(交通运输)带式运输机圆锥圆柱齿轮减速器设计

1、（交通运输）带式运输机圆锥圆柱齿轮减速器设计2020年4月机械设计课程设计设计题目：带式运输机圆锥一圆柱齿轮减速器学院：专业:班级：姓名:学号：成绩:指导老师： 职称:设计时间：年0£月01_日至年0£月理日年月日目录一、 设计任务书3二、电机的选择计算 4三、运动和动力参数的计算4四、传动零件的设计计算 51、闭式直齿轮圆锥齿轮传动的设计计算 52.闭式直齿轮圆柱齿轮传动的设计计算 9五、轴的设计计算111、减速器高速轴1的设计142、减减速器低速轴2的设计153、减速器低速轴3的设计20六、滚动轴承的选择与寿命计算 241、减速器高速 1 轴滚动轴承的选择与寿命计算 2

2、42 、减速器低速 2 轴滚动轴承的选择与寿命计算 263、减速器低速 3 轴滚动轴承的选择与寿命计算 27七、键联接的选择和验算 28八、联轴器的校核 29九、润滑油的润滑方式选择 29十、减速器箱体附件选择设计 30十一、主要设计尺寸 30十二、参考文献 34十三、小结 35机械设计任务书 设计题目 :带式运输机圆锥圆柱齿轮减速器 设计数据及其要求 :运输带拉力 F=2300N: 运输带速度 :V=1.5m/s ；滚筒直径 D=400mm 机器的工作环境 :清洁，最高温度 350C 器的载荷特性 :平稳 ;连续单向运转，两班 制，工作寿命 15 年（每年工作 300 天）。其他设计要求 :

3、1、允许带运输速度误差 士 5%;2 、小批量生产 .图 1-1工作量：1.设计说明书一份；2. 减速器装备图一张；3. 减速器零件图 13 张。、电机的选择计算1、选择电动机的类型按工作要求和工作条件选取 Y 系列三相异步电动机2、选择电动机的容量工作机所需的功率为 :（11）该公式中 pw 代表工作机所需的功率， F 代表输送带拉力，而 V 代表输送带速度。 输送带与滚筒也有传动的效率，一般 =0.96 098 ，此处由于工作条件好，载荷 平稳，取其为 0.98 ；查参考文献【 2】表 3 4知，弹性联轴器的效率 =0.99 ，一 对 7 级精度圆锥滚子轴承的效率 =0.98 ，一对滚动轴

4、承的效率 =0.99 ，闭式 7 级 精度直齿圆锥齿传动效率 =0.97=0.980.980.97=0.87 （12 ）所需电动机所需的功率Pd=Pw/=3.45/0.87=3.97kw（1 3）3, 确定电动机的转速查参考文献 2 表 4-3, 闭式圆柱齿轮传动比推荐为 35 ，闭式圆锥齿轮传动 比推荐为 23 ，则圆锥圆柱齿轮减速器的传动比 i 总=615, 而工作机卷 筒的转速为 :（14）所以电动机转速的可选范围为（15）符合这一范围的同步转速有 750r/min 和 1000r/min.现以电动机数据及计算的总传动比列于下表 1-1表 1-1方案,电机类型 ,额定功率 p/kw, 同

5、步转速 r/min, 满载转速 r/min, 电机质量 ,参考价 格（元） ,总传动比 ia1, Y123M1-6,4,1000,960,750,1433,31.40由主教材表 10 20C 查的小锥齿轮接触疲劳强度和大锥齿轮接FEI=500Mpa ， FE2=380Mpa 。，b. 计算小齿轮分度圆直径(1) 计算应力循环次数 N:N1=60njL=6096012815300=4.147(19)N2=N1/i2=27.648/3=1.382(110)(2) 查主教材图 10一19 得解除疲劳寿命系数 KHN1=0.90,KHN2=0.92, 得 取 SHmin=1.0 ，H1=HlimKHN

6、1/SHmin=6000.90=540Mpa(111)H2=HlimKHN1/SHmin=5600.93=517Mpa(1 12)H1>H2 ,.'.计算取仁H2=5460Mpac. 按齿面接触强度设计小齿轮大端模数(由于小齿轮更容易失效故 按小齿轮设计 ):z1=24 ，则 Z2=Zlil2=243=72'.'实际传动比u=Z2/Z仁72/24=3，且 u=tan2=cot1=3,2=71.565 ， 1=18.435则小圆锥齿轮的当量齿数zml=zl/cos1=24/cos18.435=25.3， m2=z2/cos2=72/cos71.565(113)=22

