机械设计课程设计：两级展开式斜齿圆柱齿轮传动

1、课程设计课程名称： 带式运输机传动装置设计 学 院： 机械工程学院 专 业： 姓 名： 学 号： 年 级： 任课教师： 2014年 6月27日目录第一章 总论1第二章 机械传动装置总体设计12.1 拟定传动方案12.2 传动方案简图2第三章 选择电动机类型、确定传动方案及计算参数23.1电动机的选择33.2传动比的分配及转速校核3第四章 计算传动装置各轴的运动和动力参数34.1传动装置的效率计算44.2各轴功率、转速、转矩计算4第五章 齿轮传动设计55.1 高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计5 5.2 低速级斜齿圆柱齿轮传动的设计9第六章 轴的设计12 6.1 中间轴的设计12 6.2高速轴的设计1

2、6 6.3 低速轴的设计18第七章 轴承的校核计算217.1中间轴承的校核217.2高速轴承的校核227.3低速轴承的校核23第八章 箱体结构及减速器附件设计258.1.外形尺寸258.2附件设计26总结31参考文献32第一章 总论 带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。应用它可以将物料在一带式输送机定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种程带式运输机是连续输送机中的一种，连续运输机是固定式或移动式运输机中主要类型之一，其运输特点是形成装载点到装载点之间的物料流，靠着这种物料流的整体运动来完成物料从装载点到装载点之间的运输。它主要由机架、运输带、滚筒、张紧装置、传动装置

3、等组成。其中传动装置就是把原动机的动力传递给工作机的中间设备，减速器就是传动装置中的一种。 减速器在原动机和工作机之间起匹配转速和传递扭矩的作用。减速器是一种相对精密的机械，使用的目的是降低转速、传递扭矩。按照传递级数不同可分为单级和多级减速器，是一种封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或是齿轮蜗杆传动所组成的独立部件。齿轮减速机具有体积小、传递扭矩大的特点，传动比分级细密，能够满足不同的使用工况，实现机电一体化，传动效率高、性能优越、耗能低。 所要设计的方案是设计带式运输机的传动装置，原始数据为：运输带的拉力F=4000N 运输带的线速度v=1.6m/s 卷筒直径D=400mm 工作条件：连

4、续单向运转，载荷平稳；使用期限：五年，两班制；生产条件：一般规模小批量生产；运输带速度允许误差：土5%；由于电动机高速运转，故传动装置为减速机。第二章 机械传动装置总体设计2.1 拟定传动方案 一个传动方案的拟定，除了应满足机器的功能要求外，还应当具备工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、成本低廉以及使用维护方便等特性。在拟定传动方案的时候，应多种传动方案进行对比，在结合具体情况进行设计，最后确定最终的方案。所以根据上述数据及要求（：运输带的拉力F=4000N 运输带的线速度v=1.6m/s 卷筒直径D=400mm 工作条件：连续单向运转，载荷平稳；使用期限：五年，两班制；生产条件：一般规

5、模小批量生产；运输带速度允许误差：土5%；），在以下方案中进行选择：方案一（皮带一级单级直齿圆柱齿轮传动）、方案二（皮带一级单级斜齿圆柱齿轮传动）、 方案三（两级展开式直齿圆柱齿轮传动）、方案四（两级展开式斜齿圆柱齿轮传动）、方案五（蜗轮蜗杆传动）。由于在以上各个方案中，带传动的承载能力较低，在传递相同转矩时，结构形式较其他形式来说是比较大的；蜗轮蜗杆传动的传动比大，结构紧凑但是效率较低；齿轮传动较其他形式来说装配比较复杂，但传递效率高，两级展开式斜齿圆柱齿轮传动相较于其他齿轮传动，采用两级传动，这样能够避免单级传动带来的工作不平稳的现象，并且采用斜齿轮传动，重合度高适于高速传动、运载平稳，且

6、斜齿轮不发生根切的最小齿数小于直齿轮，且转速高的电动机传递到工作机时降速范围较大，故因选择两级减速，且斜齿轮较直齿轮的传递精度高、传递效率高等特点。故最终确定方案为：方案四（两级展开式斜齿圆柱齿轮传动）。2.2 传动方案简图 由所选传动方案可绘制方案简图如下（图1.1 传动方案简图）： 图1.1 传动方案简图 第三章 选择电动机类型、确定传动方案及计算参数电机作用是把电能转化为动能的装置，根据工作机的负荷、特性和工作环境，选择电动机的类型、结构形式和转速，计算电动机功率，最后确定电动机型号。3.1电动机的选择1)计算带式运输机需要的功率PW=FV/=6400w2)初始原动机额定功率Pd=640

