机械设计课程设计设计带式输送机传动系统采用两级圆锥—圆柱齿轮减速器

1、目录第一章 、设计任务41.1题目：设计带式输送机传动系统，采用两级圆锥圆柱齿轮减速器。41.2原始数据41.3已知条件41.4设计内容41.5设计任务4第二章 、电动机的选择42.1选择电动机类型42.2选择电动机的容量52.3确定电动机转速5第三章 、传动装置的运动和动力参数选择和计算63.1传动装置的总传动比及其分配63.11计算总传动比63.12分配传动装置传动比63.2传动装置的运动和动力参数的计算63.2.1各轴转速63.2.2各轴输入功率73.2.3各轴输入转矩73.3和动力参数计算结果整理于下表：7第四章 、圆锥齿轮的设计计算84.1圆锥齿轮材料、热处理、精度及齿数84.2按齿

2、面接触强度设计84.2.1确定各项系数84.2.2确定接触疲劳许用应力：84.2.3计算94.2.4验算载荷系数：94.2.5校正直径：94.2.6齿轮的参数94.3 校核齿根弯曲疲劳强度104.3.1确定各项系数104.3.2计算当量齿数：104.3.3确定许用应力：104.3.4校核弯曲强度10第五章 、圆柱齿轮的设计计算115.1圆柱齿轮材料、热处理、精度及齿数115.2按齿面接触疲劳强度设计115.2.1确定各项系数115.2.2确定接触许用应力115.2.3计算接触疲劳许用应力115.2.4计算125.2.5校正直径125.2.6齿轮的相关参数125.3校核齿根弯曲疲劳强度135.3

3、.1确定计算数值135.3.2确定许用应力：135.3.3校核弯曲强度：13第六章 、轴的设计计算及校核136.1 轴的设计136.1.1求作用在齿轮上的力146.1.2初步确定输入轴的最小直径146.1.3轴的结构设计146.1.4求轴上的载荷166.1.5按弯扭合成应力校核轴的强度176.2 轴i的设计176.2.1求作用在轴上的载荷176.2.2初步确定轴的最小直径176.2.3轴的结构设计186.2.4求轴上的载荷196.2.5按弯扭合成应力校核该轴的强度206.3 轴的设计206.3.1求作用在齿轮上的力206.3.2初步确定输入轴的最小直径206.3.3轴的结构设计216.3.4求

4、轴上的载荷236.3.5校核轴的疲劳强度24第七章 、滚动轴承的选择及计算277.1高速轴277.1.1求两轴承受到的径向载荷和277.1.2求两轴承的计算轴向力和277.1.3轴承当量动载荷和287.1.4验算轴承寿命287.2中间轴287.2.1求两轴承受到的径向载荷和287.2.2求两轴承受的计算轴向力和287.2.3求轴承当量动载荷和297.2.4验算轴承寿命297.3低速轴297.3.1求两轴承受到的径向载荷和297.3.2求两轴承受的计算轴向力和297.3.3求轴承当量动载荷和307.3.4验算轴承寿命30第八章 、键联结的选择及计算30第九章 、联轴器的选择319.1高速轴用联轴

5、器的设计计算319.2低速轴用联轴器的设计计算32第十章 、箱体设计3210.1减速器附件的选择3210.1.1通气器3210.1.2油标3210.1.4放油螺塞3210.2减速器机体结构尺寸的计算32第十一章 、润滑和密封3311.1齿轮的润滑3311.2滚动轴承的润滑3311.3润滑油的选择3411.4密封方法的选取34第十二章 、设计小结34第十三章 、参考资料34第一章 、设计任务1.1题目：设计带式输送机传动系统，采用两级圆锥圆柱齿轮减速器。传动系统参考方案，如下图1.电动机2.联轴器3.两级圆锥-圆柱齿轮减速器4.联轴器5.滚筒6.运输带带式输送机由电动机驱动。电动机1通过联轴器2

