带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器.doc

韶关市职工大学 07数控双高（1）班 一级斜齿圆柱齿轮减速器的设计
韶关市职工大学
成人高等学历教育
毕业设计（论文）说明

办学单位：
班 级：
学 生：
指导教师：
提交日期： 年 月 日

I

毕业设计（论文）任务书
1、毕业设计（论文）题目：
带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器。
2、毕业设计（论文）目的及成果要求（包括图表、实物等硬件要求）：
1）树立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。
2）掌握斜齿圆柱齿轮减速器传动部件设计过程和方法，包括参数拟定、传动设计、零件计算、结构设计等，培养结构分析和设计的能力。
3）了解机械设计的最新动态。
4）综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力。
5）提高的设计的能力。如计算、制图，应用设计资料、标准和规范、编写技术文件（说明书）等。
6）设计手段和方法的不断更新不断完善。机械设计的综合程度越来越高，与其它学科交叉越来越广泛和深入——机电一体化。机械设计的实验研究技术有了很大的发展和提高，实验与理论相互促进。

3、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
运动简图：

工作条件：输送机连续工作，单向运转，载荷变化不大，空载启动，使用期限10年，两班制，输送带速度容许误差为±5%。
原始数据：输送机主轴功率P=2.8KW，输出转速n=60r/min。
设计任务：
减速器装配图一份 A0图纸一张
齿轮零件图一份 A2图纸一张
轴零件图两份 A3图纸一张
设计说明书一份 A4纸30~50页

4、主要参考文献
[1] 机械设计课程设计指导书
[2] 机械设计基础.清华大学出版社出版，1986
[3] 互换性与技术测量
[4] 工程力学
5、毕业设计（论文）工作进度计划：
2010年 9 月8日~~~ 2009年 9月10日 了解圆柱齿轮减速器的结构和工作原理
2009年 9 月11 日~~~ 2010 年10月31日 传动系统的设计和验算
2009年 11 月 1 日~~~ 2010 年 11月5日 绘画装配图、零件图和毕业论文

本任务书于 年 月 日发出，毕业设计（论文）应于 年 月 日前完成，由指导老师审阅后，提交毕业设计（论文）指导小组进行答辩。
指导教师 制定
年 月 日
毕业设计（论文）指导小组组长 审核
年 月 日
办学单位负责人 签发
年 月 日

毕业设计（论文）评语
1、指导教师评语：

指导教师签名
年 月 日
2、评阅教师评语：

评阅教师签名：
年 月 日
3、答辩小组评语

答辩小组组长签名
年 月

第一章 绪 论
设计说明书是使人们能够了解设计者所设计产品的内容与目的，及产品的功能，表达设计者的设计思路与具体过程。
本书是关于带式输送机传动装置设计，带式输送机的带传动是通过挠性件——带，把主动轴的运动和动力传给从动轴的一种机械形式，常用于两轴相距较远的场合，与其他机械传动相比，带传动结构简单，成本低廉，是一种应用很广泛的机械传动。
带式输送机传动装置主要有电动机、减速器、联轴器等组成。带传动由于承载能力低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他型式大，故应放在系统的高速级，此时速度较高，在传递相同功率时的转矩减小，从而使带传动获得较为紧凑的结构尺寸，此外，带传动工作平稳，能缓冲、吸振，被广泛采用。
本说明书分为七部分。第一部分“传动方案的总体设计”主要是确定传动方案，选定电动机的型号，合理分配传动比及计算传动装置的运动和动力参数，为计算各级传动件作准备条件；第二部分“传动零件的设计计算”主要进行确定传动件中带、齿轮的尺寸参数、材料和结构；第三部分“减速箱的结构设计”主要进行箱体的材料及各部分结构尺寸设计；第四部分“减速器轴的设计”进行轴的材料及各部分结构和主要参数的确定，强度计算校核；第五部分“减速器轴承的设计”进行了轴承的选择、寿命计算、强度计算；第六部分“减速器键的设计”进行了键的型号尺寸及材料的选择、强度的计算；第七部分“联轴器的选择和减速器的润滑”进行了联轴器的选择计算和减速器各部分的润滑方式和润滑油的选用。
所引用的参考文献资料有：《机械设计课程设计指导书》、《机械零件》、《机械原理》、《机械制图》、《互换性与技术测量》。
韶关市职工大学 08数控双高（3）班 一级斜齿圆柱齿轮传动减速器的设计

