机械设计试卷及答案

机械设计课程设计说明书

设计题目：单级斜齿圆柱齿轮传动设计+链传动

系 别：机械工程系

专业班级：2002机本

学生姓名：xxx

指导老师：xxx

完成日期：2004年12月12日

邵 阳 学 院

（七里坪校区）

目录

一． 设计任务书

二． 前言

三． 运动学与动力学计算

1． 电动机的选择计算

2． 各级传动比的分配

3． 计算各轴的转速，功率及转矩，列成表格

四． 传动零件设计计算

五． 齿轮的设计及计算

六． 轴与轴承的计算与校核

七． 键等相关标准键的选择

八． 减速器的润滑与密封

九． 箱体的设计

十． 设计小结

十一． 参考资料

机械设计课程设计任务书

设计题目：单级斜齿圆柱齿轮传动设计＋链传动

原始数据：

F=2500N　　　F：输送带拉力；

V=1.5m/s　　　V：输送带速度；

D=400mm D：滚筒直径。

设计工作量：

1． 设计说明书一份

2． 二张主要零件图（CAD）

3． 零号装配图一张

工作要求：

输送机连续工作，单向提升，载荷平衡两班制工作，使用年限10年，输送带速度允许误差为±5%。

运动简图：（见附图）

二．前言

分析和拟定传动方案

机器通常由原动机、传动装置和工作装置三部分组成。传动装置用来传递原动机的运动和动力、变换其运形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置的传动方案是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。

满足工作装置的需要是拟定传动方案的基本要求，同一种运动可以有几种不同的传动方案来实现，这就是需要把几种传动方案的优缺点加以分析比较，从而选择出最符合实际情况的 一种方案。合理的传动方案除了满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。

所以拟定一个合理的传动方案，除了应综合考虑工作装置的载荷、运动及机器的其他要求外，还应熟悉各种传动机构的特点，以便选择一个合适的传动机构。因链传动承载能力低，在传递相同扭矩时，结构尺寸较其他形式大，但传动平稳，能缓冲吸振，宜布置在传动系统的高速级，以降低传递的转矩，减小链传动的结构尺寸。故本文在选取传动方案时，采用链传动。

众所周知，链式输送机的传动装置由电动机、链、减速器、联轴器、滚筒五部分组成，而减速器又由轴、轴承、齿轮、箱体四部分组成。所以，如果要设计链式输送机的传动装置，必须先合理选择它各组成部分，下面我们将一一进行选择。

三．运动学与动力学的计算

第一节 选择电动机

电动机是常用的原动机，具体结构简单、工作可靠、控制简便和维护容易等优点。电动机的选择主要包括选择其类型和结构形式、容量（功率）和转速、确定具体型号。

（1） 选择电动机的类型：

按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。

（2） 选择电动机的容量：

工作所需的功率：

Pd = Pw/η

Pw = F*V/（1000ηw）

所以： Pd = F*V/（1000η*ηw）

由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机的效率）为

η*ηw = η1*η2*η2*η3*η4*η5*η6

式中η1、η2、η3、η4、η5、η6分别为齿轮传动、链传动、联轴器、卷筒轴的轴承及卷筒的效率。

取η1 = 0.96、η2= 0.99、η3 =0.97、η4 = 0.97、η5 = 0.98、η6 = 0.96 ，则：

η*ηw = 0.96×0.99×0.99×0.97×0.97×0.98×0.96 =0.832

所以：

Pd = F*V/1000η*ηw = 2500×1.5/(1000×0.832) kW = 4.50 kW

根据Pd选取电动机的额定功率Pw使Pm = (1∽1.3)Pd = 4.50∽5.85kW

由查表得电动机的额定功率 Pw = 7.5 kW

（3） 确定电动机的转速：

卷筒轴的工作转速为：

nw = 60×1000V/πD = 60×1000×1.5/(3.14×400) r/min = 71.66r/min

按推荐的合理传动比范围，取链传动的传动比i1 = 2 ∽ 5，单级齿轮传动比i2 = 3 ∽ 5

则合理总传动比的范围为: i = 6 ∽ 25

故电动机的转速范围为：

nd = i*nw = (6∽25)×71.66 r/min = 429.96 ∽ 1791.5 r/min

符合这一范围的同步转速有750 r/min、1000 r/min、1500 r/min ，再根据计算出的容量，由附表5.1查出有三种适用的电动机型号，其技术参数及传动比的比较情况见下表。

