机械设计优秀课程设计二级减速器.doc

机械设计课程设计
设计说明书

设计题目 胶带式输送机传动装置

设计者
班级
学号
指导老师
时间

目录

一、 设计任务书··························· 3
二、 传动方案确定························· 4
三、 电动机选择························· 4
四、 传动装置运动和动力参数计算············ 6
五、 高速级齿轮传动计算···················· 7
六、 低速级齿轮传动计算···················· 12
七、 齿轮传动参数表······················· 18
八、 轴结构设计························· 18
九、 轴校核计算························· 19
十、 滚动轴承选择和计算·················· 23
十一、 键联接选择及校核····················· 24
十二、 联轴器选择和校核···················· 25
十三、 减速器附件选择····················· 26
十四、 润滑和密封··························· 28
十五、 设计小结····························· 29
十六、 参考资料····························· 29

一.设计题目：
设计带式运输机传动装置（简图以下）

1— —电动机
2——联轴器
3——二级圆柱齿轮减速器
4——联轴器
5——卷筒
6——运输带

原始数据：
数据编号
04
运输带工作拉力F/N
2200
运输带工作速度v/(m/s)
0.9
卷筒直径D/mm
300
1.工作条件：两班制，连续单向运转，载荷较平稳，空载开启，室内工作，有粉尘；
2.使用期：使用期；
3.检修期：3年大修；
4.动力起源：电力，三相交流电，电压380/220V;
5.运输带速度许可误差：±5%；
6.制造条件及生产批量：中等规模机械厂制造，小批量生产。
设计要求
1.完成减速器装配图一张（A0或A1）。
2.绘制轴、齿轮零件图各一张。
3.编写设计计算说明书一份。

二. 电动机设计步骤
1. 传动装置总体设计方案
本组设计数据：
第四组数据：运输带工作拉力F/N 2200 。
运输带工作速度v/(m/s) 0.9 , 卷筒直径D/mm 300 。
1.外传动机构为联轴器传动。
2.减速器为二级同轴式圆柱齿轮减速器。
3.该方案优缺点：瞬时传动比恒定、工作平稳、传动正确可靠，径向尺寸小，结构紧凑，重量轻，节省材料。轴向尺寸大，要求两级传动中心距相同。减速器横向尺寸较小，两大吃论浸油深度能够大致相同。但减速器轴向尺寸及重量较大；高级齿轮承载能力不能充足利用；中间轴承润滑困难；中间轴较长，刚度差；仅能有一个输入和输出端，限制了传动部署灵活性。原动机部分为Y系列三相交流异步电动机。总体来讲，该传动方案满足工作机性能要求，适应工作条件、工作可靠，另外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。

三．电动机选择
1.选择电动机类型
按工作要求和工作条件选择Y系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构，电压380V。
2.确定电动机效率Pw 按下试计算

试中Fw=2200N V=0.9m/s 工作装置效率考虑胶带卷筒器及其轴承效率取
代入上试得

电动机输出功率功率 按下式

式中为电动机轴至卷筒轴传动装置总效率
由试 由表2-4滚动轴承效率=0.99：联轴器传动效率= 0.99：齿轮传动效率=0.98（7级精度通常齿轮传动）
则=0.91
所以电动机所需工作功率为

因载荷平稳，电动机核定功率Pw只需要稍大于Po即可。按表8-169中Y系列电动机数据，选电动机核定功率Pw为3.0kw。
3.确定电动机转速
按表2-1推荐传动比合理范围，两级同轴式圆柱齿轮减速器传动比
而工作机卷筒轴转速为

所以电动机转速可选范围为

符合这一范围同时转速有750和1000两种。综合考虑电动机和传动装置尺寸、质量及价格等原因，为使传动装置结构紧凑，决定选择同时转速为1000Y系列电动机Y132S,其满载转速为960r/min,电动机安装结构形式和其中心高,外形尺寸,轴尺寸等全部在8-186,表8-187中查。

四.计算传动装置总传动比并分配传动比
1.总传动比为

2.分配传动比

考虑润滑条件等原因，初定
，
3. 计算传动装置运动和动力参数
1.各轴转速
I轴
II轴
III轴
卷筒轴
4.各轴输入功率
I轴
II轴
III轴
卷筒轴
5.各轴输入转矩
I轴
II轴
III轴
工作轴
电动机轴

将上述计算结果汇总和下表，以备查用。
项目
电动机
轴
轴
轴
工作轴
转速（r/min）
960
960
205.57
57.26
57.26
功率P（kw）
2.32
2.30
2.23
2.16
2.12
转矩T（Nm）
22.98
23.94
103.60
360.25
353.58
传动比i
1
4.67
3.57
1
效率
0.99
0.97
0.97
0.93

