带式输送机的传动装置两级同轴式圆柱斜齿轮减速器机械设计专业课程设计.doc

机械设计课程设计
题目：设计一带式输送机传动装置（两级同轴式圆柱斜齿轮减速器）方案图如下：
1
2
3
4
5
6
×
×
×
×
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ

1—电动机

2—V带传动

3—减速器

4—联轴器

5—鼓轮

6—输送带

目 录
1. 设计目……………………………………………………………2
2. 设计方案……………………………………………………………3
3. 电机选取……………………………………………………………5
4. 装置运动动力参数计算……………………………………………7
5.带传动设计 …………………………………………………………9
6.齿轮设计……………………………………………………………18
7.轴类零件设计………………………………………………………28
8.轴承寿命计算……………………………………………………31
9.键连接校核………………………………………………………32
10.润滑及密封类型选取 ……………………………………………33
11.减速器附件设计 …………………………………………………33
13.心得体会 …………………………………………………………34
14参照文献 …………………………………………………………35

1. 设计目
机械设计课程是培养学生具备机械设计能力技术基本课。课程设计则是机械设计课程实践性教学环节，同步也是高等工科院校大多数专业学生第一次全面设计能力训练，其目是：
（1）通过课程设计实践，树立对的设计思想，增强创新意识，培养综合运用机械设计课程和其她先修课程理论与实际知识去分析和解决机械设计问题能力。
（2）学习机械设计普通办法，掌握机械设计普通规律。
（3）通过制定设计方案，合理选取传动机构和零件类型，对的计算零件工作能力，拟定尺寸和掌握机械零件，以较全面考虑制造工艺，使用和维护规定，之后进行构造设计，达到理解和掌握机械零件，机械传动装置或简朴机械设计过程和办法。
（4）学习进行机械设计基本技能训练，例如：计算，绘图，查阅设计资料和手册，运用原则和规范等。

2. 设计方案
据所给题目：设计一带式输送机传动装置（两级同轴式圆柱斜齿轮减速器）方案图如下：
1
2
3
4
5
6
×
×
×
×
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ

1—电动机

2—V带传动

3—减速器

4—联轴器

5—鼓轮

6—输送带

技术与条件阐明：
1）传动装置使用寿命预定为 15 年每年按300天计算， 2 班制工作每班按8小 时计算
2）工作机载荷性质是平稳、轻微冲击、中档冲击、严重冲击；单、双向回转；
3）电动机电源为三相交流电，电压为380/220伏；
4）传动布置简图是由于受车间地位限制而拟订出来，不应随意修改，但对于传动件型式，则容许作适当选取；
5）输送带容许相对速度误差≤±3～5%。
设计规定
1）减速器装配图1张；
2）零件图2张（低速级齿轮，低速级轴）；
3）设计计算阐明书一份，按指引教师规定书写
4）有关参数：F=2050N，V=1.2，D=300mm。

设计内容
计算及阐明
结 果
电动机选取

装置运动和动力参数计算

带传动设计

齿轮设计

轴类零件设计

轴承寿命计算

键连接校核

润滑及密封类型选取

减速器附件设计

心得体会

参照文献

参照文献

3.1 电动机类型选取
按工作规定和工作条件选用Y系列鼠笼三相异步电动机。其构造为全封闭自扇冷式构造，电压为380V。
3.2 选取电动机容量
工作机有效功率P=,依照任务书所给数据F=2050V，V=1.2。则有：
P===2.46KW
从电动机到工作机输送带之间总效率为
=
式中，，，，分别为联轴器，轴承，齿轮传动，卷筒和V带传动效率。据[1]表9.1知=0.99，=0.98，=0.97，=0.96，=0.96，则有：
=0.99
=0.792
因此电动机所需工作功率为：
P===3.11KW
3.3 拟定电动机转速
按推荐两级同轴式圆柱斜齿轮减速器传动比i=8~40和带传动比i=2~4。则系统传动比范畴
应为：i=i=（8~40）（2~4）=16~200
工作机卷筒转速为
n==

因此电动机转速可选范畴为
n=i=（16~200）76
=（1216~12160）
符合这一范畴同步转速有1500和3000两种，但
是综合考虑电动机和传动装置尺寸，质量和价格因素，决定选用同步转速为1500电动机。
据[1]表15.1和15.2可选取Y112M—4电动机，其重要参数如表3.1所示
表3.1 Y112M—4型电动机重要参数

