机械设计课程设计计算说明书用于带式运输机上的圆柱斜齿轮减速器.doc

机械设计课程设计
计算说明书

设计题目：圆柱斜齿轮减速器

目 录

一、设计任务 2
二、传动方案的拟定及说明 3
三、电动机的选择 3
四、传动装置的总传动比及其分配 4
五、计算传动装置的运动和动力参数 4
六、齿轮传动的设计计算 5
七、轴的设计计算 9
联轴器的选择
轴承的选择
八、滚动轴承的校核 14
九、键的选择及强度校核 15
十、减速器的润滑方式和密封类型的选择 15
十一、箱体设计及附属部件设计 15
十二、端盖设计 16

一、设计任务：
设计一用于带式运输机上的圆柱齿轮减速器。传动简图如下：

总体布置简图

已知条件：
组数
输送带的牵引力F（KN）
输送链的速度v(m/s)
输送带轮毂直径d(mm)
第五组
3.9
1.2
240
注：1.带式输送机工作时，运转方向不变，工作载荷稳定。
2.工作寿命15年，每年300个工作日，每日工作16小时。

计算工作寿命：

二、 传动方案的拟定及说明
如任务说明书上布置简图所示，传动方案采用圆柱齿轮减速箱：联轴器与低速轴相连。
三、 电动机的选择
1、工作机输出功率

2、卷筒轴的转速
转速 r/min=95.54 r/min
3、传动效率：查《设计手册》P:5表1-7
⑴V带传动
⑵滚子轴承：(一对)
⑶斜齿轮传动：7级精度的一般齿轮传动(油润滑)
⑷联轴器：弹性联轴器
⑸卷筒：
总传动效率==0.8676
4、电动机输入功率

5、由《设计手册》P:167表12-1 选Y132S-4型号电动机，主要技术数据如下：
型号
额定功率（kW）
满载转速（r/min）

Y132s-4
5.5
1440
2.2

质量（kg）
2.3
68

四、 传动装置的总传动比及其分配
1、系统总传动比
=1440/95.45=15.07
2、参考《设计手册》P:5表1-8：取取V带传动，齿轮传动比
五、 计算传动装置的运动和动力参数
1、各轴转速n（r/min）
减速器高速轴为１轴，低速轴为２轴，小带轮轴为4轴，
各轴转速为：

2/各轴输入功率P（kW）

3、 各轴输入转矩T（N•ｍ）

六、 齿轮传动的设计计算
1、设计对象： 低速级圆柱斜齿轮传动

1、选定齿轮类型、旋向、精度等级、材料及齿数
1）按照给定的设计方案可知齿轮类型为斜齿圆柱齿轮，螺旋角14度
2）为尽量减少中间轴上的轴向力，选小齿轮为左旋，则大齿轮为右旋；
3）电动机为一般工作机，速度不高，选择7级精度；
4）材料选择。由《机械设计》表10-1（P191）选取，小齿轮的材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮的材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS；
5）选小齿轮的齿数为
则大齿轮的齿数为

2、按齿面接触强度设计按《机械设计》式（10-21）试算

1）确定公式内各计算数值
（1）试选载荷系数
（2）已知小斜齿轮传递的转矩
（3）由《机械设计》表10-7选取齿款系数
（4）查《机械设计》图10-26得端面重合度为

所以，
（5）齿数比
（6）由《机械设计》P:201表10-6查得
材料弹性影响系数
（7）由《机械设计》图10-30得区域系数
（8）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
（9）由《机械设计》式（10-13）计算应力循环次数

（10）由图10-19查得
（11）计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数S＝1，由《机械设计》式（10-12）有：

2）计算
（1）计算小齿轮的分度圆直径，由计算公式得

（2）计算圆周速度

（3）计算齿宽b及模数m

（4）计算纵向重合度

（5）计算载荷系数K
由《机械设计》表10-2查得使用系数
根据，7级精度，由《机械设计》图10-8（P194）得
由《机械设计》表10-3查得齿间载荷分配系数
由《机械设计》表10-4查得齿向载荷分配系数
由，，查《机械设计》图10-13（P198）查得齿向载荷分配系数
∴载荷系数
（6）按实际的载荷系数K校正速算的得分度圆直径，由《机械设计》式（10-10a）得

（7）计算法面模数

3、按齿根弯曲强度设计
由《机械设计》式（10-17）

1）确定公式内各计算数值
（1）由《机械设计》图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限
（2）查《机械设计》图10-18得
（3）计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S＝1.4,由《机械设计》式（10-12）得

（4）计算载荷系数K

（5）根据纵向重合度，查《机械设计》图10-28（P217）的螺旋角影响系数
（6）计算当量齿数

（7）查取齿形系数
由《机械设计》表10-5查得
（8）查取应力校正系数
由《机械设计》表10-5查得
（9）计算大、小齿轮的,并加以比较

大齿轮数值大。
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由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取（查《机械原理》p180表10-1）已可满足弯曲强度。但为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来计算应有的齿数
于是由
，取，
则
4、计算几何尺寸
1）计算中心距

