带式运输机上同轴式二级圆柱齿轮减速器

1、一、减速器设计任务及分析 .21.1零件的用途及基本原理 .21.2零件设计任务 .31.3零件的工艺分析 .4二、项目组织与分工 .2三、课程设计 .23.1总体设计方案 .53.2电动机的选择 .63.3计算传动装置总传动比和分配各级传动比.63.4计算传动装置的运动和动力参数.73.5传动件的设计计算 .83.51V 带传动设计计算 .83.62中速轴的设计 .103.63低速轴的设计 .103.64精确校核轴的疲劳强度 .103.7滚动轴承的选择及计算 .103.71高速轴的轴承 .103.72中速轴的轴承 .103.73低速轴的轴承 .103.8键联接的选择及校核计算 .103.9联

2、轴器的选择 .103.61高速轴的设计 .113.63低速轴的设计 .183.7滚动轴承的选择及计算 .253.72中速轴的轴承 .253.73低速轴的轴承 .250/353.8 键联接的选择及校核计算253.71 高速轴的轴承253.72 中速轴的轴承273.73 低速轴的轴承293.8 键联接的选择及校核计算313.9 联轴器的选择31四、课设总结21/35一、减速器设计任务及分析1.1 零件的用途及基本原理带式输送机带式输送机 (belt conveyor) 又称胶带输送机，广泛应用于家电、电子、电器、机械、烟草、注塑、邮电、印刷、食品等各行各业，物件的组装、检测、调试、包装及运输等。线

3、体输送可根据工艺要求选用：普通连续运行、节拍运行、变速运行等多种控制方式；线体因地制宜选用：直线、弯道、斜坡等线体形式 输送设备包括：皮带输送机也叫带式输送机或胶带输送机等，是组成有节奏的流水作业线所不可缺少的经济型物流输送设备。皮带机按其输送能力可分为重型皮带机如矿用皮带输送机，轻型皮带机如用在电子塑料，食品轻工，化工医药等行业。皮带输送机具有输送能力强，输送距离远，结构简单易于维护，能方便地实行程序化控制和自动化操作。运用输送带的连续或间歇运动来输送 100KG 以下的物品或粉状、颗状物品，其运行高速、平稳，噪音低，并可以上下坡传送。工作原理带式输送机主要由两个端点滚筒及紧套其上的闭合输送

4、带组成。带动输送带转动的滚筒称为驱动滚筒（传动滚筒）；另一个仅在于改变输送带运动方向的滚筒称为改向滚筒。驱动滚筒由电动机通过减速器驱动，输送带依靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力拖动。驱动滚筒一般都装在卸料端，以增大牵引力，有利于拖动。物料由喂料端喂入，落在转动的输送带上，依靠输送带摩擦带动运送到卸料端卸出。联轴器的作用 :是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转并传递扭矩，部分联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接，是机械产品轴系传动最常用的连接部件。常用联轴器有膜片联轴器，齿式联轴

5、器，梅花联轴器，滑块联轴器，鼓形齿式联轴器，万向联轴器，安全联轴器，弹性联轴器及蛇形弹簧联轴器。2/35V 带传送机理：该工作机有轻微振动，由于V 带有缓冲吸振能力，采用V 带传动能减小振动带来的影响，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用V 带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。减速器部分两级展开式圆柱齿轮减速，这是两级减速器中应用最广泛的一种。齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度。高速级齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均现象。原动机部分为Y 系列三相交流?异步电动机 ?总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，

6、适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高同轴式二级减速器：同轴式减速器的输入轴与输出轴在同一轴线上，箱体较短，但箱体内须设置轴承支座，使箱体轴向尺寸增大，中间轴加长，结构变得复杂。减速器轴向尺寸和重量较大，高速级齿轮的承载能力难于充分利用。中间轴承润滑困难。中间轴较长，刚性差，载荷沿齿宽分布不均匀。由于两伸出轴在同一轴线上，在很多场合能使设备更为方便。1.2 零件设计任务设计一用于带式运输机上同轴式二级圆柱齿轮减速器1. 总体布置简图2. 工作情况工作平稳、单向运转3/353.原始数据运输机卷筒运输带卷筒直径带速允许使用年限工作制度扭矩（ N?m）速度（ mm）偏差（

