带式运输机传动系统中的二级圆柱齿轮减速器

1.设计目的 (3)
2.设计方案 (3)
3.传动装置的总体设计 (4)
3.1电机选择 (4)
3.2传动装置的总传动比及分配 (5)
3.3传动装置各轴的运动机动力参数 (6)
4.传动件的设计 (7)
4.1 V带的设计 (7)
4.2齿轮的设计 (9)
5.轴及轴上零件的设计 (10)
5.1高速轴及轴上零件的设计、校核 (10)
5.2中速轴及轴上零件的设计、校核 (17)
5.3低速轴及轴上零件的设计、校核 (24)
6.箱体结构的设计 (29)
7.润滑设计 (30)
8.密封类型的设计 (31)
、设计目的: 带式运输机传动系统中的二级圆柱齿轮减速器
9.其他附件的设计 (31)
10.参考文献 (32)
11.实验心得 (33)
1 ）工作条件
要求减速器沿输送带运动方向具有最小尺寸，单向运转，有轻微振动，两班制工作，使用期限10年。

2）原始数据
3）设计工作量
（1）设计说明书
（2）减速器装配图
（3）减速器零件图
、设计方案:
、设计目的: 带式运输机传动系统中的二级圆柱齿轮减速器
三、传动装置的总体设计
3.1电动机的选择
动机的
转速
为Y100L1-4，其主要性能如下表所示
3.2计算传动装置的总传动比i ；并分配传动比
3.3计算传动装置各轴的运动和动力参数
四、传动件的设计
4.1减速器外传动部件V带的设计
4.2减速器内传动部件的设计
4.2齿轮设计
齿宽
b =d a =0.8 44.21=35.36 mm
取b2=45mm b i =40mm
按表4-1取m=2.5，实际的
* = z m=20 2.5 = 50 mm
d2 = z m=81 2.5 =202.5 mm 中心距
d r +d2 a =-------- 50 202.5
2
= 126.25 mm
b2=45mm
b1=40mm
m=2.5
d1 = 50 mm
d2= 202.5 mm
2、计算传动的主要尺寸3）验算齿轮弯曲强度：
T =9.01 104N mm
T - 34.47 104 N mm
查图得齿形系数
Y Fa1=2.36 Y Fa2=2.28
Y sa1 = 1.68 Y sa2=1.77
汉汉汉汉汉
= 762Mpa ：：
2口丫尸玄2“22 1.5 3447 104 2.28 1.77
40x2.5—2025
=82.38Mpa ：：
故是安全的
4）齿轮的圆周速度
~d1n1 60 1000 二50 710
6 104
= 1.875 m/s
v = 1.875m/s
对照11-2可知选用8级精度是合适的五、轴及轴上零件的设计计算
5.1高速轴的设计与计算
4、结构设计轴的结构如图所示
1）带轮及轴段I的设计：
d min=15.5mm
电动机小轮的轴径为28mm,故大轮应不小
于28mm
取d=28mm
V带与轴配合长度L=70mm为了保证轴承挡圈只压在V带轮上不压在轴的端面上，故轴段I的长度略短取L|=68 d i=28mm L i=68mm
2）轴段II的设计：
II段用于安装轴承端盖，轴承端盖的e=7.2mm
（由减速器及轴的结构设计而定）。

根据轴承端盖的拆卸及便于对轴承添加润滑油的要求，取端盖与II段右端的距离为20mm。

故取L II=34，因其右端面需制出一轴肩故取d ii=32mm。

3）轴承与轴段III和轴段VI的设计：考虑到齿轮有轴向力存在，且有较大的周
向力和径向力作用，选用圆锥滚子轴承。

轴段III 安装轴承，其直径应即便于轴承安装，又符合轴承内径系列，现暂取轴承为30207 ，由此查表得d=35mm,外径D=72mm，宽度
B=17mm,T=18.25mm,故d m=30mm
L iii=17+17=34mm。