7、0/0.9=7111.11w3)选用电动 查表2.1，选用Y132M-4电动机，参数如下： 额定功率P=7.5KW n=1440r/min 电动机轴伸出端38mm 电动机轴伸出端安装长度80mm 电动机中心高度132mm 电动机外形尺寸5152803.5方案选择：两级展开式斜齿圆柱齿轮传动3.2传动比的分配及转速校核1)总传动比 运输机驱动卷筒转速n=（601000v）/D=76.433r/min 总传动比i=1440/76.433=18.842)传动比的分配及齿数比 由传动分配原则，两级斜齿轮传动中考虑润滑问题，大齿轮应有相近的浸油深度，=1.25,为高速级的传动比。 对高速级选用112/2

8、3 对低速级选用112/29 则可以推知=4.869,=3.862,较为合理。 实际传动比i=18.8065.3)校核工作机驱动卷筒的转速误差 实际转速为1440/18.8065 转速误差为（76.5776.433）/76.433=0.1792%5%,故满足要求。第四章 计算传动装置各轴的运动和动力参数传动装置的运动、运动参数，主要指的是各轴的功率、转速和转矩。1传动装置的效率计算 由方案的选定有：弹性联轴器=0.99，滑块联轴器=0.98，两个8级精度齿轮啮合传动=0.97，运输机驱动轴一对滚动轴承=0.99.所以=0.9037，与上述估值很接近，故无误。4.2各轴功率、转速、转矩计算 功率

9、 轴 =7.425KW轴 =7.2025KW轴 =6.1825Kw转速轴 轴 轴 转矩第五章 齿轮传动设计 齿轮作为两级减速器的重要零件，有着很重要的重要，设计的齿轮结构、参数对其他的零件有着直接或是间接地影响，甚至是影响整个减速器的外形结构特征。设计的内容有：齿轮的材料、齿轮的齿数、模数、中心距、齿宽、螺旋角、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径和结构尺寸。 按两种方式进行设计,即按弯曲疲劳和接触疲劳强度进行计算。5.1高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计1、齿轮强度设计 选择材料，确定极限应力运输机为一般工作机器，转速不高，故选用8级精度由机械设计第八版表10-1选择小齿轮材料为40cr(调质)，

10、硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS。2、按接触疲劳强度设计 小齿轮分度圆直径确定各参数 选取螺旋角，初选螺旋角，压力角=。1）试选2）小齿轮传递的扭矩已知 3）由表10-7选取齿宽系数=1.04）由表10-6查得材料弹性影响系数189.85）由图10-30选区域系数=2.433。6）查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa。7） 8）由式10-13计算应力循环次数。 =60144024000 9) 由图10-19取接触疲劳寿命系数=0.9；=0.9510）计算解除疲劳许用应力（取失效率为1%，安全系数

11、s=1） = = 11) 计算小齿轮分度圆直径时代入、中较小值 =37.457mm12）计算圆周速度13）计算齿宽b及模数3、调整小齿轮分度圆直径1) 计算载荷系数由工作条件，查表10-2得使用系数=1.0。根据v=2.823m/s,8级精度，由图查得动载系数=1.15；由表查得1.4 Ka=1由表利用插值法查得=1.419。故载荷 2) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式10-10a得 3) 计算法面模数4) 按齿根弯曲强度设计（1） 确定计算参数 1） 计算公式 2) 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=500MPa; 大齿轮的弯曲疲劳强度极限=380MPa。3）由图10

12、-18取弯曲疲劳寿命系数=0.85，=0.88。 4）计算完全疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4 5) 根据纵向重合度=1.903，从图10-28查得螺旋角影响系数6) 计算当量齿数 =25.17 =122.67）查取齿形系数由表利用插值法算得=2.65，=1.768）查取应力校正系数由表10-5利用插值法算得=1.58，=1.769） 计算大小齿轮的并加以比较 故大齿轮的数值大。于是（2）调整齿轮模数1）计算后的分度圆直径d=47.412mm v=3.573m/s b=47.412 h及b/h: h=4.5 b/h=10.536 2） 计算实际载荷系数 = 1.4 =1.420 Ka=

