2jwy160型无极绳运输绞车设计-毕业论文.doc

目 录

1 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2 无极绳绞车的概述 1
1.2.1．无极绳运输绞车工作原理 1
1.2.2．无极绳运输绞车结构 1
1.2.3．无极绳运输绞车用途 3
1.2.4．无极绳运输绞车总体特点 3
1.2.5 无极绳绞车的优势 3
2 总体设计 5
2.1 设计条件 5
2.2 原始数据： 5
2.3 总体设计 5
2.3.1钢丝绳选型 5
2.3.2卷筒主要尺寸确定 5
2.3.3电机选型 6
2.3.4 传动比确定 6
2.4 传动方案确定 6
2.4.1 传动比分配 7
2.5 无极绳绞车减速器部分传动简图及图例 9
3 运动参数计算 11
3.1各轴转速 11
3. 2各传动部件间传动效率 11
3. 3 各轴功率计算 12
3. 4各轴扭矩计算 12
4 运动参数计算 14
4.1锥齿轮的设计与校核 14
4.2第二级圆柱齿轮的设计与校核 17
4.3第三级圆柱齿轮的设计与校核 19
5 各轴的设计与校核计算 24
5.1 锥齿轮轴(I轴)的设计与校核 24
5.1.1锥齿轮轴的结构设计 24
5.1.2锥齿轮轴的强度校核 25
5.2 II轴的设计与校核 29
5.2.1 II轴的结构设计 30
5.2.2 II轴的强度校核 31
5.3 III轴的设计与校核 35
5.3.1 III轴的结构设计 35
5.3.2 III轴的强度校核 37
5.4 IV轴的设计与校核 41
5.4.1 IV轴的结构设计 41
6 键与联轴器的设计 47
6.1 各轴键设计与校核 47
6.1.1 高速轴齿轮轴 47
6.1.2 II轴 47
6.1.3 III轴 47
6.1.4 IV轴 48
6.1.5 IV轴卷筒连接处 49
6.2 联轴器设计 49
6.2.1 I轴联轴器 49
图35 联轴器 51
6.2.2 II轴联轴器 51
6.2.3 III轴联轴器 52
6.2.4 IV轴联轴器 53
7 轴承的选择和校核计算 55
7.1 I级高速轴轴承 55
7.2 II轴轴承选择和校核 57
7.3 III轴轴承选择和校核 59
7.4 IV轴轴承选择和校核 60
8 减速器箱体尺寸设计 63
9 其他附件设计及选型 65
9.1 通气螺栓选择 65
9.2 油标选型 65
9.3 放油螺塞和封油垫圈 66
9.4 吊耳设计 66
9.5锥齿轮轴套杯设计 67
9.6 齿轮的润滑方法 68
10 附图 70
英文原文 72
中文译文 77
致谢 …………………………………………………………………………………………… 81

1 绪论
1.1课题背景
绞车是工业生产过程中一种常见的机械，具有悠久的发展历史和比较成熟的设计制造技术。随着绞车制造技术的不断提高、加一;材料的不断改进以及电子控制技术的不断发展，绞车在动力节能和安全性等力一面取得了很大的进步。目前，绞车正被广泛地运用于矿山、港口、工厂、建筑和海洋等诸多领域。
在矿山采掘和运输场合，绞车作为重要辅助设备被大量并广泛地运用着，例如矿用提升绞车、调度绞车、耙矿绞车和凿井绞车等。提升绞车可用于矿山竖井或斜井中物料与人员的调度，具有较大的牵引功率和很好的安全性，是矿山生产中不可缺少的设备之一。
绞车的另一个重要用途是港口机械，常见的有集装箱起重机、港口装卸门座起重塔式起重机以及轻小型的电拉葫芦等起重机械，其主要执行机构都是各种形式和结构的。对于这种用途的绞车，要求具备较好的调速性能和很高的安全性能。另外，被运用于各种线缆的存储、制造和运输，例如纺织机械中的用于存放丝线的线招和电缆制造中用于存放各种直径缆绳的缆盘。这种情况下，绞车不光要具有一定的调速能力，并还能够使不同直径的缆绳排列整齐，从而保证生产的顺利进行。在船用甲板机械和海洋开发领域，绞车也具有悠久的使用历.史和多种多样的用途。
可以说，绞车广泛地运用于各种各样的场合，发挥着不同的作用，也具有各种各样的结构组成。本文将对一种新型绞车—无极绳绞车的相关内容展开探讨。
1.2 无极绳绞车的概述
无极绳运输绞车利用钢丝绳循环往复工作，实现并下工作设备的运输功能。[1]无极绳绞车的使用，使矿井辅助运输效率得到了提高，简化了运输环节，减少了运输设备和辅助运输人员，同时运输安全也有了较好的保障[1]。
1.2.1．无极绳运输绞车工作原理
无极绳运输绞车是由电动机提供动力，采用减速机或变速箱变速，将钢丝绳缠绕在无极绳绞车的滚筒上，应用钢丝绳与滚筒间的摩擦力牵引梭车，通过各种轮组的配合，将物料车传送到目的地。
1.2.2．无极绳运输绞车结构
无极绳绞车主要由绞车、张紧装置、梭车、尾轮、轮组(主压绳轮、副压绳轮、托绳轮、导向轮)；配套部分有电器、钢丝绳、通讯(KT-2020型矿井漏泄通讯系统)等构成。下图所示的是一种无极绳调速机械绞车的结构示意图，其典型结构由以下几个部分组成：尾轮、托绳轮、压绳装置、梭车，绞车和张紧装置[2]。

