机械设计课程设计
计算说明书
设计题目： 设计带式输送机中传动装置
专业年级：
学 号：
学生姓名：
指导教师：
机械设计课程设计务书
学生姓名： 学号： 专业：
务起止时间：2017年12月 18 日 2018年1 月5日
设计题目：设计带式输送机中传动装置
传动方案图1示：
1轴
图1 带式输送机减速装置方案
二原始数
滚筒直径d mm
800
传送带运行速度v (ms)
18
运输带牵引力F N
2200
日工作时数T h
24
传动工作年限
5
单连续稳转动常温空载启动
三设计务：
1减速器装配图1张（A0图纸）
2低速轴零件图1张（A3图纸）
3低速轴齿轮零件图1张（A3图纸）
4设计说明书1份
三周完成通答辩
参考资料：机械设计 机械设计基础 课程设计指导书 机械设计手册 工程力学 机械制图
指导教师签字：
2017年 12月 17 日
目录
电机选择 1
二传动装置运动动力参数计算 2
三V带传动设计 4
四设计减速器传动零件（直齿圆柱齿轮） 6
五轴结构设计计算 18
六轴强度校核 24
七校核轴承寿命 33
八键连接选择计算 34
九箱体设计 35
十心体会 36
电机选择
11 选择电机类型结构形式：
工作条件求选择三相异步电机：
封闭式结构
U380 V
Y型
12 电机容量选择
工作机需功率PWFv 1000 396 kW
V带效率h1： 096
滚动轴承效率（）h2： 099
闭式齿轮传动效率（）h3 097
联轴器效率h4： 099
工作机（滚筒）效率h5(hw)： 096
传输总效率h h1×h24×h32 × h4 ×h5 0825
电动机需输出功率PdPwh 48 kW
13 电机转速确定
卷筒轴工作转速 4297 rmin
V带传动合理范围2~4两级圆柱齿轮减速器传动合理范围8~40总传动合理范围16~160电动机转速选范围： 688 ~ 6875 rmin
范围电机步转速： 750 1000 1500 3000 rmin
课程设计指导书表181：Y系列三相异步电机技术参数（JBT96161999）选择电动机
型 号： Y132S4 额定功率Ped： 55kw
步转速n： 1500 满载转速nm： 1440
二传动装置运动动力参数计算
总传动： 3351
21 分配传动计算轴转速
取V带传动传动i0 4
减速器传动iii0 838
取两级圆柱齿轮减速器高速级传动 343
低速级传动 838
22 传动装置运动动力参数计算
0轴（电动机轴） 48 kW
1440 rmin
3183 N×m
1轴（高速轴） 4608 kW
360 rmin
12224 N×m
2轴（中间轴） 443 kW
10496 rmin
40307 N×m
3轴（低速轴） 425 kW
4302 rmin
94346 N×m
4轴（滚筒轴） 417 kW
4302 rmin
92570 N×m
功率转矩轴输入值1~3轴输出功率输出转矩输入值轴承效率积轴运动动力参数表：
表21 轴运动动力参数
轴名
功率PkW
转矩TN×m
转速
n(rmin)
传动i
效率h
输入
输出
输入
输出
0轴
48
3183
1440
1
1
1轴
4608
4562
12224
121
360
4
096
2轴
443
439
40307
39897
10496
343
096
3轴
425
421
94346
934
4302
244
096
4轴
417
413
92570
9164
4302
1
098
三V带传动设计
31 确定计算功率
根已知条件结合教材 机械设计 表 88 工作情况系数KA 13 PcaKA×Pd 624 kW
32 选择普通V带型号
已知Pcanm结合教材 机械设计 图 811 确定V带 A 型
33 确定带轮基准直径验算带速
(1) 结合教材 机械设计 表 89 初选带轮直径dd1 100 mm
(2) 验算带速： 754 ms满足5ms
(3) 计算带轮基准直径 400 mm
34 确定V带中心距基础长度
(1) 根初定中心距a0 800 mm
(2) 计算需带长
241352 mm
表 82 A 型带进行基准长度Ld 2480 mm
(3) 实际中心距 76676 mm
中心距变化范围 72956~84116 mm
35 验算带轮包角
15758° >120°合格
36 计算V带根数Z
nmdd1结合教材 机械设计 查表 84 P0 132 kW
nmi0 A 型带查表 85 DP0 017 kW
已知a1查表 86 Ka 093 已知Ld查表 82KL 109
V带根数 403 取z 4
37 计算压轴力
教材 机械设计 表 83 知 A 型带单位长度质量q 0105 kgm
单根V带初拉力值：
18061 N
压轴力值：
141731 N
四设计减速器传动零件（直齿圆柱齿轮）
41 高速级齿轮传动设计
411选定齿轮类型等级精度材料齿数
1图1中示传动方案选直齿圆柱齿轮传动压力角取20°
2带式输送机般工作机器参考表106选7级精度
3材料选择：表101选择齿轮材料40Cr（调质）齿面硬度280HBS齿轮材料45钢（调质）齿面硬度240HBS
4选齿轮齿数z134齿轮齿数z2i1z13323411662取z2117
412齿面接触疲劳强度设计
1式（1011）计算齿轮分度圆直径
（1）确定公式中参数值
1）试选KHt13
2）计算齿轮传递转矩
3）表107选取齿宽系数
4）图1020查区域系数ZH25
5）表105查材料弹性影响系数ZE1898MPa12
6）式（109）计算接触疲劳强度重合度系数
7）计算接触疲劳许应力
图1025d查齿轮齿轮接触疲劳极限分600MPa550MPa
式（1015）计算应力循环次数：
图1023查取接触疲劳寿命系数KHN1102KHN211
取失效概率1安全系数S1式（1014）
取中较者作该齿轮副接触疲劳许应力
（2）试算齿轮分度圆直径