13、1 =1.12 所以有3) 最终取 4、几何尺寸 1）计算中心距 2）按圆整后的中心距修正螺旋角 因值改变不多，故参数等不必修正。 3）计算打、小齿轮的分度圆直径 4）计算齿轮宽度 圆整后取=59mm =66mm5.2 低速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算设计的内容有：齿轮的材料、齿轮的齿数、模数、中心距、齿宽、螺旋角、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径和结构尺寸。1、选定齿轮的精度等级、材料及齿数1)选用8级精度。2）材料选择。8选择小齿轮材料为40cr(调质)，硬度为250HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为220HBS，二者硬度差为30HBS。3）选小齿轮齿数z1=29大齿轮齿数,取。

14、4）选取螺旋角，初选螺旋角2、按齿面接触面强度设计（1）计算公式 1）试选 2）扭矩 3）选取齿宽系数=1.0 4）材料弹性影响系数189.8 5）选区域系数ZH=2.433. 6）查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa。 7） 8）由式10-13计算应力循环次数。 9）接触疲劳寿命系数=0.96 =0.9710）计算解除疲劳许用应力（取失效率为1%，安全系数为s=1 （2）计算1) 计算小齿轮分度圆直径=66.239mm2） 计算圆周速度3)计算齿宽b及模数 =66.239 =1.844) 计算载荷系数 =1.0 =1.1 1.4 =1.5所以=2.3

15、15） 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 =80.295 6） 3、 按齿根弯曲强度设计（1） 计算公式1） 计算载荷系数=1.8482) 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=540MPa; 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 =430MPa。3）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数=0.93，=0.95。4）计算完全疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数S=1.4 5） 计算当量齿数 6）查取齿形系数利用插值法算得=1.925，=2.057）查取应力校正系数利用插值法算得=1.62，=1.788）计算大小齿轮的并加以比较。 选较大者于是有（2） 调整模数1） 计算实际载荷=1.8482） 计算法面模数3） 综上可

16、取4、几何尺寸（1） 计算中心距 mm 取整为187mm（2）按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数等不必修正。（3）计算大、小齿轮的分度圆直mm mm（4）计算齿轮宽度： =176.922=76.922圆整后取=77； =83第六章 轴的设计轴是用于支撑旋转的机械零件。在两级斜齿轮传动中，用到了三根轴件，即高速轴、中间轴及低速轴。齿轮则安装其上，三根轴既承受转具有承受弯矩，都是转轴。因考虑有利于提高轴的强度和便于轴上零件的固定、装拆，故而采用阶梯状轴。阶梯轴的设计和具体尺寸由所选用的轴承和轴上零件决定，同时考虑轴的疲劳强度和弯曲强度。6.1 中间轴的设计1、确定轴的最小直径因传递的功

17、率不大，并对重量及机构无特殊要求，故选45钢，调质处C=112 因为该轴因大于高速轴的直径，故取=402、轴的结构设计（如图6.1 中间轴结构简图） 图6.1 中间轴结构简图 2、根据轴上零件的定位、装配及轴的工艺性要求，做齿轮轴时，故做成轴轮一体式，此轴分为七段，轴颈为两段，两个齿轮位置为两段，两个轴承安装尺寸为两段，还有以讴歌轴肩定位段。轴颈直径与安装尺寸由所选轴承而定，所选轴承为30208型圆锥滚子轴承轴颈直径为40mm、轴向长度18mm，安装尺寸为47mm、轴向长度20mm，齿轮3由轮的参数而定，轴向长度59mm，齿轮2段直径为51mm、轴向长度83mm，轴肩直径为57mm、长度为10