1—尾轮 2—托轮绳 3—压绳装置 4—梭车 5—无极绳绞车 6—张紧装置
图1-1 JWB无极绳调速机械绞车结构简图
传统型绞车的横向占空比较大，对于狭小的矿井巷道，是一种比较大的浪费，给巷道的正常通行也带来了一些困扰，而且传动效率不高，操作缺乏人性化，对于操作工人的工作条件保障不充分。一种传统的无极绳绞车主要的传动结构示意图，如下图所示。

1—电机 2、4—弹性联轴器 3—减速器 5—滚动轴承 6—滚筒
图1-2 一种传统无极绳绞车传动示意图
针对传统型绞车存在的问题，一种新型的绞车设计方案被提出，图4和图5正是这种新型传动方案的示意图。该方案是在老的慢速无极绳绞车的基础上，采用国家“九五”重推项目双速多用绞车和运输绞车并对某些结构进行全面改进后设计出来的，是一种有效的矿山辅助运输设备[3]。

图1-3 新型无极绳运输绞车传动系统

1—座椅 2—底座 3—控制手架 4—手动制动阀 5—电机 6—联轴器 7—制动器 8—减速器 9—滚筒
图1-4 新型无极绳绞车外观图
1.2.3．无极绳运输绞车用途
无极绞车是以钢丝绳牵引的普通轨道运输设备，适用于煤矿和金属矿山井下巷道长距离、多变坡、大吨位等的工作条件，如工作面巷道、采区上下山和集中轨道巷运输材料设备，运输线路内不经转载可直达运输地点，广泛应用于综采工作面巷道的两个顺槽以及采区运输斜巷起伏角度不大于12°的巷道中。
1.2.4．无极绳运输绞车总体特点
1. 操作简单，可靠性高。
2. 适用性强，用途广。无极绞车既可以使用在工作面巷道、又可以使用在采区上(下)山和集中轨道巷。
3. 系统布置灵活。无极绞车既可以平行于轨道布置，又可以垂直轨道布置，既可以在原有的硐室，又可以靠近巷道边布置。
4. 系统配置方便。根据不同的工况条件，采用不同轮组配置方式，可以适应起伏变化和水平转弯的轨道运输要求。
5. 梭车储绳量大，运行费用低。采用张紧装置张紧钢丝绳，钢丝绳张力随牵引工况的变化而变化，钢丝绳寿命长；采用导向轮分绳避免钢丝绳咬绳和摩擦磨损，梭车上装有储绳轮，根据工作面的延伸(或缩短)将储绳轮上的钢丝绳放出(或存储)，可减少有距离变化巷道的钢丝绳的浪费。
6. 安全、高效、经济[4]。
1.2.5 无极绳绞车的优势
无极绳绞车以特有的安装方便、操作简单、投资少、费用低、运距长及运输连续性的优势，在煤矿生产中，尤其在地方煤矿和乡镇煤矿中，作为主运输或辅助运输设备还占有相当比例，起着十分重要的作用[5]。绳牵引运人猴车、绳牵引卡轨车、无极绳轨道牵引车等都是由无极绳运输模式发展而来的[6]。
1、无极绳绞车与传统调度绞车的比较
1） 调度绞车回柱绞车)由于滚筒容绳量的限制，最长运输不超过400m；无极绳绞车的钢丝绳为一个闭合的环形，连续输送距离可达5000m以上。
2） 巷道有较多的变坡时，调度绞车钢丝绳张力不恒定，在较小牵引力的区段运行时，钢丝绳张力较小，因而钢丝绳在滚筒上缠绕的绳圈较松;而当牵引力变大时，钢丝绳张力变大，钢丝绳在滚筒缠绕的绳圈较紧，这时会产生钢丝绳咬绳现象及速度冲击，严重时会产生乱圈现象，威胁运输安全；无极绳绞车在钢丝绳牵引力变化时，张紧绳装置会自动保持钢丝绳的张紧状态，钢丝绳不会产生乱圈现象。
