带式输送机圆锥齿轮传动装置课程设计说明书.docx

课程设计说明书

题 目：机械设计课程设计
系 别： 机电学院
班 级：
姓 名：
学 号：
指导老师：

目录

一． 目录………………………………………………………………………………………….2

二．设计题目……………………………………………………………………………………3
1.设计条件以要求………………………………………………………………………………….3
2．原始数据………………………………………………………………………………………..3
3.设计工作量……………………………………………………………………………………….3

二、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算……………………….….…..3
1.选择电动机容量………………………………..…………………………………….………….3
2.选择电动机的类型和结构形式……..…………………………………………………………..4
3.确定电动机型号……………………………………………………………….….……………..4
4.确定传动装置的总传动比和分配传动比…………………………………….….……………..5
5.计算传动装置的运动和动力参数………………………………………………………………5

三．传动零件的设计计算……………………………………………………………………6
1.圆锥齿轮传动的设计计算………………………………………………………………………6
2.圆柱齿轮传动的设计计算…………………………………………………………..………....10

四．传动轴的设计………………………………………………………………………………..13
1.传动轴Ⅰ的设计…………………………………………………………………….…………13
2.传动轴Ⅱ的设计…………………………………………………………………….…………..17

五．减速器箱体结构尺寸…………………………………………………………………………20

六．减速器各部位附属零件的设计…………………………………………………..…………21

七．润滑和密封………………………………………………………………………..…………..22

八．机械课程设计小结……………………………………………………………..……………..23

参考资料目录…………………………………………………………………….……………….23

计 算 及 说 明
结果
一、 设计题目：
带式输送机圆锥齿轮传动装置设计
<一>.设计条件及要求

传动方案要求如右图所示
设计内容：选择合适的电动机、联轴器型号；设计圆锥齿轮减速器和开式圆柱齿轮机构
工作条件：单向运转，载荷平稳，两班制工作，输送带速度容许误差为±5%
使用年限：8年
生产批量：小批量生产

<二>.原始数据

已知条件
原始数据
输送带工作拉力F（N）
2600
输送带速度v（m/s）
0.8
卷筒直径D(mm)
220

<三>.设计工作量
设计说明书1份
圆锥齿轮减速器装配图1张
减速器零件图1～3张（具体在完成装配图并经指导老师审阅后，由指导老师指定）
(要求所有工程图按1:1绘制)

二、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算
<一>.选择电动机的类型和结构形式
因本传动装置工作条件为两班制，单项运转，载荷平稳，故选用三相笼型异步电动机，Y系列，封闭式结构，电压380V，频率50Hz。
<二>.选择电动机容量
1.工作所需功率
工作机主动轴功率：。其中，F为输送机工作拉力，V为输送带速度，为工作效率。

2.计算电动机的功率。
经过分析，由电动机至工作机传动装置总效率为，其值为：
式中、、、、、的含义为：
为齿轮传动的轴承，取值为=0.98；
为圆锥齿轮的传动效率，取值为=0.97，
为圆柱齿轮的传动效率，取值为：=0.93；
为联轴器的效率，取值为=0.97，
为卷筒轴的传动效率，其取值为：=0.96；
为卷筒的轴承传动效率，其取值为：=0.98.
电动机所需功率：

<三>.确定电动机型号
卷筒轴的工作转速为：

按推荐的合理传动比范围，二级圆锥-圆柱齿轮减速器的合理总传动比的范围为i=8~22，故电动机转速的合理范围为：

则符合这一范围的同步转速的电动机有：750、1000两类。查表得较合适的电动机为Y160h-8，其额定功率P=7.5Kw，满载转速为720r/min，总传动比i=720/47.8=15.06，适中，传动装置结构较为紧凑。
<四>.确定传动装置的总传动比和分配传动比
1.总传动比
总传动比
即减速器总传动比为：15.06
2.确定分配传动比
按锥齿轮的传动比一般不大于3，故取；
则圆柱齿轮传动比为：
实际总传动比
，满足要求。