第二章 传动装置的总体设计
2.1选择电动机.
2.1.0拟定传动方案
1．满足工作机性能要求的传动方案，可以由不同传动机构类型以不同的组合形式和布置顺序构成。合理的方案应保证工作可靠，并结构简单，尺寸紧凑，加工方便，成本低廉，传动效率高和使用维护便利。如图a和b所示为面粉螺旋输送机的两种传动方案；以上两种不同类型传动机构的外廊相对比。因此选图a传动装置比较合适，此传动采用普通v带传动和单级圆柱齿轮减速器。其传动装置如图a所示
去

2确定减速器结构类型和零部件类型
选择减速器传动级速，确定传动件布置形式，初选轴承类型，决定减速器机体结构，选择联轴器类型
2.1.1选择电动机的类型和结构形式
电动机分交流电动机和支流电动机两种。由于支流电动机需要直流电源，结构叫复杂，价格较高，维护比较不便，因此无特殊要求不宜采用。
生产单位一般用三相交流电源，因此，如特殊要求都应选择交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。异步电动机有笼型和铙线型两面三刀种，其中以普通笼型异步电机应用最多。其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不宜燃，不宜爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上。根据不同防护要求，电动机结构还有启式，防护式，封闭式和防爆式区别。电动机的额定电压一般为380V。电动机类型根据电源种类（交流或直流）。由于此传动装置是工作在传动平稳，载荷均匀，运动方向不变转速高工作时间长的环境下，因此选择Y系列三相鼠笼式交流异步电动机。
2.1.2选择电动机的容量
因电动机的容量选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求。就不能保证工作的正常工作，或使电动机长期过载而过早损坏，容量过大则电动机价格高，能力又不能充分利用，由于经常不满载运行，效率和功率因数都较低，增加电能消耗，造成很大浪费。电动机的容量主要根据电动机选择时的发热条件来决定。电动机的发热与其运动状态有关。又由于此传动是在载荷额定下长期连续运行的情况下工作效率Pd’,即Pcd>Pd’ 电动机在工作时就不会过热。通常可以不必按验发热和启动力矩。
式中η为电动机至滚筒主轴各传动装置的总效率（包括两对齿轮传动，
三对滚动球轴承及两个联轴器等的效率），η值按下列公式计算：
η=η1η2ηη4
由资料查得，V带传动的效率η1=0.96，齿轮传动的效率η2=0.98，滚动轴承的效率η3=0.99，十字滑块联轴器效率η4=0.97，式子中P =2.8
η=0.96×0.98×0.99×0.97=0.894

.查机械零件手册选取P=4KW

2.1.3确定电动机的转速
输出的转速为：
n w= 60 r/min
根据输送机主轴转速n和常用机械传动比范围，普通V带传动的传动比I=2---4，单极圆柱齿轮减速器的传动比I=3--6可计算电动机转速的合理范围为；
N = i n w = (2 ~ 4) ×(3 -6 )X 60 = 360~ 1440 r/min
电动机同步转速符合这一范围的有750 r / min、1000 r /min和1500r/min三

种，为降低电动机的重量和价格，选取常用的同步转速为 1000 r/min的Y系列电动机Y132m1-6，其满载转速n w =960 r/min。
其型号和主要数据如下表
电动机型号
额定功率（KW）
同步转速(r/min)
满载转速(r/min)
最大转矩 额定转矩
Y132M1-6
4
1000
960
2
电动机的安装及有关尺寸

