带式输送机传动系统中的一级圆柱齿轮减速器

攀枝花学院交通与汽车工程学院
《机械设设计基础》
课程设计说明书
设计题目：带式输送机传动系统中
的一级圆柱齿轮减速器
专业班级： 2010级机电一体化
学生姓名：***
学生学号： ************
指导教师：**
攀枝花学院交通与汽车工程学院
二0一二年六月十五日
攀枝花学院交通与汽车工程学院 2010级机电一体化 《机械设计基础》课程设计说明书
机械零件课程设计任务书（二）——带式运输机传动系统中的一级圆柱齿轮减速器
２
目录
第一章 绪论 ··································································································· ３ 第二章 设计任务书及主要技术参数说明 ······························································· ４
2.1 机械零件课程设计任务书 ····································································· ４ 2.2传动方案分析及主要技术参数说明 ··························································· ５ 第三章 减速器结构选择及相关性能参数计算 ························································· ７
3.1 减速器结构 ························································································ ７ 3.2电动机的选择 ······················································································ ７ 3.3 传动比分配 ························································································ ９ 3.4 动力运动参数计算 ··············································································· ９ 第四章 齿轮的设计计算(包括小齿轮和大齿轮) ··················································· １１
4.1闭式齿轮传动设计 ············································································· １１ 4.2闭式齿轮的设计计算与强度校核 ··························································· １１
4.2.1齿面接触强度设计 ···································································· １１ 4.2.2按齿根弯曲强度的设计公式 ························································ １５ 4.2.3几何尺寸计算 ·········································································· １７ 4.3闭式齿轮的结构设计数据 ···································································· １７ 第五章 轴的设计计算 ···················································································· １８
5.1主动轴（电动机轴）的尺寸设计 ··························································· １８
5.1.1主动轴的材料和热处理的选择 ····················································· １８ 5.1.2主动轴几何尺寸的设计计算 ························································ １９ 5.2传动轴的尺寸设计和强度校核 ······························································ ２４ 5.2.传动轴的强度校核 ············································································ ２９ 5.3传动轴的材料和热处理的选择 ······························································ ３２ 第六章 轴承、键和联轴器的选择 ····································································· ３３
6.1 轴承的选择及校核 ············································································ ３３
6.1.1从动轴承 ················································································ ３３ 6.1.2主动轴承 ················································································ ３４ 6.2 键的选择计算及校核 ········································································· ３５ 6.3 联轴器的选择 ·················································································· ３７ 第七章 减速器润滑、密封及附件的选择确定以及箱体主要结构尺寸的计算 ··············· ３７
7.1 润滑的选择确定 ··············································································· ３７ 7.2 密封的选择确定 ··············································································· ３８ 7.3箱体主要结构尺寸计算 ······································································· ３８ 7.4减速器附件的选择确定 ······································································· ４０ 第八章 链传动 ····························································································· ４１
8.1设计链传动 ······················································································ ４１
8.2计算轴压力
P F ·
················································································ ４２
第九章 总结 ································································································ ４４
参考文献 ····································································································· ４７ 部分参照表 ·································································································· ４７
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第一章绪论
本论文主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了《机械设计基础》、《机械制图》、《工程力学》、《公差与互换性》等多门课程知识，并运用《AUTOCAD》软件进行绘图，因此是一个非常重要的综合实践环节,也是一次全面的、规范的实践训练。

通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。

主要体现在如下几个方面：
（1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。

（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。

（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。

（4）加强了我们对Office软件中Word功能的认识和运用。

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第二章 设计任务书及主要技术参数说明
2.1 机械零件课程设计任务书
a.设计题目：带式运输机传动系统中的一级圆柱齿轮减速器
b.系统简图：
减速器
联轴器
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c.工作条件：传动不逆转，载荷平稳，起动载荷为名义载荷的
1.25倍，输送带速度容许误差为±5%。

d.原始数据：（第四组）
e.设计工作量
1.设计说明书1份
2.减速器装配图1张
3.减速器零件图2～3张
2.2传动方案分析及主要技术参数说明
本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。

传动方案采用了两级传动，第一级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器，第二级传动为链传动。

链传动与带传动相比能保持准确的平均传动比；没有弹性滑机械零件课程设计任务书（二）——带式运输机传动系统中的一级圆柱齿轮减速器５
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动和打滑；需要的张紧力小；能在温度较高、有油污等恶劣环境下工作。

