19题：二级减速器课程设计

机械设计课程设计

计算说明书

设计题目： 设计带式输送机中的传动装置 专业年级： 学 号： 学生姓名： 指导教师：

机械工程系

完成时间 2014年 12 月 20 日

机械设计课程设计任务书

学生姓名： 学号： 专业：机械电子工程 任务起止时间：2014年 12月 17 日至 2014年12 月20日 设计题目：设计带式输送机中的传动装置 一、 传动方案如图1所示： 图1 带式输送机减速装置方案 1、输送胶带 2、传动滚筒 3、两级圆柱齿轮减速器 4、V带传动 5、电动机

二、 原始数据 表2-1 滚筒直径d /mm 传送带运行速度v /(m/s) 转矩T /Nm 每日工作时数T /h 传动工作年限 三、设计任务： 1.减速器装配图1张（A0图纸） 380 1.35 850 8 10 2.零件图3-4张 3.设计说明书1份 在三周内完成并通过答辩 单向连续平稳转动，常温空载启动 参考资料： 《机械设计》 《机械设计基础》 《课程设计指导书》 《机械设计手册》 《工程力学》 《机械制图》 指导教师签字： 年 月 日

目 录

一、电机的选择............................................................................................................ 1 1.1 选择电机的类型和结构形式：............................................................................. 1 1.2 电机容量的选择..................................................................................................... 1 1.3 电机转速确定......................................................................................................... 1 二、传动装置的运动和动力参数计算........................................................................ 2 2.1 分配传动比及计算各轴转速................................................................................. 2 2.2 传动装置的运动和动力参数计算......................................................................... 2 三、V带传动设计 ........................................................................................................ 4 3.1 确定计算功率......................................................................................................... 4 3.2 选择普通V带型号 ................................................................................................ 4 3.3 确定带轮基准直径并验算带速............................................................................. 4 3.4 确定V带中心距和基础长度 ................................................................................ 4 3.5 验算小带轮包角..................................................................................................... 5 3.6 计算V带根数Z .................................................................................................... 5 3.7 计算压轴力............................................................................................................. 5 四、设计减速器内传动零件（直齿圆柱齿轮）........................................................ 5 4.1 高速级齿轮传动设计计算..................................................................................... 5 4.2 低速级齿轮传动设计计算..................................................................................... 7 4.3 传动齿轮的主要参数............................................................................................. 9 五、轴的结构设计计算................................................................................................ 9 5.1 高速轴的计算（1轴）.......................................................................................... 9 5.2 中间轴的计算（2轴）........................................................................................ 12 5.3 低速轴的计算（3轴）........................................................................................ 14 六、轴的强度校核...................................................................................................... 16 6.1 高速轴校核.......................................................................................................... 16 6.2 中间轴校核........................................................................................................... 20 6.3 低速轴校核........................................................................................................... 22 七、校核轴承寿命...................................................................................................... 25 7.1 高速轴................................................................................................................... 25 7.2 中间轴................................................................................................................... 25 7.3 低速轴................................................................................................................... 26 八、键连接的选择和计算.......................................................................................... 26 九、箱体的设计.......................................................................................................... 26 十、心得体会.............................................................................................................. 27

一、电机的选择

1.1 选择电机的类型和结构形式：

依工作条件的要求，选择三相异步电机： 封闭式结构 U=380 V Y型

1.2 电机容量的选择

工作机所需的功率PW=Fv /1000= 3.45 kW V带效率1： 0.96

滚动轴承效率（一对）2： 0.99 闭式齿轮传动效率（一对）3: 0.97 联轴器效率4： 0.99

工作机（滚筒）效率5(w)： 0,96 传输总效率=1234 5=0.825 则，电动机所需的输出功率PW=Pd/= 4.18 kW 1.3 电机转速确定

卷筒轴的工作转速nW601000v= 35.8 r/min πDV带传动比的合理范围为2~4，两级圆柱齿轮减速器传动比的合理范围为8~40，则总传动比的合理范围为i'=16~160，故电动机转速的可选范围为：

