机械设计课程设计--带式运输机上的二级圆柱齿轮减速器.doc

II
机械设计课程设计

机械设计课程设计说明书
设计内容——(直齿齿轮减速器)

专 业 ： 机械设计制造及其自动化
班 级 ： 1401班
姓 名 ：
学 号 ：
指导老师 ：

吕梁学院学院 矿业工程系
完成时间 ：2016年 11 月 12日
21

2012 级 机械设计制造及其自动化 专业
《机械设计课程设计》任务书
学生姓名： 班级： 1401 学号：
一、设计题目：
设计一用于带式运输机上的二级圆柱齿轮减速器
二、给定数据及要求
已知条件：运输带工作拉力F=16000 N；运输带工作速度v= 0.25 m/s（允许运输带速度误差为±5%）；滚筒直径D= 400 mm；两班制，连续单向运转，载荷轻微冲击；工作年限8年；2班制；环境最高温度350C；小批量生产。
三、 应完成的工作
1. 减速器装配图1张；
2. 零件工作图2—4张（从动轴、齿轮）；
3. 设计说明书1份。
系主任： 教研室负责人： 指导教师：

发题日期
完成日期

目 录
任务书
第一章 机械传动装置的总体设计
1.1 选择电动机
1.1.1 电动机类型的选择
1.1.2 电动机容量的选择
1.1.3 电动机转速的选择
1.2 传动比的分配
1.3传动系统的运动和动力参数计算
1.3.1各轴的转速、功率和扭矩计算
1.3.2各轴的运动参数表
第二章 V带传动的设计
2.1 V带的参数设计
2.2 V带的主要参数表
第三章 齿轮的设计
3.1齿轮传动设计
3.1.1齿轮参数设计
3.1.2齿轮的主要参数表
第四章 轴的设计（输入轴）
4.1高速轴（输入轴）的设计
4.1.1材料的选择和热处理
4.1.2估算轴的最小直径
4.1.3轴的结构设计并绘制结构草图
4.2低速轴（输出轴）的设计
4.2.1材料的选择和热处理
4.2.2轴的最小直径的确定
4.2.3轴的结构设计并绘制结构草图
4.4低速轴（输出轴）的校核
4.4.1大齿轮受力计算
4.4.2按扭转和弯曲组合变形条件进行校核计算
第五章 联轴器的选择
5.1.联轴器的选择和参数
第六章 键联接的选择和计算
6.1 键的选择和参数
第七章 滚动轴承的选择
7.1轴承的选择
第八章 箱体结构尺寸
8.1 箱体的结构尺寸
设计小结
参考文献
附表
附图

课程设计说明书
设计计算内容
结果
第一章 机械传动装置的总体设计
1.1选择电动机
计算滚筒的转速
带式输送机的传动方案示意图见设计任务书。
∵滚筒的直径和工作带的带速已知
∴滚筒转速计算如下：

1.1.1电动机类型的选择
因考虑带式输送机需要较大的转矩，而对转速要求不高，故选择电动机的步骤如下：
①选择电动机的类型
因考虑工作条件为空载启动、单向连续运转、载荷平稳，所以选择三相异步电动机，封闭自扇冷式结构，380，系列，同步转速确定为。（同步转速为1500或1000）
②计算传动装置的总效率
传动装置的结构简图如设计任务书图。
总效率的计算如下：
0.855
其中：——带的传动的效率（0.96）；
——一对滚动轴承的效率（0.99）；
——闭式齿轮传动效率；（0.98）
——弹性柱销联轴器的效率（0.995）；
——滚筒的效率（0.96）。
②计算传动装置的总效率4（kW）
4.678（kW）
－工作机实际需要的输入功率，kW，
－为工作机实际需要的电动机输入功率，kW。
滚筒的转速为：

设计计算内容
结果
④.确定电机的型号
所选电动机的额定功率应该等于或稍大于工作要求的功率。
因为滚筒的转速。
拟选择同步转速系列的电动机，由附表K.1 [1] （[1]表示参考文献1，机械设计基础——理论、方法与标准）选择系列三相电动机112——4型，其额定功率为 4.0,满载转速。
由附表K.2[1]查得中心高H、轴伸尺寸E、键连接尺寸F。
注意：1、小带轮的半径应该小于中心高H；
2、小带轮的宽度应小于轴伸尺寸15～20mm，这就要求带的根数不能太大。一般A型带3～4根，B型带2～3根。预留15～20mm的空间是预留给拆卸带轮的扳手空间。
3、键连接尺寸应该和高速轴键槽相应。

