带式输送机减速器设计

1、带式输送机设计说明书二级锥齿轮减速器设计 起止日期：2012 年 12月 24 日 至 2013 年 1 月 6 日学 生 姓 名 班 级 学 号 成 绩 指 导 教 师（签 字） 机械工程学院 2012年12月20日 37湖南工业大学学年论文任务书20122013学年第一学期 机械工程 学院（系、部） 机械工程及其自动化 专业 机工1002 班级课程名称： 机械设计 设计题目： 二级锥齿轮减速器 起止日期：自 2012 年 12 月 24 日至 2013 年 1 月 6 日共 2 周内容及任务一、 设计任务:二级锥齿轮减速器二、设计的主要技术参数运输带工作拉力（F/N） 运输带工作速度（m/

2、s）卷筒直径（mm）65500.65320工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载起动，使用期10年，小批量生产，二班制工作，运输带速度允许误差为5%。三、设计工作量设计计算说明书一份, 零件图3张A3图纸, 装配图1张A0图纸进度安排起止日期工作内容2012.12.242012.12.25设计方案分析，电动机选择，运动和动力参数设计 2012.12.262013.1.1齿轮及轴的设计 2013.1.22013.1.3轴承及键强度校核，箱体结构及减速器附设计 2013.1.4 2013.1.6零件图和装配图绘制主要参考资料1、机械设计银金光，刘扬主编， 清华大学出版社2. 机械设计课程设计银金光

3、，刘扬主编， 清华大学出版社目 录一 课程设计任务书 2二 设计要求 2三 设计步骤 1. 传动装置总体设计方案 42. 电动机的选择 53. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 64. 计算传动装置的运动和动力参数 65. 齿轮的设计 76. 滚动轴承和传动轴的设计 197. 键联接设计 268. 箱体结构的设计 349.润滑密封设计 35 四 设计小结 31机械设计课程设计任务书设计题目：带式运输机圆锥圆柱齿轮减速器设计内容：（1）设计说明书（一份）（2）减速器装配图（1张）（3）减速器零件图（不低于3张系统简图：原始数据：运输带拉力 F=6550N，运输带速度 ，滚筒直径 D=320mm

4、 工作条件：连续单向运转，载荷较平稳，两班制。环境最高温度350C；允许运输带速度误差为±5%，小批量生产。设计步骤设计计算及说明结果(一) 电动机的选择1. 计算带式运输机所需的功率：P=4.26kw2. 各机械传动效率的参数选择：=0.99（弹性联轴器）， =0.98（圆锥滚子轴承），=0.96（圆锥齿轮传动），=0.97（圆柱齿轮传动），=0.96（卷筒）.所以总传动效率：= = =0.8083. 计算电动机的输出功率：=kw5.27kw4. 确定电动机转速：查表选择二级圆锥圆柱齿轮减速器传动比合理范围 =825，工作机卷筒的转速=38.81 r/min ，所以电动机转速范围为

5、 。则电动机同步转速选择可选为 750r/min，1000r/min，1500r/min。考虑电动机和传动装置的尺寸、价格、及结构紧凑和 满足锥齿轮传动比关系（），故首先选择750r/min，电动机选择如表所示设计计算及说明结果 表1型号额定功率/kw满载转速r/min轴径D/mm伸出长E/mm启动转矩最大转矩额定转矩额定转矩Y160M2-85.5715421102.02.0(二) 计算传动比：1. 总传动比：2. 传动比的分配：，,=3.77(三) 计算各轴的转速： 轴 轴 轴 (四) 计算各轴的输入功率： 轴 轴 轴 =4.9×0.98×0.97=4.66kw 卷筒轴

6、(五) 各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩故轴 6.97轴 设计计算及说明结果轴 卷筒轴 高速轴齿轮设计 -直齿圆锥齿轮设计1.选择齿轮材料、热处理方法、齿数（1）选择齿轮材料与热处理根据工作条件，一般用途的减速器可采用闭式软齿面传动。查表7-1取：小齿轮材料为40Gr钢，调质处理，硬度HBS1=260；大齿轮材料为45钢，调质处理，硬度 HBS2=230；两齿轮齿面硬度差为30HBS，符合软齿面传动的设计要求。（2）选齿数取，2.确定材料许用接触应力（1）确定接触疲劳极限，由图7-18（a）查MQ线得，（2）确定寿命系数，由已知条件，取（3）确定尺寸系数，由图7-20查得（4）确定安全系数，由