1

ndi'nW= 573 ~ 5733 r/min

在此范围的电机的同步转速有： 3000r/min 1000r/min 1500r/min 750min

依课程设计指导书表18-1：Y系列三相异步电机技术参数（JB/T9616-1999）选择电动机

型 号： YB2S-4 额定功率Ped： 5.5kw 同步转速n： 1500r/min 满载转速nm： 1440r/min

二、传动装置的运动和动力参数计算

总传动比：inm 39.11 nW2.1 分配传动比及计算各轴转速

取V带传动的传动比i0= 3 则减速器传动比i=i/i0= 13.04 取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比i11.4i 4.272 则低速级传动比i2ii1 3.053 2.2 传动装置的运动和动力参数计算

0轴（电动机轴）P0Pd 4.18 kW n0nm 1440 r/min

T09550P0 28.36 Nm n0 4.01 kW 1轴（高速轴） P1P012

n1n0 480 r/min i0 T19550P1 82.06 Nm n12轴（中间轴） P2P123 3.85 kW

n2n1 112.36 r/min i1P2 32.59 Nm n2 T295503轴（低速轴） P3P223 3.70 kW

n3n2 36.80 r/min i2P3 974 Nm n3 T395504轴（滚筒轴） P4P324 3.70 kW

n4n3nW 36.8 r/min

T49550P4 952.86 Nm n4以上功率和转矩为各轴的输入值，1~3轴的输出功率或输出转矩为各自输入值与轴承效率的乘积。各轴运动和动力参数如下表：

表2-1 各轴运动和动力参数

功率P/kW 轴名 输入 0轴 1轴 2轴 3轴 4轴

转矩T/Nm 输入 82.06 322.59 974 952.86 3

输出 4.18 3.97 3.81 3.66 3.66 输出 28.36 81.24 319 964.26 943 转速 n/(r/min) 1440 480 112.36 36.80 35.78 传动比i 3 4.272 3.053 1 效率 0.96 0.96 0.96 0.98 4.01 3.85 3.70 3.70

三、V带传动设计

3.1 确定计算功率

根据已知条件结合教材《 机械设计 》由图/表 8-7 得到工作情况系数KA= 1.3 ，故Pca=KAPd= 5.4 kW。

3.2 选择普通V带型号

已知Pca，nm，结合教材《 机械设计 》由图/表 8-11 确定所使用的V带为 A 型。

3.3 确定带轮基准直径并验算带速

(1) 结合教材《 机械设计 》由图/表 8-6 8-8 ，初选小带轮直径dd1= 90 mm。

(2) 验算带速：vπdd1nm 6.78 m/s，满足5m/s601000(3) 计算大齿轮的基准直径dd2i0dd1 270 mm。

3.4 确定V带中心距和基础长度

(1) 根据0.7(dd1dd2)a02(dd1dd2)，初定中心距a0= 650 mm。 (2) 计算所需的带长

dd1dd22πLd02a0(dd1dd2)= 2442.86 mm。 24a0由图/表 8-2 ，对 A型带进行基准长度Ld= 2500 mm。 (3) 实际中心距aa0Ld-Ld0 678.5 mm 24

中心距的变化范围amina0.015Ld 641 ~754 mm。

amaxa0.03Ld3.5 验算小带轮包角

1180odd2dd157.3o 164.7 >120°合格。 a3.6 计算V带根数Z

由nm，dd1结合教材《 机械设计 》查图/表 8-3 得P0= 1.05 kW。 由nm，i0， A 型带，查图/表 8-3 得P0= 0.17 kW。 已知1查表 8-5 得K= 0.96 ，已知Ld查表 8-2 得KL= 1.09 则V带根数zPca 4.78 ，取z= 5 。

(P0P0)KαKL

3.7 计算压轴力

由教材《 机械设计 》表 8-3 ，可知 v型带单位长度质量q= 0.1 kg/m。

单根V带的初拉力最小值：

(F0)min5002.5KαPcaqv2= 132 N。

Kαzv压轴力的最小值：

(FP)min2z(F0)minsin12= 1312 N。

四、设计减速器内传动零件（直齿圆柱齿轮）

4.1 高速级齿轮传动设计计算

(1) 选择材料及确定许用应力

由教材《 机械设计 》表 10-1 确定以下参数：

5

表4-1 高速级齿轮材料及许用应力

齿轮 小齿轮 大齿轮 热处理方式 调质 调质 齿面硬度 280HBS 240HBS Hlim1/MPa 600 550 FE1/MPa 500 380 由表 ，取安全系数SH= 1 ，SF= 1.3 。 则许用应力为：

