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机械设计基础
指导老师：郭仁生
学生姓名：梁学楷
学号：26
班级：10221
专业：模具设计与制造
2011年12月
课程设计任务书
一、实训课题
设计带式运输机传动装置中的输出轴轴系设计
1、工作条件：单向连续运转，载荷有振动，两班制工作小批量生产，运输带速度允许误差为。
2、带式运输机传动方案：
3．原始数据：
（备注：完成表中5号的课题设计。）
工作条件：单向连续运转，载荷有轻微振动；两班制工作，3年大修，使用期10年；小批量生产；运输带速度允许误差为5%。
附录1：机械传动装置的运动和动力参数计算参考资料
1、机械传动效率
V 带传动；8级精度的一般齿轮传动（油润滑）；
滚动轴承（油润滑）：（球），（滚子）；联轴器；
传动装置总效率 895.099.098.097.097.0242321=???==ηηηηη 2、运输带所需的功率
kW Fv w 3.31000
5.122001000=?==P 其中，运输带工作拉力；运输带工作速度。
3、确定电动机功率
kW P P W
d 687.3895
.03.3===η 4、确定电动机转速
选用同步转速为1500，确定满载转=1440
电动机的选择参考Y 系列Y112M-4三相同步电动机。
5、总传动比及其分配
滚筒转速389.1022805.16000060000=?=π
πD v ； 总传动比
取单级圆柱齿轮传动比=3.5 则V带的传动比=4.07
6、计算各轴运动和动力参数
各轴编号：电动机（小带轮）轴Ⅰ、小齿轮（输入）轴Ⅱ、大齿轮（输出）轴Ⅲ、滚筒轴Ⅳ
各轴转速：
= 1440
；
=102.314
=102.314
各轴功率：
=3.687kw
=
=kw
97
.0
?
?；
.0=
98
.3
399
.3
576
=kw
98
.0=
?
?
.0
298
.3
399
.3
99
各轴转矩：
=9550
=9550
=9550
=9550
将计算得到的运动和动力参数列表：
>> % 1-传动装置的运动和动力参数计算（电动机-V 带传动-齿轮传动-联轴器）F=2200; % 运输带工作拉力(N)
V=1.5; % 运输带工作速度(mS)
D=280; % 卷筒直径(mm)
disp ' ====== 已知条件======'
fprintf(' 运输带工作拉力 F = %3.3f N \n',F)
fprintf(' 运输带工作速度V = %3.3f mS \n',V)
fprintf(' 工作机卷筒直径 D = %3.3f mm \n',D)
% 1、机械传动效率
eta1=0.97; % V 带传动
eta2=0.97; % 8 级精度的一般齿轮传动（油润滑）
eta3=0.98; % 滚动轴承（滚子,油润滑）
eta4=0.99; % 联轴器
etaz=eta1*eta2*eta3^2*eta4; % 传动装置总效率
% 2、工作机械所需的功率
Pw=F*V1e3;
% 3、确定需要的电动机功率
Pd=Pwetaz;
disp ' ****** 计算结果******'
fprintf(' 传动装置总效率etaz = %3.3f \n',etaz)
fprintf(' 工作机械所需功率Pw = %3.3f KW \n',Pw)
fprintf(' 所需电动机功率Pd = %3.3f KW \n',Pd)
% 4、确定电动机转速
disp ' 根据需要电动机功率Pd，选用同步转速1500rmin 的电动机Y112M-4(额定功率4KW)'
nm=1440; % 满载转速(rmin)
% 5、总传动比及其分配
nw=6e4*V(pi*D); % 卷筒转速(rmin)
i=nmnw; % 总传动比
i2=3.5; % 选择齿轮传动比
i1=ii2; % V 带传动比
fprintf(' 卷筒转速nw = %3.3f rmin \n',nw)
fprintf(' 总传动比i = %3.3f \n',i)
fprintf(' V带传动比i1 = %3.3f \n',i1)
fprintf(' 齿轮传动比i2 = %3.3f \n',i2)
% 6、计算各轴运动和动力参数
% 各轴编号：电动机（小带轮）轴Ⅰ、小齿轮（输入）轴Ⅱ、大齿轮（输出）轴Ⅲ、滚筒轴Ⅳ
n1=nm;n2=n1i1;n3=n2i2;n4=n3;