6、将动力传入两级圆锥圆柱齿轮减速器3，再通过联轴器4将动力传至输送机滚筒5，带动输送带6工作。1.2原始数据运输带的有效拉力f=2600n 运输带速度v=1.5m/s 卷筒直径d=300mm 减速器设计寿命为5年。1.3已知条件工作情况：两班制，常温下连续工作；空载起动，工作载荷平稳，三相交流电源，电压为380/220伏；1.4设计内容1、电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算；2、传动件的设计；3、轴的设计；4、轴承及其组合部件设计；5、键联接和联轴器的选择与校核；6、润滑设计；7、箱体、机架及附件的设计；8、装配图和零件图的设计与绘制；9、设计计算说明书的编写。1.5设计任务1、减速器装

7、配图一张2、零件工作图若干张3、设计说明书一份第二章 、电动机的选择2.1选择电动机类型因为本传动的工作状况是：两班制，常温下连续工作；空载起动，工作载荷平稳，三相交流电源，电压为380/220伏。所以选用常用的封闭式y（ip44）系列的电动机。2.2选择电动机的容量电动机所需工作功率：又因为：因此：kw有电动机至主轴的传动总效率为：式中、中分别为联轴器、轴承、圆锥圆柱齿轮传动、和滚筒的传动效率。取=0.99（齿形联轴器），=0.98（圆锥滚子轴承），=0.97（齿轮传动效率），=0.99。则：所以：2.3确定电动机转速滚筒轴工作转速为：因为二级圆锥圆柱齿轮减速器的传动比为：=1025所以总传

8、动比的合理范围为：=1025故电动机转速的可选范围为：符合这一范围的同步转速只有：750r/min、1000 r/min和1500 r/min根据容量和转速，由有关手册查出此电动机的型号为y132m2、额定功率为5.5kw、同步转速为1000 r/min、满载转速为960 r/min。 中心高h外形尺寸l(ac/2+ad) hd底角安装尺寸ab地脚螺栓孔直径k轴伸尺寸de装键部位尺寸fgd132 5153453152161781238801041第三章 、传动装置的运动和动力参数选择和计算3.1传动装置的总传动比及其分配3.11计算总传动比由电动机的满载转速和工作机转速n可确定传动装置应有的总

9、传动比为：3.12分配传动装置传动比由式得： 式中、 分别是圆锥和圆柱齿轮传动比。按展开式布置。考虑润滑条件，为使两大齿轮直径相近，可查表确定，3.2传动装置的运动和动力参数的计算3.2.1各轴转速轴：式中 电动机满载转速轴：轴： 滚筒轴： 3.2.2各轴输入功率电动机输出功率：各轴的输入功率：轴：轴：轴：滚筒轴：注：-轴的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率0.983.2.3各轴输入转矩电动机输出转矩：各轴的输入转矩：轴：轴：轴：滚筒轴：注：-轴的输出转矩则分别为各轴的输入转矩乘轴承效率0.98。3.3和动力参数计算结果整理于下表：轴名功率p转矩t转速n传动比效率输入输出输入输出电动机轴4.7

10、6473529601.000.99轴4.714.624687845940960轴4.484.391114061091783842.50.95轴4.264.174236104151389640.95滚筒轴4.134.05410986402766961.000.97第四章 、圆锥齿轮的设计计算4.1圆锥齿轮材料、热处理、精度及齿数1、选择7级精度2、由表10-1选择小齿轮材料均为40（调质），硬度为280hbs；大齿轮材料45钢（调质），硬度为240hbs。3、选小齿轮的齿数，则：。4.2按齿面接触强度设计由设计计算公式试算得： 4.2.1确定各项系数1. 试选载荷系数。2.小齿轮传递的转矩。3.

11、对于锥齿轮传动的齿宽系数。4.齿轮的传动比。5.查得材料的弹性影响因素。6.确定区域载荷系数：标准直齿圆锥齿轮传动。4.2.2确定接触疲劳许用应力：1.循环次数：注：其中一年按300天，两班制，工作寿命为5年2.取接触疲劳寿命系数：，3.根据齿面硬度得齿面接触疲劳强度极限： 取失效概率为1%，安全系数s=1.0，由式（1012）得 4.2.3计算1.由接触强度试算小齿轮分度圆直径2.计算圆周速度：4.2.4验算载荷系数：1.齿轮的使用系数：2.根据v3.35，7级精度查表得：。又：，依据大齿轮两端支撑，小齿轮作悬臂布置，查得轴承系数：。由公式得：3.接触强度载荷系数：4.2.5校正直径：取标准