5719mm
2调整齿轮分度圆直径
（1）计算实际载荷系数前数准备
1）圆周速度v
2）齿宽b
（2）计算实际载荷系数KH
1）表102查系数KA100
2）根v108ms7级精度图108查动载系数Kv104
3）齿轮圆周力
查表103齿间载荷分配系数12
4）表104插值法查7级精度齿轮相支承非称布置时齿载荷分布系数1421
实际载荷系数
（3）式（1012）实际载荷系数算分度圆直径
相应齿轮模数
413齿根弯曲疲劳强度设计
1式（107）试算模数
（1）确定公式中参数值
1）试选KFt13
2）式（105）计算弯曲疲劳强度重合系数
3）计算
图1017查齿形系数YFa1216YFa2205
图1018查应力修正系数Ysa1146Y sa2168
图1024c查齿轮齿轮齿根弯曲疲劳强度极限分500MPa380MPa
图1022查弯曲疲劳寿命系数KFN1092KFN2098
取弯曲疲劳安全系数S14式（1014）
齿轮齿轮取
（2）试算模数
1411mm
2调整齿轮模数
（1）计算实际载荷系数前数准备
1）圆周速度v
2)齿宽b
3)宽高bh
bh4797431741511
（2）计算实际载荷系数KF
1)根v0904ms7级精度图108查动载系数Kv103
2)查表103齿间载荷分配系数10
3)表104插值法查1419结合bh1511查图101313
载荷系数
(3)式(1013)实际载荷系数算齿轮模数
计算结果齿面接触疲劳强度计算模数m齿根弯曲疲劳强度计算模数齿轮模数m取决弯曲疲劳强度决定承载力齿面接触疲劳强度决定承载力仅齿轮直径关取弯曲疲劳强度算模数1425mm圆整标准值m2mm接触疲劳强度算分度圆直径d16339mm算出齿轮齿数z1d1m6339231695
取z132齿轮齿数取z2109z1z2互质数
样设计出齿轮传动满足齿面接触疲劳强度满足齿根弯曲疲劳强度做结构紧凑避免浪费
414尺寸计算
1计算分度圆直径
2计算中心距
3计算齿轮宽度
考虑避免安装误差保证设计齿宽b节省材料般齿轮略加宽(5~10)mm
取b170mm齿轮齿宽等设计齿宽b2b64mm
415圆整中心距强度校核
1齿面接触疲劳强度校核
前述类似做法先计算式（1010）中参数KH177 d164mmi1343ZH25ZE1898MPa12代入式（1010）
齿面接触疲劳强度满足求
2齿根弯曲疲劳强度校核
前述类似做法先计算式（106）中参数KF1339 YFa1216YSa1146YFa2205YSa2176m2mmz132代入式（106）
齿根弯曲疲劳强度满足求
417设计结
齿数z132z21079模数m2mm压力角20°中心距a141mm齿宽b170mmb264mm齿轮选40Cr（调质）齿轮选45钢（调质）齿轮7级精度设计
42 低速级齿轮传动设计
421选定齿轮类型等级精度材料齿数
1图1示传动方案选直齿圆柱齿轮传动 压力角取20°
2带式输送机般工作机器参考表106选7级精度
3材料选择：表101选择齿轮材料40Cr（调质）齿面硬度280HBS齿轮材料45钢（调质）齿面硬度240HBS
4选齿轮齿数z134齿轮齿数z2i2z1244348296取z283
422齿面接触疲劳强度设计
1式（1011）试算齿轮分度圆直径
（1）确定公式中参数值
1）试选KHt13
2）计算齿轮传递转矩
3）表107选取齿宽系数
4）图1020查区域系数ZH25
5）表105查材料弹性影响系数ZE1898MPa12
6）式（109）计算接触疲劳强度重合度系数
7）计算接触疲劳许应力
图1025d查齿轮齿轮接触疲劳极限分600MPa550MPa
式（1015）计算应力循环次数：
图1023查取接触疲劳寿命系数KHN1106KHN2113
取失效概率1安全系数S1式（1014）
取中较者作该齿轮副接触疲劳许应力
（2）试算齿轮分度圆直径
8710mm
2调整齿轮分度圆直径
（1）计算实际载荷系数前数准备
1）圆周速度v
2）齿宽b
（2）计算实际载荷系数KH
1）表102查系数KA1
2）根v0479ms7级精度图108查动载系数Kv102
3）齿轮圆周力
查表103齿间载荷分配系数11
4）表104插值法查7级精度齿轮相支承非称布置时齿载荷分布系数1428
实际载荷系数
（3）式（1012）实际载荷系数算分度圆直径
相应齿轮模数
423齿根弯曲疲劳强度设计
1式（107）试算模数
（1）确定公式中参数值
1）试选KFt13
2）式（105）计算弯曲疲劳强度重合系数
3）计算
图1017查齿形系数YFa1246YFa2226
图1018查应力修正系数Ysa1165Y sa2178
图1024c查齿轮齿轮齿根弯曲疲劳强度极限分500MPa380MPa
图1022查弯曲疲劳寿命系数KFN1092KFN2088
取弯曲疲劳安全系数S14式（1014）
齿轮齿轮取
（2）试算模数
2192mm
2调整齿轮模数
（1）计算实际载荷系数前数准备
1）圆周速度v
2)齿宽b
3)宽高bh
bh7452849321511
（2）计算实际载荷系数KF
1)根v033ms7级精度图108查动载系数Kv102
2)查表103齿间载荷分配系数10
3)表104插值法查1423结合bh1511查图1013145
载荷系数
(3)式(1013)实际载荷系数算齿轮模数
计算结果齿面接触疲劳强度计算模数m齿根弯曲疲劳强度计算模数齿轮模数m取决弯曲疲劳强度决定承载力齿面接触疲劳强度决定承载力仅齿轮直径关取弯曲疲劳强度算模数233mm圆整标准值m3mm接触疲劳强度算分度圆直径d1933mm算出齿轮齿数z1d1m9333311
取z131齿轮齿数取z279z1z2互质数
样设计出齿轮传动满足齿面接触疲劳强度满足齿根弯曲疲劳强度做结构紧凑避免浪费
424尺寸计算
1计算分度圆直径
2计算中心距
3计算齿轮宽度
考虑避免安装误差保证设计齿宽b节省材料般齿轮略加宽(5~10)mm