方 案

电动机型号

额定功率 电动机转速

r/min 传动装置的传动比

Ped/kW 同步转速 满载转速 总传动比 链 齿轮

1 YL0L-8 7.5 750 720 10.04 3 3.35

2 Y160M-6 7.5 1000 970 13.54 3.5 3.87

3 Y132M-4 7.5 1500 1440 20.01 3.5 5.72

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及链传动和减速器的传动比，可知方案3比较适合。因此选定电动机型号为Y160M-6,所选电动机的额定功率Ped = 7.5 kW，满载转速nm = 970 r/min ，总传动比适中，传动装置结构紧凑。所选电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如下表所示。

中心高H 外形尺寸

L×(AC/2+AD)×HD 底脚安装尺寸

A×B 地脚螺栓孔直径 K 轴伸尺寸

D×E 装键部位尺寸 F×GD

160 600×417×385 254×210 15 42×110 12×49

第二节 计算总传动比并分配各级传动比

电动机确定后，根据电动机的满载转速和工作装置的转速就可以计算传动装置的总传动比。

（1） 计算总传动比：

i = nm/nw = 970/71.66 = 13.54

（2） 分配各级传动比：

为使链传动的尺寸不至过大，满足ib<ig ,可取ib =3.5 ，则齿轮的传动比：

ig = i/ib = 10.15/ 3.5 = 3.87

（3） 计算传动装置的运动和动力参数：

各轴的转速

nΙ= nm/ib = 970/3.87 = 250.65 r/min

nΠ= nΙ/ig = 250.65/3.5 = 71.62 r/min

nw = nΠ = 71.62 r/min

各轴的功率

PΙ= Pm*η1 = 7.5×0.96 = 7.2 kW

PΠ=PΙ*η2 *η3 = 7.2×0.99×0.97 =6.914 kW

Pw = PΠ*η2*η4 = 6.914×0.99×0.97 = 6.64 kW

(4 ) 各轴的转矩

电动机的输出轴转矩 Td

Td = 9550×Pm/nm =9550×7.5/970 = 73.84 Nm

其他轴转矩

TΙ= 9550×PΙ/nΙ = 9550×7.2/250.65 = 274.33 Nm

TΠ= 9550×PΠ/nΠ= 9550×6.914/71.62 = 921.93Nm

Tw = 9550×Pw/nw = 9550×6.64/71.62= 885.34 Nm

第三节 各轴的转速，功率及转矩，列成表格

参 数 轴 名

电动机轴 Ι 轴 Π 轴 滚筒轴

转 速 970 250.65 71.62 71.62

功 率 7.5 7.2 6.914 6.64

转 矩 73.84 274.33 921.93 885.34

传动比 3.87 3.5 1

效 率 0.96 0.99 0.97

四、传动零件的设计计算

链传动是由链条和链轮构成，链条由许多链节构成，带齿的大，小轮安装在两平行轴上。链传动属于啮合运动优点有：1）传动比准确，传动可靠，张紧力小，装配容易，轴与轴承的载荷较小，传动的效率较高，可达98%；2）与齿轮传动比较有较大的中心距；3）可在高温和润滑油环境工作，也可用于多灰尘的环境。

下面就是改链传动零件的计算：

计算项目 计算内容 计算结果

1确定设计功率

2选择链的型号 根据传递的功率P、载荷的性质和每天工作的时间等确定设计功率

Pc = KA×P = 1×7.2= 7.2 kW

1．确定链轮齿数z1 , z2

因为小链轮的转速为250.65r/min,假定链速.0.6~3,希望结构紧凑，由（教材）选取小链轮齿数z1 = 17；从动大链轮齿数z2 =i×z1 =3.5×17 =59.5(z2 < 120，合适)

取整数 z 2= 60

2．确定链条链节数Lp

初定中心距a0 = 40p , 则链节数

Lp = 2a0/p+(z1+z2)/2+ p/a0*[(z2 – z1)/(2π)]2 = 119.7（节）

取Lp =120

节

3．计算单排链所能传递的功率P0及链节距p

由教材可知，单跟链传递功率P0 ≥ Pca/(Kz*KL*Kp)

由图5-29，按小链轮转速估计，链工作在功率曲线的右侧，由表5-16 Kz = =0.85

KL ==1.1 单排链Kp=1

P0 ≥ 7.2Kw/(0.85*1.1*1)=7.70Kw

根据小链轮转速n1 = 250.65 r/min 及功率P0 = 7.70 kW，由图5-29查得可选链16A，由表5-13可查得P=25.40mm 同时也证实原估计链工作在额定功率曲线凸峰右侧是正确的。

