机械设计基础课程设计说明书

CENTRAL SOUTH UNIVERSITY

题 目 机械设计基础课程设计说明书 学生姓名 学 号 指导教师 何竟飞

学 院 地球科学与信息物理学院 专 业 地质工程 完成时间 2014年7月3日

机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。

本课程设计采用单机齿轮减速器，这是因为齿轮减速器广泛应用于机械制造，纺织，轻工机械，冶金，船舶，航空等领域中是生产中具有典型性，代表性的通用部件，运用极其广泛。

齿轮减速器具有轮、轴、滚动轴承、螺纹连接等通用零件和箱体等专用件，充分的反应了机械设计基础课程的相关教学内容，使我们受到本课程内外比较全面的基础训练。而且在画装配图以及零件图的时候，也应用到了以前制图的相关知识和内容，使相关内容得以巩固、加强和提高。

在设计的过程中我仔细的精读了机械设计基础课本和设计书，并查阅了相关资料，依据前面设计着的设计对实际设计中的每个环节加以分析、概括和完善。

只有不断地对机械设备进行改造充分发挥其应用能力，才能在各个方面将工业生产逐步转变为机械化、自动化、现代化。

一、设计内容 ................................................................................................................................... 3

一>设计题目：带式运输机传动装置减速器设计 ................................................................. 4 二>传动方案图： ..................................................................................................................... 4 三>原始数据： ......................................................................................................................... 4 四>设计工作量： ..................................................................................................................... 4 二、计算及计算说明 ....................................................................................................................... 5

一>电动机选择 ......................................................................................................................... 5 二>总传动比的确定及传动比分配 ......................................................................................... 6 三>各轴转速、功率、力矩的计算 ......................................................................................... 6 四>机械传动设计 ..................................................................................................................... 7 五>轴、轴承、联轴器设计 ................................................................................................... 10 六>箱体结构设计 ................................................................................................................... 17 七>键联接设计 ....................................................................................................................... 18 八>密封和润滑设计 ............................................................................................................... 19

一、设计内容

一>设计题目：带式运输机传动装臵减速器设计 二>传动方案图：

三>原始数据：

运输带拽引力F（N）

2900

运输带速度v（m/s）

2.0

滚筒直径D（mm）

400

四>设计工作量：

1>设计说明书一份 2>减速器装配图一张 3>零件图两张

二、计算及计算说明 一>电动机选择

1>电动机类型和结构的选择：选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。 2>电动机容量选择：

PW=5.8 Kw

η总=0.84

链传动η3 0.91

滚筒η4 0.98

轴承η5 0.99

Pd=6.9Kw nw=95.54

nd=573.24~1910.8

外伸轴颈（mm）

42

3

FV

运输带所需功率：PW= (Kw)------------------（1-2-1）

1000 F:运输带拽引力F（N） V:运输带速度v（m/s） 电动机到运输带的传动总效率：

η总=η1×η2×η3×η4×η5-----------------（1-2-2）

传动效率取值：

联轴器η1 齿轮传动η2 0.99

0.98

电动机所需的工作功率：

FV

总-----------------------（1-2-3） 1000

由Pd=6.9Kw，确定选择7.5Kw电动机 Pd=

3>电动机转速选择：

60v1000

--------------------(1-3-1)

D

电动机转速nd=i1×i2×nw-----------------------（1-3-2） 卷筒的转速： nw=

i1：齿轮传动比（查得范围3~5） i2：链轮传动比（查得范围2~4） 所以查表选定电动机型号为Y160M-6。 Y160M-6型电动机主要参数： 额定功率Pd(Kw)

7.5

转速nd（r/min）

970

二>总传动比的确定及传动比分配

n

1>总传动比i总=d----------------------（2-1-1）

nw

i总=10.15

i总=i1×i2---------------------------（2-1-2） 假设i1=3.5 则：i2=2.9

三>各轴转速、功率、力矩的计算

1>各轴转速： nd(r/min) 970

n1(r/min) 970

n2(r/min) 277.14

n3(r/min) 95.57

n2=277.14 n3=95.57

其中：nd：电动机输出轴转速

n1：减速器高速轴转速，该题中与nd相等

n

n2：减速器低速轴转速，n2=1-------------(3-1-1)

i1

n

n3：滚筒连接轴的转速，n3=1

i总

2>各轴功率： Pd(Kw) 7.5

P1(Kw) 7.35

P2(Kw) 7.13

P3(Kw) 6.42

P1=7.35 P2=7.13 P3=6.42

其中：Pd：电动机输出轴功率

P1：减速器高速轴功率，P1=Pd×η1×η5------(3-2-1) P2：减速器低速轴功率，P2=P1×η2×η5 P3：滚筒连接轴的功率，P3=P2×η3×η5

