智能交通灯的毕业设计

太原科技大学
毕业设计（论文）任务书化学与生物工程学院机电一体化专业10级3班设计人（作者）：徐今
同组人：徐今吉武师海斌韩志刚
王煜贺斌兰晓江邢超斌一．毕业设计（论文）题目: 智能交通灯
二．原始数据（材料）：
（1）单片机LED灯显示设计
（2）用实验室模块演示
（3）软件protus仿真演示
（4）亚龙实验平台
目录
摘要------------------------------------1 AT89C51单片机简介----------------------2
一、设计目的---------------------------4
二、设计目标---------------------------4
三、设计任务---------------------------5
四、设计内容---------------------------6 （1）指示灯燃亮的状态----------------------6（2）设计并绘制硬件电路图。

-------------7（3）设计程序流程图---------------------8（4）编程-------------------------------9
五、交通管理方案----------------------10
六、结束语----------------------------11
七、参考文献--------------------------13
摘要
交通在人们生活中占有重要地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。

交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量，提高道路通行能力，减少交通事故，有明显的效果。

近年来，随着科技的飞速发展，单片机的应用不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新和自动控制的单片机应用系统中。

单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。

本系统采用单片机AT89C51为中心器件，来设计交通灯控制器系统实用性强，操作简单，扩展性强。

本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示。

本设计系统由单片机I/O口扩展系统、交通灯状态显示系统、复位电路等其它部分组成。

较好的模拟实现了十字路口可能出现的交通情况。

关键字：电子线路、AT89C51、交通灯
AT89C51简介
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

外形及引脚排列如图所示：
AT89C51外形及引脚排列
主要特性：
·与MCS-51 兼容
·4K字节可编程FLASH存储器
·寿命：1000写/擦循环
·数据保留时间：10年
·全静态工作：0Hz-24MHz
·三级程序存储器锁定
·128×8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
特性概述:
AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式
停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

一、设计目的
（1）加强对单片机和汇编语言的认识，充分掌握和理解设计的各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。

（2）用单片机模拟实现具体应用，使个人设计能够真正使用。

（3）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人能力，并在实践中锻炼。

（4）提高利用已学知识，分析和解决问题的能力。

（5）提高实践动手能力。

二、设计目标
东西、南北两干道交与十字路口，各干道均有一组红、绿、黄指示灯，指挥车辆和行人安全通行，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮提醒人们红绿灯的状态即将切换，
且黄灯亮的时间为东西、南北两干道的公共停车时间。

