设计计算说明书
设计计算说明书（参考）
传动方案的拟定
1传动方案的分析
机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。
本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。
带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。
齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。
减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。
2传动方案的拟定
（1）工作条件：使用年限10年，每年按300天计算，单班制工作，载荷平稳。（2）原始数据：
输送带拉力F=3kN
滚筒带速V=1.6m/s
滚筒直径D=280mm
运动简图如下
1：电动机
2：带传动
3：单级圆柱齿轮减速器
4：齿轮
5：联轴器
6：滚筒
7：带式输送机
4 确定电动机型号
5总传动比：
6分配各级传动比
根据参考资料【1】P20表2-2中推荐的合理传动比范围，取V带传动比i
带
=2~4，单级
圆柱齿轮传动比范围i
齿
=3~5，则合理总传动比i
总
的范围
为i=6~20，故电动机转速的可选范围为nd=i×Nw=（6~20）
×109.19=654~2180r/min
由参考资料【1】P19表2-1选择Y系列三相异步电动机
得出以下三种符合条件的电动机
由以上电机对比及从经济上考虑，选择Y132M-47.5型电
动机
其主要参数如下
额定功率：7.5kw
满载转速：1440r/min
额定转矩：2.2
总传动比i
总
i
总
=n
电
/n
筒
=1440/109.2=13.19
（1）取i
带
=3 其符合V带传动一般传动比范围
（2）i
总
=i
齿
×i
带
故i
齿
=i
总
/i
带
=13.19/3=4.40
则i
齿
=4.4符合一般单级直齿圆柱齿轮减速器的传动比范
围。
选择Y132M-47.5型电动机
其主要参数如下
额定功率：7.5kw
满载转
速：
1440r/mi
n
额定转
矩：2.2
i
总
=
13.19
i
带
=3
i
齿
=4.4
运动参数及动力参数计算
设电动机轴为0轴
减速器高速轴为Ⅰ轴
减速器低速轴为Ⅱ轴
1计算各轴转速
（r/min）
2计算各轴的功率（KW）
3、计算各轴转矩n
=1440r/min
n
Ⅰ
=n
/i
带
=1440/3=480r/min
n
Ⅱ
=n
Ⅰ
/i
齿
=109.2r/min
P
=7.5kw
P
I
=P
×η
带
×η
带
=7.5×0.98
=7.35kw
P
II
=P
I
×η
轴承
×η
齿轮
=7.35×0.99×0.97
=7.06kw
T
=9.55P0/n0
=9550×7.5/1440
=49.74N?m
T
I
=9.55P
I
/n
I
=9550x7.35/480
=146.23N?m
T
II
=9.55P
II
/n
II
=9550x7.06/109.2
=617.43N?m
n
=1440r/min
n
Ⅰ
=480r/mi
n
n
Ⅱ
=109.2r/
min
P
=7.5kw
P
I
=7.35kw
P
II
=7.06k
w
T
==49.74
N?m
T
I
=146.23N
?m
T
II
=617.4
3N?m
传动零件的设计计算
1 皮带轮传动的设计计算（1）确定普通V 带截型
（2）确定带轮基准直径，并验算带速
（3）确定大带轮的基准直径
（4）确定带长和中心距
初定中心距
a
=600mm 带基准长度
(5) 验算小带轮包角由参考资料[2] P174表9-3得：
k
A
=1.1
P
=7.5kw
P
d
=k
A
P
=1.1×7.5=8.25kw
据P
d
=8.25kw和n
=1440r/min
由参考资料[2]P174图9-10得：
选用B型V带
d
d
=125-140mm
由参考资料[2]P175表9-4，取d
d1
=125mm
带速V：V=πd
d1
n
/60×1000
=π×125×1440/60×1000
=9.42m/s
在5~25m/s范围内，带速合适。
通常带传动的滑动系数ε=0.01~0.02，则取ε=0.02
d
d2
=i
带
d
d1
(1-ε)
=3×100×（1-0.02）
≈375mm
查参考资料[2]P174表9-4取标准值d
d2
=400mm
L
d0
=2a
+π(d
d1
+d
d2
)/2+(d
d2
-d
d1
)2/4a
=2×600+π(125+400) /2+(400-125)2/4×600
=2055.76mm
根据参考资料[2]P178表9-8选取标准值L
d
=2240mm
确定中心距
a≈a
+(L
d
-L
d0
)/2
=600+(2240-2055.76)/2
=692mm
α1=180°-57.30°×(d d2-d d1)/a
=180°-57.3°×(400-125)/692
=157.2°
选用B型
V带
d
d1
=125mm
带速合适
d
d2
=400mm
L
d0
=2055.
