大连理工大学机械课程设计说明书_ZDL-5-B

机械设计基础课程设计说明书

题目： 设计用于胶带运输机的机械传动装置

班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师：

成 绩：

年 月

日

目录

1. 设计任务书 ...................................................................................................................3

1.1设计题目 ....................................................................................................................3 1.2工作条件 ....................................................................................................................3 1.3技术数据 ....................................................................................................................3

2. 传动装置总体设计 .....................................................................................................3

2.1电动机的选择 ............................................................................................................3 2.2分配传动比 ................................................................................................................5 2.3传动装置的运动和动力参数计算 ............................................................................5

3. 传动零件的设计计算 .................................................................................................7

3.1减速器以外的传动零件设计计算 ............................................................................7 3.2减速器以内的传动零件设计计算 ............................................................................8

4. 轴的设计计算 .............................................................................................................12

4.1初步确定轴的直径 ..................................................................................................12 4.2轴的强度校核 ..........................................................................................................13

5. 滚动轴承的选择及其寿命验算 ............................................................................17

5.1低速轴轴承 ..............................................................................................................17 5.2高速轴轴承 ..............................................................................................................17

6. 键联接的选择和验算 ...............................................................................................18

6.1减速器大齿轮与低速轴的键联接 ..........................................................................18 6.2小链轮与减速器低速轴轴伸的联接 ......................................................................19 6.3联轴器与减速器高速轴轴伸的联接 ......................................................................19

7. 联轴器的选择 .............................................................................................................19 8. 减速器的润滑及密封形式选择 ............................................................................20 参考文献 ............................................................................................................................20

1. 设计任务书

1.1设计题目

设计用于胶带运输机的机械传动装置。

1.2工作条件

1.3技术数据

2. 传动装置总体设计

2.1电动机的选择

2.1.1选择电动机系列

按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭自扇冷

式结构，电压380V，Y系列。 2.1.2选择电动机功率 1）传动滚筒所需有效功率：

Pw

Fv18001.8

3.24kWPw3.24kW

10001000

2）传动装置总效率：

按表2-11-1(P90)确定各部分效率如下: 弹性联轴器的效率 10.99 一对滚动轴承的效率 20.99

学院 班级

0.8063 Pr4.02kW nw114.6r/min

2.2分配传动比

n09608.38 总传动比： i

nw114.6

据表2-11-1(P90)取链传动比： i232.5 则齿轮传动的传动比： i12

ii23



8.38

3.352 2.5

2.3传动装置的运动和动力参数计算

2.3.1各轴功率、转速和转矩的计算

0轴：即电动机的主动轴：

P0Pr4.02kW

n0960r/min

T09550

P4.020

955039.99Nm n0960

1轴：即减速器高速轴，与电动机轴采用联轴器链接，传 动比i011，查表2-11-1(P90)弹性联轴器的传动效率10.99 则：

PkW 1P0014.020.993.98

n1

n0

960r/min i01

P3.981

955039.59Nm n1960

T19550

2轴：即减速器低速轴，动力从1轴到2轴经历了1轴上的一对滚动轴承和一对齿轮啮合，故发生两次功率损耗，计算效 率时都要计入，查表2-11-1(P90)20.99，闭式齿轮传动的效率为30.97（暂定齿轮精度为级），则：

120.990.970.96

学院 班级

P123.980.963.82kW 2P1

n2

n1960

286.40r/min i123.352

P23.829550127.38Nm n2286.40

T29550

3轴：即传动滚筒轴，动力从2轴到此轴经历了2轴上的一对滚动轴承和开式滚子链传动，故发生两次功率损耗，计算效 率时都要计入，查表2-11-1(P90)一对滚动轴承的传动效率为

20.99，开式滚子链传动的效率为30.92，则：

230.990.920.91

P3P2233.820.913.48kW

n2286.40n3114.56r/min

i232.5

T39550

P33.48

9550290.10Nm n3114.56

2.3.2各轴运动及动力参数列表

学院 班级

3. 传动零件的设计计算

3.1减速器以外的传动零件设计计算

3.1.1设计链传动 1）确定链轮齿数:

