課程設計講義一

·PAGE90·機械設計基礎課程設計指導書第十四章設計計算示例·PAGE91·第十四章設計計算示例題目：設計帶式運輸機傳動裝置圖14.1原始數(shù)據(jù)：運輸帶的有效拉力f＝3

000N運輸帶的線速度υ＝1.4m/s驅動卷筒直徑D＝400

mm一班制連續(xù)工作，使用期五年，載荷比較平穩(wěn)，單向運轉。一、電動機的選擇和動力參數(shù)的計算1．選擇合適的電動機。（1）選擇電動機類型。按照工作要求和條件，選用Y系列一般用途的全封閉自扇冷籠型三相異步電動機。（2）確定電動機功率。工作機所需的功率PW為：（kW）式中，F(xiàn)=3

000N，v=1.4m/s，帶式輸送機的效率ηW=0.94，代入上式得：（kW）=4.47（kW）電動機的輸出功率（kW）式中，為電動機至滾筒主動軸傳動裝置的總效率（包括V帶傳動、一對齒輪傳動、兩對滾動球軸承器等的效率），其值按下式計算：由表10-5查得：V帶傳動效率b=0.95，一對齒輪傳動（8級精度、油潤滑）效率g=0.97，一對滾動軸承效率r=0.99，滑塊聯(lián)軸器效率c=0.98，因此，=0.95×0.97×0.992×0.98=0.885所以：（kW）選取電動機的額定功率，使Pm=(1～1.3)Po，并由表10-3中取電動機的額定功率為Pm=5.5kW。確定電動機的轉速，滾筒軸的轉速為：（r/min）=66.85（r/min）按推薦的各種傳動機構傳動比的范圍，取V帶傳動比ib=2～4，單級圓柱齒輪傳動比ig=3～5，則總傳動比范圍為：i=(2×3)～(4×5)=6～20電動機可選擇的轉速范圍相應為：n′=i

·

nw=(6～20)×66.85（r/min）=401～1

337（r/min）電動機同步轉速符合這一范圍的有750r/min和1

000r/min兩種類型。為降低電動機的重量和價格，由表10-3選取同步轉速為1

000r/min的Y系列電動機Y132M2－6，其滿載轉速為nm=960r/min。表10-3Y系列三相異步電動機技術參數(shù)（摘自JB/T10391-2002）型號額定功率P/kW滿載轉速（r

·

min-1）型號額定功率P/kW滿載轉速（r

·

min-1）型號額定功率P/kW滿載轉速（r

·

min-1）同步轉速n

=

1

500r

·

min-1同步轉速n

=

1

000r

·

min-1同步轉速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．計算傳動裝置的總傳動比并分配各級傳動比（1）傳動裝置的總傳動比。（2）分配各級傳動比。由式i=ibig，為了使V帶傳動的外廓尺寸不致太大，取帶傳動比ib=3（注：①ib＜ig；②ib與ig差異不要太大），則齒輪傳動的傳動比為=0.885Y132M2－6三相異步電動機Pm=5.5kWnm=960

r/mini=14.36ib=3ig=4.793．計算傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)（1）各軸的轉速。I軸（電動機、小帶輪軸）：nI=960（r/min）Ⅱ軸（大帶輪、小齒輪軸）：nⅡ（r/min）=320（r/min）Ⅲ軸（大齒輪、滾筒軸）：nⅢ=nW（r/min）=66.81（r/min）（2）各軸的功率。I軸（電動機、小帶輪軸）：PI=5.05（kW）Ⅱ軸（大帶輪、小齒輪軸）：PⅡ=Pmb=5.05×0.95=4.8（kW）Ⅲ軸（大齒輪軸）：PⅢ=PⅡrg=4.8×0.99×0.97=4.61（kW）軸號功率/kW轉速/（r/min）高速軸（小齒輪軸）低速軸（大齒輪軸）4.84.6132066.81二、齒輪傳動設計1．選擇齒輪材料和熱處理方法要設計的齒輪傳動無特殊要求，故考慮選用閉式軟齒面齒輪。小齒輪選用45鋼，調質處理，硬度為255HBS，大齒輪材料為45鋼，正火處理，硬度為220HBS。[H1]=610MPa，[H2]=490MPa，[F1]=470MPa，[F2]=345MPa。2．選擇精度等級運輸機為一般機械，速度較低，因此選擇8級精度。3．強度計算由于是閉式軟齒面齒輪，因此按齒面接觸疲勞強度的設計公式計算。TⅡ=9.55106×PⅡ/nⅡ=9.55×106×4.8/320=1.43×105（N

