西工大机械设计课程设计.doc

机械设计课程设计
计算说明书

设计题目：设计一带式输送机传动装置

机械电子工程专业02班
设计者：张正强
指导老师：董海军
2023年7月8日
西北工业大学
机械设计课程设计说明书

一、设计题目 1
二、参数计算 2
三、齿轮传动设计 4
四、链传动设计 13
五、轴的设计及校核 14
六、轴承校核 33
七、键的选用以及校核 35
八、减速箱的设计 36
九、减速器的润滑及密封选择 38
十、减速器的附件选择及说明 39
十一、设计总结 41
十三、参考文献 42

一、设计题目（4-C）
1.题目说明
设计一带式输送机传动用的二级圆柱齿轮展开式减速器。
传动简图如下图所示：

2.已知条件
题号
输送带牵引力F/KN
输送带的速度
V/（m/s）
输送带滚筒的直径D/mm
4-C
2.4
1.6
480

连续单向运转，工作时有轻微震动；
使用期2023（每年300个工作日）；
小批量生产，输送机工作轴转速允许误差为±5%；
带式输送机的传动效率为0.96

二、参数计算

电动机选择

传动比的分派

各轴传动参数

齿轮传动设计

链传动设计

轴承的设计

轴的设计

轴轴的校核

轴承校核

键的选用以及校核

减速箱的设计

减速器的润滑及密封选择

减速器的附件选择及说明

设计总结

电动机的选择
初选电动机转速
高速级齿轮组和低速级齿轮组的效率为和，链传动的效率为，联轴器的效率为，带式输送机的效率为，轴承效率为
取精度为
选择滚子链传动
弹性套柱销联轴器
由已知条件得到
选用角接触球轴承
工作机所需功率：

传动装置的总效率
电动机所需功率：
根据以上数据选择电动机参数如下:
工作功率，转速
Y132S-4三相异步电动机满足规定,可供选用.
传动比选择
(1)计算总传动比：
由电动机的满载转速和工作机积极轴转速可拟定传动装置应有的总传动比：
由于

故计算得到总传动比：
(2)合理分派各级传动比：
由于减速箱是展开式布置，为了使两个大齿轮具有相近的浸油深度，应试两级的大齿轮具有相近的直径，于是可按下式
(3)分派传动比：
链传动，高速级，低速级
将两级齿轮传动比进行圆整，取 ， ，
此时速度偏差为 ，所以可行。
各轴传动参数
(1)各轴的转速的拟定
高速轴的转速：
中间轴的转速：
低速轴的转速：
(2)各轴的输入功率（KW）
高速轴的输入功率：
中间轴的输入功率：
低速轴的输入功率：
(3)各轴的输入扭矩（N·m）
高速轴的输入转矩：

中间轴的输入转矩：

低速轴的输入转矩：

三、齿轮传动设计
高速级齿轮传动计算
1.选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数
（1)选用斜齿圆柱齿轮
（2)初选小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，两者材料硬度差为40HBS。
（3)精度等级取7
（4）初选小齿轮齿数，则大齿轮齿数
，取，初选螺旋角
（5）压力角α=20°
2.按按齿面接触强度设计
由参考文献[2]式10-24试算小齿轮分度圆直径，即
（1.1）
1）拟定公式内的各参数值
工作时有轻微振动，选
‚计算小齿轮传递的转矩。

ƒ由参考文献[2]表10-7选取齿宽系数
④由参考文献[2]图10-20选取区域系数
⑤参考文献[2]表10-6查得材料的弹性影响系数
⑥由参考文献[2]式10-21计算接触疲劳强度用重合度系数

⑦由参考文献[2]10-23可得螺旋角系数

⑧由参考文献[2]图10-25d按齿面硬度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限
由参考文献[2]式（10-15）计算应力循环次数：