中心高 H
外形尺寸Lx(AC+AD)HD
底脚安装尺寸 AXB
地脚螺栓孔直径 K
轴伸尺寸DXE
装键部位尺寸FXGD
132
515x(175+210)x315
216x178
12
38x80
10x5

2.1.4确定传动装置的总传动比及其分配
传动装置的总传动比
(1) i=n/ n=960/60=16
(2)分配各级传动比
由于分配传动比是应考虑（1）使各级的传动的承载能力接近相同，既要达到接近等强度。 （2）使各级传动中的大齿轮浸在油中的深度大致相等从而使润滑简便。（3）使减速器获得最小的外形尺寸和重量。
对于同轴式圆柱齿轮减速器，为使二级传动的大齿直径相近，传动比一般推荐为i1 =- (0.01~0.05)X16=3.84~3.2 故选取V带传动比
I=3.2
则单级圆柱齿轮减速器的传动比为I=5

(3)计算传动装置的运动和动力参数（按通用减速器计算）
1各轴的转速
为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩，现将传动装置各轴由高速至低速依次定为I轴和II轴以及

n , n……………..为各轴转速
T , T`````````````````为各轴的输入转矩
P , P``````````````为各轴的输入功率
I , I```````````````为相邻两轴件的传动比

电动机轴 n = n m = 960 r/min
I轴 n1= n / i 1 = 960 / 3.2 =300 r/min
II轴 n=n/ i60 r/min
2各轴的功率
电动机主轴 P=3.5kw
I轴（减速器的高速轴） P=Pη= 3.16×0.96=3 .36kw
II轴 （减速器的低速轴） P=Pη2η3 = 3.36×0.98×0.99=3.26 KW

3.各轴的转矩
电动机轴T=9550Pd /nm =9550×3.5/960=34.8Nm
Ⅰ轴 T1=9550PⅠ /nⅠ =9550×3.36/300=107Nm
Ⅱ轴 T=9550PⅡ /nⅡ =9550×3.26/ 60=519Nm

参 数
轴 名
电动机轴
Ⅰ轴
Ⅱ轴
转速n(r/min)
960
300
60

输入功率P(kw)

3.5

3.36

3.26
转距T(Nm)
34.8
107
519
传动比i
3.2
5
效率η
0.92
0.92

第三章 传动零件的设计计算
传动装置包括各种类型的零、部件，其中决定工作性能、结构布置和尺寸大小的主要是传动零件。支承零件和联接零件都要根据传动零件的要求来设计，因此设计计算传动零件，确定其尺寸、参数、材料和结构。减速器是独立、完整的传动部件，为了使设计减速器时的原始条件比较合理，通常应先设计减速器外的传动零件，即V带传动。
3.1普通V带传动的设计计算
1确定计算功率Pc
根据该机器的工作要求由教材〈机械设计基础〉表8-8查得工作情况系数KA=1.2，故
Pc = KAP=1.2×4=4.8KW
2选普通V带型号
由教材P166图8-12，根据Pc =4.8 KW和n1=960r/min，确定选A型V带

。
3.1.3确定带轮基准直径dd1和dd2
取主动轮基准直径D1=100 mm
则从动轮基准直径D为
D=iD1=3.2x100=320mm
按带轮直径系列取D=355 mm ,这样就会使 n减小所以

转速的相对误差为：（300-265）/300×100%= 1.17 %<5%，允许。

3.1.4 验算带速v
v = πdd1n1 / (60×1000)= π×100×960/(60×1000)=5.024 m/s
5<v<25m/s 合适
3.1.5 确定V带的的基准长度Ld和中心距a
根据0.7(dd1+dd2)<a0<2 (dd1+dd2)
0.7×(100+355)<a0<2×(100 +355)
318.5 <a0<910
初定a 0= 400 mm
计算带所需的基准长度Ld