取b1100mm齿轮齿宽等设计齿宽b2b96mm
425圆整中心距强度校核
1齿面接触疲劳强度校核
前述类似做法先计算式（1010）中参数KH1602 d196mmi2244ZH25ZE1898MPa12代入式（1010）
齿面接触疲劳强度满足求
2齿根弯曲疲劳强度校核
前述类似做法先计算式（106）中参数KF1566 YFa1246YSa1165YFa2226YSa2178m25mmz132代入式（106）
齿根弯曲疲劳强度满足求
427设计结
齿数z132z279模数m3mm压力角20°中心距a1665mm齿宽b1100mmb296mm齿轮选40Cr（调质）齿轮选45钢（调质）齿轮7级精度设计
43 传动齿轮参数
表43 传动齿轮参数
高速级
低速级
齿数 z
32
109
32
79
中心距a mm
141
1665
模数 m mm
2
3
齿宽b mm
70
64
100
96
分度圆直径dmm
64
218
96
237
齿顶高ha mm
2
2
3
3
齿根高hf mm
25
25
375
375
齿高h mm
5
5
675
675
齿顶圆直径da mm
68
222
102
243
齿根圆直径df mm
79
213
885
2295
五轴结构设计计算
51 高速轴计算（1轴）
根表 151 高速轴材料： 45钢 热处理方式： 调质 许弯曲应力[σ1b] 60 MPa
初估轴径
初选轴径根扭转强度计算初估表 153 常数A0 120
12034608360 281 mm
考虑键槽作轴径增加3 0843 mm圆整暂取d1 30 mm
轴径尺寸设计
根轴轴零部件固定定位安装求确定轴结构图：
图2 高速轴径尺寸图
表51 高速轴径尺寸确定
轴段直径d mm
确定方法
说明
d1 30
初估轴径圆整
d2 37
d2 d1+（3~4）C1
定位轴间C120
d3 40
查指导书取标准件轴承
根尺寸求选取6208轴承
d4 46
d4 d3+（3~4）C1
定位轴间参考轴承安装尺寸
d5 68
齿顶圆直径
da68mm
d6 46
d4
d7 40
查指导书取标准件轴承
根尺寸求选取6208轴承
轴轴尺寸设计
轴结构图（结构草图标注轴段长度支撑点距离表格充分文字说明支撑计算结果）：
图3 高速轴轴尺寸图
验值计算选取：
轴承端盖箱外传动件间距离L¢ 20mm
箱座壁厚d 8mm
联接螺栓外箱壁距离C1 20mm 凸缘边距离C2 18mm
轴承座宽度LC1+C2+d+(5~10) 52mm
齿轮机体壁距离D2 10mm
齿轮齿轮端面距离D3 10mm
轴承侧箱体壁距离D4 12mm r（指导书38页图512）
表52 高速轴轴尺寸确定
轴段长度L mm
确定方法
说明
L1 468
L（15~ 2）d1
L2 496
L’+e+LBD4
e 12d396mm d3螺钉直径
L3 20
轴承宽B+D
6208轴承B18mm D取2mm
L4 127
满足整体尺寸求
L5 70
高速级齿轮齿厚b1
L6 20
满足齿轮端面箱座壁距离
L7 18
轴承宽B
6208轴承B18mm
l1 64
齿轮轴承安装位置确定
l2 169
齿轮轴承安装位置确定
l3 84
带轮轴承安装位置确定
52 中间轴计算（2轴）
根表 151 中间轴材料： 45钢 热处理方式： 调质 许弯曲应力[σ1b] 60 MPa
初估轴径
初选轴径根扭转强度计算初估表 153 常数A0 115
115344310496 4004 mm
轴径尺寸设计
根轴轴零部件固定定位安装求确定轴结构图：
图4 中间轴径尺寸图
表53 中间轴径尺寸确定
轴段直径d mm
确定方法
说明
d1 45
参考初估轴径选取轴承6209
轴承径45mm
d2 48
d2 d1+（1~3）
渡轴肩
d3 54
d3 d2+（3~4）C1
定位轴间C120
d4 48
d2
d5 45
6209轴承径45mm
轴轴尺寸设计
轴结构图（结构草图标注轴段长度支撑点距离表格充分文字说明支撑计算结果）：
图5 中间轴轴尺寸图
验值计算选取：
轮毂宽度轴段长度差D 2 （指导书38页图510）
齿轮机体壁距离D2 10
齿轮齿轮端面距离D3 10
轴承侧箱体壁距离D4 12（指导书38页图512）
表54中间轴轴尺寸确定
轴段长度L mm
确定方法
说明
L142
B+D2+D4+2(b3b4)2
轴承宽B19mm
L298
b3D
b3100mm
L38
D3(b3b4)2
轴肩
L462
b2D
b264mm
L542
B+D2+D4+(b1b2)2
齿轮安装位置
l1645
L1+L2B2 b32
齿轮轴承安装位置确定
l290
b22+D3+ b42
齿轮相位置确定
l3825
D2+D4++B2+ b32
齿轮轴承安装位置确定
53 低速轴计算（3轴）
根表 151 低速轴材料： 45钢 热处理方式： 调质 许弯曲应力[σ1b] 60 MPa
初估轴径
初选轴径根扭转强度计算初估表 153 常数A0 110
5085 mm
考虑键槽作轴径增加3 15255 mm圆整暂取d1 53 mm
轴径尺寸设计
根轴轴零部件固定定位安装求确定轴结构图：
图6 低速轴径尺寸图
表55 低速轴径尺寸确定
轴段直径d mm
确定方法
说明
d155
参考初估轴径选取联轴器
HL4
d263
d2 d1+（3~4）C1
C125
d365
选取6213轴承
轴承径65mm
d474
轴承安装尺寸
查表6213轴承安装尺寸
d582
d5 d6+（3~4）C1
定位轴肩C125
d668
d6 d7+（1~3）
渡轴肩
d765
d3
6213轴承
表56 选联轴器参数
型号
公称转矩Tn N×m
许转速n mm
轴孔直径d mm
轴孔长度L mm
轴孔长度L1 mm
HL4
1250
2800
55
112
84
D
D1
D2
b
A
195
16
轴轴尺寸设计