7、7.68(4) 表主教材表( 10-6 )，有 ZE=189.8 ，取 Kt=1.3又'T9=00N.mm , u=3 , R1=0.333计算小锥齿轮分度圆直径 :(1 14)带入数据可得(1 15)C.齿轮参数计算：(1) )计算圆周速度 :v=n1/60000=3.1452.188960/60000=2.62m/s(116)(2) 计算齿轮的动载系数 K根据 v=262 ，齿轮七级精度由文献 110-8 得g.大小锥齿轮的结构设计因为 da1<160mm, 小齿轮做成实心式结构， 因为 da2<500mm, 大齿轮做成腹板式结构。2.闭式直齿轮圆柱齿轮传动的设计计算a

8、. 选材：1 ）运输机为一般工作机，速度不高，选用七级精度:2）由文献（1）表 101，选小齿轮材料选用 40Cr ，调质处理，硬度为 280HBS 由文献（ 1 ）图 10-21d, 查得材料接触疲劳极限 Hlim1=600Mpa ，图 10 20C 查的材料弯曲疲劳极限 FEl=500Mpa 。3）由文献（1）表 10 1，选大齿轮材料选用 45 号钢，调质处理，硬度为 240HBS由文献（ 1 ）图 10-21d, 查得材料接触疲劳极限 Hlim2=550Mpa ，由文献（1）图 10 20C 查的材料弯曲疲劳极限 FE2=380Mpa 。b. 计算小齿轮分度圆直径（1） 计算应力循环次

9、数 N：Nl=60njL=6032012815300=1.382hN2=N14.46=3.09910h（2）查文献1图 10-19 得解除疲劳寿命系数 KHN1=0.98,KHN2=1.08, 得取SHmin=1.0 ，. ' .H1=HlimKHN1/SHmin=6000 .98=588Mpa （1 33）H2=HlimKHNI/SHmin=5501.08=594Mpa（134 ）H1>H2 ,.'.计算取仁H2=576Mpa（3）按齿面接触强度设计小齿轮模数 （由于小齿轮更容易失效故按小齿轮设计 ）：取齿数 Z1=20 ，则 Z2=Z1i12=204.46=89.2

10、，取 Z2=89':实际传动比u=Z2IZ仁89/20=4.45,由文献1表 11-5 有 ZE=189.8Mpa,由文献1取 Kt=1.5又 T1=38136.8 , u=4.46，由文献（1 ）表 10 7 齿宽系数 d=1（135）带入上述数据可得d. 齿轮参数计算：号 为 Y132M1-6, 其 传 递 功 率 为 4KW, 转 速 为 960r/min, 其 轴 伸 直 径 为 d=38mm 由文献( 1 )表 15-3 取 A0=103-126(1 50)由于该轴有一个键槽，故轴的直径应加大 57% ，故 d=(16.520.27)(1+57%)=17.32521.70mm

11、C.考虑I轴与电机伸轴用联轴器联接。并考虑用弹性柱销联轴器，因为电机的轴伸直径为 d=38mm, 查文献3表 8 7选取联轴器规格 LX3(Y3882， Y3060) ，工程转矩为 1250N.m, 许用转速 4700r/min 。联轴器的校核 :计算转矩为 :TC=KTK 为工作情况系数，工作机为带式运输机时， K=1.251.50 根据需要取 1.5。T 为联轴器所传递的名义转矩，即 :(151)(152)联轴器的许用转矩 Tn=1250N.m>TC=59.7N.m,许用转速 n=4700r/min>n=960r/min所以联轴器符合使用要求。d. 作用在小锥齿轮的受力：(1)

12、 圆周力 Ftl=2TI/dml=239100/65=1144.6154N(2) 径向力 Frl=Ftl -cOsI -=1144.6154tan20Cos18.435=395.009N(3) 轴向力 Fa匸Ftl- tan sin1=1144.615tan20sinl8.435=131.670Ne. 轴的结构设计(装配见装配图)图1 1(I)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和和长度根据轴各定位的要求确定轴的各段直径和长度1) 初步选定滚动轴承， 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为了便于轴承的选择和强度的要求选择，轴承产品目 录中初步选取 0

