中北大学机械设计说明书模板

1、、设计题目及方案题目：设计用于皮带运输机的单级斜齿圆柱齿轮减速器已知：输送带工作拉力F=4500N，输送带速度 V=1.8m/s,卷筒直径 D=400mm方案图：工作条件：1、 两班工作（每班按 8h计算），连续单向运转，载荷变化不大，空载启动，输送带速度容 许误差 5%，运输机工作效率 w =0.96 。2、室内，灰尘较大，环境温度 30 C左右。3、折旧期10年，5年一次大修，（每年按300天计算）。4、普通中小制造厂，小批量。二、选择电动机的型号设计步骤如下序号设计项目计算内容计算结果1确定电动机类型按照工作要求和条件选用冷笼型三相异步电动机Y型系列一般用途的全封闭自扇Y型工作机所需功率

2、PWFW （ kw）按下式计算：FVFW8.41000 wkw确定电动2机功率代人设计数据得：0.88545001.8 , ,P WkW8.44 kW10000.96rPw电动机的输出功率按下式计算P。式中，为电动机至滚筒主动传动装置的总效率，2其值按下式计算b g g c查机械设计手册(P6,表2-2 )可得：带传动效率b=0.95，一对齿轮传动(8级精度、油润滑)效率 g =0.97，一对滚动轴承效率r =0.985，联轴器(弹性)效率c =0.99，因此0.95 0.97 0.985 0.99 0.885Pw8.4 4Po kw9.5 4kw0.885选取电动机的额定功率，使Pm(11.

3、3)Po，并查电动机技术数据表(手册 P148，表16-1)Pm(1 1.3) 9.54 9.54 12.4取电动机功率为Pm1 1kwFO 9.54kwPm11kw3滚动轴的转速为nw60v601 3 r/mi n8 5.9 4r/mi nD4 0 0按推荐的各种传动机构传动比范围，取V带传动比i b2 4，单级圆柱齿轮传动比i3 5ig35 ，则总传动比范围为i(23) (45)6 2 0电动机可选择的转速范围相应为nin w(6 2 0) 8 5.9 4r / mi n5 1 6 1 7 1 8 / mi n电动机同步转速符合这一范围的有1000r/mi n 、1500r/mi n 两种

4、。为了降低电动机的重量和价格，由电动 机技术数据表选取冋步转速为1500r/min 的Y系列电动机Y160M-4，其中满载转速为n m1460 r / m in亠心“、m，此外，电动机的安装和外型尺寸可从技术数据表(手册 P149，表16-2 )得nw8 5.9 4r/mirnm1 46 0/ min确定电动机类型:电动机型号额定功率/kw满载转速/(r/min)堵转转矩 额定转矩最大转矩 额定转矩Y160M-41114602.02.0三、计算传动装置总体传动比并分配各级传动比序号设计项目计算内容计算结果1传动装置n m14 6 01 6.9 9i =16.99总传动比in w8 5.4 4由

5、式.big，为使V带传动的外廓分配各级尺寸不致过大，取传动比i b4则齿轮i b=42传动比传动比为i1 6.9 94.25i g=4.25i gi b4四、计算减速器的运动参数和动力参数序号设计项目计算内容计算结果Po9.54 kwP。9.54 kw1O轴（电non m1460 r / m innonm动机）1 46 0/minPo9.5 4T o9 5 5(:9 n o5 5 0N m14 6 0To6 24 0N ni62.4 ONmP19.0 6kwPPo b9.54 0.95kw9.06kwn m14 6 03 6$/ minn1365 / min2I轴ib4/ 11 III 1T1

6、2370N mT19 55 0pL95 50906Nm 2 3 70 N mn1365PiPi r g9.060.9850.9 7kw 8.6 6kwPii8.66kw3n轴nil3 6 5r / min8 5.8 8r / min85.88 / minig4.2 5niiTii9550弘 95 509 63J mTii963N mnil8 5.8 84W轴（卷筒轴）Pw Pii r c 8.66 0.985 0.99kw 8.44kw nw nii 85 .88 r / minTW 955029550 8.44 N m 93854N m nw8 58 8Pw 8.44wnw 85.88 /m