7、表7-8取=1.05（5）计算许用接触应力，按式(7-20)计算得3.根据设计准则，按齿面接触疲劳强度设计按式（7-35）计算接触强度，其公式为设计计算及说明结果确定上式中的各计算数值如下：（1）试选载荷系数=1.5（2）选取齿宽系数=0.3（3）由表7-5得材料的弹性影响系数（4）由图7-14确定节点区域系数=2.5（5）试算所需小齿轮直径d1t4.确定实际载荷系数K与修正所计算的分度圆（1）确定使用系数，按电动机驱动，载荷平稳，查表-2取=1（2）确定动载系数 计算平均圆周速度查表7-7，7级精度，由齿轮的速度与精度查图7-8得1.19。（3）确定齿间载荷分配系数锥距齿宽初定=0.3

8、15;279.4=83.83 mm圆周力计算单位载荷计算由表7-11查得=1.2。（4）确定齿向载荷分布系数由表7-12取=1.1，有效工作齿宽，按式（7-34）计算得（5）计算载荷系数（6）按实际载荷系数修正所算的分度圆直径，由式（7-12）计算得（7）试算模数 设计计算及说明结果5.齿根弯曲强度计算 按式（7-38）计算弯曲强度，其公式为确定上式中的各计算数值如下：（1）由图7-21（a）确定弯曲极限应力值，取，（2）由已知条件取弯曲疲劳寿命系数（3）由表7-8确定弯曲疲劳安全系数，查得（4）由图7-23确定尺寸系数，得（5）按式（7-22）计算弯曲强度许用应力得（6）确定齿形系数 、计算

9、分度圆锥角 计算当量齿数、为查图7-16取，（7）确定应力校正系数，根据、由图7-17查得，（8）计算大小齿轮的值，设计计算及说明结果大齿轮的数值大。（9）将以上各值代入公式计算得mm由于齿轮的模数的大小主要取决于弯曲强度，所以将计算出来的3.27按表7-9圆整为m=3。再根据接触疲劳强度计算出的分度圆直径=130mm，协调相关参数与尺寸为，取锥齿轮分度圆直径为， b1=80 b2=74这样设计出来的齿轮能在保证满足弯曲强度的前提下，取较多的齿数，做到结构紧凑，减少浪费，且重合度增加，传动平稳。锥齿轮详细参数：齿轮12锥角11.5678.44法面模数33齿数44212分度圆直径132636齿宽

10、8074锥距279.4传动比4.89设计计算及说明结果低速级齿轮设计 -圆柱斜齿轮设计齿轮3.4设计计算1.选择齿轮材料、热处理方法、精度等级及齿数（1）选择齿轮材料与热处理 根据工作条件，一般用途的减速器可采用闭式软齿面传动。查表7-1取小齿轮材料为40Gr钢，调质处理，硬度HBS1=260；大齿轮材料为45钢，调质处理，硬度 HBS2=230；两齿轮齿面硬度差为30HBS，符合软齿面传动的设计要求。表7-1 齿轮常用材料及其力学性能材料牌号热处理材料力学性能/MPa硬 度应 用 范 围HBSHRC45正火580290162217一般传动调质650360217255表面淬火4050小型闭式传

11、动，重载有冲击40MnB调质750500240280中低速、中载齿轮42SiMn调质750470217289表面淬火4555重载、有冲击40Cr调质700500241286一般传动表面淬火4855重载、有冲击20Cr渗碳、淬火6353905662冲击载荷20CrMnTi渗碳、淬火1080835566238CrMoAlA调质、氮化1000850229氮化HV>850无冲击载荷ZG310-570正火569314163207低速重载HT300300187255低速中载、无冲击QT500-5正火500300147241代替铸钢夹布胶木1002535高速轻载设计计算及说明结果2）选择齿轮的精度此减