由传动比取小链轮齿数z1292i24,因链轮齿数最好为奇数，z125；大链轮齿数z2iz12.52460,取,z263。z125,z263 实际传动比：i2）确定链条节距：

查表10-16(教材P166)得，工况系数KA1.4 小链轮齿数系数：

z2632.52i链2.52 z125

zKz1

19

1.08

2519

1.08

1.34

取单排链，由表10-17(教材P166)取Kp=1.0 由式P0

KAP

，得 KzKp

P0

1.43.82

3.99kWP03.99kW

1.341.0

因为n2286.40r/min，查图10-23(教材P164)，得选链号No12A，节距p19.05mm。p19.05mm 3)计算链长：

初选：a040p4019.05762mm 链长：

Lp2

a0z2z1pz2z12

(p2a02

632519.0563252

()27622

240124.9节

学院 班级

取Lp126节Lp126节 4)验算链速：

znp25286.4019.05v122.273m/s

601000601000

v15m/s，适合。 5）选择润滑方式：

按v2.273m/s,链号12A，查图10-26(教材P167)选用滴 油润滑。

6）作用在轴上的力： 有效圆周力：

F1000P10003.82ev2.273

1681N 作用在轴上的力：

FQ1.2Fe1.216812017.2N7）链轮尺寸及结构：

分度圆直径

d1

p19.05

151.995mm sin18001800

zsin

125

dp2

180019.05

1800382.178mmsinzsin

263

3.2减速器以内的传动零件设计计算

3.2.1设计齿轮传动

1）材料的选择：

小齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度220—250HBS， 大齿轮选用45钢，正火处理，齿面硬度170—210HBS。 计算应力循环次数：

N160n1jLh609601(1030082)2.76109

NN9

12.76102i3.352

8.23108

查图11-14(教材P187)，（允许一定点蚀）取

ZN10.93，ZN21.01。

学院 班级 Fe1681N

FQ2017

.2N d1151.995mm

d2382.178mm

由图11-15(教材P187)，得

ZX1ZX21.0。

取SHmin1.0，由图11-13(b)(教材P186)，得

Hlim1567MPa,Hlim2517MPa

许用接触应力：



S

H1

Hlim1Hmin

ZN1ZX1

567

0.931.0527.3MPa 1.0

517

1.011.0522.17MPa 1.0

2



S

H2

Hlim2Hmin

ZN2ZX2

因H2H1，故取HH2）按齿面接触强度确定中心距：





522.17MPa H522.17MPa



小轮转矩T139590Nmm，初取KtZ2t1.1，取a0.4由表11-5(教材P181)得：

ZE189.8MPa

由图11-7(教材P181)得：ZH2.5

因为是减速传动，ui3.352，由式(11-17)(教材P182) 计算中心距：

KT1ZHZEZ

at(u1)2auH





2

1.1395902.5189.8

(3.3521)

20.43.352522.17

103.4mm

查表2-11-2(P90),在R40系列中取中心距a140mm。a140mm 估算模数：

m0.007~0.02a0.007~0.021400.98~2.80mm

2

取标准模数m2mmm2mm 确定齿数： 小齿轮齿数：z1

2a2140

32.17

m(u1)2(3.3521)