18、mm。3、键的选择由直径为51mm，故选用bh=1611的普通平键、键长L=54mm。4、中间轴的校核为使中间轴上的轴向力相互抵消，高速级上小齿轮用右旋，大齿轮用左旋。低速级上小齿轮用左旋，大齿轮用右旋。作用在齿轮上的力：高速轴低速级所以计算支反力有水平方向 0.177 为计算导致较小误差，故计算式合理的。证明计算无误。铅垂方向 故可知计算无误。计算转矩计算转矩、绘制弯矩图（如图6.2 中间轴弯矩图）垂直面C截面的弯矩D截面的弯矩水平面C处M=158585.05N.mm D处M=282393.645N.mm合成弯矩C处 合成弯矩D处 当量弯矩 图6.2 中间轴弯矩图计算后C剖面的最小直径为31

19、.43mm 远小于设计尺寸51mm，故而强度足够 D剖面的最小直径为35.652mm 远小于设计尺寸70mm，故而强度足够6.2高速轴的设计 阶梯轴的设计和具体尺寸由所选用的轴承和轴上零件决定，同时考虑轴的疲劳强度和弯曲强度。1、确定轴的最小直径因高速轴为齿轮轴，材料与小齿轮材料相同为40cr,调质处理，取A=105。2、轴的结构设计（如图6.3 高速轴结构简图）图6.3 高速轴结构见图 根据条件选择7207C型角接触球轴承，所以轴孔段直径30mm、长度60mm，轴伸段直径为32mm、长度为58 mm，轴颈直径35mm、长度17mm，安装直径42mm、右边长度20mm、左边16.5mm，齿轮段

20、直径由齿轮1决定，长度为其宽度66mm。3、许用应力的校核计算支反力 故知计算无误。 所以无误计算转矩，绘制弯矩图（如图6.4 高速轴弯矩图）垂直面B截面的弯矩水平面B截面的弯矩合成弯矩计算当量弯矩图示图6.4 高速轴弯矩图计算直径为21.669mm 远远小于设计直径，强度足够6.3 低速轴的设计阶梯轴的设计和具体尺寸由所选用的轴承和轴上零件决定，同时考虑轴的疲劳强度和弯曲强度。1、确定轴的最小直径因传递的功率不大，并对重量及机构无特殊要求，故选45钢，调质处理，取A=105.取K=1.3由 2、轴的结构如下：（如图6.5 低速轴结构简图）图6.5 低速轴结构简图3、 根据条件选择7208C型

21、角接触球轴承，所以轴孔段直径55mm、长度60mm，轴伸段直径为57mm、长度为58 mm，轴颈直径40mm、长度18mm，安装直径69mm、右边长度23mm、左边79mm，齿轮段直径75mm、长度为77mm，轴肩定位段直径81mm、长度13mm。许用应力的校核计算支反力 故知计算无误。 所以无误计算转矩，绘制弯矩图（如图6.6 低速轴弯矩图）垂直面B截面的弯矩水平面B截面的弯矩合成弯矩计算当量弯矩图示图6.6 低速轴弯矩图计算直径为43.1165mm 远远小于设计直径75mm，强度足够第七章 轴承的校核计算选用轴承必须进行校核，以保证整个装置的正常运转。在选定滚动轴承的类型、尺寸（型号）后，

22、应综合考虑轴承的固定，轴承的组合定位，间隙的调整，轴承座圈与其他零件的配合，轴承的装拆和润滑、密封等问题，正确设计轴承部件的组合结构，以保证轴系的正常工作。因为轴承的寿命直接影响整个装置的运转，这也是设计中的一个不可缺少的部分，所以校核轴承是必须的。7.1中间轴承的校核中间轴选用的是30208型圆锥滚子轴承，为缩短支撑距离选择正装。1）求出轴承所受的径向力 2) 求出轴承所受的轴向力 派生轴向力，因此： 外加轴向载荷，所以轴承1被压紧，轴承2被放松。于是 3）求轴承的当量动载荷1轴承 x=0.4，Y=1.62轴承 x=0.4，Y=1.6取=1.14） 验算轴承寿命 因，故只需验算轴承2，（）

23、寿命够7.2高速轴承的校核 高速轴选用的是7208C型角接触球轴承，为缩短支撑距离选择正装。1）求出轴承所受的径向力 2) 求出轴承所受的轴向力 派生轴向力，因此： 外加轴向载荷，所以轴承1被放松，轴承2被压紧。于是 3）求轴承的当量动载荷1轴承 x=0.4，Y=1.62轴承 x=0.4，Y=1.6取=1.15） 验算轴承寿命 因，故只需验算轴承2，（） 寿命够7.3低速轴选用 低速轴选用的是7212C型角接触球轴承，为缩短支撑距离选择正装。1）求出轴承所受的径向力 2) 求出轴承所受的轴向力 派生轴向力，因此： 外加轴向载荷，所以轴承1被放松，轴承2被压紧。于是 3）求轴承的当量动载荷1轴承