电动机型号
额定功率/KW

满载转速（）

Y112M-4
4
1440
2.2
2.2

电动机型号
中心高/mm

总长/mm

键/mm

Y112M-4
112
400
8

4.1 传动装置总传动比和分派各级传动比
1）传动装置总传动比 i=
2）分派到各级传动比 由于i=已知带传动比合理范畴为2~4。故取i则i在8~40范畴内故适当。分派减速器传动比，由于i=i其中i为齿轮高速级传动比，i为齿轮低速级传动比。故可先取i=3.64则i=2.6
4.2 传动装置运动和动力参数计算
电动机：
转速：n=1440
输入功率：P=P=3.11KW
输出转矩：T=9.55=9.55
=2.06N
1轴：
转速：n=
输入功率：P=PKW
输入转矩：T=Ti=2.06
=3.96N
2轴：
转速：n=
输入功率：P=P
=2.84KW
输入转矩：T

=1.37N
3轴：
转速：n
输入功率：P
=2.69KW
输入转矩：T
=1.37
=3.39
卷筒轴：
转速：n
输入功率：P=P =2.69
=2.61KW
输入转矩：T
=3.39
=3.29N
表4.1 各轴运动和动力参数
轴 号
功率
（KW）
转矩（N）
转速（）
电机轴
3.11
2.06
1440
1轴
2.99
3.96
720
2轴
2.84
1.37
197.8
3轴
2.69
3.39
76
卷同轴
2.61
3.29
76
5.1 拟定计算功率P
据[2]表8-7查得工作状况系数K=1.1。故有：
P=KP
5.2 选取V带带型
据P和n有[2]图8-11选用A带。
5.3 拟定带轮基准直径d并验算带速
（1）初选小带轮基准直径d有[2]表8-6和8-8，取小带轮直径d=90mm。
（2）验算带速v，有：
v=
=6.87
由于6.78在5~30之间，故带速适当。
（3）计算大带轮基准直径d
d
5.4 拟定V带中心距a和基准长度L
(1)据[2]式8-20初定中心距a=400mm
(2)计算带所需基准长度
L2a+
=2（180+90）+
=1244mm
由[2]表8-2选带基准长度L=1250mm
（3）计算实际中心距
a