与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；中心距较大时其传动结构简单。

瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。

链传动平均传动比准确,传动效率高，轴间距离适应范围较大，能在温度较高、湿度较大的环境中使用；但链传动一般只能用作平行轴间传动，且其瞬时传动比波动，传动噪声较大。

由于链节是刚性的，因而存在多边形效应（即运动不均匀性），这种运动特性使链传动的瞬时传动比变化并引起附加动载荷和振动，在选用链传动参数时须加以考虑。

链传动广泛用于交通运输、农业、轻工、矿山、石油化工和机床工业等。

用于平行轴间的传动，一般传动比单级可到8,最大20，两级可到45,最大60，三级可到200，最大300。

传递功率可到10万千瓦,转速可到10万转/分，圆周速度可到300米/秒。

单级效率为0.96～0.99。

直齿轮传动适用于中、低速传动。

斜齿轮传动运转平稳，适用于中、高速传动。

工作条件：传动不逆转，载荷平稳，起动载荷为名义载荷的1.25倍，输送带速度容许误差为±5%。

输送拉力F(N)2800，输送速度v（m/s）1.7，滚筒直径D（mm）450，每天工作时数T（小时）16，传动工作年限（年）10。

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７
第三章 减速器结构选择及相关性能参数计算
3.1 减速器结构
3.2电动机的选择
1）选择电机类型：根据工作要求选用Y 系列IP44封闭式笼型三相异步电动机。

2）确定电动机功率
计算电机所需的工作功率W P ：
W
P w w
W v P η*1000*=
，式中
W P =2800N,w v =1.7m/s ，工作装置的效率考虑胶带卷筒及其轴
承的效率取
0.94
w η=。

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８
带入上式得：06.594.0*10007
.1*2800*1000*===w
w w w v p p ηkw
电动机的输出功率
0P ，
0w
P P η=
式中，η为电动机至卷筒轴的传动装置总效率。

由
2c r g s ηηηηη=•••，取滑块联轴器效率
0.98
c η=，滚动轴承效
率0.995r η=，8级精度齿轮传动（稀油润滑）效率0.97g η=，
滚子链传动效率
0.96
s η=，则
2
0.980.9950.970.960.90η=⨯⨯⨯=
故62.590
.006.50===
ηw
p p kw 因载荷平稳，电动机额定功率m P 只需略大于0P 即可，按表8-169中Y 系列电动机技术数据选电动机的额定功率m P 为7.5kW 。

3）确定电动机转速
卷筒轴作为工作轴，其转速为
m in /18.72450
7.110610644r D v n w w =⨯⨯⨯=⨯=ππ
按《机械设计课程设计》表2-1推荐的各传动机构传动比范围：单级圆柱齿轮传动比范围
'
3~5
g i =，滚子链传动比范围
'2~5s i =。

则总传动比应为'6~25i =，可见电机的转速范
围：
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m in /36.3753~08.43318.72)25~6(r n i n w =⨯=•=
符合这一范围的同步转速有750r/min 、1000r/min 、1500r/min 、3000r/min 四种，为减少电动机的重量和价格，表8-169选常用的同步转速为1000r/min 的Y 系列电动机Y160M-6,其满载转速min
/970r n m
=。

电动机的中心高，外形尺寸，
轴伸尺寸等由《机械设计课程设计》表8-170中查到。

3.3 传动比分配
传动装置总传动比 30.1318
.72960===w m n n i
分配传动装置各级传动比 由式
s g
i i i =•，取滚子链传动比4=s
i ，则齿轮传动比
325.3=g i 。

3.4 动力运动参数计算
1)各轴转速
主动轴：min /9701r n n m ==
传动轴：min /73.291325
.3970
12r i n n g ==
= 工作轴：min /93.724
73.2912r i n n g w ===
2)各轴输入功率
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主动轴：kw p p c 51.598.062.501=⨯=•=η
传动轴：kw p p g 32.5995.097.051.512=⨯⨯=••=γηη 工作轴：kw p p s r w 26.596.0995.051.51=⨯⨯=••=ηη 3)各轴输入转矩
主动轴：m N n p T •=⨯==25.54970
51.595509550111 传动轴：m N n p T •=⨯==15.17473.29132
.5955095502
22
工作轴：m N n p T w
w w •=⨯==78.68893.7226
.595509550
电动机输出转矩:m N n p T m
•=⨯==33.5597062
.59550955000
将以上算得的运动和动力参数列表如下：
表1.运动和动力参数列表
第四章 齿轮的设计计算(包括小齿轮和大齿轮)
4.1闭式齿轮传动设计
闭式齿轮选材
1）按图所示传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。

2）选用8级精度。

3）材料选择。

由《机械设计》表10-1选择小齿轮材料为40Cr （调质），
硬度为280HBS ，大齿轮材料45钢（调质），硬度为240HBS ，两者材料的硬度差为40HBS 。