12、值m=4 mm4.2.6齿轮的参数圆整取 4.3 校核齿根弯曲疲劳强度4.3.1确定各项系数1.弯曲强度载荷系数与接触强度载荷系数相同：2.齿形系数和应力校正系数： 4.3.2计算当量齿数： 4.3.3确定许用应力：1.弯曲疲劳寿命系数：2.取安全系数：（1.251.5）3.查得齿轮的弯曲疲劳强度极限：4.按脉动循环变应力确定许用弯曲应力，即： 4.3.4校核弯曲强度注：满足弯曲强度，所以所选参数合格。第五章 、圆柱齿轮的设计计算5.1圆柱齿轮材料、热处理、精度及齿数1、选择7级精度2、由表10-1选择小齿轮材料均为40（调质），齿轮硬度为280hbs, 大齿轮材料均为45钢（调质）齿轮硬度为

13、240hbs。3、选小齿轮的齿数=20，则 。5.2按齿面接触疲劳强度设计根据齿面接触强度设计计算公式得：5.2.1确定各项系数1. 小齿轮传递的转矩：2. 初选载荷系数3. 确定齿宽系数，小齿轮做不对称布置，取4. 确定弹性影响系数：查得5. 确定区域载荷系数：按标准直齿圆柱齿轮传动6. 齿数比：5.2.2确定接触许用应力1.循环次数： 2.查接触疲劳寿命系数：, 3.合金钢调质得齿轮的接触疲劳强度极限：5.2.3计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数s=1.0，得： 5.2.4计算1 由接触强度计算小齿轮分度圆直径 2.计算圆周速度：3.验算载荷系数：齿轮的使用系数：，根据v=1.

14、2m/s，7级精度查得动载荷系数：，对于软齿面齿轮：，齿宽：。齿宽与齿高比：查得，故接触强度载荷系数：5.2.5校正直径 注：取标准值m=4mm。5.2.6齿轮的相关参数圆整后，取。5.3校核齿根弯曲疲劳强度5.3.1确定计算数值1.确定弯曲疲劳强度系数：2.齿形系数和应力校正系数：；5.3.2确定许用应力：1.弯曲疲劳寿命系数：2.取安全系数3.弯曲疲劳强度极限：4.按脉动循环变应力确定许用弯曲应力，得5.3.3校核弯曲强度： 注：满足弯曲强度。以上所选参数适合。第六章 、轴的设计计算及校核由要求得，输出轴与电动机相连，输出轴通过齿形联轴器与工作机相连，输出轴为单向旋转。已知电动机功率p=4

15、.76kw，转速n=960r/min。6.1 轴的设计轴 的输入功率，转速和转矩。6.1.1求作用在齿轮上的力圆锥齿轮 圆柱齿轮 小圆柱齿轮的分度圆直径；6.1.2初步确定输入轴的最小直径初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为40cr调质处理。取,得圆整得输入轴的最小直径显然是安装轴承，故需选取轴承型号。选取单列圆锥滚子轴承，型号320/28，0基本游隙组、标准精度级，其尺寸为。所以。6.1.3轴的结构设计1.拟定轴上零件的装配方案：2.根据轴向定位的要求确定轴各段的直径和长度（1）为非定位轴肩，则取，由于大锥齿轮齿宽，小直齿轮齿宽，所以除去轴向紧固空隙，得，。（2）为满足大锥齿轮和小直齿轮的轴

16、向定位要求，轴段右端需要制出一轴肩，轴段左端需要制出一轴肩，由：取,则，。（3）确定两端轴承处的轴段长度左端右端注：至此确定轴的各段直径和长度。3.轴上零件的周向定位齿轮轴的周向定位采用平键联接。因为,所以选用平键为，键槽用铣刀加工，圆锥齿轮处键槽长，圆柱齿轮处键槽长。同时为了保证齿轮与轴的配合有良好的对中性，选择齿轮轮毂与轴的配合为h7/n6过盈配合；滚动轴承与轴的周向定位配合为h7/m6过渡配合。4.确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径如图。6.1.4求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，查取a=12.6mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨

17、距。根据力的平衡，力矩的平衡求得：总弯矩： 扭矩：现将上述计算结果的值列于下表载荷水平面垂直面支反力f 弯矩m总弯矩扭矩t 6.1.5按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面)的强度，从轴的机构图以及扭矩图中可以看出，直齿轮作用处中心截面是轴的危险截面。取=0.6，所以校核直齿轮处：因，所以安全。6.2 轴i的设计轴i 的输入功率，转速和转矩。6.2.1求作用在轴上的载荷6.2.2初步确定轴的最小直径 初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为40cr调质处理，取，于是得： i轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的最小直径，故需选用联轴器的型号。联轴器的计

18、算转矩，取，则：转矩应小于联轴器的公称转矩，查机械手册，选用lak1型鞍形块弹性联轴器，其公称转矩为63000nmm，半联轴器的孔径，故，半联轴器的轴孔长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度。6.2.3轴的结构设计1.拟定轴上零件的装配方案2.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，-轴段。左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径d=26mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故-段的长度比略短一些，现取，轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的拆装及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距

19、离（2）初步选择滚动轴承。轴承同时承受有径向和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。-轴端左端需制出一轴肩，查机械设计手册，初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30305，其尺寸为,故选，又-、-轴段要略短于轴承长度，故取 ，左右两端采用轴肩来定位。查得32305型号的轴肩h2.5，故取，。（3）圆锥齿轮齿宽，因为右端需要挡圈和螺钉固定，所以取轴端与齿轮接触的长度，取固定轴承的挡圈长度a=15mm。得：注：至此，以初步确定轴的各段直径和长度。3.轴上零件的周向定位 齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查得轴与联轴器的平键尺寸，轴与齿轮的平键尺寸。4.确定轴上圆角和倒角尺

20、寸取轴端的倒角，各轴肩的圆角半径为如图。6.2.4求轴上的载荷 根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，查取a=13mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距。根据力的平衡，力矩的平衡求得： 总弯矩：。扭矩：现将上述计算结果的值列于下表载荷水平面h垂直面v支反力f弯矩m总弯矩扭矩t6.2.5按弯扭合成应力校核该轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。取，轴上的计算应力： 所以满足强度要求，此轴安全。6.3 轴的设计轴的功率，转速，转矩。6.3.1求作用在齿轮上的力大圆柱齿轮的分度圆直径6.3.2初步确定输入轴的最小直径初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为4

21、0cr调质处理。取， ，于是得：输出轴的最小直径显然是安装在联轴器处。为了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，取，则：转矩应小于联轴器的公称转矩，查机械手册，选用 lak6型鞍形块弹性联轴器，其公称转矩为630000nmm，半联轴器的孔径，故，半联轴器的轴孔长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度。6.3.3轴的结构设计1.拟定轴上零件的装配方案2.根据轴向定位的要求确定轴各段的直径和长度（1）为非定位轴肩，则取，轴承端盖的总宽度为30mm，根据轴承端盖的拆装及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取

22、挡圈直径d=60mm。为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故取-长度比略短一些，取（2）因轴承同时受径向力和轴向力作用，故取用单列圆锥滚子轴承。因为，选取单列圆锥滚子轴承型号32911，其尺寸，故。左右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。取。由于大直齿轮的齿宽，所以除去轴向紧固空隙，。（3）为了使轴的次轴与轴二配合，取，又、处需一轴肩，取。至此，以初步确定了轴的各段直径和长度。3.轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。齿轮与轴的连接，选用平键尺寸为，键槽用铣刀加工，同时为了保证齿轮与轴的配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为h7/n6；同样，半联轴器

23、与轴的连接，选用平键尺寸为，半联轴器与轴的配合为h7/k6。滚动轴承与轴的周向定位配合为h7/m6。4.确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径如图。6.3.4求轴上的载荷 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，查得a=14.3mm，得，。根据力的平衡，力矩的平衡求得：总弯矩：扭矩：现将上述计算结果的值列于下表载荷水平面垂直面支反力f弯矩m总弯矩扭矩t 从轴的机构图以及扭矩图中可以看出，齿轮作用处中心截面是轴的危险截面。6.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面)的强度，取=0.6，以下是轴计算应力：所以，故

