. 减速器齿轮（闭式、斜齿）设计 10
4. 齿轮其他传动参数 12
5. 齿轮传动参数列表 12
三、 轴与轴承的设计与校核 13
1. Ⅰ轴（高速轴）的校核 13
2. Ⅰ轴（高速轴）轴承校核 17
3. Ⅱ轴（低速轴）与轴承的校核说明 18
四、 键连接的设计与校核 18
五、 联轴器的选择 19
六、 润滑与密封形式，润滑油牌号及用量说明 20
七、 箱体结构相关尺寸 21
八、 减速器附件列表 22
九、 设计优缺点及改进意见 23
十、 参考文献 23
十一、 总结 24

一、 电动机的选择、传动系统的运动和动力参数
1. 电动机的选择

选择电动机类型

工作机所需功率

传动效率

实际所需功率
确定电动机额定功率

确定电动机转速

确定电动机型号

按工作要求选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，额定电压380V

因为，查Y系列电动机技术数据
选用电动机额定功率为

通常V带传动传动比范围为
一级圆柱齿轮减速器为
则总传动比
故电动机可选范围为

选择同步转速为1000r/min的电动机
查表选择电动机型号为Y132S—6型
满载转速960r/min

Y系列电动机

Y132S—6型
额定功率3kw
满载转速：
960r/min
2. 传动比分配
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
总传动比

减速器传动比

3. 运动和动力参数设计

0轴（电动机轴）

1轴（高速轴）

2轴（低速轴）

3轴（滚筒轴）

4. 将运动和动力参数计算结果整理并列于下表

轴名
功率P/kW
转矩T/kN·mm
转速
r/min
传动比i
效率η
输入
输出
输入
输出
0轴

2.35

23.38
960
3
0.96
1轴
2.26
2.24
67.45
66.78
320
2.66
0.96
2轴
2.17
2.15
172.70
170.97
120
1
0.98
3轴
2.13
2.11
169.51
167.81
120

二、 传动零件的设计、计算
1. V带传动的设计
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
工作系数

V带型号

大小带轮基准直径

验证V带带速

V带基准长度与中心距a

查表13—8得

由查图13—15,
选用普通A型V带

查表13—2 取=2000mm

普通Z型V带

=2000mm

合适
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
单根普通V带的基本额定功率
传动比
额定功率增量
包角修正系数
带长修正系数
V带根数z

单位长度质量q
单根V带初拉力

作用在带轮上的压力

带轮结构

大小带轮均采用腹板式

=1.03

2. 带的参数尺寸列表
A型带
小带轮直径

大带轮直径

中心距

带长

100
300
600
2000
带根数
Z
初拉力

轴上载荷

带轮宽度B/mm
3
135
802
33

3. 减速器齿轮（闭式、斜齿）设计

材料选择
传动要求低，大小齿轮均选择软齿面
小齿轮选用45号钢，正火处理
齿面硬度 156～217HBS
大齿轮选用45号钢，正火处理
齿面硬度 156～217HBS

小齿面选用45号钢正火
大齿面选用45号钢正火
1) 按接触疲劳强度计算
接触极限
安全系数
许用接触应力

载荷系数K
齿宽系数
小齿轮分度圆直径

大小齿轮齿数

实际传动比

法向模数

确定中心距
确定螺旋角β

K=1.1

=4

项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果

分度圆直径

齿宽

验算速度v

取70mm

V=1.403m/s

2) 实际总传动比与设计传动比误差

实际总传动比
设计传动比
误差

3) 验算弯曲强度
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果

弯曲极限

安全系数
许用弯曲应力

当量齿数

项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果

齿型系数

验算弯曲强度

4. 齿轮其他传动参数
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
齿顶圆直径

齿根圆直径

齿轮结构

小齿轮、大齿轮都为腹板式结构

5. 齿轮传动参数列表
中心距

模数
螺旋角β
155
4

齿数
齿宽/mm
分度圆直径/mm

20
54
75
70
83.8
226.2
齿高/mm
齿顶圆/mm
齿根圆/mm

4
5
91.8
234.2
73.8
216.2

三、 轴与轴承的设计与校核
1. Ⅰ轴（高速轴）的校核
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
轴的材料选择