3>各轴力矩： Td(N.m) 73.84

T1(N.m) 72.36

T2(N.m) 245.69

T3(N.m) 641.53

Td=73.84 T1=72.36

其中：Td：电动机输出轴力矩 T1：减速器高速轴力矩

T2：减速器低速轴力矩 T3：滚筒连接轴的力矩

公式：T=9550×P

iin----------------------------(3-3-1)

i

Ti：第i根轴的力矩； Pi：第i根轴的功率； ni：第i根轴的转速。

四>机械传动设计

1>链传动设计

通过前面计算得：P2=7.13 Kw n2=277.14 r/min i2=2.9 假定链速为：v=0.6~3 m/s ①链轮齿数

按资料取Z1=25 则Z2=i2×Z1 Z1：小链轮齿数 Z2：大链轮齿数

取Z2=73

实际传动比：73/25=2.92 （误差满足要求） ②链条节数

初定中心距a0=40p

LP2

a0pz1z22pa(z2z1)2

---------------(4-1-1) 02

P：链节距 a0：中心距 取链节数Lp=130节 ③计算功率

根据资料查表得工作情况系数KA=1.0则： PC=P2=7.13 Kw ④链条节距

T2=245.69 T3=641.53 Z2=72.5

Lp=130.46

P

P0=C--------------------------------（4-1-2）

KzKm

P0=4.72 Kw a=762mm

V=2.2 m/s

FQ=4213.18N

Km：多排链系数，采用单排链，Km=1.0

Kz：修正系数

按小链轮转速估计，链工作在功率曲线的右侧，则：

z

Kz=(1)1.51.51

19

根据资料图示，查得当n2=277.14 r/min时12A链条能传递的功率为4.9Kw（＞4.72Kw），故采用12A链条，节距p=19.05mm ⑤实际中心距 a≈a0=40p ⑥计算链速

zpn

v12----------------------------（4-1-3）

601000

计算得V=2.2m/s，符合原来假定。 ⑦作用在轴上的压力 作用在轴上的压力FQ=1.3F

P

F=1000×C

V

2>齿轮传动设计

①选定齿轮材料及确定许用应力

小齿轮选硬齿面，材料为45号钢调质，齿面硬度为220HBS，σH lim 1=580 MPa，σFE1=450 MPa.

大齿轮选软齿面，材料为45号钢正火，齿面硬度为190HBS，σH lim 2=380 MPa，σFE2=310 MPa. 按资料取SH=1.0 SF=1.25

[σH1]=

Hlim1

SH

=580 MPa

[σH2]=

Hlim2

SH

=380 MPa

[σF1]=

FE1

=360 MPa SF



[σF2]=FE2=248 MPa

SF

②按齿面接触强度设计

设齿轮按8级精度制造，取荷载系数K=1.5，齿宽系数φd 小齿轮上的转矩：T1=72.36 N.m=72360 N.mm 根据资料取弹性系数ZE=188,ZH=2.5

d2KT1u1ZEZH()2C1du-----------------(4-2-1)

H u：高速级传动比，u=i1=3.5

齿数取ZC1=30，则：ZC2=3.5×30=105

实际传动比：iZ

1=C2Z------------------------（4-2-2）

C1

模数m=

dC1

Z--------------------------------（4-2-3） C1

齿宽b=φddC1--------------------------------(4-2-4) 取bC2=70mm，bC1=75mm 按标准模数取m=3mm，则：

dc1=ZC1×m-------------------------------(4-2-5) dc2=ZC2×m-------------------------------(4-2-6) 中心距：ac=

dC1dC2

2

-------------------------(4-2-7) 小齿轮：齿数ZC1=30

齿宽bC1=75mm；分度圆直径dc1=90mm 齿顶圆直径：96mm 齿根圆直径：82.5mm 大齿轮：齿数ZC2=105

齿宽bC2=70mm；分度圆直径dc2=315mm 齿顶圆直径：321mm

齿根圆直径：307.5mm ③验算轮齿弯曲强度

dC1≥81.12mm i1=3.5 m=2.7 b=64.9mm dc1=90mm dc2=315mm ac=202.5mm

由资料中图示查得：齿形系数YFa1=2.6 齿根修正系数YSa1=1.63 齿形系数YFa2=2.21 齿根修正系数YSa2=1.82 σF1=

2KT1YFa1YSa1

b2

------------------------(4-2-8) c2mzc1

σ=YFa2Y

F2Sa2F1Y------------------------(4-2-9)

Fa1YSa1 σF1、σF2都满足强度要求，安全。 ④齿轮的圆周速度 v

dc1n1

601000

--------------------------(4-2-10)

满足8级精度要求，8级精度适宜。

五>轴、轴承、联轴器设计

1>联轴器的设计 ①按扭转强度估算轴的直径

选用45钢，调制处理，硬度217~255HBS 高速轴的输入功率P1=7.35 Kw 转速n1=970 r/min 低速轴的输入功率P2=7.13 Kw 转速n2=277.14 r/min D1≥C3