由参考文献[2]图10-23查得接触疲劳寿命系数
；
取失效概率为1%，安全系数S=1，由参考文献[2]式（10-14）
得：

取和中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即

2）试算小齿轮分度圆直径

（2)调整小齿轮分度圆直径
1）计算实际载荷系数前的数据准备。
①圆周速度。

②齿宽b。

2）计算实际载荷系数。
①由参考文献[2]表10-2查得使用系数。
②根据，7级精度，由参考文献[2]图10-8查得动载系数。
③齿轮的周向力

查表参考文献[2]表10-3得齿间载荷分派系数。
④由参考文献[2]表10-4用插值法查得7级精度，小齿轮相对非对称布置时，。
则载荷系数

3） 由参考文献[2]式10-12，可得按实际载荷系数算得的分度圆直径

及相应的齿轮模数

3.按齿根弯曲疲劳强度设计
（1）由参考文献[2]式（10-20）试算齿轮模数

1）拟定公式中各参数值。
①试选载荷系数。
②由参考文献[2]式10-18，可得计算弯曲疲劳强度的重合度系数
。

③由参考文献[2]式10-19，可得计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数。

④计算 。
由当量齿数

由参考文献[2]图10-17查得齿形系数
；。
由参考文献[2]表10-18查得应力校正系数
；
由参考文献[2]图10-24c查得大小齿轮的弯曲疲劳极限分别为
，
由参考文献[2]图10-22，查得弯曲疲劳寿命系数
，
取弯曲疲劳许用应力S=1.4，由文献[2]式（10-14）得

由于大齿轮的大于小齿轮，所以取

2） 试算齿轮模数

（2） 调整齿轮模数
1）计算实际载荷系数前的数据准备。
①圆周速度。

②齿宽b。

③齿高h及宽高比b/h

2）计算实际载荷系数。
①根据，7级精度，由参考文献[2]图10-8查得动载系数。
③齿轮的周向力

查表参考文献[2]表10-3得齿间载荷分派系数。
④由参考文献[2]表10-4用插值法查得7级精度，。
则载荷系数

3)由参考文献[2]式10-13，可得按实际载荷系数算得的齿轮模数

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿跟弯曲疲劳强度计算的法面模数，取，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算出的分度圆直径=44.37mm来计算应有的齿数。于是由
取
则 取
4.几何尺寸计算
（1）计算中心距

将中心距圆整为。
（2）按圆整后的中心距修正螺旋角

（3）计算大、小齿轮的分度圆直径

（4）计算齿轮宽度

圆整后取；。
低速级齿轮传动计算
1.选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数
(1)选用斜齿圆柱齿轮
(2)初选小齿轮材料小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，两者材料硬度差为40HBS。
(3)精度等级取7
(4)初选小齿轮齿数，则大齿轮齿数，取
(5)初选螺旋角
(6)压力角
(1) 按按齿面接触强度设计
（1.1）
拟定公式内的各计算数值
1) 工作时有轻微振动，选
2) 由参考文献[2]图10-30选取区域系数
3) 由参考文献[2]表10-7选取齿宽系数
4) 由参考文献[2]图10-26查得

5) 小齿轮转距
6) 由由参考文[2]表10-6查得材料的弹性影响系数
7) 由参考文献[2]图10-21d按齿面硬度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限
8) 由参考文献[2]式（10-13）计算应力循环次数

9) 由参考文献[2]图10-19查得接触疲劳寿命系数
；
10) 计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数S=1，由参考文献[2]式（10-12）得：

计算数据
1) 试计算小齿轮分度圆直径，有计算公式得

2) 计算圆周速度

3) 计算齿宽及模数

4) 计算纵向重合度

5）计算载荷系数K
已知载荷平稳，由参考文献[2]表10-2选取使用系数取
根据，7级精度，由参考文献[2]图10-8查得动载系数；由表10-4查得的计算公式和直齿轮的相 同故 ；
由参考文献[2]图10-13查得
由表10-3查得
故载荷系数

6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由参考文献[2]式（10-10a）得：

5) 计算模数

(2) 按齿根弯曲强度设计
由参考文献[2]式（10-17）

拟定计算参数
1) 计算载荷系数

2) 根据纵向重合度，从参考文献[2]图10-28查得螺旋角影响系数Yb=0.88
3) 计算当量齿数

4) 查取齿型系数 由参考文献[2]表10-5查得；
5) 查取应力校正系数 由参考文献[2]表10-5查得；
6) 由参考文献[2]图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳极限，大齿轮的弯曲疲劳极限
7) 由参考文献[2]图10-18，查得弯曲疲劳寿命系数，；
8) 计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳许用应力S=1.4，由文献[2]式（10-12）得