确定传动零件位置和轮廓线

最小轴颈的确定

计算各轴段直径
轴的材料有碳素钢和合金钢，碳素钢的综合力学性能好，应用范围广，其中以最为广泛。为改善力学性能，常正火或调制等热处理。合金钢具有较高的力学性能，与较高的热处理性能，但价格昂贵，多用于特殊要求的场合，本次为减速箱的齿轮轴，故采用。

高速轴材料为45号钢

低速轴材料为45号钢

计算各轴段直径

确定润滑方式

确定轴的支点

小齿轮受力

项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果

简化为简支梁

垂直面支承反力

垂直面弯矩图

水平面支承反力

水平面弯矩图

合成弯矩计算

传递扭矩图

当量弯矩图

FQ
F2H
Ft1
MB
MC1
MC2
T1
M’e
Me
MBH
MCH
F1H
F2V
Ma1
Fr1
Fa1
MCV1
MCV2
F1V
Ft1
Fr1
Fa1
T1
G
D
C
B
A

项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
垂直面支承反力

垂直面弯矩计算

水平面支承反力
水平面弯矩计算
产生支承反力

产生的弯矩
危险截面当量弯矩

轴传递转矩
最危险截面当量弯矩

计算危险截面处许用直径

2. Ⅰ轴（高速轴）轴承校核
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
确定径向载荷

内部轴向力

当量动载荷的X、Y
当量动载荷P

温度系数，载荷系数

轴承寿命校核

选轴承7210AC，轴1轴向外力Fa=500.9N
查表可得基本额定静载荷C0r=30.5kN
基本额定动载荷Cr=40.8kN
FaCor=0.016
Fr1=F1V2+F1H2=842.0N
Fr2=F2V2+F2H2=884.4N
Fs1=0.68Fr1=572.6N Fs2=0.68Fr2=601.4N
Fs1+Fa>Fs2
则轴承1为放松端Fa1=Fs1=572.6N
轴承2为压紧端 Fa2=Fs2+Fa=1102.3N
Fa1Fr1=0.68=e
Fa2Fr2=1.25>e
查表得X1=1,Y1=0 ; X2=0.41 ,Y1=0.87
P1=X1Fr1+Y1Fa1=842.0N
P2=X2Fr2+Y2Fa2=1321.6N

轴两端选择同样尺寸的轴承，，故以轴承2的径向当量动载荷为计算依据，查表得
校验轴承寿命：
查表得：ft=1，fp=1.2

轴承寿命：Lh=10660nftCfpP3=886819.9h ≈101.2年
不需检修和更换

3. Ⅱ轴（低速轴）与轴承的校核说明
设计时，选择高速轴和低速轴的材料均为45#钢，调质正火处理；轴长与最危险截面的尺寸相同，高速轴与低速轴轴承均选择7210AC，经校核（详见高速轴轴承校核），其性能远远超过设计所需。在实际使用中低速轴所受外界冲击远远小于高速轴，内外力对其的破坏也远远低于高速轴，当材料及尺寸参数满足高速轴的设计需求时，也必将满足低速轴，校核验证方法同高速轴。
因此，此处不再对低速轴和低速轴轴承进行详细校核。
四、 键连接的设计与校核

键的结构

1. 低速轴的键的校核
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
确定键槽宽度、深度

确定键槽长度

键槽校核

选择键20×12
2. 联轴器键槽设计
1) V带键槽设计

确定键槽宽度、深度

确定键槽长度

键槽校核

选择键8×7
2) 联轴器键槽设计

确定键槽宽度、深度

确定键槽长度

选择键8×7
五、 联轴器的选择

联轴器的选择

联轴器参数列表

公称转矩Tn
(N·m)
许用转矩n
(r/min)
轴孔直径d
（mm）
560
8000
30
轴孔长度
外径D
（mm）
轴孔
类型
键槽
类型
L
L1
82
60
160

