广石化机械设计课程设计.docx

机械设计课程设计
计算说明书

螺旋输送机装置

设计课题：螺旋输送机传动装置中的
一级斜齿圆柱齿轮减速器

机电工程系（院）

班 级
姓 名
学 号
题 目
指导教师

目录

目录................................................................................................................ .1
课题题目..........................................................................................2
一．设计要求..................................................................................2
二．选择电动机..............................................................................6
三．传动装置的运动和动力参数..................................................9
四．传动装置的运动和动力设计.................................................10
五．圆柱斜齿轮传动的设计.........................................................14
六．轴的设计计算.........................................................................21
七．轴承的设计与校核.................................................................33
八．键连接的选择和校核.............................................................39
九．联轴器的选用.........................................................................41
十．箱体设计.................................................................................42
十一．减速器润滑密封.................................................................45
十二．设计心得.............................................................................47
十三．参考资料.............................................................................48

机械设计课程设计任务书

设计题目：
螺旋输送机装置中的一级斜齿圆柱齿轮减速器

一． 设计要求

1.1 传动简图：

1.电动机 2.联轴器 3.减速器 4.圆锥齿轮 5.螺旋轴

1.2 原始数据： ①螺旋轴功率：3.5KW；
②螺旋轴转速n：50r/min；

1.3 工作条件： ①二班制工作；
②连续单向运转；
③载荷平稳；
④室内工作；
⑤输送螺旋工作允许误差±５％；

1.4 设计工作量：①减速器装配图1张；
②设计说明书一份；

1.5 螺旋输送机引言：
螺旋输送机是一种常用的连续输送机械。它是利用工作构件即螺旋体的旋转运动使物料向前运送，是现代化生产和物流运输不可缺少的重要机械设备之一，在国民经济的各个部门中得到了相当广泛的应用，已经遍及冶金、采矿、动力、建材、轻工、码头等一些重工业及交通运输等部门。螺旋输送机主要是用来运送大宗散货物料，如煤、矿石、粮食、砂、化肥等。螺旋输送机具有结构简单，制做成本低，密封性强、操作安全方便等优点。

1.6 螺旋输送机工作原理：
物料运输工业中螺旋输送机主要用于原料的输送，一般采用实体螺旋叶片，中间吊挂轴承等螺距的全叶式螺旋即S制法螺旋输送机。其结构图如下图1所示

它由一根装有螺旋叶片的转轴和料槽组成。转轴通过轴承安装在料槽两端轴承座上，转轴一端的轴头与驱动装置相联。料槽顶面和槽底开有进、出料口。

1.7工作过程原理：
物料从进料口加入，当转轴转动时，物料受到螺旋叶片法向推力的作用，该推力的径向分力和叶片对物料的摩擦力，有可能带着物料绕轴转动，但由于物料本身的重力和料槽对物料的摩擦力的缘故，才不与螺旋叶片一起旋转，而在叶片法向推力的轴向分力作用下，沿着料槽轴向移动。

二．选择电动机

2.1 电动机的选择
按工作要求及工作条件，选用Y系列三相交流异步电动机，封闭式结构，电压为380V

2.2 选择电动机容量
螺旋输送机所需功率：
由式：
得：
电动机所需工作功率为：

由电动机至输送机的传动总效率为：

根据《机械设计课程设计》查表得式中：
① ：联轴器1效率
② ：滚动轴承（一对）效率
③ ：圆柱斜齿轮传动效率
④：联轴器2效率
⑤：圆锥齿轮传动效率。
（根据《机械课程设计简明手册》可查得=0.99 ＝0.98，＝0.97，＝0.99、＝0.95）
则：

所以：
电机所需的工作功率：

由《机械课程设计简明手册》可知，满足条件的系列三相交流异步电动机额定功率应取。

2.3 确定电动机转速
输送机工作轴转速为：

根据《机械设计课程设计》表3-2推荐的传动比合理范围：
①取圆柱斜齿轮传动一级减速器传动比范围
②取开式圆锥齿轮传动的传动比
则总传动比理论范围为：

故电动机转速的可选范为：
则符合这一范围的同步转速有：750r/min

2.4 根据容量和转速，由相关手册查出一种适用的电动机型号：
（如下表）
电动机型号
额定功率
（kw）
电动机转速 (r/min)
传动装置传动比
同步
转速
满载
转速
总传
动比
圆锥齿轮传动
减速器
Y250M-8
30
750
730
14.60
3
3.89