12、速器为一般工作机，速度不高，参阅表7-7，初定为8级精度。表7-7齿轮的精度等级的适用范围齿轮精度圆柱齿轮的线速度（m/s）锥齿轮的线速度（m/s）直齿轮斜齿轮直齿曲齿5级及以上153012206级153012207级10158108级61047（3）初选齿数取=24，2.确定材料许用接触应力（1）确定接触疲劳极限，由图7-18（a）查MQ线得，（2）确定寿命系数小齿轮循环次数大齿轮循环次数设计计算及说明结果由图7-19查得（3）确定尺寸系数，由图7-20取（4）确定安全系数，由表7-8取=1.05（5）计算许用接触应力，按式(7-20)计算，得 设计计算及说明结果表7-8 最小安全系数参考值

13、可靠度要求齿轮使用场合最小安全系数SHminSFmin高可靠度特殊工作条件下要求可靠度很高的齿轮1.51.62.0较高可靠度长期运转和较长的维修间隔；齿轮失效会造成严重的事故和损失1.251.31.6一般可靠度通用齿轮和多数工业齿轮1.01.11.253.根据设计准则，按齿面接触疲劳强度设计齿面接触强度按式（7-25）计算，其公式为确定上式中的各计算数值如下：（1） 初定螺旋角=15°，并试选载荷系数=1.3（2）计算小齿轮传递的转矩（3）确定齿宽系数，由表7-6选取齿宽系数=0.8（4）确定材料弹性影响系数，由表7-5查得（5）确定节点区域系数，由图7-14得=2.43（6）确定重

14、合度系数由式（7-27）可得端面重合度为轴面重合度 设计计算及说明结果因1，由式（7-26）得重合度系数（7）确定螺旋角系数（8）试算所需小齿轮直径取d1t=242mm4.确定实际载荷系数与修正所计算的分度圆直径（1）确定使用系数，按电动机驱动，载荷平稳，查表-2取=1（2）确定动载系数计算圆周速度 故前面取8级精度合理，由齿轮的速度与精度查图7-8得1.11（3）确定齿间载荷分配系数齿宽初定=0.6×242=145mm计算单位宽度载荷值为查表7-3取=1.4（4）确定齿向载荷分布系数，由表7-4得（5）计算载荷系数（6）按实际载荷系数修正所算的分度圆直径，由式（7-12）得设计计算

15、及说明结果（7）计算模数6mm5.齿根弯曲疲劳强度计算 由式（7-28）得弯曲强度的设计公式为，确定上式中的各计算数值如下：（1）由图7-21（a）取，2）由图7-22查得弯曲疲劳寿命系数设计计算及说明结果（3）由表7-8查得弯曲疲劳安全系数表7-8 最小安全系数参考值可靠度要求齿轮使用场合最小安全系数SHminSFmin高可靠度特殊工作条件下要求可靠度很高的齿轮1.51.62.0较高可靠度长期运转和较长的维修间隔；齿轮失效会造成严重的事故和损失1.251.31.6一般可靠度通用齿轮和多数工业齿轮1.01.11.25（4）由图7-23得尺寸系数（5）由式（7-22）得许用弯曲应力（6）确定计算

16、载荷初步确定齿高 =2.25=2.25×6=13.5，=0.8×145/13.5=8.59查图7-12得=1.23,计算载荷设计计算及说明结果（7）确定齿形系数当量齿数为 ，由图7-16查得（8）由图-17查得应力校正系数 ，设计计算及说明结果（9）计算大小齿轮的值，大齿轮的数值大。（10）求重合度系数端面压力角 基圆螺旋角的余弦值为当量齿轮端面重合度，由式（7-30）得按式（7-30）计算（11）由图7-25得螺旋角影响系数（12）将上述各值代入公式计算，得由于齿轮的模数的大小主要取决于弯曲强度，所以将计算出来的1.157按国标取为=1.25。并根据接触强度计算出的分度圆

