机械设计课程设计-设计一带式输送机传动用的二级圆柱齿轮展开式减速器.doc

机械设计课程设计
计算说明书

设计题目 带式输送机传送装置

机械制造及其自动化 专业 1 班
设 计 者
指导老师
2016年12月30日
周口师范学院
计算项目及内容
主要结果
一、设计题目（4-E）
1.题目说明
设计一带式输送机传动用的二级圆柱齿轮展开式减速器。
传动简图如下图所示：

1—电动机；2—联轴器；3—减速器；
4—链传动；5—输送带鼓轮

2.已知条件
题号
输送带牵引力
F/KN
输送带的速度
V/（m/s）
输送带滚筒的直径D/mm
4—E
2.7
1.1
400

连续单向运转，工作时有轻微震动；
使用期10年（每年300个工作日）；
小批量生产，输送机工作轴转速允许误差为±5%；
带式输送机的传动效率为0.96
二、运动参数计算
1.电动机选择
初选电动机转速n=1500r/min
联轴器的效率为，高速级齿轮组和低速级齿轮组的效率为和，链传动的效率为，带式输送机的效率为，轴承效率为
== 0.98 取精度为IT=7
= 0.96 选择滚子链传动
= 0.99 弹性套柱销联轴器
= 0.96 由已知条件得到
= 0.99 选用角接触球轴承
工作机所需功率：= 3.09KW
传动装置的总效率 =0.89
电动机所需功率：=3.47KW
根据以上数据选择电动机参数如下:
工作功率= 4KW，转速= 1440r/min
Y112M-4三相异步电动机满足要求,可供选用.
轴伸出端直径= 28mm 长度E= 60mm
键槽截面尺寸F*G*D=8*24*28
电动机中心高112mm

2.传动比选择
根据各类机械传动的传动比范围及传动比分配原则选择各传动比： i=nm/nw=1440/67.14=27.42
高速级传动比;i1=3.45低速级传动比i2=3；链轮传动比i3=3
3．各轴传动参数
(1) 各轴的转速n(r/min)的确定
高速轴的转速：
中间轴的转速：
低速轴的转速：
滚筒轴的转速：
(2) 各轴的输入功率（KW）
高速轴的输入功率：
中间轴的输入功率：
低速轴的输入功率：
(3) 各轴的输入扭矩（N·m）
高速轴的输入扭矩：
中间轴的输入扭矩：Nm
低速轴的输入扭矩：
三、传动零件设计
1.高速级齿轮传动计算
(1) 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数
1) 选用斜齿圆柱齿轮
2) 初选小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。
3) 精度等级取7(GB10095-88)
4) 初选小齿轮齿数，则大齿轮齿数，取51单排链传动，初选螺旋角β=14°

(2) 按按齿面接触强度设计
（1.1）
确定公式内的各计算数值
1) 工作时有轻微振动，选Kt=1.6
2) 由参考文献[2]图10-30选取区域系数ZH=2.435
3) 由参考文献[2]表10-7选取齿宽系数Φd=1
4) 由参考文献[2]图10-26查得

5) 小齿轮转距
6) 由参考文[2]表10-6查得材料的弹性影响系数
7) 由参考文献[2]图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限
8) 由参考文献[2]式（10-13）计算应力循环次数

9) 由参考文献[2]图10-19查得接触疲劳寿命系数
；
10) 计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数S=1，由参考文献[2]式（10-12）
得：

计算各数据
1) 试计算小齿轮分度圆直径，有计算公式得
2) 计算圆周速度
m/s
3) 计算齿宽b及模数

4) 计算纵向重合度

5) 计算载荷系数K
已知载荷平稳，由参考文献[2]表10-2选取使用系数取
根据，7级精度，由参考文献[2]图10-8查得动载系数；由表10-4查得的计算公式和直齿轮的相同故；
由参考文献[2]图10-13查得
由表10-3查得
故载荷系数
6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由参考文献[2]式（10-10a）得