7、inTW 938.54N m为了方便于下一阶段的设计计算，将以上结果列表如下:参数轴号电机（0）轴I轴II轴滚筒（w ）轴功率P/kw9.549.068.668.44, . 1 转速n/r min146036585.8885.88转矩T/N m62.40237.0963938.54传动比i44.251效率0.950.9650.98五、V带传动设计传动的设计计算根据前面设计获得的数据P。n。i01，参照V带传动设计方法，可得如下设计：设计步骤序设计项目计算内容设计结果计算功查表（课本P118，5-7 ）取工况系数1率K a 1.2Ka1.2PcPcKaP1.2 9.5411.45kwPc1 1.

8、4 5w计算功率Pc11 .45 kwno 1460r / min选择V由c和o杳图2带型号（课本P119，5-15 ）选取B型确定带根据B型杳表（课本P119，5-8 ）取dd1140mmdd1140mmi no1 460 4轮基准带传动的传动比ni365，所以大带轮基准直径3直径d d2dd2id d14 140560mm按表（5-8 ）将dd2560mmd d2d d 2圆整为560mm4验算带vddi no3.1 4 140 1460 ,4 07 On cV 在 525m/s 范速V60 1000 601 0 7 011/ s1 000围,符合要求初定中由07 (d d 1d d 2)

9、 ao2(d d1 d d 2 )得.a。700mm5心距490a o1400aoa。根据条件取700 mmLdo2a。 一(d d1 d2 12、(dd2 dd1 ) do )4a。6初算带长27 0 0 (1 4 0 522(5 6 0 1 4 026 0 47 0 0Ldo2 5 6 25m mLd25 00nm确定带的基准长度Ld=2500mma ao1 (LdLd o )217 0 0(2 5 0 022 5 6 26)6 6 9m m7确定实际中心a mina 0.015 Ld669 0.01 5 2 5006 3 2nma6 6 Sm m距aamaxa 0.03Ld66 9 0.

10、0 3 2 5 00 744mm11 8 057 . 3(d d 2dad 1)1。c5 7.38 0(5 6 01 4 06 6 911441201 441 20 故8验算小带轮包根据dd1 和 n。查表（课本 P117，5-3）得：基本额定功率：P12.8 2kw （用内查法）符合要求角1根据i4 和 n。1 460/mi n 查表（5-4）得基本额定功率增量：Pi0.4 6kw根据1K1 44查表(5-5 )得0.91根据Ld2 5 0mm查表（5-6 ）得Kl 1.03P12. 8 3kw确定Vz卩。P1PcP10.4 6kw带根数(P1P1 )K 2K lK0.9 1Z10.2K l

11、1 .03(2.100.3) 0.934 1.0793.17取Z441单根VFo500Pc (2.5 v ( K1) qv (课本 P107 查表 5-1)带的张5 0 01 1.4 5/2.5、0.7 020紧力F。41 0.7 0(1)U. 17 10.9 1亠 /亠 一 r -、+、r、r / -u-k r /曰亠Fo 253.2N2 5 32 N（ v是带传动速度q为每米带长质量238页查表）作用在11轴上的压力F Q21F o sin 2-242 5 32 sin1 4 42Fq 1 9265NFq19 2 65 N六、齿轮传动设计由于该传动载荷不大，结构尺寸要求紧凑，为了方便加工，

12、采用硬齿轮传动，根据已有设计数据，参照直齿圆柱齿轮传动的设计方法：设计步骤序号设计项目计算内容计算结果由于要求结构紧凑，故采用硬齿面齿轮传动。小齿轮选用小: 20 C r 钢材料选20 C，渗碳淬火处理，齿面平均硬度为，60HRC ;大渗碳淬火60HRC1择及热齿轮选用 2 0C大:2 0C 钢处理表面淬火处理，齿面平均硬度为60HRC表面淬火60HRC(1) 齿数：2参数选取 11 9,贝U2 i 14.2 51 98 0.7 511 9择取28 12 8 1(2)齿宽系数：两轮为硬齿面，对称布置，查表(课本d0.6P146 , 6-9 )取d0.6K=1.1(3) 载荷系数：14由于载荷为

