带式输送机的圆柱直齿轮二级减速器设计

目录

《机械设计》课程设计

说明书

机电工程学院课程设计任务书

目录

一、传动方案 (5)

二、选择原动机——电动机 (5)

（1）确定电动机的功率 (5)

（2）确定电动机的转速 (6)

三、传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配 (7)

（1）计算总传动比 (7)

（2）合理分配各级传动比 (7)

四、算传动装置的运动和动力参数 (8)

（1）0轴（电机轴）输入功率、转速、转矩 (8)

（2）Ⅰ轴（高速轴）输入功率、转速、转矩 (8)

（3）Ⅱ轴（中间轴）输入功率、转速、转矩 (8)

（4）Ⅲ轴（低速轴）输入功率、转速、转矩 (8)

（5）Ⅳ轴（滚筒轴）输入功率、转速、转矩 (9)

五、减速箱外传动零件——带传动设计 (9)

(1)带传动设计要求： (9)

(2)V带传动设计计算 (10)

六、减速器内传动零件——高速级齿轮设计 (12)

(1)选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (12)

(2)按齿面接触强度设计 (13)

(3)按齿根弯曲强度计算 (15)

(4)高速级齿轮几何尺寸计算 (16)

七、减速器内传动零件——低速级齿轮设计 (16)

(1)选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (16)

(2)按齿面接触强度设计 (17)

(3)按齿根弯曲强度计算 (19)

(4)低速级齿轮几何尺寸计算 (20)

八、轴的设计——输入轴的设计 (20)

(1)确定轴的材料及初步确定轴的最小直径 (20)

(2)初步设计输入轴的结构 (21)

九、轴的设计——输出轴的设计 (22)

(1)初步确定轴的最小直径 (22)

(2)初步设计输出轴的结构 (23)

十、轴的设计——中速轴的设计 (26)

十一、轴承的选择 (27)

(1)输入轴轴承 (27)

(2)输出轴轴承 (27)

(3)中间轴轴承 (28)

十二、输入轴输出轴键连接的选择及强度计算 (28)

十三、轴承端盖的设计与选择 (30)

十四、滚动轴承的润滑和密封 (31)

十五、联轴器的选择 (31)

(1)联轴器类型的选择 (31)

(2)联轴器的型号选择 (31)

十六、箱体 (31)

十七、设计小结、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、30

十八、参考文献 (33)

一、传动方案

二、选择原动机——电动机

（1）确定电动机的功率

1. 带式输送机所需的功率w P

由中公式得：kW FV P w 16.81000/7.148001000/=?== 设计题目给定：输送带拉力F （N ）=4800N

输送带速度V(m/s)=1.7 m/s

2. 计算电动机的输出功率d P

根据《机械设计课程设计》确定个部分效率如下： 弹性联轴器：99.01=η（1个）

滚动轴承（每对）：99.02=η（共四对，三对减速器轴承，一对滚筒轴承） 圆柱齿轮传动：97.03=η（精度8级） 传动滚筒效率：96.04=η V 带传动效率：96.0=带η 得电动机至工作机间的总效率:

859.096.097.099.099.02423421=???=???=带ηηηηη

卷筒的效率:96.0=w η

电动机的输出功率：KW

FV P w d 9.9859.096.010007

.148001000=???==

ηη

（2）确定电动机的转速

1. 计算滚筒的转速w n 由公式D

V

n w π601000?=

计算滚筒转速w n ：

工作机的转速：min /2.724507

.1601000601000r D V n w =??=?=

π

π

设计题目给定：滚筒直径D=450mm 输送带速度V(m/s)=1.7m/s 2. 确定电动机的转速

d

n

两级圆柱齿轮减速器推荐传动比范围为60~8=i ，V 带传动比范围为4~2=i ，所以总传动比合理范围为240~16=总i ，故电动机转速的可选范围是：

m in /17328~2.1155m in /2.72)240~16(r r n d =?=

符合这一范围的同步转速有1500r/min 、3000r/min 查得：

表中，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及总传动比，即选定2号方案，电动机型号为Y160M-4。

