机械设计课程设计-带式运输机斜齿圆柱齿轮减速器设计毕业论文.docx

机械设计课程设计
计算说明书

设计题目:带式运输机斜齿圆柱齿轮减速器设计6-4

专 业 机械设计制造及自动化
班 级
学 生 姓 名
学 号
指 导 教 师
完 成 日 期

题目6 带式运输机斜齿圆柱齿轮减速器设计
1．已知条件
该带式运输机传动系统的运动简图如图20-9所示，电动机的位置自行确定。带式运输机连续单向运转，工作过程中有轻微振动，空载启动。输送带速度允许误差为±5%，工作机效率为0.97；每日三班制工作，每班工作4小时；使用期限10年，每年工作300天；检修期间隔为3年；在中小型机械厂小批量生产。

2. 设计原始数据
设计原始数据列于表20-6。
表20-6 斜齿圆柱齿轮减速器设计原始数据
题 号
6-1
6-2
6-3
6-4
6-5
6-6
6-7
6-8
6-9
6-10
输送带工作拉力F/kN
1.5
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
2.3
2.6
2.7
输送带速度v/(m·s-1)
1.6
1.6
1.55
1.6
1.6
1.5
1.7
1.6
1.5
1.5
运输带卷筒直径D/mm
280
270
280
290
300
275
300
270
295
290
3. 设计任务
(1) 设计带式运输机斜齿圆柱齿轮减速器装配图1张。
(2) 绘制输出轴、大齿轮的零件图各1张。
(3) 编写设计说明书1份。

一、确定传动方案，如图所示。
二、选择电动机
1、 电动机类型选择
根据动力源和工作条件，选用Y 系列三相异步电动机
2、 电动机功率的选择
工作机所需要的有效功率为

其中，为工作机的传递效率。
传动装置总效率为

其中，各传动机构的效率，根据课程设计表2-4可查出
=0.96为带传动的效率
=0.98为轴承传动的效率
=0.97为齿轮传动的效率
=0.99为联轴器传动的效率
电动机所需要的效率为

由课程设计表16-3可先去电动机的额定功率为
3、 电动机转速的选择
电动机通常采用的同步转速有1000和1500两种，现对两种转速作对比。
由课程设计表16-3可知，同步转速是1000的电动机，其满载转速是960，同步转速是1500的电动机，其满载转速是1440
工作机的转速为

传动总比，其中为电动机的满载转速。
现将两种电动机的有关数据列于表1-1作比较

表1-1 两种电动机的数据比较
方案
电动机型号
额定功率/KW
同步转速
/()
满载转速/()
总传动比
Ⅰ
Y132M1-6
4
1000
960
9.106
Ⅱ
Y112M-4
4
1500
1440
13.659

由表1-1可知，方案Ⅱ总传动比过大，为了使传动装置结构紧凑，选用传动方案Ⅰ较合理。
4、 电动机型号的确定
根据点攻击功率和同步转速，选定电动机的型号为Y132M1-6。查课程设计表16-3和16-4，知电动机有关参数如下：
电动机的额定功率
电动机的满载转速=960
电动机的外伸轴直径D=38mm
电动机的外伸轴长度E=80mm

三、 传动装置的运动学和动力学参数计算
1、 总传动比及其分配
总传动比；
根据课程设计表2-2，选V带传动的传动比
2、 传动装置中各轴的转速计算
根据传动装置中各轴的安装顺序对轴的一次编号为：0轴、Ⅰ轴、Ⅱ轴、Ⅲ轴

3、 传动装置中各轴的功率计算

4、传动装置中各轴个输入转矩计算

将传动装置中的各轴的功率、转速、转矩列表，如表1-2所示。、
表1-2各轴的运动和动力参数
参数
轴名
0轴
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
转速n/（）
960
302.839
105.409
105.409
功率
4.102
3.938
3.743
3.594
转矩（）
40.806
124.184
356.781
323.910
传动比
3.170
2.873