[H1]Hlim1SH 600 MPa [H2]Hlim2SH 550 MPa [F1]FE1SF 384.6 MPa [F2]FE2SF 292.3 MPa (2) 按齿面接触强度设计

设齿轮按 7 级精度制造，由教材《 机械设计 》得载荷系数K= 1.3 ，由表 10-7 得齿宽系数Φd= 1.0 ，由表 10-6 可得弹性系数ZE= 189.8 MPa。

小齿轮传递的（输入）转矩：T1= 82060 Nmm (注意单位换算) 小齿轮分度圆直径：

KT1i11ZE3d1t2.32di1Hmin 54 mm。 212齿数取z1= 22 ，z2=i1z1≈ 95 ，故实际传动比i1=z2/ z1= 4.32 。 齿宽bdd1t 54 mm（圆整）。

取大齿轮齿宽b2= 54 mm，为补偿安装误差，取小齿轮齿宽b1=b2+(5~10) = 60 mm。

模数m=d1t/z1=2.45，按表10-1，取标准模数m= 2.5，实际分度圆直径d1z1m55mm，d2237.5mm，中心距a6

d1d2  146.25mm。

2

(3) 验算齿轮弯曲强度

由教材《 机械设计》图/表 10-5 ，取齿形系数YFa1= 2.72 , YFa2= 2.20 ，应力修正系数YSa1= 1.57 ，YSa2= 1.78 。

判断：F1判断：F22KTY1Fa1YSa1 119.7 ≦[σF1] 2b2mz1F1YFa2YSa2YFa1YSa1 109.8 ≦[σF2]

满足条件，安全。 (4) 齿轮的圆周速度

vπd1n1 1.38m/s。

601000对照表 10-8可知，选着 7级精度是合适的。

4.2 低速级齿轮传动设计计算

(1) 选择材料及确定许用应力

由教材《 机械设计 》表 10-1 确定以下参数：

表4-2 低速级齿轮材料及许用应力

齿轮 小齿轮 大齿轮 热处理方式 调质 调质 齿面硬度 280HBS 240HBS Hlim1/MPa 600 550 FE1/MPa 500 380 由表 课程设计指导书 ，取安全系数SH= 1.0 ，SF= 1.3 。 则许用应力为：

[H1]Hlim1SH 600 MPa [H2]Hlim2SH 550 MPa [F1]FE1SF 384.6MPa [F2]FE2SF 292.3MPa (2) 按齿面接触强度设计

7

设齿轮按 7 级精度制造，由教材《机械设计》得载荷系数K= 1.3，由表 10-7得齿宽系数Φd= 1，由表 10.6 可得弹性系数ZE=

MPa。

12小齿轮传递的（输入）转矩：T2= 189.8 Nmm (注意单位换算) 小齿轮分度圆直径：

KT2i21ZE3d1t2.32di2Hmin 94 mm。 2齿数取z1= 25，z2=i1z1≈ 76 ，故实际传动比i1=z2/ z1= 3.04。 齿宽bdd1t 93.9 mm（圆整）。

取大齿轮齿宽b2= 95 mm，为补偿安装误差，取小齿轮齿宽b1=b2+(5~10) = 100mm。

模数m=d1t/z1=3.75，按表10-1，取标准模数m=4，实际分度圆直径d1z1m100mm，d2304mm，中心距a(3) 验算齿轮弯曲强度

由教材《 机械设计》图/表 10-5 ，取齿形系数YFa1= 1.59 , YFa2= 2.23 ，应力修正系数YSa1= 1.59 ，YSa2= 1.76。

判断：F1判断：F22KTY1Fa1YSa1 91.9 ≦[σF1] 2b2mz1d1d2202 mm。 2F1YFa2YSa2YFa1YSa1 86.6 ≦[σF2]