P1

n--------------------------（5-1-1）1 DPd1≥C3

2

n 2

D1：高速轴最小直径 Dd1：低速轴最小直径 C：常数，此处取C=116

考虑到键槽对轴强度消弱的影响，直径增加5%，则： D1≥23.93mm Dd1≥35.96mm

σF1=16.23

σF2=15.4

V=4.57m/s

D1≥22.79mm Dd1≥34.25mm

标准化：D1≥25mm Dd1≥40mm ②联轴器选择

电动机的选择为Y160M-6，其外伸轴的直径为42mm，输入轴

最小直径为25mm，选择LX3型弹性柱销联轴器，轴孔直径为42mm 30mm。

2>高速轴设计

①确定轴上零件的定位和固定方式（如图）

D1=30

②确定轴各段直径和长度

从联轴器开始左起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取D1=30mm，又联轴器的长度为82mm，取轴长稍小于联轴器的长度为80mm。

左起第二段直径取D2=D1+2×（0.07~0.1）×D1=36mm，考虑到带有密封的轴承端盖的轴段长度，并考虑联轴器和箱体外壁之间应有一定的距离，故取L2=57.5mm。 左起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6308型轴承，其尺寸为d×D×B=40×90×23，那么该段的直径为D3=40mm，长度为L3=42.5mm。 左起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴之间用键连接，

L1=80 D2=36 L2=57.5 D3=40 L3=42.5 D4=46 L4=73

直径要增加5%，则该段取D4=46mm，取轴段长度L4=75-2=73mm。D5=55

左起第五段，D5=D4+2×（0.07~0.1）D4=55mm,

L5=8

L5=8mm。

左起第六段，D6=46mm, L6=9.5mm

D6=46

左起第七段，由于同一轴上的轴承选用同一型号，便于轴承

L6=9.5

座孔镗制和减少轴承类型，取D7=D3=40mm，L7=23-2=21mm。

七段轴直径（mm）及长度（mm）：

左一 左二 左三 左四 左五 左六 左七 D7=40 直径 30 36

40

46 55 46 40 轴长

80

57.5 42.5

73

8

9.5

21

③求齿轮上作用力的大小、方向 小齿轮分度圆直径：dc1=90 mm

作用在齿轮上的转矩为：T1=72360 N〃mm

求圆周力：Ft=2T

1d------------------------（5-2-1）

c1

求径向力：Fr=Ft〃tanα------------------（5-2-2） α：标准压力角，α=20o ④轴长支反力

根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位臵，建立力学模型。

水平面的支反力：RA1=RB1=Ft/2 =804 N 水平面截面C处的弯矩M1=53.466 N.m

垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0,那么RA2=RB2=Fr/2=292.63 N

垂直面截面C的弯矩：M2=19.46 N.m ⑤画弯矩图

合成弯矩：M=M22

1M2--------------------(5-2-3)

⑥画转矩图

T=T1=72360 N〃mm ⑦画当量弯矩图

因为是单向回转，转矩为脉动循环，α=0.6，可得左起第四段剖面C处的当量弯矩：

Me1M2

(

αT)2------------------------(5-2-4) 弯矩为零处的当量弯矩：

Me2=αT---------------------------------(5-2-5) ⑧判断危险截面并验算强度

L7=21

Ft=1608N Fr=585.26N

M=56.9N.m

Me1=71.57 Me2=43.4

左起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差 不大，所以剖面C为危险截面。

轴的材料选用的是45钢，调质处理，由资料查得： 强度极限：σB=650MPa 许用弯曲应力：[σ-1b]=60MPa 左起第四段强度验算：

σMe1=e1

0.1D3

-----------------------------(5-2-6) 4

左起第一段强度验算：

σMe2=e2

0.1D3

-----------------------------(5-2-7)

1 经验算σe1、σe2都小于[σ-1b]，所以确定的尺寸安全。

3>低速轴的设计

σe1=7.35

σe2=16.07

①确定轴上零件的定位和固定方式（如图）

②确定轴各段直径和长度

从链轮开始左起第一段，由于链轮与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取Dd1=40mm，Ld1=55mm

左起第二段，考虑链轮的轴向定位要求，该段的直径取Dd2=45mm,Ld2=55mm。

左起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6310型轴承，其尺寸为d×D×B=50×110×27，那么该段的直径为Dd3=50mm，长度为Ld3=49mm

左起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加5%，大齿轮的分度圆直径dc2=315mm，则第四段的直径取Dd4=55mm,齿宽bC2=70mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为Ld4=68mm

左起第五段，考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为Dd5=65mm ,长度取Ld5=10mm

左起第六段，Dd6=55mm,Ld6=10mm

左起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为Dd7=50mm，长度Ld7=25mm

七段轴直径（mm）及长度（mm）：

直径 轴长

左一 左二 左三 左四 左五 左六 左七 40 55

45 55

50 49

55 68

65 10

55 10

50 25

③求齿轮上作用力的大小、方向 大齿轮分度圆直径：dc2=315 mm

作用在齿轮上的转矩为：T2=245.69 N〃m

求圆周力：Ft=2T

2d------------------------（5-2-1）

c2

求径向力：Fr=Ft〃tanα-------------------（5-2-2） α：标准压力角，α=20o 链轮的圆周力：Ftl=1000P2

V

④轴长支反力

根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位臵，建立力学模型。

水平面的支反力：RA1=3051 N RB1=4731.9 N 水平面截面C处的弯矩M1C=208.99 N.m 水平面截面B处的弯矩M1B=311.13 N.m

垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0,那么RA2=RB2=Fr/2=283.9 N

垂直面截面C的弯矩：M2=19.45 N.m ⑤画弯矩图

合成弯矩：M=M2

M21

2

--------------------(5-2-3) ⑥画转矩图

T=T2=245.69 N〃m ⑦画当量弯矩图

因为是单向回转，转矩为脉动循环，α=0.6，可得左起第四段剖面C处的当量弯矩：

Me1M2

(

αT)2------------------------(5-2-4) 弯矩为零处的当量弯矩：

Me2=αT-----------------------------------(5-2-5) ⑧判断危险截面并验算强度

左起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。

轴的材料选用的是45钢，调质处理，由资料查得：

Ft=1560N Fr=567.8N

Ftl=3240.9

MC=209.89 MB=311.74

MeB=344.83 Mec=256.48 Me2=147.4

强度极限：σB=650MPa 许用弯曲应力：[σ-1b]=60MPa 左起第四段强度验算： σe1=

MeB

0.1D3

-----------------------------(5-2-6) 4

左起第一段强度验算：

σMe2=e2

0.1D3

-----------------------------(5-2-7)

1经验算σe1、σe2都小于[σ-1b]，所以确定的尺寸安全。

σe1=27.59

σe2=23.03

六>箱体结构设计

1>箱体结构

①窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处

润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。

②放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌注。

③油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结构类型，有的已定为国家标准件。

气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。

⑤启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶，联结后结合较紧，不易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环，如装上二个启盖螺钉，将便于调整。

⑥定位销为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位臵尽量远些。如机体结构是对称的，销孔位臵不应该对称布臵。

⑦调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。有的垫片还要起调整传动零件轴向位臵的作用。 ⑧环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩，用以搬运或拆卸机盖。

⑨密封装臵在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和污物进入机体内。密封件多为标准件，其密封效果

相差很大，应根据具体情况选用。

名称 箱座壁厚 箱盖壁厚

箱体凸缘厚度

箱座 箱盖 箱底座

加强肋厚

箱座 箱盖

地脚螺钉直径 地脚螺钉数目 轴承旁连接螺栓直径 箱盖、箱座连接螺栓直径 轴承盖螺钉直径和数目 轴承盖（轴承座端面）外径

输入轴 输出轴 输入轴 输出轴

符号 δ δ1 b b1 b2 m m1 df n d1 d2 d3/n d3/n D2 D2 d4 C1 C2 L1

尺寸(mm)

8 8 12 12 20 6.8 6.8 20 4 16 10 8/4 10/6 130 160 6 26 24 60

观察孔盖螺钉直径 df、d1、d2至箱外壁距离；df、

d2至凸缘边缘的距离 箱体外壁至轴承座端面距离

七>键联接设计

1>输入轴与联轴器联接采用平键联接 此段轴径D1=30mm,L1=80mm 查手册得，选用C型平键，得：

C键 8×7 GB1096-2003 l=L1-b=80-8=72mm

T1=72.36 N〃m h=7 mm

σ4T

p=1D--------------------------------(7-1-1)

1hl

σp=19.14＜[σp] 满足强度要求 2>输入轴与齿轮采用平键连接 此段轴径D4=46mm,L4=73mm 查手册得，选用A型平键，得：

A键 14×9 GB1096-2003 l=L4-b=73-14=59mm

T1=72.36 N〃m h=9 mm σTp=

41

Dhl

--------------------------------(7-2-1) 4 σp=11.85＜[σp] 满足强度要求 3>输出轴与齿轮键连接 此段轴径Dd4=55mm,Ld4=68mm 查手册得，选用A型平键，得：

A键 16×10 GB1096-2003 l=L4-b=68-16=52mm

T2=245.69 N〃m h=10 mm σp=

4T2

D--------------------------------(7-3-1) d4hl

σp=34.36＜[σp] 满足强度要求 4>输出轴与链轮键连接 此段轴径Dd1=40mm,Ld1=55mm 查手册得，选用C型平键，得：

C键 12×8 GB1096-2003 l=L4-b=55-12=43mm

T2=245.69 N〃m h=8 mm

σ4Tp=2

D--------------------------------(7-3-1)

d1hl

σp=71.42＜[σp] 满足强度要求

八>密封和润滑设计

σp=19.14

σp=11.85

σp=34.36

σp=71.42

1>密封

由于选用的电动机为低速，常温，常压的电动机则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达到密封的目的。毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑。 2>润滑

对于齿轮来说，由于传动件的的圆周速度v＜12m/s,采用浸油润滑，因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H不应小于30~50mm。对于单级减速器，浸油深度为一个齿全高，这样就可以决定所需油量。

