机械设计课程设计带式输送机传动装置二级直齿圆柱齿轮减速器

1、第1章 概述 1.1机械课程设计的目的课程设计目的在于培养机械设计能力。课程设计是完成机械制造及自动化专业全部课程学习的一次较为全面的、重要的、必不可少的实践性教学环节，其目的为：1. 通过课程设计培养综合运用所学全部专业及专业基础课程的理论知识，解决工程实际问题的能力，并通过实际设计训练，使理论知识得以巩固和提高。2. 通过课程设计的实践，掌握一般机械设计的基本方法和程序，培养独立设计能力。3. 进行机械设计工作基本技能的训练，包括训练、计算、绘图能力、计算机辅助设计能力，熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准、规范等）。1.2 设计的内容和任务1.2.1设计的内容本设计的题目为带式输送机传动

2、装置，由图可知是二级直齿圆柱齿轮减速器，设计的主要内容包括以下几方面：（1）拟定、分析传动装置的运动和动力参数；（2）选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数；（3）进行传动件的设计计算，校核轴、轴承、联轴器、键等；（4）绘制减速器装配图及典型零件图；（5）编写设计计算说明书。1.2.2 设计的任务（1）减速器装配图1张（a0图纸）（2）零件图（a3，2张以上）（3）设计说明书1份1.3 设计的步骤遵循机械设计过程的一般规律，大体上按以下步骤进行：1. 设计准备 认真研究设计任务书，明确设计要求和条件，认真阅读减速器参考图，拆装减速器，熟悉设计对象。2. 传动装置的总体设计 根据设计要求拟定传

3、动总体布置方案，选择原动机，计算传动装置的运动和动力参数。3. 传动件设计计算 设计装配图前，先计算各级传动件的参数确定其尺寸，并选好联轴器的类型和规格。一般先计算外传动件、后计算内传动件。4. 装配图绘制 计算和选择支承零件，绘制装配草图，完成装配工作图。5. 零件工作图绘制 零件工作图应包括制造和检验零件所需的全部内容。6. 编写设计说明书 设计说明书包括所有的计算并附简图，并写出设计总结。第2章 传动装置的总体设计传动装置的总体设计，主要包括拟定传动方案、选择原动机、确定总传动比和分配各级传动比以及计算传动装置的运动和动力参数。2.1选择原动机电动机由于输送机的工作条件是连续单向运转，工

4、作时有轻微的振动，使用期限是10年，载荷不大，所以我初选用的电动机是y系列的电动机。2.1.1确定电动机的功率 电动机功率选择直接影响到电动机工作性能和经济性能的好坏：若所选电动机的功率小于工作要求，则不能保证工作机正常工作；若功率过大，则电动机不能满载运行，功率因素和效率较低，从而增加电能消耗，造成浪费。1. 带式输送机所需的功率 由1中公式（2-3）得pw=fw*vw=5800*0.75/1000w=5800*0.75/1000*0.96=4.53kw设计题目给定：输送带拉力f（n）=5.8kn 输送带速度v(m/s)=0.75 m/s 2. 计算电动机至工作机间的总效率：由课程设计课本p

5、13页，查得：1=0.96 2=0.98 3=0.98 4=0.995=0.96 （其中1，2，3，4，5分别为带传动、轴承、圆柱齿轮、联轴器、卷筒的传动效率）所以得电动机至工作机间的总效率： 3.所需电动机的功率：2.1.2确定电动机的转速 同一类型、相同额定功率的电动机低速的级数多，外部尺寸及重量较大，价格较高，但可使传动装置的总传动比及尺寸减少；高速电动机则与其相反，设计时应综合考虑各方面因素，选取适当的电动机转速。三相异步电动机常用的同步转速有，常选用或的电动机。1. 计算滚筒的转速由公式计算滚筒转速：工作机的转速：设计题目给定：滚筒直径d=410mm输送带速度v(m/s)=0.75

6、m/s2. 确定电动机的转速由参考文献2（机械设计）中表181可知两级圆柱齿轮减速器推荐传动比范围为，由参考文献1 v带传动比范围为，所以总传动比合理范围为，故电动机转速的可选范围是：符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min,由于市场上供应最多的是同步转速为1500r/min和1000r/min的电动机。所以 由参考文献1中表17-7查得: 选择电动机的型号为：y160m-6,其主要参数如下： 表2-1电动机相关参数型号额定功率满载转速计算输出功率轴伸长中心高轴颈键槽宽y180l-87.5kw970 r/min5.6kw110mm18