13、基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30306 。由文献【3 】 表 6-7 得 其 主 要 参 数 为 :d=30mm ， D=72mm ， T=20.75mm,B=19mm,C=16mm,da=37mm, 所以取套筒的厚度为 8mm ，另 外在上图中轴承的最左端要安装圆螺母，又要安装轴承端盖，再综合考虑取。2) 因 为 安 装 小 直 齿 轮 ， 其 齿 宽 为 75mm ， 直 径 为 70mm, 所 以 ， d=36mm,l=71mm 。3) 轴的 12 和六七段设置挡油环和套筒，其中挡油环的长度为 12.75mm, 套 筒的长度为 14.5mm, 高度为 10mm, 所以取，

14、=40mm,l=30mm 。4 )在 45 处安装大锥齿轮，大锥齿轮的宽度， ，至此，至此，已初步确定了 轴的各段直径和长度。表13,1-2,2-3,3-4,4-5,5-6,6-7 (mm),62,71,18,50,10,40D(mm),30,36,34,42,48,30(2) 轴上零件的周向定位大锥齿齿轮与轴的周向定位采用平键连接。按由文献【1 】表 6-1 查得平键截面b,键槽用槽铣刀加工，长为45mm.在45处由文献【1】表6-1查的：平键键面b ，长为 63mm 。为了保证齿轮与轴具有良好的配合的对中性，故选择齿轮轮与 轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是有过渡配合来保证的。此处选轴的

15、直径 尺寸公差为 m6 。(3) 取轴端倒角为 245 ，各轴肩处的圆角半径为 R2.f. 求垂直面内的支撑反力：该轴受力计算简图如下图所示：弯矩 M(Nmm),M H 1 = 159599.08MH2=124196.9,MV1=38170.899MV2=8322.069MV3=46835.447总弯矩 M(Nmm),M1=164100.225M2=124475.406M3=132734.431扭矩 T(Nmm),T=116000j.校核中速轴2强度进行校核时，通常只校核轴上最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面B)的强度。根据文献【 1 】中式( 15-5 )及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切

16、应力为脉动循环变应力，取 =0.6 。式中 M=M1,T=11600Nmm, 轴的计算应力为 :前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献【1】表15-1查的=60Mp因此，所以满足强度要求。所以满足强度要求k.精确校核轴的疲劳强度 (所用的表来自文献 1)(1) 判断危险面虽然键槽对轴有削弱，但轴的最小直径是按扭转强度确定的， 因此这个截面不是危险面。只有在截面 C 处有较大的应力集中，因 此必须对其进行精确校核。(2) 截而 B 左侧抗弯截面系数 W=0.1d=0.130=2700mm(1 54 )抗扭截面系数 W=0.2d=0.230=5400mm(1 55 )截而 B 右侧的弯矩 M

17、为：M=截面 C 上的扭矩T=T2=111600 N mm。截面上的弯曲应力(1 56)截面上的扭转切应力轴的材料为 45 钢，调质处理由文献【 1】表 15-1 查得:B=640MPa ，s=355MPa ， =275MPa,= 1 55MPa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按文献【1】附表 3-2 查取。因=0.33 ，,经查文献【 1】表 1-2 用插值法可得=2.15 ， =1.7又由轴的材料的敏感系数为 =0.82,=0.85故有效应力集中系数按文献【 1 】附表 3-4k=1+(-1)=1+0.82(2.15-1)=1.943(1 57 )K=1+(-1)=1+0.85(

18、1.7-1)=1.595(1 58 )由文献【 1 】附图 3-2 尺寸系数=0.86; 由附图 3-3 的扭转尺寸系数 =0.9 ，轴按 磨削加工，由附图 3-4 得表而质量系数为=0.92轴未经表面强化处理，即 =1 ，则得综合系数为=0.92故得综合系数为：所以截面 B 的安全系数为故该轴 B 右侧的强度也是足够的。至此，轴的设计计算即告结束，故所选轴安全。3.减速器高速轴 3 的设计a. 选择材料：由于传递中小功率，转速不太高，故选用 45优质碳素结构钢，调质处理，按文献1表8-3 查得 B=640Mpa,b=60Mpab. 由扭矩初算轴的最小直径 ：机用的减速器低速轴通过联轴器与滚筒