<五>.计算传动装置的运动和动力参数
1.各轴的转速（各轴的标号均已在图2中标出）
Ⅰ轴：
Ⅱ轴：
Ⅲ轴：
卷筒轴：

2.各轴的输出、输入功率
Ⅰ轴：
Ⅱ轴：
Ⅲ轴：
卷筒轴：
3.各轴输入、输出转矩
电动机轴的输入转矩：
Ⅰ轴：
Ⅱ轴：
Ⅲ轴：

卷筒轴：

三．传动零件的设计计算
<一>、圆锥齿轮传动的设计计算
已知输入功率（略大于小齿轮的实际功率），小齿轮的转速为：，大齿轮的转速为，传动比，由电动机驱动，工作寿命（设每年工作300天），两班制，带式输送，平稳，转向不变。
1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
（1）按传动方案，选用直齿圆锥齿轮传动，齿形制,齿形角，齿顶高系数，顶隙系数，螺旋角，不变位。
（2）带式输送机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。
（3）、材料选择，大小齿轮材料均为40Cr（调质），硬度为48~55HRC。
（4）、选小齿轮齿数，实际齿数比u=
2.按齿面接触疲劳强度设计
公式：
≥
（1）、确定公式内的各计算值
1）查
得材料弹性影响系数。
2）按齿面的硬度查得大小齿轮的接触疲劳强度极限。
3）计算应力循环次数
小齿轮：
大齿轮：
4）查得接触批量寿命系数

5）计算接触疲劳许用应力

6）试取载荷系数为，齿宽系数为，输入的转矩为：。
所以可初步确定分度圆直径：

平均分度圆直径：，则分度圆周速度为：。
根据试求的圆周速度约为，8级精度，可试选，查得：使用系数、齿间载荷分配系数、载荷分布系数分别为：

所以，
（2）、计算
1）计算出按实际的载荷系数校正所得的实际小齿轮的分度圆直径，带入中的较小值得

2）计算圆周速度v
实际分度圆速度：

3）计算载荷系数
根据，8级精度，查得，
所以。
4）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径：

5）技术模数
，查表11-15，取m=2.5。

3.按齿根弯曲疲劳强度设计
公式：

（1）、确定公式内的各计算值
1）查得大小齿轮的弯曲疲劳强度极限，2）查得弯曲疲劳寿命系数

3）计算弯曲疲劳许用应力
查主课本表11-9，取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则，

4）载荷系数 K=1.2474
5）节圆锥角

6）当量齿数

7）查主课本表11-13，取齿形系数
8）查主课本表11-15，取应力校正系数
9）计算大小齿轮的 ,并加以比较。

大齿轮的数值大。
（2）、设计计算

综合分析考虑，取
得，，

4.几何尺寸计算
（1）、计算大端分度圆直径

（2）、计算节锥顶距

（3）、节圆锥角

（4）、大端齿顶圆直径

（5）、齿宽

<二>.圆柱齿轮传动的设计计算
已知输入功率（略大于小齿轮的实际功率），小齿轮的转速为：，大齿轮的转速为，传动比，由电动机驱动，工作寿命（设每年工作300天），两班制，带式输送，平稳，转向不变。

1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数

（1）.由以上计算的数据可得圆锥齿轮的传动在Ⅱ轴的轴向力
较小，运输机为一般工作机器，速度不高，故由主课本表11-20，选用8级精度。
（2）.材料选择，小齿轮材料为45号钢（调质），硬度为235HBS，大齿轮材料为45刚（正火），硬度为200HBS，二者材料硬度相差35HBS。

2. 确定设计准则：

由于该减速器为开始齿轮传动，齿面为软齿面，点蚀为主要失效形式。故先按齿面接触疲劳强度计算，确定主要参数和尺寸，然后再按弯曲疲劳强度进行校核弯曲强度。

3.按齿面接触疲劳强度设计。

由于两齿轮都是钢，故由主课本式11-23，有：

以下确定相关参数：
A.转矩：

B．查11.10取载荷系数K=1.2
C．齿数z、齿宽系数：
小齿轮齿数z取为，则大齿轮齿数为
。
实际齿数比为：
齿数比的误差为：符合规格。
因单级直齿圆柱齿轮为对称布置，而齿轮表面又为软齿面，由主课本11.19，取。
D．许用接触应力
由图11.25，得：

