带式输送机传动装置设计计算说明书.doc

机械设计课程设计
设计计算说明书

设计题目： 带式输送机传动装置设计
设 计 者： _ 宁秀阔__
学 号： 11130199___
专业班级： 机械1103班
指导教师： 李 克 旺
完成日期： 2013年12月?日

北京交通大学海滨学院

目 录
一、 课程设计的任务 1
二、 电动机的选择 2
三、 传动装置的总传动比和分配各级传动比 4
四、 传动装置的运动和动力参数的计算 4
五、 传动零件的设计计算 6
六 中间轴（Ⅱ轴）的设计、强度校核 15
七 滚动轴承的选择和寿命计算 19
八、 键连接的选择和计算 19
九、 润滑和密封的选择 20
十、 减速器箱体的主要结构尺寸 21
十一、 设计总结 23
十二、 参考资料 24

一、 课程设计的任务
1．设计目的
课程设计是机械设计课程重要的教学环节，是培养学生机械设计能力的技术基础课。课程设计的主要目的是：
(1)通过课程设计使学生综合运用机械设计课程及有关先修课程的知识，起到巩固、深化、融会贯通及扩展有关机械设计方面知识的作用，树立正确的设计思想。
(2)通过课程设计的实践，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机械零件、机械传动装置或简单机械的一般设计方法和步骤。
(3)提高学生的有关设计能力，如计算能力、绘图能力以及计算机辅助设计(CAD)能力等，使学生熟悉设计资料(手册、图册等)的使用，掌握经验估算等机械设计的基本技能。
2．设计题目
带式输送机传动装置设计。
带式输送机已知条件：
方案号
输送带工作拉力F(N)
输送带工作速度V(mm)
鼓轮直径（mm）
9
1570
2.2
220

3.设计任务
1．选择（由教师确指定）一种方案，进行传动系统设计；
2．确定电动机的功率与转速，分配各级传动的传动比，并进行运动及动力参数计算；
3．进行传动零部件的强度计算，确定其主要参数；
4．对齿轮减速器进行结构设计，并绘制减速器装配图（草图和正式图各1张)；
5． 校核中间轴的强度、轴承寿命、键强度；
6． 绘制中间轴及中间轴大齿轮零件工作图（注：当中间轴为齿轮轴时，可仅绘一张中间轴零件工作图即可）；
7．编写课程设计计算说明书。
4．传动装置部分简图

二、电动机的选择
1．电动机类型的选择
按已知工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动。
2． 确定电动机输出功率Pd
电动机所需的输出功率Pd=Pw/η
其中：Pw----工作机的输入功率
η---由电动机至工作机的传动总效率
工作机的输入功率：

总效率η =η3轴承·η2齿轮·η2联轴器·η带
查表可得：
η带 =0.97， η轴承=0.99，
η齿轮=0.98， η联轴器=0.99，
则
η = 0.993×0.982×0.992×0.97=0.886
电动机所需的功率：
Pd = Pw/η=3.454/0.886=3.898 KW
3．确定电动机转速
工作机转速nw
∵v=
∴
确定电动机转速可选范围:
双级圆柱齿轮传动比范围为i减=12～20，
则电动机转速可选范围为:
n’d=nw i总=( 12～20) nw
= ( 12～20)×191 =2292～3820 r/min
其中： i总= i减=12～20
i减——减速器传动比
符合这一转速范围的同步转速有1000、1500 、3000 r/min，根据容量和转速，由有关手册查出适用的电动机型号。（建议：在考虑保证减速器传动比i减>14时，来确定电机同步转速）。
4.确定电动机型号
根据所需效率、转速，由《机械设计手册 》或指导书
选定电动机： Y112M-2 型号（Y系列）
数据如下: 额定功率P：4 kw (额定功率应大于计算功率)
满载转速：nm =2890 r/min （nm—电动机满载转速）
同步转速： 3000 r/min
电动机轴径: 28 mm
电动机轴长: 400 mm
三、传动装置的总传动比和分配各级传动比
1．传动装置的总传动比
i总= i减= nm/ nw =289/191=15.13
nw——工作机分配轴转速
2．分配各级传动比
减速器传动比分配原则：各级传动尺寸协调，承载能力接近，两个大齿轮直径接近以便润滑（浸油深度）。
i减=i高*i低
i高——高速级传动比
i低——低速级传动比
建议取： i高=1.3i低
则： i减=1.3 i2低