·

mm）d1≥==68.7（mm）4．選擇小齒輪的齒數(shù)z1取z1=25（推薦z1取值范圍20～30）z2=z1×i=254.79=119.75取z2=119。確定模數(shù)m=68.7/25=2.75，取m=3

mm小齒輪：45調質大齒輪：45正火z1=25z2=119m=3

mm中心距a=m(z1+z2)/2=216（mm）主要尺寸分度圓直徑：d1=mz1=325=75（mm），d2=mz2=3119=357（mm）齒輪寬度：b2=dd1=175=75（mm），取b2=75（mm）b1=b2+（5~10）（mm）=80（mm）5．驗算齒根的彎曲疲勞強度復合齒形系數(shù)YFS1=4.24，YFS2=3.92（可參考《機械設計基礎》教材）=71.9MPa≤[F1]≤[F2]強度符合要求。三、軸結構設計計算1．高速軸（1）選擇軸的材料。因該齒輪無特殊要求，故選用45鋼調質。（2）初估軸的外伸端直徑。d≥C（PⅡ/nⅡ）1/3（mm）考慮軸上有一鍵槽，將軸徑增大4%，即d=(31.07～25.4)×1.04

mm=32.31～26.42

mm；軸頭安裝帶輪，應取相應的標準值。查表12-10，取d1=dmin=28

mm。（3）軸的結構設計并繪制草圖。①

軸的結構分析。要確定軸的結構形狀，根據(jù)軸上零件的定位、裝拆順序和固定方式及軸的工藝性要求等，初步確定軸的形狀如圖14-2所示。②

確定軸各段的直徑。根據(jù)軸各段直徑確定的原則，本題中各段直徑選取如下：軸段①為軸的最小直徑，已取定d1=28

mm；軸段②要考慮帶輪的定位和安裝密封圈的需要，取d2=34

mm[取定位軸肩高h=(0.07～0.l)d1]；軸段③安裝軸承，為便于裝拆應取d3＞d2，且與軸承內徑標準系列符合，故取d3=35

mm（軸承型號為6207）；軸段④安裝齒輪，此直徑盡可能采用推薦的標準系列值（查表10-6），但軸的尺寸不宜取得太大，故取成d4=37.5mm；軸段⑤為軸環(huán)，考慮左面軸承的拆卸和右面齒輪的定位和固定，取軸徑d5=45

mm；軸段⑥取與軸段③同樣的直徑，即d6=35

mm。圖14-2③

確定軸各段的長度。為保證齒輪固定可靠，軸段④的長度應略短于齒輪輪轂長度（設齒輪輪轂長與齒寬b1相等，為80mm），取L4=78mm；為保證齒輪端面與箱體內壁不相碰，應留一定間隙，取兩者間距為15mm，為保證軸承含在箱體軸承孔中，并考慮軸承的潤滑，取軸承端面距箱體內壁距離為5mm（脂潤滑，如為油潤滑應取得小些）。故軸段⑤長度為L5=（15＋5）mm=20mm；根據(jù)軸承內圈寬度B＝17mm，取軸段⑥長L6=18mm；因兩軸承相對齒輪對稱，故取軸段③長度L3=（2＋20＋17）mm=39mm。為了確定L2，必須先確定箱體上軸承孔的長度L。考慮孔內安裝零件，L=B+m+Δ3=17+（0.10～0.15）72+5=29.2～32.8mm。為了避免擰緊螺釘時端蓋歪斜，一般取m=（0.10～0.15）D，D為軸承外徑?？紤]箱外聯(lián)接螺栓扳手空間位置，L≥δ+c1+c2+5～8mm，為此，由表5-3可計算出箱體壁厚δ=8mm，軸承端蓋旁聯(lián)接螺栓直徑d=12mm，由表5-4查出c1=18mm；c2=16mm。則L≥δ+c1+c2+(5～8)=8+18+16+6=48mm。比較孔內安裝零件和箱外聯(lián)接螺栓扳手空間位置的要求，取大值，所以取L=48mm。根據(jù)軸承外徑D=72mm，由表11-7查出軸承端蓋厚度e

