毕业论文用于带式运输机上的二级圆柱齿轮减速器课程设计.doc

机械设计课程设计说明书

题目: 用于带式运输机上的二级圆柱齿轮减速器

学 院： 机电与信息工程学院
姓 名： 孙福俊
学 号： 21106071063
专 业： 机械设计制造及其自动化
班 级： 11机械卓越班
指导教师： 褚园

2014年 1月1日

目录

设计题目....................................................................................................3
设计内容....................................................................................................3
一． 总体设计............................................................................................3
二． 电动机的选择....................................................................................4
三． 总传动比的分配................................................................................5
四． 四．计算传动装置的运动和动力参数.............................................5
五． V带的设计和带轮设计.....................................................................6
六． 齿轮传动的设计................................................................................8
七． 轴的设计计算..................................................................................14
八． 轴承、键和联轴器的选择................................................................24
九． 箱体结构的设计..............................................................................27
十． 设计小结..........................................................................................28
十一． 参考资料......................................................................................29

设计题目：设计一用于带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器。运输机连续工作，单向运转，载荷变化不大，空载启动。减速器小批生产，使用期限10年，大修期5年，两班制工作。运输带允许速度误差为5%。（重点设计一对斜齿轮和带传动），见图3。

原始数据：运输带拉力F：2500N
运输带速度v：1.5m/s
转筒直径D：460mm

设计内容：
一．总体设计
1. 组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。
2. 特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，
要求轴有较大的刚度。
3. 确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级。
传动装置的总效率
为V带的传动效率, 为轴承的效率，
为对齿轮传动的效率（齿轮为8级精度，油脂润滑）
为联轴器的效率，为滚筒的效率
因是薄壁防护罩,采用开式效率计算。
取=0.96 =0.98 =0.97 =0.99 =0.96
＝0.96×××0.99×0.96＝0.79
二．电动机的选择
1、电动机类型的选择
选择电动机按工作要求和条件，选择三相异步电动机封闭式结构，电压380V，Y型。
2．电动机功率的选择：
取工作机的传动效率为0.96。
工作机所需功率为：

电动机所需功率为：

选取电动机的额定功率为5.5
3．电动机转速的选择：
工作机转速：

经查表按推荐的传动比合理范围，V带传动的传动比＝2～4，二级圆柱斜齿轮减速器传动比＝8～40，则总传动比合理范围为i＝16～160
电动机转速的可选范围为
＝i×n＝（16～160）×62.28＝996.48～9964.8r/min。
根据容量和转速，查的有两种适用的电动机型号：
方案
电动机型号
额定功率kW
满载转速
（）
总传动
I
Y132S1—2
5.5
2920
46.88
II
Y132S—4
5.5
1440
23.12

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、效率和带传动、减速器的传动比选定型号为Y132S-4的三相异步电动机，额定功率为3.0 kw,满载转速1440 r/min。

三． 总传动比的分配
现总传动比。选V带的传动比为2.5,减速器传动比为；考虑两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应有相近的浸油深度。两级齿轮减速器高速级传动比与低速级传动比的比值取为，即=，则==；。

四．计算传动装置的运动和动力参数
1.各轴转速的计算：

2．各轴输入功率计算：

各轴输出功率为输入功率乘以0.98
3． 计算各轴的输入转矩
电动机轴的输出转矩为：

所以各轴的输入转矩为：
＝×× =31.83×2.5×0.96=76.39 N·m
＝×××=76.39×3.51×0.96×0.98=252.26N·m
＝×××=252.26×2.70×0.98×0.97=647.46N·m
=××=647.46×0.97×0.99=621.75 N·m
各轴输出转矩为输入转矩乘以0.98

将各轴的运动和动力参数列于下表
轴名
功率P KW
转矩T Nm
转速r/min
输入
输出
输入
输出
电动机轴

4.80

31.83
1440
1轴
4.61
4.52
76.39
74.86
576
2轴
4.38
4.29
252.26
247.21
164.10
3轴
4.16
4.07
647.46
647.51
60.78
4轴
3.99
3.91
621.75
609.32
60.78