选4极或6极，1000或1500转的，并尽量选择1500转。

电机型号为：
112— 4型;
额定功率为: ;
满载转速：
。
中心高H＝112mm
轴伸尺寸E＝60mm
键连接尺寸F＝8 mm。

设计计算内容
结果
1.2 传动比的分配
1.2.1总传动比的计算
＝120.6
1.2.2各级传动比的分配
根据表2-2.1和各级传动间的尺寸协调、结构均匀，所以减速器分配如下：
3 ～5，最大为8，并且最好使得齿数互质。
1.3传动系统的运动和动力参数的计算
1.3.1各轴的转速计算
根据总的传动比及各级传动比的分配，计算各轴的转速如下：
电机：；
减速器高速轴：；
减速器中轴：
减速器中速轴：
滚筒的转速：nw = 11.76r/min。
1.3.2各轴的输入功率和转矩
表3-1 各轴的输入功率和转矩

功率（KW）
转矩(N·M)
电机
=4.0kw
＝=31.02N/m
V带
3.84kw
208.45N/m
高速轴
3.88kw
210.63N/m
中轴
=3.76kw
=1021.56N/m
低速轴
=3.32kw
=3468.18N/m

总传动比：
＝120.6
各级传动比分配：

注意：
1、齿轮设计完了后，检验总的传动误差是否超标（允许输送带速度误差为±5%）。
2、功率和转矩的计算理论上是按照实际需要功率进行计算，但是实际生产和使用中，为了使所设计的传动装置具有一定的超载能力，此处按额定功率和额定转矩计算。

设计计算内容
结果
第二章 V带传动的设计
2.1 V带的参数设计
① 电机传动形式的选择
从传动的形式和经济效性考虑，确定由电动机传动带，所以带轮的小带轮转速。
② 计算功率并选取带型号
根据工况确定工况系数
∵工作班制为2班制
∴工作时间16小时
载荷平稳
根据表8-3[1]查得1.2，故

根据＝4.8kW和小带轮转速＝1440r/min，由图7-11【2】可知，工作点处于A/Z型相邻区之间，可取A型和Z型分别计算，最后择优选用。本设计为减少带的根数，现取A型带。
③ 确定带轮的基准直径与带速验算
根据所选电机的型号可知，电机中心高为112，又传动比确定为7，所以小带轮的直径取为75。
根据小带轮的直径，确定大带轮的直径，滑动率为0.015
∴大带轮的直径＝515.125
由表7-7[2]取 ＝530。
此时从动轮实际转速
转速误差 0.98%<5%，合适。
根据公式：[1]
符合设计要求：
④ 初定中心矩

现根据结构要求，取1000mm
⑤ 初算带的基准长度

＝3002.1mm
由表7-2【2】，选取带的基准长度3150mm。
⑥ 实际中心矩和小带轮包角
中心矩可调整，则
1074mm
小带轮包角：

＝155.72，大于1200，能满足要求。
⑦ 单根V带所能传递的功率和增量
根据＝1440r/min和＝75mm查表7-3【2】，用查值法求得
＝0.68 kW。
已知A型V带，小带轮转速1440r/min，传动比7，
查表7-4[2]得：＝0.17kW。
⑧ 计算V带的根数

由表7-8[2]查得＝0.93；由表7-2[2]查得＝1.13，故
5.37
取z＝5根。所采用得V带为A型。
⑨ 作用在带轮轴上的力
由式（8－17）[1]求单根V带的张紧力
[1] （式中q-V带每米的重量）
查表7-1【2】得q＝0.1kg/m，故
∴ 120.1N
所以作用在轴上的力为
1174.1N
⑩ 带轮的结构和尺寸设计
小带轮的尺寸，基准直径为75mm
参照附表K.1 [1]电机的外型及安装尺寸可知：
112——4型电机的基本尺寸为：
轴伸直径：28mm;
轴伸长度：60mm;
中心高：112mm;
所以小带轮的轴孔直径28mm，毂长应小于 。
根据以上参数及图7-14【2】，确定小带轮的结构为辐板轮，轮槽尺寸及轮宽按表7-10[2]计算，并参照图7-8【2】Ⅴ带轮的典型结构。
其中小带轮的各尺寸如表2-1。
2.2V带的主要参数表
表2-1：小带轮的基本尺寸 单位：mm
节宽
11.0
顶宽
13.0
高度
8.0
截面面积
81
单位长度质量
0.10
楔角
400