城市主干道与次干道平交十字路口使用的交通灯。

主干道绿灯亮1分钟（此时次干道红灯亮）后，主干道绿灯闪烁5次，绿灯灭，黄灯亮5秒钟后，红灯亮，同时次干道红灯灭，绿灯亮。

次干道绿灯40秒后，绿灯闪烁5次，绿灯灭，黄灯亮5秒钟后，红灯亮，同时次干道红灯灭，绿灯亮。

三、设计任务
采用单片机AT89C51芯片，四个方向，共有黄绿红12个交通灯。

1、编写程序，画流程图。

2、Proteus软硬件仿真。

4个方向，共有黄绿红12（硬件用6个）个交通灯。

黄绿红12个发光二极管来模拟12个交通灯。

3、用keil和medwin软件分别生成hex文件。

4、实验室硬件调试通过。

5、撰写毕业论文一份。

6、软件仿真时要求文件夹建立在电脑的F盘中。

四、设计内容
（1）指示灯燃亮的状态
（2）设计并绘制硬件电路图。

交通灯管理系统电路原理图（3）程序设计流程图
（4）写程序并将调试好的程序固化到单片机中。

LED EQU P2
ORG 0000H
LJMP START
ORG 0030H
START: MOV SP,#60H
S0: MOV A,#00100001B ；主干道绿灯，次干道红灯
MOV LED,A
MOV R0,#3CH ；重复调用60次
LCALL DELAY ；调用延时1s
S1: MOV R3,#05H
FLASH: MOV A,#00100001B ；主干道绿灯闪5次
MOV LED,A
MOV R2,#05H
LCALL DELAY ；调用延时
MOV A,#00000001B
MOV LED ,A
MOV R2，#50H LCALL DELAY ；调用延时
DJNZ R3,FLASH ；看是否循环5次
S2: MOV A,#01000001B ；主干道黄灯亮
MOV LED,A
MOV R0,#05H
LCALL DELAY ；调用延时5s
S3: MOV A,#10000100B ；主红灯，次干道绿灯亮 MOV LED,A
MOV R0,#28H ；重复调用延时40次
LCALL DELAY
S4: MOV R3,#05H ；主红灯，次绿灯闪5次FLASH1 :MOV A,#10000100B
MOV LED,A
MOV R2,#05
LCALL DELAY
MOV A,#10000000B
MOV LED,A
MOV R2,#05H
LCALL DELAY
DJNZ R3,FLASH1 ；看是否循环5次
S5: MOV A,#10000010B ；主红灯，次干道黄灯亮 MOV LED,A
MOV R0,#05H
LCALL DELAY ；调用延时5s
S6: MOV A,#00100001B ；主绿灯，次红灯
MOV LED,A
DELAY: MOV R2,#5 ；延时子程序1s
D1: MOV R1,#0
D2: MOV R0,#0
D3: DJNZ R0,D3
DJNZ R1,D2
DJNZ R2，D1
RET
END
五、交通管理方案
交通灯控制随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注，十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全运行。

实现红绿灯的自动指挥是城市交通自动化的重要课题。

本课题利用数字电路的基本知识和设计方法，设计一个简单的交通灯控制系统要求。

交通信号灯基本原理及设计方法在一个主支干道的
十字路口，东西和南北方向各设置一个红，黄，绿三种颜色的交通灯。

红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。

由于主干道车辆较多，支干道车辆较少，所以要求主干道处于通行状态的时间要长一些，为1min；而支干道通行时间为40秒。

主、支干道黄等的时间均Proteus软件仿真。

一个单片机系统经过总体设计，完成了硬件和软件开发。

元器件安装后在系统存储器中放入编制好的应用程序，系统即可运行。

一般来说，仿真开发系统应具有如下的功能：
1）用户样机硬件电路的诊断与检查；
2）用户样机程序的输入与修改；
3）程序的运行、调试（单步运行、设置断点）、排错、状态查询功能。

六、结束语
经过三周的单片机课程设计，经历了很多也学会了很多。

本次做的是关于交通灯系统的设计，虽说交通灯在我们日常生活中很普遍的存在，我们对它似乎也很熟悉，但是等到做这个课设的时候，我才发现其实不是这样的。

刚开始实在不知道从何下手，通过认真查阅资
料，整个设计就开始有了头绪。

首先，对要设计的系统有个整体的思路，接下来画流程图这样可以对系统有个总体的认识，画完流程图就到了编写程序，在编写程序的时候才发现自己对汇编语言还需要进一步的学习和巩固，经过反复的修改终于踏入了第三步，画硬件的外部接线图，在画图的时候必须了解AT89C51芯片中各如个引脚的功能，学会怎么样去使用AT89C51这个可编程并行接口芯片，怎样去锁存地址等等。

在上学期理论学习的基础上，又下了一次苦功夫，对如何设计一个系统有了进一步的了解，巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

认识了从未接触过的Proteus单片机仿真软件，并能用它仿真处正确的结果。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处。

单片机作为我们的主要专业课之一，虽然在大三开学初
我对这门课并没有什么兴趣，觉得那些程序枯燥乏味，但在这次课程设计后我发现自己在一点一滴的努力中对单片机的兴趣也在逐渐增加。

这次单片机课程设计我们虽然只有短短一星期，但是经过这个星期的实践和坚持不懈，我还是克服了种种困难，最终完成了交通灯的单片机控制系统。

现在想来，觉得学校安排的课程设计有着它更深层的意义——通过课程设计让我们综合了学过的理论知识来运用到设计和创新之中，增强了自己的动手和实践能力，提高了自己独立思考的能力，为将来继续学习和工作打下了基础。