7、 %）（年）（班 / 日）（ m/s ）18001.230051024. 设计内容(1) 电动机的选择与参数计算(2) 斜齿轮传动设计计算(3) 轴的设计(4) 滚动轴承的选择(5) 键和联轴器的选择与校核(6) 装配图、零件图的绘制(7) 设计计算说明书的编写1.3 零件的工艺分析4/35二、项目组织与分工我们是根据自己的特长，结合彼此间的优势互补而组成的，大家态度认真，分工明确，互帮互助，相互探讨，积极准备，团结一致，大家都积极完成自己的分工， 总之，整个过程中大家统筹兼顾， 具体分工如下表：姓名学号职位职责杨洋6136206组长对项目进行总体的安排与分工，主要承担螺栓的Pw6.38 kW

8、设计计算部分，以及任务书的打印和递交冯秀霞6136232组员资料的搜集和绘制螺栓的工作图湛小雪61361组员写零件课程设计任务书以及最后的排版及打印刘月洋6136207组员资料的搜集和绘制螺栓的工作图三、课程设计3.1 总体设计方案当速比分配适当时，两对齿轮浸入油中深度大致相同。减速器轴向尺寸和重量较大，高速级齿轮的承载能力难于充分利用。中间轴承润滑困难。中间轴较长，刚性差，载荷沿齿宽分布不均匀。传动方案的确定要求：运输机连续工作，单向运转，载荷较平稳，空载起动，输送带速度为 1.2m/s ，允许误差± 5%，每天两班制工作， 载荷平稳， 环境要求清洁 ,每年按 360 个工作日计算

9、， 使用期限 10 年。如同任务书布置简图所示，传动方案采用V 带加同轴式二级圆柱齿轮减速箱，采用V 带可以起到缓冲吸振和过载保护作用；同轴式可使减速器横向尺寸较小。齿轮相对于轴承位置不对称，当轴产生弯曲变形时，在和在齿宽上分布不均匀，因此，轴应设计得具有较大的刚度，并尽量使高速级齿轮远离输入端。高速级可制成斜齿，低速级可制成直齿。总体设计方案设计二级减速器步骤如下：1.由于该减速机为皮带传动滚筒用的减速机故不需要设计为立式结构，可采用卧式减速器的型式进行设计。2.行星传动减速器结构虽然紧凑，但成本也高，故在本次设计中不考虑采用，而锥齿轮及蜗杆传动型式的输入输出轴垂直，这样与传动滚筒配合起来布

10、置不够紧凑，而且加工起来也较困难，故拟采用圆柱齿轮传动。0.8417Pd7.58kWPed11kW5/353.2 电动机的选择由于本传动的工作状况是：载荷平稳、单向运转，调速范围宽。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比，减小振动和噪声，提高运转效率，所以选用 Y 系列封闭式三相异步电动机。卷筒轴所需功率pwFV1000TV14.4kwD20.955，滚动轴承0.9875，通过查找机械设计手册得出V 带传动12齿轮3 0.97，联轴器（弹性）40.9925，卷筒轴滑动轴承50.9552320.992530.9720.9550.9550.82014123450.9875电动机

11、的输出功率pdpw17.56kw卷筒输入轴的转速nw60V601.276.43 r minD3.140.3已知 V 带传动的传动比为 i12 - 4 ，二级同轴式直齿圆柱齿轮减速器的传动比i 27.1- 50所以，电动机转速的可选范围：ndnwi2r76.43 (7.1 50)542.6 3821.5 / min暂取值为 1000选电动机型号为Y200L1-6，同步转速1000r/min ，满载转速970r/min ，额定功率18.5Kw电动机外形尺寸中外形尺寸底脚安装底脚螺轴伸键联接心L1(b2 / 2b1 ) h尺寸栓直径尺寸部分尺寸高A BKD×EF×CDH20077