大带轮的尺寸计算方法同小带轮：
大带轮的基准直径530mm。
大带轮的各尺寸如表4-2。
表4-2：大带轮的基本尺寸 单位：mm
节宽
11.0
顶宽
13.0
高度
8.0
截面面积
81
单位长度质量
0.10
楔角
400
第三章 齿轮的设计
3.1齿轮的参数设计
3.1.1高速传动齿轮
①选择齿轮材料、确定许用接触应力
根据工作要求，1、2齿轮采用软齿面硬度≤350HBS。
高速轴齿轮（1）选用40Cr，调质，硬度为280HBS；
中轴大齿轮（2）选用40Cr，调质，硬度为250HBS；
由公式得，可确定许用接触应力：
小齿轮＝380＋0.7HBS＝380＋0.7×280＝576MPa
大齿轮＝380＋0.7HBS＝380＋0.7×250＝555MPa
②选择齿数和齿宽系数
由于减速器是闭式传动，可选取 ＝0.3-0.6,考虑加工和制造方便，取齿宽系数＝0.3。
① 确定载荷系数
因齿轮相对轴承对称布置，且载荷角平稳，故取＝1.2。
② 计算中心距
＝204mm
③ 选择齿数并确定模数
取＝35，则＝175。与互质。
=1.94mm 取标准模数，＝2mm。
④ 齿轮几何尺寸计算小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径

大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径

中心距：＝210mm
大齿轮宽度＝63mm
选择由电动机传动V带

确定带的截型：
带的带型为 型

确定小带轮直径:
大带轮直径（半径一般小于减速器中心高）:
注意：因为整个传动装置允许的传动误差为5%，所以齿轮齿数圆整就要和此处能够相消一部分误差。
注意：若带速没有在此范围内，应重新进行设计。主要是调整带轮直径或者重新选择电动机或重新进行传动比的分配。

带传动的中心距为：1074mm

确定V带的根数：
Z＝5根
（A型带不多于4根，B型带不多于3根。）
V带型号：A-3150×5
带的张紧力F0：

F0=120.1N

作用在轴上的力
＝1174.1 N

课程设计A必有带轮设计，课程设计B，可没有此项设计。
小带轮的基本尺寸：
如表4-1、图4-1。

大带轮的基本尺寸：
如表4-2、图4-2。

硬度可调

注意：
1、所选取模数必须大于计算模数，若想调小模数，需要对之前的设计数据进行调整。
2、当为小数时，尽量取偶数。
3、
＝2mm
＝ 70 mm
＝ 74 mm
＝350mm
＝354mm
＝210mm

＝70mm
＝63mm
圆整为整数

设计计算内容
结果
小齿轮宽度因小齿轮齿面硬度高，为补偿装配误差，避免工作时在大齿轮齿面上造成压痕，一般应比宽些，取
＝ ＋7＝70mm
⑤ 确定齿轮精度等级 齿轮圆周速度

或
根据工作要求和圆周速度，选用 8级精度。
⑥ 齿轮弯曲强度验算
△1、确定许用弯曲应力
根据表9-7【1】查得

△ 2、查齿形系数图7.23【1】，比较
小齿轮＝35，由表9-6[1]查得＝2.46；
小齿轮＝175，由表9-6[1]查得＝2.30。
＝0.0126
＝0.0121
因 >，所以应验算齿轮【1】。
△3、验算弯曲应力 计算时应以齿宽带入，则
＝118.47MPa<191 MPa，安全。
或 ＝107.46MPa<184 MPa，安全。