通过这次课程设计，我也发现了自身的很多不足之处，在以后的学习中，我会不断的完善自我。

同时，也感谢张老师和杜老师这几天的辛勤指导！
七、参考文献
【1】单片机原理与接口技术主编：李明毕万新
【2】单片机控制功能实训指导书
计算功率C P ：
C P =A K ·ed P =1.3×11=14.3kw
皮带转速1n ：1n =970r/min
选带型号：由表8.13（见教材129页）查出应选用B 型普通V 带
2、确定带轮直径，由表8.6（见教材才24页）及图8.13（见教材134页）
可选取小带轮直径：
mm d mm d d 125140min 1=>=
大带轮直径：
mm d i d d d 4201403'112=⨯==
选取标准值：2d d =425mm
3、验算带速V
s m n d v /11.71000
60970
14014.31000
601
1=⨯⨯⨯=
⨯=π
带速在5~25m/s 范围内合适
4、验算传动比'1i
实际传动比04.3140
425
121===
d d d d i 大带轮实际速度31904
.3970
11==
=i n n
计算及说明
传动比误差率：
%2.1%100323
323
31922-=⨯-=-n n n 在4±%以内，为允许值。

5、初定中心距0a 和基准带长d L
中心距0a ：)(2)(7.021021d d d d d d a d d +≤≤+
11305.3950≤≤a
初定中心距0a 为：mm a 10000=
基准带长d L ：
2
1221004)()(22a d d d d a L d d d d -+++=π
=2000+887.05+20.31
=2907.36mm
由表8.4(见教材118页)取：d L =2800mm
实际中心距：
mm mm L L a a d 5.9462
36
.290728001000200=-+=-+
≈考虑到安装调整和补偿初拉力的需要，应将中心距设计成可调式，有一定的调整范围取：
计算及说明
mm
mm L a a mm
mm L a a d d 5.1030280003.05.94603.05.9022800015.05.946015.0max min =⨯+=+==⨯-=-=
6、检验小带轮包角1α：
000
1
2017.1623.575
.946140
4251803.57180=⨯--
=⨯--
=a d d d d α 0
1120>α合适
7、确定V 带根数Z
[]()l
a c
c K K P P P P P Z 000∆+=≥
根据mm d d 1401= min /9701r n =查表8.10（见教材127页）
用内插法求得：
kw P 13.20=
功率增加0P ∆为：
⎪⎭
⎫ ⎝⎛
-=∆21011R n K P b
由表8.18、8.19（见教材132页）可得：3106494.2⨯=b K
1373.1=i K
则：
计算及说明
kw kw P 31.01373.111970106494.230=⎪⎭
⎫ ⎝⎛
-⨯⨯⨯=∆
由表8.4（见教材118页）查得：
带长度修正系数 K L =1.05
由表8.11（见教材131页）查得：
包角系数 a K =0.96
得普通V 带根数： 81.505
.196.0)31.013.2(3
.14=⨯⨯+=Z
圆整后得：Z=6根 Z<10 符合标准
8、单根V 带的初拉力F 0
由表8.6（见教材124页）查得B 型普通V 带每米长质量
q=0.171kg/m 得单根V 带的初拉力:
2015.2500qv Ka zv P F c +⎪⎭
⎫
⎝⎛-=
计算及说明
N ⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⨯+⎪⎭⎫
⎝⎛-⨯⨯=211.717.0196.05.211.763.14500 =277.46N
9、带轮轴上的压力F Q
2
sin
21
0αz F F Q =
2
7.162sin 646.27720
⨯⨯⨯=
=3291.65N
10、带轮的结构设计略 11、设计结果：
选用6根B 型普通V 带，中心距a=946.5mm ，
带轮直径mm d d 1401= mm d d 4252=，轴上压力: F Q =3291.65N
七、算齿轮传动的设计及计
1、选择齿轮材料及精度等级
小齿轮选用45钢调质，硬度为220-250HBS ；大齿轮选
用45钢正火，硬度为170-210HBS 。