满足条件，安全。 (4) 齿轮的圆周速度

vπd1n1 0.59 m/s。

6010008

对照表 10-8 可知，选着 7级精度是合适的。

4.3 传动齿轮的主要参数

表4-3 传动齿轮的主要参数 齿数 z 中心距a /mm 模数 m /mm 齿宽b /mm 分度圆直径d/mm 齿顶高ha /mm 齿根高hf /mm 齿高h /mm 齿顶圆直径da /mm 齿根圆直径df /mm 67 55 2.5 3.125 5.625 60 48.75 22 146.25 2.5 60 237.5 2.5 3.125 5.625 242.5 231.25 100 100 4 5 9 108 90 高速级 95 25 202 4 95 304 4 5 9 312 294 低速级 76

五、轴的结构设计计算

5.1 高速轴的计算（1轴）

根据表 15-1 得，高速轴材料为： 40Cr ，热处理方式： 调质 ，许用弯曲应力[σ-1b]= 70 MPa。 (1) 初估轴径

初选轴径，根据扭转强度计算初估。由表 15-3 得常数A0= 100

d1A03P1 20.3 mm n1考虑到键槽的作用，轴径增加3%为 20.9mm，圆整后暂取d1= 24 mm。

(2) 轴的径向尺寸设计

9

根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求，确定轴的结构如下图（结构草图,标注轴段，用充分的文字说明支撑计算结果）：

表5-1 高速轴径向尺寸确定

轴段直径d /mm d1=24 d2=26 d3=30 d4=40 d5=30 确定方法 d1 >21 d2=d1+2 d3=d2+4 d4>轴承的最小固定直径 d5=d3 说明

(3) 轴的轴向尺寸设计

轴的结构图如下（结构草图,标注轴段长度及支撑点距离，表格内用充分的文字说明支撑计算结果）：

10

经验值的计算与选取：

轴承端盖至箱外传动件间的距离L= 15mm 箱座壁厚= 10 联接螺栓至外箱壁的距离C1= 20；至凸缘边距离C2= 18 轴承座宽度L=C1+C2++(5~10)= 55 齿轮至机体内壁的距离2= 12 大齿轮齿轮端面的距离3= 10 轴承内侧至箱体内壁的距离4= 5（指导书38页图5-12）

表5-2 高速轴轴向尺寸确定

轴段长度L /mm L1=46 L2=54 L3=23 L4=191 L5=23 L6=

确定方法 L1=2d1-2 L2=L’+e+L-4-B 轴承宽 说明 L4=2+24+B-齿宽差 /2+B’-齿宽差/2 轴承宽 11

L7= l1=60 l2=154 l3=86.5 L5+2+4+齿宽/2 L4-l1+轴承宽 L3+L2+L1 5.2 中间轴的计算（2轴）

根据表 15-1 得，中间轴材料为： 45 ，热处理方式： 调质 ，许用弯曲应力[σ-1b]= 60 MPa。 (1) 初估轴径

初选轴径，根据扭转强度计算初估。由表 15-3 得常数A0=120

d1A03P2 39 mm n2(2) 轴的径向尺寸设计

根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求，确定轴的结构如下图（结构草图,标注轴段，用充分的文字说明支撑计算结果）

表5-3 中间轴径向尺寸确定

轴段直径d /mm d1=40 d2=50 d3=60 确定方法 d1>39取标准 d2=d1+10 d3=（0.2+1）d2 说明 12

d4=50 d5=40 d2 d1

(3) 轴的轴向尺寸设计

轴的结构图如下（结构草图,标注轴段长度及支撑点距离，表格内用充分的文字说明支撑计算结果）：

经验值的计算与选取：

轮毂宽度与轴段长度之差= 2（指导书38页图5-10） 齿轮至机体内壁的距离2= 12 大齿轮齿轮端面的距离3= 10 轴承内侧至箱体内壁的距离4= 5（指导书38页图5-12）