fprintf(' 电动机轴转速n1 = %3.3f rmin \n',n1)
fprintf(' 减速器输入轴转速n2 = %3.3f rmin \n',n2)
fprintf(' 减速器输出轴转速n3 = %3.3f rmin \n',n3)
fprintf(' 卷筒轴转速n4 = %3.3f rmin \n',n4)
P1=Pd;P2=eta1*P1;P3=eta2*eta3*P2;P4=eta3*eta4*P3;
fprintf(' 电动机轴功率P1 = %3.3f KW \n',P1)
fprintf(' 减速器输入轴功率P2 = %3.3f KW \n',P2)
fprintf(' 减速器输出轴功率P3 = %3.3f KW \n',P3)
fprintf(' 卷筒轴功率P4 = %3.3f KW \n',P4)
T1=9550*P1n1;T2=9550*P2n2;T3=9550*P3n3;T4=9550*P4n4;
fprintf(' 电动机轴转矩T1 = %3.3f Nm \n',T1)
fprintf(' 减速器输入轴转矩T2 = %3.3f Nm \n',T2)
fprintf(' 减速器输出轴转矩T3 = %3.3f Nm \n',T3)
fprintf(' 卷筒轴转矩T4 = %3.3f Nm \n',T4)
====== 已知条件======
运输带工作拉力 F = 2200.000 N
运输带工作速度V = 1.500 mS
工作机卷筒直径 D = 280.000 mm
****** 计算结果******
传动装置总效率etaz = 0.895
工作机械所需功率Pw = 3.300 KW
所需电动机功率Pd = 3.689 KW
根据需要电动机功率Pd，选用同步转速1500rmin 的电动机Y112M-4(额定功率4KW)
卷筒转速nw = 102.314 rmin
总传动比i = 14.074
V带传动比i1 = 4.021
齿轮传动比i2 = 3.500
电动机轴转速 n1 = 1440.000 rmin
减速器输入轴转速 n2 = 358.099 rmin
减速器输出轴转速 n3 = 102.314 rmin
卷筒轴转速 n4 = 102.314 rmin
电动机轴功率 P1 = 3.689 KW
减速器输入轴功率 P2 = 3.578 KW
减速器输出轴功率 P3 = 3.401 KW
卷筒轴功率 P4 = 3.300 KW
电动机轴转矩 T1 = 24.464 Nm
减速器输入轴转矩 T2 = 95.424 Nm
减速器输出轴转矩 T3 = 317.484 Nm
卷筒轴转矩 T4 = 308.023 Nm
二．V 带传动选用计算
设计带式输送机的V 带传动，输入功率，满载转速，传动比i=4.07，两班制工作，要求传动中心距。
解：（1）确定计算功率和选取V 带类型
查表8-12得工作情况系数，根据式（8-15）有
=kW P K A 424.4687.32.1=?=
根据和从图8-14中选用A 型普通V 带。
（2）确定带轮基准直径和
由表8-2查得主动带轮允许的最小基准直径，再从表中带轮的基准直径系列中，取。
根据式(8-17),计算从动带轮的 基准直
=
查表8-2，选取符合带轮的基准直径系列要求。
（3）验算带的速度v
根据式（8-16）
v=s m n d d /540.71000601440
1001000601
1=???=?ππ
带的速度在（5~25）的范围之内，合适。
（4）确定普通V 带的基准长度和传动中心距
根据式（8-18）有
mm d d a d d )1000~350()400100()2~7.0())(2~7.0(210=+?=+=
按照结构要求取中心距=700mm ，符合兼顾带传动绕转次数和结构尺寸因素的范围。
根据式（8-19）计算带的初选长度
+ =2=?-+++?5004)100400()400100(27002
π
2230mm 根据表8-5，选带的基准长度mm 。
根据式（8-20）计算带的实际中心距
mm L L a a d 7052
22302240700200=-+=-+≈ 将计算结果圆整=705。
或，按式（其中，，）计算。
（5）验算主动轮上的包角
根据式（8-22）有
12061.15570510040011801180121>=??? ??--=??
