带式运输机传动装置中的展开式二级圆柱齿轮减速器

呼伦贝尔学院工程技术学院 第 0 页 共 44 页 目 录 一、设计任务 书 1 二、动力机的选择 2 三、计算总传动比及分配各级传动比4 四、计算传动装置的运动和动力参数 4 五、传动件的设计计算(V 带及齿轮) .5 六、轴的设计计算 . . . 18 七、滚动轴承的选择及计算 .31 八、键联接的选择及校核计算 .35 九、联轴器的选择 .36 十、润滑方式，润滑油牌号及密 封装置的选择 .36 十一、箱体及其附件结构的设计.37 十二、设计总结.39 十三、参考文献 .40 （ 注：内容用四号宋体） 0 计算说明 结 果 一、设计任务书 题目：设计一用于带式运输机传动装置中的展开式二级圆 柱齿轮减速器 1、总体布置简图： 2、工作情况： 载荷平稳、单向旋转 3、原始数据： 输送带的牵引力 F（kN）：2.4 输送带滚筒的直径 D（mm）：460 输送带速度 V（m/s）：1.4 带速允许偏差（）：5 使用年限（年）：8 工作制度（班/日）：2 4、 设计内容： min1.58rn WkWP d07.4 =23.4总i 第 1 页 共 41 页 计算说明 结 果 1) 电动机的选择与运动参数计算 2) 圆柱斜齿轮 1、2 设计计算； 3) 圆柱斜齿轮 3、4 设计计算； 4) 轴的设计； 5) 滚动轴承的选择； 6) 键和联轴器的选择与校核； 7) 装配图、零件图的绘制； 8) 设计计算说明书的编写。 5、设计任务： 1) 减速器总装配图一张； 2) 齿轮和轴零件图各一张； 3） 设计说明书一份； 二、电动机选择 1、电动机功率计算 1) 卷筒轴的输出功率 kWFvPW36.10 2) 电动机输出功率 d p 传动装置的总效率 54231 式中， 为从电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承.21 的效率。由参考书 1 表 2-4 查得： （8） ； ； ；9.01联 轴 器 98.02轴 承97.03齿 轮 （9） ； =0.9664卷 筒带V5 kWP36. 825.0 2 计算说明 结 果 则 82.096.57.098024 2、卷筒的转速 的计算wn 3、计算电动机的满载转速 mn 总inwd210i总 、 、 分别代表电动机至高速轴轴，、轴，012 、轴的传动比 展开式二级圆柱齿轮减速器 ， 取 21)5.3(ii213.i 单级圆柱齿轮传动，常用传动比为 35，取 单级 V 带传动，常用传动比为 24， 取 0i 4.23.102 ii总 min57 rnwd总 kWP.4 4、电动机类型和结构型式 按工作要求和条件，选用 Y132S-4 电动机。它的结构型号 为 Y132S4 的电动机。主要性能如下表： 堵转 转矩 最大 转矩 电动机 型号 额定 功率 kw 满载 转速 额定 转矩 额定 转矩 质量 kg Y132S- 4 5.5 1440 2.2 2.3 68 =32iminr 第 3 页 共 41 页 计算说明 结 果 同步转速 ，4 级min150r 三、计算总传动比及分配各级传动比 1、传动装置的总传动比要求为 （10） 在 i=16160 内，符合条件78.24wmni总 10总 故 32i9.i12.0i 四、计算传动装置的运动和动力参数 1、各轴转速的计算 min2.6790rinm i1.41i in.582rin 式中 为电动机满载转速，单位为 ； 、 、 分m minr n 别为、轴的转速，单位为 ；轴为高速轴， 轴为低速轴； 、 、 依次为电动机轴至高速轴轴，0i12i 轴，、轴间的传动比。 2各轴输入功率 kWpPVdd 67.5318.0 齿 轮轴 承 齿 轮轴 承 轴 承带第 三 根 轴 的 功 率 ，第 二 根 轴 的 功 率 ，第 一 根 轴 的 功 率 ， 式中 为电动机输出功率，单位为 kw； 、 、 为dp P 、轴的输入功率，kw； 、 、 依次为电动0 机轴与轴、轴、轴间的传动效率。 =3.91imin/1.5874i/2.69rn kWP67.531.8 4 计算说明 结 果 3各轴输入转矩 T(Nm) 1） 电动机轴的输出转矩，单位为 mN nPTmdd 9.261407.5.905.966 2） 各轴转矩 式中 、 、 为、轴的输入转矩，单位为 。T mN 3）将计算结果汇总列表备用。 轴 转速 r/min 功率 kw 转矩 Nm 轴 679.2 3.87 5438 轴 174.17 3.71 203.68 轴 58.1 3.56 586.78 五、传动件的设计计算 （一）设计计算带轮和带 已知带传动的工作条件：两班制（每班 8 小时） ，连续单 向运转，载荷平稳，电动机转速 in，传动比mr/140n 允许误差 5%。12.i0 mNT38.547.620 iT md 78.569.07.368.202354N.4.9.30 第 5 页 共 41 页 计算说明 结 果 1 确定计算功率 由工作情况系数表查得 2.1Ak 故 8407.21dacPK 2、选择 V 带型 根据 、 且由 由参考文献【1】图 8-11 可选用 Acap1nm 型 3、确定带轮的基准直径 并验算带速d1v (1)、初选小带轮的基准直径 。由参考文献【1】表 8-81 可取小带轮基准直径 m951d （2） 、验算带速 ssndvV /16.7/1064106带 因为 5m/s90 包角满足条件 （6）.计算带的根数 z 1、计算单根 V 带的额定功率 根据 =1440r/min 和 =95mm 用插值法求得1n1d =1.189kw 根据 =1440r/min， =2.12 和 A 0pn0i 型带，查表（8-4b）得 查表（8-5）得KWP69.0958.K 查表（8-2）得 所以3.Lk =( + ) =(1.189+0.169) rp0p 0.9580.93=1.21kw 2、计算 V 带的根数 Z 164.571 V 带取 4 根 F0min=142.4N 第 7 页 共 41 页 计算说明 结 果 Z= =4.884/1.21=4.05 故取 4 根.Prcap （7） 、计算单根 V 带的初拉力和最小值 根据参考文献【1】149 页表 8-3 查得 q=0.10kg/m （F0）min500 +q =142.4NZkpca)5.2(2v 应使带的实际初拉力 min0F （11） 计算带传动的压轴力 P Fp=2Z sin( /2)=1128.9Nmin01 （二） 、齿轮传动设计及计算 1、轴传动的齿轮设计 已知：输入功率 轴转速 ，传动kwp87.3 min.2679rn 比 ，工作寿命 8 年，设每年工作 300 日两班制，每班9.31i 8 小时，工作平稳转向不变。 1） 、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 a、 选用圆柱斜齿齿轮传动 b、 选用 8 级精度 c、 材料选择 小齿轮 40Cr 调质处理 HB=280HBS 大齿轮 45 钢 调质处理 HB=240HBS d、 选小齿轮齿数 取6.9324.2Z942Z e、选取螺旋角 初选螺旋角 1 2)、按齿面接触强度计算: =1128.9NPF 8 计算说明 结 果 即： d1t= （1）确定公式中的各计算数值 a.因为齿轮分布非对称，载荷比较平稳综合选择 Kt=1.6 b.由参考文献【1】图 10-30 选取区域系数 =2.433HZ c.由参考文献【1】图查得 , ,则78.0190.268.121 d.由参考文献【1】表选取齿宽系数 1d e.由参考文献【1】表（10-6）查得材料的弹性影响系数 218.9MPaZE f.由参考文献【1】图 10-21d 查得齿轮接触应力 =600MPa 大齿轮的为 =550MPa1limH2limH h.