13、均匀、轻微冲击，且采用硬齿面齿轮，应取大值，查表(P143,6-6 )取 K=1.13确定许用应力（4）初选螺旋角：取14 查表（P140,6-4）;小齿轮：hi 1350MPa，fi大齿轮：H 2 1 35 MPaF645 MP a264 制PaTi9.55 106 -P1n14小齿轮转矩9.5510 69.063652.3 7 1 05N mm齿形系数：V3按当量齿数cos3，得v1 2 0.7 9 v28 8.6 7按齿根查表（课本P145，6-8 ）得：再根据内查法计算得Yf12.79丫 1.575弯曲疲Yf2 2.22Ys21.7 8劳强度YF1YS1 / F1 0.0067961

14、1 62计算YF2YS2 / F 20.00801 541 5（取大值）由式（6-36 ）得mn 2.5mm1.6KT1COS2小 YfYsmn y? F SId 1F-2.44mm查表（6-1），取 mn 2.44mm齿轮传动中心距为：a mn( i 2)/2a3 (19 81 2cos1412882将中心距取为 a 1 30 mm,以便加工，则螺旋角调a1 3 0 mm整为：arccosmn ( 12) /2aarccos3 (19 81)2 1301 5.94215.942d160.86mmdimn 13 19 皿“d221 06Cmm计算齿coscos 15.942da165.86mm

15、6轮几何d2mn22 81O 4 A C A rvi尺寸coscos15.942d臣2 1 56m mda1d12han mnb36.5 2 mm6 0.8 6 21 2.565.8 6 mmda2d22han mnb137mm21 0.6 0 21 2.521 56mmb245mmbda10.66 Q8 6 3 65 2m m 取b237mm,b45mm ，由于取的标准模数比计算值大，故b2向小值圆整后仍能满足要求。查表(P144，6-7 )得E189.8 由式(6-33)7校核齿面接触H 3.17 E J呼| bdfuH疲劳强1269.1 6 MPa H 21 3 5MPa1269.16M

16、Pa度齿面疲劳强度足够8验算齿轮圆周速度d1n1V 60 1 0003.14 60.86 210.6060 10000.6 7m/sv 0.6 7 m/s七、I轴设计计算序号设计项目计算内容计算结果选择b 60(MPas 30(MPa轴的材料， 轴的材料选择45钢，正火处理。查表（课本 P206 , 10-1 ）,确定得 b 600MPa, s 30（MPa 。许应输出端与带轮相配合的轴段轴径最小。查表（P221，10-4），估算 轴的 最小 直径C在C=110，则由式（10-13 ）得:3 21mm轴端有一个键槽，直径增大3%，由表（P221，10-5 ）取d 32.1 mmdmn 34mm

17、iC 1 1 0dmn3 4mm分度圆直径为mncos2.5 1960.86mmcos15.942转矩为6 9.065T 9.55 1062.37 105 N mm365963kNmm计算3 齿轮受力圆周力为Ft2Td2 237 10360.869595.1Nd 60.866 mmT 237kN mmFt 9 59 51NFr 3632JFa 274N径向力为F _Ft tananFrcos9593 tan20co si 5.9 42轴向力为363NFa Ft tan95951 tan 1 5942 274N4轴的结构设计（1）轴上零件的装配和定位方案的确定，绘制轴系结构草图（2）确定轴的各段

18、直径从左到右，第一段与带轮配合，所以确定d1 34mmd234 2him 34 2 3.5 41mm（him查表课本P224，10-7）； d3要符合轴承内径标准系列，选用角接触球轴承， 查（手册P119，12-6）代号7211C，故 d355mm,d4 6Qmmd5 60 2hmn60 2 3.5 67mm o（1） 确定轴的各段长度与传动零件（如齿轮、联轴器等）相配合的轴段长度应比传动零件轮毂宽度略小 2mm 左右，L1=51-2=105mm,第二段轴长考虑轴承盖螺钉至联轴器距离1为1015mm ,取L2=55mm，其余各段轴长与箱体的设计有关，可由齿轮开始向两端逐步确定。齿轮端面与箱壁的