电动机相关参数

带式输送机相关参数

三、传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配

由选定电动机的满载转速m n 和工作机主动轴的转速w n 可得传动装置的总传动比

w m n n i /=对于多级传动()n i i i i i ????????=321计算出总传动比后，应合理地分配各级传动

比，限制传动件的圆周速度以减少动载荷。

（1）计算总传动比

由电动机的满载转速min /1460r n m =和工作机主动轴的转速min /72.2r n w = 可得：

总传动比

22.202

.721460

/==

=w m n n i （2）合理分配各级传动比

由表2—3，取带传动比2=带i ，22.20=i ， 则 两级减速器传动比

11.102

22

.20==

=

带

减i i i 由于减速箱是展开布置，所以21)5.1~3.1(i i =，取高速级传动比2135.1i i =， 由2

22135.1i i i i =?=减得 低速级传动比为

74.235

.111.1035.12===

i i ， 从而高速级传动比为699.374.235.135.121=?==i i

四、算传动装置的运动和动力参数

为进行传动件的设计计算，应首先推算出各轴的转速、功率和转矩，一般按由电动机至工作机之间运动传递的路线推算各轴的运动和动力参数。

（1）0轴（电机轴）输入功率、转速、转矩

kW P 11m =

min /1460r n m =

m N n P T m ?=?

==95.71146011

9550/9550m m

（2）Ⅰ轴（高速轴）输入功率、转速、转矩

KW P P P I 56.1096.011m 01m =?=?=?=带ηη

min /730/1r i n n m ==带

m

N i T T I ?=??=??=144.13896.0295.7101m η带

（3）Ⅱ轴（中间轴）输入功率、转速、转矩

KW P P P I I II 14.1097.099.056.103212=??=??=?=ηηη

min /35.197699

.3730

/112r i n n ===

m N i T T I II ?=???=??=7.49097.099.0699.3144.138121η

（4）Ⅲ轴（低速轴）输入功率、转速、转矩

KW

P P P II II III 74.997.099.014.103223=??=??=?=ηηη

min /6.6374

.2.2

174/223r i n n ==

= m N i T T II III

?=???=??=14.129197.099.074.27.490232η

（5）Ⅳ轴（滚筒轴）输入功率、转速、转矩

KW P P III IV 55.999.099.074.921=??=??=ηη

m in /6.6334r n n ==

m N T T III ?=??=??=45.126599.099.014.129121ηη

各项指标误差均介于+0.5%～-0.5%之间。各轴运动和动力参数见表：

五、减速箱外传动零件——带传动设计

(1)带传动设计要求：

1. 带传动设计的主要内容 选择合理的传动参数；确定带的型号、长度、根数、传动中心距、安装要求、对轴的作用力及带的材料、结构和尺寸等。

2. 设计依据 传动的用途及工作情况；对外廓尺寸及传动位置的要求；原动机种类和所需的传动功率；主动轮和从动轮的转速等。

3. 注意问题 带传动中各有关尺寸的协调，如小带轮直径选定后要检查它与电动机中心高是否协调；大带轮直径选定后，要检查与箱体尺寸是否协调。小带轮孔径要与所选电动机轴径一致；大带轮的孔径应注意与带轮直径尺寸相协调，以保证其装配稳定性；同时还应注意此孔径就是减速器小齿轮轴外伸段的最小轴径。

(2)V 带传动设计计算

1、确定计算功率

由[2]中表8-7查得工作情况系数1.1=A K 由[2]中公式8-21：m P K P A ca =

kW P K P A ca 1.12111.1m =?==

2、选择V 带的带型

根据kW P ca 1.12=及min /1460r n m =,由[2]中图8-11选用B 型 3、确定带轮的基准直径d d 并验算带速v ①初选小带轮的基准直径1d d

由[2]中表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径mm d d 1401= ②验算带速v

按[2]中公式8-13验算带的速度

s m n

d v d /7.101000

601460

14014.31000

601=???=

?=

π

因为s m v s m /25/5<<,故带速合适。 ③计算大带轮的基准直径。

根据[2]中公式8-15a 计算大带轮的基准直径2d d mm id d d d 280140212=?== 由[2]中表8-8取mm d d 2802= 4、确定V 带的中心距0a 和基准长度d L

①根据[2]中公式8-20，()()2102127.0d d d d d d a d d +≤≤+, 初定中心距mm a 5000=

②由[2]中公式8-22计算所需的基准长度

()()02

12210042

2a d d d d a L d d d d d -+

++

=π

()()mm 2.1669500

490180180902

50022

=?-+

+?+

?=π

由[2]中表8-2选带的基准长度mm L d 1600= ③计算实际中心距a 由[2]中公式8-23计算

mm l l a a d d 4652

2

.16691600500200≈-+=-+

= 5、验算小带轮上的包角1α 根据[2]中公式8-25计算：

()()?≥?≈?