计算应力循环次数 91 1056.)308(12.67906 hjLnN82.4.35 i、由参考文献【1】图 10-19 查取接触疲劳寿命系数 =0.92 =0.94 1HNK2HN 取失效率为 1%，安全系数 s=1 = /S=552Mpa1H1NKlim = /S=517 Mpa22li =( + )/2=534.5 MpaH1H 68.1 91056.N824MPa5172Hp =534.5MpaH 23)(12HEdtZuTK 第 9 页 共 41 页 计算说明 结 果 3） 、计算 （1） 、试算小齿轮分度圆直径 td1 （2） 、计算圆周速度: smsndvt 635.1602.79.451601 （3)计算齿宽 b 及模数 ntm b=d =1 45.97mm=45.97mmtd1 = cos/ =1.859mmntmt1z h=2.25 =2.25 1.859mm=4.182mmnt b/h=45.97/4.182=10.99 （4） 、计算纵向重合度 =0.318d tan=1.9031z （5） 、计算载荷系数 K 已知使用系数 ，根据 ，8 级精度，由Asmv635.1 参考文献【1】图（10-8）查得动载荷系数 ；由16.vK 参考文献【1】表（10-4）查得 的值为 由H452H 参考文献【1】图（10-13）查得 ； 38.1F 由参考文献【1】表（10-13）查得 .FHK 载荷系数 5824.6HVAK （6） 、按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径， =1.635m/sv1 =1.903 K=2.358 =52.311d ZuTKdHEdtt 97.455.34968. 8.12054.213 2321 10 计算说明 结 果 = =52.31mm1dt3tKk （7） 、计算模数 nm = cos/ =2.11mmnm1d1z 4） 、按齿根弯曲强度设计 由式 31211cosFdanzYKT (1)确定计算参数 a 计算载荷系数: 24.38.16.1FVAKK b 根据纵向重合度 =1.903,从参考文献【1】图（10- 28）查得螺旋角影响系数 8.0Y c 计算当量齿数 ，27.614os3v1z 9.124cos3v2z d 由参考文献【1】图 10-5 查得 17.25.aa FFY， 由参考文献【1】表 10-5 查得 961aSSa， e 由参考文献【1】10-20C 查得 =500 MPa FE =380 MPa2FE 由参考文献【1】图 10-18 取弯曲疲劳极限 =0.86,1FNK =0.892FNK f 计算弯曲疲劳应力:取安全系数 S=1.4,由参考文献 【1】10-12 得: = /S=307.14 MPa1F1NKFE 第 11 页 共 41 页 计算说明 结 果 = /S=241.57 MPa2F2NKFE g 计算大小齿轮的 ，并比较1FsaY 0165.57.2419 3473021FYsasaF 且 21FsaFsa （2） 、计算法向模数 mmn 52.106.2468.11cos.0357.3 2 对比计算结果,为同时满足接触疲劳强度,则需按分度圆直 径 =56.49mm 来计算应有的模数,于是有:1d 取 2mm；nm 则 37.2514cos3.52cos1 nz 故取 =26 则 取1 .069.12Zi 102z 4） 、几何尺寸计算 a 计算中心距 m9.134cos2)06(cos2)(1zmn 将中心距圆整为 132mm b 按圆整后的中心距修正螺旋角 2mmn a=132mm 2814 12 计算说明 结 果 2128143)06(arcosazmn 因为 值改变不多，故参数 、 、 当不必修正KHZ =1dmzn63.5284cos =2n.10 c 确定齿轮齿宽 m63.5.1dba 圆整后取 012b， 主要尺寸列表 齿轮 I，II 齿数 模数 （mm ） 分度圆直 径 （mm） 齿 宽 螺旋 角 中心 距 材料 I 26 2 53.63 60 40Cr II 102 2 210. 