19、距离2取1015mm，此轴取15mm ,轴承端面与箱体内壁的距离与轴承的润滑有关， 此轴取5mm ,轴承宽21mm ,L41.2 60 27 0mm ,轴环宽度 L5=8mm，与轴承配合的轴段长L6 L7 1 2 2 1 43mm，两支点间的距离L L3 L4 L5 L6 43 70 8 1 2 1 33nm（2 ） 轴的结构细节设计d1 63mmd2 72mmd3 75mmd480mm,d5 89mmL1=51-2=105mmL2=55mmL34 3mmL47 0mmL5=8mmL 1 33nm(1 ) 绘制轴的受力简图轴的5 强度计算尿8计算支承反力(如图(b)、图(c)。水平面支承力：1

20、 060.86 133FH2 66.8FrFa 02解得FH2 130汗hi 232N(h)Fo：垂直面支承力：丄Fv1 Fv2 Ft219595.14797.6N2FH2 1307NFH1 2325NFV1Fv2479 75NHb1 54613 mmHb869 116 mm319040(3)绘制水平面弯矩图、垂直面弯矩图及合成弯矩图(图(c)、(e)、(f)。33066N7 me381 9 8N5 mMb3545310 mm(4 )水平面弯矩、垂直面弯矩及合成水平面弯矩 水平面弯矩为：HbHb668FH1 66.82325 1 5461NB mm668Fh 26 6.813078691Nmm

21、垂直面弯矩为V)668Fs668 4797531 904NDm m合成弯矩为:bv)2(Hb)23190402154613235453ND mmb ( v)2( Hb)23 9040286916233066N7 mm(3) 绘制扭矩图T危险截面的当量e J( b)2( T)23545302(0.6 237000)23 81 9815 mm（5 ）校核危险截面的直径查表(P220 , 10-3 )得1b 55Mpa 则3 e_0.1 1b3 3 81 9 8 53 4 1.1m m0.1 55增大3%为d 64.0mm因结构设计的轴径为 80mm，故满足条件。八、Il轴设计计算序号设计项目计算内

22、容计算结果1选择轴的 材料，确定许应 力轴的材料选择45钢，正火处理。查表（课本 P206，10-1）， 得 b 6 00MPa, s 30（MPa 。b 600MFa s 300MPa2估算 轴的 最小 直径输出端与联轴器相配合的轴段轴径最小。查表（P221，10-4），C在118107 之间，取 C=110，则由式（10-13 ）得：d ca1 1 0321mm nI 8 5.8 8轴端有一个键槽，直径增大3%，由表（P221，10-5 ）取d 51.2 mmdmn53mmdmn5 3mm分度圆直径为d上cos2.5 81cos15.942转矩为210.6mm9.55 106輕 9.63B

23、5.BB105N mm计算3 齿轮受力96 Jk N mmd 21 06mm，T 96&N mFt 1371.9NFr 519NFa 919N轴的结构设计TcKT 96 3 1.5 14 445圆周力为Ft2Td32 14445 1013717.9N210.6径向力为FrFt tanan1371320519NcosFaFt tancoSI 5.942轴向力为1371.9 tan 1 4.942 249GBN(1)轴上零件的装配和定位方案的确定，绘制轴系结构草图如:(2)确定轴的各段直径d1 63mmd2 72mmd3 75mmd4 B0mm,d5 B9mmL1 =105mm从左到右，第一段与联