5.5 验算小带轮上包角

5.6 计算带根数z
（1）计算单根V带额定功率P
由d和n查[2]表8-4a得
P=1.064KW
据n=1440，i=2和A型带，查[2]8-4b得
P=0.17KW
查[2]表8-5得K=0.97，K=0.93，于是：
P=(P+P)KK
=（1.064+0.17）0.970.93
=1.11KW
（2）计算V带根数z
z===3.96
故取4根。
5.7 计算单根V带初拉力最小值（F）
由[2]表8-3得A型带单位长质量q=0.1。因此
（F）=500
=500
=133N
应使实际拉力F不不大于（F）
5.8 计算压轴力F
压轴力最小值为：
（F）=2（F）sin=241330.99
=1053N
5.9 带轮设计
（1）小带轮设计
由Y112M电动机可知其轴伸直径为d=28mm，故因小带轮与其装配，故小带轮轴孔直径d=28mm。有[4]P表14-18可知小带轮构造为实心轮。
（2）大带轮设计
大带轮轴孔取22mm，由[4]P表14-18可知其构造为辐板式。
6.1 速级齿轮设计
1.选定齿轮类型，精度级别，材料及模数
1）按规定传动方案，选用圆柱斜齿轮传动；
2）运送机为普通工作机器，速度不高，故用7级精度；（GB10095—88）
3）材料选取。由[2]表10-1选取小齿轮材料为40Cr（调质）硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，两者硬度差为40HBS；
4）选小齿轮齿数为Z=24，大齿轮齿数Z可由Z=i
得Z=87.36，取87；
5）初选螺旋角=14。
2.按齿面接触疲劳强度设计
按公式：
d
（1）拟定公式中各数值
1）试选K=1.3。
2）由[2]图10-30选用区域系数Z=2.433
3）由[3]图16.2-10可得：=0.78，=0.87
则=0.78+0.87=1.65。
4）由[2]表10-7选用齿宽系数=1。
5）计算小齿轮传递转矩，由前面计算可知：
T=3.96N。
6）由[2]表10-6查材料弹性影响系数Z=189.8MP
7）由[2]图10-21d按齿面硬度查小齿轮接触疲劳强度极限=600MP；大齿轮接触疲劳强度极限=550MP。
8）由[2]图10-19取接触疲劳寿命系数K=0.90；
K=0.95。
9）计算接触疲劳许用应力。
取失效概率为1，安全系数S=1，有
[]==0.9600=540MP
[]==0.95550=522.5MP
因此[]==
=531.25MP
(2) 计算
1）计算小齿轮分度圆直径d，由计算公式可得：
d
=39.17mm
2)计算圆周速度。
v==
=1.48
3）计算齿宽b及模数。
b==139.17=39.17mm
m==1.58mm
h=2.25m=2.251.58=3.56mm
b/h==11.00
4）计算纵向重叠度。
=0.318
=0.318124tan14=1.903
5）计算载荷系数K。
已知使用系数K=1，据v=1.57，7级精度。由[2]图10-8得K=1.08，K=1.417。由[2]图10-13查得K=1.35，由[2]图10-3查得K=K=1.4
故载荷系数：
K=KKKK
=1=2.14
6)按实际载荷系数校正所算得分度圆直径：
d=d=39.17=46.25mm
7）计算模数m
m===1.86mm
3.按齿根弯曲疲劳强度设计
按公式：
m
（1）拟定计算参数
1）计算载荷系数。
K=KKKK=1
=2.04
2）依照纵向重叠度=1.903，由[2]图10-28查得螺角影响系数Y=0.88。
3）计算当量齿数。
Z===26.29
Z==95.29
4）查取齿形系数
由[2]表10-5查得Y=2.592，Y=20216
5）查取应力校正系数
由[2]表10-5查得Y=1.596，Y=1.777
6）由[2]图10-20c查得小齿轮弯曲疲劳强度极=500MP，大齿轮弯曲疲劳强度极限=380MP
7）由[2]图10-18取弯曲疲劳寿命系数K=0.85，K=0.88
8）计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则有：
[]===303.57Mp
[]===238.86MP
9）计算大、小齿轮 ，并加以比较
==0.01363
==0.01649
（2）设计计算
m
对比计算成果，由齿面接触疲劳强度计算法面模数
m 不不大于由齿根弯曲疲劳强度计算法面模数，取 m =1.5mm，已可满足弯曲疲劳强度，用接触疲劳强度算得分度圆直径d=46.25mm来计算应有齿数。于是由：
Z= = =29.9
取Z=30，则Z=3.64=109
4.几何尺寸计算
（1）计算中心距
a=
=107.9mm
圆整为108mm
（2）按圆整后中心距修正螺旋角
=arccos
=arccos
=14.45
因值在容许范畴内，故等参数比用修正
（3）计算大，小齿轮分度圆直径
d46.63mm
d=169.43mm
（4）计算齿轮宽度
b=46.63=46.63mm
圆整后取B=47mm，B=52mm
5. 大小齿轮各参数见下表
高速级齿轮有关参数
名称
符号
计算公式及阐明
法面模数