12、0(420 / 2305) 480318× 3051955× 11016× 103.3 计算传动装置总传动比和分配各级传动比6/35理论总传动比i总97012.6976.433 ，则二级圆柱齿轮减速器的传动比分配各级传动比取 V 带传动的传动比 i1i2i3i总12.69i14.233而二级同轴式圆柱齿轮减速器内部两组齿轮传动为同级传动，故i2i3i2 i3 2.06所得 i 2 和 i 3 符合一般圆柱齿轮传动和二级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。3.4 计算传动装置的运动和动力参数3.41 确定各轴转速首先定义电动机轴为0 轴，减速器高速轴为轴，中速轴为轴，低

13、速轴为轴根据公式 ni 1ni可得ii(i1)n0970r / minn1n0970i323.33r / min3n2n1323.33156.96r / minn3n2156.9676.19r / mini22.06i32.063.42 确定各轴输入功率p0pd17.56kw高速轴 P1Pd117.560.955 16.769Kw中间轴 P2P12316.769 0.9875 0.97 16.063Kw低速轴 PP2316.0630.98750.9715.386Kw323.43 确定各轴输出转矩由于电机输出转矩T0Td9.55 103Pd9.55 103 17.56 172.88N mnd97

14、0所以各轴的输出转矩T19.55103P19.55 10316.769495.296Nmn1323.33T29.55103P29.5510316.063977.329Nmn2156.96T39.55103P39.5510315.3861928.550 N mn376.19带式传动装置的运动和动力参数如下表所示7/35轴 名功率 P/转矩 T/转速 n/传动比 iKwNmr/min电 机 轴17.56172.8897012.69高速轴16.769495.296323.33中速轴16.063977.329156.962.06低速轴15.3861928.55076.193.5 传动件的设计计算3.5

15、1V 带传动设计计算3.511 确定计算功率由于是带式运输机，功率<18.5kw ，轻载启动，每天两班工作，载荷变动较小，查阅机械设计基础表31-7 可得，工作情况系数K A1.1根据公式 PcK AP 可知，计算载荷 PcK A P1.1 18.520.35kw ，其中 P 为所传递的额定功率。3.522 选择 V 带型号所以根据计算载荷Pc 和小轮的转速n0 在机械设计基础 图 31-15 中可以查得该V 带为普通带 B 型。3.523 确定带轮直径和带速已知带轮越小，带的弯曲应力越大，因此小带轮的直径不能太小，至少保证带轮直径dd 1dd min ，查阅机械设计基础表31-3 ，根

16、据已知的带型和小带轮转速，选择dd 1200mm根据公式v1dd 1n0验算带的速度，601000v1dd 1n03.142009706010006000010.153 m s所得 v 值介于 525m/s 之间，因此带速设计合理。根据公式 dd 2 i1dd1 可得大带轮的基准直径为dd 2i1dd 13 200600mm3.524 确定 V 带传动的中心距和带的基准长度根据公式（）（）0.5 dd 1dd 2a02 dd 1 dd 2 ，初定中心距 a0600mm再根据带传动的几何关系，由公式（dd 2212a0（dd1 dd 2）dd1）求出基准长度12680mm，根据机械设计Ld4a0

17、Ld28/35手册表13-1-4，选取和 L1d2680mm 相近的基准长度Ld 2800mm由于 V 带传动的中心距一般是可以调整的，可以进行近似计算，即aa0Ld L1d2800 - 2680660mm26002考虑到安装调整和补偿初拉力的需要，中心距的变化范围为:amina0.015Ld660 - 0.015 2800 618mmamaxa0.03Ld660 0.03 2800744mm3.525 验算主动轮的包角一般小带轮的包角应该不小于120°，小带轮的包角应为1180- 2180- dd2dd157.3145.27 >90° °a3.526 确定

