机械设计课程设计二级减速器.docx

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、 传动方案拟定························· 4
三、 电动机的选择························· 4
四、 传动装置的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、 轴的结构设计·························18
九、 轴的校核计算·························19
十、 滚动轴承的选择与计算··················23
十一、 键联接选择及校核·····················24
十二、 联轴器的选择与校核····················25
十三、 减速器附件的选择·····················26
十四、 润滑与密封···························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（简图如下）
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
运送带工作拉力F/N
2200
运输带工作速度v/(m/s)

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，空载启动，室内工作，有粉尘；
2.使用期：使用期10年；
3.检修期：3年大修；
4.动力来源：电力，三相交流电，电压380/220V;
5.运输带速度允许误差：±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：运送带工作拉力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.该方案的优缺点：瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，径向尺寸小，结构紧凑，重量轻，节约材料。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，两大吃论浸油深度可以大致相同。但减速器轴向尺寸及重量较大；高级齿轮的承载能力不能充分利用；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，限制了传动布置的灵活性。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的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。
三．电动机的选择

按工作要求和工作条件选用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=/s 工作装置的效率考虑胶带卷筒器及其轴承的效率取
代入上试得

电动机的输出功率功率 按下式

式中为电动机轴至卷筒轴的传动装置总效率
由试 由表2-4滚动轴承效率：联轴器传动效率= 0.99：齿轮传动效率=0.98（7级精度一般齿轮传动）
则
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，选电动机的核定功率Pw为3.0kw。
3.确定电动机转速
按表2-1推荐的传动比合理范围，两级同轴式圆柱齿轮减速器传动比
而工作机卷筒轴的转速为

所以电动机转速的可选范围为

符合这一范围的同步转速有750和1000两种。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1000的Y系列电动机Y132S,其满载转速为960r/min,电动机的安装结构形式以及其中心高,外形尺寸,轴的尺寸等都在8-186,表8-187中查的。
四.计算传动装置的总传动比并分配传动比
1.总传动比为

2.分配传动比

考虑润滑条件等因素，初定
，
3. 计算传动装置的运动和动力参数
1.各轴的转速
I轴
II轴
III轴
卷筒轴
4.各轴的输入功率
I轴
II轴
III轴
卷筒轴
5.各轴的输入转矩
I轴
II轴
III轴
工作轴
电动机轴
将上述计算结果汇总与下表，以备查用。
项目
电动机
轴
轴
轴
工作轴
转速（r/min）
960
960

功率P（kw）

转矩T（Nm）

传动比i
1

1
效率

7
7
3
五.高速级齿轮的设计
选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1.按简图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动，软齿轮面闭式传动。
2.运输机为一般工作机器，速度不高，故选用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:先由齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。
2. 按齿面接触疲劳强度设计，即

1>.确定公式内的各计算数值
1.试选载荷系数。
2.计算小齿轮传递的转矩

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

7；。
8.计算接触疲劳许用应力
取安全系数S=1

2>.设计计算
1.试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。

2.计算圆周速度。

计算齿宽b

计算齿宽与齿高之比b/h
模数
齿高

3.计算载荷系数
查表10-2得使用系数=1.0;根据、由图10-8
得动载系数 直齿轮；由表10-2查的使用系数
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布置
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.计算齿轮传动的几何尺寸
1.计算模数

2.按齿根弯曲强度设计，公式为

1>.确定公式内的各参数值
1.由《机械设计》图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；
2.由《机械设计》图10-18取弯曲疲劳寿命系数，
3.计算弯曲疲劳许用应力；
取弯曲疲劳安全系数 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、小齿轮的并加以比较；

大齿轮大
7.设计计算

对比计算结果，由齿轮面接触疲劳强度计算的模数=2mm 接触强度算得的分度圆直径=，算出小齿轮齿数

大齿轮 取
这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，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>.轮的结构设计
小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用实心打孔式结构
大齿轮的有关尺寸计算如下：
轴孔直径43mm轮毂长度 与齿宽相等
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
齿轮工作图如下图所示

六.低速级齿轮的设计
选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1.按简图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动，软齿轮面闭式传动。
2.运输机为一般工作机器，速度不高，故选用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:先由齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。
2. 按齿面接触疲劳强度设计，即