A

六、 润滑与密封形式，润滑油牌号及用量说明
齿轮润滑

角接触球轴承7210AC润滑

润滑脂牌号

密封形式
在减速箱中，采用油池润滑，其中浸油深度为一个齿宽，但浸油深度一般不超过分度圆半径的1/3。
为保证润滑及散热的需求，减速器被应有足够的油量，每传递1KW功率，约需油量为0.37~0.7L。查表6-75[2]，选用全耗损系统用油L—AN68。

查表6-76[2]，选取通用锂基润滑脂ZL-3。

①基座与机盖凸缘结合面的密封选用在接合面涂密封胶或水玻璃的方式
②观察孔和放油孔等处的密封选用石棉橡胶纸垫片密封
③轴承端盖处的密封采用毡圈油封
④轴承处用挡油环防止润滑油甩入轴承内部

齿轮选用油池润滑
全耗损系统用油
L—AN68

润滑脂润滑

通用锂基润滑脂ZL-3

七、 箱体结构相关尺寸
项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
长×宽×高
箱座壁厚
箱盖壁厚
箱座凸缘厚度
箱盖凸缘厚度
箱盖底凸缘厚度
地脚螺栓直径
地脚螺栓数目
轴承旁连接螺栓直径
箱盖与箱座连接螺栓直径
连接螺栓间距
高速轴轴承端盖螺钉直径
低速轴轴承端盖螺钉直径
窥视孔盖螺钉直径
定位销直径
轴承旁凸台半径
外箱壁至轴承座端面距离
大齿轮齿顶圆与内壁距离
齿轮端面与内壁距离
箱盖肋厚
箱座肋厚

项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
Ⅰ轴轴承端盖外径
Ⅱ轴轴承端盖外径
Ⅰ端盖凸缘厚度
Ⅱ端盖凸缘厚度
Ⅰ端盖旁连接螺栓距离
Ⅱ端盖旁连接螺栓距离

八、 减速器附件列表
名称及规格
数量
功能
材料
备注
螺栓M16×133
6
轴承旁连接
Q235A
GB5782-86
六角薄螺母M16
6
轴承旁连接
Q235A
GB6170-86
弹簧垫圈Ⅰ
6
轴承旁连接
65Mn
GB93-87-12
螺栓M10×33
4
箱座箱盖连接
Q235A
GB5783-2000
弹簧垫圈Ⅱ
4
箱座箱盖连接
65Mn
GB93-87-12
内六角圆柱头螺钉M8×20
6
高速轴轴承透盖连接
Q235A
GB/T70.1-2000
内六角圆柱头螺钉M8×20
6
高速轴轴承端盖连接
Q235A
GB/T70.1-2000
内六角圆柱头螺钉M8×20
6
低速轴轴承透盖连接
Q235A
GB/T70.1-2000
内六角圆柱头螺钉M8×20
6
低速轴轴承端盖连接
Q235A
GB/T70.1-2000
启盖螺钉M10×38
1
开启箱盖
Q235A
GB/T70.1-2000
内六角圆柱头螺钉M6×11
4
窥视孔盖连接
Q235A
GB/T70.1-2000
定位销φ10×40
2
定位
35
GB/T119.1-2000
弹簧挡圈
1
固定带轮
65Mn
GB/T894.1
杆式油标C型M12
1
标志油位