?--?=?--?≈907.162465

3.571402801803.57180121a d d d d α 6、计算带的根数z

①计算单根V 带的额定功率r p

由mm d d 1401=和min /1460r n m =,查[2]中表8-4a 得kw P 83.20= 根据.02m in /1460==i r n m 、 和B 型带查[2]中表8-4b 得kw P 46.00=? 查[2]中表8-5得96.0=αK ，查[2]中表8-2得92.0=L K , 于是由[2]中公式8-26：

()L A r

c K K P P P

K P P z α00?+=

=

?

()kW K K P P P L r 91.292.096.0)46.083.2(00=??+=?+=α

②计算V 带的根数z

16.491.21.12===?r c P P z 取4根

7、计算单根V 带的初拉力的最小值()min 0F 根据[2]中公式8-27：

()2min 05.2500

)(qv zv

K P K F c +-=?

αα

()N 24727.1018.07

.10496.01.1296.05.2500=?+???-?

=

其中q 由[2]中表8-3得A 型带m kg q /18.0= 应使带的实际初拉力()min 00F F 。 8、计算压轴力

压轴力的最小值由[1]中公式8-28得： ()()N F z F p 3.19542

163sin

247422

sin 21

min 0min =?

???==α 9、带轮结构设计

查[2]中表8-10得大、小带轮总宽度：mm B 76192192=?+?= V 型带传动相关数据见表。

六、减速器内传动零件——高速级齿轮设计

(1)选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数

按照已经选定的传动方案，高速级齿轮选择如下： 1. 齿轮类型 选用直齿圆柱齿轮传动

2. 齿轮精度等级 带式输送机为一般机器速度不高，按照[2]中表10-8，选择8级精度（GB10095-88）

3. 材料 由[2]中表10-1选择：两者材料硬度差为40HBS 小齿轮 40Cr 调质 硬度280HBS 大齿轮 45钢 调质 硬度240HBS

4. 试选择小齿轮齿数 201=z

大齿轮齿数 98.7320699.3112=?=?=Z i z

取742=z 齿数比7.311==i u

(2)按齿面接触强度设计

1. 确定公式内各计算数值 ①试选载荷系数3.1=t k ②小齿轮转矩mm n P T I

??=?

?=41

61108.131055.9 ③由文献[2]中表10-6查得材料弹性影响系数2

18.189MPa z E = ④齿宽系数：由文献[2]中表10—7知齿宽系数1=d φ

⑤由文献[2]中图10-21d 按齿面硬度查得齿轮接触疲劳强度极限：

MPa H 5701lim =σ MPa H 5301lim =σ

⑥计算应力循环次数

()811106.499300817306060?=?????=??=h L j n N

88

1121056.2699

.31046.9/?=?==u N N

⑦由文献[2]中图10-19取接触疲劳寿命系数

93.01=HN K 97.02=HN K

⑧计算接触疲劳许应力 取失效概率为1% 安全系数S=1 由文献[2]中式10-12

[]MPa S

K H HN H 53057093.01lim 11=?=?=σσ

[]MPa S

K H HN H .151453097.02

lim 22=?=?=

σσ

⒉计算 由式32

1111][132.2????

???±??≥H E t Z u u d KT d σφ ①试算小齿轮分度圆直径t d 1

[]32

21

111132.2???

?

???±??≥H E d t t Z u u T K d σφ 32

4

.15148.189699.31699.31108.133.132.2??

?