? ??--=ππαa d d d d 主动轮上的包角合适。
（6）计算V 带的根数Z
根据A 型V 带和，查表8-8得；
根据A 型V 带和i=4.07，查表8-10得；
根据，查表8-12得；
根据，查表8-13得
讲以上计算系数代入式（8-23）有
97.306
.193.0)17.0964.0(424.4)(00=??+=?+=L a C K K P P P z 取带的根数z=4根。
（7）计算出拉力
根据A 型V 带，查表8-11得V 带每米长度质量，代入式（8-24）有
=?+??? ??-??=+???
? ??-=220540.759.0193.05.24540.7424.450015.2500
qv K vz P F C α156.13N （8）计算作用在带轮轴上的压力
根据式（8-25）有
=???==2156s i n 522s i n 21
0 αZF F Q 1219.044N >> % 2-V 带传动设计
P1=3.686;i=4.07;n1=1440;KA=1.2; % 已知条件
disp ' ====== 已知条件======'
fprintf(' 传递功率P1 = %3.3f KW \n',P1)
fprintf(' 传动比i = %3.3f \n',i)
fprintf(' 小带轮转速n1 = %3.3f rmin \n',n1)
fprintf(' 工况系数KA = %3.3f \n',KA)
disp ' ****** 计算结果******'
disp ' 根据传递功率P1 和小带轮转速n1，选择A 型带'
dd1=100; % 小带轮基准直径推荐值dd1min=100mm;
dd2=dd1*i;dd2=407; % 选择大带轮基准直径系列值fprintf(' 小带轮基准直径dd1 = %3.3f mm \n',dd1)
fprintf(' 大带轮基准直径dd2 = %3.3f mm \n',dd2)
v=pi*dd1*n16e4; % 带速范围v=5～25ms
amin=0.7*(dd1+dd2);amax=2*(dd1+dd2);
a0=700; % 中心距范围a0=amin～amax fprintf(' 中心距最小值amin = %3.3f mm \n',amin)
fprintf(' 中心距最大值amax = %3.3f mm \n',amax)
fprintf(' 中心距初值a0 = %3.3f mm \n',a0)
L0=2*a0+0.5*pi*dd1*(i+1)+0.25*dd1^2*(i-1)^2a0;
Ld=2240; % 带的基准长度Ld(mm)
KL=0.20639*Ld^0.211806; % 带的长度系数(查表KL=0.99)
fprintf(' 带基准长度计算值L0 = %3.3f mm \n',L0)
fprintf(' 带基准长度系列值Ld = %3.3f mm \n',Ld)
fprintf(' 带长度系数KL = %3.3f \n',KL)
a1=Ld4-pi*dd1*(i+1)8;
a2=dd1^2*(i-1)^28;
aj=a1+sqrt(a1^2-a2); % 计算中心距mm
a=round(aj); % 圆整中心距a
alpha=180*(1-dd1*(i-1)api); % 要求小带轮包角>=120 度
fprintf(' 中心距 a = %3.3f mm \n',a)
fprintf(' 小带轮包角alpha = %3.3f °\n',alpha)
Kalf=alpha(0.549636*alpha+80.395144);% 小带轮包角系数(查表Kalf=0.96)
fprintf(' 包角系数Kalf = %3.3f \n',Kalf)
P0=0.01738*dd1-0.774138; % 单根带额定功率(查表P0=0.97)
DP0=0.001023+0.00012*n1; % 根据A 型带和带速>=2m 拟合功率增量（查表DP0=0.11)
zj=KA*P1(P0+DP0)KLKalf; % 计算带的根数
z=round(zj+0.5); % 圆整带的根数
fprintf(' 单根带额定功率P0 = %3.3f KW \n',P0)
fprintf(' 带功率增量DP0 = %3.3f KW \n',DP0)
fprintf(' V 带计算根数zj = %3.3f \n',zj)
fprintf(' V 带圆整根数z = %3.3f \n',z)
q=0.59; % A 带每米长度质量(kgm)