大齿轮齿数：z2uz13.35232.17107.83

学院 班级

取z132，z2108。z132，z2108 实际传动比：

i实

z21083.375i齿3.375 z132

传动比误差：

i

i理i实

i理

100%

|3.3523.375|

100%0.69%，3.352

i5%，在允许范围内。 齿轮分度圆直径：

d1mnz123264mm

d2mnz22108216mm

圆周速度：

v

d1n1

6010

3



60960

610

4

3.01m/sv3.01m/s

由表11-6(教材P185),取齿轮精度为8级。 3）验算齿面接触疲劳强度： 计算载荷系数：

按电机驱动,载荷稍有波动,由表11-3(教材P176),取：

KA1.25

计算vz1/1003.0132/1000.96m/s，由图11-2(a)(教材 P177)，按8级精度得：

K1.11

齿宽baa0.414056mm。

由图11-3(a)(教材P177)，按b/d156/640.88，考虑轴的刚度较大和齿轮相对轴承为对称布置得：

K1.04

由表11-4(教材P178)，得：

K1.2

载荷系数：

KKAKvKK1.251.111.041.21.73K1.73

学院 班级

计算齿面接触应力：

由图11-4(教材P178)，得10.816，20.832

121.648

由0，查由图11-6(教材P180)得：

Z0.88

齿面接触应力：

HZHZEZ

2KT1u1bd12u

21.73395903.3521

H383.6MPa 

566423.352522.17MPa

2.5189.80.88383.6MPaH



故在安全范围内。

4）校核齿根弯曲疲劳强度： 按z132，z2108

由图11-10(教材P183)得：YFa12.53，YFa22.20 由图11-11(教材P184)得，Ysa11.635，Ysa21.80 由图11-12(教材P184)得，Y0.70（1.648） 由图11-16(b)(教材P187)，得，

Flim1204N/mm2，Flim2213N/mm2

由图11-17(教材P188)，得，YN11.0，YN21.0 由图11-18(教材P188)得,YX1YX21.0

取YST2.0，YFmin1.4，由式(11-25)(教材P188)计算许 用弯曲应力：

S

F1F2

Flim1STFmin

Y

YN1YX1

2042

MPa 1.01.0291MPaF1291

1.4



S

Flim2STFmin

Y

YN2YX2

2132

1.01.0304MPaF2304MPa 1.4



F1

2KT121.7339590

YFa1Ysa1Y2.531.6350.70bd1m56642F155.3MPa

55.3MPaF1291MPa



故安全。

F2F1

YFa2YSa22.201.80

55.3

YFa1Ysa12.531.635F252.9MPa 52.9MPa[F2]304MPa

故安全。

5）齿轮主要几何参数：

z132，z2108，u3.352，m2mm d1mz123264mm d2mz22108216mm

dd

a112ham6421.0268mm d2ha2d2am21621.02220mm

df1d12(hac)m642(1.00.25)259mm df2d22(hac)m2162(1.00.25)2211mm

a

1

d1d2122

64216140mm 齿宽b2b56mm，取b1b25~1064mm

4. 轴的设计计算

4.1初步确定轴的直径

4.1.1高速轴及联轴器的设计

1）初步选定减速器高速轴外伸段轴径：

根据所选电机d电机D38mm，则

d0.8~1.0d电机0.8~1.03830.4~38mm

2）选择联轴器：

联轴器所传递的标称扭矩：

P4.02

T0955040.0Nm

n0960

根据传动装置的工作条件拟选用弹性柱销联轴器(GB/T50 14-2003)查表16-1(教材P268)，取工作情况系数KA1.5

计算转矩

TcKAT1.540.060.0Nm

由表2-14-1(P114)可查得LH2号联轴器就可以满足转矩要求（Tn315NmTc60.0Nm）。但其轴孔直径（d20~35mm 不能满足电动机及减速器高速轴轴径的要求。因此重选HL3号 联轴器（Tn630NmTc60.0Nm,n5000r/minn960r/min

3)最后确定减速器高速轴外伸直径为d32mm。d32mm 4.1.2 低速轴的设计计算

1）选择轴的材料

选择材料为45号钢，调质处理。

2）按转矩初步计算轴伸直径

dA0P23.82（110~160）（26.1~37.9）mm n2286.40

取d035mmd035mm

d138~45mm

取d140mm(按标准密封圈尺寸取值d140mm d2d1,根据轴承取标准值，取d245mmd245mm 查表2-13-1(P106)，选6209型号的深沟球轴承。轴承