由表11.9，查得安全系数
故：小齿轮应力循环次数为：

大齿轮应力循环次数为：

查图11.28，得：
故：由式11.25，得接触疲劳许用应力分别为：

可求得

计算齿宽与齿高比
模数：，由表11.3，取m=6。

4主要尺寸计算:
，

，取，由小齿轮应比大齿轮宽一些，故取

5.按齿根弯曲强度校核。
由式（11.25）得出

计算有关参数系数：
A. 齿形系数,查主课本表11.12，得：

B．应力修正系数：

C．许用应力：
由图11.26,得：
由表11.9，查得：
由图11.27，查得：
由式（11.26），可得：

故：

齿根弯曲强度校核合格。

6.验算齿轮的圆周速度：

由表11.21克制，选8级精度是合适的。

四．传动轴的设计。

<一>.传动轴Ⅰ的设计。

1、 求输出轴上的功率、转速和转矩。
由之前计算得，它们分别为：
功率：
转速：
转矩：

2、求作用在齿轮上的力
圆锥齿轮上：
分度圆半径：

3.初步确定轴的最小直径
选取轴的材料为45Cr，调质处理。取,于是得

同时选取联轴器型号，联轴器的计算转矩：
，则，
结合电动机的参数，选用凸缘联轴器，型号为LT5联轴器，即，该端选用的半联轴器的孔径，故取轴径，半联轴器毂孔的长度L=60mm。

4.轴的结构设计
（1）
根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如下图：
1）由联轴器尺寸确定
由联轴器的毂孔长度L 和直径d及相关要求，可确定

2）初步选择滚动轴承。
轴承同时承载径向力和轴向力，，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求，并根据尺寸，选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30207，其尺寸为
。
为了利于固定，一般取比b小1mm（如图3所示），故可确定。
3)根据安装要求，d4要求比要小才能安装进去，故可取，
4）根据轴承安装方便的要求，取，得
。为保证齿轮端面与箱体内壁不想碰，齿轮端面与箱体内壁留有一定间隙，取为15cm，即：
根据箱体结构及联轴器轴距轴承盖有一定距离要求，取
5）根据齿轮孔的轴径和长度，确定：， 。
至此，已初步确定轴Ⅰ的各段直径和长度。

2、 轴上各零件的定位。
齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按手册查得，半联轴器与轴的联接处的平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm（标准键长见）。
为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择联轴器轮毂与轴配合为H7/k6。为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。
（4）、确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为，除下图标注外，各轴肩处的圆角半径，均为R1，如图：

5.求轴上的载荷
根据轴的结构图（图3）作出轴的计算简图

（齿轮取齿宽中点处的分度圆直径作为力的作用点，轴承在宽度中点为作用点）。
显然，左边的轴承有危险截面，此轴承：
水平支反力：
水平弯矩：
垂直支反力：
（d1为小圆锥齿轮的分度圆直径）
垂直弯矩：.
故：合成弯矩为：
转矩：
当量弯矩：
因减速器单向运转，修正系数去a=0.6

强度校核：

查表16.3，得：，故合格。

<二>、Ⅱ轴的计算。

1、 Ⅱ轴的输入功率、转速和转矩。
由之前计算得，它们分别为：
功率：
转速：
转矩：

2.初步确定轴的最小直径
选取轴的材料为45钢，调质处理。取,于是得

3、求作用在齿轮上的力

圆锥齿轮上分度圆平均半径：

4.轴的结构设计
（1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如下图：

1）初步选择滚动轴承。
轴承同时承载径向力和轴向力，，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求，并根据尺寸，选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30209，其尺寸为
。
为了利于固定，一般取比b小1mm（如图3所示），故可确定。
2)根据安装要求，可取，
3）根据齿轮孔的轴径和长度，确定：， 。
4）根据轴承安装要求，d1、d4比B小1mm，故有：
5）取d5=44mm,l5=50mm;
6）根据齿轮孔的轴径和长度，确定：， 。
至此，已初步确定轴Ⅱ的各段直径和长度。