???+????=

mm 93.72=

②计算圆周速度v s m n d v t /79.21000

60730

93.721000

601

1=???=

???=

ππ

③计算齿宽b mm d b t d 93.7293.7211=?=?=φ ④计算齿宽与齿高比h

b

模数 647.320

93.7211===

Z d m t t 齿高206.8647.325.225.2=?==t m h 9.88206

.893

.72==h b ⑤ 计算载荷系数

据s m v /79.2= 8级精度。由图10-8查动载荷系数17.1=v K 直齿轮1==ααF H K K

由文献[2]中表10-2查得使用系数1=A K 由文献[2]中表10-4

用插入法查得8级精度、小齿轮相对非对称布置时461.1=βH K 由

9.88=h

b

461.1=βH K 在文献[2]中查图10-13 得42.1=βF K 故载荷系数709.1461.1117.11=???==βαH H v A K K K K K

⑥ 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由文献[2]中式10-10a 得 mm K K d d t t 89.793

.1709.193.723311=?=?= ⑦ 计算模数m mm Z d m 995.320

89.7911===

(3)按齿根弯曲强度计算

由文献【1】中式10-5弯曲强度设计公式

[]

3

2112F Sa

Fa d Y Y Z KT m σφ≥

1. 确定公式内各计算数值

① 由文献[2]中图10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa FE 5001=σ 大齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa FE 3802=σ

② 由文献[2]中图10-18取弯曲疲劳寿命系数 86.01=FN K 90.02=FN K ③ 计算弯曲疲劳许应力取弯曲疲劳安全系数4.1=S 由[2]中式10-12

[]MPa S

K FE FN F 4.13074

.150086.0111=?==σσ

[]MPa S

K FE FN F 29.2444

.138090.0222=?==σσ

④ 计算载荷系数K

661.142.1117.11=???==βαF F v A K K K K K

⑤ 查取齿形系数

由[2]中表10-5查得 80.21=Fa Y 232.22=Fa Y ⑥ 查取应力校正系数

由[2]中表10-5查得 55.11=Sa Y 758.12=Sa Y 计算大小齿轮的

[]01413.014

.30755

.180.21

1

1=?=

?F Sa Fa Y Y σ

[]01606.09

.2244758

.1232.22

2

2=?=

?F Sa Fa Y Y σ

大齿轮的数值大 2. 设计计算

[]

mm Y Y Z KT m F Sa

Fa d 64.201606.0201108.13661.1223

2

4

3

2

1

1=?????=≥σφ

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲

劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积有关，可取由齿根弯曲疲劳强度计算的模数2.64并根据GB1357-87就近圆整为标准值5.2=m ，按齿面接触疲劳强度算得的分度圆直径mm d 89.791=，

算出小齿轮的齿数

325

.289.7911≈==

m d z 大齿轮的齿数368.11832699.32=?=z 取1202=z 实际传动比：75.332

120

==

i 传动比误差：%5%38.1%100699

.3699

.375.3≤=?-=

?i 允许

(4)高速级齿轮几何尺寸计算

①分度圆直径 mm m z d 805.23211=?=?= mm m z d 3005.212022=?=?= ② 中心距mm a 1902

300

80==

＋ ③ 齿轮宽度mm d b d 801==φ 取 mm B 851= mm B 802=

七、减速器内传动零件——低速级齿轮设计

(1)选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数

⑴ 选用直齿圆柱齿轮传动

⑵ 传动速度不高，选择8级精度（GB10095-88） ⑶ 材料选择

小齿轮 40Cr 调质 硬度280HBS

大齿轮 45 调质 硬度240HBS

⑷ 选择小齿轮齿数 323=z 大齿轮齿数 88324==Z i z

(2)按齿面接触强度设计

32

2233132.2???

?

???±??≥H E

t Z u u d KT d σφ 1.确定公式内各计算数值 试选载荷系数3.1=t k

小齿轮传递的扭矩mm N n P T ??=??=?=5522531091.435.19714

.10105.95105.95

由[2]中表10-6查得材料弹性影响系数2

1

8.189MPa z E = 由[2]中表10-7选取齿宽系数1=d φ 由[2]中图10-21d 按齿面硬度查得 小齿轮接触疲劳强度极限 MPa H 5703lim =σ 大齿轮的接触疲劳强度极限MPa H 5304lim =σ ⑥ 由[2]中式10-13计算应力循环次数

()82310558.293008135.1976060?=?????=??=h L j n N

78

23410527.83

1058.52?=?==u N N

⑦ 由[2]中图10-19取接触疲劳寿命系数 97.03=HN K 99.04=HN K ⑧ 计算接触疲劳许应力 取失效概率为1% 安全系数S=1 由[2]中式10-12

[]MPa S

K HN H .955257097.03

lim 33=?=?=

σσ []MPa S

K HN H .752453099.04

lim 44=?=?=σσ 2.计算

① 计算小齿轮分度圆直径t d 3，代入[]2H σ

[]3

2

42

23

3132.2???