型号为6209 GB/T276-1994

4.2轴的强度校核

4.2.1计算大齿轮上的作用力

转矩T127380Nmm

2T21273801179NFt1179N 圆周力Ftd216

径向力Fr

Fttan1179tan20

429NFr429N

coscos0

轴向力FaFttan1179tan00NFa0N 4.2.2绘轴的受力简图，求支座反力

1）垂直面支座反力

L2L353.5mm 据MB0，得

RAy(L2L3)FtL30 RtL3tAy

FLF1179589.5N2L322

据Y0，得

RFtL3Ay

LLFt21179

2

589.5N232）水平面支座反力

L185.5mmL2L353.5mmRAy589.5N

RAy589.5N

L185.5mm

据MB0，得

RAz(L2L3)Fa

d

FrL3FQ(L1L2L3)0 2

RAz

FrL3FQ(L1L2L3)

L3L2

RAz3843.6N



42953.52017.2（53.553.585.5）

53.553.5

3843.6N

据Z0，得

RBzFrFQRAz4292017.23843.61397.4N 受力简图如图（b） 4.2.3作弯矩图 1）垂直面弯矩MY图

A点

MAy0NmmC点

MCyRAyL3589.553.50.315105Nmm 垂直面弯矩图如图（c） 2）水平面弯矩MZ图

A点

MAzFQL12017.285.51.725105NmmC点

MCzFQL1L2RAzL2

2017.285.553.53843.653.50.748105Nmm

水平面弯矩图如图（d）

3）合成弯矩图 A点

MM225

AAyAz1.72510NmmC点

M2，25CMCyMCz0.81210NmmRBz1397.4N

MAy0Nmm MCy

0.315105

Nmm

MAz

1.725105

Nmm

MCz

0.748105

Nmm

MA

1.725105

Nmm

MC

0.812105

Nmm

合成弯矩图如图（e） 4.2.4作转矩图

TFt

d

39590Nmm2T39590Nmm

转矩图如图（f） 4.2.5作当量弯矩图

该轴单向工作，转矩按脉动循环应力考虑，取0.6

当量弯矩

MM2(T)2

D点

2

MMDMD(T)2T0.639590

D

550.23810Nmm0.23810Nmm

A点

2

MAMA(T)2(1.725105)2(0.639590)2

MA

1.74110Nmm

5

1.74110Nmm

5

C点左

2MCMC(T)2(0.812105)2(0.639590)2

MC

0.84610NmmCM

0.81210Nmm

55

0.84610Nmm

5

C点右

2

CMCM(T)2(0.812105)20.812105Nmm

当量弯矩图如图（g） 4.2.6校核轴的强度

由以上分析可见，A点弯矩值最大，C点有键槽，而D点轴径最小，所以该轴危险断面是A点、C点和D点所在剖面。

查表13-1(教材P218)得b650MPa 查表13-2(教材P224)得[b]160MPa。 A点轴径

dAMA0.1b

5

1.7411030.7mm

0.160

1

该值小于原设计该点处轴的直径45mm,安全。

C点轴径

dMCC0.110b

0.8465

1

0.160

24.2mm

考虑键槽影响，有一个键槽，轴径加大5%。

dC24.2(10.05)25.4mm。

该值小于原设计该点处轴的直径48mm,安全。

D点轴径

dMDD0.123800

0.160

15.8mm

b

1

考虑键槽影响，有一个键槽，轴径加大5%。

dD15.8(10.05)16.6mm。

该值小于原设计该点处轴的直径35mm,安全。

5. 滚动轴承的选择及其寿命验算

5.1低速轴轴承

1）选定轴承类型及初定型号 深沟球轴承（GB/T276-1994），型号6209： 查表得C24.5kN，Cr17.5kN。 2）计算径向支反力

R22