3.1.2低速传动齿轮
①选择齿轮材料、确定许用接触应力
根据工作要求，3、4齿轮采用软齿面硬度≤350HBS。
中轴大齿轮（3）选用40Cr，调质，硬度为250HBS；
低速轴齿轮（4）选用40Cr，调质，硬度为280HBS；
由公式得，可确定许用接触应力：
大齿轮＝380＋0.7HBS＝380＋0.7×250＝555MPa
小齿轮＝380＋0.7HBS＝380＋0.7×280＝576MPa
②选择齿数和齿宽系数
由于减速器是闭式传动，可选取 ＝0.3-0.6,考虑加工和制造方便，取齿宽系数＝0.3。
① 确定载荷系数
因齿轮相对轴承对称布置，且载荷角平稳，故取＝1.2。
② 计算中心距
＝310mm
③ 选择齿数并确定模数
取＝36，则=126，与互质。
＝3.83mm 取标准模数，＝4mm。
④ 齿轮几何尺寸计算小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径

大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径

中心距：＝324mm
大齿轮宽度＝90mm
小齿轮宽度因小齿轮齿面硬度高，为补偿装配误差，避免工作时在大齿轮齿面上造成压痕，一般应比宽些，取
＝ ＋10＝100mm
⑦ 确定齿轮精度等级 齿轮圆周速度

或
根据工作要求和圆周速度，选用 8级精度。
⑧ 齿轮弯曲强度验算
△1、确定许用弯曲应力
根据表9-7【1】查得

△ 2、查齿形系数图7.23【1】，比较
小齿轮＝36，由表9-6[1]查得＝2.45；
大齿轮＝126，由表9-6[1]查得＝2.20。
＝0.0125
＝0.0112
因 >，所以应验算齿轮3。
△3、验算弯曲应力 计算时应以齿宽带入，则
＝97.38MPa<191 MPa，安全。
或＝70.7MPa<184 MPa，安全。
齿轮精度等级：8级

经强度校验，齿轮轮齿满足弯曲强度要求。

设计计算内容
结果
第四章 轴的设计
4.1减速器高速轴的设计
①选取轴的材料
因为该轴无特殊要求且精度要求较，所以选取45钢，调质（热处理），由表10.2【1】查得＝110
②估算最小轴径
按扭转强度式估算最小轴径

由于V带轮配合段直径处有一键槽，应增大3%
按轴的标准调整 ＝30.2mm
③高速轴的结构设计、受力分析及强度校验
根据带轮的大小，初选轴承为6207型，则高速轴基本尺寸如图4-3所示：

按照以上的轴的结构，画出轴的计算简化式：
如图4-4所示：

①由齿轮径向力和带压轴力引起的垂直面弯矩图

②由齿轮圆周力引起的水平面弯矩图

③轴的扭矩图

1、低速轴6段，高速轴5段即可。
2、进行轴的设计必须先计算部分箱体主要结构尺寸3、在估算最小轴径后，为确定轴向尺寸，一般在此时需要初绘装配底图1

设计计算内容
结果
④合成弯矩图

⑤当量弯矩图

确定危险截面，根据当量弯矩图，弯矩的危险截面位于图中弯矩最大处。

设计计算内容
结果
由表 查得

根据高速轴的结构简图可知，该齿轮轴中齿轮的齿根圆直径为 ，满足要求。
4.2中轴的结构设计、受力分析及强度校验（略）
4.3低速轴轴的结构设计、受力分析及强度校验
（课程设计A必须有此项设计。课程设计B可省略此项设计）
第五章 联轴器的选择
根据低速轴的扭矩要求，查表17-4【3】可知，选择联轴器为HX5型弹性柱销联轴器，其基本尺寸如下：
公称转矩Tn/(N.m)
许用转速【n】/(r/min)
轴孔直径d1,d2,dz/mm
轴孔长度/mm
D/mm
转动惯量I/(kg.m^2)
质量m/kg
3150
3450
60,63,65,70,71,75
Y型142
J,J1，Z型
L1:107
L：142
220
0.191
30