18、带的根数因为单根 V 带的基本额定功率P 是在特定条件下由实验得到的，当带的实际工作情况与特定的条件不同时，需要对P 进行修正，修正后的单根V 带所能传递的额定功率P （P0P0）ka kl根据 dd1200mm 和 n0970r / min ，查机械设计基础表31-3 可得 P03.85kw再根据 i=3，B 型带， n0970r / min ，查机械设计基础表31-4 可得 P00.28kw根据包角值，查机械设计手册表13-1-22 可得包角系数k =0.91 ，根据基准长度Ld2800mm，查机械设计手册表13-1-23 可得长度系数 kl =1.04所以P（PP） k k（）kw00a

19、 l3.85 0.28 0.91 1.043.9086 已知计算载荷Pc20.35kwV 带的根数由公式 zpc20.355.20610 ，并且 z 值介于 37 之间，综合可得 p3.9086z=5。3.527 确定带的初拉力F0其中的单位长度质量l 由机械设计手册表13-1-24 可得 l 0.17对于 V 带传动，单根带的初拉力为F0500 Pc（ 2.51）l v 250020.35（ 2.5 -1） 0.17 10.153 2367.73Nv1z k10.1535 0.919/35由于新带容易松弛，因此安装新带时的预紧力应为上述的初拉力的1.5 倍。3.528 确定传动带作用在轴上的

20、压轴力FQ根据公式 FQ2zF0 sin 12 5367.73 sin 145.273509.7N223.62中速轴的设计3.63低速轴的设计3.64 精确校核轴的疲劳强度3.7 滚动轴承的选择及计算3.71 高速轴的轴承3.72 中速轴的轴承3.73 低速轴的轴承3.8 键联接的选择及校核计算3.9 联轴器的选择设计计算及说明结果10/353.6 轴的设计计算3.61高速轴的设计(1) 高速轴上的功率、转速和转矩转速（ r / min ） 高速轴功率（ kw ） 转矩 T（ Nm ）486.6710.56207.22(2) 作用在轴上的力已知高速级齿轮的分度圆直径为d =98.75 mm ，

21、根据机械设计 （轴的设计计算部分未作说明皆查此书）式(10-14) ，则Ft2T2207.223658 .55Nd113.28 10 3Ft3658.55 NFttanntg 20Fr3658 .55Fr1371.37 Ncos1371.37 Ncos13 33 55Fa907.51NFaFttan3658 .55tg 20 907.51 NFp1936.4NFp1936.4N(3) 初步确定轴的最小直径先按式 (15-2) 初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45 钢，调质处理。根据表 15-3，取 A0 112,于是得dA0 3P112 310.5431.21mmn486.67因为 d10

22、0mm，轴上有一个键槽，所以增大 5%dmin（）31.211.05 32.77mmd10.05取 d 35mm(4) 轴的结构设计d min32.77mm1 ）拟订轴上零件的装配方案（如图）11/352）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足 V 带轮的轴向定位， -轴段右端需制出一轴肩，故取 -段的直径 d- =37mm 。V 带轮与轴配合的长度 L1=99mm ，为了保证轴端档圈只压在V 带轮上而不压在轴的端面上，故 -段的长度应比 L1 略短一些，现取L - =95mm 。初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据d- =

23、37mm，由轴承产品目录中初步选取0 基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30308，其尺寸为 d× D×T=40mm× 90mm × 25.25mm ，故 d - =d -=40mm ；而 L - =24+24=48mm ， L - =15mm 。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得30308 型轴承的定位轴肩高度h=5mm ，因此，套筒左端高度为5mm ， d - =50mm 。取安装齿轮的轴段- 的直径 d=45mm ，取 L=115mm 齿轮的左端与左端 - - 轴承之间采用套筒定位。轴承端盖的总宽度为36mm（由减速器及轴承端盖

24、的结构设计而定） 。根据轴承端盖的装拆，取端盖的外端面与V 带轮右端面间的距离L=24mm，故取 L- =60mm 。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3 ）轴上零件的轴向定位V 带轮与轴的周向定位选用平键10mm × 8mm × 80mm ，V 带轮与轴的配合为H7/r6 ；齿轮与轴的周向定位选用平键14mm × 9mm × 90mm ，为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6 ；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6 。4 ）确定轴上圆角和倒角尺寸参考表 15-2 ，取轴端倒角 1.