2.5 此选定电动机型号为Y250M-8，其主要性能：
中心高H
外形尺寸
L×(AC/2+AD)×HD
底角安装尺寸
A×B
地脚螺栓孔直径 K
轴 伸 尺 寸
D×E

电动机主要外形尺寸：

三． 传动装置的运动和动力参数
— 确定传动装置的总传动比和各级传动比的分配

3.1 传动装置总传动比
由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速n
可得传动装置总传动比为：

总传动比等于各传动比的乘积

（式中、分别为开式圆锥齿轮传动和减速器的传动比）

3.2 分配各级传动装置传动比：
根据《机械设计》，取（圆锥齿轮传动 ）
因为：　　　
所以：　　　

四． 传动装置的运动和动力设计

4.1 总述
将传动装置各轴由高速至低速依次定为电机轴、Ⅰ轴、Ⅱ轴、Ⅲ轴、Ⅳ轴i0,i1，......为相邻两轴间的传动比
η01，η12，......为相邻两轴的传动效率
PⅠ，PⅡ，......为各轴的输入功率 （KW）
TⅠ，TⅡ，......为各轴的输入转矩 （N·m）
nⅠ,nⅡ,......为各轴的输入转矩 （r/min）
可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力
参数.电动机 2.联轴器 3.减速器 4.圆锥齿轮 5.螺旋轴

4.2 计算各轴的转速：
Ⅰ轴：
Ⅱ轴：
III轴：
螺旋输送机：

4.3计算各轴的输入功率：

Ⅰ轴：
Ⅱ轴：
III轴：
螺旋输送机Ⅳ轴：

4.4 计算各轴的输入转矩：
电动机轴输出转矩为：

Ⅰ轴：
Ⅱ轴：
III轴：
螺旋输送机Ⅳ轴：

4.5 计算结果汇总表：

轴名
功效率P （KW）
转矩T （N·m）
转速n
r/min
传动比 i
效率
η
电动机轴

730
1
0.99
Ⅰ轴
21.85
285.83
730
0.97
7.3
Ⅱ轴
18.63
1983.48
100
0.98
Ⅲ轴
18.07
1963.65
100
2
0.95
输送机Ⅳ轴
16.82
3656.32
50

五 圆柱斜齿轮传动的设计
5.1 齿轮参数计算
1、选精度等级、材料及齿数
运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。
查表得选择小齿轮40C r（调质热处理）硬度280HBS ，大齿轮45钢（调质热处理）硬度240HBS，二者硬度差值为40HBS；
初选螺选择旋角β=15°，取， 取。
2、按齿面接触强度设计
计算的

（1）确定公式内的各计算数值
试选载荷系数kt=1.6。
小齿轮传递的转矩

查表得，选取区域系数
查表得，, ,则：
查表得，材料的弹性影响系数 齿轮材料为锻钢
查表可得，选取持宽系数
查表可得，计算应力循环次数
为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数；为齿轮转速；为齿轮的工作寿命。

查表可得，接触疲劳寿命系数，
查图表可得，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
计算接触疲劳许用应力。
取失效概率为1％，安全系数s=1《机械零件设计手册》

计算
1）试算小齿轮分度圆直径d1t，由计算公式得
2）计算齿宽b及模数

计算圆周速度

计算纵向重合度

计算载荷系数k
查阅资料可得使用系数，根据，7级精度，
查阅图表可得动载荷系数，
查表可得，，
查阅图表可得，
查阅图表可得，
计算动载荷系数

按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由公式计算得，

计算模数mn

按齿根弯曲强度设计
按公式计算得

确定计算参数

由图10-20c查的小齿轮的弯曲疲劳强度，大齿轮的弯曲疲劳极限
由图10-18取弯曲疲劳寿命系数，，
计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数s＝1.3，由式10-12得：

计算载荷系数k。

根据纵向重合度，查阅图表可得，螺旋角影响系数。
计算当量齿数。

查取齿形系数。
由表可得：，
查取应力校正系数。
由表10-5可得：，
计算大、小齿轮的并加以比较

比较后得大齿轮的数值大。
（2）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齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，则取，已满足弯曲疲劳强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=52.45 mm来计算应有的齿数。于是由

取z1=30，则
5.几何尺寸计算
中心矩

圆整中心矩
按圆整中心矩修正螺旋角

因β值改变不多，故参数、、zH等不必修正。
计算大、小齿轮的分度圆直径

计算齿轮宽度

圆整后取 ，

六． 轴的设计计算

轴的结构设计
由于齿根圆直径所以高速轴采用齿轮轴设计。
6.1 零件装备减速器输入轴（I轴）
1） 初步确定轴的最小直径
选用40C r调质，硬度280HBS
轴的输入功率为
转速为