1>.确定公式内的各计算数值
1.试选载荷系数。
2.计算小齿轮传递的转矩

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

7；。
8.计算接触疲劳许用应力
取安全系数S=1

2>.设计计算
1. 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。

2.计算圆周速度。

计算齿宽b

计算齿宽与齿高之比b/h

3.计算载荷系数
查表10-2得使用系数=1.0;根据、由图10-8
得动载系数 直齿轮；由表10-2查的使用系数
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布置
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.计算齿轮传动的几何尺寸
1.计算模数

2.按齿根弯曲强度设计，公式为

1>.确定公式内的各参数值
1.由《机械设计》图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；
2.由《机械设计》图10-18取弯曲疲劳寿命系数，
3.计算弯曲疲劳许用应力；
取弯曲疲劳安全系数 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、小齿轮的并加以比较；

大齿轮大
7.设计计算

对比计算结果，由齿轮面接触疲劳强度计算的魔术大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数并就进圆整为标准值=2.5mm 接触强度算得的分度圆直径mm，算出小齿轮齿数

大齿轮 取
这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，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>.轮的结构设计
大齿轮采用实心打孔式结构
大齿轮的有关尺寸计算如下：
轴孔直径48mm轮毂长度 与齿宽相等
轮毂长度 与齿宽相等
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
齿轮工作图如下图所示

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

模数
m
mm
2

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

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.轴的结构设计
1.初选轴的最小直径
选取轴的材料为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、键槽的影响，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
基本尺寸/mm
安装尺寸/mm
基本额定/kN
d
D
B
da
Da
动载荷Cr
静载荷Cor
30207
35
72
17
42
62
54.2

30208
40
80
18
47
69

3.确定轴上零件的位置和固定方式
1轴：由于高速轴齿根圆直径与轴径接近，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，采用弹性柱销联轴器。
2轴：高速级采用实心齿轮，采用上端用套筒固定，下端用轴肩固定，低速级用自由锻造齿轮，自由锻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：采用自由锻造齿轮，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，采用凸缘联轴器连接。
4.各轴段长度和直径数据见下图

九.轴的校核计算
1. 1轴强度校核
1 1).高速轴的强度校核
由前面选定轴的材料为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（受力如图所示）

切向力
径向力
3）.计算弯矩
水平面内的弯矩：

垂直面内的弯矩：

故
取=0.6， 计算轴上最大应力值：

故高速轴安全，合格。
弯矩图如下：

2 1). 低速轴的强度校核
由前面选定轴的材料为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（受力如图所示）

切向力
径向力
3）.计算弯矩
水平面内的弯矩：

垂直面内的弯矩：

故
取=0.6， 计算轴上最大应力值：

故低速轴安全，合格。
弯矩图如下：

中间轴的校核，具体方法同上，步骤略，校核结果合格。
十.滚动轴承的选择及寿命校核
考虑轴受力较小且主要是径向力，故选用的是单列深沟球轴承
轴Ⅰ30207两个，轴Ⅱ30207两个，轴Ⅲ选用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

由于基本只受轴向载荷，所以当量动载荷：

预期得寿命 10年，两班制

基本额定动载荷

所以轴承30207安全，合格
轴Ⅲ
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

由于基本只受轴向载荷，所以当量动载荷：

4.已知预期得寿命 10年，两班制

基本额定动载荷

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.键类型的选择
选择45号钢，其许用挤压应力[=150
1轴
左端连接弹性联轴器，键槽部分的轴径为32mm，轴段长56mm，
所以选择单圆头普通平键(A型)键b=8mm,h=7mm,L=45mm
2轴
轴段长为73mm，轴径为43mm，所以选择平头普通平键（A型）
键b=12mm,h=8mm,L=63mm
轴段长为43mm，轴径为43mm，所以选择平头普通平键（A型）
键b=12mm,h=8mm,L=35mm
3轴
轴段长为68mm，轴径为48mm，所以选择圆头普通平键（A型）
键b=14mm,h=9mm,L=58mm
右端连接凸缘联轴器，键槽部分的轴径为38mm，轴段长78mm，
所以选择单圆头普通平键(A型)键b=10mm,h=8mm,L=69mm
2.键类型的校核
1轴
T=23.94N.m ，
则强度足够， 合格
2轴
T=N.m，
则强度足够， 合格
3轴
T=N.m，
则强度足够， 合格,均在许用范围内。
十二.联轴器的选择
由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，选用弹性套柱销联轴器
1.减速器进口端