通常一根轴上的两个轴承取相同型号，
则d vi=30mm.
5）齿轮及轴段IV的设计：该轴上安装齿轮，为了便于齿轮的安装，
dv应略小于d iV，可初定dv=40mm齿轮的分度圆直径比较小，采用实心式，齿轮宽度b1=45,为了保证套筒能顶到齿轮的右端面，该处轴径的长度应比齿轮宽度略短，取
Lv=43mm.
4）轴段IV的设计：
齿轮左端采用轴间定位，定位轴间的高度：
h=（0.06~0.1）c k=1.96~3.2=3mm d ii=32mm L ii=34mm
d iii=35mm L iii=34mm
d iV=40mm L iV=43mm
dv=44mm Lv=10mm
F 1v
ilu
hj.d
已知：作用在齿轮上的 圆周力
2T i
径向力
2 2・358 10l 9432N
F 严43.2N
50
F^F tan 二 943.2 tan20— 343.3N
法相力
丄=943.2
=1003.7N
cos ： cos 20
齿轮的分度圆直径d=50mm 作用在轴左端 的外力F=744.2 N
1）求垂直面的支撑反力：
F L - F
d
「r 2
「a 2 343.2 4435-10037 25 88.7
一111.3N F 2V
-F iv =343.3- -111.3i=454.6N
2）水平面的支撑反力：
邛千「？=471劭
3） F 在支撑点产生的反力:
F a = 1003.7N
F iv = -111.3N
F 2v 二 454.6N
F IH = F 2H = 471.6N
F IF
744.2 110.5
88.7
= 927.1N F 2F = F F 1F =744.2 927.1 =1671.3N 外力F 作用方向与带传动的布置有关，在具 体位置尚未确定前，可按最不利的情况考 虑，见（7）的计算 4）绘垂直面的弯矩图： M av = F 2V ■— = 454.6 疋 44.35 = 20.1N M 2 L
M av=F 1v
111.3 44.35 = -4.9N.M 2
5) 绘水平面的弯矩图：
M AH = F 1H ■—= 236 汉 44.35 = 10.5N.M 2 6) F 产生的弯矩图： M 2F =F K =744.2 110.5 =82.2N.M a-a 截面F 力产生的弯矩为：
M AF =F 1F — =927.1 44.35 =41.1N.M 2 7）求合成弯矩图： 考虑最不利的情况，把M AF 与 ,M
AV M AH 直接相加 M A = . M A V M A H +M AF =、20.12 20.92 +41.仁 70.1 N.m M'A = ,M 'A V M A H +M AF = 4.92 20.92 +41.仁62.57 N.m 8） 求轴传递的转矩： T = 2.358 104 N.mm 9） 求危险截面的当量转矩
如图所示，a-a 截面最危险，其当量转矩 为： M e = V M a +（«T 2 如认为轴的扭切应力是脉动循环应变力，取 折合系数a=0.6,带入上式可得： 环二 927.1N
F 2F 二 1671.3N
M av = 20.1 N M
M av - -4.9N .M
M AH = 10.5N.M
M 2F =82.2N.M
M AF = 41.1N.M
M A =70.1N.m
M'A =62.57N.m
T =23.58N.m
5.2中轴的设计与计算
d =d v =30mm L
=32mm
du =40mm L I =38mm
dm =46mm
(1)
轴段I 和轴段V 的设计：
考虑到齿轮有轴向力存在，且有较大的周 向力和，故选用圆锥滚子轴承，轴段I 和轴段 VI 安装轴承，其直径应便于安装，有复合轴 承内径系列，现暂取轴承30206 查 表得：d=30mm,夕卜径 D=62mm,宽 度 B=16mm,T=17.25mm
故取 d i =d v =30mm L i =32mm L v =32mm (2) 大齿轮及轴段II 的设计：
该轴上安装齿轮，为了便于齿轮的安装， dv 应略小于du ，可初定du =40mm 齿轮的分 度圆直径比
较小，采用实心式，齿轮宽度 b1=40,为了保证套筒能顶到齿轮的右端面， 该 处轴径的长度应比齿轮宽度略短，取L II =38mm.
(3) 轴段III 的设计： 考虑到高低速轴的配合及大小齿轮的定
位取 dm =46mm L =32+17+6=55mm
(4)小齿轮及轴段IV 设计：
该轴上安装齿轮，为了便于齿轮的安装， dv 应略小于d Iv ，可初定d Iv =40mm 齿轮的分
度圆直径比较小，采用实心式，齿轮宽度
b1=45,为了保证套筒能顶到齿轮的右端面， 该
处轴径的长度应比齿轮宽度略短，取Lv =43mm.
5355.8 N
二
F
2V = F
2 - F.1 - F
1v
=3604-890-（-2546
） = 5260.7 N 轴承1的总反力为：
I -------------------- f -----------------------------------
R = F 1H 2 F 1V 2 = ,4512 _25462 =2585.6N
/ -------------------- / --------------------------------------- M aH
F 1H
451 N ⑵求支撑反力: 水平面上： F 1H Fr 心“心片合沁=4刑
L 1 L 2 L 3 F 2H =F r 「F r2-F 1H =324 1131.7-451 =1004.7N =1004.7 N
-2546.7 N
垂直面上： F
2 L
3 - F 1 l_2 L 3 F JV : L 1 L 2 L 3
=890
汇46-36.4"97.5 + 46）_ 25467N 187 F 1 - 5260.7 N
2585.6N
F2 = YF2H2 +FJ “1004.72 +5260.72 =5355.8N
3
G=50.5*10 N,e=0.37,Y=1.6
则轴承1、2内部轴向力分别为：
l
F i
2585.6 °C"
Fdi = — = -------- = 808 N
2Y 3.2 F d2 = F2 = 5261.6 =1644.25N 2Y
3.2
外部轴向力：
Fae=Fa2-Fa 仁3835.4-947.仁2888.2 N
Fae+Fd2=2888.2+1644.25=4532.45>Fd1
即：
Fa 仁 Fae+Fd2=4532.45N Fa2=Fd2=1644.25N ⑶ 计算当量动载荷P1和P2 F ai
4532.45 1 7_ e
= =1.75 a e F R1 2585.6
F a2 1644.25 厂
二= --------------- =0.3125 ce
F R2
5261.6
即
R =xF r1 + yF a1 =0.4汉2585.6 + 1.6江4532.45 = 8286.16N _、
(3)
F 2 =F r2 =5261.6N
校核轴承寿命
因P2>P1故只需校核轴承1 查表得：fT=1.0 fp=1.1
z z / 10
L
106 i f T c ] 106 彳0汉43.3勺03 込 h_60n ^pP 」一60汉174.8811.1汉828616 丿
= 1.7V<105
L h =10咒365"8 = 6.57"04h
1
L h >L h 即满足使用寿命要求
轴承寿命满足要
求
5.3低速轴的设计与计算
设计内容
计算及说明
1、已知条 中间齿轮的功率为 1.551kw ,转速 件 n 3=43r/min,齿轮
的分度圆直径 d1=202.5mm
2、选择轴 的材料 因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸材料45钢 无特殊要
求，故选用常用的材料 45钢，调质 调质处理 处理
3、初选轴 径
由教材表14-2查得C=118~107，考虑到轴端 既承受转矩又承受弯矩故取中间值 C=110,
则：
4、结构设 计
ip 2
1.551 d min 9 上2- -110 3 ------------- - 20.89mm
汕2
174.88
轴和联轴器之间有一个键槽，轴径轴径应该增 大
5%,轴端最细处的直径：
d 1>20.89*1.05mm=21.9mm
d min = 21.9mm
d VI =30mm L vi =58mm
(1)联轴器及轴段VI 的设计：
轴段VI 安装联轴器此段设计应与联轴器 的选择同步选择，为补偿联轴器所连接两轴的 安装误差、隔离震动，选用弹性柱销联轴器查 表得ka=1.3,则计算转矩
T c =k a T 3 =1.3 1.04 104 = 1.35 104
查表得：LX2型联轴器满足要求，工称转矩 Tn=560n.m ,需用转速 n=4300r/min,轴孔范围 20~35由于d>21.9，取d VI =30mm 。