轴结构图：
图7 低速轴轴尺寸图
验值计算选取：
轴承端盖箱外传动件间距离L¢ 20mm
箱座壁厚d 8mm
联接螺栓外箱壁距离C1 20mm 凸缘边距离C2 18mm
轴承座宽度LC1+C2+d+(5~10) 52mm
齿轮机体壁距离D2 10mm
齿轮齿轮端面距离D3 10mm
轴承侧箱体壁距离D4 12mm （指导书38页图512）
表57 低速轴轴尺寸确定
轴段长度L mm
确定方法
说明
L1110
联轴器毂长确定略短
选HL4型联轴器
L2466
e12×8
L3388
B+D4
B23mm
L470
满足整体尺寸求
L5112
14h
根机械设计手册
L694
齿轮轮毂宽度1~2mm
L749
齿轮轴承安装位置确定
l1113
联轴器轴承相位置确定
l21565
齿轮轴承安装位置确定
l390
齿轮轴承安装位置确定
六轴强度校核
61 高速轴校核
轴受力分析图：
图8 高速轴受力分析
齿轮受力
3820 N 13904 N
水面轴承约束力
列方程：
解：
FNH127707N
FNH210493N
图9 高速轴水面轴承约束力
竖直面轴承约束力
列方程：
解：
FNV110085N
FNV23819N
图10 高速轴竖直面轴承约束力
弯矩图扭矩图
水面弯矩图
图11 高速轴水面弯矩图
竖直面弯矩图
图12 高速轴竖直面弯矩图
扭矩图
图13 高速轴扭矩图
合成弯矩（考虑利情况）
带轮压轴力FP支点产生反力
图14 高速轴压轴力作反力
列方程：
解：
FNV119283N
FNV2511N
解：
119056N·mm
MaFp
解：
MaFp32702N·mm
弯矩图
图15 高速轴压轴力产生弯矩
合成弯矩
221×105 N×mm （注意单位换算）
第三强度理校核
186 MPa <
满足强度求
62 中间轴校核
轴受力分析图：
图16 中间轴受力分析
齿轮受力
齿轮 3698 N 1346 N
齿轮 83973 N 30564 N
水面轴承约束力
列方程：
解：
FNH15320N
FNH265276N
图17 中间轴水面轴承约束力
竖直面轴承约束力
列方程：
解：
FNV11736N
FNV216269N
图18 中间轴竖直面轴承约束力
弯矩图扭矩图
水面弯矩图
解：
MaH1354×105N·mm
MaH2539×105N·mm
图19 中间轴水面弯矩图
竖直面弯矩图
解：
MaV11115×104N·mm
MaV2134×105N·mm
图20 中间轴竖直面弯矩图
扭矩图
图21 中间轴扭矩图
危险截面合成弯矩
555407 N×mm （注意单位换算）
第三强度理校核
548 MPa <
满足强度求
63 低速轴校核
轴受力分析图：
图22 低速轴受力分析
齿轮受力
7962 N 2898 N
水面轴承约束力
列方程：
解：
FNH12907N
FNH25055N
图23 低速轴水面轴承约束力
竖直面轴承约束力
列方程：
解：
FNV110581N
FNV21840N
图24 低速轴竖直面轴承约束力
弯矩图扭矩图
水面弯矩图
解：
MaH455×105N·mm
图25 低速轴水面弯矩图
竖直面弯矩图
解：
MaV166×105N·mm
图26 低速轴竖直面弯矩图
扭矩图
图27 低速轴竖直面弯矩图
危险截面合成弯矩
484×105 N×mm （注意单位换算）
第三强度理校核
184 MPa <
满足强度求
七校核轴承寿命
表71 选轴承参数
轴名称
轴承代号
d mm
D mm
B mm
Cr kN
高速轴
6208
40
80
18
295
中间轴
6209
45
85
19
315
低速轴
6213
65
120
23
572
轴承设计求寿命 365*24*543800 h
71 高速轴
根轴受力情况知高速轴受径力轴承作轴段 7 29485 N
46366 h ＞
满足求
72 中间轴
根轴受力情况知中间轴受径力轴承作轴段 1 6727 N
48297 h ＞
满足求
73 低速轴
根轴受力情况知低速轴受径力轴承作轴段 7 5379 N
466083 h ＞
满足求
八键连接选择计算
设计减速器需键：5
表81 键参数
轴名
安装直径 d mm
类型
h mm
b mm
轮毂长度
mm
键长L mm
高速轴
30
A
7
8
468
40
中间轴
48
A
9
14
98
80
48
A
9
14
62
45
低速轴
55
A
10
16
110
100
68
A
12
20
94
70
九箱体设计
表91 铸铁减速器箱体结构尺寸（mm）
名称
符号
尺寸
机座壁厚
d
8
机盖壁厚
d1
8
机座凸缘厚度
b
12
机盖凸缘厚度
b1
12
机座底凸缘厚度
b2
20
脚螺钉直径
df
18
脚螺钉数目
n
4
轴承旁联接螺栓直径
d1
14
盖座联接螺栓直径
d2
10
连接螺栓d2间距
l
160
轴承端盖螺钉直径
d3
8
窥视孔盖螺钉直径
d4
6
定位销直径
d
8
df d1 d2外机壁距离
C1
242016
df d2凸缘边缘距离
C2
1814
轴承旁凸台半径
R1
18
凸台高度
h
45
外机壁轴承座端面距离
l1
50
齿轮端面圆机壁距离
D1
10
齿轮端面机壁距离
D2
10
机盖机座筋厚
m1m
77
轴承端盖外径
D2
120125170
轴承旁联接螺栓距离
s
180
十心体会
漫长短暂课程设计结束通三周课程设计学非常三周非常充实时间然长充分解设计般程门课程学知识通次实践串联起程中遇难题感谢位指导老师学耐心解答
次设计程中出错误设计缺陷充分认识设计程充满艰难险阻步骤马虎意会次课程设计中学知识验机械专业问题通次课程设计清楚认识知识面狭窄激励加倍学方面知识设计坚实基础
总 成 绩：
指导教师签字：
2018 年 1月 3 日
— END —
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机械设计课程设计