（c取115）
连接联轴器，有一根键，则

初选弹性柱销联轴器 TL5(T=125N·m,L=62mm),则最小轴径取29mm

2）确定轴各段直径和长度
左起第一段与TL5(T=125N·m,L=62mm)弹性柱销联轴器连接，轴径，轴长L1=60mm;
左起第二段，轴向定位弹性柱销联轴器，
因必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取。箱体结构未知，L2待定；
齿轮采用对称安装，则有,,圆整，取值
旋转构件应距离箱体15mm，则齿轮距箱体15mm，距离轴承20mm,。轴承初选7207AC（），则

3）校核轴的强度
按弯矩、转矩合成强度计算轴的计算简图如图所示

图中
确定作用在轴上的载荷：
圆周力
径向力
轴向力
4）确定支点反作用力及弯曲力矩
水平面中的计算简图如图6.1a所示。
支承反力

截面Ⅰ-Ⅰ的弯曲力矩

垂直面中的计算简图如图6.1b所示。
支承反力

截面Ⅰ-Ⅰ的弯曲力矩

合成弯矩（图1c）
N·mm
N·mm
轴上的扭矩

画出轴的当量弯矩图，如图6.1e所示。从图中可以判断截面Ⅰ-Ⅰ弯矩值最大，而截面Ⅱ-Ⅱ承受纯扭，所以对这两个危险截面进行计算。

5）计算截面Ⅰ-Ⅰ、截面Ⅱ-Ⅱ的直径
已知轴的材料为40C r（调质热处理）,其

则
截面Ⅰ-Ⅰ处的当量弯矩

截面Ⅱ-Ⅱ处的当量弯矩

故轴截面Ⅰ-Ⅰ处的直径

满足设计要求；
轴截面Ⅱ-Ⅱ处的直径

有一个键槽，则增大5%得20.11mm，也满足设计要求。

6.2减速器输出轴（Ⅱ轴）
1） 初步确定轴的最小直径
选用45调质钢，硬度217--255HBS
轴的输入功率为
转速为
（c取115）
拟定轴上零件的装配方案如下图所示：

2）确定轴各段直径和长度
①右起第一段，从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取Φ40mm，根据计算转矩TC=KA×TⅡ=1.3×475.57=713.355N·m，查标准GB/T 5014—1985，选用TL7型弹性柱销联轴器，半联轴器长度为l1=112mm,轴段长L1=110mm；
②右起第二段，考虑密封要求，d2取45mm，L2待定；
③右起第三段，初选7210AC(d×D×B=50×90×20),d3=50mm,L3=43.5mm
④右起第四段，安装齿轮，d4=55mm,L4=B2-2=50-2=48mm
⑤右起第五段，定位齿轮的轴肩，d5=60mm,L5=7.5mm
⑥右起第六段，d6=d3=50,L6=34
3）按弯矩、转矩合成强度计算轴的计算
根据上例高速轴的分析，低速轴的受力情况跟高速轴的一样，只是里的大小有所变化，所以还是用高速轴的模型进行设计计算。受力简图还是一样，如下图所示：

图中 b=c=41.2mm a=120mm(初取L2) T=475.57 N·m
(1)确定作用在轴上的载荷：
大齿轮分度圆直径d2=210mm
圆周力

径向力

轴向力

确定支点反作用力及弯曲力矩
水平面中的计算简图如图6.2a所示。
支承反力

截面Ⅰ-Ⅰ（安装大齿轮）的弯曲力矩

垂直面中的计算简图如图6.2b所示。
支承反力

截面Ⅰ-Ⅰ的弯曲力矩

合成弯矩（图1c）
N·mm
N·mm

轴上的扭矩

4） 画出轴的当量弯矩图，如图6.2e所示。从图中可以判断截面Ⅰ-Ⅰ弯矩值最大，而截面Ⅱ-Ⅱ(安装联轴器)承受纯扭，所以对这两个危险截面进行计算。
计算截面Ⅰ-Ⅰ、截面Ⅱ-Ⅱ的直径
已知轴的材料为45（调质热处理）,其