76mm
a=692mm
α1=157.2
°＞
120°，故
小带轮符
合设计要
求。
6）确定
带的根
数。
7）单根V 带的拉力。
(8)作用在轴上的力
2齿轮传动的设计计算（1）选择齿轮材料与热处理：
(2)按齿面接触疲劳强度设计
许用接触力[δ
H
] 齿宽系数ψd
据d
d1
和
n
1
，查参考资料[2]P176表9-5得P1=2.1kw
i≠1时单根V带的额定功率增量.据带型及i
带
查参考资
料[2]P177表9-6得△P
1
=0.46kw
查参考资料[2]P178表9-7，得Kα=0.94；
查参考资料[2]P178表9-8,得K
L
=1.0
Z= P
d
/[(P
1
+△P
1
)KαK
L
]
=8.25/[(2.1+0.46) ×0.94×1.0]
=3.4
取Z=4根
查参考资料[2]P170表9-1取q=0.17kg/m
则F
=500[(2.5/Ka)-1](Pd/ZV)+qV2
=500[（2.5/0.94）-1] [8.25/（4×9.42 ）]
+0.17×9.422
=196.78 N?m
F
Q
=2ZF
sin(α
1
/2)
=2×4×196.78 sin(α
1
/2)
=610.04N
所设计齿轮传动属于闭式传动，通常齿轮采用软齿面。
查阅参考资料[2]P200表11-3，选用价格便宜便于制造的
材料，小齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度230HBS；
大齿轮材料也为45钢，正火处理，硬度为200HBS；
精度等级：
查阅参考资料[2]P201表11-5运输机是一般机器，速度
不高，故选8级精度。
α1=157.2°＞120°，故小带轮符合设计要求。
按中等质量查参考资料[2]P200表11-3得
[δ
H
]=520Mpa
单级齿轮减速器中齿轮相对轴承呈对称布置，由于是软齿
面的闭式齿轮传动，查参考资料[2]P200表11-4，选取
Z=4根
F
=196.78
N?m
F
Q
=610.04
N
小齿轮材
料为45
钢，调质，
齿面硬度
230HBS；
大齿轮材
料也为45
钢，正火
处理，硬
度为
200HBS；
8级精度
[δ
H
]=520Mpa
材料弹性系数Z
E
载荷系数K
按齿面接触强度疲劳强度设计
①选择齿轮齿数、模数
②计算主要几何尺寸
(3)校核齿根弯曲疲劳强度
①计算齿根弯曲许用应力ψd=1.0
查参考资料[2]P204表11-7，材料弹性系数Z
E
=189.8
查参考资料[2]P203表11-6，取K=1.5
u=i
齿
=4.4
计算小轮直径d
1
d1≥ 32
1
2
E
/)1
(
KT
)
(3.52Z u
H
u
d
ψ
σ
+
=32
24.4
1
520
/)1
4.4(
23
.
146
5.1
)8.
52189
.3(?
?
+
?
?
=76.3mm
取小齿轮齿数z
1
=24
则大齿轮齿数z
2
=z
1
i=24×4.4=105.6
取标准值z
2
=106
齿轮模数m=d
1
/z
1
=76.3/24=3.188
参考资料[2]P193表11-1，取标准模数m=4mm
分度圆
d1=mz1=4×24=96mm
d2=mz2=4×106=424mm
中心距
a=m(z1+z2)/2=4×(24+106)/2=260mm
齿宽
b=ψ
d
d
1
=1.0×106=106mm
取b
2
=106mm
b
1
=b
2
+(5～10)
取b
1
=114mm
按中等质量查参考资料P200[2]表11-3得
[ζF
1
]=310Mpa
[ζF
2
]=290Mpa
查参考资料[2]204表11-8得
Y
F1
=2.68
Y
F2
=2.18
Y
S1
=1.59
Y
S2
=1.8
ζF1=
1
2
1
1
1
2
z
bm
Y
Y
KT
S
F
=
24
4
106
59
.1
68
.2
23
.
146
5.1
2
2?
?
?
?
?
?
=45.9N/mm2
ζF2=ζF1
1
1
2
2
S
F
S
F
Y
Y
Y
Y
ψd=1.0
Z
E
=189.8
K=1.5
d1≥76.3
mm
z
1
=24
z
2
=106
m=4mm
d1=96mm
d2=424mm
a=260mm
b
2
=106mm
b
1
=114mm
[ζ
F
1
]=310Mp
a
[ζ
F
2
]=290Mp
a
ζF1
=45.9N/m
m2
ζF2=42.3
N/mm2
②验算齿根弯曲应力
(4)计算齿轮的圆周速度V 计算圆周速度
=68.3×
59.168.218.28.1??