五． V带的设计和带轮设计
1、确定计算功率
由《机械设计》P156表8-8得=1.3

2、确定V带型号
因为1440 r/min
由《机械设计》P157图8-11查得所选带型为A型V带。
3、 确定带轮的基准直径
由《机械设计》P155表8-7及P157表8-9确定小带轮直径为=90mm。

因为5m/s<<30m/s，故带速合适
大带轮直径为：

标准化取=224mm
速度误差为 故合适。
4、 确定带的基准长度和中心距
由式初定中心距为400mm
≈
==1304.45mm
由《机械设计》P145表8-2选得带的基准长度=1250mm
可求得实际中心距为：

5、验算小带轮的包角

主动轮上的包角合适。
6、 计算V带的根数Z
由；；；查《机械设计》P151表8-4得；查《机械设计》P153表8-5得：；查《机械设计》P155表8-6得：；查《机械设计》P145表8-2得：。则：
。取7根。
7、 计算初拉力及压轴力
由《机械设计》P149表8-3查得V带单位长度质量为q=0.105kg/m
可求得初拉力

压轴力
V带传动的主要参数
名称
结果
名称
结果
名称
结果
带型
A型
传动比
2.5
根数
7
带轮基
准直径

基准长度

初拉力

中心距

压轴力

六． 齿轮传动的设计
1、选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数：
(1)按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。
(2)运输机为一般工作机械，速度不高，故选用8级精度。
(3)材料选择：
由《机械设计》P191表10-1选择小齿轮材料为45钢，调质处理，平均硬度为236HBS。大齿轮材料为45钢，正火，硬度为190HBS，二者硬度差为46HBS。
(4）选小齿轮齿数，则：，取。齿数比。
(5）初选螺旋角。
2、按齿面接触疲劳强度设计
(1）试算小齿轮分度圆直径

<1>确定各参数的值:
①试选载荷系数1.3
②由《机械设计》P206表10-7选取齿宽系数
③由《机械设计》P203图10-20查得区域系数 Z=2.433
④由《机械设计》P202表10-5查得弹性影响系数
⑤计算接触疲劳强度用重合度系数

⑥计算螺旋角系数

⑦计算接触疲劳许用应力
由《机械设计》P211图10-25查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别是；
应力循环次数：

由《机械设计》P208表10-23查得接触疲劳寿命系数为:

取失效概率为1%,安全系数S=1,应用公式得:
==0.92×550=506
==0.90×380=342
取、中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即==342
<2>计算小齿轮分度圆直径

（2）调整分度圆直径
<1>计算实际载荷系数前的数据准备
①圆周速度

②齿宽b
b==49.61mm
<2>计算实际载荷
①由《机械设计》P192表10-2查得使用系数
②由《机械设计》P192图10-8查得动载系数
③由《机械设计》P195表10-3查得齿间载荷分配系数
④由《机械设计》P196表10-4查得齿向载荷分布系数
则载荷系数为：

<3>按实际载荷算得分度圆直径

及相应的齿轮模数

3、 按齿根弯曲疲劳强度计算
计算齿轮模数

<1>确定式中各参数的值
①试选载荷系数
②计算弯曲疲劳疲劳强度下的重合度系数

③计算弯曲疲劳疲劳强度下的螺旋角系数

④计算大小齿轮的
（1） 计算当量齿数：
；。
（2） 查取齿数系数及应力校正系数：
由《机械设计》P200表10-17查得：，；
由《机械设计》P201表10-18查得：，。
（3） 由《机械设计》P209图10-24按齿面硬度得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限。
（4） 由《机械设计》P208图10-22查得弯曲疲劳寿命系数，。
（5） 计算弯曲疲劳许用应力：
取弯曲疲劳安全系数，

（6） 计算大小齿轮的并加以比较：
；，
大齿轮的数值大。
<2>计算齿轮模数（按大齿轮）：

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度说决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数于齿轮的乘积）有关。故可取由弯曲强度算的的模数并就近圆整为标准值，而按接触强度算得的分度圆直径重新修正齿轮齿数，，取，则：，取。实际传动比，与原分配传动比基本一致。

