设计方案说明书

结果

一、 传动方案的分析与拟定

1、原始数据

2、工作条件

三班制，使用年限10年，连续单向运转，载荷平稳，小批量生产，运输带速度允许误差为±5%。

3、参考方案

传动方案分析：采用V带传动，这种方案外部轮廓尺寸较大，缓冲吸震能力好，制造安装精度低，成本低，并且有过载保护作用。考虑到课题的要求，我选择了此方案。其传动简图如下图1-1传动方案简图所示。

图1-1传动方案简图

1—电动机；２—V带传动；3—级闭式齿轮减速箱；4—联轴器；5—滑动轴承;６—带式输送机

二、原动机的选择

1、选择电动机的类型和结构形式

电动机的类型和结构形式应该根据电源种类、工作条件、工作时间的长短及载荷的性质、大小、启动性能和过载情况等条件来选择。工业上一般采用三相交流电动机。Y系列三相交流异步电动机由于结构简单、价格低廉、维护方便等优点，故其应用最广泛。在经常启动、制动和反转、间歇或短时工作的场合，要求电动机的转动惯量小和过载能力大，可以选用YZ和YZR系列三相异步电动机。

2、确定电动机的功率

(1)稳定运作下工作机主轴上所需功率Pw：

(2)传动装置的总效率：

式中:

─ v带传动效率(0.95)

─ 一对滚动轴承的传动效率(0.98)

─ 联轴器的传动效率(0.99)

─ 输送机的传动效率(0.96)

(3)电动机所需的功率：

满足条件的Y系列三相异步交流电动机额定功率应取为5.5kW，即5.5（kW）

3、确定电动机的转速

(1)由原始数据得知：

按手册推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围为3～5。取V带传动比为2～4，则总传动比范围为6～20。

(2)滚筒工作转速：

故电动机转速的可选范围为382～1270（r/min）。符合这一范围的同步转速有750、1000（r/min）等。据根课题要求选用转速为1000（r/min）的电动机。

4、确定电动机的型号

对应于额定功率为5.5kW的电动机型号为Y132M2-6型。

三、带式输送机传动系统的总传动比

V带的传动比为I1=3.14

Pw=4.05kW

η=0.867

Pd=4.84kW

Pe=5.5kW

=63.69r/min

=382～1273r/min

i=15.07

四、传动装置的运动及动力参数计算

0轴（电动机轴）

5.5Kw

1000r/min

=9550×5.5/1000=52.525（N.m）

1轴（V带传输轴）

=/i1=1000/3.14=318.47r/min

=9550×5.28/318.47=158.33（N.m）

2轴（输送机滚筒轴）

=/i2=318.47/5=63.694 r/min

=9550×5.02/63.694=752.68（N.m）

将上述计算结果列入表4-1中以供查用。

表4-1 传动系统的运动和动力参数

To=52.525(N·m)

n1=318.47(r/min)

T1=158.33(N·m)

n2=63.694(r/min)

T2=752.68(N·m)

五、V带传动设计

1、确定计算功率

由公式PC=KA×P可确定计算功率PC

式中：P—所需传递的额定功率，kw

KA—工作情况系数

根据原动机的工作条件，查{1}表10-7得KA=1.1

Pc=Ka×5.5=6.05Kw

2、带型号的选择

根据Pc=6.05Kw,n1=1000r/min,查【1】图10-8选用A型普通V带。

3、确定带轮的基准直径并验算带速

（1）初选小带轮的基准直径

查【1】图10-8可知，小带轮基准直径的推荐值为80～100mm，取小带轮的基准直径为100mm

（2）验算带速

由公式：

（m/s）

计算可知 ， =5.23 （m/s）

一般条件下应控制在5m/s—25m/s,可知带速合适。

（3）计算并确定大带轮的基准直径。

大带轮基准直径为dd2=idd1=3.14x100=314mm

由上式计算出来的值，由查【1】表10-8中基准直径系列值满足。（4）确定V带的中心距a和基准长度

0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)

290.5≤a0≤830

取a0=500mm

则L0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+（dd2－dd1）2/4a0

=2X500+(3.14/2)(100+315)+(315-100)2/(4X500)