21RAYRAZ589.53843.623889NRR222BYRBZ589.521397.421517N 取PR13889N 3）校核轴承寿命

6

3

L10h60nftCfpP631012450060286.41.2388914550h10000h

故满足轴承的寿命要求。

5.2高速轴轴承

1）选定轴承类型及初定型号

R13889NR21517NLh14550h

深沟球轴承（GB/T276-1994），型号6208： 查表得C22.8kN，Cr15.8kN

2）计算径向支反力

11

RAyRByFt1179589.5N

22

11

RAzRBzFr429214.5N

22

22

R1RAYRAZ589.52214.52627NR1627N 22R2RBYRBZ589.52214.52627NR2627N

取P627NP627N

3）校核轴承寿命

36fC1010122800tLhL48309960960h 60nfP1.2627hp

483099h10000h

故满足轴承的寿命要求。

6

3

6. 键联接的选择和验算

6.1减速器大齿轮与低速轴的键联接

1）键的材料、类型

键的材料选用45钢，选用A型普通平键。 2）确定键的尺寸

根据轴径d48mm，齿轮轮毂长b56mm，查表(P103)确定键的尺寸为：

b14mm,h9mm,L45mm

3）验算键的挤压强度

键和轴的材料为钢，轮毂材料为45钢，所以按钢校核键连接的挤压强度。查表9-7(教材P135)，得许用挤压应力

100MPa

p

键的计算长度lLb451431mm，由下式得

4T4127380p38MPap100MPa

dhl48931

该键安全。所以选键14×45 GB/T1096-1990。



学院 班级

6.2小链轮与减速器低速轴轴伸的联接

1）键的材料、类型

键的材料选用45钢，选用A型普通平键。 2）确定键的尺寸

根据轴径d35mm，链轮轮毂长b54mm，查表(P103)确定键的尺寸为：

b10mm,h8mm,L45mm

3）验算键的挤压强度

键和轴的材料为钢，轮毂材料为45钢，所以按钢校核键连接的挤压强度。查表9-7(教材P135)，得许用挤压应力

100MPa

p

键的计算长度lLb451035mm，由下式得

4T4127380p52MPap100MPa

dhl35835

该键安全。所以选键10×45 GB/T1096-1990。



6.3联轴器与减速器高速轴轴伸的联接

1）键的材料、类型

键的材料选用45钢，选用A型普通平键。 2）确定键的尺寸

根据轴径d32mm，联轴器轴孔长b58mm，查表(P103)确定键的尺寸为：

b10mm,h8mm,L50mm

3）验算键的挤压强度

键和轴的材料为钢，联轴器材料为钢，所以按钢校核键连 接的挤压强度。查表9-7(教材P135)，得许用挤压应力

100MPa

p

键的计算长度lLb501040mm，由下式得

4T439590p15MPap100MPa

dhl32840

该键安全。所以选键10×50 GB/T1096-1990。



7. 联轴器的选择

联轴器所传递的标称扭矩：

学院 班级

P4.02

T0955040.0Nm

n0960

根据传动装置的工作条件拟选用弹性柱销联轴器(GB/T50 14-2003)查表16-1(教材P268)，取工作情况系数KA1.5

计算转矩

TcKAT1.540.060.0Nm

由表2-14-1(P114)可查得LH2号联轴器就可以满足转矩要求（Tn315NmTc60.0Nm）。但其轴孔直径（d20~35mm 不能满足电动机及减速器高速轴轴径的要求。因此重选HL3号 联轴器（Tn630NmTc60.0Nm,n5000r/minn960r/min

8. 减速器的润滑及密封形式选择

1）轴承及齿轮润滑：

根据减速器齿轮的圆周速度v3.01m/s2m/s，减速器轴承 采用飞溅润滑，根据工作环境及工作强度，查表齿轮润滑油选用工业闭式齿轮油(GB/T5903-1995)。 2）密封圈：

根据减速器的工作环境，减速器高速轴及低速轴采用内包 骨架旋轴唇形密封圈。由高速轴外伸轴直径d32mm，低速轴外伸轴直径d35mm，通过查表2-15-6(P121)，得