?

???±??≥H E d

t Z u u KT d σφ

32

5

.75248.18974.2174.211091.43.132.2??

?

???+????=mm 49.112=

② 计算圆周速度 s m n d v t /62.111000

6035

.19749.1121000

602

3=???=

???=

ππ

③ 计算宽度b mm d b t d 49.11249.11213=?=?=φ

④ 计算齿宽与齿高比n b

模数m mm Z d m t t 25.332

49

.11233===

齿高 mm m h t 92.72.5325.225.2=?==

2.1492

.749.112==h b ⑤ 计算载荷系数

据s m v /62.11= 8级精度。由[2]中图10-8查动载荷系数30.1=v K ； 直齿轮1==ααF H K K 。由[2]中表10-2查得使用系数1=A K 。 由[2]中表10-4用插入法查得8级精度、小齿轮相对非对称布置时

βH K 486.1=

由

2.14=h

b

486.1=βH K 查[2]中图10-13得42.1=βF K 故载荷系数932.1486.1130.11=???==βαH H v A K K K K K

⑥ 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由[2]中式10-10a 得

mm K K

d d t

t 371.1283

33=?= ⑦ 计算模数m mm Z d m 012.432

371.12833===

(3)按齿根弯曲强度计算

由[2]中式10-5弯曲强度设计公式 []

32

12F Sa

Fa d Y Y Z KT m σφ≥ 1. 确定公式内各计算数值

① 由[2]中图10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa FE 5003=σ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa FE 3802=σ

② 由[2]中图10-18取弯曲疲劳寿命系数 90.03=FN K 93.04=FN K ③ 计算弯曲疲劳许应力

取弯曲疲劳安全系数4.1=S 由[2]中式10-12

[]MPa S

K FE FN F 43.3214

.150090.0333=?==σσ

[]MPa S

K FE FN F 71.2494

.138092.0444=?==σσ

④ 计算载荷系数K 846.142.1130.11=???==βαF F V A K K K K K ⑤ 查取齿形系数

由[2]中表10-5查得 492.23=Fa Y 204.24=Fa Y ⑥ 查取应力校正系数

由[2]中表10-5查得 635.13=Sa Y 778.14=Sa Y 计算大小齿轮的

[]

F Sa

Fa Y Y σ?

[]01268.043

.321635

.1492.23

3

3=?=

?F Sa Fa Y Y σ

[]01569.01

.7249778

.1204.24

4

4=?=

?F Sa Fa Y Y σ

大齿轮的数值大 2.设计计算[]

3

2

12F Sa

Fa d Y Y Z KT m σφ≥ []mm Y Y dZ KT m F Sa Fa 41.401569.032

11052.1846.12232

6

21=?????≥≥σφ 根据[2]中表10—1就近圆整为标准值mm m 4=

计算小齿轮齿数324

371.12833≈==

m d Z 计算大齿轮齿数883274.24≈?=Z 实际传动比：75.232

88

==

i 传动比误差：%5%365.0%10074

.274

.275.2≤=?-=

?i 允许

(4)低速级齿轮几何尺寸计算

① 分度圆直径mm m Z d 12843233=?=?= mm m Z d 35248844=?=?= ② 中心距mm d d a 2402

352

1282432=+=+=

③ 齿轮宽度mm d b d 12812813=?==φ mm B 1333= mm B 1284=

八、轴的设计——输入轴的设计

(1)确定轴的材料及初步确定轴的最小直径

1、确定轴的材料

输入轴材料选定为40Cr ，锻件，调质。 2、求作用在齿轮上的力

根据输入轴运动和动力参数,计算作用在输入轴的齿轮上的力： 输入轴的功率 KW P I 56.10= 输入轴的转速 m in /7301r n = 输入轴的转矩 m N T ?=I 144.138