17、直径=70mm，协调相关参数与尺寸为：， 取这样设计出来的齿轮能在保证满足弯曲强度的前提下，取较多的齿数，做到结构紧凑，减少浪费，且重合度增加，传动平稳。设计计算及说明结果6.齿轮几何尺寸计算(1）中心距 把中心距圆整成216mm。(2）修正螺旋角 螺旋角变化不大，所以相关参数不必修正。(3）分度圆直径 (4）确定齿宽 ，取b2=70mm ，b1=80mm7.齿轮各部分详细尺寸汇总齿轮34分度圆直径d145536模数Mn1.251.25齿数Z112414齿宽b8070中心距a340螺旋角1515旋向左右设计计算及说明结果设计轴的尺寸并校核（一）轴材料选择和最小直径估算 轴采用材料45钢，进行调

18、质处理。则许用应力确定的系数103，取高速轴 ，中间轴，低速轴。按扭转强度初定该轴的最小直径 ，即： 。当轴段截面处有一个键槽，就将计数值加大5%7%，当两个键槽时将数值增大到10%15%。1. 高速轴：，因高速轴安装联轴器有一键槽，则：26.23mm。对于连接电动机和减速器高速轴的联轴器，为了减少启动转矩，其联轴器应具有较小的转动惯量和良好的减震性能，故采用LX型弹性柱销联轴器（GB/T50142003）。1) 联轴器传递的名义转矩=9550计算转矩 （K为带式运输机工作系数，K=1.251.5, 取K=1.5 ）。2) 根据步骤1、2 和电机直径d电机= 42 mm，则选取LX3型联轴器。

19、其中：公称转矩，联轴器孔直径 d=（30、32、35、38、40、42、45、48）满足电机直径d电机= 42 mm。3) 确定轴的最小直径。根据d轴=（0.81.2）d电机，所以。取2. 中间轴：。该处轴有一键槽，则：，另考虑该处轴径尺寸应大于高速级轴颈处直径，取 。设计计算及说明结果3.低速轴：。考虑该处有一联轴器和大斜齿圆柱齿轮，有两个键槽，则：，取整：。（二）轴的结构设计 根据轴上零件的结构、定位、装配关系、轴向宽度及零件间的相对位置等要求，参考表4-1、图4-24（机械设计课程设计第3版哈尔滨理工大学出版社），初步设计轴草图如下A. 高速轴的结构设计高速轴轴系的结构如图上图所示。1)

20、 各轴段直径的确定：最小直径，安装与电动机相连联轴器的轴向外伸轴段，。 ：根据大带轮的轴向定位要求以及密封圈标准，取45mm设计计算及说明结果3.轴承处轴段，根据圆锥滚子轴承30210 确定轴径50mm4.轴环段取60mm5.轴承处根据轴承取50mm6.小锥齿轮处取40mm2) 轴各段长度1. 由选择的联轴器取60mm2. 由箱体结构、轴承端盖、装配关系等确定40mm3. 由圆锥滚子轴承确定20mm4. 由装配关系、箱体结构确定110mm5. 由圆锥滚子轴承确定20mm6. 由套筒及小锥齿轮确定63mmB. 中间轴直径长度确定设计计算及说明结果1）初步选定圆锥滚子轴承，因轴承同时承有径向力和轴

21、向力的作用，故选单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据=40mm，由课程设计表12.4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选用型号为30209，其主要参数为：d=45，D=85，T=20.75mm,B=19mm,C=16mm,所以取其直径45mm。 2）因为安装小斜齿轮为齿轮轴，其齿宽为80mm，直径为77.006mm，所以长80mm直径77.006mm。 3)轴的轴环段直径60mm，长10mm。C. 输出轴长度、直径设置。1）初步选定圆锥滚子轴承，因轴承同时承有径向力和轴向力的作用，故选单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据=40mm，由课程设计表12.4轴承产品目录