选用TX3型（GB/T 5014-2003）弹性套柱销联轴器，采用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.减速器的出口端

选用GY5型（GB/T 5843-2003）弹性套柱销联轴器，采用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.减速器附件的选择
1.箱体设计
名称
符号
参数
设计原则
箱体壁厚
δ
10
+3 >=8
箱盖壁厚
δ1
8
+3 >=8
凸缘厚度
箱座
b
15
δ
箱盖
b1
12
δ1
底座
b2
25
δ
箱座肋厚
m
8
δ
地脚螺钉
型号
df
M16
+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
（）df
连接螺栓的间距
l
160
150~200
轴承盖螺钉直径
d3
8
（）df
观察孔盖螺钉
d4
6
（）df
定位销直径
d

（）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的距离
l1
53
C1+ C2+(5~10)
轴承端盖外径
D2
101101106

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
为了保证减速器的正常工作，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体的结构设计给予足够的重视外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检查油面高度、加工及拆装检修时箱盖与箱座的精确定位、吊装等辅助零件和部件的合理选择和设计。
名称
规格或参数
作用
窥视孔
视孔盖
130×100
为检查传动零件的啮合情况，并向箱内注入润滑油，应在箱体的适当位置设置检查孔。图中检查孔设在上箱盖顶部能直接观察到齿轮啮合部位处。平时，检查孔的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他缝隙渗漏，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）
固定轴系部件的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。图中采用的是凸缘式轴承盖，利用六角螺栓固定在箱体上，外伸轴处的轴承盖是通孔，其中装有密封装置。材料为HT200
定位销
M9×38
为保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔制造加工时的精度，应在精加工轴承孔前，在箱盖与箱座的联接凸缘上配装定位销。中采用的两个定位圆锥销，安置在箱体纵向两侧联接凸缘上，对称箱体应呈对称布置，以免错装。材料为45号钢
油面指示器
油标尺M16
检查减速器内油池油面的高度，经常保持油池内有适量的油，一般在箱体便于观察、油面较稳定的部位，装设油面指示器，采用2型
油塞
M20×
换油时，排放污油和清洗剂，应在箱座底部，油池的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的垫圈（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，因而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的适当位置，加工出1个螺孔，旋入启箱用的圆柱端或平端的启箱螺钉。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，采用箱座吊耳，孔径18。
十四.减速器润滑方式、密封形式

本设计采用油润滑，润滑方式为飞溅润滑，并通过适当的油沟来把油引入各个轴承中。
1）.齿轮的润滑
采用浸油润滑，由于低速级周向速度为，所以浸油高度约为30～50㎜。
取为60㎜。
2）.滚动轴承的润滑
由于轴承周向速度为，所以宜开设油沟、飞溅润滑。
3）.润滑油的选择
齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。

用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。
轴与轴承盖之间用接触式毡圈密封，型号根据轴段选取。

此次减速器，经过大半学期的努力,我终于将机械设计课程设计做完了.
这次作业过程中,我遇到了许多困难,一次又一次的修改设计方案修改，这都暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足，令我非常苦恼.后来在老师的指导下,我找到了问题所在之处,并将之解决.同时我还对机械设计基础的知识有了更进一步的了解.
   尽管这次作业的时间是漫长的,过程是曲折的,但我的收获还是很大的.不仅仅掌握了设计一个完整机械的步骤与方法;也对机械制图、autocad软件有了更进一步的掌握。对我来说,收获最大的是方法和能力.那些分析和解决问题的方法与能力.在整个过程中,我发现像我们这些学生最最缺少的是经验,没有感性的认识,空有理论知识,有些东西很可能与实际脱节.总体来说,我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的,它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来，综合应用才能很好的完成包括机械设计在内的所有工作，也希望学院能多一些这种课程。
十六.参考文献
《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》。