3） 运输线路较长时，调度绞车运输需安设多部绞车，在更换绞车的地点还需设置平车场，以便摘挂绞车钢丝绳钩头，在输送线路中部，需施工错车线以便进、回车错车；而无极绳绞车可实现长距离连续输送，输送中间部不需施工调车车场，使输送线路设施简化，并提高了安全性，减少厂操作人员数。
4） 由于无极绳绞车配置双速电机，在重载时可用低速输送，在轻载时采川高速运行，因而输送效率较调度绞车提高2倍以上，应用于综采工作面的设备安装和回撤，可有效缩短工期。
5） 新集一矿现用的调度绞车最大牵引功率为55kW(JD-55)，无极绳绞车牵引功率为90 kW (KNKWGP-90/600J (1 .0)型)，无极绳绞车一次输送能力较调度绞车提高近1倍，一次可输送整台支架，这对综采工竹作面设备的快速安装和撤除极为有利[7]。
2、 无极绳绞车与普通绞车的比较
无级绳绞车系统配置有绞车、张紧装置、梭车、尾轮、压绳轮组、托绳轮组、转弯轮组及电控、信号系统等通过钢丝绳组合成运输系统。系统可直接运行于井下现有轨道系统替代传统的小绞车接力、对拉运输方式，实现不经转载的连续直达运输，可减少摘挂钩次数，避免因跑车、脱钩、断绳等引发事故，简化了运输程序，减少了事故隐患环节，降低了运输事故发生率;运行平稳无冲击，能有效避免脱轨，降低作业人员的劳动强度，提高劳动效率。
系统可布置为单道单向运输双道双向运输或三轨双向运输，并可适应水平弯道运输。在煤矿巷道中出现有多处转弯时按常规运输方式通常一个转弯点配备1- 2台绞车不仅投入设备、人员多而且摘挂钩次数多、耗时耗力不安全。无级绳连续牵引车运输系统可通过专用弯道护轨装置和梭车实现水平弯道运行，不仅适合于一般弯道，而且适用于连续“s”型弯道。另外绞车既可平行于轨道布置又可垂直于轨道布置。单道单向运输布置时，两根钢丝绳可全部布置在轨道内，也可采用主绳在轨道内，副绳在轨道外的布置方式;绞车对称设计，可前后双向出绳，既可利用原有响室布置，也可靠巷帮布置，适用于不同的巷道工况，设备可靠性高，维护方便，操作简单，对绞车司机经验和操作熟练程度要求没有对拉绞车严格，从而减少了人为的不安全因素。
无极绳绞车与一般绞车的优点是显而易见的，但要安全、可靠地应用于大倾角、多起伏、多弯道等复杂地质条件下还须进行一些必要的改造[8]。
3、无极绳绞车效益分析
无极绳绞车能适应有起伏变化的顺槽巷道,可代替多部小绞车,回柱绞车接力对拉,简化了运输系统,减少了运输环节,消除了多部小绞车接力对拉所带来的安全隐患,可实现快速直达、减人提效和安全运输。无极绳绞车运输距离长,牵引重量大,运输效率高。
1） 使用无极绳绞车可加快综采搬家速度,高单产单进水平。
2） 只需固定司机1人和2名搬运工便可操作运行，比使用小绞车节省人员1-2人。
3） 使用无极绳绞车不需人员做拉钩头等耗时费力工作，减少了工人劳动强度。
4） 钢丝绳采用了液压张紧装置，张力随牵引工况而变化，并由导向轮分绳，能够避免咬绳，减少钢丝绳磨损，延长了钢丝绳寿命。
5） 尾轮固定简单，梭车储绳量较大。在顺槽使用，可随着工作面的推进方便快捷地移动尾轮，缩短运输距离。余下的钢丝绳不需要截断，可储存在梭车内。
6） 运输安全可靠，减少了设备管理，杜绝了小绞车一车双向拉等不安全因素。
7） 配备专用人车可实现盘区、顺槽巷道运送人员[9]。