7、0mm48mm14mm表2-1-1带式输送机相关参数皮带速度皮带拉力滚筒直径工作条件每天时间设计寿命转速功率0. 5m/s58000n410mm连续单向，有振动16小时10年34.954r/min7.5kw2.2传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配由选定电动机的满载转速和工作机主动轴的转速可得传动装置的总传动比对于多级传动计算出总传动比后，应合理地分配各级传动比，限制传动件的圆周速度以减少动载荷。 2.2.1计算总传动比由电动机的满载转速和工作机主动轴的转速 可得：总传动比2.2.2合理分配各级传动比由课程设计中表32，取带传动比，则 两级减速器传动比由于减速箱是展开布置，再由课程设计15

8、页公式（3-7），所以，取高速级传动比，则低速级传动比表2-2传动比分配 总传动比电机满载转速电机-高速轴高速轴-中间轴中间轴-低速轴滚筒转速970r/min=33.5992.5734.95r/min2.3算传动装置的运动和动力参数为进行传动件的设计计算，应首先推算出各轴的转速、功率和转矩，一般按由电动机至工作机之间运动传递的路线推算各轴的运动和动力参数。2.3.1 0轴（电机轴）输入功率、转速、转矩 2.3.2 轴（高速轴）输入功率、转速、转矩 2.3.3 轴（中间轴）输入功率、转速、转矩 2.3.4 轴（低速轴）输入功率、转速、转矩 2.3.5 轴（滚筒轴）输入功率、转速、转矩 各项指标误

9、差均介于+0.5%-0.5%之间。各轴运动和动力参数见表4：表2-3各轴运动和动力参数轴名功率p (/kw)转矩t（n/ m）转速n (r/min)传动比i效率电机轴7.573.8497030.96轴7.2212.66323.333.5990.98轴6.91734.5389.842.570.98轴6.641814.1634.95410.96滚筒轴6.441759.2134.954第3章 传动零件的设计计算3.1 减速箱外传动零件带传动设计 3.1.1带传动设计要求：1. 带传动设计的主要内容 选择合理的传动参数；确定带的型号、长度、根数、传动中心距、安装要求、对轴的作用力及带的材料、结构和尺寸

10、等。2. 设计依据 传动的用途及工作情况；对外廓尺寸及传动位置的要求；原动机种类和所需的传动功率；主动轮和从动轮的转速等。3. 注意问题 带传动中各有关尺寸的协调，如小带轮直径选定后要检查它与电动机中心高是否协调；大带轮直径选定后，要检查与箱体尺寸是否协调。小带轮孔径要与所选电动机轴径一致；大带轮的孔径应注意与带轮直径尺寸相协调，以保证其装配稳定性；同时还应注意此孔径就是减速器小齿轮轴外伸段的最小轴径。3.1.2 v带传动设计计算1、确定计算功率由2中表8-7查得工作情况系数由2中公式8-21：2、选择v带的带型根据及小带轮的转速,由2中图8-11选用b型3、确定带轮的基准直径并验算带速初选小

11、带轮的基准直径由2中表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径验算带速按2中公式8-13验算带的速度因为,故带速合适。计算大带轮的基准直径。根据2中公式8-15a计算大带轮的基准直径 由2中表8-8取4、确定v带的中心距和基准长度 根据2中公式8-20，,初定中心距由2中公式8-22计算所需的基准长度 由2中表8-2选带的基准长度，修正系数为计算实际中心距由2中公式8-23计算5、验算小带轮上的包角根据2中公式8-25计算：6、计算带的根数z计算单根v带的额定功率由和,查2中表8-4a得根据和b型带，查2中表8-4b得查2中表8-5得，查2中表8-2得,于是由2中公式8-26： 取5根7、计算单根

12、v带的初拉力的最小值根据2中公式8-27，和由表8-3得q=0.18kg/m 应使带的实际初拉力。8、计算压轴力压轴力的最小值由1中公式8-28得： 9、带轮结构设计 查2中表8-10得大、小带轮总宽度：v型带传动相关数据见表3-0v。表3-0 v型带传动相关数据计算功率（kw）传动比i带速v (m/s)带型根数单根初拉力（n）压轴力（n）937.11b5226.492189.46小带轮直径(mm)大带轮直径(mm)中心距(mm)基准长度（mm）带轮宽度(mm) 小带轮包角1404205412000118150.343.2 减速器内传动零件高速级齿轮设计3.2.1选择齿轮类型、精度等级、材料及