轴孔长度 60mm ，J 型轴孔，A 型键，为了保证轴段挡圈 只在半联轴器上，故L VI 略短，取L VI =58mm
d i
径向力
(2)求支撑反力:
水平面上：
法相力
F .
F a cos ：.
3402.2 =3620.5N cos
20
F =2「=
2 3.447 10l 34022N
202.5
F r =F tan 234022 tan200 "238.3N T
(2)画轴的受力分析图，轴的受力分析图如下图 所
示：
F.
F r F a
F 2H
3402.2N
1238.3N
3620.5N
--406.8N
F 2H F r L^F a 2
L] + L2
12383 45.5-362Q5 25
84
=-406.8N
F1H =F r -F2H "2383 406.8 J645N 垂直面上:
L i L2 3402.2 45.5
84
= 1842.8N
Rv = F .2 _ F2V
= 3402-1842.8 “559.1N
轴承的总反力为：
F2 F F2H2 F2v2f；：I-406.8 2 1842.8^1887
R f』F1H2 F1V2F16452 1559.12 =2266.5N (4)画弯矩图：在水平面上：a-a剖面左侧为：
M aH -〜F2H L<| =406.8 38.5 =15.6N.m
a-a剖面右侧为：
M；H=F1H L2 =1645 45.5 = 74.8N.m
垂直面上：
M aV二F2V J =1842 38.5 = 71N.m
合成弯矩图：
a-a剖面左侧：
M a 二，M aH2 M aV2二 15.6271?
= 72.7N m
a - a剖面右侧：
I 2 2 ； 2 2
M a「M aH M aV 二 74.8 - 71 R H=1645N
F
2v =1842.8N
F
1v= 1559.1 N F^ 1887.2 N
F1 = 2266.5 N N
M aH =15.6N.m
I
M aH = 74.8N.m
M
av = 71 N .m a- a剖面左侧：M a =72.7 N m a- a剖面右侧：M a=103.1N m
= 103.1N m
六、箱体结构的设计
两级同轴式圆柱齿轮减速器箱体的主要结构尺寸如下表:
七、润滑设计
齿轮采用飞溅润滑，在箱体上的四个轴承采用脂润滑，在中间支撑上的两个轴承采用油润滑。