9) 计算大，小齿轮的 ，并加以比较

大齿轮的数值大
设计计算

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿跟弯曲疲劳强度计算的法面模数，取，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算出的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由
，取
则
(3) 几何尺寸计算
1) 计算中心距

将中心距圆整为。
2) 按圆整后的中心距修正螺旋角

因b值改变不多，故参数、、等不必修正。
3) 计算大、小齿轮的分度圆直径

4) 计算齿轮宽度

圆整后取；。
四、链传动设计
选择材料40,50.ZG310~570.热解决回火热解决硬度40~50HRC无剧烈振动及冲击的链轮
1. 选择链轮齿数
取小链轮齿数，取大链轮齿数

2. 拟定计算功率
查表9-6得, 查图9-13得`,单排链,则计算功率的

3. 选择;链条型号和节距
根据, 可选16A 在查表 链条节距为
4. 计算链节数和中心矩
初选中心矩
，取
链节数 取 查表中心矩计算系数
最大中心矩
5. 计算链速V,拟定润滑方式

由V=1.6m/s和链号20A查图9-14可知应采用油池润滑或油盘飞溅润滑
6. 计算压轴力
轴材料为45号钢,调质解决
有效圆周力:
链轮水平布置时的压轴力系数,则压轴力为
五、轴的设计及校核
1. 估算最小直径
选取轴的材料为45号钢，热解决为调质。
（高速轴）由参考文献[2]表15-3拟定， (按一个键槽,轴颈增大7%为18.62mm)
考虑到弹性套柱销联轴器的规格,取最小直径为
(中间轴)

考虑到两个键槽，取
(低速轴)

(考虑到两个键槽,轴颈增大15%为40.51mm) 取
2.初选轴承：

轴承代号
基本尺寸/mm
安装尺寸/mm
基本额定/kN
d
D
B
da
Da
动载荷Cr
静载荷Cor
7306AC
30
72
19
37
65
25.2
18.5
7306AC
30
72
19
37
65
25.2
18.5
7309AC
45
100
25
54
91
47.5
37.2
1轴高速轴选轴承为
2轴中间轴选轴承为
3轴低速轴选轴承为
3.轴的设计
（1）高速轴的结构设计：

1）根据轴向定位的规定拟定轴的各段直径：（从右至左）
a) Ⅰ由于联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为22mm。
b) Ⅱ考虑到联轴器的轴向定位可靠，定位轴肩高度应达2mm，所以该段直径选为26mm。
c) Ⅲ段轴要安装轴承，考虑到轴肩及轴承尺寸，该段直径定为30mm。
d) Ⅳ前段轴，考虑到轴定为32mm。
e) Ⅳ后段轴为齿轮轴，所以该段直径选为齿轮的分度圆直径45.0mm。
f) Ⅴ段轴要安装轴承，直径定为30mm。
2)根据轴向定位规定拟定各段长度的拟定：
各段长度的拟定从右到左分述如下：
a) 该段轴连接联轴器，半联轴器与轴配合的毂孔长度为52mm。
b) 该段取50mm。
c) 该段安装轴承，为39mm。
d) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离、轴承与箱体内壁距离（采用脂润滑），尚有二级齿轮的宽度，定该段长度为125mm。
e) 该段装轴承取29mm。
（2）中间轴的结构设计：

1）根据轴向定位的规定拟定轴的各段直径：（从右至左）
a）Ⅰ考虑与轴承的配合和最小轴径选直径为30mm。
b）Ⅱ考虑轴肩过度取直径为32mm。
e）Ⅲ段轴考虑定位轴肩，该段直径定为36mm。
f）Ⅳ与齿轮配合，考虑定位轴肩轴定为32mm。
g) V段与I同取30mm。
2) 根据轴向定位的规定拟定轴的各段长度：（从右到左）
a) I段轴承安装轴承和甩油环，根据轴承宽度、甩油环尺寸以及轴承和甩油环和箱体的相对位置该段长度选为45mm。
b）II段轴考虑到齿轮齿宽的影响，所以长度为63mm。
c）III段为定位轴肩，长度7mm。
d）IV段用于安装大齿轮，考虑齿宽长度为42mm。
e）V段用于安装轴承、挡油环，长度为40mm。
（3）低速轴的结构设计：