端面模数

法面压力角

端面压力角

螺旋角

齿顶高

齿根高

全齿高

分度圆直径

齿顶圆直径

齿根圆直径

基圆直径

中心距

6.2 低速级齿轮设计
1.选定齿轮类型，精度级别，材料及齿数
1）按选定齿轮传动方案，选用圆柱斜齿轮；
2）选用7级精度；（GB10095-88）
3）材料选取。由[2]表10-1选取小齿轮材料为40Cr（调质）硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS两者硬度差为40HBS；
4）初选小齿轮齿数为Z=24，大齿轮Z=2.6=62.4，取63；
5）初选螺旋角。
2.按齿面接触疲劳强度设计
d
（1）拟定公式内各数值
1）初选K=1.3
2）由[2]图10-30选区域系数Z=2.433
3）由[3]图16.2-10可取：=0.78，=0.86
则==0.78+0.86=1.64
4）由[2]表10-7选用齿宽系数=1
5）计算小齿轮传递转矩：
T=
=
=13.7Nmm
6)由[2]表10-6查得材料弹性影响系数Z=189.8MP
7）由[2]图10-21d按齿面硬度得小齿轮齿面接触疲劳强度极限=600MP，大齿轮齿面接触疲劳强度极限=551MP
8）由[2]图10-19取接触疲劳寿命系数K=0.90，K=0.95
9）计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%。安全系数S=1，有
[]==0.9600
=540MP
[]==0.95550
=522.5MP
因此[]==
=531.25MP
（2）计算
1）计算小齿轮分度圆直径d。由公式得
d
2）计算圆周速度
V==
=0.632
3）计算齿宽b及模数
b==161.02=61.02mm
m==2.47mm
h=2.25m=2.252.47=5.56mm
b/h==10.97
4)计算纵向重叠度
=0.318=0.318
=1.903
5）计算载荷系数K
已知使用系数K=1，据v=0.632，7级精度。由
[2]图10-8得K=1.02，K=1.424由[2]图10-13查得K=1.38，由[2]表10-13查得 K=1.4.故动载系数
K=KKKK=11.021.41.424
=2.03
6）按实际载荷系数校正所算得分度圆直径
d=d=61.02=70.79mm
7）计算模数m
m==2.86
3.按齿根弯曲疲劳强度设计
由[2]式10-17可知
m
（1）拟定计算参数
1）计算载荷系数
K=KKKK=11.021.41.38
=1.97
2）计算纵向重叠度
=1.903，由[2]图10-28查得螺旋角影响系数Y=0.88.
3）计算当量齿数
Z===26.29
Z===69
4）查取齿形系数
由[2]表10-5查得Y=2.592，Y=2.239
5）查取应力校正系数
由[2]表10-5查得Y=1.596，Y=1.748
6）由[2]图10-20c查得小齿轮弯曲疲劳强度极限=500MP，大齿轮弯曲疲劳强度极限=380MP。
7）由[2]图10-18取弯曲疲劳寿命系数K=0.85，K=0.88.
8）计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4。则有：
[===303.57MP
[]==238.86MP
9）计算大小齿轮，并加以比较

（2）设计计算
m
可取m=2mm，又由于两级中心距相等，因此由Z和a=以及算得a=108mm联立解得Z=29，Z=76
4.几何尺寸计算
（1）按圆整后数值修正螺旋角
=arccos=
=13.53
因值相差不多，故参数等不用修正
（2）计算大小齿轮分度圆直径
d===59.7mm
d==156.3mm
（3）计算齿轮宽度
b==159.7=59.7mm
圆整后取B=60mm，B=65mm
5.大小齿轮各有关参数见下表
低速级大小齿轮各有关参数
名称
符号
计算公式及阐明
法面模数

端面模数

法面压力角

端面压力角

螺旋角

齿顶高

齿根高

全齿高

分度圆直径

齿顶圆直径

齿根圆直径

基圆直径

中心距

7.1 I轴设计计算
1.求轴上功率，转速和转矩
由前面算得P=2.99KW，n=720，
T =2.06N
2.求作用在齿轮上力
已知高速级小齿轮分度圆直径为
d=46.63mm
而 F===884N
F=F=884=332N
F=Ftan=884=228N
3.初步拟定轴最小直径
现初步估算轴最小直径。选用轴材料为45钢，调质解决据[2]表15-3，取A=118，于是得：
d=A=19mm
由于轴上应开2个键槽，因此轴径应增大5%-7%故d=20.33mm，又此段轴与大带轮装配，综合考虑两者规定取d=22mm，查[4]P表14-16知带轮宽B=56.4mm故此段轴长取55mm。
4.轴构造设计
（1）拟定轴上零件装配方案
通过度析比较，选用[2]图15-1装配方案