19、的轴相连接， 其传递功率为 3.665kw ， 转速为 71.75r/min 。由文献【 1 】表 15-3 查得 A=110, 所以c. 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的轴的直径，为了便于选择轴的直径 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 = ， 查文献【 1 】表 14-1 ，考虑转矩变化很小，故取，则： 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩条件，由文献【 3】表 8-5 选用 LT8 型 弹性柱套住销联轴器，其公称转矩为 710Nmm 。半联轴器孔径 =45mm ，故 取，半联轴器的与轴的配合毂孔长度 L1=84mm 。图1 5d. 作用在小直齿的力 ：(1)

20、 圆周力 Ft4=Ft3=3120N(2) 径向力 Fr4=Fr3=1134.962Ne. 轴的结构设计(1)拟定结构方案如上图(装配方案见装配图) 。(2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和和长度1) 为了满足半联轴器的轴向定位要求， 1-2 处与联轴器右端需制出一轴肩，由于 d=45mm, 且在 2-3 段的直径 2-3 的直径， d=49mm ；左端用轴端挡圈定位，按轴端挡圈定位 ,按轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，进行校核时，通常只校核轴上最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面B ）的强度。根据文献【 1】中式（ 15-5 ）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为 脉动

21、循环变应力，取 =0.6 。式中 M=M1,T=487800Nmm, 轴的计算应力为 :前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献【1】表15-1查的=60Mp因此，所以满足强度要求。所以满足强度要求。六、滚动轴承的选择与寿命计算轴承的最低额定寿命 L=1530016=72000h1. 减速器高速 I 轴滚动轴承的选择与寿命计算(1) 高速轴的轴承既承受一定径向载荷， 同时还承受轴向外载荷， 选用圆锥滚子轴承，初取d=40mm,由2表12.4选用型号为30208,其主要参数为：d=40mm , D=80mm ， Cr=63000N ， e=0.37 ， Y=1.6,C0r=74000N(2)

22、计算轴承 1 的受力 (如图)(3) 支反力图1 7由前轴 1 的计算值知：RBy=-786.923N,RBz=189.275NRCy=1931.539N,RCz=584.284NFa1=131.670N(4) 对两轴承计算轴向力 Fa1 和 Fa2派生轴向力 Fd1=809.365/3.2=252.927N(172)Fd2=2017.977/3.2=630.617N(173)接下来分析轴向窜动，根据 Fd1+Fa=384.579<Fd2, 故而可知轴承有右窜动的趋 势。则：Fa2=Fd2=630.617NFa1=Fd2-Fa=498.947N(5) 求轴承的当量动载荷 P1 和 P2F

23、a1/RB=498.947/809.365=0.616>0.31Fa2/RC=630.617/2017.977=0.312>0.31由文献【1】表13-5查的X1=X2=0.4，由文献【3】查的丫仁丫2=1.6应轴承运转少量冲击，按文献【1】表13-6,f=1.0-1.2,取f=1.2,贝P仁f(X1RB+Y1Fa1)=1064.025(1 74)P2=f(X2RC+Y2Fa2)=4177.2221(1 75)RAy=2476.324N,RAz=592.256NRDy=1788.292.N,RDz=470.494NFa2=395.009N(4) 对两轴承计算轴向力Fa1和Fa2派生

24、轴向力 Fd1=2546.195/3.8=670.005NFd2=1911.222/3.8=502.953N接下来分析轴向窜动，根据 Fd1+Fa2=1065.06>Fd2, 故而可知轴承有左窜动的 趋势。则：Fa1=Fd1+Fa2=1065.06NFa1=Fd1=670.051N(5) 求轴承的当量动载荷 P1 和 P2Fa1/RB=1065.06/2546.195=0.418>0.31Fa2/RC=670.051/1911.222=0.350>0.31由文献【 1 】表13-5 查的 X1=X2=0.4 ，由文献【 3 】查的 Y1=Y2=1.6 应轴承运 转少量冲击，按

25、文献【 1 】表 13-6,f=1.0-1.2, 取 f=1.2, 则：P1=f(X1RB+Y1Fa1)=3650.5104NP2=f(X2RC+Y2Fa2)=2275.562N(6) 应算轴承寿命计算轴承寿命时P1<P2,故按P2计算，所以中速轴 2 的轴承满足要求。3.减速器低速第 3 轴滚动轴承的选择与寿命计算(1) 高速轴的轴承既只承受一定径向载荷， 选用深沟球轴承， 初取 d=55mm, 由文 献【3】表 6-1 选用型号为 6211, 其主要参数为 :d=55mm,D=90mm ， Cr=30200N ，C0r=21.8KN(2)计算轴承 3 的受力 (如图)(3图1 9(3