24、 x=0.44，Y=1.222轴承 x=1，Y=0取=1.16） 验算轴承寿命 因，故只需验算轴承1，（） 寿命够第八章 箱体结构及减速器附件设计8.1.箱体的结构及尺寸 箱体是减速器的重要组成部件，用以支持和固定轴系零件，保证转动件的润滑，实现与外界的密封。为了保证减速器能够正常工作，箱体上必须安装一些附件，如用于箱体的连接、定位和吊装等不同功能的附属零件或组件。箱座壁厚：，所以，取=10mm。箱盖壁厚：，所以，取。箱座、箱盖、箱底座凸缘的厚度：b=12mm,b1=12mm,b2=20mm. 箱座、箱盖的加强肋厚：。地脚螺钉的直径：=20mm；数目：6。轴承旁联接螺栓的直径：10mm；箱盖、

25、箱座联接螺栓的直径：=12mm 轴承旁凸台高度和半径：=22mm 外箱壁到轴承座端面的距离：10mm。齿轮顶圆与内箱壁距离：取：=10mm。 齿轮端面与内箱壁距离：取：=10mm。 齿顶圆至轴表面的距离：8.2附件设计1） 视孔盖和窥视孔： 在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固2） 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出。3） 油塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不

26、与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。4） 起盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹。5） 通气孔：减速器每工作一段时间后,温度会逐渐升高,这将引起箱内空气膨胀,在机盖顶部的窥视孔盖上安装通气孔，油蒸汽由该孔及时排出,以便达到箱体内为压力平衡。从而保证箱体密封不致被破坏。6） 吊钩：在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体。7） 定位销：为保证箱体轴承座孔的镗制和装配精度,在加工时,要先将箱盖和箱座用两个圆锥销定位,并用联接螺栓紧固,然后再

27、镗轴承孔.以后的安装中,也由销定位.通常采用两个销,在箱盖和箱座联接凸缘上,沿对角线布置,两销间距应尽量远些。8）齿轮润滑方式的选择高速轴齿轮圆周速度： 4.45m/s中间轴大齿轮圆周速度：4.43m/s中间轴小齿轮圆周速度：1.18m/s低速轴齿轮圆周速度：1.19m/s因为：=4.45 2 ,齿轮采用油润滑。 12，齿轮采用浸油润滑。即将齿轮浸于减速器油池内，当齿轮转动时，将润滑油带到啮合处，同时也将油甩直箱壁上用以散热。齿轮润滑剂的选择查表表7-1，齿轮润滑油选用中负荷工业齿轮油（GB59031995），运动粘度为：90110（单位为：）。9）滚动轴承的润滑方式及润滑剂的选择（1）：轴承

28、润滑方式的选择高速轴角接触球轴承速度：中间轴圆锥轴承速度：低速轴深沟球轴承速度：因为都高于脂润滑速度，所以它们都选择油润滑。滚动轴承润滑剂的选择查表（13-10），选择合适的润滑油。10）密封方式的选择 滚动轴承密封选择滚动轴承采用毡圈密封。箱体密封选择：箱体剖分面上应该用水玻璃密封或者密封胶密封。联轴器的选择 高速轴：由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑拆装方便及经济问题，选用弹性套柱联轴器K=1.1=9550=955054166N.mm选用HL3型弹性套住联轴器，公称尺寸转矩=63000，。采用J型轴孔，选d=30mm，轴孔长度L=60mmHL3型弹性套住联轴器有关参数型号公称转矩T/(Nm)许用转速n/（r轴孔直径d/mm轴孔长度L/mm外径D/mm材料轴孔类型键槽类型HL363050003060160HT200J型A型低速轴：由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑拆装方便及经济问题，选用弹性套柱联轴器K=1.1=9550=9550848.1N.mm选用金属滑块联轴器，公称尺寸转矩=1250，。选d=55mm，轴孔长度L=240mm金属滑块联轴器有关参数型号公称转矩T/(Nm