五. 高速级齿轮设计
选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1.按简图所表示传动方案，选择直齿圆柱齿轮传动，软齿轮面闭式传动。
2.运输机为通常工作机器，速度不高，故选择7级精度(GB10095-88)。
3.材料选择。由《机械设计》，选择小齿轮材料为40Gr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。
4.选小齿轮齿数，则大齿轮齿数
取
1). 按齿轮面接触强度设计
1. 设计准则:先由齿面接触疲惫强度计算，再按齿根弯曲疲惫强度校核。
2. 按齿面接触疲惫强度设计，即

1>.确定公式内各计算数值
1.试选载荷系数。
2.计算小齿轮传输转矩

3.按软齿面齿轮非对称安装，由《机械设计》选择齿宽系数。
4.由《机械设计》表10-6查得材料弹性影响系数。
5.由《机械设计》图10-21d按齿面硬度查得小齿轮接触疲惫强度极限
；大齿轮接触疲惫强度极限。
6.计算应力循环次数

7.由《机械设计》图6.6取接触疲惫寿命系数；。
8.计算接触疲惫许用应力
取安全系数S=1

2>.设计计算
1.试算小齿轮分度圆直径，代入中较小值。

2.计算圆周速度。

计算齿宽b

计算齿宽和齿高之比b/h
模数
齿高

3.计算载荷系数
查表10-2得使用系数=1.0;依据、由图10-8
得动载系数 直齿轮；由表10-2查使用系数
查表10-4用插值法得7级精度查《机械设计》，小齿轮相对支承非对称部署
由b/h=9.331 由图10-13得故载荷系数
4.校正分度圆直径
由《机械设计》
5.计算齿轮传动几何尺寸
1.计算模数

2.按齿根弯曲强度设计，公式为

1>.确定公式内各参数值
1.由《机械设计》图10-20c查得小齿轮弯曲疲惫强度极限；大齿轮弯曲强度极限；
2.由《机械设计》图10-18取弯曲疲惫寿命系数，
3.计算弯曲疲惫许用应力；
取弯曲疲惫安全系数 S=1.4，应力修正系数,得

4.计算载荷系数K

5.查取齿形系数、和应力修正系数、
由《机械设计》表查得；；；
6.计算大、小齿轮并加以比较；

大齿轮大
7.设计计算

对比计算结果，由齿轮面接触疲惫强度计算模数大于由齿根弯曲疲惫强度计算模数，因为齿轮模数m大小关键取决于弯曲强度所决定承载能力，而齿面接触疲惫强度所决定承载能力，仅和齿轮直径（即模数和齿数乘积）相关，可取由弯曲强度算得模数1.358并就进圆整为标准值=2mm 接触强度算得分度圆直径=43.668mm，算出小齿轮齿数

大齿轮 取
这么设计出齿轮传动，即满足了齿面接触疲惫强度，又满足了齿根弯曲疲惫强度，并做到结构紧凑，避免浪费。
2>.集合尺寸设计
1.计算分圆周直径、

2.计算中心距

3.计算齿轮宽度

取，。
3>.轮结构设计
小齿轮采取齿轮轴结构，大齿轮采取实心打孔式结构
大齿轮相关尺寸计算以下：
轴孔直径43mm 轮毂长度 和齿宽相等
轮毂直径
轮缘厚度 板厚度
腹板中心孔直径 腹板孔直径
齿轮倒角 取
齿轮工作图以下图所表示

六. 低速级齿轮设计
选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1.按简图所表示传动方案，选择直齿圆柱齿轮传动，软齿轮面闭式传动。
2.运输机为通常工作机器，速度不高，故选择7级精度(GB10095-88)。
3.材料选择。由《机械设计》，选择小齿轮材料为40Gr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。
4.选小齿轮齿数，则大齿轮齿数
取
2). 按齿轮面接触强度设计
1. 设计准则:先由齿面接触疲惫强度计算，再按齿根弯曲疲惫强度校核。
2. 按齿面接触疲惫强度设计，即

1>.确定公式内各计算数值
1.试选载荷系数。
2.计算小齿轮传输转矩

3.按软齿面齿轮非对称安装，由《机械设计》选择齿宽系数。
4.由《机械设计》表10-6查得材料弹性影响系数。
5.由《机械设计》图10-21d按齿面硬度查得小齿轮接触疲惫强度极限
；大齿轮接触疲惫强度极限。
6.计算应力循环次数