=1674.66mm

由表6-3，选取Ld=1600mm

则a实=a0+(Ld-L0)/2=462.67mm

取a=460mm

验算小带轮包角

a1=180-(dd2-dd1)/ax57.3=153.22°

a1>120（符合小带轮包角的要求）

4、计算带的根数Z

根据dd1=100mm,n1=100r/min

查【1】表10-4，由线性插值法可得 P0=1.028kw

查【1】表10-5，由线性插值法可得 ΔP0=0.118kw

查【1】表10-6，由线性插值法可得 ka=0.933

查【1】表10-2，可得=0.99 由公式

Z≧5.5/(1.028+0.118)0.99X0.933=5.2 取整，Z=6根

5、计算单根V带的预紧力

查【1】表10-1得 由公式

代入数据得 F0=164.64N

6、计算V带对轴的压力Q

由公式 代入数据得 Q=1921.97N

Pc=6.05Kw

dd1=100mm

=5.23 （m/s）

dd2=314mm

a0=500mm

L0=1674.66mm

Ld=1600mm

a=460mm

a1=153.22

P0=1.028kw

ΔP0=0.118kw

ka=0.933

=0.99

Z=6根

F0=164.64N

Q=1921.97N

六、轴的设计

1、输出轴的设计

（1）选择轴的材料和热处理方法，并确定轴材料的许用应力

设计需要为普通用途，选用45钢正火处理

查【1】表16-1得，A=110，[δ1]=55Mpa。

（2）估算轴的最小直径

由【1】表16-2查取A=110，代入

dmin=A=47.3mm

考虑轴端有一键槽，将上述轴径增大5%，

即47.3mm*1.05mm=49.67mm,取d1=50mm

（3）轴的结构设计并绘制结构草图 (见图7-1)

图7-1 输出轴的结构

轴上零件的定位，固定和装配

单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布；齿轮用轴环和轴套作轴向固定，用平键和过盈配合作周向固定。右端轴承用轴肩和过渡配合固定内套圈；左端轴承用轴套和过渡配合固定内套圈。轴的定位则由两端的轴承端盖单面轴向固定轴承的外套圈来实现。输出端的联轴器用轴肩和挡板作轴向固定，用平键座周向固定。

确定轴各段直径和长度

d1=50mm d2=58mm

d3=60mm d4=62mm

d5=70mm d6=d3=60mm

由上得，装配轴承的轴径为60mm,则选用轴承型号为：7012AC（D×B×d=95×18×60)

确定轴的各段长度

L1=15mm L2=100mm

L=40mm L3=38mm

L4=45mm L5=8mm L6=28mm

（4）按扭转和弯曲组合变形强度条件进行校核计算

绘制轴的受力简图（图7-2（a)）

图7-2 轴的受力图、弯矩图、扭矩图等

P=5.02kw n=63.69r/min T=753000N.m

Ft=2T/d=5020N

Fr=Ft・tanan/cosβ=1891N

Fa=Ft・tanβ=1345 N

②画水平的弯矩图(b)

由FAH+FBH=Ft

FBH・ 106=52・ Ft

得，

FAH=2568.37 N FBH=2451.63 N

MCH=FAH・52=107871.54N・mm

③画竖直平面的弯矩图(c)

由FAV+FBV=Fr

-Fr・52-Fa・d4+FBV・106=0

得，FAV=310.63N FBV=1580.37 N

MCV1=13046.464 N・mm

MCV2=69536.284 N・mm

④画合成弯矩图（d)

MC2==128341.514 N・mm

MC1==108657.604 N・mm

⑤画转矩图(e)

T=9.55x106P/n=752676.864 N・mm

⑥画出当量弯矩图（f)