4、几何尺寸计算：
<1>中心距计算：
，将中心距圆整为。
<2>按圆整后得中心距修正螺旋角：
。
<3>计算大小齿轮的分度圆直径：
；
。
<4>计算齿轮宽度，圆整后取。则：（大齿轮）；（小齿轮）。
因、、、、发生变化，故相应有关参数、、、、、、、、、等需修正，然后再修正计算结果，看齿轮强度是否足够。
5、修正计算结果：
<1>；，
由《机械设计》P200图10-17查得：；；
由《机械设计》P201图10-18查得：；。
<2>；；则：。
<3>，根据纵向重合度，螺旋角影响系数。
<4>，根据 、8级精度，由《机械设计》P194图10-8查得：动载系数。
<5>齿高，，由《机械设计》P196表10-14查得8级精度、调质小齿轮相对支承非对称布置时： 根据、，由《机械设计》P197图10-13查得：
<6>，故查取、时，假设的是合适的。仍用。
<7>齿面接触疲劳强度计算用载荷系数；
齿根弯曲疲劳强度计算用载荷系数。
<8>由《机械设计》P203图10-20选取区域系数。
<9>

。
<10>，，
大齿轮的数值大。
<11>

实际、，均大于计算的要求值，故齿轮强度足
够。
6、齿轮结构设计：
小齿轮1由于直径较小，采用齿轮轴结构；大齿轮2采用孔板式结构，结构尺寸按经验公式和后续设计的中间轴配合段直接计算。

名 称
结构尺寸经验计算公式
结果
毂孔直径
由中间轴设计而定

轮毂直径

轮毂宽度

（取为与齿宽相等）
腹板最大直径

板孔分布圆直径

板孔直径

腹板厚度

低速级齿轮传动的设计过程同高速级的，这里从略。低速级齿轮传动的尺寸见下表。
齿轮传动的尺寸
名称
计算公式
高速级
计算公式
低速级
法面模数

法面压力角

螺旋角

齿数

传动比

分度圆直径

齿顶圆直径

齿根圆直径

中心距

齿宽

七．轴的设计计算
1、高速轴的材料选择及设计设计
<1>作用在齿轮上的力
高速级齿轮的分度圆直径为

<2>选择轴的材料
可选轴的材料为45钢，调质处理，查表得
由插值法得
<3>计算轴的最小直径，查表取C=110，

考虑到轴上开有键槽，故将轴的直径增大5％则

将其圆整后取28mm
应该设计成齿轮轴，轴的最小直径是安装连接大带轮。
<4>拟定轴的装配草图

<5>根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度
①取左端与带轮连接处轴直径，查《机械设计手册》取，为满足大带轮的定位要求，则其右侧有一轴肩，故取，根据轴的直径初选角接触球轴承7208AC，则其尺寸为，左右轴承取相同型号，右侧轴肩，由前面设计知齿轮齿宽为65mm，齿面和箱体内壁距离取,根据计算及配合知
②大带轮与轴的周向定位采用普通平键C型连接，其尺寸为,大带轮与轴的配合为，深沟球轴承与轴的轴向定位是通过轴套和轴承内圈固定的，此外选轴的直径尺寸公差为m6.
<6>轴的强度校核
①画轴的受力简图