7.由《机械设计》图6.6取接触疲惫寿命系数；。
8.计算接触疲惫许用应力
取安全系数S=1

2>.设计计算
1. 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小值。

2.计算圆周速度。

计算齿宽b

计算齿宽和齿高之比b/h

3.计算载荷系数
查表10-2得使用系数=1.0;依据、由图10-8
得动载系数 直齿轮；由表10-2查使用系数
查表10-4用插值法得7级精度查《机械设计》，小齿轮相对支承非对称部署
由b/h=9.33 由图10-13得故载荷系数
4.校正分度圆直径
由《机械设计》，
5.计算齿轮传动几何尺寸
1.计算模数

2.按齿根弯曲强度设计，公式为

1>.确定公式内各参数值
1.由《机械设计》图10-20c查得小齿轮弯曲疲惫强度极限；大齿轮弯曲强度极限；
2.由《机械设计》图10-18取弯曲疲惫寿命系数，
3.计算弯曲疲惫许用应力；
取弯曲疲惫安全系数 S=1.4，应力修正系数,得

4.计算载荷系数K

5.查取齿形系数、和应力修正系数、
由《机械设计》表查得；；；
6.计算大、小齿轮并加以比较；

大齿轮大
7.设计计算

对比计算结果，由齿轮面接触疲惫强度计算魔术大于由齿根弯曲疲惫强度计算模数，因为齿轮模数m大小关键取决于弯曲强度所决定承载能力，而齿面接触疲惫强度所决定承载能力，仅和齿轮直径（即模数和齿数乘积）相关，可取由弯曲强度算得模数2.22并就进圆整为标准值=2.5mm 接触强度算得分度圆直径=70.626mm，算出小齿轮齿数

大齿轮 取
这么设计出齿轮传动，即满足了齿面接触疲惫强度，又满足了齿根弯曲疲惫强度，并做到结构紧凑，避免浪费。
2>.集合尺寸设计
1.计算分圆周直径、

2.计算中心距

3.计算齿轮宽度

取，。
3>.轮结构设计
大齿轮采取实心打孔式结构
大齿轮相关尺寸计算以下：
轴孔直径48mm 轮毂长度 和齿宽相等
轮毂长度 和齿宽相等
轮毂直径 取
轮缘厚度 腹板厚度
腹板中心孔直径 腹板孔直径
齿轮倒角 取
齿轮工作图以下图所表示

七.齿轮传动参数表
名称
符号
单位
高速级
低速级
小齿轮
大齿轮
小齿轮
大齿轮
中心距
a
mm
125
160
传动比
i

4.67
3.59
模数
m
mm
2
2.5
压力角
α
º
20
20
齿数
Z

222
103
28
100
分度圆直径
d
mm
44
206
670
250
齿顶圆直径
da
mm
48
210
75
255
齿根圆直径
df
mm
39
201
63.75
243.75
齿宽
b
mm
50
45
75
70
旋向

左旋
右旋
右旋
左旋
材料

40Cr
45
40Cr
45
热处理状态

调质
调质
调质
调质
齿面硬度

HBS
280
240
280
240

八.轴结构设计
1.初选轴最小直径
选择轴材料为45号钢，热处理为正火回火。 <取C=110，[г]=30~40>
1轴 ，考虑到联轴器、键槽影响，取d1=30
2轴 ，取d2=35
3轴 ,取d3=38
2.初选轴承
1轴选轴承为30207
2轴选轴承为30207
3轴选轴承为30208
各轴承参数见下表：
轴承代号
基础尺寸/mm
安装尺寸/mm
基础额定/kN
d
D
B
da
Da
动载荷Cr
静载荷Cor
30207
35
72
17
42
62
54.2
63.5
30208
40
80
18
47
69
63.0
74.0
3.确定轴上零件位置和固定方法
1轴：因为高速轴齿根圆直径和轴径靠近，将高速轴取为齿轮轴，使用圆锥滚子轴承承载，一轴端连接电动机，采取弹性柱销联轴器。
2轴：高速级采取实心齿轮，采取上端用套筒固定，下端用轴肩固定，低速级用自由铸造齿轮，自由铸造齿轮上端用轴肩固定，下端用套筒固定，使用圆锥滚子轴承承载。
3轴：采取自由铸造齿轮，齿轮上端用套筒固定，下端用轴肩固定，使用圆锥滚子轴承承载，下端连接运输带，采取凸缘联轴器连接。
4.各轴段长度和直径数据见下图