四、 带传动设计
1、确定带传动的额定功率
已知；，
根据《机械设计》教材中的表8-8，差不带传动的工作情况系数，则
2、 选取带传动的类型
根据、由《机械设计》教材中的表8-11，选用A型窄V带。
3、 确定带轮基准直径
取主动轮（小带轮）基准直径；从动轮（大带轮）基准直径。由表8-9取
带传动的实际传动比，与总传动比分配的带传动的传动比不一致。总传动比为9.106，实际齿轮传动比
验算V带的线速度为
所以V带速度合适
4.确定V带的基准长度和带传动的中心距
根据0.7（）<<2（），初步确定带传动的中心距，取=400mm。

=1397mm
由《机械设计》教材中的表8-2选带的基准长度。计算带传动的实际中心距a

5. 验算主动轮的包角

所以主动轮上包角是合适的。

6. 计算V带的根数z
由，，，查《机械设计》教材的表8-4由线性关系得：；查《机械设计》教材表中的8-5得：;
查《机械设计》教材中的表8-6得：;查《机械设计》教材中的表8-2得：。则
取z=7根。
7.计算带传动的预紧力
查《机械设计》教材中的表8-3得：单位长度质量㎏/m

8.计算作用在带轮轴上的压轴力

V带的主要参数列于课程设计表1-3中。

表1-3 带传动的主要参数
名称
结果
名称
结果
名称
结果
带型
SPZ
传动比

根数

带轮基准 直径

基准长度

预紧力
89.236N
中心距

压轴力

9.带轮结构设计
由设计表8-11得：；。
则带轮轮缘宽度：。
大带轮的轮毂直径由后续高速轴设计来定，。
带轮的轮毂宽度:当时，取。
带轮结构图略

五、高速级齿轮传动的设计
1.选定高速级齿轮的类型、精度等级、材料及齿数
（1）齿轮传动的类型：安传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。
（2）精度等级：由于输送机为一般工作机械，速度不高，故选用8级精度齿轮传动。
（3）齿轮材料：由《机械设计》教材中的表10-1选择小齿轮材料为45钢，并进行调质处理，平均硬度为235HBS;大齿轮材料为45钢，并进行正火处理，平均硬度为190HBS。大小齿轮的硬度差为45HBS。
（4）选择小齿轮齿数：,则大齿轮齿数，取。齿数比
（5）选择齿宽系数：按软齿面齿轮，非对称安装，查表10-7，取齿宽系数。
（6）初选螺旋角： 压力角：
2.安齿面接触疲劳强度设计

1） 确定公式内各项参数值
（1）由《机械设计》教材图10-20，选取区域系数.
（2）大、小齿轮均采用45钢锻造，由《机械设计》教材表10-5查的材料系数
（3）重合度系数由《机械设计》教材知，齿数多时取小值本列齿数中等，所以取=0.8。
（4）螺旋角系数
（5）小齿轮传递的扭矩为

（6） 试选载荷系数。
（7） 根据齿面硬度，由《机械设计》教材图10-25（d）查得：小齿轮的接触疲劳强度极限;由《机械设计》教材图10-25（c）查得：大齿轮的接触疲劳强度极限。
（8） 计算应力循环次数
按，式中：j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数。在本例中；为齿轮的工作寿命，单位为小时。本例中班制4小时300天10年。所以

（9）由《机械设计》教材图10-23查得解除疲劳寿命系数,。
（10）计算许用接触疲劳应力。
取安全系数,失效率为1%。则

2）设计计算
（1） 计算齿轮分度圆直径。

（2） 计算圆周速度。

（3）计算载荷系数。
由《机械设计》教材表10-2查得：使用系数；根据、8级精度，由《机械设计》教材图10-8查得：动载荷系数;由《机械设计》教材、.