F0=500*KA*P1*(2.5Kalf-1)vz+q*v^2; % 初拉力(N)
Q=2*z*F0*sin(0.5*alpha*pi180); % 压轴力(N)
fprintf(' A 带每米长度质量q = %3.3f kgm \n',q)
fprintf(' 初拉力F0 = %3.3f N \n',F0)
fprintf(' 压轴力Q = %3.3f N \n',Q) ====== 已知条件======
传递功率P1 = 3.686 KW
传动比i = 4.070
小带轮转速n1 = 1440.000 rmin
工况系数KA = 1.200
****** 计算结果******
根据传递功率P1 和小带轮转速n1，选择A 型带小带轮基准直径dd1 = 100.000 mm
大带轮基准直径dd2 = 407.000 mm
中心距最小值amin = 354.900 mm
中心距最大值amax = 1014.000 mm
中心距初值a0 = 700.000 mm
带基准长度计算值L0 = 2230.054 mm
带基准长度系列值Ld = 2240.000 mm
带长度系数KL = 1.058
中心距 a = 705.000 mm
小带轮包角alpha = 155.050 °
包角系数Kalf = 0.936
单根带额定功率P0 = 0.964 KW
带功率增量DP0 = 0.174 KW
V 带计算根数zj = 3.927
V 带圆整根数z = 4.000
A 带每米长度质量q = 0.590 kgm
初拉力F0 = 156.030 N
压轴力 Q = 1218.770 N
>>
（9）带轮结构设计与技术要求，画出带轮工作图。
小带轮采用实心式（S 型）结构。
大带轮采用幅板式（S 型）结构。
三 齿轮传动设计计算
1．齿轮传动的功率和转速
已知：主动齿轮传递功率,转矩，转速=358.099，传动比=3.5。
2．选择齿轮材料，并确定许用应力
由于传递功率和转速中等，载荷有轻微冲击，要求就够紧凑，应采用硬齿面齿轮传动。
大小齿轮都采用45钢，表面淬火，齿面硬度REC 45。由图10-42和图10-43查出试验齿轮的疲劳极限，确定许用应力
[]a H H MP 103511509.09.01lim =?==σσ
[]a F F MP 4483204.14.11lim =?==σσ
3.选择齿轮传动的精度等级和设计参数
由于是带式运输机上用齿轮传动，转速不高，参考表10-12选择普通8级精度，要求齿面粗糙度，采用范成法插齿或滚齿。
取小齿轮齿数，则。
参考表10-11选择齿宽系数。
初选螺旋角。
4.按齿轮弯曲强度计算模数
按式（10-32）计算当量齿数
85.1810
cos 18cos 3311 ==βz z V 96.658.185.312=?==V V z z
从表10-10查出复合齿形系数,。
根据较小冲击载荷.轴承对称布置和轴的刚度较大，去载荷系数K=1.4.
按式（10-53）计算模数（由于,而，故将代入计算）
mm z Y KT A m FP d FS
m n 27.2448
1865.043.4424.954.10.12323211=?????=?≥σψ 查表10-1取标准值。
5.协调设计参数
计算中心距
mm z z m a n 00.11010
cos 2)6318(2cos 2)(21=+=+= β 去取=110mm 。则螺旋角为
007.23852)6318(2arccos 2)(arccos
21=?+=+=a z z m n β （右旋）
在的范围内，适用；所选的计系数符合表10-8对应螺旋角范围。
6.计算主要几何尺寸
齿轮分度圆直径
mm z m d n 898.48647
.17cos 182cos 11=?== β
mm id d 111.171778.375.312=?==
齿轮齿顶圆直径
mm h z m d an n a 898.5312647.17cos 1822cos *11=??? ???+?=???
? ??+= β mm h z m d an n a 111.17612647.17cos 6322cos *22=??? ???+?=????
??+= β 齿轮齿根圆直径
mm c h z m d n an n f 639.4225.0212647.17cos 18222cos **11=??? ???-?-?=???
? ??--= β
mm c h z m d n an n f 861.16425.0212647.17cos 18222cos **22=??? ???-?-?=???