则

截面Ⅰ-Ⅰ处的当量弯矩

截面Ⅱ-Ⅱ处的当量弯矩

故轴截面Ⅰ-Ⅰ处的直径

有一个键槽，则增大5%得121.66mm 满足设计要求；
轴截面Ⅱ-Ⅱ处的直径

有一个键槽，则增大5%得17.69mm，也满足设计要求。

图1

七． 轴承的设计与校核

7.1 高速轴轴承的设计与校核
查《机械设计课程设计》可知角接触球轴承7207AC的基本额定动载荷，基本额定静载荷。根据设计条件，轴承的预期寿命为：

1）求两轴承受到的径向载荷Fr1和Fr2
将轴系部件受到的空间力系分解到铅垂面和水平面两个力系，受力如图7-1。

图7-1 高速轴轴承的受力分析图
已知小齿轮上的力：
圆周力
径向力
轴向力
小齿轮分度圆直径d=51.98

2）求两轴承的计算轴向力Fs1和Fs2
对于7207AC型轴承，查设计指导书可知轴承内部轴向力，其判断系数，因此可估算

因为
所以轴承1“压紧”，轴承2“放松”，故

3）求轴承的当量动载荷P1和P2

由表16-11分别进行查表得径向载荷系数和轴向系数为
轴承1：
轴承2：
因轴承运转中有轻微载荷，按表16-8和表16-9，fp=1.0，。则

4）验算轴承寿命
因为，所以按轴承1的受力大小验算，ζ=3

而轴承的预期寿命为：，。满足设计要求。
5）低速轴轴承的设计与校核
查《机械设计课程设计》P193可知角接触球轴承7210AC的基本额定动载荷，基本额定静载荷。根据设计条件，轴承的预期寿命为：

1、求两轴承受到的径向载荷Fr1和Fr2
将轴系部件受到的空间力系分解到铅垂面和水平面两个力系，受力如图7-2

图7-2 低速轴轴承的受力分析图
已知大齿轮上的力：
圆周力

径向力

轴向力

大齿轮分度圆直径d=210mm

2、求两轴承的计算轴向力Fs1和Fs2
对于7210AC型轴承，查设计指导书可知轴承内部轴向力，其判断系数，因此可估算

因为
所以轴承1“压紧”，轴承2“放松”，故

求轴承的当量动载荷P1和P2

由表16-11分别进行查表得径向载荷系数和轴向系数为
轴承1：
轴承2：
因轴承运转中有轻微载荷，按表16-8和表16-9，fp=1.0，。则

4、验算轴承寿命
因为，所以按轴承1的受力大小验算，

而轴承的预期寿命为：，。满足设计要求。

八． 键连接的选择和校核

8.1 高速轴连接联轴器处键
输入轴外伸端直径d=25mm，考虑到键在轴末端处安装，根据《机械设计课设设计》中，选单圆头普通C型平键bh=8mm7mm。键长L=56mm。
选择45钢，则其挤压强度公式为，并取，，则其工作表面的挤压应力为

由表6-2查得可知，当载荷平稳时，许用挤压应力，，故连接能满足挤压强度要求。
安装低速轴与大齿轮连接处的键
直径d=55mm,考虑到键在轴中部安装，根据《机械设计课设设计》中，选圆头普通A型平键，键bhL=16mm10mm45mm。选择45钢， ，则其工作表面的挤压应力为

当载荷平稳时，许用挤压应力，，故连接能满足挤压强度要求。
安装低速轴与联轴器连接处的键
选用单圆头普通C型平键，根据齿处轴的直径为d=40mm，根据《机械设计课设设计》表9-14中，查得键的截面尺寸为键，键长取L=110mm。
键、轴和轮毂的材料都是刚，其许用应力，键工作长度l=L-b/2=104mm，键与轮毂键槽的接触高度

由于键采用静联接，冲击轻微，，所以连接能满足挤压强度要求。

九．联轴器的选用

9.1 联轴器的作用：
联轴器是将两轴轴向联接起来并传递扭矩及运动的部件并具有一定的补偿两轴偏移的能力，为了减少机械传动系统的振动、降低冲击尖峰载荷，联轴器还应具有一定的缓冲减震性能。联轴器有时也兼有过载安全保护作用。

9.2 联轴器的选择原则：
①转矩T： T↑，选刚性联轴器、无弹性元件或有金属弹性元件的挠性联轴器； T有冲击振动，选有弹性元件的挠性联轴器；
②转速n：n↑，非金属弹性元件的挠性联轴器；
③对中性：对中性好选刚性联轴器，需补偿时选挠性联轴器；
④装拆：考虑装拆方便，选可直接径向移动的联轴器；
⑤环境：若在高温下工作，不可选有非金属元件的联轴器；
⑥成本：同等条件下，尽量选择价格低，维护简单的联轴器；
半联轴器的材料常用45、20Cr钢，也可用ZG270—500铸钢。链齿硬度最好为40HRC一45HRC。联轴器应有罩壳，用铝合金铸成。