25、2 45 ，各圆角半径见图轴段编号长度（ mm ） 直径（ mm ）配合说明 -9535与 V 带轮键联接配合 -6037定位轴肩 -4840与滚动轴承 30307 配合，套筒定位 -11545与小齿轮键联接配合 -1550定位轴环 -2640与滚动轴承 30307 配合总长度359mm（ 1）求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承支点位置时，从手册中查取a值。对于30307 型圆锥滚子轴承，由手册中查得a=19.5mm 。因此，轴的支撑跨距为 L1=129mm， L2+L3=83.5+76.5=160mm 。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭

26、矩图可以看出截面C 是轴的危险截面。先计算出截面C 处的 M H、 M V 及 M 的值列于下表。结果12/3512983.576.5设计计算及说明结果13/35载荷水平面 H垂直面 V支反力FNH 11749N ， FNH 21909NFNV 12964N ， FNV 2 2398NFC 截面M HFNH 2L3 14638NmmM VFNV 2L3M a弯矩 M203865 Nm m总弯矩M maxM H2M V2146038 2203865 2250775 Nmm扭矩T207220 Nmm（ 2） 按弯扭合成应力校核轴的强度根据式 (15-5) 及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力

27、，取0.6 ，轴的计算应力caM 2(T ) 225077520.6207220 230.72MpaW0.1 453Mpa已选 定轴的材料为 45Cr，调 质处理。由表 15-1查得 -1 70MPa 。 因此ca-1 ，故安全。3.62中速轴的设计中速轴上的功率、转速和转矩转速（ r / min ） 中速轴功率（ kw ） 转矩 （T Nm ）140.6510.14688.49(1) 作用在轴上的力已知高速级齿轮的分度圆直径为d1396.49mm ，根据式 (10-14)，则Ft 12T2688.493472.92 Nd396.49 10 3Fr1Fttann3472 .92tg 20130

28、1 .79 Ncoscos13 33 55Fa1Fttan3472.92tg 201264 .04 N已知低速级齿轮的分度圆直径为d 2113.28mm ，根据式 (10-14)，则ca30.72Mpa安全Ft13472.92NFr 11301.79NFa11264.04N设计计算及说明结果14/352688.4912155 .54 NFt 210 3113.28Fttann12155 .54tg 20Ft 212155.54NFr 24555.89 Ncoscos13 33 55Fr 24555.89NFa 2Fttan12155 .54tg 204424.25 NFa 24424.25N(

29、2) 初步确定轴的最小直径先按式 (15-2) 初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45 钢，调质处理。根据表 15-3，取 A0 112,于是得d A03 P112 310.1446.61mmn140.65因为 d100mm，轴上有一个键槽，所 以增大 5%d min 48.94mmdmin（）46.611.05 48.94mmd 10.05(3)轴的结构设计1）拟订轴上零件的装配方案（如图）2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。 参照工作要求并根据d - =d -=50mm ，由轴承产品目录中初步选取标准精度级的单列圆锥滚子轴承30310，其尺寸为d× D× T=50mm× 110mm × 29.25mm ，故 L-=L - =29+20=49mm 。两端滚动轴承采用套筒进行轴向定位。由手册上查得30310 型轴承的定位轴肩高度h=5mm ，因此，左边套筒左侧和右边套筒右侧的高度为 5mm 。取安装大齿轮出的轴段 -的直径 d - =50mm ；齿轮的左端与左端轴承之间采用套筒定位。为了使大齿轮轴向定位，取 d - =66mm ，又由于考虑到与高、低速轴的配合，取 L - =110mm。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。设计计算