? ??--= β
齿宽为
mm d b 33.29898.4865.011=?==ψ
圆整取，（为便于安装，通常取小齿轮的宽度比大齿轮大5~10mm ）
7.校核齿面接触强度
根据式（10-52），满足齿面接触强度所需要的小齿轮分度圆直径为 mm u u KT A d HP d d 405
.3115065.0)15.3(361.324.1733)1(323211=??+??=±≥σψ 它小于设计结果，故齿面接触强度足够。
8.齿轮圆周速度
=??=?=600001440898.4810641
1ππn d v 3.687ms
对照表10-12，满足斜齿圆柱齿轮传动8级精度要求
>> % 3-斜齿圆柱齿轮传动设计计算
% 已知条件
f=2200;
% 输送带工作拉力(N)
v=1.5;
% 输送带工作速度(ms)
d=280;
% 滚筒直径(mm) nu=0.97;
% 斜齿圆柱齿轮传动效率
i=3.5;
% 齿轮副传动比 )
p1=p2nu;
% 小齿轮传递功率(kW)
n1=i*n2;
% 小齿轮转速(rmin)
chm=1500;
% 试验齿轮接触疲劳极限(MPa)
cfm=460;
% 试验齿轮弯曲疲劳极限(MPa)
chp=0.9*chm;
% 试验齿轮许用接触应力(MPa)
cfp=1.4*cfm;
% 试验齿轮许用
弯曲应力(单向传动)
z1=18; % 小齿轮齿数(选取)
z2=round(i*z1); % 大齿轮齿数
u=z2z1; % 齿数比
pd=0.675; % 齿宽系数
bat0=10; % 螺旋角初值
t1=9550*p1n1; % 小齿轮传递转矩(Nm)
zv1=z1(cos(bat0*=2.5; % 确定标准模数(mm)
else
mn=round(mnj+0.5)
end
aj=mn*z1*(1+u)2cos(bat0**z1*(1+u)a) \n',n2);
fprintf(' 小齿轮传递功率p1 = %3.3f kW \n',p1);
fprintf(' 小齿轮转速n1 = %3.3f rmin \n',n1);
fprintf(' 试验齿轮许用接触应力chp = %3.3f MPa \n',chp);
fprintf(' 试验齿轮许用弯曲应力cfp = %3.3f MPa \n',cfp);
fprintf(' 小齿轮齿数z1 = %3.0f \n',z1);
fprintf(' 大齿轮齿数z2 = %3.0f \n',z2);
fprintf(' 齿宽系数pd = %3.3f \n',pd);
fprintf(' 齿数比u = %3.3f \n',u);
fprintf(' 小齿轮传递转距t1 = %3.3f Nm \n',t1);
fprintf(' 小齿轮当量齿数zv1 = %3.3f \n',zv1);
fprintf(' 大齿轮当量齿数zv2 = %3.3f \n',zv2);
fprintf(' 小齿轮齿形系数ysf1 = %3.3f \n',ysf1);
fprintf(' 大齿轮齿形系数ysf2 = %3.3f \n',ysf2);
fprintf(' 齿轮模数mn = %3.2f mm \n',mn);
fprintf(' 中心距 a = %3.2f mm \n',a);
fprintf(' 螺旋角bat = %3.3f °\n',bat);
if bat>15 & bat<=25
' @@@ 螺旋角在15-25°范围内,计算系数选择合适' else
' @@@ 螺旋角超出15-25°范围,重新选择计算系数' end
d1=mn*z1cos(bat*=1.0; % 正常齿制
cn=0.25;
da1=d1+2**mn; % 计算齿顶圆直径(mm)
da2=d2+2**mn;
df1=d1-2**mn-2*cn*mn; % 计算齿根圆直径(mm)
df2=d2-2**mn-2*cn*mn;
b=pd*d1;
b2=round(b2)*2; % 确定齿宽(mm) b1=b2+6;
ad=733; % 齿面接触强度计算系数(螺旋角范围15-25°)
d1j=ad*(k*t1*(u+1)pdchp^2u)^(13); % 按照齿面接触强度计算分度圆直径(mm)
if d1j<=d1
' @@@ 满足齿面接触强度要求'
else
' @@@ 不满足齿面接触强度要求,需要修改设计参数' end
v=pi*d1*n16e4; % 齿轮圆周速度(ms)
fprintf(' 小齿轮分度圆直径d1 = %3.3f mm \n',d1);
fprintf(' 齿顶圆直径da1 = %3.3f mm \n',da1);
fprintf(' 齿根圆直径df1 = %3.3f mm \n',df1);
fprintf(' 齿宽b1 = %3.0f mm \n',b1);
fprintf(' 大齿轮分度圆直径d2 = %3.3f mm \n',d2);
fprintf(' 齿顶圆直径da2 = %3.3f mm \n',da2);
fprintf(' 齿根圆直径df2 = %3.3f mm \n',df2);
fprintf(' 齿宽b2 = %3.0f mm \n',b2);
========== 已知条件==========
输送带工作拉力 f = 2200 N
输送带工作速度v = 1.50 ms
滚筒直径 d = 280 mm
齿轮传动效率nu = 0.97