低速轴采用：FB 40×62×8 GB/T13871-1992 高速轴采用：FB 38×62×8 GB/T13871-1992

3）油标尺M12,材料Q235A。

6. 键联接的选择和验算

6.1减速器大齿轮与低速轴的键联接

1）键的材料、类型

键的材料选用45钢，选用A型普通平键。 2）确定键的尺寸

根据轴径d48mm，齿轮轮毂长b56mm，查表(P103)确定键的尺寸为：

b14mm,h9mm,L45mm

学院 班级

3）验算键的挤压强度

键和轴的材料为钢，轮毂材料为45钢，所以按钢校核键连接的挤压强度。查表9-7(教材P135)，得许用挤压应力

100MPa p

键的计算长度lLb451431mm，由下式得

4T4127380p38MPap100MPa dhl48931

该键安全。所以选键14×45 GB/T1096-1990。 

6.2小链轮与减速器低速轴轴伸的联接

1）键的材料、类型

键的材料选用45钢，选用A型普通平键。

2）确定键的尺寸

根据轴径d35mm，链轮轮毂长b54mm，查表(P103)确定键的尺寸为：

b10mm,h8mm,L45mm

3）验算键的挤压强度

键和轴的材料为钢，轮毂材料为45钢，所以按钢校核键连接的挤压强度。查表9-7(教材P135)，得许用挤压应力

100MPa p

键的计算长度lLb451035mm，由下式得

4T4127380p52MPap100MPa dhl35835

该键安全。所以选键10×45 GB/T1096-1990。 

6.3联轴器与减速器高速轴轴伸的联接

1）键的材料、类型

键的材料选用45钢，选用A型普通平键。

2）确定键的尺寸

根据轴径d32mm，联轴器轴孔长b58mm，查表(P103)确定键的尺寸为：

b10mm,h8mm,L50mm

3）验算键的挤压强度

键和轴的材料为钢，联轴器材料为钢，所以按钢校核键连

接的挤压强度。查表9-7(教材P135)，得许用挤压应力

100MPa p

学院 班级

键的计算长度lLb501040mm，由下式得

4T439590p15MPap100MPa dhl32840

该键安全。所以选键10×50 GB/T1096-1990。 

7. 联轴器的选择

联轴器所传递的标称扭矩：

P4.02T0955040.0Nm n0960

根据传动装置的工作条件拟选用弹性柱销联轴器(GB/T50

14-2003)查表16-1(教材P268)，取工作情况系数KA1.5

计算转矩

TcKAT1.540.060.0Nm

由表2-14-1(P114)可查得LH2号联轴器就可以满足转矩要求（Tn315NmTc60.0Nm）。但其轴孔直径（d20~35mm 不能满足电动机及减速器高速轴轴径的要求。因此重选HL3号 联轴器（Tn630NmTc60.0Nm,n5000r/minn960r/min

8. 减速器的润滑及密封形式选择

1）轴承及齿轮润滑：

根据减速器齿轮的圆周速度v3.01m/s2m/s，减速器轴承 采用飞溅润滑，根据工作环境及工作强度，查表齿轮润滑油选用工业闭式齿轮油(GB/T5903-1995)。

2）密封圈：

根据减速器的工作环境，减速器高速轴及低速轴采用内包

骨架旋轴唇形密封圈。由高速轴外伸轴直径d32mm，低速轴外伸轴直径d35mm，通过查表2-15-6(P121)，得

低速轴采用：FB 40×62×8 GB/T13871-1992

高速轴采用：FB 38×62×8 GB/T13871-1992

3）油标尺M12,材料Q235A。

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参考文献A

[1]陈良玉·2000·机械设计基础·沈阳：东北大学出版社

[2]孙德志·2006·机械设计基础课程设计·北京：科学出版社A 说明书中未标明“教材”的页码标注，均是参考文献“[1]陈良玉”标明“教材”的页码标注，均是参考文献“[2]孙德志”，特此 说明。

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