7) 计算模数

(3) 按齿根弯曲强度设计
由参考文献[2]式（10-17）

确定计算参数
1) 计算载荷系数

2) 根据纵向重合度，从参考文献[2]图10-28查得螺旋角影响系数Yb=0.88
3) 计算当量齿数

4) 查取齿型系数 由参考文献[2]表10-5查得；
5) 查取应力校正系数 由参考文献[2]表10-5查得；
6) 由参考文献[2]图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳极限，大齿轮的弯曲疲劳极限
7) 由参考文献[2]图10-18，查得弯曲疲劳寿命系数，；
8) 计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳许用应力S=1.4，由文献[2]式（10-12）得

9) 计算大，小齿轮的 ，并加以比较

大齿轮的数值大

设计计算

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跟弯曲疲劳强度计算的法面模数，取，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算出的分度圆直径=41.19mm来计算应有的齿数。于是由
取20
则 取69
(4) 几何尺寸计算
1) 计算中心距

将中心距圆整为92mm。
2) 按圆整后的中心距修正螺旋角

因b值改变不多，故参数、、等不必修正。
3) 计算大、小齿轮的分度圆直径

4) 计算齿轮宽度

圆整后取；。

2.低速级齿轮传动计算
(1) 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数
1) 选用斜齿圆柱齿轮
2) 初选小齿轮材料小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。
3) 精度等级取7
4) 初选小齿轮齿数，则大齿轮齿数，取73。初选螺旋角β=14°

(2) 按按齿面接触强度设计
（1.1）
确定公式内的各计算数值
1) 工作时有轻微振动，选Kt=1.6
2) 由参考文献[2]图10-30选取区域系数ZH=2.435
3) 由参考文献[2]表10-7选取齿宽系数Φd=1
4) 由参考文献[2]图10-26查得

5) 小齿轮转距T2=87.86Nm
6) 由由参考文[2]表10-6查得材料的弹性影响系数
7) 由参考文献[2]图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限
8) 由参考文献[2]式（10-13）计算应力循环次数

9) 由参考文献[2]图10-19查得接触疲劳寿命系数
；
10) 计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数S=1，由参考文献[2]式（10-12）得：

计算数据
1) 试计算小齿轮分度圆直径，有计算公式得
取=52mm
2) 计算圆周速度

3) 计算齿宽b及模数

4) 计算纵向重合度

5) 计算载荷系数K
已知载荷平稳，由参考文献[2]表10-2选取使用系数取
根据，7级精度，由参考文献[2]图10-8查得动载系数；由表10-4查得的计算公式和直齿轮的相 同故 ；
由参考文献[2]图10-13查得
由表10-3查得
故载荷系数
6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由参考文献[2]式（10-10a）得：
mm
7) 计算模数
mm
(3) 按齿根弯曲强度设计
由参考文献[2]式（10-17）

确定计算参数
1) 计算载荷系数

2) 根据纵向重合度，从参考文献[2]图10-28查得螺旋角影响系数Yb=0.875

3) 查取齿型系数 由参考文献[2]表10-5查得YFa1=2.5919；YFa2=2.2202,
4) 查取应力校正系数 由参考文献[2]表10-5查得；Ysa1=1.5964,Ysa2=1.7698
5) 由参考文献[2]图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳极限，大齿轮的弯曲疲劳极限
6) 由参考文献[2]图10-18，查得弯曲疲劳寿命系数，；
7) 计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳许用应力S=1.4，由文献[2]式（10-12）得

8) 计算大，小齿轮的 ，并加以比较

大齿轮的数值大
设计计算

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跟弯曲疲劳强度计算的法面模数，取mn=2mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算出的分度圆直径=77.2mm来计算应有的齿数。于是由
取Z1=28
则Z2=28x3=84取85
(4) 几何尺寸计算
1) 计算中心距