因为是普通减
计算及说明
速器，由表10.21（见教材211页）选7级精度，要求齿面粗糙度m R a μ3.6~2.3≤。

2、按齿面接触疲劳强度设计
1)转矩1T
m N n P T ·22.372323
56.101055.91055.96116
1=⨯⨯=⨯= 2）载荷系数K 查表10.11（见教材192页） 取K=1.1 3）齿数Z 和齿宽系数d ψ
小齿轮的齿数Z 1取为25，则大齿轮齿数Z 2=95，因单
极齿轮传动为对称布置，而齿面又为软齿面，由表10.20（见教材210页）选取d ψ=1 4）许用接触应力[]H σ
由图10.24（见教材188页）查得： MPa H 5601lim =σ MPa H 5302lim =σ 由表10.10（见教材190页）查得: S H =1
计算及说明
()8
11006.8161055213236060⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==njLh N 88
12107.174
.41006.8⨯=⨯==i N N
查图10.27（见教材190页）得：
02.11=NT Z 12.12=NT Z []MPa MPa S H ZNT H H 2.5711
560
02.11lim 11=⨯==σσ
[]MPa
MPa S H ZNT H H 6.5931
53012.12lim 22=⨯==σσ 故
()[]
3
2
114143.76H du u KT d σ+⨯≥ 其中75.425
9512===
z z u ()[]
mm
mm du u KT d H 84.822
.57175.41)
175.4(1012.31.143.764143.7632
5
3
2
11=⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=+⨯≥σ 14.420
84.8211===z d m
由表10.3（见教材172页）取 标准模数为mm 4
计算及说明
3、主要尺寸计算：
小齿轮直径：mm mm mZ d 8020411=⨯==
大齿轮直径：mm mm mZ d 38095422=⨯==
查表10.13（见教材195页）得56.11=F Y 并用内插法解得：20.22=F Y
2>应力修正系数s Y 查表10.14教材195页）得56.11=s Y 并用内插法解得：79.12=s Y 3>许用弯曲应力 []F σ
由表10.25（见教材189页）查得：
MPa F 2101lim =σ MPa F 1902lim =σ
由表10.10（见教材190页）查得：3.1=F S 由10.26（见教材190页）查得：
89.01=NT Y 92.02=NT Y
得：齿根弯曲疲劳许用应力：
[]MPa 77.143MPa 3.1210
8.0lim 111=⨯==
F F NT F S Y σσ []MPa 46.134MPa 3
.1190
92.0lim 222=⨯==
F F NT F S Y σσ 实际齿根弯曲疲劳应力:
计算及说明 MPa Y Y z bm KT S F F ⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==56.181.22048012.3101.12225111211σ []177.143F MPa σ<= MPa Y Y Y Y S F S F F F 56
.181.279.120.254.117112212⨯⨯⨯==σσ []259.105F MPa σ≤=
得出：齿根弯曲强度校核合格
5、验算齿轮的圆周速度v
s m n d v /35.11000
603238014.31000
601
1=⨯⨯⨯=⨯=π 6、齿轮样式选择
由于： mm d 2001≤ 则小齿轮选用实体式齿轮
mm d mm 5002002≤≤ 则大齿轮选用腹板式齿轮
计算及说明
7、设计结果
八、轴的设计及计算
1、选择轴的材料，确定许用应力
由已知条件知，减速器传递的功率属中小功率，对材料
无特殊要求，故选用45钢并经调质处理，由表14.4查得：45钢并经调质处理，由表14.4查得
强度极限 MPa B 650=σ
再由表14.2得
许用弯曲应力 []MPa b 601=-σ
2、按扭转强度估算轴径
根据表14.1（见教材217页）得：
C=107~118
计算及说明
则： 3n
P C d ≥ mm mm 73.37~21.3432356.10)118~107(3
== 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器及轴上要安装齿轮，会有两个键槽存在，故将估算直径加大%10~%7，取
mm 5.41~6.33，由设计手册，取标准直径mm d 401=。

3、设计轴的结构并绘制结构草图
A ：主动轴
由于设计的是单极减速器，可将齿轮布置在箱体内
部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端和大
带轮轮毂连接。

1）确定轴上的零件的位置和固定方式 要确定轴的形状，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式。

参考图a ，确定齿轮从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩（或轴环）定位，
计算及说明
右端用套筒固定。

这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。

齿轮的周向固定采用平键连接。

轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴向用轴肩固定，周向采用过盈配合固定。

2)确定各轴段的直径如图a所示，轴段1（外伸端）直径最小，mm
d40
1=
；考虑到要对安装在轴段1上的联轴器进行定位，轴段2上应有轴肩，同时为能顺利在轴段2上安装轴承，轴段2必须满足轴承内径的标准，故取轴段2的直径2d为mm
45；用相
同的方法确定轴段3、4的直径mm
d50
3=、mm
d60
4=
；为了便于
拆卸左轴承，取mm
d50
5=。