计算说明书
设计题目： 设计带式输送机中传动装置
专业年级：
学 号：
学生姓名：
指导教师：
机械设计课程设计务书
学生姓名： 学号： 专业：
务起止时间：2017年12月 18 日 2018年1 月5日
设计题目：设计带式输送机中传动装置
传动方案图1示：
1轴
图1 带式输送机减速装置方案
二原始数
滚筒直径d mm
800
传送带运行速度v (ms)
18
运输带牵引力F N
2200
日工作时数T h
24
传动工作年限
5
单连续稳转动常温空载启动
三设计务：
1减速器装配图1张（A0图纸）
2低速轴零件图1张（A3图纸）
3低速轴齿轮零件图1张（A3图纸）
4设计说明书1份
三周完成通答辩
参考资料：机械设计 机械设计基础 课程设计指导书 机械设计手册 工程力学 机械制图
指导教师签字：
2017年 12月 17 日
目录
电机选择 1
二传动装置运动动力参数计算 2
三V带传动设计 4
四设计减速器传动零件（直齿圆柱齿轮） 6
五轴结构设计计算 18
六轴强度校核 24
七校核轴承寿命 33
八键连接选择计算 34
九箱体设计 35
十心体会 36
电机选择
11 选择电机类型结构形式：
工作条件求选择三相异步电机：
封闭式结构
U380 V
Y型
12 电机容量选择
工作机需功率PWFv 1000 396 kW
V带效率h1： 096
滚动轴承效率（）h2： 099
闭式齿轮传动效率（）h3 097
联轴器效率h4： 099
工作机（滚筒）效率h5(hw)： 096
传输总效率h h1×h24×h32 × h4 ×h5 0825
电动机需输出功率PdPwh 48 kW
13 电机转速确定
卷筒轴工作转速 4297 rmin
V带传动合理范围2~4两级圆柱齿轮减速器传动合理范围8~40总传动合理范围16~160电动机转速选范围： 688 ~ 6875 rmin
范围电机步转速： 750 1000 1500 3000 rmin
课程设计指导书表181：Y系列三相异步电机技术参数（JBT96161999）选择电动机
型 号： Y132S4 额定功率Ped： 55kw
步转速n： 1500 满载转速nm： 1440
二传动装置运动动力参数计算
总传动： 3351
21 分配传动计算轴转速
取V带传动传动i0 4
减速器传动iii0 838
取两级圆柱齿轮减速器高速级传动 343
低速级传动 838
22 传动装置运动动力参数计算
0轴（电动机轴） 48 kW
1440 rmin
3183 N×m
1轴（高速轴） 4608 kW
360 rmin
12224 N×m
2轴（中间轴） 443 kW
10496 rmin
40307 N×m
3轴（低速轴） 425 kW
4302 rmin
94346 N×m
4轴（滚筒轴） 417 kW
4302 rmin
92570 N×m
功率转矩轴输入值1~3轴输出功率输出转矩输入值轴承效率积轴运动动力参数表：
表21 轴运动动力参数
轴名
功率PkW
转矩TN×m
转速
n(rmin)
传动i
效率h
输入
输出
输入
输出
0轴
48
3183
1440
1
1
1轴
4608
4562
12224
121
360
4
096
2轴
443
439
40307
39897
10496
343
096
3轴
425
421
94346
934
4302
244
096
4轴
417
413
92570
9164
4302
1
098
三V带传动设计
31 确定计算功率
根已知条件结合教材 机械设计 表 88 工作情况系数KA 13 PcaKA×Pd 624 kW
32 选择普通V带型号
已知Pcanm结合教材 机械设计 图 811 确定V带 A 型
33 确定带轮基准直径验算带速
(1) 结合教材 机械设计 表 89 初选带轮直径dd1 100 mm
(2) 验算带速： 754 ms满足5ms
(3) 计算带轮基准直径 400 mm
34 确定V带中心距基础长度
(1) 根初定中心距a0 800 mm
(2) 计算需带长
241352 mm
表 82 A 型带进行基准长度Ld 2480 mm
(3) 实际中心距 76676 mm
中心距变化范围 72956~84116 mm
35 验算带轮包角
15758° >120°合格
36 计算V带根数Z
nmdd1结合教材 机械设计 查表 84 P0 132 kW
nmi0 A 型带查表 85 DP0 017 kW
已知a1查表 86 Ka 093 已知Ld查表 82KL 109
V带根数 403 取z 4
37 计算压轴力
教材 机械设计 表 83 知 A 型带单位长度质量q 0105 kgm
单根V带初拉力值：
18061 N
压轴力值：
141731 N
四设计减速器传动零件（直齿圆柱齿轮）
41 高速级齿轮传动设计
411选定齿轮类型等级精度材料齿数
1图1中示传动方案选直齿圆柱齿轮传动压力角取20°
2带式输送机般工作机器参考表106选7级精度
3材料选择：表101选择齿轮材料40Cr（调质）齿面硬度280HBS齿轮材料45钢（调质）齿面硬度240HBS
4选齿轮齿数z134齿轮齿数z2i1z13323411662取z2117
412齿面接触疲劳强度设计
1式（1011）计算齿轮分度圆直径
（1）确定公式中参数值
1）试选KHt13
2）计算齿轮传递转矩
3）表107选取齿宽系数
4）图1020查区域系数ZH25
5）表105查材料弹性影响系数ZE1898MPa12
6）式（109）计算接触疲劳强度重合度系数
7）计算接触疲劳许应力
图1025d查齿轮齿轮接触疲劳极限分600MPa550MPa
式（1015）计算应力循环次数：
图1023查取接触疲劳寿命系数KHN1102KHN211
取失效概率1安全系数S1式（1014）
取中较者作该齿轮副接触疲劳许应力
（2）试算齿轮分度圆直径