查机械设计基础表8-3选择带的基准长度
Ld=1600 mm
计算实际中心距a
a = a0+(Ld-Ld’)/2=400+(1600-1555)/2=422.5 mm
中心距的的调整范围ｄ
amin=a-0.015Ld=422.5-0.015×1600=398.5 mm
amax=a+0.03Ld=422.5+0.03×1600=470.5 mm

3.1.6验算主动轮包角α
α=180°﹙1-dd2-dd1/a兀﹚
=180°【1- (355-100)/ 422.5×3.14】　　　　　 　
=145°>120°
合适。
3.1.7计算V带根数z

根据A型V带n1=960 r/min和dd1=100 mm i=3.2，查教材机械设计基础表8-5和表8 -7得P0=0.97 kw；ΔP0=0.11kw；根据α=145°，查教材表8-6得
Kα=0.91(插值)；根据Ld=1600，查教材表8-3得KL=0.99；

则得：

取z=5根。
3.1.8计算初拉力F0

查机械设计基础表 8-11得V带单位长度q=0.1kg/m；
故

3.1.9 计算轴上压力FQ

3.1.10 V带轮的机构设计
①带轮材料，选用铸铁HT150；
②主动轮结构尺寸，结构形式采用实心轮，其余尺寸从略；
③从动轮结构尺寸，结构形式采用孔板轮，确定尺寸如下；

查机械设计基础表8-4得

Hfmin=13.75mm，hamin=2.75mm, e=15±0.3mm，f=9mm , b0=15.2mm
δmin=6mm, φ=380，B=（z-1）e+2f=（5-1）×15+2×9=78mm ,
由资料得；取d=30(又轴的强度和带轮的要求确定)
所以
d1=2xd=2x30=60mm D0=D2+2h=355+2x2.75=360.5
D1=D0-2(H+δ)=360.5-2(13.75+6)=321mm
d2=0.5(D1+d1)=0.5x(321+60)=190.5mm
d0=0.25(D1-d1)=0.25x(321-60)=60.25mm
I=2d=2x30=60mm
S=16mm

V带轮的结构图见[2]P171（画出结构图）

3.. 11 齿轮传动的设计
（1）选择齿轮传动的类型材料，并计算大小齿轮的许用应力
选取大小齿轮材料都为40Cr，调质，小齿轮齿面硬度HBS1=280
大齿轮齿面硬度HBS2=250
（2）查机械设计手册P221图10-38,10-39
σHlim1=750MPa σHlim2=700MPa σFlim1=300MPa σFlim2=289MPa
［σH］1=0.9σHlim1 =0.9X750=675MPa
［σH］2= 0.9σHlim2 =0.9X700=630MPa
［σF］1= 1.4σFlim1= 1.4X300=420MPa
［σF］2=1.4σFlim2= 1.4x289=405MPa

3..12选取自选参数
①由软齿面计算取Z1=22 则Z2=Ix Z=5X22= 110；
②齿数比U=Z/Z =110/22=5 由于传动比的相对误差
｜u-i/i｜x100%=0<3%-5% ,所以齿数选择合理；
③查教材机械设计基础表 10-11，单级传动，齿轮对称布置，取齿宽系数φd=0.9;
④初选螺旋角β=10°查教材表10-8 选取计算参数A=12.4 A=756