55 “2814 132 45 钢 2、轴传动的齿轮设计 已知输入功率为 轴转速为 174.17 传动比kwp71.3 minr ，工作寿命 8 年按每年工作 300 天计算，两班制，工32i 作平稳，转向不变 （1） 选定齿轮类型，圆柱齿轮传动 1）选用斜齿，圆柱齿轮传动 2） 选用 8 极精度 =1dm63.5 =280m60512b， 第 13 页 共 41 页 计算说明 结 果 3） 材料选用 小齿轮 40Cr 调质处理 HB=280HBS 大齿轮 45 钢 调质处理 HB=240HBS 4） 选取螺旋角 初选螺旋角 14 5） 选小齿轮齿数 大齿轮齿数243Z7243Z （2） 、按齿面接触强度计算: 321HuTKdZdItt 1）确定公式中的各计算数值 a.因为齿轮分布非对称，载荷比较平稳综合选择 Kt=1.6 b.由参考文献【1】图 10-30 选取区域系数 43.2Hz c.由参考文献【1】图 10-26 查得 ,80,7.21 则 6.21 d.由参考文献【1】10-7 选齿宽系数 =1d e.由参考文献【1】表 10-6 查得材料的弹性影响系数 =189.8MPaEZ21 f.由参考文献【1】图 10-21d 查得齿轮接触应力 =600MPa 大齿轮的为 =550MPa1limH2limH h.由参考文献【1】式 10-13 计算应力循环系数 83 10.4)382(17.460hIjLnN8843.1. i、由图 10-19 取接触疲劳寿命系数 =0.94 =0.973HNK4HNK 取失效率为 1%，安全系数 s=1 14 计算说明 结 果 = /S=564Mpa3H3NKlim = /S=533.5 Mpa44li =( + )/2=548.75 MpaH34 2） 、计算 (1)、小齿轮分度圆直径 mZuTKHEdItt 84.715.49326.1082313 232 （2） 、圆周速度: = /60 1000=0.65m/sv3t1n （3） 、计算齿宽 b 及模数 ntm b=d =1 71.84mm=71.84mmtd3 = cos/ =2.904mmntmt3z h=2.25 =6.534mmnt b/h=71.84/6.525=10.99 (4)、计算纵向重合度 =0.318 =1.903tan3Zd 由参考文献【1】表 10-8.10-4.10-13.10-13 分别查得:4.1,375.1,46.,08.1, HFHVA KKK 故 载荷系数 2.60.8.HvA （5） 、按实际的载荷系数校正所得分度圆直径由参考文献 【1】式 10-10a 得 = =80.01mm3dtKk （6） 、计算模数 ntm = cos/ =3.23mmn3d3z =0.65m/sv3 K=2.21 第 15 页 共 41 页 计算说明 结 果 3） 、按齿根弯曲强度设计 由公式 3232cosFdaInzYKTm （1） 、确定计算参数 a 根据纵向重合度 =1.903,从参考文献【1】图 10-28 查得 螺旋角影响系数 8.0Y =2.07924.375.141FVAKK b 计算当量齿数 ，27.614cos3vz 8.14cos23v4z c 查取齿形系数 由参考文献【1】表 10-5 查得 768.1,59.,216.59.24343 sasaFaFa YY， 由参考文献【1】图 10-20C 查得 =500 MPa =380 3FE4FE MPa 由参考文献【1】图 10-18 取弯曲疲劳极限 =0.90, =0.943FNK4FN d 计算弯曲疲劳应力:取安全系数 S=1.4,由公式得: = /S=321.43 MPa3FN3FE = /S=255.14 MPa44K e 计算大小齿轮的 并加以比较 1FsaY 01536.4.25768 2939413FsasFY 16 计算说明 结 果 且 43FsaFsaY (2)设计计算 24.01536.246.14cos8.03709.2 cos3 25322 FdanzYKTm mm. 