i高=1.3i低=4.42
四、传动装置的运动和动力参数的计算
1．计算各轴的转速
Ⅰ轴（高速级小齿轮轴）：nⅠ=nm=2890 r/min
Ⅱ轴（中间轴）：nⅡ= nⅠ/ i高= 2890/4.42= 654 r/min
Ⅲ轴（低速级大齿轮轴）：nⅢ=nⅡ/i低=654/3.4= 192 r/min
Ⅳ轴（与Ⅲ轴通过联轴器相连的轴）: nW= nⅢ= 191 r/min
2．计算各轴的输入功率和输出功率
Ⅰ轴： PⅠ入=Pd·η联轴器带=3.898×0.99 =3.86kw
PⅠ出= PⅠ入·η轴承=3.86×0.99 =3.82 kw
Ⅱ轴： PⅡ入= PⅠ出·η齿轮 =3.82×0.98 =3.74 kw
PⅡ出= PⅡ入·η轴承 =3.74×0.99 =3.71 kw
Ⅲ轴： PⅢ入= PⅡ出·η齿轮 =3.71×0.98 =3.63 kw
PⅢ出= PⅢ入·η轴承 =3.63×0.99 =3.60 kw
Ⅳ轴:
PⅣ入= PⅢ出·η联轴器 =3.60×0.99 =3.56 kw
PW=PⅣ出=3.56×0.97 =3.45 kw
3.计算各轴的输入转矩和输出转矩
公式: T=9.55×106×P/n (N·mm)
Ⅰ轴： TⅠ入=9.55×106×PⅠ入/ nⅠ=9.553.86/2890=1.28×104 (N·mm)
TⅠ出=9.55×106×PⅠ出/ nⅠ=9.553.82/2890=1.26×104(N·mm)
Ⅱ轴： TⅡ入=9.55×106×PⅡ入/ nⅡ=9.553.74/654=5.45×104(N·mm)
TⅡ出=9.55×106×PⅡ出/ nⅡ=9.553.71/654=5.4×104(N·mm)
Ⅲ轴： TⅢ入=9.55×106×PⅢ入/ nⅢ=9.553.63/192=1.805×105(N·mm)
TⅢ出=9.55×106×PⅢ出/ nⅢ=9.553.60/192=1.79×105(N·mm)
Ⅳ轴： TⅣ入=9.55×106×PⅣ入/ nⅢ=9.553.56/191=1.78×105(N·mm)
TW=TⅣ出=9.55×106×PⅣ出/ nⅢ=9.553.45/191=1.73×105(N·mm)
将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：

轴名
功率P（kw）
转矩T （N·mm）
转速n（r/min）
传动比i
输入
输出
输入
输出
电机轴
3.454
3.898
172700
194900
2890
1
Ⅰ轴
3.86
3.82
12400
12600
2890
4.42
Ⅱ轴
3.74
3.71
54500
54000
654
3.4
Ⅲ轴
3.63
3.60
180500
179000
192
1
Ⅳ轴
3.56
3.45
178000
173000
191

五、传动零件的设计计算
1．设计高速级齿轮
1）选精度等级、材料及齿数
(1) 确定齿轮类型：两齿轮均取为渐开线标准直齿圆柱齿轮。
(2) 材料选择：小齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，大齿轮材料为45钢（正火），硬度为200HBS，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。
(4) 选小齿轮齿数Z1＝20，大齿轮齿数Z2＝i高×Z1＝4.42×20=88.4，圆整取Z2=88。
2）按齿面接触疲劳强度设计
由设计计算公式10－9a进行试算，即　

确定公式各计算数值
(1) 试选载荷系数
(2) 小齿轮传递的转矩T1
　 T1=TⅠ出=12600(N·mm) （注：见“四、传动装置的运动和动力参数的计算”）
(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：ZE=189.8
(5) 由图10—21d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

(6) 由式10-13计算应力循环次数
N1=60n1jLh=60×2890×1×（2×8×300×10）=8.3232×109
N2=N1/i高=1.883×109
(7) 由图10－19曲线1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

(9) 试算小齿轮分度圆直径，代入中的较小值

(10) 计算圆周速度V

(11) 计算齿宽b

(12) 计算齿宽与齿高之比 b/h
模数

齿高

(13) 计算载荷系数K
　　　　 根据v= 6.07 m/s，7级精度，由图10－8查得动载荷系数Kv= 1.13
　　　　 假设，由表10－3查得

　　由表10－2查得使用系数KA=1
由表10－4查得

　　　　由图10－13查得

故载荷系数

　 (14) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式10－10a得

(15) 计算模数ｍ

2）按齿根弯曲强度设计
由式10－5得弯曲强度的设计公式为

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

(4) 计算载荷系数

(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

(8) 设计计算

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，可取由弯曲强度算得的模数m=1.241，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d1=43mm来计算应有的齿数。于是有Z1=d1/m=21.5，取Z1=22
大齿轮齿数　 取98
3）几何尺寸计算