I II III IV V VI VII VIII

（2）据轴向定位规定拟定轴各段直径和长度
1）I-II段是与带轮连接其d=22mm，l=55mm。
2）II-III段用于安装轴承端盖，轴承端盖总宽度为20mm（由减速器及轴构造设计而定）。依照轴承端盖拆卸及便于对轴承添加润滑油规定，取端盖与I-II段右端距离为30mm。故取l=50mm，因其右端面需制出一轴肩故取d=29mm。
3）初选轴承，由于有轴向力和径向力故选用圆锥滚子轴承，参照工作规定并据d=29mm，由轴承目录里初选30207号其尺寸为d=35mm
72mm18.25mm故d=35mm。又右边套筒长取32.75mm因此l=18.25=32.75=51mm
4）取安装齿轮段轴径为d=40mm，齿轮左端与左轴承之间用套筒定位，已知齿轮宽度为52mm为是套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于齿轮宽度故取l48mm。齿轮右边V-VI段为轴肩定位，轴肩高h0.07d，故取h=4mm则此处d=48mm。宽度b1.4h取l=10mm
5）VI-VII段右边为轴承用轴肩定位，由于轴承仍选用圆锥滚子30207因此d=35mm，因此此处轴肩高h0.07d取h=5mm故d=45mm轴肩宽度b1.4h，取l=8mm，l=22mm
（3）轴上零件周向定位
齿轮，带轮与轴之间定位均采用平键连接。按
d由[5]P表4-1查得平键截面b
键槽用键槽铣刀加工长为45mm。同步为了保证带轮与轴之间配合有良好对中性，故选取带轮与轴之间配合为，同样齿轮与轴连接用平键12齿轮与轴之间配合为轴承与轴之间周向定位是用过渡配合实现，此处选轴直径尺寸公差为m6。
（4）拟定轴上圆角和倒角尺寸
参照[2]表15-2取轴端倒角为2.个轴肩处圆觉角见图。
5.求轴上载荷
先作出轴上受力图以及轴弯矩图和扭矩图

从轴构造图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面C
是轴危险截面。现将计算出截面C处M，M
和M值如下：
F=440N F=444N F=208N F=124N
M=27720N M=13104N
M=7788N
M==30661N
M==28793N
T=2.06N
6.按弯扭合成应力校核轴强度
进行校核时，普通只校核危险截面强度，则依照[2]
式15-5及上面数据，取=0.6，轴计算应力

==5.2MP
前面选用轴材料为45钢，调制解决，由[2]表15-1
查得[]=60Mp，，故安全。
7.2 III轴设计计算
1.求轴上功率，转速和转矩
由前面算得P=2.69KW，n=76，
T=3.39N
2.求作用在齿轮上力
已知低速级小齿轮分度圆直径为
d=156.3mm
而 F===4338N
F=F=4338=1625N
F=Ftan=4338=1044N
3.初步拟定轴最小直径
现初步估算轴最小直径。选用轴材料为45钢，调质解决据[2]表15-3，取A=112，于是得：
d=A=36.8mm
显然最小直径处安装联轴器，为使所选轴直径d与联轴器孔径相适应。故同步选用联轴器型号。联轴器计算转矩T=K查[2]表14-1取K=1.3.则：
T
按计算转矩应不大于联轴器公称转矩条件查[5]P表8-7可选用LX3型弹性柱销联轴器。其公称转矩为
1250000N。半联轴器孔径d=40mm，故取d=40mm半联轴器长度L=112，半联轴器与轴配合毂孔长度L=84mm
4.轴构造设计
（1）拟定轴上零件装配方案
通过度析比较，选用[2]图15-8装配方案

I II III IV V VI VII VIII

（2）据轴向定位规定拟定轴各段直径和长度
1）为满足半联轴器轴向定位，I-II右端需制出一轴肩故II-III段直径d=45mm；左端用轴端挡圈定位取轴端挡圈直径D=46mm。半联轴器与轴配合毂孔长为84mm，为保证轴端挡圈只压在联轴器上而不压在轴上，故I-II段长度应比L略短某些，现取l=82mm.
2）II-III段是固定轴承轴承端盖取其宽度为20mm。据d =45mm可取l=50mm。
3）初选轴承，由于有轴向力和径向力故选用圆锥滚子轴承，参照工作规定并据d=45mm，由轴承目录里初选30210号其尺寸为d=50mm
90mm21.75mm故d=50mm。又右边套筒长取20mm因此l=20+21.75=41.75mm.
4）取安装齿轮段轴径为d=54mm，已知齿轮宽为65mm取l=63mm。齿轮右边V-VI段为轴肩定位，轴肩高h0.07d，故取h=6mm则此处d=66mm。宽度b1.4h取l=10mm
5）VI-VII段右边为轴承用轴肩定位，由于轴承仍选用圆锥滚子30210因此d=50mm，因此此处轴肩高h0.07d取h=5mm故d=60mm轴肩宽度b1.4h，取l=8mm，l=21.75mm
（3）轴上零件周向定位
齿轮，半联轴器与轴之间定位均采用平键连接。按d由[5]P