24、安全。6.3.5校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面只需校核截面左右两侧即可。（2）截面右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面右侧的弯矩m为截面上的扭矩t为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为40cr，调质处理。由教材表151查得。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按教材附表查取。因，经插值后可查得。又由教材附图31可得轴的材料的敏性系数为故有效应力集中系数为：可得轴的尺寸系数；轴的扭转尺寸系数轴按磨削加工，得表面质量系数轴未经表面强化处理，即，得综合系数为：又碳钢的特性系数：，取，取于是，计算安全系数值得：故该轴在截面iv右侧的强度是足够的。（3）截面左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面左

25、侧的弯矩m为截面上的扭矩t为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为40cr，调质处理。由教材表151查得。过盈配合处的，用插值法求出，于是得，=2.85轴按磨削加工，得表面质量系数于是，计算安全系数值：故该轴在截面iv左侧的强度也是足够的。第七章 、滚动轴承的选择及计算7.1高速轴查机械设计手册可知单列圆锥滚子轴承30305的基本额定动载荷,基本额定静载荷。7.1.1求两轴承受到的径向载荷和7.1.2求两轴承的计算轴向力和对于30000型圆锥滚子轴承，轴承的派生轴向力为，由手册查得30305型圆锥滚子轴承y=2，e=0.3。则：，。又由受力分析可得：，则，。，。7.1.3轴承当量动载荷和

26、查得径向载荷系数和轴向载荷系数为：对轴承1：，；对轴承2：，。因轴承运转中载荷平稳，查得： 则：7.1.4验算轴承寿命由已知的，预期寿命因为，所以按轴承2的受力大小来验算故所选轴承满足寿命要求。7.2中间轴查机械设计手册可知圆锥滚子轴承320/28的基本额定动载荷,基本额定静载荷。7.2.1求两轴承受到的径向载荷和7.2.2求两轴承受的计算轴向力和对于30000型圆锥滚子轴承，轴承的派生轴向力为，由手册查得320/28型圆锥滚子轴承y=1.4，e=0.43。则：，。又由受力分析可得：，则，。，。7.2.3求轴承当量动载荷和查得径向载荷系数和轴向载荷系数为：对轴承3：，；对轴承4：，。因轴承运转

27、中载荷平稳，查得： 则：7.2.4验算轴承寿命由已知的，预期寿命因为，所以按轴承3受力大小来验算故所选轴承满足寿命要求。7.3低速轴查机械设计手册可知圆锥滚子轴承32911的基本额定动载荷,基本额定静载荷。7.3.1求两轴承受到的径向载荷和7.3.2求两轴承受的计算轴向力和对于30000型圆锥滚子轴承，轴承的派生轴向力为，由手册查得32911型圆锥滚子轴承y=1.9，e=1.31。则：，又由受力分析可得：则，。，。7.3.3求轴承当量动载荷和查得径向载荷系数和轴向载荷系数为：对轴承5和轴承6：，。因轴承运转中载荷平稳，查得： 则：7.3.4验算轴承寿命由已知的，预期寿命因为，所以按轴承4的受力

28、大小来验算故所选轴承满足寿命要求。第八章 、键联结的选择及计算代号直径（mm）工作长度（mm）工作高度（mm）转矩（nm）极限应力（mpa）高速轴2022347.35271.752030346.87852.09中间轴30203.5111.406106.130623.5109.17833.54低速轴50564.5415.13865.8960525.5423.61049.37由于键采用静联接，冲击轻微，所以许用挤压应力为，所以上述键皆安全。第九章 、联轴器的选择由于弹性联轴器的诸多优点，所以考虑选用它。9.1高速轴用联轴器的设计计算由于装置用于带式传动机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，计算转矩为由于联轴器一端与电动机相连，其孔径受电动机外伸轴径限制，选用lak1型鞍形块弹性联轴器其主要参数如下：型号: lak1公称转矩tn/(nm): 63许用转速n/(r/min): 3700轴孔直径 dl、dz: 2032轴孔长度|y: 5282轴孔长度|j1、z1: 3860转动惯量/(kgm2): 0.005重量/kg: 3.4 9.2低速轴用联轴器的设计计算由于装置用于带式传动机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，计算转矩为选用la