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题 目 机械设计基础课程设计说明书 学生姓名 学 号 指导教师 何竟飞

学 院 地球科学与信息物理学院 专 业 地质工程 完成时间 2014年7月3日

机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。

本课程设计采用单机齿轮减速器，这是因为齿轮减速器广泛应用于机械制造，纺织，轻工机械，冶金，船舶，航空等领域中是生产中具有典型性，代表性的通用部件，运用极其广泛。

齿轮减速器具有轮、轴、滚动轴承、螺纹连接等通用零件和箱体等专用件，充分的反应了机械设计基础课程的相关教学内容，使我们受到本课程内外比较全面的基础训练。而且在画装配图以及零件图的时候，也应用到了以前制图的相关知识和内容，使相关内容得以巩固、加强和提高。

在设计的过程中我仔细的精读了机械设计基础课本和设计书，并查阅了相关资料，依据前面设计着的设计对实际设计中的每个环节加以分析、概括和完善。

只有不断地对机械设备进行改造充分发挥其应用能力，才能在各个方面将工业生产逐步转变为机械化、自动化、现代化。

一、设计内容 ................................................................................................................................... 3

一>设计题目：带式运输机传动装置减速器设计 ................................................................. 4 二>传动方案图： ..................................................................................................................... 4 三>原始数据： ......................................................................................................................... 4 四>设计工作量： ..................................................................................................................... 4 二、计算及计算说明 ....................................................................................................................... 5

一>电动机选择 ......................................................................................................................... 5 二>总传动比的确定及传动比分配 ......................................................................................... 6 三>各轴转速、功率、力矩的计算 ......................................................................................... 6 四>机械传动设计 ..................................................................................................................... 7 五>轴、轴承、联轴器设计 ................................................................................................... 10 六>箱体结构设计 ................................................................................................................... 17 七>键联接设计 ....................................................................................................................... 18 八>密封和润滑设计 ............................................................................................................... 19

一、设计内容

一>设计题目：带式运输机传动装臵减速器设计 二>传动方案图：

三>原始数据：

运输带拽引力F（N）

2900

运输带速度v（m/s）

2.0

滚筒直径D（mm）

400

四>设计工作量：

1>设计说明书一份 2>减速器装配图一张 3>零件图两张

二、计算及计算说明 一>电动机选择

1>电动机类型和结构的选择：选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。 2>电动机容量选择：

PW=5.8 Kw

η总=0.84

链传动η3 0.91

滚筒η4 0.98

轴承η5 0.99

Pd=6.9Kw nw=95.54

nd=573.24~1910.8

外伸轴颈（mm）

42

3

FV

运输带所需功率：PW= (Kw)------------------（1-2-1）

1000 F:运输带拽引力F（N） V:运输带速度v（m/s） 电动机到运输带的传动总效率：

η总=η1×η2×η3×η4×η5-----------------（1-2-2）

传动效率取值：

联轴器η1 齿轮传动η2 0.99

0.98

电动机所需的工作功率：

FV

总-----------------------（1-2-3） 1000

由Pd=6.9Kw，确定选择7.5Kw电动机 Pd=

3>电动机转速选择：

60v1000

--------------------(1-3-1)

D

电动机转速nd=i1×i2×nw-----------------------（1-3-2） 卷筒的转速： nw=

i1：齿轮传动比（查得范围3~5） i2：链轮传动比（查得范围2~4） 所以查表选定电动机型号为Y160M-6。 Y160M-6型电动机主要参数： 额定功率Pd(Kw)

7.5

转速nd（r/min）

970

二>总传动比的确定及传动比分配

n

1>总传动比i总=d----------------------（2-1-1）

nw

i总=10.15

i总=i1×i2---------------------------（2-1-2） 假设i1=3.5 则：i2=2.9

三>各轴转速、功率、力矩的计算

1>各轴转速： nd(r/min) 970

n1(r/min) 970

n2(r/min) 277.14

n3(r/min) 95.57

n2=277.14 n3=95.57

其中：nd：电动机输出轴转速

n1：减速器高速轴转速，该题中与nd相等

n

n2：减速器低速轴转速，n2=1-------------(3-1-1)

i1

n

n3：滚筒连接轴的转速，n3=1

i总

2>各轴功率： Pd(Kw) 7.5

P1(Kw) 7.35

P2(Kw) 7.13

P3(Kw) 6.42

P1=7.35 P2=7.13 P3=6.42

其中：Pd：电动机输出轴功率

P1：减速器高速轴功率，P1=Pd×η1×η5------(3-2-1) P2：减速器低速轴功率，P2=P1×η2×η5 P3：滚筒连接轴的功率，P3=P2×η3×η5