九.轴校核计算
1. 1轴强度校核
1 1). 高速轴强度校核
由前面选定轴材料为45钢，调制处理，由工程材料及其成形基础表查得
抗拉强度=735Mpa
2）..计算齿轮上受力（受力图所表示）

切向力
径向力
3）.计算弯矩
水平面内弯矩：

垂直面内弯矩：

故
取=0.6， 计算轴上最大应力值：

故高速轴安全，合格。
弯矩图以下：

2 1). 低速轴强度校核
由前面选定轴材料为45钢，调制处理，由工程材料及其成形基础表查得
抗拉强度=735Mpa
2）..计算齿轮上受力（受力图所表示）

切向力
径向力
3）.计算弯矩
水平面内弯矩：

垂直面内弯矩：

故
取=0.6， 计算轴上最大应力值：

故低速轴安全，合格。
弯矩图以下：

中间轴校核，具体方法同上，步骤略，校核结果合格。
十.滚动轴承选择及寿命校核
考虑轴受力较小且关键是径向力，故选择是单列深沟球轴承
轴Ⅰ30207两个，轴Ⅱ30207两个，轴Ⅲ选择30208两个 (GB/T297-1994)
寿命计算：
轴Ⅰ
1.查机械设计课程设计表8-159，得深沟球轴承30207

2.查《机械设计》得
X=1, Y=0
3.计算轴承反力及当量动载荷：
在水平面内轴承所受得载荷
在水平面内轴承所受得载荷
所以轴承所受得总载荷

因为基础只受轴向载荷，所以当量动载荷：

4.已知预期得寿命 ，两班制

基础额定动载荷

所以轴承30207安全，合格
轴Ⅲ
1.查机械设计课程设计表8-159，得深沟球轴承30208

2.查《机械设计》得
X=1, Y=0
3.计算轴承反力及当量动载荷：
在水平面内轴承所受得载荷
在水平面内轴承所受得载荷
所以轴承所受得总载荷

因为基础只受轴向载荷，所以当量动载荷：

4.已知预期得寿命 ，两班制

基础额定动载荷

所以轴承30208安全，合格。
中间轴上轴承得校核，具体方法同上，步骤略，校核结果轴承30207安全，合格。

十一.键联接选择及校核
1.键类型选择
选择45号钢，其许用挤压应力[=150
1轴
左端连接弹性联轴器，键槽部分轴径为32mm，轴段长56mm，
所以选择单圆头一般平键(A型)键b=8mm,h=7mm,L=45mm
2轴
轴段长为73mm，轴径为43mm，所以选择平头一般平键（A型）
键b=12mm,h=8mm,L=63mm
轴段长为43mm，轴径为43mm，所以选择平头一般平键（A型）
键b=12mm,h=8mm,L=35mm
3轴
轴段长为68mm，轴径为48mm，所以选择圆头一般平键（A型）
键b=14mm,h=9mm,L=58mm
右端连接凸缘联轴器，键槽部分轴径为38mm，轴段长78mm，
所以选择单圆头一般平键(A型)键b=10mm,h=8mm,L=69mm
2.键类型校核
1轴
T=23.94N.m ，
则强度足够， 合格
2轴
T=103.60N.m ，
则强度足够， 合格
3轴
T=360.25N.m ，
则强度足够， 合格,均在许用范围内。

十二.联轴器选择
因为减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，选择弹性套柱销联轴器
1.减速器进口端

选择TX3型（GB/T 5014-）弹性套柱销联轴器，采取Z型轴孔，A型键，轴孔直径d=22~30mm,选d=30mm,轴孔长度
为L=45mm
2.减速器出口端

选择GY5型（GB/T 5843-）弹性套柱销联轴器，采取Y型轴孔，C型键，轴孔直径d=50~71mm,选d=50mm,轴孔长度
为L=60mm

十三.减速器附件选择
1.箱体设计
名称
符号
参数
设计标准
箱体壁厚
δ
10
0.025a+3 >=8
箱盖壁厚
δ1
8
0.02a+3 >=8
凸缘厚度
箱座
b
15
1.5δ
箱盖
b1
12
1.5δ1
底座
b2
25
2.5δ
箱座肋厚
m
8
0.85δ
地脚螺钉
型号
df
M16
0.036a+12
数目
n
4
轴承旁联接螺栓直径
d1
M12
0.75 df
箱座、箱盖联接螺栓直径尺寸
d2
M12
（0.5-0.6）df
连接螺栓间距
l
160
150~200
轴承盖螺钉直径
d3
8
（0.4-0.5）df
观察孔盖螺钉
d4
6
（0.3-0.4）df
定位销直径
d
9.6
（0.7-0.8）d2
d1,d2至外箱壁距离
C1
22
C1>=C1min
d2至凸缘边缘距离
C2
16
C2>=C2min
df至外箱壁距离
C3
26