②求支反力并画出弯矩图
垂直面内 其中
解得
截面C左侧弯矩

截面C右侧弯矩

水平面内 解得
截面C处弯矩

③绘制合成弯矩图
根据

④绘制扭矩图

⑤绘制当量弯矩图
由前面图可知，C处可能是危险截面，轴和齿轮的交界处也有可能是危险截面
此处的轴的扭矩应力视为脉动循环，取
C截面

⑥校核危险截面处得强度
用齿轮轴左侧轴直径来校核

所设计轴满足要求。
2、中间轴的材料选择及设计
<1>求作用在齿轮上的力
高速级齿轮的分度圆直径为

低速级齿轮的分度圆直径为

<2>选择轴的材料
可选轴的材料为45钢，调质处理，查表得
由插值法得
<3>计算轴的最小直径，查表取C=110，

考虑到轴上开有键槽，故将轴的直径增大5％则

将其圆整后取40mm
<4>拟定轴的装配草图

<5>根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度
①取左端轴直径，根据轴的直径初角接触球轴承7208AC，则其尺寸为，左右轴承取同型号，齿面和箱体内壁距离取，由前面设计知齿轮齿宽为155mm，右侧轴肩，齿面和箱体内壁距离取20mm，右侧齿轮齿宽为60mm，直径取45mm。
②左侧齿轮与轴的周向定位采用普通平键A型连接，其尺寸为,轴向定位采用轴套，右侧齿轮与轴的周向定位采用普通平键A型连接，其尺寸为，齿轮与轴配合都为，角接触球轴承与轴的轴向定位是通过轴套和轴承外圈固定的，此外选轴的直径尺寸公差为m6.
<6>轴的强度校核
①画轴的受力简图

②求支反力并画出弯矩图
垂直面内
其中 解得
截面C弯矩

相截面D弯矩

水平面内解得
截面C处弯矩 ：
截面D处弯矩：

③绘制合成弯矩图
根据

④绘制扭矩图

⑤绘制当量弯矩图
由前面图可知，C处可能是危险截面，轴和齿轮的交界处也有可能是危险截面
此处的轴的扭矩应力视为脉动循环，取
C截面

⑥校核危险截面处得强度
校核C处轴
所设计轴满足要求。
3、低速轴的材料选择及设计
<1>求作用在齿轮上的力
低速级齿轮的分度圆直径为

<2>选择轴的材料
可选轴的材料为45钢，调质处理，查表得
由插值法得
<3>计算轴的最小直径，查表取C=110，

考虑到轴上开有键槽，故将轴的直径增大5％则

将其圆整后取55mm
<4>拟定轴的装配草图

<5>根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度
①取左端轴直径，齿面和箱体内壁距离取17.5mm，根据轴的直径初选角接触球轴承7213AC，则其尺寸为，左右轴承选相同型号，由前面设计知齿轮齿宽为150mm，取直径右侧轴肩，为满足联轴器的定位要求，则其左侧有一轴肩，直径取60mm，长度为50mm，与联轴器相配合轴直径取为55mm，查表取长度为112mm。
②左侧角接触球轴承与轴的轴向定位是通过轴套和轴承外圈固定的，齿轮与轴的周向定位采用普通平键A型连接，其尺寸为,轴向定位采用轴端挡圈，右侧轴承轴向定位是通过轴肩和轴承内圈固定的，齿轮与轴配合都为，此外选轴的直径尺寸公差为m6,联轴器的轴向定位采用普通平键C型连接，其尺寸为
<6>轴的强度校核
①画轴的受力简图

②求支反力并画出弯矩图
垂直面 其中
解得
截面C弯矩：

截面D弯矩：

水平面 其中 解得
截面C弯矩 ：
截面D弯矩：

③绘制合成弯矩图
根据

④绘制扭矩图

⑤绘制当量弯矩图
由前面图可知，C处可能是危险截面，轴和齿轮的交界处也有可能是危险截面
此处的轴的扭矩应力视为脉动循环，取
C截面

⑥校核危险截面处得强度
用D轴直径来校核
所设计轴满足要求。

八．轴承、键和联轴器的选择
1、轴承的选择与校核
<1>高速轴承
由前面设计可得初选角接触球轴承7208AC，则其尺寸为：

查《机械设计基础》,可得：

①计算轴承受到的径向载荷
由前面计算知
②计算轴承所受轴向力
查表知
齿轮受到轴向力
,则轴承1压缩，轴承2放松
轴承1所受轴向力
轴承2所受轴向力
③算轴承当量动载荷
查《机械设计基础》可得e=0.68
轴承1
轴承2
查《机械设计基础》可得径向动载荷系数和轴向动载荷系数

当量动载荷分别为

④验算轴的寿命
应以1轴承的当量动载荷为计算依据，由轴承温度正常，
查表得，因载荷平稳无冲击，取
轴承预期寿命

故所选轴承满足要求
<2>中间轴轴承
由前面设计可得初选角接触球轴承7208AC，则其尺寸为
，
查《机械设计基础》，可得
①轴承受到的径向载荷
由前面计算知
②计算轴承所受轴向力
查表知
齿轮受到轴向力
,则轴承1压缩，轴承2放松
轴承1所受轴向力
轴承2所受轴向力
③计算轴承当量动载荷
《机械设计基础》可得e=0.68
轴承1
轴承2
查《机械设计基础》可得径向动载荷系数和轴向动载荷系数