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法向模数 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法向模数，取nm mm 已可满足弯曲强度且需满足解触疲劳强度，需5.2 按接触疲劳强度算得的分度圆直径 =88.45mm 来计算齿数,3d 于是有: 05.31cos3nmdz 取 则13Z93324Zi 4） 、几何尺寸计算 a 计算中心距 m74.159cos2)3(5.cos2)(43 zmn 中心距圆整为 160mm b 按圆整后的中心距修正螺旋角 43411602)9(.5arcoszmn 因 值改变不多，故参数 、 、 当不必修正KHZ 2.5mmnm 31z94 a=160mm 41 =80mm3d =240mm4 第 17 页 共 41 页 计算说明 结 果 c 计算大、小齿轮的分度圆直径 =3dmzn80os =4n2c d 计算齿轮宽度 m80134ba 圆整后取 534b， 主要尺寸列表如下 齿轮 III，I V 齿数 模数 （mm ） 分度圆 直径 （mm ） 齿宽 螺旋 角 中心 距 材料 III 31 2.5 80 85 40Cr IV 93 2,5 240 80 “41160 45 六、轴的设计计算 （一） 、为了对轴进行校核，先求作用在轴上的齿轮的啮合 力。 第一对和第二对啮合齿轮上的作用力分别为 m85034b， 18 计算说明 结 果 （2） 128N415092tanF 9cos0cost 528 10367.2N9.1084tanF 76cos20cost 863.5148222a 2r2322 11a 1r 411 tgtdTtgtdTFnt nt （3） （一） 、轴的尺寸设计计算 1高速轴设计 1）按齿轮轴设计，轴的材料取与高速级小齿轮材料相同， 40Cr，调质处理，查表 15-3，取 10A 2）初算轴的最小直径 （4） m86.172.69310d30minIpA 高速轴为输入轴，最小直径处跟 V 带轮轴孔直径。因为 带轮轴上有键槽，故最小直径加大 5%， =18.93mm。查表mind 选取 =20mmmind 高速轴工作简图如图(a)所示 =20mmmind 第 19 页 共 41 页 计算说明 结 果 名称 A B C D E 尺寸 60 50 29.25 113 60 名称 F G d1 d2 d3 尺寸 10 29.25 20 25 30 名称 d4 d5 d6 d7 尺寸 34 53.63 34 30 首先确定个段直径 A 段： =20mm 由最小直径算出1d B 段： =25mm，根据油封标准，选择毡圈孔径为 25mm2 C 段： =30mm，与轴承（圆锥滚子轴承 30206）配合，取3 轴承内径 D 段： =34mm， 设计非定位轴肩取轴肩高度 h=2mm4d E 段： =53.63mm，将高速级小齿轮设计为齿轮轴，考虑依5 据参考文献【2】 210p F 段： =34mm, 设计非定位轴肩取轴肩高度 h=2mm6d G 段， =30mm, 与轴承（圆锥滚子轴承 30206）配合，取7 轴承内径 第二、确定各段轴的长度 A 段： =2f+3e=63mm 依据参考文献【1】表 8-10 圆整后1L 取 =60mm B 段： =50mm，考虑轴承盖与其螺钉长度然后圆整取 50mm2 20 计算说明 结 果 C 段： =29.25mm, 与轴承（圆锥滚子轴承 30206）配合,3L 加上挡油盘长度，依据参考文献【2】7-18 =T+b=17.25+12mm=29.25mm3 D 段： =113mm, 考虑各齿轮齿宽及其间隙距离，箱体内壁4L 宽度减去箱体内已定长度后圆整得 =113mm4L E 段： ，齿轮的齿宽m605 F 段： ，T=17.25mm，1L =a-b+8=14-12+8mm=10mm6 G 段： =29.25mm, 与轴承（圆锥滚子轴承 30206）配合,7 加上挡油盘长度， =T+b=17.25+12mm=29.25mm4L 轴总长 L=350.25mm 2、轴的设计计算 输入功率 P=3.21kw，转速 n=174.17 ,T=203.67 轴的材料选用 40Cr，调质minrmN 处理，查参考文献【1】表 15-3，取 10A 所以轴的直径： m4.267.3d30minp 因为带轮轴上有键槽，故最小直径加大 5%， =28mm。