1) 拟定轴上零件的装配方案轴的各段直径（从右到左）
a) I段轴用于安装轴承7309AC，故取直径为45mm。
b) II段该段轴要安装齿轮，考虑到轴肩要有1mm的圆角，经强度计算，直径定为47mm。
c) III段为定位轴肩，取54mm。
d) IV段安装轴承，与I段相同直径为45mm。
e) V段考虑到轴肩，直径为42mm
f) VI段与链轮轮毂和最小轴径有关，取直径为38mm。
2) 根据轴向定位的规定拟定轴的各段长度
a) I段轴承安装轴承和甩油环，该段长度选为50mm。
b) II段轴考虑到齿轮齿宽的影响，所以长度为57mm。
c) III段为定位轴肩，长度57mm。
d) IV段用于安装轴承与挡油环，长度为40mm。
e) V长度轴承端盖有关，长度为47mm。
f) VI长度与链轮轮毂有关，长度取40mm。

轴的校核
（1）高速轴
对于角接触球轴承7206AC从手册中可以查得a=14.2mm。
校核该轴：
。受力分析如图

，,,
,,
水平面：（受力分析如图）

垂直面：（受力分析如图）

总弯矩：
，
由于轴受的为脉动循环载荷，所以=0.6。
校核轴强度

所以该轴是安全的，满足使用规定。
精校核轴的疲劳强度
判断危险截面
由于截面IV处相对弯矩较大，并且轴肩处倒角会增长其应力集中，与轴承的过盈配合也会减小其疲劳强度，所以截面IV为危险截面。
截面IV左侧
抗弯截面系数：
抗扭截面系数：
截面IV左侧的弯矩：
截面IV上的扭矩：
截面上的弯曲应力：
截面上的扭转切应力：
轴的材料为钢，调质解决。查表可知：
。
截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数，查表可知：

轴材料的敏性系数
故有效应力集中系数为：

查表可知：尺寸系数，扭转尺寸系数
轴按磨削加工，查表可知：表面质量系数
轴未经表面强化解决，即
综合系数：

碳钢的特性系数：
，取
，取
于是，计算安全系数：

故可知其安全。
截面IV右侧
抗弯截面系数：
抗扭截面系数：
截面IV右侧的弯矩：
截面IV上的扭矩：
截面上的弯曲应力：
截面上的扭转切应力：
过盈配合处的，查表可知，并取，于是得：

轴按磨削加工，查表可知：表面质量系数
轴未经表面强化解决，即
综合系数：

碳钢的特性系数：
，取
，取
于是，计算安全系数：

故可知其安全。
六、轴承校核
1. 高速轴
角接触球轴承7206AC的基本额定动载荷 ,基本额定静载荷
径向载荷,

满足轴承寿命规定
七、键的选用以及校核
1. 传递转矩已知；
2. 轴直径已知；
3. 工作长度l=L-b b为键的宽度；
4. 键的工作高度k=0.5h h为键的高度；
5. 普通平键的强度条件为；

代号
直径
（mm）
工作长度
（mm）
工作高度
（mm）
转矩
（N·m）
高高速轴
6×6×45（圆头）
22
39
3
35.75
中中间轴
10×8×40（圆头）
32
30
4
117.93
10×8×63 (圆头)
32
53
4
117.93
低速轴
14×9×50（圆头）
47
36
4.5
297.25
低 速 速轴
10x8x36(圆头)
38
26
4
297.25
由于键采用静联接，材料钢，冲击轻微，所以许用挤压应力为，所以上述键皆安全。
与链轮连接的键
材料为钢
重要参数及强度校核
b×h=12×8
L=40mm