（4） 校正分度圆直径。按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得

（5）计算齿轮模数。

取齿轮模数。
3.计算齿轮传动的几何尺寸
（1）中心距。

将中心距a圆整为143mm。
（2）按圆整后的中心距修正螺旋角。

（3）计算大小齿轮的分度圆直径。

（4） 计算齿轮宽度。

圆整后。所以，大齿轮宽度，小齿轮宽度。
4.校核齿根弯曲疲劳强度

1） 确定公式内各项参数值
（1）从《机械设计》教材图10-24（c），按齿面硬度查得：小齿轮的弯曲疲劳强度极限；从《机械设计》教材图10-24（b），按齿面硬度查得：大齿轮的弯曲疲劳强度极限。
（2）由《机械设计》教材图10-22，按应力循环次数
,
查得弯曲疲劳寿命系数,。
（3） 计算许用弯曲疲劳应力。
取弯曲疲劳安全系数，可得

（4）计算当量齿数。

（5）查取齿数系数及应力校正系数。
由《机械设计》教材表10-17查得：，；，。
（6）计算大小齿轮的,并加以比较：

所以，大齿轮的数值大。
（7） 选取螺旋角系数.
（8） 重合度系数，由《机械设计》教材知。齿数多时取小值。本例齿数中等，所以，取。
2）校核计算

所以，齿根弯曲疲劳强度满足要求。

5.齿轮结构设计
由于小齿轮1的直径较小，故采用齿轮轴结构。
大齿轮2采用孔板式结构，结构尺寸按《机械设计课程设计》的表5-11的经验公式来计算。大齿轮2的孔径根据后续设计的中间轴配合部分的直径来确定，设计结果列于表1-4.
高速级齿轮传动的尺寸列于表1-4.
表1-4 高速级齿轮传动的尺寸
名称
计算公式
结果/mm
法面模数

3
法面压力角

螺旋角

齿数

24
69
传动比

2.873
分度圆直径

73.807
212.194
齿顶圆直径

79.807
218.194
齿根圆直径

66.307
218.194
中心距

143
齿宽

80
74
注：表中和分别称为齿顶高系数和顶隙系数。GB/T1356-2001规定其标准值如下：
正常齿制。当时，=1，=0.25；当时，=1，=0.35.
‚非标准的短齿制。=0.8，=0.3.

七、轴的初步设计计算
根据轴上零件（齿轮、带轮、轴承、联轴器等）的结构尺寸、装配关系、定位、零件间的相对位置等要求，参照《机械设计课程设计》教材中的图5-7、图5-8、图5-10、图5-14及表5-3，设计出图21-4所示的减速器装配草图。
1.轴的材料选择
根据轴的工作条件，初步轴材料为45钢，调质处理。
2.轴的最小直径估算
按《机械设计课程设计》教材中的式（5-1）进行最小直径估算，即：（mm）
当该轴段上有一个键槽时，增大；当有两个键槽时，增大。值由《机械设计课程设计》教材中的表5-5来确定：.
1）高速轴

因为在最小直径处开有一个键槽为了安装大带轮，所以
，圆整后取。
2）低速轴
，因在低速轴最小直径处安装联轴器，取标准值。
3.高速轴的结构设计
高速轴系的结构尺寸如图21-4所示。
1）各轴段直径的确定
：轴的最小直径，是安装大带轮的外伸轴段直径，。
：密封处轴段直径，根据带轮轴向定位要求，定位高度，以及 密封圈的尺寸要求（拟采用毡圈密封），取。
：滚动轴承处轴段直径，。由《机械设计课程设计》表13-1初选滚动轴承选30209，查表13-1得起尺寸为：。
：过渡轴直径，由于齿轮传动的线速度均小于2m/s，所以滚动轴承采用脂润滑，考虑挡油盘的轴向定位，。
齿轮处轴段：由于小齿轮直径较小，故采用齿轮轴结构。
：滚动轴承处轴段直径，同一个轴上安装的两个滚动轴承是同一个型号，所以 。
1）各轴段长度的确定
：由大带轮的轮毂孔宽度确定，。
：由箱体结构、轴承端盖尺寸、装配要求等确定，。
：由滚动轴承、挡油环尺寸及装配要求等确定，。
：由两级齿轮装配要求、箱体结构等确定，。
：由高速级小齿轮宽度确定，。
4.低速轴的结构设计
低速轴的初步结构如图21-4所示。
1）各轴段直径的确定
：最小直径，是安装联轴器的外伸轴段的直径，。
：滚动轴承处的直径，初选滚动轴承型号30211，查《机械设计课程设计》教材中的表13-1的滚动轴承尺寸为： 。所以，。
：低速级大齿轮轴段的直径。
：轴环的直径，根据齿轮的轴向定位要求确定，。
：过渡轴段的直径，考虑到挡油环的轴向定位要求，取。
：滚动轴承处轴段的直径，同一个轴上安装的两个滚动轴承是同一个型号，所以， 。
：密封处轴段的直径，根据联轴器轴向定位要求，以及密封圈的尺寸标准（采用毡圈密封），查《机械设计课程设计》教材中的表5-13，得。
1）各轴段长度的确定
：由滚动轴承，挡油环尺寸及装配要求等确定，。
:由低速级大齿轮的毂孔宽确定，。
：轴环宽度，。
：由装配要求、箱体结构等确定，。
：由滚动轴承、挡油环尺寸及装配要求等确定，。
：由箱体结构、轴承端盖、装配要求等确定，。
：由联轴器毂孔宽度确定，。
3）轴的细部结构设计
具体可参见高速轴的细部结构设计内容。