第六章 键的选择与校核
键选为A型圆头普通平键
① 大带轮与高速轴连接键：
因轴径d为30mm，所以查表7-2[1]的键的基本尺寸为：

（其中，可比轴上零件的轮毂短些。）
根据轴的尺寸和齿轮材料为钢材，按轻微冲击载荷，查表7-3[1]得＝ 。
键连接挤压强度校核：
≤
键连接的剪切强度校核：
＝ ≤
∴ 键的强度足够，键连接安全。
②大齿轮与低速轴连接键：（同上）
③小带轮与电机轴连接键：（同上）
④低速轴与联轴器连接键：（同上）
第七章 滚动轴承的选择
由于
高速轴选用深沟球轴承
型号：6210 d=50mm D=90mm B=20mm
中轴选用深沟球轴承
型号：6218 d=90mm D=160mm B=30mm
低速轴选用深沟球轴承
型号：6220 d=100mm D=180mm B=34mm

经过有关计算，高速轴满足要求。
经过有关计算，低速轴满足要求。
联轴器的选择：HX5型
低速齿轮键的选择：
A型圆头普通平键，
标记示例：
GB/T 1096 键16×10×100

设计计算内容
结果
其他零件设计
5-1 箱体及其配套零件设计
根据低速轴的上的转矩，确定箱体及配套零件如下表：
表5-1圆柱齿轮减速器铸铁箱体的结构尺寸
名称
符号
设计选用值
下箱座壁厚

10
上箱座壁厚

9
下箱座上部凸缘厚度

15
上箱盖凸缘厚度
b1
15
地脚螺栓底脚厚度

25
箱座上的肋厚

8.5
箱盖上的肋厚

7.65
二级圆柱齿轮减速器中心距
高
210
a低
310mm
地脚螺栓直径

24
安装地脚螺栓孔径

26.4
地脚凸缘上的沉头座直径

52.8
地脚凸缘尺寸（扳手空间）

34

28
地脚螺栓数目

6
轴承旁的联接螺栓直径
d1
18
安装轴承旁的联接螺栓孔径

19.8
轴承旁凸台上的沉头座直径

43.56
轴承旁凸台的凸缘尺寸（扳手空间）
c1
24
c2
22
上下箱联接螺栓直径
d2
12
齿轮距池底高
H
40mm
大齿轮距池壁
X1
12mm
小齿轮距池壁
X2
10mm
定位销

8mm
起盖螺钉

M16
吊环螺钉

M20
外六角油塞

M16*1.5
油标尺

M16

参考文献
[1] —《机械设计基础——理论、方法与标准》，第一版；黄平、朱文坚编，清华大学出版社，2012.01
[2] —《机械设计》，第一版；韩泽光、郑夕健、同长虹主编，北京航空航天大学出版社，2011.09
[3] —《机械设计课程设计》第一版；李兴华编，清华大学出版社，2012.04
附录
附表1 第一章 各轴的运动参数表
轴名
功率
转矩

转速
电机轴
4
26.06
1440
1
3.88
176.998
206
2
3.76
858.55
41
3
3.32
2915.37
11.76
滚筒轴
3.303
2900.79
11.76
附表2 第二章 V带传动的主要参数表
带型
带轮基准直径(mm)
传动比
基准长度(mm)
A
75
3150
7
3150
中心距（mm）
根数
初拉力(N)
压轴力(N)
1074
5
120.1
1174.1
附表3第三章 齿轮的主要参数表
（1）高速齿轮传动
序号
名称
符号
计算公式及参数选择
1
模数
m

2
螺旋角

3
分度圆直径

4
齿顶高

5
齿根高

6
全齿高
h

7
顶隙

8
齿顶圆直径

9
齿根圆直径

10
中心距

（1）低速齿轮传动
序号
名称
符号
计算公式及参数选择
1
模数
m

2
螺旋角

3
分度圆直径

4
齿顶高

5
齿根高

6
全齿高
h

7
顶隙

8
齿顶圆直径

9
齿根圆直径

10
中心距

附表4 第八章 箱体的结构尺寸表
代号
名称
设计计算
结果

箱座壁厚

箱盖壁厚

箱座分箱面凸缘厚

箱盖分箱面凸缘厚

箱座底凸缘厚

箱座加强肋厚

箱盖加强肋厚

轴承盖外径

轴承螺栓的凸台高

地脚螺栓

轴承旁螺栓

联结分箱面的螺栓

轴承盖螺钉

检查孔螺钉

定位销直径

地脚螺栓数目

、、至外箱壁距离

、至凸缘壁距离

轴承座孔外端面至箱外壁的距离

大齿轮顶圆与箱体内壁的距离

齿轮端面与箱体内壁的距离

箱座的深度