将中心距圆整为168mm。

2）按圆整后的中心距修正螺旋角β

误差在5%以内，螺旋角值β改变不多，故参数、Kβ、ZH等不必修正。
3）计算大、小齿轮分度圆直径

4）计算齿轮宽度

圆整后，取

5、计算所得结果汇总如下表备用。
名称
符号
小齿轮
大齿轮
螺旋角
β
14.7°
法面模数
mn
mn=2.5mm
端面模数
mt
mt= mn/cosβ=2.58
法面压力角

20°
分度圆直径
d

齿顶高
ha
mm
齿根高
hf
mm
齿顶圆直径
da

齿根圆直径
df

齿宽
B

七、 轴的设计计算
由《机械设计》P：362表15-1选取轴的材料为45钢调质处理，硬度217~255HBs，抗拉强度极限，屈服极限，弯曲疲劳极限，许用弯曲应力[]=60MPa
低速轴的设计计算
1、求输入轴上的功率P３、转速n３和转矩T３
，，
查《机械设计》P371表15-3,取:
轴:
轴:
轴:
取低速轴最大转矩轴进行计算,校核.
考虑有键槽,将直径增大,则:.
2.轴的结构设计
选材45钢,调质处理.
.
由《机械设计》P351式14-1得:联轴器的计算转矩:
由表14-1,查得:,
按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查《设计手册》表8-7,
选择轴与轴联轴器为弹性柱销联轴器
型号为：型联轴器:
公称转矩:许用转速:质量:.
型联轴器,其公称转矩为:
半联轴器的孔径:,故取:.
半联轴器长度,半联轴器与轴配合的毂孔长度为:.
(1)轴上零件的定位,固定和装配
单级减速器中可以将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布.齿轮左面由套筒定位,右面由轴肩定位,联接以平键作为过渡配合固定,两轴承均以轴肩定位.

(2)确定轴各段直径和长度
<1>段:为了满足半联轴器的轴向定位要求,轴段右端需制出一轴肩,故取段的直径,左端用轴端挡圈定位,查《设计手册》（p59）怕表按轴端去挡圈直径,半联轴器与轴配合的毂孔长度:,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故段的长度应比略短,取:.
<2>初步选择滚动轴承,因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 ,故选用圆锥滚子轴承,参照工作要求并根据:.
由《设计手册》表选取型轴承,尺寸:，轴肩
故，左端滚动轴承采用绉件进行轴向定位,右端滚动轴承采用套筒定位.
<3>取安装齿轮处轴段的直径：，齿轮右端与右轴承之间采用套筒定位,已知齿轮轮毂的宽度为,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短与轮毂宽度,故取：,齿轮右端采用轴肩定位,轴肩高度,取,则轴环处的直径：，轴环宽度：,取，，即轴肩处轴径小于轴承内圈外径,便于拆卸轴承.
<4>轴承端盖的总宽度为：,取：.
<5>取齿轮距箱体内壁距离为:.
,.
至此,已初步确定了轴的各段直径和长度.
(3)轴上零件的周向定位
齿轮,半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接
按查手册表4-1,得:平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为:.
为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,查《设计手册》（P106）选择齿轮轮毂与轴的配合为;,半联轴器与轴的联接,选用平键为:,半联轴器与轴的配合为:.
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:.《设计手册》（p110）
(4)确定轴上圆角和倒角尺寸,
参照《设计手册》 p16，表1-27,取轴端倒角为:,各轴肩处圆角半径:段左端取,其余取,处轴肩定位轴承,轴承圆角半径应大于过渡圆角半径,由手册,故取段为.
(5)求轴上的载荷
在确定轴承的支点位置时,查手册表6-7,轴承型,取因此,作为简支梁的轴的支撑跨距,据轴的计算简图作出轴的弯矩图,扭矩图和计算弯矩图,可看出截面处计算弯矩最大 ,是轴的危险截面.
(6)按弯扭合成应力校核轴的强度

<1>作用在齿轮上的力
因已知低速级大齿轮的分度圆直径为:，
得：，，.
<2>求作用于轴上的支反力
水平面内支反力:

垂直面内支反力:

<3>作出弯矩图
分别计算水平面和垂直面内各力产生的弯矩.

计算总弯矩:

<4>查《机械设计》（P373）得=0.6
作出扭矩图:.
<5>作出计算弯矩图:,
.