ind 圆整为 d35min 轴的设计图如下： =35mmmind 第 21 页 共 41 页 计算说明 结 果 名称 A B C D E 尺寸 44.25 81 21 51 46.25 名称 d1 d2 d3 d4 d5 尺寸 35 44 50 40 35 首先，确定各段的直径 A 段: =35mm,与轴承（圆锥滚子轴承 30207）配合1d B 段： =44mm, 非定位轴肩2 C 段： =50mm, 定位轴间3 D 段： =40mm, 非定位轴肩4d E 段： =35mm，与轴承（圆锥滚子轴承 30207）配合5 然后确定各段距离： A 段： =44.25mm, 考虑轴承（圆锥滚子轴承 30207）宽1L 度与挡油盘的长度 B 段： =81mm,与齿轮配合安装2 C 段： =21mm,箱体内壁宽度减去已确定尺寸3L D 段： =51mm,与齿轮配合安装 4 E 段： =46.25mm, 考虑轴承（圆锥滚子轴承 30207）宽度5 与挡油盘的长度 22 计算说明 结 果 3、轴的设计计算 输入功率 P=3.57KW,转速 n =58.1r/min,T=586.74 轴的mN 材料选用 40Cr（调质） ，可由参考文献【1】表 15-3 查得 =1000A 所以轴的直径: =39.5mm。因为轴上有一个键槽，mind30PA 故最小直径加大 5%， =39.83mm 圆整后取 =45mmin mind 轴设计图 如下： 名称 A B C D E 尺寸 49.75 76 10 81 33.75 名称 F G d1 d2 d3 尺寸 50 82 50 54 60 名称 d4 d5 d6 d7 尺寸 54 50 48 45 首先，确定各轴段直径 A 段: =50mm, 与轴承（圆锥滚子轴承 30210）配合1d =45mmind 第 23 页 共 41 页 计算说明 结 果 B 段: =54mm,非定位轴肩,h 取 2mm 2d C 段: =60mm,定位轴肩，取 h=3mm3 D 段: =54mm, 非定位轴肩，h=2mm4 E 段: =50mm, 与轴承（圆锥滚子轴承 30210）配合5d F 段: =48mm,非定位轴间 h=1.5mm6 G 段: =45mm,联轴器孔长度7 然后、确定各段轴的长度 A 段: =49.75mm,由轴承（圆锥滚子轴承 30210）宽1L T=21.75mm 和轴套长 挡油环 b=12mm 齿mb123 轮齿毂比轴段宽 4mm，所以 bTL75.49)(31 B 段: =76mm，与齿轮配合，齿轮齿宽减去 4mm，便2 于安装 C 段: =10mm,定位轴间取 10mm 3L D 段: =81mm,由箱体的内部尺寸减去各部尺寸4 轴的总长 L=382.25mm E 段: =33.75mm, 与轴承（圆锥滚子轴承 30210）5L 配合 T=21.75mm 挡油环宽 b=12mm 故 =T+b=33.75mm 5 F 段: =50mm, 考虑箱体壁厚以及端盖厚度和便于取6L 下端盖螺钉 G 段： =82mm，与联轴器配合，比联轴器工作段短7 24 计算说明 结 果 2mm 即 mL82)4(7 （二）轴的校核计算, 1、第一根轴: 已知： NFpat9.128,5076,r1 设该齿轮轴齿向是右旋，受力如下图： m45.L18.332， 第 25 页 共 41 页 计算说明 结 果 a 由材料力学知识可求得水平支反力: m75261.39.451313NMFLVtBtAV b 垂直支反力: NFBHAa2.90,713 m57.21394NMFVBA 26 计算说明 结 果 m9258.411NMH， c 合成弯矩 7.506,421 d 由图可知,危险截面在*右边 W=0.1 =0.1 =2700 3d30m3 = /W=45.92MPa1.2 轴承端盖外径 2D102,112 ,130 3)5