5719mm
2调整齿轮分度圆直径
（1）计算实际载荷系数前数准备
1）圆周速度v
2）齿宽b
（2）计算实际载荷系数KH
1）表102查系数KA100
2）根v108ms7级精度图108查动载系数Kv104
3）齿轮圆周力
查表103齿间载荷分配系数12
4）表104插值法查7级精度齿轮相支承非称布置时齿载荷分布系数1421
实际载荷系数
（3）式（1012）实际载荷系数算分度圆直径
相应齿轮模数
413齿根弯曲疲劳强度设计
1式（107）试算模数
（1）确定公式中参数值
1）试选KFt13
2）式（105）计算弯曲疲劳强度重合系数
3）计算
图1017查齿形系数YFa1216YFa2205
图1018查应力修正系数Ysa1146Y sa2168
图1024c查齿轮齿轮齿根弯曲疲劳强度极限分500MPa380MPa
图1022查弯曲疲劳寿命系数KFN1092KFN2098
取弯曲疲劳安全系数S14式（1014）
齿轮齿轮取
（2）试算模数
1411mm
2调整齿轮模数
（1）计算实际载荷系数前数准备
1）圆周速度v
2)齿宽b
3)宽高bh
bh4797431741511
（2）计算实际载荷系数KF
1)根v0904ms7级精度图108查动载系数Kv103
2)查表103齿间载荷分配系数10
3)表104插值法查1419结合bh1511查图101313
载荷系数
(3)式(1013)实际载荷系数算齿轮模数
计算结果齿面接触疲劳强度计算模数m齿根弯曲疲劳强度计算模数齿轮模数m取决弯曲疲劳强度决定承载力齿面接触疲劳强度决定承载力仅齿轮直径关取弯曲疲劳强度算模数1425mm圆整标准值m2mm接触疲劳强度算分度圆直径d16339mm算出齿轮齿数z1d1m6339231695
取z132齿轮齿数取z2109z1z2互质数
样设计出齿轮传动满足齿面接触疲劳强度满足齿根弯曲疲劳强度做结构紧凑避免浪费
414尺寸计算
1计算分度圆直径
2计算中心距
3计算齿轮宽度
考虑避免安装误差保证设计齿宽b节省材料般齿轮略加宽(5~10)mm
取b170mm齿轮齿宽等设计齿宽b2b64mm
415圆整中心距强度校核
1齿面接触疲劳强度校核
前述类似做法先计算式（1010）中参数KH177 d164mmi1343ZH25ZE1898MPa12代入式（1010）
齿面接触疲劳强度满足求
2齿根弯曲疲劳强度校核
前述类似做法先计算式（106）中参数KF1339 YFa1216YSa1146YFa2205YSa2176m2mmz132代入式（106）
齿根弯曲疲劳强度满足求
417设计结
齿数z132z21079模数m2mm压力角20°中心距a141mm齿宽b170mmb264mm齿轮选40Cr（调质）齿轮选45钢（调质）齿轮7级精度设计
42 低速级齿轮传动设计
421选定齿轮类型等级精度材料齿数
1图1示传动方案选直齿圆柱齿轮传动 压力角取20°
2带式输送机般工作机器参考表106选7级精度
3材料选择：表101选择齿轮材料40Cr（调质）齿面硬度280HBS齿轮材料45钢（调质）齿面硬度240HBS
4选齿轮齿数z134齿轮齿数z2i2z1244348296取z283
422齿面接触疲劳强度设计
1式（1011）试算齿轮分度圆直径
（1）确定公式中参数值
1）试选KHt13
2）计算齿轮传递转矩
3）表107选取齿宽系数
4）图1020查区域系数ZH25
5）表105查材料弹性影响系数ZE1898MPa12
6）式（109）计算接触疲劳强度重合度系数
7）计算接触疲劳许应力
图1025d查齿轮齿轮接触疲劳极限分600MPa550MPa
式（1015）计算应力循环次数：
图1023查取接触疲劳寿命系数KHN1106KHN2113
取失效概率1安全系数S1式（1014）
取中较者作该齿轮副接触疲劳许应力
（2）试算齿轮分度圆直径
8710mm
2调整齿轮分度圆直径
（1）计算实际载荷系数前数准备
1）圆周速度v
2）齿宽b
（2）计算实际载荷系数KH
1）表102查系数KA1
2）根v0479ms7级精度图108查动载系数Kv102
3）齿轮圆周力
查表103齿间载荷分配系数11
4）表104插值法查7级精度齿轮相支承非称布置时齿载荷分布系数1428
实际载荷系数
（3）式（1012）实际载荷系数算分度圆直径
相应齿轮模数
423齿根弯曲疲劳强度设计
1式（107）试算模数
（1）确定公式中参数值
1）试选KFt13
2）式（105）计算弯曲疲劳强度重合系数
3）计算
图1017查齿形系数YFa1246YFa2226
图1018查应力修正系数Ysa1165Y sa2178
图1024c查齿轮齿轮齿根弯曲疲劳强度极限分500MPa380MPa
图1022查弯曲疲劳寿命系数KFN1092KFN2088
取弯曲疲劳安全系数S14式（1014）
齿轮齿轮取
（2）试算模数
2192mm
2调整齿轮模数
（1）计算实际载荷系数前数准备
1）圆周速度v
2)齿宽b
3)宽高bh
bh7452849321511
（2）计算实际载荷系数KF
1)根v033ms7级精度图108查动载系数Kv102
2)查表103齿间载荷分配系数10
3)表104插值法查1423结合bh1511查图1013145
载荷系数
(3)式(1013)实际载荷系数算齿轮模数
计算结果齿面接触疲劳强度计算模数m齿根弯曲疲劳强度计算模数齿轮模数m取决弯曲疲劳强度决定承载力齿面接触疲劳强度决定承载力仅齿轮直径关取弯曲疲劳强度算模数233mm圆整标准值m3mm接触疲劳强度算分度圆直径d1933mm算出齿轮齿数z1d1m9333311
取z131齿轮齿数取z279z1z2互质数
样设计出齿轮传动满足齿面接触疲劳强度满足齿根弯曲疲劳强度做结构紧凑避免浪费
424尺寸计算
1计算分度圆直径
2计算中心距
3计算齿轮宽度
考虑避免安装误差保证设计齿宽b节省材料般齿轮略加宽(5~10)mm