表5-4中间轴轴向尺寸确定

轴段长度L /mm L1=42 L2=98 L3=7.5 L4=52 L5=42 l1=55.5 确定方法 B+4+2+2 小齿轮宽-2 说明 3-齿宽差 大齿轮宽-2 B+4+2+2 L1+L2-大齿轮宽/2 13

l2=84.5 l3=78.5 L3+大齿轮宽/2+小齿轮宽/2 B/2+小齿轮宽/2+4+2 5.3 低速轴的计算（3轴）

根据表 15-1 得，低速轴材料为： 40Cr ，热处理方式： 调质 ，许用弯曲应力[σ-1b]= 60MPa。 (1) 初估轴径

初选轴径，根据扭转强度计算初估。由表 15-3得常数A0=100

d1A03P3 46.5 mm n3考虑到键槽的作用，轴径增加3%为 47.9 mm，圆整后暂取d1= 50 mm。

(2) 轴的径向尺寸设计

根据轴及轴上零部件的固定、定位、安装要求，确定轴的结构如下图（结构草图,标注轴段，用充分的文字说明支撑计算结果）：

表5-5 低速轴径向尺寸确定

轴段直径d /mm d1=50 d2=58 d3=60 确定方法 d1>47.9 取标准 （1+0.16）*d 1 取标准 d2+2 说明 14

d4=70 d5=80 d6=70 d7=60 （1+0.16）*d3 取标准 （1+0.15）*d4 d4 d3

表5-6 所选用联轴器的主要参数 型号 GY7 D 160

公称转矩Tn /Nm 1600 D1 100 许用转速n /mm 6000 D2 100 轴孔直径d /mm 50 b 40 轴孔长度L /mm 112 A 8 轴孔长度L1 /mm 112 (3) 轴的轴向尺寸设计

轴的结构图如下（结构草图,标注轴段长度及支撑点距离，表格

内用充分的文字说明支撑计算结果）：

经验值的计算与选取：

轴承端盖至箱外传动件间的距离L= 10 箱座壁厚= 10

联接螺栓至外箱壁的距离C1= 20 ；至凸缘边距离C2= 18

15

轴承座宽度L=C1+C2++(5~10)= 55 齿轮至机体内壁的距离2= 12 大齿轮齿轮端面的距离3= 10 轴承内侧至箱体内壁的距离4= 5 （指导书38页图5-12）

表5-7 低速轴轴向尺寸确定

轴段长度L /mm L1=110 L2=50 L3=22 L4=70 L-2 L’+e+L-4-B B 确定方法 说明 4-3+2-L5-3+高速轴大齿轮齿宽 L5=14 L6=93 L7=41 l1=116 l2=142.5 l3=78 L5>1.4h 取标准 齿宽-2 B+2+4+2 L1/2+L2+L3/2 L3/2+L5+L4+大齿轮齿宽/2 B+2+4+齿宽/2 六、轴的强度校核