=10mm，軸承端蓋上聯(lián)接螺栓為M8。由表10-16查出螺栓頭部高度h≈6mm。為保證帶輪不與軸承端蓋上聯(lián)接螺釘相碰，并使軸承端蓋拆卸方便，帶輪端面與端蓋間應留適當間隙，再根據(jù)箱體和軸承端蓋的尺寸取定軸段②長度，L2=L-B-Δ3＋e＋h＋(10～15)=48-5-17＋10＋6＋(10～15)=52～57mm，取L2=54mm；根據(jù)帶輪孔長度L=（1.5～2）d1mm，取L1=45mm。2．低速軸結構設計（略）注意：低速軸外伸端直徑的確定：①

d≥C（PⅢ/nⅢ）1/3。②

考慮軸上有一鍵槽，將軸徑增大4%。③

軸頭安裝聯(lián)軸器，應按聯(lián)軸器孔徑取相應的標準值，查表10-24。b1=80mmb2=75mm強度足夠高速軸：45鋼調質d1=dmin=28mmd2=34mmd3=35mmd4=37.5mmd5=45mmd6=35mmL4=78mmL5=20mmL6=18mmL3=39mmL2=54mmL1=45mm表10-5機械傳動效率和傳動比概略值類別傳動類別效率單級傳動比最大常用圓柱齒輪傳動7級精度（稀油潤滑）8級精度（稀油潤滑）9級精度（稀油潤滑）開式傳動（脂潤滑）0.980.970.960.94～0.9610153～54～6錐齒輪傳動7級精度（稀油潤滑）8級精度（稀油潤滑）開式傳動（脂潤滑）0.970.94～0.970.92～0.956662～32～34帶傳動V帶傳動0.9572～4鏈傳動開式閉式0.90～0.930.95～0.9772～4蝸桿傳動自鎖單頭雙頭四頭0.40～0.450.70～0.750.75～0.820.82～0.92開式100閉式8015～6010～40一對滾動轉承球軸承滾子軸承0.990.98一對滑動軸承潤滑不良正常潤滑液體摩擦0.940.970.99聯(lián)軸器0.99運輸滾筒0.94～0.96螺旋轉動（滑動）0.30～0.60表12-10帶輪孔徑系列值161820222425283032353840424550556065707580859095100110120130140150表10-6標準尺寸（直徑、長度和高度等）（摘自GB/T2822-2005）（單位：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減速器鑄造箱體的結構尺寸（參考圖5-15）名稱符號單級直齒圓柱齒輪減速器尺寸關系箱座（體）壁厚δ0.025δ+1≥8箱蓋壁厚δ10.085δ≥8箱座、箱蓋、箱座底的凸緣厚度（b、b1、b2）b=1.5δ；b1=1.5δ；b2=2.5δ地腳螺栓直徑及數(shù)目（df、n）a≤100＞100～200＞200≥4df120.04a+80.047a+8軸承旁聯(lián)接螺栓直徑d10.75df箱座、箱蓋聯(lián)接螺栓直徑d2（0.5～0.6）df軸承端蓋螺釘直徑d3查表11-7檢查孔蓋螺釘直徑d4d4=