13、齿数按照已经选定的传动方案，高速级齿轮选择如下：1. 齿轮类型 选用直齿圆柱齿轮传动2. 齿轮精度等级 带式输送机为一般机器速度不高，按照2中表10-8，选择7级精度（gb10095-88）3. 材料 由2中表10-1选择：两者材料硬度差为40hbs 小齿轮 40cr 调质 硬度280hbs大齿轮 45钢 调质 硬度240hbs4. 试选择小齿轮齿数 大齿轮齿数 取 齿数比3.2.2 按齿面接触强度设计1. 确定公式内各计算数值试选载荷系数小齿轮转矩由文献2中表10-6查得材料弹性影响系数齿宽系数：由文献2中表107知齿宽系数由文献2中图10-21d 按齿面硬度查得齿轮接触疲劳强度极限： 计算

14、应力循环次数由文献2中图10-19取接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许应力取失效概率为1% 安全系数s=1由文献2中式10-12 计算 由式试算小齿轮分度圆直径 计算圆周速度 计算齿宽b 计算齿宽与齿高比模数 齿高 计算载荷系数据 7级精度。由图10-8查动载荷系数直齿轮由文献2中表10-2查得使用系数由文献2中表10-4用插入法查得7级精度 在文献2中查图10-13 得 故载荷系数 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由文献2中式10-10a得 计算模数m 3.2.3 按齿根弯曲强度计算由文献【1】中式10-5弯曲强度设计公式1. 确定公式内各计算数值 由文献2中图10-20c查得小齿轮的

15、弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限 由文献2中图10-18取弯曲疲劳寿命系数 计算弯曲疲劳许应力取弯曲疲劳安全系数 由2中式10-12 计算载荷系数k 查取齿形系数由2中表10-5查得 查取应力校正系数由2中表10-5查得 计算大小齿轮的 大齿轮的数值大2. 设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数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（即模数与齿数的乘积有关，可取由齿根弯曲疲劳强度计算的模数2.72并根据gb1357-87就近圆整为标准值，按齿面接触疲劳强度算得的分度圆直径，算出

16、小齿轮的齿数大齿轮的齿数 取实际传动比：传动比误差： 允许3.2.4、高速级齿轮几何尺寸计算分度圆直径 中心距 圆整得a=205mm 齿轮宽度 取 表3-1 高速级齿轮设计几何尺寸及参数齿轮压力角模数中心距齿数比齿数分度圆直径齿根圆直径齿顶圆直径齿宽小齿轮2032053.655298795大齿轮106318903.3 减速器内传动零件低速级齿轮设计3.3.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 选用直齿圆柱齿轮传动 传动速度不高，选择7级精度（gb10095-88） 材料选择小齿轮 45号钢 调质 硬度280hbs大齿轮 45号钢 调质 硬度240hbs 选择小齿轮齿数 大齿轮齿数 3.3.2按

17、齿面接触强度设计1.确定公式内各计算数值试选载荷系数 小齿轮传递的扭矩由2中表10-6查得材料弹性影响系数由2中表10-7选取齿宽系数由2中图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限 大齿轮的接触疲劳强度极限 由2中式10-13计算应力循环次数 由2中图10-19取接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许应力取失效概率为1% 安全系数s=1由2中式10-12 2.计算 计算小齿轮分度圆直径，代入 计算圆周速度 计算宽度b 计算齿宽与齿高比模数m 齿高 计算载荷系数据 7级精度。由2中图10-8查动载荷系数；直齿轮。由2中表10-2查得使用系数。由2中表10-4用插入法查得7级精度、小齿轮相对

18、非对称布置时 查2中图10-13得 故载荷系数 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由2中式10-10a得 计算模数m 3.3.3按齿根弯曲强度计算由2中式10-5弯曲强度设计公式 1. 确定公式内各计算数值 由2中图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 由2中图10-18取弯曲疲劳寿命系数 计算弯曲疲劳许应力取弯曲疲劳安全系数 由2中式10-12 计算载荷系数k 查取齿形系数由2中表10-5查得 查取应力校正系数由2中表10-5查得 计算大小齿轮的 大齿轮的数值大2.设计计算 根据2中表101就近圆整为标准值计算小齿轮齿数 计算大齿轮齿数 取实际传动比：传动

19、比误差： 允许3.3.4、低速级齿轮几何尺寸计算 分度圆直径 中心距圆整，取 齿轮宽度 表3-2低速级齿轮设计几何尺寸及参数齿轮压力角模数中心距齿数比齿数分度圆直径齿根圆直径齿顶圆直径齿宽小齿轮2052552.60728140140大齿轮733651353.3.5 校核滚筒的转速 工作机，即滚筒的实际转速为：工作机的误差：5%，所以，符合标准。3.4 轴的设计输入轴的设计3.4.1确定轴的材料及初步确定轴的最小直径1、确定轴的材料输入轴材料选定为45号钢，锻件，调质。2、求作用在齿轮上的力根据输入轴运动和动力参数,计算作用在输入轴的齿轮上的力：输入轴的功率 输入轴的转速 输入轴的转矩 圆周力：