6.1 高速轴校核

轴

的

受

力

分

析

如

下

图

：

16

(1) 齿轮的受力

Ft2T1 2984 N；FrFttan 1086 N d1(2) 水平面内轴承约束力

(3) 竖直面内轴承约束力

17

(4) 弯矩图和扭矩图 水平面内弯矩图

竖直面内弯矩图 扭

矩

18

图

(5) 合成弯矩（考虑最不利的情况下） 带轮的压轴力FP在支点产生的反力

弯矩图

合成弯矩

22MMaVMaHMaFP 170000 Nmm （注意单位换算）

19

(6) 按第三强度理论校核

M2(T)2ca 65 MPa < -1b

W 满足强度要求。

6.2 中间轴校核

轴的受力分析如下图：

(1) 齿轮的受力

大齿轮 Ft2T2 2717 N；FrFttan 989 N d22T2 6452 N；FrFttan 2348 N d2小齿轮 Ft(2) 水平面内轴承约束力

20

(3) 竖直面内轴承约束力

(4) 弯矩图和扭矩图 水平面内弯矩图

竖直面内弯矩图

21

扭矩图

最危险截面的合成弯矩

22MMaVMaH 287235 Nmm （注意单位换算）

(5) 按第三强度理论校核

M2(T)2ca 46.7 MPa < -1b

W 满足强度要求。

6.3 低速轴校核

轴的受力分析如下图：

22

(1) 齿轮的受力

Ft2T3 6408 N；FrFttan 2332 N d3(2) 水平面内轴承约束力

(3) 竖直面内轴承约束力

23

(4) 弯矩图和扭矩图 水平面内弯矩图

竖直面内弯矩图

扭矩图

最危险截面的合成弯矩

22MMaVMaH 343708 Nmm （注意单位换算）

(5) 按第三强度理论校核

24

M2(T)2ca 19 MPa < -1b

W 满足强度要求。

七、校核轴承寿命

表7-1 所选用的轴承主要参数

轴名称 高速轴 中间轴 低速轴 轴承代号 6406 6308 6212 d / mm 30 40 60 D / mm 90 90 110 B /mm 23 23 22 Cr / kN 47.5 40.8 47.8 轴承设计要求寿命L'h 43800 h

7.1 高速轴

根据轴的受力情况可知，高速轴上所受径向力大的轴承作用在轴段 L3 ，FrFV2FH2 2549 N。

Lh1060n16Cr 66574 h ＞ L'h fFpr满足要求。

7.2 中间轴

根据轴的受力情况可知，中间轴上所受径向力大的轴承作用在轴段 L1 ，FrFV2FH2 3665 N。

10CrLh 60829 h ＞ L'h 60n2fpFr6满足要求。

25

7.3 低速轴

根据轴的受力情况可知，低速轴上所受径向力大的轴承作用在轴段 L7 ，FrFV2FH2 4406 N。

10CrLh 171347 h ＞ L'h 60n2fpFr6满足要求。

八、键连接的选择和计算

本设计减速器共需键：5 个。

表8-1 键的主要参数

轴名 安装直径 d / mm 24 高速轴 50 中间轴 50 70 低速轴 50 平键 10 16 112 100 平键 平键 8 12 12 20 100 95 90 90 平键 8 12 54 45 轮毂长度 类型 平键 h / mm 7 b /mm 8 键长L /mm 36 L'(1.5~2)d/ mm 42

九、箱体的设计

表9-1 铸铁减速器箱体的主要结构尺寸（mm） 名称 26

符号 尺寸

机座壁厚 机盖壁厚 机座凸缘厚度 机盖凸缘厚度 机座底凸缘厚度 地脚螺钉直径 地脚螺钉数目 轴承旁联接螺栓直径 盖与座联接螺栓直径 连接螺栓d2的间距 轴承端盖螺钉直径 窥视孔盖螺钉直径 定位销直径 df, d1, d2至外机壁距离 df, d2至凸缘边缘距离 轴承旁凸台半径 凸台高度 外机壁与轴承座端面距离 大齿轮端面圆与内机壁距离 齿轮端面与内机壁距离 机盖，机座筋厚 轴承端盖外径 轴承旁联接螺栓距离  1 b b1 b2 df n d1 d2 l d3 d4 d C1 C2 R1 h l1 10 8 12 12 20 20 4 16 10 160 100 8 8 26,20,20 24,18 18 56 45 12 12 12 70 80 1 2 m1,m D2 s

十、心得体会

在这次的二级减速器课程设计中，通过从电机的选择，V带，

还有轴承等等的选择，不断的进行修改校核，最终得出数据的正确性。

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最后在CAD上画出图。在这个过程中，不断的总结和实践的过程中，对我个人的设计能力有了很大的提高。在刚开始写指导书的时候，数据的错误，进行多次的修改，最后进行整理出正确的说明书。再次，在轴的设计方面也比较薄弱，联轴器的选择，轴的受力分析等方面都碰到了困难，在同学的帮助下逐步解决了。这些都暴露出了前期我在这些方面知识的欠缺和经验的不足。对于我来说，收获最大的是方法和能力；那些分析和解决题目的能力。在整个课程设计的过程中，我发现我们学生在经验方面十分缺乏，空有理论知识，没有理性的知识；有些东西可能与实际脱节。总体来说，我觉得像课程设计这种类型的作业对我们的帮助还是很大的，它需要我们将学过的相关知识系统地联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进！

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