取b1100mm齿轮齿宽等设计齿宽b2b96mm
425圆整中心距强度校核
1齿面接触疲劳强度校核
前述类似做法先计算式（1010）中参数KH1602 d196mmi2244ZH25ZE1898MPa12代入式（1010）
齿面接触疲劳强度满足求
2齿根弯曲疲劳强度校核
前述类似做法先计算式（106）中参数KF1566 YFa1246YSa1165YFa2226YSa2178m25mmz132代入式（106）
齿根弯曲疲劳强度满足求
427设计结
齿数z132z279模数m3mm压力角20°中心距a1665mm齿宽b1100mmb296mm齿轮选40Cr（调质）齿轮选45钢（调质）齿轮7级精度设计
43 传动齿轮参数
表43 传动齿轮参数
高速级
低速级
齿数 z
32
109
32
79
中心距a mm
141
1665
模数 m mm
2
3
齿宽b mm
70
64
100
96
分度圆直径dmm
64
218
96
237
齿顶高ha mm
2
2
3
3
齿根高hf mm
25
25
375
375
齿高h mm
5
5
675
675
齿顶圆直径da mm
68
222
102
243
齿根圆直径df mm
79
213
885
2295
五轴结构设计计算
51 高速轴计算（1轴）
根表 151 高速轴材料： 45钢 热处理方式： 调质 许弯曲应力[σ1b] 60 MPa
初估轴径
初选轴径根扭转强度计算初估表 153 常数A0 120
12034608360 281 mm
考虑键槽作轴径增加3 0843 mm圆整暂取d1 30 mm
轴径尺寸设计
根轴轴零部件固定定位安装求确定轴结构图：
图2 高速轴径尺寸图
表51 高速轴径尺寸确定
轴段直径d mm
确定方法
说明
d1 30
初估轴径圆整
d2 37
d2 d1+（3~4）C1
定位轴间C120
d3 40
查指导书取标准件轴承
根尺寸求选取6208轴承
d4 46
d4 d3+（3~4）C1
定位轴间参考轴承安装尺寸
d5 68
齿顶圆直径
da68mm
d6 46
d4
d7 40
查指导书取标准件轴承
根尺寸求选取6208轴承
轴轴尺寸设计
轴结构图（结构草图标注轴段长度支撑点距离表格充分文字说明支撑计算结果）：
图3 高速轴轴尺寸图
验值计算选取：
轴承端盖箱外传动件间距离L¢ 20mm
箱座壁厚d 8mm
联接螺栓外箱壁距离C1 20mm 凸缘边距离C2 18mm
轴承座宽度LC1+C2+d+(5~10) 52mm
齿轮机体壁距离D2 10mm
齿轮齿轮端面距离D3 10mm
轴承侧箱体壁距离D4 12mm r（指导书38页图512）
表52 高速轴轴尺寸确定
轴段长度L mm
确定方法
说明
L1 468
L（15~ 2）d1
L2 496
L’+e+LBD4
e 12d396mm d3螺钉直径
L3 20
轴承宽B+D
6208轴承B18mm D取2mm
L4 127
满足整体尺寸求
L5 70
高速级齿轮齿厚b1
L6 20
满足齿轮端面箱座壁距离
L7 18
轴承宽B
6208轴承B18mm
l1 64
齿轮轴承安装位置确定
l2 169
齿轮轴承安装位置确定
l3 84
带轮轴承安装位置确定
52 中间轴计算（2轴）
根表 151 中间轴材料： 45钢 热处理方式： 调质 许弯曲应力[σ1b] 60 MPa
初估轴径
初选轴径根扭转强度计算初估表 153 常数A0 115
115344310496 4004 mm
轴径尺寸设计
根轴轴零部件固定定位安装求确定轴结构图：
图4 中间轴径尺寸图
表53 中间轴径尺寸确定
轴段直径d mm
确定方法
说明
d1 45
参考初估轴径选取轴承6209
轴承径45mm
d2 48
d2 d1+（1~3）
渡轴肩
d3 54
d3 d2+（3~4）C1
定位轴间C120
d4 48
d2
d5 45
6209轴承径45mm
轴轴尺寸设计
轴结构图（结构草图标注轴段长度支撑点距离表格充分文字说明支撑计算结果）：
图5 中间轴轴尺寸图
验值计算选取：
轮毂宽度轴段长度差D 2 （指导书38页图510）
齿轮机体壁距离D2 10
齿轮齿轮端面距离D3 10
轴承侧箱体壁距离D4 12（指导书38页图512）
表54中间轴轴尺寸确定
轴段长度L mm
确定方法
说明
L142
B+D2+D4+2(b3b4)2
轴承宽B19mm
L298
b3D
b3100mm
L38
D3(b3b4)2
轴肩
L462
b2D
b264mm
L542
B+D2+D4+(b1b2)2
齿轮安装位置
l1645
L1+L2B2 b32
齿轮轴承安装位置确定
l290
b22+D3+ b42
齿轮相位置确定
l3825
D2+D4++B2+ b32
齿轮轴承安装位置确定
53 低速轴计算（3轴）
根表 151 低速轴材料： 45钢 热处理方式： 调质 许弯曲应力[σ1b] 60 MPa
初估轴径
初选轴径根扭转强度计算初估表 153 常数A0 110
5085 mm
考虑键槽作轴径增加3 15255 mm圆整暂取d1 53 mm
轴径尺寸设计
根轴轴零部件固定定位安装求确定轴结构图：
图6 低速轴径尺寸图
表55 低速轴径尺寸确定
轴段直径d mm
确定方法
说明
d155
参考初估轴径选取联轴器
HL4
d263
d2 d1+（3~4）C1
C125
d365
选取6213轴承
轴承径65mm
d474
轴承安装尺寸
查表6213轴承安装尺寸
d582
d5 d6+（3~4）C1
定位轴肩C125
d668
d6 d7+（1~3）
渡轴肩
d765
d3
6213轴承
表56 选联轴器参数
型号
公称转矩Tn N×m
许转速n mm
轴孔直径d mm
轴孔长度L mm
轴孔长度L1 mm
HL4
1250
2800
55
112
84
D
D1
D2
b
A
195
16
轴轴尺寸设计