八、密封类型的选择
1.轴伸出端的密圭封轴伸出端的密圭寸选择毛毡圈式密圭寸。

2.箱体结合面的密封：箱盖与箱座结合面上涂密封胶的方法实现密封。

3.轴承箱体内，外侧的密封：
(1)轴承箱体内侧采用挡油环密封。

(2)轴承箱体外侧采用毛毡圈密封。

九、其他附件的设计：
1 、观察孔及观察孔盖的选择与设计：
观察孔用来检查传动零件的啮合，润滑情况，并可由该孔向箱内注入润滑油。

平时观察孔盖用螺钉封住，。

为防止污物进入箱内及润滑油渗漏，在盖板与箱盖之间加有纸质封油垫片，油孔处还有虑油网。

查表［6］表15-3选观察孔和观察孔盖的尺寸分别为140 120和110 90。

2、油面指示装置设计：油面指示装置采用油标指示。

3、通气器的选择：
通气器用来排出热膨胀，持气压平衡。

查表［6］表15-6选M36 2型通气帽。

4、放油孔及螺塞的设计：
放油孔设置在箱座底部油池的最低处，箱座内底面做成匚5外倾斜面，在排油孔附近做成凹坑，以便能将污油放尽，排油孔平时用螺塞堵住。

查表⑹表15-7选M20 1.5型外六角螺塞。

5、起吊环的设计：
为装卸和搬运减速器，在箱盖上铸出吊环用于吊起箱盖。

&起盖螺钉的选择：
为便于台起上箱盖，在上箱盖外侧凸缘上装有1个启盖螺钉，直径与箱体
凸缘连接螺栓直径相同。

7 、定位销选择：
为保证箱体轴承座孔的镗孔精度和装配精度，在精加工轴承座孔前，在箱体联接凸缘长度方向的两端，个装配一个定位销。

采用圆锥销，直径是凸缘连接螺栓直径的0.8倍。

十、参考文献：
杨可桢、程光蕴、李仲生.机械设计基础.北京：高等教育出版社.2006.5
王连明、宋宝玉.机械设计课程设计.哈尔滨工业大学出版社.2010.1
濮良贵.机械设计.北京：高等教育出版社.2006.5
一、实验心得：
前沿两级展开式圆柱齿轮减速器的特点及应用：结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度。

高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分地互相抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。

高速级一般做成斜齿，低速级可做成直齿。

两级同轴式圆柱齿轮减速: 特点及应用：减速器横向尺寸较小，两对齿轮浸入油中深度大致相同。

但轴向尺寸大和重量较大，且中间轴较长、刚度差，使载荷沿齿宽分布不均匀，高速级齿轮的承载能力难于充分利用。

从性能和尺寸以及经济性上考虑选择两级展开式圆柱齿轮减速卷筒同输出轴直接同联轴器相连就可以, 因为这样可以减少能量的损耗.。