<6>校核轴的强度
对轴上承受最大计算弯矩的截面的强度进行校核.
由课本式15-5,得:,
由课本表15-4,得:,
由手册表4-1,取,计算得:,
得:故安全.
3. 确定输入轴的各段直径和长度

考虑有键槽,将直径增大,则:
故取，取
处为定位轴肩，
取35mm，取
处为非定位轴肩，取
处为定位轴肩，
若在处不做成齿轮轴则需用键槽，轴的直径需扩大5%，
48*（1+5%）=50.4mm
小齿轮的齿根圆直径，与小齿轮的直径很接近，故做成齿轮轴。
48mm， =70mm，
l15.5mm
八、滚动轴承的校核

1.轴承的选择：
轴承1：单列圆锥滚子轴承30211（GB/T 297-1994）
轴承2：单列圆锥滚子轴承30208（GB/T 297-1994）
2.校核轴承：
圆锥滚子轴承30211，查《设计手册》p75：
由课本表13-6，取

由课本表13-5，查得：圆锥滚子轴承时的值为：1.5（设计手册p75）.
由课本表13-6，得：轴承的派生轴向力：,.
因，故1为松边，
作用在轴承上的总的轴向力为：.
查手册表6-7，得:30211型 ,.
由《机械设计》表13-5，查得：,
,得:.
计算当量动载荷：,
.
计算轴承寿命，由课本式13-5，得：取:（滚子轴承）
则：
九、键的选择及强度校核
1.输入轴：键， ，型.
2.大齿轮：键， ，型.
3.输出轴：键， ，型.
查《机械设计》表3.1， ,式6-1得强度条件:.k=0.5h
校核键1：;
键2：;
键3：.
所有键均符合要求.
十、减速器的润滑方式和密封类型的选择
1、 减速器的润滑方式：飞溅润滑方式
2、 选择润滑油：工业闭式齿轮油（GB5903-95）中的一种。《设计手 册》p85，表7-1，选L-CKC100
3、 密封类型的选择：密封件：毡圈1 35 JB/ZQ4606-86
毡圈2 55 JB/ZQ4606-86

十一、箱体及附属部件设计设计:
参考《设计手册》表11－１（铸铁减速器箱体结构尺寸），初步取如下尺寸：
箱座壁厚：，取，
箱盖壁厚：，取，
箱体凸缘厚度：
箱座，箱盖，箱底座
加强肋厚度：箱座，箱盖，
地脚螺钉直径：，取，型号为：螺栓GB/T M20400 （《设计手册》P42，表3-13） 采用标准弹簧垫圈，型号：垫圈GB/T 93 20 （《设计手册》P48，表3-22）
地脚螺钉数目：因，取
轴承旁联接螺栓直径：，取常用值,
型号为：螺栓GB/T 5782－86 M16130 采用标准弹簧垫圈，型号：垫圈GB/T 93 16
箱盖，箱座联接螺栓直径： ，取常用值
型号为：螺栓GB/T 5782 M1040 采用标准弹簧垫圈，型号：垫圈GB/T 93 10
螺栓间距
观察孔盖螺钉直径
轴承端盖螺钉直径：
起重吊耳采用吊耳环，见《设计手册》表11-3
取尺寸d=b=18mm，R=20mm，e=15mm
吊钩：取尺寸K=30mm,H=24mm,h=12mm,r=5mm,b=18mm
其余尺寸参见装配图。
取油标：杆式油标 M16。
齿轮顶圆至箱体内壁的距离：，取,
齿轮端面至箱体内壁的距离：，取
窥视孔及视孔盖，参照《设计手册》P:161表11-4
取
通气器用通气塞，查《设计手册》表11－5，得以下数据：
取，，，
s=17，L=23，l=12，a=2 ，d1=5。
启盖螺钉：
型号为： GB/T 5780 M1830

十二、端盖设计
参照《设计手册》表11-10
1、高速轴轴承盖设计
由于轴承外径
螺钉直径螺钉数为4，轴承盖凸缘厚度
螺钉孔直径，螺钉分布圆直径
轴承盖凸缘直径，
，，
进油口，取
2、低速轴轴承盖设计
由于轴承外径
螺钉直径螺钉数为6，轴承盖凸缘厚度
螺钉孔直径，螺钉分布圆直径
轴承盖凸缘直径，
，，
进油口，取

参考文献：

[1] 濮良贵，纪名刚．《机械设计》．8版．北京：高等教育出版社，2007．
[2] 吴宗择，罗圣国．《机械设计课程设计指导书》．3版．北京：高等教育出版社，2007
[3] 孙桓等，《机械原理》7版，北京，高等教育出版社，2007
[4] 谭建荣，张树有等，《图学基础教程》，北京，高等教育出版社，2005
[5] 谭建荣，陆国栋《图学应用教程》，北京，高等教育出版社，2005

=95.54r/min

=0.8676

=5.39kW

Y132S-4型号：
额定功率5.5kw
满载转速1440r/min

=15.07

a=140mm

3753N

1412.2N

984.6N

35mm

48mm
l15.5mm

651.12N