4）选小齿轮齿数201=Z ，大齿轮齿数
5.66325.3202=⨯=Z ，取672=Z 。

4.2闭式齿轮的设计计算与强度校核
4.2.1齿面接触强度设计
由设计计算公式进行试算，即：
1t d ≥
（1） 确定公式内的各计算数值
1) 试选载荷系数3.1=t K 。

2) 计算小齿轮传递转矩：
mm N p T •⨯=⨯⨯=⨯=461610425.5970
51.51055.99701055.9小 3) 由《机械设计》表10-7选取齿宽系数1=d φ。

4) 由《机械设计》表10-6查得材料的弹性影响系数
1
2189.8E Z MPa =。

5) 由《机械设计》表图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的
接触疲劳强度
极限lim1600H MPa
σ=，大齿轮的接触疲劳强度极限lim 2550H MPa
σ=。

6) 由《机械设计》式10-13计算应力循环次数
9
1110399.3)1036582(19706060⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==h jL n N 99
210022.1325
.310399.3⨯=⨯=N 7) 由《机械设计》图10-19取接触疲劳寿命系数
10.90HN K =；20.97HN K =。

8) 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得：
1lim11[]0.9600540HN H K MPa S σσ==⨯=
2lim22[]0.97550533.5HN H K MPa S σσ==⨯=
（2） 计算
1) 试算小齿轮分度圆直径1t d ，代入[]H σ中较小的值：
1t d ≥ =mm 140.74)3
.5338.189(325.3325.4110425.53.132.234=••⨯⨯ 2) 计算圆周速度v 。

s m n d v t /76.3100060970
140.741000601
1=⨯⨯⨯=⨯=ππ
3) 计算齿宽b 。

mm d b t d 140.74140.7411=⨯=•Φ=
4) 计算齿宽与齿高比b
h 。

模数： mm Z d m t t 707.320140.741
1===
齿高： mm m h t 94.13707.376.376.3=⨯==
319.594
.13140.74==h b 5) 计算载荷系数。

根据s m v /76.3=，8级精度，由《机械设计基础》
表5-12查得动载系数 1.14V K =；直齿轮，1H F K K αα==。

由《机械设计》表10-2查得使用系数1A K =(载荷平
稳)。

由《机械设计》表10-4用插值法查得8级精度、小齿
轮相对支承对称布置时， 1.453H K β=。

由319.594
.13140.74==h b ， 1.453H K β=查《机械设计》图10-13得， 1.38F K β=。

故载荷系数：
1 1.141 1.453 1.656A V H H K K K K K αβ==⨯⨯⨯=
6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径由《机械设
计》式10-10a
得： mm k k d d t t 369.803
.1656.1140.743311=⨯== 7) 计算模数m ：
mm Z d m 02.420369
.801
1===
4.2.2按齿根弯曲强度的设计公式
由《机械设计》式10-5得弯曲强度的设计公式为
m ≥
（1） 确定公式内的各计算数值。

1) 由《机械设计》图10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度
极限
1500FE MPa σ=；大齿轮的弯曲强度极限2380FE MPa σ=。

2) 由《机械设计》图10-18去弯曲疲劳寿命系数
10.82FN K =，20.85FN K =。

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 1110.82500[]292.861.4FN FE F K MPa S σσ⨯=== 2220.85380[]230.711.4FN FE F K MPa S σσ⨯===
4) 计算载荷系数K 。

1 1.141 1.38 1.573
A V F F K K K K K αβ==⨯⨯⨯=
5) 查取齿形系数。

由《机械设计》表10-5查得
1 2.72Fa Y =；
2 2.192Fa Y =。

6) 查取应力校正系数。

由《机械设计》表10-5查得1 1.57Sa Y =；2 1.784Sa Y =。

7) 计算大、小齿轮的][F
Sa Fa Y Y σ并加以校正。

01458.086.29257
.172.2][1
21=⨯=F Fa Fa Y Y σ 222 2.192 1.7840.01695[]230.71Fa Sa F Y Y σ⨯==
大齿轮的数值大。

（2） 设计计算
m ≥ mm 93.101695.020
110425.5573.12324=⨯⨯⨯⨯⨯ 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取弯曲强度算得的模数1.93并就近圆整为标准值m=2mm ，按接触强度算得的分度圆直径
mm d 369.801=，算出1Z ： 402
369.8011≈==m d Z 大齿轮齿数 13340325.32=⨯=Z
4.2.3几何尺寸计算
（1） 计算分度圆直径
mm m z d 8024011=⨯==
266
213322=⨯==m z d mm
（2） 计算中心距 mm d d a 1732
26680221=+=+= （3） 计算齿轮宽度
mm b d 8080180=⨯=⨯=φ
取mm B 802=，mm B 851=。

4.3闭式齿轮的结构设计数据
表2.齿轮几何尺寸
第五章轴的设计计算
不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。