3.13计算设计参数
①计算小齿轮的额定转矩
T1=9550PⅠ /nⅠ =9550×3 .36/300=107Nm

②根据工作情况及寿命的要求选取K=1.4
③计算满足齿面接触强度的小齿轮分度圆的直径d

d≥Ad

④计算中心距 a

圆整中心距取 a=176mm

⑤计算设计模数Mn

取标准值M=2.5 （第一系列）

⑥计算螺旋角

符合螺旋角的选用范围 8<<25

⑦计算分度圆的直径当量齿数和齿宽

ZV1=Z1/cos3β= 22/cos320.36°=26.7
ZV2=Z2/cos3β= 110 /cos320.36°=133.49

B2== 0.9x58.665= 52.8mm 取B2=54mm，B1=B2﹢(5～10)=60mm

⑧校核齿面的弯曲强度
由前面计算出来的数据教材 机械设计基础表10-10得出Y=4.2 （插入法）Y=3.88

小齿轮数值大，按小 根据M= A

因为它小于设计结果M =2.5所以该齿轮的设计是符合轮齿的弯曲疲劳的强度的，
五．精度选择；V1=3.14xd1xn1/60x1000=3.14x58.665x300/6000=0.921m/s
由题意与V1齿轮选择8级。
六；外力合标准斜齿轮的基本尺寸的计算
名称
符号
小齿轮
大齿轮
分度圆直径
d
58.665
293.325
基圆直径
db
55.13
275.6
齿顶圆直径
da
63.67
298.33
齿根圆直径
df
52.42
251.67
齿顶高
ha
2.5

齿根高
hf
3.125

齿高
h
5.625

端面齿厚
st
4.187

端面齿距
pt
8.373

中心距
a
176

传动比
i
5

螺旋角

20.36

端面基圆齿距
pbt
7.868

小齿轮采用齿轮轴结构。
大齿轮采用腹板式的结构。
① d 由轴的强度确定
按扭转估算

查教材表14-2 取标准值 d=45mm
结构设计得安装齿轮的轴径为d=58mm。

②D1=1.6d=1.6×58=92.8mm
③D2=da- 10mn=298.33-10x2.5=273.33mm
④D0≈（D1+D2）/2=(92.8+273.33)/2=183.065mm
⑤C1=（0.2~0.3）b=(0.2~0.3) ×54=10.8~16.2mm
取C=14mm

⑥d0=0.25 (D2-D1)=0.25 ×(273.33-92.8)=45.13mm
⑦ B=(1~1.5) d=58mm
⑦n1≈0.5mn=0.5×2.5=1.25
⑧ r≈5mm

第四章 减速箱的结构设计
4.1减速器各部位及附属零件的名称和作用
4.1.1窥视孔和窥视孔盖
在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔，以便检查齿面接触斑点和齿侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。
窥视孔上有盖板，以防止污物进入箱体内和润滑油飞溅出来。
4.1.2放油螺塞
减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞堵住。
4.1.3油标
油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结构类型，有的已定为国家标准件。
4.1.4通气器
减速器运转时，由于磨擦发热，使机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热气体自由逸出，达到机体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。
4.1.5启盖螺钉
机盖与机座接合面上常涂有水玻璃或密封胶，联接后接合较紧，不易分开。为了便于取下机盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。
4.1.6 定位销
为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联接后，镗孔之前装上两个定位销，销孔位置尽量远些。
4.1.7 调整垫片
调速垫片由多片很薄的软金属制成，用以调整轴承间隙。有的垫片还要起调整传动零件轴向位置的作用。
4.1.8 吊钩
在机盖上装有吊钩，是用以搬运或拆卸机盖。
4.1.9 密封装置
在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和污物进入机体内。密封件多为标准件，其密封效果相差很大，应根据具体情况选用。
4.2机体结构
减速器机体是用以支持和固定轴系零件，是保证传动零件的的啮合精度、良好润滑及密封的重要零件，其重要约占减速器总重量的50%。因此，机体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗、重量及成本等有很大影响，设计时必须全面考虑。
机体材料多用铸铁（HT200）制造。此减速器采用剖分式机体。剖分面取传动件轴线所在平面的一个水平剖分面。

减速器铸造的主要结构尺寸，按经验公式计算，其结构列于

名称 符号 尺寸计算 结果

机座壁厚 δ 0.025a+1≥8 8
机盖壁厚　　　　　　　　　　 δ1 0.025a+1≥8 8
机座凸缘壁厚　　　　　　　　 b 1.5δ 12
机盖凸缘壁厚　　　　　　　　 b1 1.5δ1 12
机座底凸缘壁厚　　　　　　　 b2 2.5δ 20
地脚螺钉直径　　　　　　　　 d 0.036a+12 16
地脚螺钉数目　　　　　　　　 n a≤250时, n=4 4