3>各轴力矩： Td(N.m) 73.84

T1(N.m) 72.36

T2(N.m) 245.69

T3(N.m) 641.53

Td=73.84 T1=72.36

其中：Td：电动机输出轴力矩 T1：减速器高速轴力矩

T2：减速器低速轴力矩 T3：滚筒连接轴的力矩

公式：T=9550×P

iin----------------------------(3-3-1)

i

Ti：第i根轴的力矩； Pi：第i根轴的功率； ni：第i根轴的转速。

四>机械传动设计

1>链传动设计

通过前面计算得：P2=7.13 Kw n2=277.14 r/min i2=2.9 假定链速为：v=0.6~3 m/s ①链轮齿数

按资料取Z1=25 则Z2=i2×Z1 Z1：小链轮齿数 Z2：大链轮齿数

取Z2=73

实际传动比：73/25=2.92 （误差满足要求） ②链条节数

初定中心距a0=40p

LP2

a0pz1z22pa(z2z1)2

---------------(4-1-1) 02

P：链节距 a0：中心距 取链节数Lp=130节 ③计算功率

根据资料查表得工作情况系数KA=1.0则： PC=P2=7.13 Kw ④链条节距

T2=245.69 T3=641.53 Z2=72.5

Lp=130.46

P

P0=C--------------------------------（4-1-2）

KzKm

P0=4.72 Kw a=762mm

V=2.2 m/s

FQ=4213.18N

Km：多排链系数，采用单排链，Km=1.0

Kz：修正系数

按小链轮转速估计，链工作在功率曲线的右侧，则：

z

Kz=(1)1.51.51

19

根据资料图示，查得当n2=277.14 r/min时12A链条能传递的功率为4.9Kw（＞4.72Kw），故采用12A链条，节距p=19.05mm ⑤实际中心距 a≈a0=40p ⑥计算链速

zpn

v12----------------------------（4-1-3）

601000

计算得V=2.2m/s，符合原来假定。 ⑦作用在轴上的压力 作用在轴上的压力FQ=1.3F

P

F=1000×C

V

2>齿轮传动设计

①选定齿轮材料及确定许用应力

小齿轮选硬齿面，材料为45号钢调质，齿面硬度为220HBS，σH lim 1=580 MPa，σFE1=450 MPa.

大齿轮选软齿面，材料为45号钢正火，齿面硬度为190HBS，σH lim 2=380 MPa，σFE2=310 MPa. 按资料取SH=1.0 SF=1.25

[σH1]=

Hlim1

SH

=580 MPa

[σH2]=

Hlim2

SH

=380 MPa

[σF1]=

FE1

=360 MPa SF



[σF2]=FE2=248 MPa

SF

②按齿面接触强度设计

设齿轮按8级精度制造，取荷载系数K=1.5，齿宽系数φd 小齿轮上的转矩：T1=72.36 N.m=72360 N.mm 根据资料取弹性系数ZE=188,ZH=2.5

d2KT1u1ZEZH()2C1du-----------------(4-2-1)

H u：高速级传动比，u=i1=3.5

齿数取ZC1=30，则：ZC2=3.5×30=105

实际传动比：iZ

1=C2Z------------------------（4-2-2）

C1

模数m=

dC1

Z--------------------------------（4-2-3） C1

齿宽b=φddC1--------------------------------(4-2-4) 取bC2=70mm，bC1=75mm 按标准模数取m=3mm，则：

dc1=ZC1×m-------------------------------(4-2-5) dc2=ZC2×m-------------------------------(4-2-6) 中心距：ac=

dC1dC2

2

-------------------------(4-2-7) 小齿轮：齿数ZC1=30

齿宽bC1=75mm；分度圆直径dc1=90mm 齿顶圆直径：96mm 齿根圆直径：82.5mm 大齿轮：齿数ZC2=105

齿宽bC2=70mm；分度圆直径dc2=315mm 齿顶圆直径：321mm

齿根圆直径：307.5mm ③验算轮齿弯曲强度

dC1≥81.12mm i1=3.5 m=2.7 b=64.9mm dc1=90mm dc2=315mm ac=202.5mm

由资料中图示查得：齿形系数YFa1=2.6 齿根修正系数YSa1=1.63 齿形系数YFa2=2.21 齿根修正系数YSa2=1.82 σF1=

2KT1YFa1YSa1

b2

------------------------(4-2-8) c2mzc1

σ=YFa2Y

F2Sa2F1Y------------------------(4-2-9)

Fa1YSa1 σF1、σF2都满足强度要求，安全。 ④齿轮的圆周速度 v

dc1n1

601000

--------------------------(4-2-10)

满足8级精度要求，8级精度适宜。

五>轴、轴承、联轴器设计

1>联轴器的设计 ①按扭转强度估算轴的直径

选用45钢，调制处理，硬度217~255HBS 高速轴的输入功率P1=7.35 Kw 转速n1=970 r/min 低速轴的输入功率P2=7.13 Kw 转速n2=277.14 r/min D1≥C3