将中心距圆整为117mm。
2) 按圆整后的中心距修正螺旋角

因b值改变不多，故参数、、等不必修正。
3) 计算大、小齿轮的分度圆直径
mmmm
4) 计算齿轮宽度

圆整后取B1=65；B2=60。
小结：

项目
d/mm
z
mn
/mm
B
/mm
材料

高
速
级
齿轮1
41.35
20
2
40
40Gr

齿轮2
142
65
69
2
45
45钢

低
速
级
齿轮3
57.98
28
2.5
75
40Gr

齿轮4
182.23
85
2.5
70
45钢

四、链传动计算
选择材料40,50.ZG310~570.热处理回火热处理硬度40~50HRC无剧烈振动及冲击的链轮
1. 选择链轮齿数
取小链轮齿数=21取大链轮齿数=321=63
2. 确定计算功率
查表的=1.1, =1.21,单排链=1,则计算功率的
===4.962KW
3. 选择;链条型号和节距
根据=4.962KW, =156.9r/min ,由[2]查图9-11可选20A， ,查表9-1得链条节距为p=31.75mm
4. 计算链节数和中心矩
初选中心矩=(30~50)p=(30~50)31.75=952.5~1587.5取=1000mm
链节数=106.35 取=110 查表取中心矩计算系数=0.24421
最大中心矩=1055mm
5. 计算链速V,确定润滑方式
=6.04m/s
由=6.04m/s和链号20A查图9-14可知应采用油池润滑或油盘飞溅润滑
6. 计算压轴力
轴材料为45号钢,调质处理
有效圆周力: =617.1N
链轮水平布置时的压轴力系数=1.15,则压轴力为=1.15×617.2=707.98N
五、轴的设计及校核
1. 材料选用及热处理
轴一选用40Cr,调质处理
轴二、轴三均选用45，调质处理
由参考文献[2]表15-3查得、、、、
2. 估算最小直径(按扭转强度)
由参考文献[2]表15-3确定=110mm
=15.41mm
(按一个键槽,轴颈增大7%为17mm)
考虑到弹性套柱销联轴器的规格,取最小直径为=25mm
(第二根) =115mm
=23.98mm
(考虑到两个键槽,轴颈增大15%为27.577mm) =28mm
考虑到角接触球轴承的规格,取最小直径为=30mm
(第三根)=115mm
=33.06mm
(考虑到两个键槽,轴颈增大15%为38.02mm)=39mm
考虑到与链轮连接，取最小直径为=40mm
3. 轴的设计校核(对于轴1)
轴的结构设计：
根据所设计的齿轮及选用的轴承7206C、联轴器，设计计算每一段的长度宽度，并根据定位确定轴肩的高度及宽度。

1.求齿轮上的载荷：
齿轮的分度圆直径=41.35mm
扭矩=26.26

查得轴承7206C的a=14.2，B=16.
做出轴的受力分析，得到：，47608，22763。52770

六、轴承校核
1. 角接触球轴承7211C的基本额定动载荷 =52.8 KW,基本额定静载荷=40.5KW。
2. 径向载荷
=596-162=434N
=274+75=349N
=2584N
=1799N