2 总体设计
2.1 设计条件
1机器功用：井下煤矿运输；
2工作情况：可双向传动，轻微冲击；
3使用寿命：5000小时；
4设计要求：双轮双向运输。
2.2 原始数据：
钢丝绳额定拉力： 160kN；
钢丝绳运输速度： 0.5—1m/s；
运输距离 ： 2000m；
2.3 总体设计
2.3.1钢丝绳选型
根据钢丝绳的额定拉力，根据下表选择钢丝绳类型为6×19S+FC-1670Mpa（钢芯钢丝绳）。
钢丝绳直径为34mm。钢丝绳最小破断拉力：。
表2-1 钢丝绳

钢丝绳安全系数计算：

其中根据煤矿安全手册规定: （见下表所示）
故所选钢丝绳型号符合安全系数的规定。
表2-2 钢丝绳安全系数
名称
项目
类型
大小
备注
倾斜无极绳绞车
安全系数
运人
6.5—0.001L
不得小于6
运物
5—0.001L
不得小于3.5
2.3.2卷筒主要尺寸确定
卷筒最小直径确定根据下面的公式来确定：

其中：—卷筒最小直径/mm；
—钢丝绳直径/mm；
—绳径比；根据查设计手册确定
卷筒边缘直径：
2.3.3电机选型
根据煤矿常用电机型号，选用6极，额定转速为1000r/min的防爆电机。
绞车输出功率确定：
电机额定功率：
其中：—机械传动效率，取0.75。
故电机额定功率为：
根据JB 5338-1991选择电机型号为：YB2-355L1-6。
参数如下：
表2-3 电机参数
名称
数值
单位
额定电压
220
V
额定功率
220
KW
极数
6
级
额定电流
401.1
A
额定转速
985
r/min
防护等级
IP55
/
防爆等级
ExdIICT4
/
2.3.4 传动比确定
卷筒转速为：

总传动比：

2.4 传动方案确定
1、首先根据题目要求决定卧式还是立式减速器，如没有特殊要求时尽可能采用卧式减速器。此处采用卧式减速器设计样式。
2、 减速器类型的选择。根据题目要求决定减速器类型，减速装置需要输入轴和输出轴互相垂直时可采用锥齿轮减速器，否则一般采用圆柱齿轮减速器;如长期运转，并要求效率高时尽可能不要采用蜗杆减速器，间歇工作或工作时闻不长或要求传动比大而紧凑，功率不大时可采用蜗杆减速器;行星减速器具有传动比大、结构紧凑等优点，但制造较复杂，成本较高，因此传动比不大而且结构尺太大.要求不严格时不应盲目采用。此处设计采用三级圆锥圆柱齿轮减速器。
3、 根据工作机构速度和所选电动机的转速，初步计算出传动装置的总传动比，根据此传动比大小参考表15-1选取合适的减速器型式。
电动机有交流和直流电动机，一般情况下采用交流电动机。交流电动机有鼠笼式和绕线式，绕线式起动力矩大。能够满载起动，但重量大，价格高，因此一般情况尽可能采用鼠笼式。交流电机又分为同步及异步两种，一般场合都用异步电动机。总之，无特殊要求时常用交流鼠笼式异步电动机，目前较普遍使用的有Y系列三相异步电动机电动机转速系列有3000、1500、1000、750r/min几种。
电机转速越高其重量及价格越低。反之亦然。采用高转速系列电动机虽然便宜，但所设计的传动装置传动比增大，相应地传动系统级数增加，故有可能使其总成本增加;采用低转速电动机时传动系统虽简单，但电动机成本增加，使总费用也有可能增大。故应该衡量总的经济效益来确定电动机转速系列，故此处选择1000转系列电动机。
由于无极绳绞车运用于煤矿环境中，故采用YB型防爆电机（JB5338-1991）
4、 决定剖分面型式。如没有特殊要求时一般采用水平剖分面型式，这样利于加工和装拆。
5、 决定轴承类型。轴承可以是滚动轴承，也可以是滑动轴承，一般小型减速器多采用滚动轴承。根据轴承受力情况，决定采用哪一类轴承，支座上的径向力和轴向力可以用一个轴承承受.也可以用两种类型轴承分别承受径向力和轴向力(如锥齿轮轴轴向力大，故常用一个圆锥滚子轴承承受轴向力)。
6、 确定联轴器类型。高速轴一般用弹性联轴器，低速轴可用刚性联轴器。又便于在电机轴和减速器轴间安装制动器，故采用带制动轮的弹性联轴器。确定采用梅花形带制动轮联轴器（GB/T5272-2002）其形式如下图所示：

图2-1 梅花形制动轮联轴器
2.4.1 传动比分配
总传动比等于各级传动比的连乘积，即：
其中j —传动级数。
如果把传动比分配得合理时，传动系统结构紧凑，重量轻，成本低，润滑条件也好;但分配不合理，则其结果正好相反，因此分配传动比时要考虑以下几条原则：
1) 各级传动比应在每一级传动所推荐的范围内，各类传动比允许的推荐值见下图：