4．确定链中心距a

a= [( - )+ ]=1020 mm

中心距调整量△a≥2p=50.8mm

实际中心距a1=a-△a=1020-50.8=969.2mm

5.验证链速

v=n1*z1*p/(60*1000)=250.65*17*25.4/(60*1000)=1.81m/s

与原估计链速相符。

6．验算小链轮毂孔dk

查《机械设计基础课程设计指导书》的附表5.3知电动机轴径D=45mm；查表13-4查得小链轮毂孔许用最大直径dmax=51mm，大于电动机轴径，合适。

7. 作用在轴上的压力Q

圆周力F=1000*P/V=1000*7.2/1.81=3977.9N

按水平布置取压力系数KQ*F=4972.4N

齿轮传动是应用最广泛的一种传动形式。其传动的主要优点是：传递的功率大（可达100000kW以上）、速度范围广、效率高、工作可靠、寿命长、结构紧凑、能保证恒定，齿轮的设计主要围绕传动平稳和承载能力高这两个基本要求进行的

Pc =7.2 kW

z1 = 17

z 2= 60

Lp =120 节

Pc = 7.2 kW

P0 =7.70kw

p=25.40mm

a= 1020mm

V=1.81m/s

D=45mm

=

51mm

F=3977.9N

七． 键等相关标准键的选择

八． 减速器的润滑与密封

九． 箱体的设计

十． 设计小结

十一． 参考资料

机械设计课程设计任务书

设计题目：单级斜齿圆柱齿轮传动设计＋链传动

原始数据：

F=2500N　　　F：输送带拉力；

V=1.5m/s　　　V：输送带速度；

D=400mm D：滚筒直径。

设计工作量：

1． 设计说明书一份

2． 二张主要零件图（CAD）

3． 零号装配图一张

工作要求：

输送机连续工作，单向提升，载荷平衡两班制工作，使用年限10年，输送带速度允许误差为±5%。

运动简图：（见附图）

二．前言

分析和拟定传动方案

机器通常由原动机、传动装置和工作装置三部分组成。传动装置用来传递原动机的运动和动力、变换其运形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置的传动方案是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。

满足工作装置的需要是拟定传动方案的基本要求，同一种运动可以有几种不同的传动方案来实现，这就是需要把几种传动方案的优缺点加以分析比较，从而选择出最符合实际情况的 一种方案。合理的传动方案除了满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。

所以拟定一个合理的传动方案，除了应综合考虑工作装置的载荷、运动及机器的其他要求外，还应熟悉各种传动机构的特点，以便选择一个合适的传动机构。因链传动承载能力低，在传递相同扭矩时，结构尺寸较其他形式大，但传动平稳，能缓冲吸振，宜布置在传动系统的高速级，以降低传递的转矩，减小链传动的结构尺寸。故本文在选取传动方案时，采用链传动。

众所周知，链式输送机的传动装置由电动机、链、减速器、联轴器、滚筒五部分组成，而减速器又由轴、轴承、齿轮、箱体四部分组成。所以，如果要设计链式输送机的传动装置，必须先合理选择它各组成部分，下面我们将一一进行选择。