轴结构图：
图7 低速轴轴尺寸图
验值计算选取：
轴承端盖箱外传动件间距离L¢ 20mm
箱座壁厚d 8mm
联接螺栓外箱壁距离C1 20mm 凸缘边距离C2 18mm
轴承座宽度LC1+C2+d+(5~10) 52mm
齿轮机体壁距离D2 10mm
齿轮齿轮端面距离D3 10mm
轴承侧箱体壁距离D4 12mm （指导书38页图512）
表57 低速轴轴尺寸确定
轴段长度L mm
确定方法
说明
L1110
联轴器毂长确定略短
选HL4型联轴器
L2466
e12×8
L3388
B+D4
B23mm
L470
满足整体尺寸求
L5112
14h
根机械设计手册
L694
齿轮轮毂宽度1~2mm
L749
齿轮轴承安装位置确定
l1113
联轴器轴承相位置确定
l21565
齿轮轴承安装位置确定
l390
齿轮轴承安装位置确定
六轴强度校核
61 高速轴校核
轴受力分析图：
图8 高速轴受力分析
齿轮受力
3820 N 13904 N
水面轴承约束力
列方程：
解：
FNH127707N
FNH210493N
图9 高速轴水面轴承约束力
竖直面轴承约束力
列方程：
解：
FNV110085N
FNV23819N
图10 高速轴竖直面轴承约束力
弯矩图扭矩图
水面弯矩图
图11 高速轴水面弯矩图
竖直面弯矩图
图12 高速轴竖直面弯矩图
扭矩图
图13 高速轴扭矩图
合成弯矩（考虑利情况）
带轮压轴力FP支点产生反力
图14 高速轴压轴力作反力
列方程：
解：
FNV119283N
FNV2511N
解：
119056N·mm
MaFp
解：
MaFp32702N·mm
弯矩图
图15 高速轴压轴力产生弯矩
合成弯矩
221×105 N×mm （注意单位换算）
第三强度理校核
186 MPa <
满足强度求
62 中间轴校核
轴受力分析图：
图16 中间轴受力分析
齿轮受力
齿轮 3698 N 1346 N
齿轮 83973 N 30564 N
水面轴承约束力
列方程：
解：
FNH15320N
FNH265276N
图17 中间轴水面轴承约束力
竖直面轴承约束力
列方程：
解：
FNV11736N
FNV216269N
图18 中间轴竖直面轴承约束力
弯矩图扭矩图
水面弯矩图
解：
MaH1354×105N·mm
MaH2539×105N·mm
图19 中间轴水面弯矩图
竖直面弯矩图
解：
MaV11115×104N·mm
MaV2134×105N·mm
图20 中间轴竖直面弯矩图
扭矩图
图21 中间轴扭矩图
危险截面合成弯矩
555407 N×mm （注意单位换算）
第三强度理校核
548 MPa <
满足强度求
63 低速轴校核
轴受力分析图：
图22 低速轴受力分析
齿轮受力
7962 N 2898 N
水面轴承约束力
列方程：
解：
FNH12907N
FNH25055N
图23 低速轴水面轴承约束力
竖直面轴承约束力
列方程：
解：
FNV110581N
FNV21840N
图24 低速轴竖直面轴承约束力
弯矩图扭矩图
水面弯矩图
解：
MaH455×105N·mm
图25 低速轴水面弯矩图
竖直面弯矩图
解：
MaV166×105N·mm
图26 低速轴竖直面弯矩图
扭矩图
图27 低速轴竖直面弯矩图
危险截面合成弯矩
484×105 N×mm （注意单位换算）
第三强度理校核
184 MPa <
满足强度求
七校核轴承寿命
表71 选轴承参数
轴名称
轴承代号
d mm
D mm
B mm
Cr kN
高速轴
6208
40
80
18
295
中间轴
6209
45
85
19
315
低速轴
6213
65
120
23
572
轴承设计求寿命 365*24*543800 h
71 高速轴
根轴受力情况知高速轴受径力轴承作轴段 7 29485 N
46366 h ＞
满足求
72 中间轴
根轴受力情况知中间轴受径力轴承作轴段 1 6727 N
48297 h ＞
满足求
73 低速轴
根轴受力情况知低速轴受径力轴承作轴段 7 5379 N
466083 h ＞
满足求
八键连接选择计算
设计减速器需键：5
表81 键参数
轴名
安装直径 d mm
类型
h mm
b mm
轮毂长度
mm
键长L mm
高速轴
30
A
7
8
468
40
中间轴
48
A
9
14
98
80
48
A
9
14
62
45
低速轴
55
A
10
16
110
100
68
A
12
20
94
70
九箱体设计
表91 铸铁减速器箱体结构尺寸（mm）
名称
符号
尺寸
机座壁厚
d
8
机盖壁厚
d1
8
机座凸缘厚度
b
12
机盖凸缘厚度
b1
12
机座底凸缘厚度
b2
20
脚螺钉直径
df
18
脚螺钉数目
n
4
轴承旁联接螺栓直径
d1
14
盖座联接螺栓直径
d2
10
连接螺栓d2间距
l
160
轴承端盖螺钉直径
d3
8
窥视孔盖螺钉直径
d4
6
定位销直径
d
8
df d1 d2外机壁距离
C1
242016
df d2凸缘边缘距离
C2
1814
轴承旁凸台半径
R1
18
凸台高度
h
45
外机壁轴承座端面距离
l1
50
齿轮端面圆机壁距离
D1
10
齿轮端面机壁距离
D2
10
机盖机座筋厚
m1m
77
轴承端盖外径
D2
120125170
轴承旁联接螺栓距离
s
180
十心体会
漫长短暂课程设计结束通三周课程设计学非常三周非常充实时间然长充分解设计般程门课程学知识通次实践串联起程中遇难题感谢位指导老师学耐心解答
次设计程中出错误设计缺陷充分认识设计程充满艰难险阻步骤马虎意会次课程设计中学知识验机械专业问题通次课程设计清楚认识知识面狭窄激励加倍学方面知识设计坚实基础
总 成 绩：
指导教师签字：
2018 年 1月 3 日
— END —
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