20、径向力：3、初步确定轴的最小径，选取轴的材料为45号钢，调制处理，根据2中表153，取 3.4.2初步设计输入轴的结构根据轴向定位要求初步确定轴的各处直径和长度已知轴最小直径为，由于是高速轴，显然最小直径处将装大带轮，故应取标准系列值，为了与外连接件以轴肩定位，故取b段直径为。初选滚动轴承。因该传动方案没有轴向力，高速轴转速323.33r/min，载荷不大，故选用内圈有单挡边的圆柱滚子轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取nj211e，其尺寸为55*100*21，根据需要，在轴承的右边加上一个套筒，其长度为22，根据需要，应该在套筒的右边制作一个轴肩故：。由于轴承长度为21mm，套

21、筒长度为22mm,加上套筒离下一个轴肩相距2mm,所以。由齿轮的宽度，知,取设计轴承端盖的总宽度为30mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定），根据轴承端盖的拆装及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与外连接件的右端面间的距离为30mm，故。根据带轮宽度可确定 输入轴的简图.4.3按弯曲合成应力校核轴的强度1、轴的受力简图（）计算支座反力h面 v面 （）计算h面及v面的弯矩，并作弯矩图h面da段： 当时，在d处当时，在a处bc段： 当时，在b处当时，在c处v面（）计算合成弯矩并作图 （）计算并作图（）校核轴的强度按弯矩合成强度条件，校核危险点即c截面圆周表面处应力。扭转切应力为静应力，取

22、，由2中表15-1查得，轴弯曲疲劳极限结论：强度足够。3.5轴的设计输出轴的设计3.5.1初步确定轴的最小直径1、确定轴的材料输出轴材料选定为45号钢，锻件，调质。2求作用在齿轮上的力根据输出轴运动和动力参数、低速级齿轮设计几何尺寸及参数，计算作用在输出轴的齿轮上的力：输出轴的功率 输出轴的转速 输出轴的转矩 3.5.2初步设计输出轴的结构输出轴最小直径显然是安装联轴器处的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩查表14-1，考虑到转矩变化很小故取，则：初选联轴器按照计算应小于联轴器公称转矩的条件，查表17-5标准gb/t5014-2003,选用

23、型号为lx5的y型弹性柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径,故取半联轴器长度。 3根据轴向定位要求初步确定轴的各处直径和长度 图3-4输出轴结构简图轴的结构设计（1）根据轴向定位要求初步确定轴的各处直径和长度根据已确定的，由于g段轴长与半联轴器的轴毂长相同，为了使联轴器以轴肩定位，故取f段直径为。初选滚动轴承。因该传动方案没有轴向力，故选用内圈有单挡边的圆柱滚子轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取nj217的滚子轴承，其尺寸为，初选，。由于轴承长度为28mm，套筒长度为17mm故，根据两齿轮中心定位，且设中速轴上，另外 设计轴承端盖的总宽度为30mm（由减速器及轴承端盖的结构

24、设计而定），根据轴承端盖的拆装及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与外连接件的右端面间的距离为32mm，故。按弯曲合成应力校核轴的强度（1）绘制空间受力图（2）作水平面h和垂直面v内的受力图，并计算支座反力h面 v面 （3）计算h面及v面内的弯矩，并作弯矩图h面v面（4）计算合成弯矩并作图（5）计算并作图图3-5 输出轴的受力简图（6）校核轴的强度按弯矩合成强度条件，校核危险点即c截面圆周表面处应力。扭转切应力为静应力，取，由2中表15-1查得，轴弯曲疲劳极限所以，强度是足够的。3.6轴的设计中速轴的设计1、中速轴的功率 中速轴的转速 中速轴的转矩 2、初步确定轴的最小径因为中间轴最小

25、径与滚动轴承配合，故同时选取滚动轴承，根据轴的最小径初步选取型号为nj210的滚子轴承，其尺寸为。根据前两个轴的尺寸，不难得出中速轴的尺寸。尺寸如下图：； （1）绘制空间受力图（2）作水平面h和垂直面v内的受力图，并计算支座反力h面 , v面， （3）计算h面及v面内的弯矩，并作弯矩图h面c点：v面（4）计算合成弯矩并作图（5）计算并作图（6）校核轴的强度按弯矩合成强度条件，校核危险点即d截面圆周表面处应力。扭转切应力为静应力，取，由2中表15-1查得，轴弯曲疲劳极限所以，强度是足够的。第4章 部件的选择与设计4.1轴承的选择轴系部件包括传动件、轴和轴承组合。4.1.1输入轴轴承1. 轴承类型