P1

n--------------------------（5-1-1）1 DPd1≥C3

2

n 2

D1：高速轴最小直径 Dd1：低速轴最小直径 C：常数，此处取C=116

考虑到键槽对轴强度消弱的影响，直径增加5%，则： D1≥23.93mm Dd1≥35.96mm

σF1=16.23

σF2=15.4

V=4.57m/s

D1≥22.79mm Dd1≥34.25mm

标准化：D1≥25mm Dd1≥40mm ②联轴器选择

电动机的选择为Y160M-6，其外伸轴的直径为42mm，输入轴

最小直径为25mm，选择LX3型弹性柱销联轴器，轴孔直径为42mm 30mm。

2>高速轴设计

①确定轴上零件的定位和固定方式（如图）

D1=30

②确定轴各段直径和长度

从联轴器开始左起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取D1=30mm，又联轴器的长度为82mm，取轴长稍小于联轴器的长度为80mm。

左起第二段直径取D2=D1+2×（0.07~0.1）×D1=36mm，考虑到带有密封的轴承端盖的轴段长度，并考虑联轴器和箱体外壁之间应有一定的距离，故取L2=57.5mm。 左起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6308型轴承，其尺寸为d×D×B=40×90×23，那么该段的直径为D3=40mm，长度为L3=42.5mm。 左起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴之间用键连接，

L1=80 D2=36 L2=57.5 D3=40 L3=42.5 D4=46 L4=73

直径要增加5%，则该段取D4=46mm，取轴段长度L4=75-2=73mm。D5=55

左起第五段，D5=D4+2×（0.07~0.1）D4=55mm,

L5=8

L5=8mm。

左起第六段，D6=46mm, L6=9.5mm

D6=46

左起第七段，由于同一轴上的轴承选用同一型号，便于轴承

L6=9.5

座孔镗制和减少轴承类型，取D7=D3=40mm，L7=23-2=21mm。

七段轴直径（mm）及长度（mm）：

左一 左二 左三 左四 左五 左六 左七 D7=40 直径 30 36

40

46 55 46 40 轴长

80

57.5 42.5

73

8

9.5

21

③求齿轮上作用力的大小、方向 小齿轮分度圆直径：dc1=90 mm

作用在齿轮上的转矩为：T1=72360 N〃mm

求圆周力：Ft=2T

1d------------------------（5-2-1）

c1

求径向力：Fr=Ft〃tanα------------------（5-2-2） α：标准压力角，α=20o ④轴长支反力

根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位臵，建立力学模型。

水平面的支反力：RA1=RB1=Ft/2 =804 N 水平面截面C处的弯矩M1=53.466 N.m

垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0,那么RA2=RB2=Fr/2=292.63 N

垂直面截面C的弯矩：M2=19.46 N.m ⑤画弯矩图

合成弯矩：M=M22

1M2--------------------(5-2-3)

⑥画转矩图

T=T1=72360 N〃mm ⑦画当量弯矩图

因为是单向回转，转矩为脉动循环，α=0.6，可得左起第四段剖面C处的当量弯矩：

Me1M2

(

αT)2------------------------(5-2-4) 弯矩为零处的当量弯矩：

Me2=αT---------------------------------(5-2-5) ⑧判断危险截面并验算强度

L7=21

Ft=1608N Fr=585.26N

M=56.9N.m

Me1=71.57 Me2=43.4

左起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差 不大，所以剖面C为危险截面。

轴的材料选用的是45钢，调质处理，由资料查得： 强度极限：σB=650MPa 许用弯曲应力：[σ-1b]=60MPa 左起第四段强度验算：

σMe1=e1

0.1D3

-----------------------------(5-2-6) 4

左起第一段强度验算：

σMe2=e2

0.1D3

-----------------------------(5-2-7)

1 经验算σe1、σe2都小于[σ-1b]，所以确定的尺寸安全。

3>低速轴的设计

σe1=7.35

σe2=16.07

①确定轴上零件的定位和固定方式（如图）

②确定轴各段直径和长度

从链轮开始左起第一段，由于链轮与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取Dd1=40mm，Ld1=55mm

左起第二段，考虑链轮的轴向定位要求，该段的直径取Dd2=45mm,Ld2=55mm。

左起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6310型轴承，其尺寸为d×D×B=50×110×27，那么该段的直径为Dd3=50mm，长度为Ld3=49mm

左起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加5%，大齿轮的分度圆直径dc2=315mm，则第四段的直径取Dd4=55mm,齿宽bC2=70mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为Ld4=68mm

左起第五段，考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为Dd5=65mm ,长度取Ld5=10mm

左起第六段，Dd6=55mm,Ld6=10mm

左起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为Dd7=50mm，长度Ld7=25mm

七段轴直径（mm）及长度（mm）：

直径 轴长

左一 左二 左三 左四 左五 左六 左七 40 55

45 55

50 49

55 68

65 10

55 10

50 25

③求齿轮上作用力的大小、方向 大齿轮分度圆直径：dc2=315 mm

作用在齿轮上的转矩为：T2=245.69 N〃m

求圆周力：Ft=2T

2d------------------------（5-2-1）

c2

求径向力：Fr=Ft〃tanα-------------------（5-2-2） α：标准压力角，α=20o 链轮的圆周力：Ftl=1000P2

V

④轴长支反力

根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位臵，建立力学模型。

水平面的支反力：RA1=3051 N RB1=4731.9 N 水平面截面C处的弯矩M1C=208.99 N.m 水平面截面B处的弯矩M1B=311.13 N.m

垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则Fa=0,那么RA2=RB2=Fr/2=283.9 N

垂直面截面C的弯矩：M2=19.45 N.m ⑤画弯矩图

合成弯矩：M=M2

M21

2

--------------------(5-2-3) ⑥画转矩图

T=T2=245.69 N〃m ⑦画当量弯矩图

因为是单向回转，转矩为脉动循环，α=0.6，可得左起第四段剖面C处的当量弯矩：

Me1M2

(

αT)2------------------------(5-2-4) 弯矩为零处的当量弯矩：

Me2=αT-----------------------------------(5-2-5) ⑧判断危险截面并验算强度

左起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。

轴的材料选用的是45钢，调质处理，由资料查得：

Ft=1560N Fr=567.8N

Ftl=3240.9

MC=209.89 MB=311.74

MeB=344.83 Mec=256.48 Me2=147.4

强度极限：σB=650MPa 许用弯曲应力：[σ-1b]=60MPa 左起第四段强度验算： σe1=

MeB

0.1D3

-----------------------------(5-2-6) 4

左起第一段强度验算：

σMe2=e2

0.1D3

-----------------------------(5-2-7)

1经验算σe1、σe2都小于[σ-1b]，所以确定的尺寸安全。

σe1=27.59

σe2=23.03

六>箱体结构设计

1>箱体结构

①窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处

润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。

②放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌注。

③油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结构类型，有的已定为国家标准件。

气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。

⑤启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶，联结后结合较紧，不易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环，如装上二个启盖螺钉，将便于调整。

⑥定位销为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位臵尽量远些。如机体结构是对称的，销孔位臵不应该对称布臵。

⑦调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。有的垫片还要起调整传动零件轴向位臵的作用。 ⑧环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩，用以搬运或拆卸机盖。

⑨密封装臵在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和污物进入机体内。密封件多为标准件，其密封效果

相差很大，应根据具体情况选用。

名称 箱座壁厚 箱盖壁厚

箱体凸缘厚度

箱座 箱盖 箱底座

加强肋厚

箱座 箱盖

地脚螺钉直径 地脚螺钉数目 轴承旁连接螺栓直径 箱盖、箱座连接螺栓直径 轴承盖螺钉直径和数目 轴承盖（轴承座端面）外径

输入轴 输出轴 输入轴 输出轴

符号 δ δ1 b b1 b2 m m1 df n d1 d2 d3/n d3/n D2 D2 d4 C1 C2 L1

尺寸(mm)

8 8 12 12 20 6.8 6.8 20 4 16 10 8/4 10/6 130 160 6 26 24 60

观察孔盖螺钉直径 df、d1、d2至箱外壁距离；df、

d2至凸缘边缘的距离 箱体外壁至轴承座端面距离

七>键联接设计

1>输入轴与联轴器联接采用平键联接 此段轴径D1=30mm,L1=80mm 查手册得，选用C型平键，得：

C键 8×7 GB1096-2003 l=L1-b=80-8=72mm

T1=72.36 N〃m h=7 mm

σ4T

p=1D--------------------------------(7-1-1)

1hl

σp=19.14＜[σp] 满足强度要求 2>输入轴与齿轮采用平键连接 此段轴径D4=46mm,L4=73mm 查手册得，选用A型平键，得：

A键 14×9 GB1096-2003 l=L4-b=73-14=59mm

T1=72.36 N〃m h=9 mm σTp=

41

Dhl

--------------------------------(7-2-1) 4 σp=11.85＜[σp] 满足强度要求 3>输出轴与齿轮键连接 此段轴径Dd4=55mm,Ld4=68mm 查手册得，选用A型平键，得：

A键 16×10 GB1096-2003 l=L4-b=68-16=52mm

T2=245.69 N〃m h=10 mm σp=

4T2

D--------------------------------(7-3-1) d4hl

σp=34.36＜[σp] 满足强度要求 4>输出轴与链轮键连接 此段轴径Dd1=40mm,Ld1=55mm 查手册得，选用C型平键，得：

C键 12×8 GB1096-2003 l=L4-b=55-12=43mm

T2=245.69 N〃m h=8 mm

σ4Tp=2

D--------------------------------(7-3-1)

d1hl

σp=71.42＜[σp] 满足强度要求

八>密封和润滑设计

σp=19.14

σp=11.85

σp=34.36

σp=71.42

1>密封

由于选用的电动机为低速，常温，常压的电动机则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达到密封的目的。毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑。 2>润滑

对于齿轮来说，由于传动件的的圆周速度v＜12m/s,采用浸油润滑，因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H不应小于30~50mm。对于单级减速器，浸油深度为一个齿全高，这样就可以决定所需油量。

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