24、轴器配合，选择弹性套柱销联轴器的规则（手册P129，表13-5 ）取LT10，联轴器J型轴孔的孔径为63mm，孔长Bi 107mm，所以确定d163mm;d2 63 2him 63 2 4.5 72mm（him查表课本P224，10-7）； d3要符合轴承内径标准系列，选用角接触球轴承， 查（手册P119，12-6）代号7215C， 故 d375mm,d480mm,d5 80 2hmn80 2 4.5 89mmo（6） 确定轴的各段长度与传动零件（如齿轮、联轴器等）相配合的轴段长度应比传动零件轮毂宽度略小 2mm 左右，L1=107-2=105mm,第二段轴长考虑轴承盖螺钉至联轴器距离1为10

25、15mm，取L2=55mm，其余各段轴长与箱体的设计有关，可由齿轮开始向两端逐步确疋。齿轮端面与箱壁的距离2取1015mm，此轴取15mm ,轴承端面与箱体内壁的距离与轴承的润滑有关，此轴取5mm ,宀L3 223 25 47轴承宽25mm ,L41.2802 94mm ,轴环宽度 L5=8mm，与轴承配合的轴段长L6L7122537mm，两支点间的距离L L3 L4L5L647948 12161mm（7 ） 轴的结构细节设计L2=55mmL 3 47mmL 4 94mmL5=8mmL 161mm（3 ）绘制轴的受力简图轴的5 强度计算(4 ) 计算支承反力水平面支承力：1 0210.6 16

26、1FH2 80.5FrFa 02解得FH2 33.3;FH1 5 1 597NFh 33.3NFh5159.7N685NF=b(b)垂直面支承力：11F I F |Ft13717.9 6859N22FtFwFrn（3）绘制水平面弯矩图、垂直面弯矩图及合成弯矩图（图（c）、Hb4 1 53 5.9NHb26 80N mmVd552145N mm（e）、（f）。九、I轴轴承选择计算已知：Fa 274N; Fr363N;n 365/min 轴颈的直径 d3 55mm ；h 10 300 1648000序号设计项目计算内容计算结果求当量查表(P241，11-7)，取 Kp匸1。载荷系数 X、Y要P 4

27、97N动载荷根据Fa / Cor查取，Cor是轴承的径向基本额疋载何，轴P承型号为7211C。由查表11-8，暂取 F /O0.058 ,aor1则e 0.43由2741Fa/Fr36320.755 e。查表 11-8，得X=0.44,Y=1.30由式（11-4 ）, 得P Kp（XFYFa）1.1 （0.4 4 3632 1.30 274）1 497N计算所需的径向额定由式(11-3 )，得C5053N2人 |6ChLh60 365 48000C J P 3 4970 5053NV 106I106动载荷确定轴选7211C型查有天机械设计手册 P119，根据轴颈直径 75mm 选取7211C承

28、型号轴承，其 Cr 5280N5053N ,3Cor 40500N ,7211C 轴承的 Fa /Cor0.068 ,与初定值相近所以选择7211C型轴承合适十、ii轴轴承选择计算已知：Fa 391 N;Fr 519N;n 85.8&/min 轴颈的直径d37 5mm ； h10 300 1648000序设计项计算内容计算结果号目求当量查表（P241，11-7），取 Kp匸1。载荷系数 X、Y要P 497N动载荷根据Fa / Cor查取，Cor是轴承的径向基本额疋载何，轴P承型号为7211C 。由查表 11-8 ,暂取 Fa /Cor 0 058，1则e0.4 3 由F3919/ F0 755

29、 e. -a/Fr51930.755 e。查表 11-8，得X=0.44,Y=1.30由式（11-4 ），得P Kp（XFYFa）1.1（0.4 4 391 9 1.30 3919 81 1 N由式（11-3 ），得C5095N计算所需的径C 160nLh厂 J 60 85.8 8 48000 fm qi_a a a 7 r. r rfn2P38II/5U95N1 cPi105向额定动载荷确定轴选7215C型查有天机械设计手册 P119，根据轴颈直径 75mm 选取7215C承型号轴承，其 Cr 7920N 536613 ,3Cor40500N,7215c轴承的Fa /Cor 0.05955