图2-2 传动比允许的推荐值

图2-3 三级圆锥—圆柱齿轮减速器传动比分配线图
2) 两级及多级齿轮减速器，尽可能使各级从动轮浸油深度相近.以使各级齿轮得到充分润滑，并减小搅油损失。如下图所示：

图2-4 齿轮浸油深度
3) 各级传动尺寸要协调、合理。如高速级外加的带传动比过大时，有可能使减速器上的从动带轮半径超过减速器中心高，使带轮与底座相碰;如减速器的高速级齿轮传动比过大时.大齿轮与低速级轴相碰。
对整个传动系统传动比分配可考虑如下原则:
对于圆锥齿轮减速器，为使大锥齿轮的尺寸不致于过大，高速级传动比按下式计算，另外为了考虑二三级齿轮的润滑问题，尽量考虑让二三级的大齿轮尺寸相近，这样可以尽量使三级齿轮都得到充分的润滑：
故初步确定各级传动比分布为：。
总传动比：

则传动比误差：

故传动比分配合理。
2.5 无极绳绞车减速器部分传动简图及图例
1、传动简图

图2-5 传动简图
1—防爆电机 2—圆锥齿轮啮合 3—圆柱齿轮啮合 4—无极绳卷筒 5—LMZ-I型联轴器
2、减速器总体装配图如下所示

图2-6 减速器主视图

图2-7 减速器俯视图

3 运动参数计算
3.1各轴转速
从减速器的高速轴开始，命名各轴为1轴，2 轴，3轴，4轴，各轴的转速分别为：

3. 2各传动部件间传动效率
总机械传动效率计算公式为：

其中：
—总机械传动效率
—LMZ-I型联轴器传动效率，根据下表，取0.99
—圆柱滚子轴承传动效率，根据下表，取0.98（一对）
—第一级圆锥齿轮啮合效率，根据下表，取0.975
—第一对深沟球轴承传动效率，根据下表，取0.98（一对）
—第二级圆柱齿轮啮合效率，根据下表，取0.98
—深沟球轴承传动效率，根据下表，取0.98（一对）
—第三级圆柱齿轮啮合效率，根据下表，取0.98
—第三对深沟球轴承效率，根据下表，取0.98（一对）
—卷筒传动效率，取0.95
—搅油效率，取0.99

表3-1 机械传动和摩擦副的效率概略值

所以总机械传动效率为：

3. 3 各轴功率计算
已知电机轴的输出功率为：
1轴功率：
2轴功率：
3轴功率：
输出轴功率：
输出功率：
单个卷筒功率：
3. 4各轴扭矩计算
1轴扭矩：
2轴扭矩：
3轴扭矩：
输出轴扭矩：
表32 各轴转速，功率及扭矩计算数据列表
轴号
转速n(r/min)
功率P()
扭矩T()
传动比i
电机轴
985
220

1
1
985
209.5
2028.3
3
2
328.3
195.9
5698.6
4.5
3
72.96
184.4
21455
3.2
4
22.8
172
70548.1

4 运动参数计算
4.1锥齿轮的设计与校核
1. 选择齿轮材料，确定许用应力
齿轮材料：小齿轮为40Cr，调质；大齿轮：材料为45钢，正火
材料硬度：HBS1 =260 HBS、HBS2 =210 HBS
接触疲劳极限：、
计算许用接触应力计算公式为：

其中，—接触疲劳强度计算的最小安全系数，通常取1~1.5，这里按1.2选取。
—接触强度计算的寿命系数，由应力循环次数N查表确定。
—应力循环次数，由下式可求得：

式中，n—齿轮转速，r/min；
—齿轮每转一周同一齿面的啮合次数；
—齿轮的设计使用寿命，根据已知条件取5000h。
则齿轮应力循环次数分别为：

查表可得齿轮寿命系数分别为：

所以将各系数带入许用接触应力计算公式可得齿轮许用接触应力分别为：

许用弯曲应力计算公式为：

式中，—试验齿轮的弯曲疲劳极限，查表得。
—弯曲强度计算的最小安全系数，通常取=1.4-3，这里取1.4。
—弯曲强度计算的寿命系数，根据应力循环次数查表选取，这里查表取1.0。
—弯曲强度的尺寸系数，根据材料和模数查表选择，这里取1.0。
故许用弯曲应力分别为：