3）确定各轴段的长度齿轮轮毂宽度为mm
85，为保证齿轮固定可靠，轴段3的长度应略短与齿轮轮毂宽度，取为mm
83；为保证齿轮端面与箱体内壁间应留有一定的间距，取该间距为mm
15；为保证轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承宽度为mm
25），并考虑轴承的润滑
计算及说明
取轴承段面距箱体内壁的距离为mm 5，所以轴段4的长度取为
mm 20，轴承支点距离L = mm 150；根据箱体结构及大带轮距轴承盖要有一定距离的要求，取mm l 52'=；取''l 为mm 60；在轴段1、3上分别加工出键槽，使两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽的长度mm 50，键槽的宽度按轴段直径手册得到。

按弯扭合成强度校核轴径
1画出轴的受力图（b ）
2作水平面内的弯矩图（c ）
支点反力为：
KN KN F F F t HB HA 9.32
8.722==== I -I 截面处的弯矩为： m N m N M H ·8.280·2
1449.3=⨯=I I I -I I 截面处的弯矩为：
m N m N M H ·05.115·5.299.3=⨯=I I
3作垂直面内的弯矩图（d ）
计算及说明
支点反力为：
支点反力为： kN kN F F F VB VA 42.12
84.22r ==== I -I 截面处的弯矩为：
m N m N M V ·5.106·2
14442.1=⨯=I I I -I I 截面处的弯矩为：
m N m N M V ·9.418·5.2942.1=⨯=I I
4作合成弯矩图（e ）
I -I 截面:
m N m N M M M V H ·300·24.1028.2802222=+=+=I I I I I -I I 截面:
m N m N M M M V H ·130·9.41805.1152222=+=+=I I I I I I 5作弯矩
图（f ）
m N P T ·2.312323
56.101055.9n 1055.9616=⨯⨯=⨯⨯= 6当量弯矩
因减速器单向运转，故可认为转矩为脉动循环变化，
修正系数α为0.6.
I -I 截面:
计算及说明 m
N m N M M ·1062.3·)3122006.0()103(T)( 52252
2e ⨯=⨯+⨯=+=I I α
I I -I I 截面: m
N m N M M ·103.2·)3122006.0()104.1(T)( 52252
2e ⨯=⨯+⨯=+=I I I I α
7确定危险截面及校核强度
由图1-1可以看出，截面I -I 、I I -I I 所受转矩相同，
但弯矩I e M >I I e M ,且轴上还有键槽，故截面I -I 可能为危险截面。

但由于轴径23d d >，故也应对截面I I -I I 进行校核。

I -I 截面：a MP W M 293
501.05
1065.31e e =⨯⨯==I I σ I I -I I 截面: a MP W M 24.25345
1.05
103.22e e =⨯⨯==I I I I σ 满足的][1b e -I ≤σσ条件，故设计的轴有足够的强度，并
有一定裕量。

8修改轴的结构
因所设计轴的强度裕度不大，此
计算及说明
轴不必再修改
B ：从动轴
1、选择轴的材料，确定许用应力
由已知条件知，减速器传递的功率属中小功率，对材料无
特殊要求，故选用
45钢并经调质处理，由表14.4查得
强度极限 MPa B 650=σ
再由表14.2得
许用弯曲应力 []MPa b 601=-σ
2、按扭转强度估算轴径
根据表14.1得：
mm c 118~107=
则： 3n
P C d ≥ mm mm 9.62~1.572.6832.10)118~107(3
== 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器及轴上要安装齿轮，会有两个键槽存在
计算及说明
故将估算直径加大7%~10%，取mm
~
61，由设计手册，
1.
69
2.。

取标准直径mm
d65
1=
由于设计的是单极减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装半联轴器。

1）确定轴上的零件的位置和固定方式要确定轴的形状，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式。

确定齿轮从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩（或轴环）定位，右端用套筒固定。

这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。

齿轮的周向固定采用平键连接。

轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴向用轴肩固定，周向采用过盈配合固定。

2)确定各轴段的直径如图a所示，轴段1（外伸端）直径
；考虑到要对安装在轴段1上的联轴器进行定位，最小，mm
d65
1=
轴段2上应有轴肩，同时为能顺利在轴段2上安装轴承，轴段2必须满足轴承内径的的标准，故取
计算及说明
轴段2的直径2d 为mm 70；用相同的方法确定轴段3、4的直径mm d 753=、mm d 804=；为了便于拆卸左轴承，取mm d 505=。