30、，与初定值相近所以选择7211C型轴承合适I轴键联接强度计算(1)主动轴所传递的转矩 T 237N m齿轮的材料为铸钢，载荷有轻微冲击。序号设计项目计算内容计算结果L90mm齿轮传动要求齿轮与轴对中性好，以避免啮合不良，故联接b8mm选用普通平键A型键。h 11mm 取 L 80mm1键的类根d 4 60mm据轴的直径，及轮毂宽度型与尺L(1.52)d41.5 60 90mm4查表寸选择12-1b 18mmh 1 1mm得键宽键高，计算得键L 长90 (510) 8085mm，取 L=80mm,标记为/ 11 80GB/T10 96 20 03 :键由表12-2差得P100MPa，键的工作长度

31、2强度计l80 18 62mmi则：算4T4 237 1 03 cccp2 32MPa pp dhl601162ap故此平键联接满足强度要求。(2)主动轴所传递的转矩 T 237N m齿轮的材料为铸钢，载荷有轻微冲击。序设计项计算结计算内容号目果齿轮传动要求齿轮与轴对中性好，以避免啮合不良，故联接Lb61.5mm12mmh8mm选用普通平键A型键。取 L 52mm1d441 mm根据轴的直径,及轮毂宽度L(1.5 2)d41.54161.5mm查表键的类b 12mmh8mm12-1得键宽键咼,计算得键长型与尺寸选择L61.5 (510)51.5 56.5mm， 取L152 mm，标记为：键2

32、52GB/T109 6 2 00 3,100MPa由表12-2差得p，键的工作长度l52 12 40mm2i则：4T4 237103723MPa强度计p dhl41 840aP算故此平键联接满足强度要求。十二、II轴键联接强度计算(1)主动轴所传递的转矩 T 96取 m齿轮的材料为铸钢，载荷有轻微冲击。序设计项计算结计算内容号目果L96mm齿轮传动要求齿轮与轴对中性好，以避免啮合不良，故联接b22mmh14mm选用普通平键A型键。取L 90mm1d480 mm根据轴的直径,及轮毂宽度键的类L(1.52)d41.580 96mm查表12-1型与尺b 22mmh 14mm得键宽键高,计算得键长寸选

33、择L96 (5 10)8691mm，取L90m m,标记为：键 22 90GB/T109 6 2003p lOOMPa由表12-2差得P，键的工作长度2l 90 22 68mmi则：强度计4T4 963 1 03 ucecp 506MPa pp dhl 80 1 4 68ap算故此平键联接满足强度要求。(2)主动轴所传递的转矩 T 96取 m齿轮的材料为铸钢，载荷有轻微冲击。序设计项计算内容计算结号目果L61.5mm齿轮传动要求齿轮与轴对中性好，以避免啮合不良，b12mmh8mm取 L 52mm1故联接选用普通平键 A型键。d4 72mm根据轴的直径,及轮毂宽度键的类型与尺L(1.52)d41

34、.5 7286.4mm查表寸选择b2 0mmh1 2mm12-1得键宽键高,计算得键长L86.4(510) 76.4 81.4mm取L 8Cmm，标记为：键 12 80GB/T10 96 20 03由表12-2 差得p100MPa，键的工作长度2l 80 20 60mmi则：强度计4T4 963 1 03 一p 743MPap dhl 72 12 60ap算故此平键联接满足强度要求。十三、主要零件的配合及精度表齿轮传动主要尺寸及其它参数表参数名称符号ZiZ2齿数Z1980模数m2.52.5中心距a130130分度圆直径d60.86210.60齿顶圆直径da54.4215.6齿根圆直径df41.25196.25齿宽b2934精度等级8级齿圈径向跳动公差Fr4563公法线长度变动公差Fw周节极限偏差fpt1718基节极限偏差f pb2225中心距极限偏差fa31.536跨齿数K310公法线长度及偏差W7.660429.1937十四、润滑设计序号设计项目计算内容计算结果轴承的润滑作用是减少摩擦和损失，冋时有利于散热、防蚀和抗振延长轴承使用寿命。滚动轴承的润滑机主要是润滑油和润滑脂，一般可按轴承1内径与转