(1) 计算分度圆直径

(2) 计算齿根圆直径

(3) 计算中心距

(4) 计算齿宽

取　
4）验算

合适

2．设计低速级齿轮
1）选精度等级、材料及齿数
(1) 确定齿轮类型：两齿轮均取为渐开线标准直齿圆柱齿轮。
(2) 材料选择：小齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，大齿轮材料为45钢（正火），硬度为200HBS，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。
(4) 选小齿轮齿数Z3＝20，大齿轮齿数Z4＝i低×Z3＝3.4×20=68，圆整取Z4=68。
2）按齿面接触疲劳强度设计
由设计计算公式10－9a进行试算，即　

确定公式各计算数值
(1) 试选载荷系数
(2) 小齿轮传递的转矩T3
　 T3=TⅡ出=54000(N·mm) （注：见“四、传动装置的运动和动力参数的计算”）
(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：ZE=189.8
(5) 由图10—21d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

(6) 由式10-13计算应力循环次数

(7) 由图10－19曲线1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

(9) 试算小齿轮分度圆直径，代入中的较小值

(10) 计算圆周速度V

(11) 计算齿宽b

(12) 计算齿宽与齿高之比 b/h
模数

齿高

(13) 计算载荷系数K
　　　　 根据v= 0.616 m/s，7级精度，由图10－8查得动载荷系数Kv=1.08
　　　　 假设，由表10－3查得

　　由表10－2查得使用系数KA=1
由表10－4查得

　　　　由图10－13查得

故载荷系数

　 (14) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式10－10a得

(15) 计算模数ｍ

2）按齿根弯曲强度设计
由式10－5得弯曲强度的设计公式为

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

(4) 计算载荷系数

(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

(8) 设计计算
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，可取由弯曲强度算得的模数m=1.97，并就近圆整为标准值m＝2.5mm。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d3=?64.86mm来计算应有的齿数。于是有Z3=d3/m=25.944，取Z3=28
大齿轮齿数 　取96
3）几何尺寸计算

(1) 计算分度圆直径

(2) 计算齿根圆直径

(3) 计算中心距

(4) 计算齿宽

取　
4）验算

合适
六 中间轴（Ⅱ轴）的设计、强度校核
1.中间轴上的功率转速，转矩
2.求作用在齿轮上的力
高速级大齿轮:

低速级小齿轮:

3.轴结构图

中间轴的结构布置图

中间轴受力简图

取齿轮齿宽中间及轴承宽度中间为力作用点，则可得：
, ，
4.轴的受力分析、弯距的计算
1)计算支承反力：
H面

在V面上：

2)计算弯矩
在H面上：

在V面上：

故

3)计算转矩并作转矩图

5作受力、弯矩和扭矩图

轴Ⅱ受力、弯矩和扭矩图
6.按弯扭合成应力校核轴的强度
　 由合成弯矩图和转矩图知，2处当量弯矩最大，并且有较多的应力集中，为危险截面。
　 由表15-1查得

实际该截面直径为： d实际=44mm
满足：d实际≥d计算
校核安全。
七 滚动轴承的选择和寿命计算
中间轴选用6307 GB/T 276-1994
1)校核中间轴轴承1和4寿命
轴承1径向载荷
轴承4径向载荷

　　　按表13-6,,取,
故，
轴承1寿命：

轴承4寿命

预期计算寿命，故安全。

八、键连接的选择和计算
中间轴：低速齿轮处选用B1051GB/T 276-1994
高速齿轮处选用B826 GB/T 276-1994
键强度校核：
　1)低速级小齿轮的键
　　　由表11－28选用圆头平键（A型）
小齿轮齿宽B=76mm，。