三．运动学与动力学的计算

第一节 选择电动机

电动机是常用的原动机，具体结构简单、工作可靠、控制简便和维护容易等优点。电动机的选择主要包括选择其类型和结构形式、容量（功率）和转速、确定具体型号。

（1） 选择电动机的类型：

按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。

（2） 选择电动机的容量：

工作所需的功率：

Pd = Pw/η

Pw = F*V/（1000ηw）

所以： Pd = F*V/（1000η*ηw）

由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机的效率）为

η*ηw = η1*η2*η2*η3*η4*η5*η6

式中η1、η2、η3、η4、η5、η6分别为齿轮传动、链传动、联轴器、卷筒轴的轴承及卷筒的效率。

取η1 = 0.96、η2= 0.99、η3 =0.97、η4 = 0.97、η5 = 0.98、η6 = 0.96 ，则：

η*ηw = 0.96×0.99×0.99×0.97×0.97×0.98×0.96 =0.832

所以：

Pd = F*V/1000η*ηw = 2500×1.5/(1000×0.832) kW = 4.50 kW

根据Pd选取电动机的额定功率Pw使Pm = (1∽1.3)Pd = 4.50∽5.85kW

由查表得电动机的额定功率 Pw = 7.5 kW

（3） 确定电动机的转速：

卷筒轴的工作转速为：

nw = 60×1000V/πD = 60×1000×1.5/(3.14×400) r/min = 71.66r/min

按推荐的合理传动比范围，取链传动的传动比i1 = 2 ∽ 5，单级齿轮传动比i2 = 3 ∽ 5

则合理总传动比的范围为: i = 6 ∽ 25

故电动机的转速范围为：

nd = i*nw = (6∽25)×71.66 r/min = 429.96 ∽ 1791.5 r/min

符合这一范围的同步转速有750 r/min、1000 r/min、1500 r/min ，再根据计算出的容量，由附表5.1查出有三种适用的电动机型号，其技术参数及传动比的比较情况见下表。

方 案

电动机型号

额定功率 电动机转速

r/min 传动装置的传动比

Ped/kW 同步转速 满载转速 总传动比 链 齿轮

1 YL0L-8 7.5 750 720 10.04 3 3.35

2 Y160M-6 7.5 1000 970 13.54 3.5 3.87

3 Y132M-4 7.5 1500 1440 20.01 3.5 5.72

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及链传动和减速器的传动比，可知方案3比较适合。因此选定电动机型号为Y160M-6,所选电动机的额定功率Ped = 7.5 kW，满载转速nm = 970 r/min ，总传动比适中，传动装置结构紧凑。所选电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如下表所示。

中心高H 外形尺寸

L×(AC/2+AD)×HD 底脚安装尺寸

A×B 地脚螺栓孔直径 K 轴伸尺寸

D×E 装键部位尺寸 F×GD

160 600×417×385 254×210 15 42×110 12×49

第二节 计算总传动比并分配各级传动比

电动机确定后，根据电动机的满载转速和工作装置的转速就可以计算传动装置的总传动比。

（1） 计算总传动比：

i = nm/nw = 970/71.66 = 13.54

（2） 分配各级传动比：

为使链传动的尺寸不至过大，满足ib<ig ,可取ib =3.5 ，则齿轮的传动比：

ig = i/ib = 10.15/ 3.5 = 3.87

（3） 计算传动装置的运动和动力参数：

各轴的转速

nΙ= nm/ib = 970/3.87 = 250.65 r/min

nΠ= nΙ/ig = 250.65/3.5 = 71.62 r/min

nw = nΠ = 71.62 r/min

各轴的功率

PΙ= Pm*η1 = 7.5×0.96 = 7.2 kW

PΠ=PΙ*η2 *η3 = 7.2×0.99×0.97 =6.914 kW

Pw = PΠ*η2*η4 = 6.914×0.99×0.97 = 6.64 kW

(4 ) 各轴的转矩

电动机的输出轴转矩 Td

Td = 9550×Pm/nm =9550×7.5/970 = 73.84 Nm

其他轴转矩

TΙ= 9550×PΙ/nΙ = 9550×7.2/250.65 = 274.33 Nm

TΠ= 9550×PΠ/nΠ= 9550×6.914/71.62 = 921.93Nm

Tw = 9550×Pw/nw = 9550×6.64/71.62= 885.34 Nm

第三节 各轴的转速，功率及转矩，列成表格

参 数 轴 名

电动机轴 Ι 轴 Π 轴 滚筒轴

转 速 970 250.65 71.62 71.62

功 率 7.5 7.2 6.914 6.64

转 矩 73.84 274.33 921.93 885.34

传动比 3.87 3.5 1

效 率 0.96 0.99 0.97

四、传动零件的设计计算

链传动是由链条和链轮构成，链条由许多链节构成，带齿的大，小轮安装在两平行轴上。链传动属于啮合运动优点有：1）传动比准确，传动可靠，张紧力小，装配容易，轴与轴承的载荷较小，传动的效率较高，可达98%；2）与齿轮传动比较有较大的中心距；3）可在高温和润滑油环境工作，也可用于多灰尘的环境。

下面就是改链传动零件的计算：

计算项目 计算内容 计算结果

1确定设计功率

2选择链的型号 根据传递的功率P、载荷的性质和每天工作的时间等确定设计功率

Pc = KA×P = 1×7.2= 7.2 kW

1．确定链轮齿数z1 , z2

因为小链轮的转速为250.65r/min,假定链速.0.6~3,希望结构紧凑，由（教材）选取小链轮齿数z1 = 17；从动大链轮齿数z2 =i×z1 =3.5×17 =59.5(z2 < 120，合适)

取整数 z 2=第一节 选择