5.1主动轴（电动机轴）的尺寸设计
按承载性质，减速器中的轴属于转轴。

因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定出轴的形状和几何尺寸，最后校核轴的强度。

这里因为从动轴为Ⅱ轴，故只对Ⅱ轴进行强度的校核，对两根轴进行尺寸的设计计算过程。

5.1.1主动轴的材料和热处理的选择
电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。

选择45钢正火。

硬度达到170~217HBS,抗拉强度b δ=600MPa ，屈服强度e δ=355MPa 。

[b 1-δ]=55MPa,调制处理。

5.1.2主动轴几何尺寸的设计计算
一、初步计算各轴段直径
（1）计算d 1，按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P
和扭矩T ： m N T kw p •==25.54,51.511
最小直径计算（查《机械设计基础》教材表15—3 取 c=110）
mm n P C d 627.19970
51.51103311=⨯=≥
考虑键槽mm d 608.20627.1905.1=⨯> 选择标准直径 mm d 211=
（2）计算2d
mm d d a d d 2.25~94.23)1.0~07.0(2211112=⨯⨯+=+= 因2d 必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取mm d 252=；
（3）计算3d
mm mm d d 30~26)5~1(23=+= ，且3d 必须与轴承的 内径一致，圆整mm d 303=,初选轴承型号6206轴承，其尺寸为 306216d D B mm mm mm ⨯⨯=⨯⨯。

其基本额定动载荷为 11.5r C kN =，基本额定静载荷kN C 8.31=α。

（4）计算4d
mm mm d d 35~31)5~1(34=+=，为装配方便而加大直 径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取mm d 354
=； （5）计算5d
mm d d d 42~9.39)1.0~07.0(2445=⨯⨯+=，取 mm d 405= ；
（6）计算
6d
mm d d 3036== ，同一轴上的轴承选择同一型号，以便 减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。

电动机轴各阶梯轴直径列表如下：
二、计算轴各段长度 （1）计算1L
半联轴器的长度l=52mm ，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上，
而不压在轴的端面上，故第一段的长度应比l 略短一些，取
mm L 501=；
（2）计算2L
m e l L ++=12 ，
轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，
取，mm d e mm l 4.82.1,2031
===其中3d 为螺钉直径
M8，由轴承外径D=62mm ，查表，取d 3=7mm ，其中由公式可得式子：
轴承
轴承B c c B L m -∇-+++=-∇-=3213)8~3(δ
式中，δ为箱体壁厚，取δ=8mm ， 取轴旁连接螺栓的直径为10mm ， 查得
mm c mm c 14,1621==；
由于轴承的轴颈直径和转
速的乘积＜（1.5～2）×105
，故轴承采用脂润滑，取 3∇ =9mm ， 所以m=8+16+14+8-9-17=4mm, 所以 mm m e l L 4.3244.82012
=++=++=取
2L =33mm ；
（3）计算3L
mm B L 5.402105.12162323=+++=+∇+∇+=轴承
式中，2∇为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两个齿轮的宽度 差，两齿轮的宽度差为5mm ，取小齿轮至箱体内壁的距离为10mm ， 则
mm
B B 5.1225
102
大轮
小轮小22=+=-+
∇=∇
取 L 3=45mm
（4）
计算4L
mm
b L 7227424=-=-=大齿轮,取齿宽80mm
（5）计算5L
544
1.4 1.4(0.07~0.1)1.44 5.6L b a d mm ===⨯=⨯=取L 5=6mm
（6）计算6L
mm B L 5.31695.1216L -5
326=-++=∇+∇+=轴承；取mm L 326=
各段轴长度列表如下: 名称 1L
2L
3L 4L 5L 6L
长度/mm
50 33 45 80 6 32
5.2传动轴的尺寸设计和强度校核
（1）按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T
Nm n MPa p 73.291,32.522==
最小直径计算（查《机械设计基础》教材表14—2 取 c=110）
mm n p C d 95.2873
.29132.511033
22=⨯=≥ 考虑键槽 mm d 398.3095.2805.1=⨯>,选择标准直径mm d 301= 。

（2）计算2d
mm a d d 36~2.3430)1.0~07.0(2302112=⨯⨯+=+= 因2d 必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取2d =35mm ； （3）计算3d
mm mm d d 40~36)5~1(23=+= ，且3d 必须与轴承的内经 一致，圆整3d =40mm ，初选轴承型号为63008 ,查附表可知，尺寸： 40mm ×68mm ×21mm ，52.8,31.8r C kN C kN α==；
（4）计算4d
mm mm d d 45~41)5~1(34=+= ，为装配方便而加大直 径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取4d =45mm ；。