2 按齿面接触疲劳强度进行齿轮设计：
确定齿轮传动精度为6级，II公差组，圆周速度根据下式：

结合推荐值表选取为10m/s。
根据下面的设计公式初步设计小轴分度圆直径：

式中，—小齿轮大端分度圆直径；
—锥齿轮类型几何系数，查表取1100；
—变位后的强度影响因素，查表取1.0；
—齿宽比系数，查表取1.683；
—使用系数，取工况为轻微冲击，查表取1.1；
—小齿轮转矩；
—齿向载荷分布系数，计算公式为
—轴承系数取1.1（小齿轮悬臂布置）；
—传动比，取3；
由上可知，齿向载荷分布系数为：=1.65
故小轴分度圆直径为：

初选小齿轮齿数为：
。
大端分度圆模数为：

大齿轮齿数为：

传动比误差为：

小轮平均分度圆直径计算公式为：

式中：—小齿轮齿宽系数，取0.45
故小轮平均分度圆直径为：

圆周速度为：

齿宽为：

3 强度校核：
（一）按齿面接触疲劳强度校核：
齿面接触疲劳强度校核公式为：

式中，—材料弹性系数，，查表取189.8；
—节点区域系数，螺旋角=15，查表取2.5；
—重合度系数，根据推荐值取0.87；
—载荷系数，计算公式为：；
式中：—使用系数，查表取1.25；
—动载系数，1.1；
—齿间载荷分配系数，取推荐值1.1；
—齿间载荷分布系数，取1.1；
—小齿轮扭矩，
由上可得，载荷系数为：

所以，齿面接触疲劳强度为：

，故接触疲劳强度校核为安全。
（二） 按接触疲劳强度校核：
按接触疲劳强度校核公式为：

式中，—齿形系数，按齿数查表可得：；
—应力修正系数，按齿数查表得：；
故两齿轮的弯曲应力分别为：
经验证得： ，所以
故齿根弯曲强度符合要求。校核安全。
4、齿轮其他主要尺寸计算
1) 大轮大端分度圆直径：
2) 锥距：
3) 齿宽b和齿宽系数
初取齿宽系数
则齿宽和中的较小者故取
则：
4) 小轮大端顶圆直径：
5) 大轮大端顶圆直径：
6) 节锥角：；
4.2第二级圆柱齿轮的设计与校核
1、选择齿轮材料，确定许用应力
小齿轮：40Cr，调质
大齿轮：45钢，正火
材料硬度：HBS1 =260 HBS；HBS2 =210 HBS
接触疲劳极限分别为：

计算许用接触应力公式为：

其中，—接触疲劳强度计算的最小安全系数，通常取1~1.5，这里按1.2选取。
—接触强度计算的寿命系数。由应力循环次数N查表确定。
—应力循环次数，由下式可求得：

式中，—齿轮转速，r/min；
—齿轮每转一周同一齿面的啮合次数；
—齿轮的设计使用寿命，根据已知条件取5000h。

查表可得寿命系数分别为：

故，将各系数带入许用接触应力公式得齿轮许用接触应力分别为：

计算许用弯曲应力公式为：

式中，—试验齿轮的弯曲疲劳极限，N/mm2 查表得；
—弯曲强度计算的最小安全系数，通常取=1.4-3，这里取1.4
—弯曲强度计算的寿命系数，根据应力循环次数查表选取。这里查表取1.0
—弯曲强度的尺寸系数，根据材料和模数查表选择，这里取1.0
故许用弯曲应力：

2.按齿面接触疲劳强度进行齿轮设计：
确定齿轮传动精度为8级，II公差组，圆周速度根据下式：

结合推荐值表选取为4m/s
根据下面的设计公式初步设计小轴分度圆直径：

式中：—小齿轮度圆直径，mm；
—常系数，查表取766；
—齿宽系数，查表取1.4；
—载荷系数，查表取1.4；
—小齿轮转矩,；
—需用接触应力，前面计算的735
u—传动比，取4.5；
故：

初选小齿轮齿数=28
大端分度圆模数圆整后取8
大齿轮齿数
传动比误差
小齿轮分度圆直径
圆周速度
齿宽b：根据尺寸最小设计原则，暂取齿宽为140mm
3.强度校核：

（一）按齿面接触疲劳强度校核：
校核公式：

式中：—材料弹性系数，，查表取189.8；
—节点区域系数，螺旋角=0，查表取2.5
—重合度系数，根据推荐值取0.87
K—载荷系数，公式有：
式中：—使用系数，查表取1.25；
—动载系数，1.1；
—齿间载荷分配系数，取推荐值1.1；
—齿间载荷分布系数，取1.1；
故：
—小齿轮扭矩，