df至凸缘边缘距离
C4
24

箱体外壁至轴承盖座端面距离
l1
53
C1+ C2+(5~10)
轴承端盖外径
D2
101 101 106

轴承旁连接螺栓距离
S
115 1 40 139

注释：a取低速级中心距，a＝160mm
2.附件
为了确保减速器正常工作，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体结构设计给足够重视外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检验油面高度、加工及拆装检修时箱盖和箱座正确定位、吊装等辅助零件和部件合理选择和设计。

名称
规格或参数
作用
窥视孔
视孔盖
130×100
为检验传动零件啮合情况，并向箱内注入润滑油，应在箱体合适位置设置检验孔。图中检验孔设在上箱盖顶部能直接观察到齿轮啮合部位处。平时，检验孔盖板用螺钉固定在箱盖上。材料为Q235
通气器
通气螺塞
M10×1
减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大，为使箱内热胀空气能自由排出，以保持箱内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件等其它缝隙渗漏，通常在箱体顶部装设通气器。材料为Q235
轴承盖
凸缘式轴承盖
六角螺栓（M8）
固定轴系部件轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔两端用轴承盖封闭。轴承盖有凸缘式和嵌入式两种。图中采取是凸缘式轴承盖，利用六角螺栓固定在箱体上，外伸轴处轴承盖是通孔，其中装有密封装置。材料为HT200
定位销
M9×38
为确保每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔制造加工时精度，应在精加工轴承孔前，在箱盖和箱座联接凸缘上配装定位销。中采取两个定位圆锥销，安置在箱体纵向两侧联接凸缘上，对称箱体应呈对称部署，以免错装。材料为45号钢
油面指示器
油标尺M16
检验减速器内油池油面高度，常常保持油池内有适量油，通常在箱体便于观察、油面较稳定部位，装设油面指示器，采取2型
油塞
M20×1.5
换油时，排放污油和清洗剂，应在箱座底部，油池最低位置处开设放油孔，平时用螺塞将放油孔堵住，油塞和箱体接合面间应加防漏用垫圈（耐油橡胶）。材料为Q235
起盖螺钉
M12×
42
为加强密封效果，通常在装配时于箱体剖分面上涂以水玻璃或密封胶，所以在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖。为此常在箱盖联接凸缘合适位置，加工出1个螺孔，旋入启箱用圆柱端或平端启箱螺钉。旋动启箱螺钉便可将上箱盖顶起。
起吊装置
吊耳
为了便于搬运，在箱体设置起吊装置，采取箱座吊耳，孔径18。

十四.减速器润滑方法、密封形式
1.润滑
本设计采取油润滑，润滑方法为飞溅润滑，并经过合适油沟来把油引入各个轴承中。
1）.齿轮润滑
采取浸油润滑，因为低速级周向速度为，所以浸油高度约为30～50㎜。
取为60㎜。
2）.滚动轴承润滑
因为轴承周向速度为，所以宜开设油沟、飞溅润滑。
3）.润滑油选择
齿轮和轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选择L-AN15润滑油。
2.密封形式
用凸缘式端盖易于调整，采取闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。
轴和轴承盖之间用接触式毡圈密封，型号依据轴段选择。

十五.设计小结
此次减速器，经过大半学期努力,我最终将机械设计课程设计做完了.
这次作业过程中,我碰到了很多困难,一次又一次修改设计方案修改，这全部暴露出了前期我在这方面知识欠缺和经验不足，令我很苦恼.以后在老师指导下,我找到了问题所在之处,并将之处理.同时我还对机械设计基础知识有了更深入了解.
    尽管这次作业时间是漫长,过程是曲折,但我收获还是很大.不仅仅掌握了设计一个完整机械步骤和方法;也对机械制图、autocad软件有了更深入掌握。对我来说,收获最大是方法和能力.那些分析和处理问题方法和能力.在整个过程中,我发觉像我们这些学生最最缺乏是经验,没有感性认识,空有理论知识,有些东西很可能和实际脱节.总体来说,我认为做这种类型作业对我们帮助还是很大,它需要我们将学过相关知识全部系统地联络起来，综合应用才能很好完成包含机械设计在内全部工作，也期望学院能多部分这种课程。

十六.参考文件
《机械设计手册》、《机械设计》、《机械设计课程设计》、《工程材料及其成形基础》、《理论力学》。