6锪孔直徑D0；df、d2至箱外壁的距離c1；df、d2至凸緣邊緣的距離c2查表5-4軸承座外徑D2凸緣式軸承蓋：D2=D

+（5～5.5）d3；D為軸承外徑嵌入式軸承蓋：D2=1.25D

+10

mm軸承旁聯(lián)接螺栓距離S以d1螺栓和d3螺釘互不干涉為準盡量靠近，一般S≈D2軸承旁凸臺半徑R1R1≈c2軸承旁凸臺高度h根據(jù)低速軸軸承外徑D2和d1扳手空間c1的要求，由結構確定箱外壁至軸承座端面距離L1c1+c2+（5～8）箱座、箱蓋的肋厚m1、mm1＞0.85δ1；m≥0.85δΔ1≥1.2δ表5-4螺栓安裝尺寸尺寸符號螺栓直徑M6M8M10M12M14M16M18M20M22M24M27M30c1min121416182022242630343840c2min101214161820222426283235D0152024283234384244505562R0max5810表11-7凸緣式軸承端蓋的結構尺寸符號尺寸關系符號尺寸關系D（軸承外徑）30～6062～100110～130140～280D5D1-

(2.5～3)

d3d3(螺釘直徑)6～88～1010～1212～16e1.2d3n（螺釘數(shù)）4466e1（0.1～0.15）D(e1≥e)d0d3

+

(1～2)m由結構確定D1無套杯時：D1

=

D

+

2.5d328～10有套杯時：D1

=

D

+

2.5d3

+

22b8～10套杯厚度：s2

=

7～12h（0.8～1）bD2D1

+（2.5～3）d3透蓋密封槽的結構尺寸由密封方式及其裝置決定非全螺紋A和B級（GB/T

5782-2000）表10-16六角頭螺栓（單位：mm）全螺紋A和B級（GB/T

5783-2000）GB/T

5782-2000GB/T

5783-2000標記示例：螺紋規(guī)格d

=

M12，公稱長度l

=

80

mm，性能等級為8.8級、表面氧化、A級六角頭螺栓螺栓GB/T5782-2000，M12

×

80螺紋規(guī)格dM5M6M8M10M12（M14）M16（M18）M20（M22）M24（M27）M30k公稱3.545.36.47.58.81011.512.514151718.7cmax0.50.60.8smax8101316182124273034364146emin產品等級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產品等級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非全螺紋a5Pb（參考）l＜12516182226303438424650546066125≤l≤200——2832364044485256606672l＞200—————5357616569737985l范圍25～5030～6035～8040～10045～12050～14055～16060～18065～20070～22080～24090～26090～300全螺紋a2.43.03.754.55.2567.5910.5l范圍8～5012～6016～8020～10025～10030～14035～10035～18040～10045～20040～10055～20040～100l系列公稱8，12，16，20～70（5進位），80～160（10進位），180～300（20進位）注：1．括號內為盡量不采用規(guī)格，非全螺紋的l范圍為商品規(guī)格。2．產品等級：A

級用于d≤24或l≤10d（或l≤150

mm），B級用于d＞24或l＞10d(或l＞150

mm)。表10-24LT型彈性套柱銷聯(lián)軸器（摘自GB/T4323－2002）標記示例：例1：TL6聯(lián)軸器4標記示例：例1：TL6聯(lián)軸器40×112GB/T4323-2002主動端d1=40

mm，Y型軸孔L=112

mmA型鍵槽從動端d2=40

mm，Y型軸孔L=112

mmA型鍵槽例2：TL3聯(lián)軸器GB/T4323-2002主動端dz=16

mm，Z型軸孔L1=30

mmC型鍵槽從動端d2=18

mm，J型軸孔L1=30

mmB型鍵槽型號公稱轉距Tn/N·m許用轉速[n]/（r/min）軸孔直徑d1，d2，dz軸孔長度DD1D2bb1sA轉動慣量