3）确定各轴段的长度 齿轮轮毂宽度为mm 80，为保证齿轮固定可靠，轴段3的长度应略短与齿轮轮毂宽度，取为mm 78；为保证齿轮端面与箱体内壁间应留有一定的间距，取该间距为
mm 15；为保证轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承宽度为mm 25）
，并考虑轴承的润滑，取轴承段面距箱体内壁的距离为mm 5，所以轴段4的长度取为mm 5.14，轴承支点距离mm l 150=；根据箱体结构及联轴器距轴承盖要有一定距离的要求，取mm l 87'=；查阅有关的联轴器手册取''l 为mm 142；在轴段1、3上分别加工出键槽，使两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽的长度比相应的轮毂宽度小约mm 10，键槽的宽度按轴段直径手册得到。

图按弯扭合 成强度校核轴径
计算及说明
1画出轴的受力图（b ） 2作水平面内的弯矩图（c ）
支点反力为：
kN kN F F F t HB HA 825.32
65.722===
=
I -I 截面处的弯矩为：
m N m N M H ·88.286·2
150825.3=⨯
=I I I -I I 截面处的弯矩为： m N m N M H ·28.103·27825.3=⨯=I I 3作垂直面内的弯矩图（d ） 支点反力为： kN kN F F F VB VA 38.12
77
.22r ===
= I -I 截面处的弯矩为：
m N m N M V ·88.103·2
150
38.1=⨯
=I I I -I I 截面处的弯矩为： m N m N M V ·395.37·2738.1=⨯=I I
4作合成弯矩图（e ） I -I 截面:
m
N m N M M M V H ·310·87.10388.286222
2=+=+=I I I
计算及说明
I I -I I 截面: m
N m N M M M V H ·120·40.371032222=+=+=I I I I I I 5作弯矩图（f ）
m
N P T ·14532
.6834
.101055.9n 1055.961
6=⨯⨯=⨯
⨯=
6当量弯矩
因减速器单向运转，故可认为转矩脉动循环，修正系数α
为0.6.
I -I 截面:
m
N m N M M ·362·)14536.0()300(T)( 222
2e =⨯+=+=I I α I I -I I 截面:
m
N m N M M ·230·)14536.0()140(T)( 222
2e =⨯+=+=I I I I α
7确定危险截面及校核强
由图1-1可以看出，截面I -I 、I I -I I 所受转矩
计算及说明
相同，但弯矩I e M >I I e M ,且轴上还有键槽，故截面I -I 可能为危险截面。

但由于轴径23d d >，故也应对截面I I -I I 进行校核。

I -I 截面：a MP W M 75.18801.0960
3
1e e =⨯==I I σ
I I -I I 截面:
a MP W M 213
751.0900
2e e =⨯==
I I I I σ 满足的[]b 1e -∏≤σσ条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定裕量。

8修改轴的结构
因所设计轴的强度裕度不大，此轴不必再修改
九、轴承的选择及校核计算
（1）轴承选择
主动轴上选用6309型深沟球轴承，尺寸：d ×D ×B=45
×100×25
基本额定动载荷：kW C r 8.52][= 从动轴上选用6215型深沟求轴承，
计算及说明
尺寸：
d ×D ×B=75×130×25
基本额定动载荷：kW C r 0.66][=
（2）轴承的校核
选择主动轴上的一对深沟球轴承6309型进行校核轴承
上的纯径向载荷：
r F KN KN H F VA HA 15.442.19.32222=+=+=
1）当量动载荷：查表15.12（见教材295页）得3.1=p f 则 KW f F P p r 4.55.43.1=⨯=⨯=
2）给定转速下的工作小时数： h L h 41600161052510=⨯⨯⨯= 查表15.14（见教材296页）得
1=T f
3）径向额定动载荷r C ：
[]ε
1
6
)10
60(Lh n f P C T r = 由于轴承为球轴承， 则 ε=3
计算及说明
则：[]ε
1
6
)10
60(Lh n f P C T r = 3
1
6
)104160032360(
14.5⨯⨯⨯= kN kN 8.5225.50<= 所选轴承符合要求。