26、) 支反力由前轴 3 的计算值知：RAy=1047.428N,RAz=381.03NRCy=2072.57N,RCz=753.939N(4) 求轴承的当量动载荷 P1 和 P2 因为是深沟球轴承，因而无轴向力，由公式计算： P1=fRB=1337.4936NP2=fRC=2646.5304N(5) 应算轴承寿命计算轴承寿命时 P1<P2, 故按 P2 计算，所以中速轴 3 的轴承满足要求。七、键联接的选择和验算1.联轴器与高速轴中的键联接采用圆头普通平键 (GB1095-79 ，GB1096-79) ，由 d=30mm ，查文献 1 表6-1 得 bh=87 ，故取键长 L=45mm ，

27、键 ,轴的材料都是钢。键的工作长度匸L-b=36mm ,巧=39.493Nnj键与轮毂键槽的接触高度 k=0.5h=3.5 由于轻微冲击，查文献1表6-2得p=110Mpa ，由公式校核：=34.95Mpa<(1 78)故此键联接强度足够。2. 大圆锥齿轮与中速轴 2的的键联接采用圆头普通平键 (GB1095-79 ， GB1096-79) ，由 d=53mm ，查文献1表6-1得b，故取键长L=63mm ，键,轴的材料都是钢。键的工作长度l=L-b=63-10=53mm，T1=111.6Nm键与轮毂键槽的接触高度 k=0.5h=4由于轻微冲击，查文献1表6-2得p=110Mpa ，由公

28、式校核：=29.25Mpa<故此键联接强度足够。采用圆头普通平键 (GB1095-79 ， GB1096-79) ，由3. 小圆柱齿轮与中速轴 II 的的键联接d=53mm ， 查文献1 表 6-1 得 b， 故取键长L=45mm ，键 ,轴的材料都是钢。键的工作长度l=L-b=45-12=33mm，T1=111.6N键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=4由于轻微冲击，查文献1表6-2得p=110Mpa ，由公式校核：=32.52Mpa<故此键联接强度足够。采用圆头普通平键 (GB1095-79 ，GB1096-79) ，由4. 大圆柱齿轮与低速轴工 3 的的键联接d=60mm ，

29、查 文献 1 表 6-1 得 b ，故取键长 L=70mm ，键 ,轴的材料都是钢。键的工作长度l=L-b=70-14=56mm ，T1=111.6Nm键与轮毂键槽的接触高度k=o.5h=4.5由于轻微冲击，查文献 1表6-2得p=487.5Mpa ，由公式校核：=77.75Mpa< 故此键联接强度足够。采用圆 头 普通平 键(GB1095-79 ，GB1096-79)，由5. 低速轴 III 与输出联轴器的键联接d=45mm ，查文献1表6-1得b，故取键长L=56mm ， 键，轴的材料都是钢。键的工作长度 l=L-b=56-18=38mm ，T1=111.6N n, 键与轮毂键槽的接

30、触高度 k=0.5h=4 由于轻微冲击，查文献 1表 6-2 得 p=487.5Mpa ，由公式校核：=85.89Mpa<故此键联接强度足够。八、联轴器的校核1.轴与电机伸轴用联轴器联接查文献【 3】表 8-7 选取联轴器规格 LX3（Y3882 ，Y3060）.计算转矩为 :Tc=KTK 为工作情况系数，工作机为带式运输机时， K=1.251.50 根据需要取 1.5T 为联轴器所传递的名义转矩，即 :Tc=KT=1.539.8=59.7N.m联轴器的许用转矩 Tn=1250N.m>Tc=59.7N.m,许用转速 n=4750r/min>n=960r/min所以联轴器符合使用要求。2.III 轴与卷筒伸轴用联轴器联接查文献【3】表8-5选取联轴器型号LT8,联轴器的公称转矩为710Nmm,许转速为 3000r/min 。计算转矩为 :Tc=KTK 为工作情况系数，工作机为带式运输机时，由文献【 1 】表 14-1 知K=1.2515 。根据需要取 1.5。T 为联轴器所传递的名义转矩，即 :Tc=KT=1.5459.19=688.8N.m联轴器的许用转矩 Tn=710N.m>Tc=688.8N.m,许用转速 n=4750r/min>n=71.75r/min所以联轴器符合使用要求。九、润滑油的润滑方式选择1 ）齿轮的润滑选择