5、轴的强度校核。
由于该轴为转轴，应按照弯矩组合进行强度校核计算。
1） 做轴的受力简图：

2）垂直支反力：

垂直弯矩：

3）水平支反力：

水平弯矩：

4）合成弯矩：

5)绘制当量弯矩图：

当量弯矩：因减速器单向运转，修正系数去a=0.6

7)绘制总当量弯矩图：

计算总当量弯矩：

校核：从总当量弯矩可以看出，截面C为危险截面，为齿轮，
由，则：

故：轴强度合格。

五、减速器箱体结构尺寸：
名称
符号
计算公式
结果
机座厚度

8
机盖厚度

8
机盖凸缘厚度

12
机座凸缘厚度

12
机座底凸缘厚度

20
地脚螺钉直径

M20
地脚螺钉数目

6
轴承旁联结螺栓直径

M16
盖与座联结螺栓直径

=（0.5~ 0.6）
M12
轴承端盖螺钉直径

=（0.4~0.5）
M8
连接轴栓的间距

150~200
视孔盖螺钉直径

=（0.3~0.4）
M8
定位销直径

=（0.7~0.8）
10
，，至外箱壁的距离

查设计手册
22
，至凸缘边缘距离

查设计手册
20
外箱壁至轴承端面距离

=++（5~10）
50
大齿轮顶圆与内箱壁距离

6.8
齿轮端面与内箱壁距离

10
箱盖，箱座肋厚

6.8
轴承端盖外径

轴承外径+（5—5.5）
125（I 轴）
155（II 轴）
轴承旁连接螺栓距离

尽量靠近，以和互不干涉为准，一般取

六、减速器各部位附属零件的设计：
(1)窥视孔盖与窥视孔
在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔, 大小只要够手伸进操作即可。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。
(2)放油螺塞
放油孔的位置设在油池最低处，并安排在不与其它部件靠近的一侧，以便于放油，放油孔用螺塞堵住并加封油圈以加强密封。
(3)油标
油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量.因此要安装于便于观察油面及油面稳定之处即低速级传动件附近；用带有螺纹部分的油尺，油尺上的油面刻度线应按传动件浸入深度确定。
(4)通气器
减速器运转时，由于摩擦发热,机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏,所以在机盖顶部或窥视孔上装通气器，使机体内热空气自由逸处，保证机体内外压力均衡，提高机体有缝隙处的密封性，通气器用带空螺钉制成。
(5)启盖螺钉
为了便于启盖，在机盖侧边的边缘上装一至二个启盖螺钉。在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖；螺钉上的长度要大于凸缘厚度，钉杆端部要做成圆柱形伙半圆形，以免顶坏螺纹；螺钉直径与凸缘连接螺栓相同。
在轴承端盖上也可以安装取盖螺钉,便于拆卸端盖.对于需作轴向调整的套环,装上二个螺钉,便于调整。
(6）定位销
为了保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联接凸缘的长度方向两端各安置一个圆锥定位销。两销相距尽量远些，以提高定位精度。如机体是对称的,销孔位置不应对称布置。
(7)吊环和吊钩
为了拆卸及搬运，应在机盖上装有环首螺钉或铸出吊钩、吊环，并在机座上铸出吊钩。
(8)调整垫片
用于调整轴承间隙,有的起到调整传动零件轴向位置的作用。

七，润滑和密封
1. 齿轮的润滑
采用油池润滑，
2. 轴承的润滑
可采用侵油润滑
3. 密封方法的选取
选用凸缘式端盖易于调态，采用毡圈密封

八．机械课程设计小结
这两周的实训对我来说有点像魔鬼训练，还未做课程设计之前我就已经知道这不是件容易的事。但没想到比我想像中的还要难。
在给定题目要求的情况下，要设计出一个减速器，这对于还没接触过任何设计的我来说真非易事，即使老师说容易。但是谁也不是生来就会，只好硬着头皮着手去设计。刚开始许多问题都不懂，有点不知所措的感觉，又不敢太明目张胆的问老师，这么没分量的问题肯定会被老师骂。所以只有自己查阅设计手册。看了许久的设计手册，也问了同学许多问题，终于找了点门路。到老师检查的时候，我只做到锥齿设计，老师说进度太慢。接下来的设计都是参照着设计手册进行，但是手册上给的例子不太一样，比如说齿轮设计，因为手册上的要求是较高的，而我的相对要低一点。如果我大依赖手册就会造成我设计的齿轮即使满足强度等各方面的要求，但成本太高却不符合设计的要求。设计时要考虑的问题远远超过我的想象，成本、整体结构、零件与零件之间的关系······零件与零件之间的联系尤其重要，每个部分单独进行设计出的机构是存在许多问题的，这个减速器依然存在问题，原因就来自于没有详细考虑各部件之间的关系。也突出说明了我在机械设计基础这门课掌握的不好，有很多欠缺的知识是在设计时才发现的。这个星期以来，虽然觉得很辛苦，但是辛苦当中也体会到了充实的快乐，更重要的是知道自己在哪些知识方面欠缺，接下来的日子要查缺补漏，不管是CAD绘图技能还是机械设计基础的知识或者更多有关设计的知识，都要处处留心，培训自己考虑设计问题时严谨的头脑。

参考资料目录
[1]《机械设计基础》（陈立德）
[2]《机械设计基础课程设计指导书 》(陈立德)
[3]《 机械制图（第四版）》，高等教育出版社，刘朝儒，彭福荫，高治一编，2001年8月第四版；
[4]《机械设计实用手册》，机械工业出版社，策划编辑：曲彩云，ISBN978-7-111-22266-8

m=2.5

K=1.2

m=3

d5=44mm
l5=50mm