所以满足强度条件
八、减速箱的设计
箱体采用水平刨分式，刨分面与轴线平面重合，将箱体分为箱盖和箱座两部分。材料选为HT150。
箱体设计重要是在满足强度，钢度的前提下，同时考虑结构紧凑，制造方便，重量轻及使用等方面规定进行设计。
铸铁减速器箱体结构尺寸之一
名称
符号
圆柱齿轮减速器
箱座壁厚

a:高速级与低速级的中心距
0.025a+38mm，取8mm
箱盖壁厚

8
地脚螺拴直径

20
地脚螺拴数目

4

铸铁减速器箱体结构尺寸之二

名称
符号
尺寸关系
箱座凸缘厚度

1.5=12
箱盖凸缘厚度

1.5=12
箱座底凸缘厚度

2.5=20
轴承旁连接螺拴直径

0.75=16
箱盖与箱座连接螺拴直径

(0.5~0.6)=10
连接螺拴 的间距

100~150mm
轴承盖螺钉直径

8
视孔盖螺钉直径

6
定位销直径

3
, ,至外箱壁距离

M20:26
M16:22
M10:16
,至凸缘边沿距离

M20:24
M10:14
轴承旁 凸台半径

14
凸台高度

46
外箱壁至轴承座端面距离

16+18+7=41
大齿轮顶圆与内箱壁距离

8
箱盖肋厚

6.8
箱座肋厚

6.8
轴承盖外径

轴承7306AC为112，轴承7306AC为112，轴承7309AC 为 140
轴承旁连接螺拴距离

轴承7306AC 为
100 ，轴承7306AC 为 100，轴承7309为129
齿轮端面与内箱壁距离

8

螺拴的板手空间尺寸 和 沉头座坑直径
螺拴直径
M8
M10
M16
M20
至外箱壁距离
13
16
22
26
至凸缘边距离
11
14
20
24
沉头座坑直径
18
22
33
40

九、减速器的润滑及密封选择
润滑剂牌号及装油量
轴承润滑
采用飞溅润滑,在箱座结合面上制出轴油沟,让溅到箱盖内壁上的油汇集在油沟内,而后流入轴承进行润滑
对高速轴
，所以可选毡圈密封。
十.减速器的附件选择及说明
1. 视孔和视孔盖
拟定检查孔尺寸为
为120，
，
，
，
=箱体宽- ，
，
螺钉数4，
， ，
2. 通气器的选用
选择简易式通气器

；

3. 游标的选用
选用游标尺，尺寸为：

4. 油塞的选用
六角螺塞及封油圈尺寸：

5. 吊钩吊耳的选用
吊钩尺寸为：

吊耳尺寸为:
d=20，R=20，e=12
6. 起盖螺钉和定位销尺寸拟定
为便于启动箱盖，在箱盖侧边的凸缘上装一个启盖螺钉。取的螺钉，材料为。
定位销直径可取（为凸缘上螺栓的直径）长度应大于分箱面凸缘的总厚度。
十一、 设计总结
本次课程设计由于夹杂着考试，时间紧，任务重，通过十多天的努力，我最终准时完毕了一张装配图三张零件图的任务。最初进行参数的计算时，就按书上的一步一步来，计算过程很漫长。到轴的设计时，自己无从下手，长这么大，还没有真正的去设计一个东西，只能是照着例图大约设计。选了轴承跟键尚有润滑方式就开始画图了。刚开始画图的时候由于对软件的不熟悉，进度很慢，老师也挺为我们紧张的。在画装配图的过程中，也参杂了很多计算，透视孔，吊钩吊耳的设计，箱体的设计。好在可以按书上的一步步来都可以设计出来。对于例图中部分线条不理解，通过老师的讲解之后，恍然大悟。每一次问问题对我来说都进步都是积累。总的来说，这次课程设计学到的不仅是狭义的知识，尚有思考问题解决问题的思绪与方法。这次课程设计对以后的学习或者未来进入工作岗位有很大帮助。
【参考资料】
1、机械设计课程设计.李育锡.高等教育出版社 2023
2、机械设计. 第九版. 濮良贵，陈国定. 高等教育出版社，2023
3、机械原理. 第八版. 孙桓，陈作模，葛文杰. 高等教育出版社，2023
4、工程制图基础. 第三版. 孙根正，王永平. 西北工业大学出版社，2023
5、机械制图. 第四版. 臧宏琦，王永平. 西北工业大学大学出版社，2023
6、机械精度设计与检测技术. 第二版.刘笃喜 王玉 国防工业出版社，2023

电动机工作功率
转速

选择Y132S-4
三相异步电动机

各级传动比：

各轴转速：

各轴功率：

各轴扭矩：

高速轴选轴承为

中间轴选轴承为

低速轴选轴承为

截面左侧安全

截面右侧安全