aT=0.6x752676.86=451606.124 N・mm

Mec1==451624.964 N・mm

Mec2==456928.20 N・mm

由上得：当量弯矩最大值为Mec=456928.20 N・mm

⑦验算轴的直径

d≥=43.63 mm

因为截面有键槽：

d=43.63x105％=45.82 mm

输出轴的设计值为50mm

所以，轴的强度满足要求。

2、输入轴的设计

图7-3输入轴的结构

（1）选择轴的材料

与输出轴选材一样。选用45钢正火处理。

（2）估算轴的最小直径

由【1】表16-2查取A=110，代入

dmin==28.05mm

此处有键槽用于配套V带轮，所以可将其轴径加大5%，即d=28.05×105%=29.45mm，取d1=30mm

（3）轴的结构设计

d2=34mm

d3=35mm

d4=50mm

d5=d3=35mm由于小齿轮参数很小，所以小齿轮与高速轴采用一体加

工的方式，选取的轴承为：7007AC。D×B×d=62mm×14mm×35mm,则：

L2=50mms

L1=15mm

L=e+l+L1=31mm

L3=B轴承+Δ3+Δ2=29mm

L4=b齿1=65mm

（4）强度校核

强度校核方法与输出轴方法相同，经校核，强度符合要求。

七、轴承的设计与校核

(1)计算轴承的轴向力Fa1,Fa2

由表12-13得，7012AC的轴向力的计算方法为：FS=0.68Fr

又Fr1=967.49 N Fr2=923.51 N,则：

Fs1=657.89 N

Fs2=627.99 N

Fs1+Fa=2002.89>Fs2=627.99 N

故可判断轴承2被压紧，轴承1被放松。

所以：Fa1=Fs1=657.89 N Fa2=Fs1+Fa=2002.89 N

（2）计算当量动载荷

由表12-12得：e=0.68,而

Fa1/Fr1=0.68=e

Fa2/Fr2=2002.89/923.51=2.17>e

查表12-12得，X1=1，Y1=0， X2=0.41, Y2=0.87，由表12-11得，fp=1

P1=fp(X1Fr1+Y1Fa1)=967.49 N

P2=fp(X2Fr2+Y2Fa2)=2121.15 N

(3)计算轴承寿命Lh

因P1且两个轴承型号相同，取P=P2,查手册得：e=3,fT=1

Lh==1285535.59 h

由表12-10得，轴承的使用寿命满足条件。按弯扭合成应力校核轴的强

度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截

面C）的强度。根据式及上表中的数据，以及轴单向转动，扭转切应力

为脉动循环变应力，取=0.6，轴的应力计算如下：

σr3=37.42Mpa

轴的材料为45钢,调质处理,[σ]=200Mpa,σr3<[σ],轴的强度合格。

dmin=47.3mm

d1=50mm

八、键连接的选择与校核

图8-1 平键安装图

1、输出轴

（1）键的尺寸计算

已知：

，

可知：，查表可知在之间，则，此处的键是用于轴端连接，与联轴器相连，选择C型槽键；查表可知在,则。静连接时，一般键长可比轴段长度小5～10mm。

则段的，取

段的，取

平键连接的挤压条件：

由静载荷可知，选选,轮毂材料为钢。

（2）强度校核

工作表面的挤压应力为：

查【1】（表13-11）可知，轮毂材料为45钢，且载荷平稳时，用挤压应力，, ,故连接能满足挤压强度要求。

2、输入轴

（1）键的尺寸计算

已知：

可知： 查【1】表13-10在之间，则，此处的键是用于轴端连接，与联轴器相连，选择C型槽键；查【1】表13-10在之间,则。静连接时，一般键长可比轴段长度小5～10mm。

则段的，取

段的，取

平键连接的挤压条件：

由静载荷可知，选

（2）强度校核

工作表面的挤压应力为：

查【1】（表13-11）可知，轮毂材料为45钢，且载荷平稳时，用挤压应力，, ,故连接能满足挤压强度要求。

九、联轴器的选择

1、类型的选择

综合考虑各种因素选择弹性柱销联轴器。

2、型号选择

（1）计算名义扭矩

（2）确定计算扭矩

由电动机的工作特性可知，查【1】（表17-1），取

则 ：

（3）选择联轴器的型号

查【2】（表16-4），可知

故选择型号为的联轴器。

十、润滑与密封

1、滚动轴承的润滑

（1）输出轴承的润滑

前面轴承的选择和校核中，已经选低速轴承的型号为7012AC，

。又因为轴承的转速

则

查【1】（表14-11）可知，，所以可采用脂润滑方式。

（2）输入轴承的润滑

前面轴承的选择和校核中，已经选高速轴承的型号为7007AC，。又因为轴承的转速，

则

查【1】（表14-11）可知，，所以可采用脂润滑方式。

2、密封的选取

选择接触式密封中的毡圈密封，其密封效果是靠安装与梯形轴上的梯形槽中所产生的径向压力来实现的，可补偿磨损后所产生的径向间隙，且便于更换毡圈。其特点是：结构简单，廉价，但磨损较快、寿命短，它主要用于轴承采用脂润滑，且密封轴的表面圆周速度较小的场合。

十一、总结

机械设计课程设计是我们机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性环节。

(1) 通过这次机械设计课程的设计，综合运用了机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。

(2) 学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。

(3) 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。

参考文献

[1] 刘洋，王洪等。机械设计基础。北京：北京交通大学出版社，2010年8月

[2]杨光，李波等。机械设计课程设计。北京：高等教育出版社，2003年1月

[3] 王洪等。机械设计课程设计。北京：北京交通大学出版社，2010年3月