九、键的选择与强度校核
根据高速级小齿轮和低速级大齿轮装配处的轴径是，由《机械设计课程设计》表11-26选定高速级小齿轮处键1的结构尺寸为：

标记为：键
根据高速级小齿轮和低速级大齿轮装配处的轴径是，由表11-26选定低速级大齿轮处键2结构尺寸为：

标记为：键
由于同一个轴只有一个键，故只需分别校核键即可。
键1的工作长度：；
键1的接触高度：；
键1传递的扭矩：；
因为键1、齿轮轮毂、轴的材料均为45钢，故按《机械设计》教材中的表6-2查出键静连接时的许用挤压应力。

所以键1的连接强度是足够的。
同理的，所以键2的连接强度是足够的。
十、滚动轴承的选择
1、根据高速轴受载荷及速度情况拟定，选用圆锥滚子轴承，由高速轴的结构设计，得出圆锥滚子轴承的内孔，初步决定选取圆锥滚子轴承的代号为30209.其基本参数可查《机械设计课程设计》表13-1，,,，,.
2、根据低速轴受载荷及速度情况拟定，选用圆锥滚子轴承，由高速轴的结构设计，得出圆锥滚子轴承的内孔，初步决定选取圆锥滚子轴承的代号为30211.其基本参数可查《机械设计课程设计》表13-1，,,，,.
十一、联轴器的选择
根据带式运输机的工作要求，为了缓和冲击，减速器的输出轴应选用弹性柱销联轴器。考虑到带式运输机工作过程中转矩变化不大，由《机械设计》教材中的表14-1可知，取,所以联轴器的计算转矩

按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件，可查本书表15-6，确定选用型弹性柱销联轴器，其公称转矩为，孔径，，，许用转速为，故适用。
标记为：联轴器
十二、箱体及其附件设计
减速器箱体结构尺寸可根据《机械设计课程设计》教材中图5-39和表5-1来确定。
减速器主要附件（窥视孔盖、通气器、油表、放油螺塞、定位销、启盖螺钉、吊运装置）的结构尺寸可参照《机械设计课程设计》教材中的表5-19~表5-25确定。
具体设计过程略。
十三、润滑、密封设计
1.齿轮和轴承润滑
1）齿轮
根据，故可采用侵油润滑，选50号机械润滑油。按每传递的功率需油量为来计算,所需润滑油量为：。
2）轴承
滚动轴承的速度因素：

2.密封设计
密封的结构和尺寸设计，可参照《机械设计课程设计》教材中的表2-12~表5-16来确定并进行设计。具体设计过程略。
十四、设计小结
1.课程设计的体会；
2.设计的减速器的优缺点及改进建议。
十五、 参考文献
周海 机械设计课程设计 西安电子科技大学出版社 2015
濮良贵 机械设计（第九版）高等教育出版社 2016

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