吊环螺钉M10
2
起吊箱体
20钢
GBT8251988-
套筒
1
调整
Q235A

放油孔螺塞
1
放油孔连接
Q235A

纸封油圈
1
放油孔密封
石棉橡胶纸

通气孔螺塞
1
通气孔连接
Q235A

调整垫片
2
密封
08F
成对使用
毡圈油封Ⅰ
1
Ⅰ轴端盖密封
半粗羊毛毡

毡圈油封Ⅱ
1
Ⅱ轴端盖密封
半粗羊毛毡

挡油环Ⅰ
1
Ⅰ轴轴承处挡油
45钢

挡油环Ⅱ
1
Ⅰ轴轴承处挡油
45钢

挡油环Ⅲ
1
Ⅱ轴轴承处挡油
45钢

挡油环Ⅳ
1
Ⅱ轴轴承处挡油
45钢

九、 设计优缺点及改进意见
优点：
该减速器设计结构简单，能满足使用的基本需求，所用材料和部件均选择常见的材料零件，具有制造、加工简单的特点，且在设计过程中充分考虑到了拆装及运输的便捷性，具有很好的人际亲和力。
缺点：
①由于该减速器采用一级减速，所以轴上扭矩较大，对齿轮和轴的加工要求较高。
改进意见：
①将减速器设计成二级减速，从而提高减速器性能。
十、 参考文献

1、《机械设计课程设计（第2版）》王之栎王大康主编
机械工程出版社 2012年1月第2版
2、《机械设计基础（第5版）》杨可桢程光蕴李仲生主编
高等教育出版社 2006年5月第5版
3、《机械制图》教材第五版高等教育出版社

十一、 总结
坐在电脑前写下这篇总结，心中长长地舒了一口气，图纸都已画完，说明书也填写完毕，长达的十周的机械设计设计综合课程设计即将结束。画图的过程，遭遇过失败的创伤，也体验过成功喜悦；曾为一毫米的尺寸误差斤斤计较，也曾为自己的大意失误懊悔不已。在这十周里，利用自己的机械设计的理论知识，将一个个单调的数据转换为真正能加工能制作的图纸，真正做到了学以致用。
班级同学都将机械设计综合课程设计这门课程戏称为“画大图”，画图在本课程中占有重要的比重，但绝对不是全部。画图之前的设计任务分析、总体方案论证、传动比的分配、传动件的设计等设计过程，更是培养我们综合运用所学理论知识，养成良好的设计思想，掌握机械设计一般方法和规律的最好途径。中国有句古话“谋定而后动”，没有正确的设计指导，画图只能是事倍功半。在设计过程中，老师曾多次强调轴承端盖与内壁之间的距离关系还有轴承端盖与齿轮间距的配合问题，有些同学在涂黑后才发现设计上的错误，最后只能推倒重来。但是这门课也不是枯燥的，既然叫做“画图”，那肯定也是一门艺术，是一门在机械世界中挥舞着指挥棒，将一个个零件分门别类有序装配的艺术。在这个过程中，在装配图零件图一张张完工的过程中，我们也在享受这种艺术带来的乐趣。
课程设计这门课程与其他课程的学习方法并不一样，在接触的很多理论学习中，老师会要求你去理解一个公式的来源，会让你懂得如何去推倒、如何去运用。但是面对工程实践机械制图有浩瀚如烟的标准，种类繁多的零件，很多的时候我们需要去查常用标准和规范，在这个过程中逐渐培养了我们自主学习、自主理解的能力，在查询翻阅书籍的过程中也进一步加强了我们对各类知识的理解与运用。结合我们所学的可靠性专业，同样是面对工程实践，同样存在各种各样的标准也存在各式各样的计算公式，我们并不需要全部去理解，而只是在工程实践中知道应该去查找哪个公式，知道如何运用这些公式，而这种学习方法恰恰在课程设计中得到了培养和提升。
十周的课程匆匆而过，在这十周因为有课程设计而变得格外的充实，在这十周只要动笔画图每天都会有收获。本次课程设计不仅仅是对理论知识的巩固与运用，更让我在设计实践中深刻领会机械工程设计的内涵，也是一个锻炼自己耐心和意志力的过程让我学到了新的学习方法，并将对我以后的专业认识和学习影响深远。同时这也是以后学习工作的实战训练，让我牢记谋定而后动，细节决定成败。