由式11－28，
查表11－28，得 ，键校核安全
2)高速级大齿轮的键
　　由表11－28选用圆头平键（A型）
大齿轮齿宽B=50mm，。

由式11－28，
查表11－28，得 ，键校核安全

九、 润滑和密封的选择
1减速器的润滑
（1） 齿轮的润滑：
除少数低速（V〈0.5m/s）小型减速器采用脂润滑外，绝大多数减速器的齿轮都采用油润滑。
本设计高速级圆周速度V≤12m/s，采用浸油润滑。为避免浸油润滑的搅油功耗太大及保证轮赤啮合区的充分润滑，传动件浸入油中的深度不宜太深或太浅，一般浸油深度以浸油齿高为适度，但不应小于10mm。
浸油润滑的油池应保持一定的深度和贮油量。油池太浅易激起箱底沉查和油污。一般齿顶圆至油池底面的距离不应小于30～50mm。为有利于散热，每传递1KW功率的需油量约为0.35～0.7L。
齿轮减速器的润滑油黏度可按高速级齿轮的圆周速度V选取：V≤2.5可选用中极压齿轮油N320。
（2）轴承的润滑
当减速器中浸油齿轮的圆周速度v〈1.5～2m/s时，油飞溅不起来，应选用脂润滑。
2减速器的密封
轴伸出处的密封：选用粘圈式密封，粘圈式密封简单，价廉，主要用于脂润滑以及密封处轴颈圆周速度较低的油润滑。
箱盖与箱座接合面的密封：在箱盖与箱座结合面上涂密封胶密封最为普遍，效果最好。
其他部位的密封：检查孔盖板、排油螺塞、油标与箱体的接合面均需加纸封油垫或皮封油圈。
十、减速器箱体的主要结构尺寸
减速器采用剖分式铸造箱体，查表4-1得到减速器箱体的主要结构尺寸见表
减速器箱体的主要结构尺寸
名称
代号
尺寸/mm
高速级中心距

120
低速级中心距

155
箱座壁厚

8
箱盖壁厚

8
地脚螺栓直径

M20
地脚螺栓数目

4
地脚螺栓通孔直径

21
地脚螺栓沉头孔直径

32
箱座凸缘厚度

12
箱盖凸缘厚度

12
箱座底凸缘厚度

20
轴承旁连接螺栓直径

M16
箱座与箱盖连接螺栓直径

M12
连接螺栓的间距

150~200
视孔盖螺钉直径

M6
定位销直径

8
轴承旁凸台半径

20
凸台高度

结构确定
外箱壁至轴承座端面距离

47
大齿轮齿顶圆与内箱壁的距离

10
齿轮端面与内箱壁的距离

10
箱盖肋板厚度

10
箱座肋板厚度

10
轴承盖外径

由轴承确定
轴承旁连接螺栓距离

十一、 设计总结

经过几天的努力,我终于将机械设计课程设计做完了.在这次作业过程中,我遇到了许多困难,一遍又一遍的计算,一次又一次的设计方案修改这都暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足.对与机械专业的学生来说，设计一份千斤顶是很简单的，但对于一个食品专业的学生来说，这还是很有难度的，在同学与老师的帮助下，还是完成了。
 通过这次机械课程设计，我对机械有了更深的理解，对千斤顶的原理和构造也有了一定的了解，通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致．课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有２次因为不小心我计算出错，只能毫不情意地重来．想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定呀养成一种高度负责，认真对待的良好习惯．

十二、 参考资料
[1] 王连明，宋宝玉主编.机械设计课程设计.第4版. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2010
[2] 濮良贵.纪名刚主编.机械设计.第八版.北京：高等教育出版社
[3] 吴宗泽等主编. 机械设计课程设计手册.第3版. 北京：高等教育出版社
[4] 孙恒.陈作模.葛文杰.机械原理.第七版. 北京：高等教育出版社
[5] 邱宣怀主编.机械设计.第4版. 北京：高等教育出版社

目 录
第一章 项目的意义和必要性 1
1.1 项目名称及承办单位 1
1.2 项目编制的依据 1
1.3 肺宁系列产品的国内外现状 2
1.4产业关联度分析 3
1.5项目的市场分析 4
第二章 项目前期的技术基础 8
2.1成果来源及知识产权情况，已完成的研发工作 8
2.3产品临床试验的安全性和有效性 8
第三章 建设方案 23
3.1建设规模 23
3.2 建设内容 23
3.3产品工艺技术 23
3.5产品质量标准 29
3.6 土建工程 37
3.7 主要技术经济指标 39
第四章 建设内容、地点 41
4.1 建设内容及建设规模 41
4.2 建设地点 41
4.3外部配套情况 44
第五章 环境保护、消防、节能 46
5.1 环境保护 46
5.2消防 49
5.3节能 50
第六章 原材料供应及外部配套条件落实情况 52
6.1主要原辅材料、燃料、动力消耗指标 52
6.2 公用工程 54
第七章 建设工期和进度安排 56
7.1建设工期和进度安排 56
7.2建设期管理 56
第八章 项目承担单位或项目法人所有制性质及概况 57
8.1 项目承担单位概况 57
8.2 企业财务经济状况 58
8.3 项目负责人基本情况 59
第九章 投资估算与资金筹措 62
9.1 项目计算期 62
9.2 投资估算的编制依据及参数 62
9.3 投资估算 62
9.4 资金筹措 64
9.5 贷款偿还 64
第十章 财务评价 65
10.1财务评价依据 65
10.2销售收入和销售税金及附加估算 65
10.3利润总额及分配 66
10.4盈利能力分析 66
10.5不确定分析 66
10.6财务评价结论 68
第十一章 项目风险分析，效益分析 69
11.1 风险分析 69
11.2 效益分析 70

26