当量动载荷分别为

④验算轴的寿命
应以1轴承的当量动载荷为计算依据，由轴承温度正常，查表得，因
载荷平稳无冲击，取
轴承预期寿命

故所选轴承满足要求。
<3>低速轴承
由前面设计可得初选角接触球轴承7213AC，则其尺寸为
查《机械设计基础》，可得
①计算轴承受到的径向载荷
由前面计算知
② 计算轴承当量动载荷
查《机械设计基础》可得径向动载荷系数和轴向动载荷系数

当量动载荷分别为

③验算轴的寿命
应以1轴承的当量动载荷为计算依据，由轴承温度正常，
查表得，因载荷平稳无冲击，取
轴承预期寿命

故所选轴承满足要求
2、键的选择和校核：
<1>大带轮与轴的周向定位采用普通平键C型连接，其尺寸为：

设载荷均匀分布，查表得则平键连接的挤压强度

<2>轴2左侧齿轮与轴的周向定位采用普通平键A型连接，其尺寸为

设载荷均匀分布，查表得则平键连接的挤压强度

<3>轴2右侧齿轮与轴的周向定位采用普通平键A型连接，其尺寸为

设载荷均匀分布，查表得则平键连接的挤压强度

<4>轴3齿轮与轴的周向定位采用普通平键A型连接，其尺寸为

设载荷均匀分布，查表得则平键连接的挤压强度

<5>轴3联轴器的轴向定位采用普通平键C型连接，其尺寸为

设载荷均匀分布，查表得则平键连接的挤压强度

由以上计算知键符合要求
3、联轴器的选择：
根据工作要，为了缓和冲击，保证减速器的正常工作，输出轴选用弹性柱销联轴器。考虑到转矩变化很小，取，
则。
按照计算转矩小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T 5014—1985或手册，选用HL6型弹性柱销联轴器，其公称转矩为，孔径，，，须用转速为，故适用。
标记：HL6联轴器GT/T 5014—1985。

九．箱体结构的设计：
1、机体有足够的刚度：
在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度
2、考虑到机体内零件的润滑，密封散热：
因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为40mm，为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为。
3、机体结构有良好的工艺性：
铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便。
4、对附件设计：
<1>视孔盖和窥视孔：
在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固。
<2>油螺塞：
放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。
<3>油标：
油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出。
<4>通气孔：
由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡。
<5>螺钉：
启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹。
<6>位销：
为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度。
<7>吊钩：
在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体。
5、润滑密封设计：
对于二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度。
油的深度为（），所以。
其中油的粘度大，化学合成油，润滑效果好。
密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，连接表面应精创，其表面粗度应为密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，。并匀均布置，保证部分面处的密封性。
十．设计小结
这次关于带式运输机上的两级展开式圆柱斜齿轮减速器的课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过三星期的设计，使我对机械设计有了更多的了解和认识。我们以后的工作打下了坚实的基础。
机械设计是机械工业的基础，是一门综合性相当强的技术课程，它融《机械原理》、《机械设计》、《理论力学》、《材料力学》、《公差与配合》、《CAD实用软件》、《机械工程材料》、《机械设计手册》等于一体。
这次的课程设计，对于培养我们理论联系实际的设计思想；训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论，结合生产实际关系和解决工程实际问题的能力；巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。
在这次的课程设计过程中，综合运用先修课程中所学的有关知识与技能，结合各个教学实践环节进行机械课程的设计，一方面，逐步提高了我们的理论水平、构思能力、工程洞察力和判断力，特别是提高了分析问题和解决问题的能力，为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。
设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。

参考资料

1．《机械设计》，濮良贵等主编，高等教育出版社。

2. 《机械设计课程设计》，孙岩等主编，北京理工大学出版社。

3.《机械设计课程设计》，银金光等主编，中国林业出版社；北京希望电子出版社。

4.其它机械类专业课程教材

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