轴承旁联接螺栓直径　　　　　 d1 0.75d 12
机盖与机座联接螺栓直径　　　 d2 (0.5~0.6)d 10
轴承端盖的螺钉直径　　　　　 d3 (0.4~0.5)d 8
窥视孔盖螺钉直径　　　　　　 d4 (0.3~0.4)d 6
定位销直径　　　　　　　　　 d (0.7~0.8)d 2 10
df,d1,d2至机座外壁距离 C1 查机械零件手册 22
df,d2至凸缘边缘距离 C2 同上 20
轴承旁凸台半径 R1 C2 20
凸台高度 h 根据低速级轴承座外径确定 45
外机座至轴承座端面距离 l1 C1+C2+(8~12) 50
大齿轮齿顶圆与机座内壁距离　Δ1 >1.2δ 10
齿轮端面与机座内壁距离　　　Δ2 >δ 12
机盖、机座肋板厚度 m,m1 m≈0.85δ, m1≈0.85δ1 7
轴承端盖外径 D2 轴承孔直径+(5~5.5)d3 140
轴承旁联接螺栓距离 S 尽量靠近以d1和d3互不干 140
涉为准, 一般取S=D2
轴承端盖凸缘厚度 t t=(1~1.2)d3=(1~1.2)8 10

第五章 减速器轴的设计
5.1 .1 选择轴的材料
选取40Cr，调质，280HBS
5.1.2 初步计算轴的最小直径
查机械设计基础表14-2，取C=112根据公式得

5.1.3 轴的结构设计，初定轴径及其各段尺寸
考虑带轮的结构要求及轴的刚度，取带轮的轴径d min=30mm，因为该轴设计成阶梯轴所以按轴的结构要求，取轴承处轴径d=40mm 。
两轴承支点间的距离：
L1=B1+2Δ1+2Δ2+T
式中
B1——小齿轮齿宽B1=60；
Δ1——箱体内壁至齿轮端面的距离，取Δ1=14
Δ2——箱体内壁至轴承端面的距离，取Δ2=12
B——轴承宽度，初选定7208AC角接触球轴承查手教材P290得B=18mm
代入上式计算得
L1=60+2x 14+2x12+18=130mm
带轮的对称线至轴承支点的距离为
L2=B/2+l2+K+l3+B3/2
式中
l2——轴承盖的长度：
l2=δ+C1+C2+5+t-Δ2-B

=8+22+20+5+10-12-18=35mm

t ——轴承盖凸缘厚度t=1.2dt=1.2×8≈10mm
K——轴承盖M8螺栓头的高度，查[4]得K=5.6mm
l3——螺栓头端面至带轮端面的距离，取l3=15mm
B3——带轮宽度，B3=78m
代入上式得
L2=18/2+35+5.6+15+78/2
=104mm
5.1.4 按弯扭合成力矩校核轴的强度

②计算轴的受力
小齿轮受力分析;主动轮传递的转矩T1=107000N.m
圆周力：

径向力：

轴向力：Fa1=Ft1tanβ=3627xtan20.36=1346N

带传动作用在轴上的压力：
Q=1612N
转矩T1=107000Nmm
③计算支承力（对称）

水平面：

垂直面：ΣMB=0 则

即

RBV=Fr1-Rav=1408-398.6=1009.4N

④计算弯矩及扭矩
水平面弯矩 MCH=RAHL/2=1813.5x130/2=117877.5N.mm
垂直面弯矩 MCV=RAVL/2=398.6x130/2=25909N.mm
垂直弯矩图C处右侧弯矩为
MCV1=RAVL/2
=398.6x13