<故接触疲劳强度校核为安全
（二）按接触疲劳强度校核：

式中，—齿形系数，按齿数查表可得：；
—应力修正系数，按齿数查表得：；
故两齿轮的弯曲应力分别计算为：

经验证得：，故齿根弯曲强度符合要求。校核安全。
4、齿轮其他主要尺寸计算：
1) 大轮大端分度圆直径：

2) 小齿轮齿顶圆直径：

3) 小齿轮齿根圆直径：

4) 大齿轮齿顶圆直径：

5) 大齿轮齿根圆直径

6) 齿宽：
7) 小齿轮齿宽：
4.3第三级圆柱齿轮的设计与校核
1、选择齿轮材料，确定许用应力
小齿轮：40Cr，淬火+回火
大齿轮：45钢，调质
接触疲劳极限分别为：

计算许用接触应力计算公式为：

其中，—接触疲劳强度计算的最小安全系数，通常取1~1.5，这里按1选取。
—接触强度计算的寿命系数。由应力循环次数N查表确定。
N—应力循环次数，由下式可求得：

式中，n—齿轮转速，r/min；
j—齿轮每转一周同一齿面的啮合次数；
—齿轮的设计使用寿命，根据已知条件取5000h。
所以齿轮应力循环次数分别为：

查表可得寿命系数分别为：
故，将各系数带入许用接触应力计算公式得齿轮许用接触应力分别为：

许用弯曲应力计算公式为

式中，—试验齿轮的弯曲疲劳极限，N/mm2 查表得；
—弯曲强度计算的最小安全系数，通常取，这里取1.4
—弯曲强度计算的寿命系数，根据应力循环次数查表选取。这里查表取1.0
—弯曲强度的尺寸系数，根据材料和模数查表选择，这里取1.0
故许用弯曲应力分别为：

2、按齿面接触疲劳强度进行齿轮设计：
确定齿轮传动精度为8级，II公差组，圆周速度根据下式：

结合推荐值表选取圆周速度为。
根据下面的设计公式初步设计小轴分度圆直径：

式中：—小齿轮度圆直径，mm；
—常系数，查表取766；
—齿宽系数，查表取1.4；
—载荷系数，查表取1.4；
—小齿轮转矩，；
—需用接触应力，前面计算的748
u—传动比，取3.2；
故小轴分度圆直径为：

初选小齿轮齿数
大端分度圆模数
大齿轮齿数
传动比误差
小齿轮分度圆直径
圆周速度
齿宽b：根据尺寸最小设计原则，暂取齿宽为170mm
3、强度校核：
（一）按齿面接触疲劳强度校核：
齿面接触疲劳强度校核公式：

式中，—材料弹性系数，，查表取；
—节点区域系数，螺旋角=0，查表取2.5
—重合度系数，根据推荐值取0.87
—载荷系数，公式为：
式中，—使用系数，查表取1.25；
—动载系数，1.1；
—齿间载荷分配系数，取推荐值1.1；
—齿间载荷分布系数，取1.1；
故载荷系数
—小齿轮扭矩，
齿面接触疲劳强度为：

故接触疲劳强度校核为安全。
（二）按接触疲劳强度校核：

式中，—齿形系数，按齿数查表可得：；
—应力修正系数，按齿数查表得：；
故两齿轮的弯曲应力计算得：

经验证得：
故齿根弯曲强度符合要求，校核安全。
4、齿轮其他主要尺寸计算：
1) 大轮大端分度圆直径：

2) 小齿轮齿顶圆直径：

3) 小齿轮齿根圆直径：

4) 大齿轮齿顶圆直径：

5) 大齿轮齿根圆直径：

6) 齿宽
7) 小齿轮齿宽
表4-1 各级齿轮传动参数一览表
传动级数
第一级
第二级
第三级

小齿轮
大齿轮
小齿轮
大齿轮
小齿轮
大齿轮
齿数
34
101
28
127
37
118
模数
6
8
10
分度圆直径
204
606
224
1016
370
1180
齿顶圆直径
216
618
240
1040
390
1200
齿根圆直径
189
591
204
996
345
1145

5 各轴的设计与校核计算
5.1 锥齿轮轴(I轴)的设计与校核
5.1.1锥齿轮轴的结构设计
确定各轴段直径和长度
对于I轴，选取45钢作为轴的材料，并进行调质处理。
则其许用应力
根据公式计算轴的最小直径，并加大3％考虑键槽的影响。
查设计手册，取A=110 则：
轴的最小直径为：