26、的选择由于输入轴承受的载荷为中等，且只受径向载荷，于是选择深沟球轴承。轴承承受的径向载荷；轴承转速；轴承的预期寿命2.轴承型号的选择求轴承应有的基本额定动载荷值按照3 表22-1选择的nj211e轴承 4.1.2输出轴轴承1.轴承类型的选择由于输入轴承受的载荷为中等，且只受径向载荷，于是选择深沟球轴承。轴承承受的径向载荷 ；轴承承受的转速 轴承的预期寿命 2.轴承型号的选择求轴承应有的基本额定动载荷值按照3 表22-1选择的nj217e轴承4.1.3中间轴轴承1.轴承类型的选择由于中间轴承受的载荷为中等，且只受径向载荷，于是选择深沟球轴承。轴承承受的径向载荷 ；轴承承受的转速 轴承的预期寿命

27、2.轴承型号的选择求轴承应有的基本额定动载荷值按照3表22-1选择的nj210e轴承.4.2输入轴输出轴键连接的选择及强度计算1、输入轴键连接(1)和皮带轮连接的键由于输入轴上齿轮1的尺寸较小，采用齿轮轴结构，故只为其轴端选择键。输入轴轴端选择a型普通平键。其尺寸依据轴颈，由2中表6-1选择。键长根据皮带轮宽度b=99,选取键的长度系列取键长l=90. 校核键连接的强度键和联轴器的材料都是钢，由2中表6-2查得许用及压应力取平均值。键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度由2中式6-1得，强度足够。键 gb/t 1096-2003（2）与齿轮连接的轴上的键连接选择键连接的类型与尺寸由于齿轮不在轴端

28、，故选用圆头普通平键（a型）。据，由2中表6-1查得键的剖面尺寸为，高度。由轮毂宽度及键的长度系列取键长。 校核键连接的强度键、齿轮和轮毂的材料都是钢，由2中表6-2查得许用及压应力取平均值。键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度由2中式6-1得，强度足够。键 gb/t 1096-20032、输出轴键连接 输出轴与齿轮4的键连接选择键连接的类型与尺寸一般8级以上的精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键连接。由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键（a型）。据，由2中表6-1查得键的剖面尺寸为，高度。由轮毂宽度及键的长度系列取键长。 校核键连接的强度键、齿轮和轮毂的材料都是钢，由2中表6-2查得许用及压

29、应力取平均值。键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度由2中式6-1得，强度足够。键 gb/t 1096-2003 输出轴端与联轴器的键连接据输出轴传递的扭矩应小于联轴器公称转矩。查国家标准gb/t 5014-85。选用xl5的y型弹性联轴器。其公称转矩为。半联轴器孔径。 选择键连接的类型及尺寸据输出轴轴端直径，联轴器y型轴孔，轴孔长度选取a型普通平键 校核键连接的强度键和联轴器的材料都是钢，由2中表6-2查得许用及压应力取平均值。键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度。由2中式6-1得，强度足够。键 gb/t 1096-20032、中间轴键连接 中间轴与齿轮2的键连接选择键连接的类型与尺寸一般8级

30、以上的精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键连接。由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键（a型）。由2中表6-1查得键的剖面尺寸为，高度。取键长。 校核键连接的强度键、齿轮和轮毂的材料都是钢，由2中表6-2查得许用及压应力取平均值。键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度由2中式6-1得，强度足够。键 gb/t 1096-2003中间轴与齿轮3的键连接 选择键连接的类型及尺寸一般8级以上的精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键连接。由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键（a型）。由2中表6-1查得键的剖面尺寸为，高度。取键长。键、齿轮和轮毂的材料都是钢，由2中表6-2查得许用及压应力取平均值。键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度 校核键连接的强度键和齿轮的材料都是钢，由2中表6-2查得许用及压应力取平均值。由2中式6-1得，强度足够。选键 gb/t 1096-20034.3轴承端盖的设计与选择4.3.1类型根据箱体设计，选用凸缘式轴承端盖。各轴上的端盖：闷盖和透盖：参照4表4.8 闷盖示意图 透盖示意图表4-1三个轴的轴承盖ddddd0螺钉孔数ne1m b 1d111401259110016626.6341551217014010311016