=42.3 N/mm 2 由于ζF 1＜[ζF 1] ζF 2＜[ζF 2]，故满足齿根弯曲强度要求，设计合理
V=
100060πn 11?d =1000
6096
480???π=2.4m/s
因为V ＜6m/s ，故取8级精度合适． 由上可得，齿轮设计合理。
确定有关参数如下： 传动比i 齿=4.4 小齿轮齿数z 1=24 大齿轮齿数z 2=106 中心距a=260mm i 齿=4.4 a=260mm z 2=106 z 1=24
满足弯曲强度要求，设计合理。
V=2.4m/s 齿轮设计 合理
从动齿轮工作图（参考）
图中所标注的尺寸需按要求计算
总结
通过为期将近一周的没日没夜的课程设计过程，反复的修改设计，终于完成了一级闭式圆柱齿轮减速器的设计过程，现在写起心得总结的时候真的是颇有感慨啊，在李雪梅老师刚开始在课堂上和我们说我们要做课程设计的时候，觉得课程设计是怎么一回事都不知道，似乎离我好遥远，我不认识它，它更不认识我一样，似乎感觉这么庞大的工程我是不可能做得出来的，但是迫于考试等等原因，我们当然很清楚这是我们必须要经历的一个过程。所以刚开始时候真的可以用举步维艰来形容了。
设计计算手稿部分，大坐标纸草图，对最后画大图纸很重要！
和上个学期画的一张大图不一样的明显感觉就是任务量超级多了。刚开始就是需要手稿的一份设计计算说明书部分，其中对电动机、齿轮、还有轴和轴承的设计不用说了，翻看了好多教材终于稍微明白了点事怎么设计出来的，设计计算说明部分真的是很重要的一个环节，在现在画好了大图纸之后越发觉得那份手稿的计算说明书部分是多么的重要，在画大图纸的俯视图的过程中，我就是因为当时的轴设计出现了一点小问题，第四阶的轴端设计的长度偏小了点，导致大齿轮卡在键槽里面的长度不够，不得以又重新擦掉刚画好的轴，并且重新对轴进行设计计算。坐标纸草图的重要性也不亚于计算手稿部分，刚开始接到图纸的时候都是大吃一惊啊，这么庞大的工作量！两张大的，两张小的，外加一份6000~8000字的设计说明书，天啊，疯了~~~但是现在回头想想，如果没有画好草图，很多尺寸都是定不下来的，就比如说最基本的箱体整体的结构设计，通过查表根据两根轴之间的中心距来确定下来了大概范围，在坐标纸上简要画出来就为画那张最后的大图纸节省下来很多时间，在这次课程设计的几天时间里，也常问问老师出现的问题，好进一步改进。在画草图的时候老师还和我们特别强调了轴系结构的画法，还有齿轮啮合时候，什么时候才能选齿轮轴都是有条件限制的，不是想当然就画出来，得有理有据才行。
对工具书的使用和查阅：在设计过程中，我们用到了大量的经验公式以及大量取范围值的数据，需要我们翻阅大量的工具书来进行自己设计计算，这让我们这些一直在给定精确公式及数值下学习的我们顿时感到非常的艰辛，取值时往往犹豫不决，瞻前顾后，大大减慢了我们的设计速度。与此同时，我们也发觉到，对工具书使用的不重视是一个非常严重的错误，这也是对我们今后工作中自我学习的一次良好警告。其实画好的减速器装臵上的每一个零部件都是有表可查的。哪怕是一个小小的螺钉。
细节决定成败：这是在设计的后期过程中体会到的，在设计基本完成后的检查过程中发现有的细节甚至有致命的错误，会将自己在整个设计中的认真全部否决，就是老师反复强调了多次的端盖和轴承的那个部分画图时候要特别注意不要卡到的地方结果还是没有注意，都已经全部加粗和标注好了之后，同学发现了此处错误，不得已又全改过一次，觉得浪费了很多时间。各种细节的完善都是对自己在本次设计过程中所付出的努力的一种肯定，这是对我今后的学习工作的一次实战训练。
通过本次设计我对减速器的工作原理以及各种工作机构有了很全面的认识，更对机械传动中的电动机、齿轮、轴、轴承、联轴器、键、箱体等都很做了认真的分析计算和选取，是对一个机械学习者的初次挑战，整个设计过程中每个人都是很辛苦的，但它是对今后学习生活的一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解
决问题的能力，而且在做完此次课设之后第一次觉得在大学期间这么有成就感，对自己整体的观念的培养和各种工具书的使用等都有所突破，我想这都是这次设计过程收获最大的地方。
参考文献
汤慧瑾主编《机械零件课程设计》——高等教育出版社1990年
常新中主编《机械设计》——清华大学出版社
《机械制图》教材第五版——高等教育出版社