对轴最小直径圆整(按GB5014-85)取70mm
a) I轴1段
由选择联轴器型号MLZ-I（GB/T5212-2002带制动轮梅花行弹性联轴器）,比毂孔长度142mm，短1～4作为I段长度。取 。
b) I轴2段：
为使半联轴器定位，轴肩高度，孔倒角C取3（GB/T6403.4-1986）, 且符合标准密封内径（JB/ZQ4606-86）.取端盖宽度24，端盖外端面与半联轴器右端面30，轴径大小符合密封圈标准内径（JB/ZQ4606-86），、。
c) I轴3段：
为圆锥滚子轴承轴向定位圆螺母安装段，圆整为圆螺母标准内径
长度比圆螺母宽度稍大即可，取。
d) I轴4段:
本段为轴承安装段，轴径应符合轴承标准内径（GB/T297-1995），圆锥滚子轴承取型号：32217，此段轴长度：
e) I轴5段：
取 ，
f) I轴6段
选取圆锥滚子轴承32217,
由根据配合关系和考虑到便于轴承固定，
取，
g) I轴7段，为锥齿轮轴段:
取 ，
I轴各段尺寸如下图所示。
图5-1 I轴各段尺寸
5.1.2锥齿轮轴的强度校核
1、确定轴承及齿轮作用点位置
锥齿轮轴轴承及齿轮作用点如下图所示。
图5-2 锥齿轮轴轴承及齿轮作用点位置图
1) 小锥齿轮受力
圆周力：
径向力：
轴向力：
则轴向力产生的弯矩：
2) 轴承的支反力
在轴垂直面V面上根据得：

故求得：

在轴水平面H面上，根据得：

故求得：

3) 弯矩、扭矩计算
垂直面弯矩图如下图所示：

图5-3 垂直面弯矩图
如图所示，轴垂直面弯矩为：

水平面弯矩图如下图所示：

图5-4 水平面弯矩图
如图所示，水平面弯矩为：

则轴合成弯矩为：

总弯矩图如下所示：

图5-5 总弯矩图
另外，扭矩
4) 确定危险截面
经过比较，根据载荷较大及截面面积较小的原则，选取截面B为危险截面，其相关参数如下表所示。
表5-1 I轴（即锥齿轮轴）危险截面参数表
计算内容
单位符号
截面B的计算值及数据
说 明
扭矩

2151035.5

弯矩

5705.46

抗弯截面系数

61413

抗扭截面系数

122825

弯曲疲劳极限

350
见表8.2
剪切疲劳极限

200
见表8.2
材料特性系数

一般

2、按弯扭合成强度校核轴的强度
当量弯矩,取折合系数（假设条件：脉动循环变应力），则圆锥滚子轴承作用点处当量弯矩：

扭矩图如下所示：

图5-6 扭矩图
当量弯矩图如下图所示：
图5-7 当量弯矩图
轴的材料是45钢，并进行调质处理.许用，由下式得轴的计算应力：

按弯扭合成强度校核为安全。
3、轴的细部结构设计
轴各圆角半径大小如下图所示。轴上键槽为半联轴器与轴的周向固定采用A型平键联接，按GB1096-79，键尺寸为b×h×l=20×12×90mm。

图5-8 轴的细部结构设计
5.2 II轴的设计与校核
5.2.1 II轴的结构设计
1、确定各轴段直径和长度
初步估算轴的直径
对于II轴，选取40Cr钢作为轴的材料,并进行调质处理。许用
根据下式， 计算轴的最小直径，并加大3％考虑键槽的影响
查设计手册，取A=110 则：
轴的最小直径为：
圆整(按GB5014-85)取100mm
1) II轴1段
本段为轴承安装段,内径根据圆锥滚子轴承标准取100mm。
选择圆锥滚子轴承型号为：
30320，外径D=215mm，宽度T=51.5mm。
又根据整个减速器对称布置的结构要求，最终确定该轴段长度直径分别为：、。
2) II轴2段：
本段为大锥齿轮定位轴段，取轴径：

为使套筒更好的在轴上定位，该轴段长度比齿轮宽度小1~4mm，由键的尺寸确定该段得长度。
根据GB/T1095-2003标准取得该键的尺寸为：
b×h×l=28×16×110mm
故该轴段尺寸为：。
3) II轴3段:
本段为定位轴肩段，轴肩应符合推荐值一般情况下定位轴肩高度：

其中C1取3mm，故根据上式：h=8mm
轴段长度l3由结构确定为73mm。
此段轴尺寸为： 。
4) II轴4段：
本段为二级小圆柱齿轮的安装段，取 ；为了小圆柱齿轮的轴