十．箱体设计

10.1箱体的基本结构设计
箱体是减速器的一个重要零件，它用于支持和固定减速器中的各种零件，并保证传动件的啮合精度，使箱体有良好的润滑和密封。箱体的形状较为复杂，其重量约占减速器的一半，所以箱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的影响。箱体结构与受力均较复杂，各部分尺寸一般按经验公式在减速器装配草图的设计和绘制过程中确定。

10.2 减速器箱体的各部分尺寸
减速器箱体的各部分尺寸表
箱座厚度δ

8
箱盖厚度δ1

8
箱盖凸缘厚度b1

12
箱座凸缘厚度b

12
箱座底凸缘厚度b2

20
地脚螺钉直径df

M16
地脚螺钉数目

4
轴承旁联结螺栓直径d1

M12
盖与座联结螺栓直径d2

M8
螺栓的间距：150--200
轴承端盖螺钉直径d3
轴承外圈直径
72/90
直径
M8
螺钉数目
6
视孔盖螺钉直径
单级减速器
M5
定位销直径d
d=（0.7-0.8）d2
6

df,d1,d2至外箱壁的距离

18

16

28
df,d2至凸缘边缘距离

8

5
轴承座外径D2

116 134
轴承旁连接螺栓距离S
S一般取S=D2
116 134
轴承旁凸台半径R1

16
轴承旁凸台高度h
h
待定
箱盖、箱座上肋板的厚度

m=7mm,m=7mm
大齿轮顶圆与箱内壁间距离Δ1

10
齿轮端面与箱内壁距离Δ2

12

十一．减速器润滑密封

11.1 润滑方式
（1）齿轮但考虑成本及需要，在这里选用浸油润滑。
（2）轴承采用脂润滑

11.2润滑油牌号及用量
（1）齿轮润滑选用150号机械油（GB 443-1989）最低—最高油面距（大齿轮）10---20mm，需要油量1.5L左右。
（2）轴承润滑选用2L-3型润滑脂（GB 7324--1987）用油量为轴承间隙的1/3—1/2为宜。

11.3 密封作用
减速器需要密封的部位很多，有轴伸出处、轴承内侧、箱体接受能力合面和轴承盖、窥视孔和放油的接合面等处。轴伸出处的密封：作用是使滚动轴承与箱外隔绝，防止润滑油漏出以及箱体外杂质、水及灰尘等侵入轴承室，避免轴承急剧磨损和腐蚀。由油润滑选用唇型密封圈密封，密封可靠、为防止漏油，密封圈的唇向内。箱盖与箱座接合面的密封：接合面上涂上密封胶。

11.4 密封形式
（1）箱座与箱盖凸缘接合面的密封，选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法。
（2）观察孔和油孔等处接合面的密封，在与机体间加石棉橡胶纸、垫片进行密封。
（3）轴承孔的密封，闷盖和透盖作密封与之对应的轴承外部，轴的外伸端与透盖间的间隙，选用半粗半毛毡加以密封。
（4）轴承靠近机体内壁处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部。

十二．设计心得

这次关于螺旋输送机装置中的一级斜齿圆柱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。通过设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.为我们以后的设计工作打下了坚实的基础。
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了减速器的工作原理、各元件、减速缸结构、机械传动系统设计方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但是通过同学们之间互相讨论，终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事。

十三．参考资料

①《机械设计手册-减速器和变速器》闻邦椿主编 机械工业出版
社
②《机械设计手册-齿轮传动》闻邦椿主编 机械工业出版社
③《机械设计课程设计》王旭、王积森主编 机械工业出版社
④《机械课程设计简明手册》骆素君、朱诗顺主编 化学工业出
版社
⑤《机械设计-课程设计》喻全余、罗敏峰主编 上海交通大学出
版社
⑥《机械设计》吕宏、王慧主编 北京大学出版社

⑦《机械设计课程设计》王慧、吕宏主编 高等教育出版社
⑧《机械设计基础》杨可桢、程光蕴、李仲生主编 高等教育出
版社
⑨《机械制图》李澄、吴天生、闻百桥主编 中南大学出版社