选择从动轴上的一对深沟球轴承6215型进行校核 1）轴承上的纯径向载荷：
kN kN F F F HB HA r 07.4385.1825.32222=+=+= 查表15.12，得当量动载荷：3.1=p f 则 kW f F P p r 29.517.43.1=⨯=⨯= 2）给定转速下的工作小时数： h L h 41600161052510=⨯⨯⨯= 查表15.14得：1=T f 3）径向额定动载荷r C ：
[]ε
1
6
)10
60(Lh n f P C T r = 由于轴承为球轴承 则ε=3
[]ε1
6
)10
60(Lh n f P C T r =
计算及说明
3
1
6)10
416006860(129.5⨯⨯⨯=kW kN kN 0.6629.29<=
所选轴承符合要求。

（3）设计结果：
主动轴上选用一对6309型深沟球轴承，
从动轴上选用一对6215型深沟球轴承。

所选轴承的各项技术参数如下表：
十、键连接的选择及校核计算
1、主动轴上带轮与轴的连接用C 型平键（键I ）
计算及说明
尺寸为：50812⨯⨯=⨯⨯L h b 零件材料选用钢
该键的工作长度
mm mm b
L l 44)650(2
=-=-
= 校核该键的挤压强度：查表14.6（见教材280页）得
[]jy σMPa 150~125=
[]jy MPa dhL T jy σσ<=⨯⨯⨯==
7.8844
84022
.31244 符合要求
2、主动轴上齿轮毂与轴的连接用
A 型平键（键II ）
尺寸为：50914⨯⨯=⨯⨯L h b 零件材料选用钢
该键的工作长度
mm mm b
L l 36)1450(2
=-=-
= 校核该键的挤压强度： []jy jy MPa dhL T σσ<=⨯⨯⨯==
1.7736
95022
.31244 符合要求
3、从动轴与联轴器的连接选用
C 型平键（键I I I ）
计算及说明
尺寸为：901118⨯⨯=⨯⨯L h b 零件材料选用钢 该键的工作长度
mm mm b L l 81)990(2
=-=-= 校核该键的挤压强度： []jy jy MPa MPa dhL T σσ<=⨯⨯⨯==
4.10081116557
.145344 符合要求
4、从动轴上轮毂与轴的连接选用A 型平键（键V I ）
尺寸为：701422⨯⨯=⨯⨯L h b 零件材料选用钢 该键的工作长度
mm mm b
L l 48)2270(2
=-=-
= 校核该键的挤压强度： []jy jy MPa MPa dhL T σσ<=⨯⨯⨯==
2.10848
148057
.145344 符合要求
5、设计结果
计算及说明
5、设计结果
十一、联轴器的选择及校核计算
1、联轴器的选择
由于连接减速器低速轴的联轴器所在接轴的转速低，转矩变化不大，选用弹性套柱销联轴器型号为LT10Y 型，零件材料选铁。

2、计算联轴器的转矩
从动轴转矩： M N T ·57.14532= 轴径 mm d 65= 转速
min /68r n =
查表16.1（见教材331页）得：
K=1.3
M N M N KT T C ·6.1889·57.14533.1=⨯== 同时满足[]P C T T < []P n n < 则：该联轴器符合要求
计算及说明
3、设计结果
选用了LT10Y 型弹性套柱销联轴器，它的许用转矩P T 为
2000N ·M ，许用转速P n 为17001min / r ，轴孔直径为mm 65，轴孔长度为mm 142，许用径向相对位移为mm 4.0，许用角向相对位移为'0001
十二、减速器附件的选择
1）箱体的结构和设计
减速器的箱体采用铸造（ＨＴ１５０）制成，采用剖分式结构，为保证齿轮的啮合质量 ａ机体有足够的强度
在机体外加肋，外轮廓为长方形，增了轴承座的强度 ｂ考虑到机体内零件的润滑，密封散热。

因其传动件为s m /35.1，小于s m /12，故采用浸油润滑，
齿轮浸油
深度至少为mm 10，有利于润滑。