22、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选用型号为30209，其主要参数为：d=45，D=85，T=20.75mm,B=19mm,C=16mm,所以取其直径45mm。 2）因为安装大斜齿轮，其齿宽为75mm，所以长75mm直径50mm。 3)轴的轴环段直径60mm，长10mm。 4）过渡轴直径50mm 长度58mm 5）轴承端直径45mm，长度42mm 6）箱盖密封轴直径40，长度35mm 7)选择联轴器的直接35mm，长度60mm。设计计算及说明结果二、 轴的校核(中间轴)(一) 轴的力学模型建立设计计算及说明结果(二) 计算轴上的作用力大锥齿轮2：圆周力 径向力 轴向力 斜小圆

23、齿3：圆周力 径向力 轴向力 (三) 计算支反力1. 计算垂直面支反力（XZ平面）如图由绕支点A的力矩和 则：同理：.则 ，计算无误。1. 计算水平面支反力（XY平面）与上步骤相似，计算得： ，设计计算及说明结果(四) 绘扭矩和弯矩图1. 垂直面内弯矩图如上图。 C处弯矩 左= D处弯矩 2. 绘水平面弯矩图，如图所示. C处弯矩： D处弯矩： 3. 合成弯矩图 如图 C处最大弯矩值 ：D处最大弯矩值： 1. 转矩图 2. 弯扭合成强度校核进行校核时，根据选定轴的材料45钢调质处理。由所引起的教材151查得轴的许用应力应用第三强度理论而C处采用的齿轮轴，D处直径50mm，远大于计算尺寸。故强度

24、足够。设计计算及说明结果(五) 安全系数法疲劳强度校核对一般减速器的转轴仅适用弯扭合成强度校核即可，而不必进行安全系数法校核。1. 判断危险截面对照弯矩图、转矩图和结构图，从强度、应力集中方面分析，因C处是齿轮轴，故C处不是危险截面。D截面是危险截面。需对D截面进行校核。2. 轴的材料的机械性能根据选定的轴的材料45钢，调质处理，由所引用教材表151查得：。取3. D截面上的应力因D截面有一键槽，。所引：抗弯截面系数抗扭截面系数弯曲应力幅，弯曲平均应力；扭转切应力幅，平均切应力。4. 影响系数D截面受有键槽和齿轮的过盈配合的共同影响，但键槽的影响比过盈配合的影响小，所以只需考虑过盈配合的综合影

25、响系数。由教材表38用插值法求出：，取，轴按磨削加工，由教材附图34求出表面质量系数：。故得综合影响系数：设计计算及说明结果 5. 疲劳强度校核轴在D截面的安全系数为：取许用安全系数，故C截面强度足够。设计计算及说明结果滚动轴承的选择及计算1. 输入轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计课程设计表15-3中初步选取，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30210，其尺寸为，载荷水平面H垂直面V支反力F则则则，则 则故合格。设计计算及说明结果2. 中间轴滚动轴承计算初步选择滚动轴承，由机械设计课程设计表15-3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30209，其尺寸为 ， 载荷水平面H

26、垂直面V支反力F则则则，则 则故合格设计计算及说明结果3.输出轴设计计算由机械设计课程设计表15-3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30215，其尺寸为键联接的选择及校核计算1. 输入轴键计算校核联轴器处的键连接，该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为： ，故单键即可。2. 中间轴键计算校核联轴器处的键连接，该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为： ，故单键即可。3. 输出轴键计算校核圆柱齿轮处的键连接，该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为： ，故单键即可。设计计算及说明结果联轴器的选择在轴的计算中已选定联轴器型

27、号。1. 输入轴选HL1型弹性柱销联轴器，其公称转矩为160000，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为38mm。2. 输出轴选选HL5型弹性柱销联轴器，其公称转矩为2000000，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度为142mm。润滑与密封齿轮采用浸油润滑，由机械设计课程设计表20-3查得选用CKC68中负荷工业齿轮油。当齿轮圆周速度时，圆锥齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离3060mm。由于大圆锥齿轮，可以利用齿轮飞溅的油润滑轴承，并通过油槽润滑其他轴上的轴承，且有散热作用，效果较好。密封防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。设计主要尺寸及数据 表11-1铸铁减速器机体机构尺寸计算表设计计算及说明结果名称符号尺寸关系结果