3.轴向力：
轴承派生轴向力 =是对应表13-5中 =的Y值
Y=1.6 E=0.37 N
N
N
=1.当量动载荷和和

对轴承1：，
对轴承2，
因轴承运转中存在轻微冲击 则

2.验算轴承
则因为则所以按照轴承1的受力大小验算。
年，则：满足轴承寿命要求。

七 、键的选用以及校核
（轴一）
1. 与联轴器连接的键的选择:
普通平键A型,主要参数

L=32
T为第一根轴的扭矩 T=26263N*mm
k=0.5h=3.5mm
l=32-8=24mm
d=25mm
键连接强度计算

因为载荷性质为轻微冲击
键的材料为铸铁为50~60MPa
所以满足强度条件
（轴二）
1. 与大齿轮连接的键的选择:
普通平键A型,主要参数

L=56
T为第二根轴的扭矩T= 87861N*mm
k=0.5h=4mm
l=56-10=46mm
d=35mm
键连接强度计算

因为载荷性质为轻微冲击
键的材料为铸铁为50~60MPa
所以满足强度条件
2. 与小齿轮连接的键的选择:
普通平键A型,主要参数

L=28
T为第二根轴的扭矩T= 87861N*mm
k=0.5h=4mm
l=28-10=18mm
d=35mm
键连接强度计算

因为载荷性质为轻微冲击
键的材料为钢，为120MPa
所以满足强度条件
（轴三）
3. 与齿轮连接的键的选择:
普通平键A型,主要参数

L=56
T为第三轴的扭矩 226150N*mm
k=0.5h=5.5mm
l=56-18=38mm
d=60mm
键连接强度计算

因为载荷性质为轻微冲击
键的材料为铸铁为50~60MPa
所以满足强度条件
4. 与链轮连接的键的选择:
材料为钢=120MPa
主要参数及强度校核
b×h=14×9
L=36mm
d=45mm
=101.87=120MPa
所以满足强度条件
八、减速箱的设计
箱体采用水平刨分式，刨分面与轴线平面重合，将箱体分为箱盖和箱座两部分。材料选为HT150。
箱体设计主要是在满足强度，钢度的前提下，同时考虑结构紧凑，制造方便，重量轻及使用等方面要求进行设计。

铸铁减速器箱体结构尺寸之一
名称
符号
圆柱齿轮减速器
箱座壁厚

a:高速级与低速级的中心矩
0.025a+3=5.625 8mm
箱盖壁厚

8
地脚螺拴直径

20
地脚螺拴数目

4

铸铁减速器箱体结构尺寸之二

名称
符号
尺寸关系
箱座凸缘厚度

1.5=12
箱盖凸缘厚度

1.5=12
箱座底凸缘厚度

2.5=20
轴承旁连接螺拴直径

0.75=16
箱盖与箱座连接螺拴直径

(0.5~0.6)=12
轴承盖螺钉直径

轴承7211C为8；轴承7206为 6；

视孔盖螺钉直径

8
定位销直径

10
, ,至外箱壁距离

26,22,18
,至凸缘边缘距离

24,16
轴承旁凸台半径

20
凸台高度

待定
外箱壁至轴承座端面距离

45
大齿轮齿顶圆与内箱壁距离

38
箱座肋厚

8
轴承盖外径

轴承7211C 为 140
轴承7206C 为 92

轴承旁连接螺拴距离

轴承7211C 为 120
轴承7206C 为 77

九 、减速器的润滑及密封选择
轴承润滑
采用脂润滑,在轴上加装甩油环。
附 转轴最高轴1
m/s
所以可选毡圈密封
十.减速器的附件选择及说明
1. 视孔和视孔盖
确定检查孔尺寸为
为120，
，
，
，
=箱体宽- ，
，
螺钉数，
， ，

2. 通气器的选用
选择简易式通气器

；

3. 游标的选用
选用圆形游标，尺寸为：

4. 油塞的选用
六角螺塞及封油圈尺寸：

5. 吊钩吊耳的选用
吊钩尺寸为：

吊耳尺寸为:
d=b=15，R=15，e=15
6. 定位销尺寸确定
定位销直径可取（为凸缘上螺栓的直径）长度应大于分箱面凸缘的总厚度。
选用d=10mm，l=32mm
7. 起盖螺钉的确定
为便于开启箱盖，在箱盖侧边的凸缘上装一个启盖螺钉。取的螺钉，材料为。
设计总结
通过这次二级展开式圆柱斜齿轮减速器的课程设计，我对机械机构及其零件的设计流程和设计规范有了基本的认识。同时，也应用了以前在画法几何、机械制图、材料力学、机械原理、机械设计等课程中学到的基础知识，使我对这些知识的掌握更加深了一步。
在这次设计的过程中，我体会最深的就是经验在机械设计中的重要性。如果没有详细、可靠的指导，一个人是很难完成最初的设计部分的。当然，这也会对后面的设计造成很大的麻烦。例如，在本次设计中，装配底图的绘制一定要严格按照书上给定的流程，否则后面的一系列定位都将难以处理。
最后就是最初的设计中难免有错误，而且有些错误往往在设计快结束时才表现出来。虽然这次作业中已经无法修改或来不及修改，但是我们应该记住这次教训，在以后的设计工作中尽量避免这些错误。

电动机工作功率= 4KW，
转速= 1440r/min

选择Y112M-4
三相异步电动机

各级传动比：
i1=3.45
i2=3
i3=3
i=27.43

各轴转速：

各轴功率：

各轴扭矩：

mm

mm

24