武汉理工大学机械设计带式运输机减速器设计说明书2.

1、设计一用于带式运输机上的圆锥圆柱齿轮齿轮减速器。工作经常满 载，空载启动，工作有轻振，不反转，单班制工作。运输带容许速度 误差为5%减速器为小批生产，使用期限 10年。运输带速度V (m/s) :1.2卷筒直径D (mm) :320目录设计任务书 3传动方案的拟订及说明 3电动机的选择 3计算传动装置的运动和动力参数 5传动件的设计计算 7轴的设计计算 .16滚动轴承的选择及计算 .38键联接的选择及校核计算 .42联轴器的选择 .43减速器附件的选择.44润滑与密封 .44设计小结 .44参考资料目录 .451设计计算及说明一、设计任务书设计一用于带式运输机上的圆锥圆柱齿轮减速器，已知带式运

2、输机驱动卷筒的圆周力（牵引力）F=2000N ,带速v=1.2m/s，卷筒直径D=320mm，输送机常温下经常满载，空载起动，工作有轻震，不反转。工作寿命10年（设每年工作300天），一班制。二、传动方案的拟订及说明计算驱动卷筒的转速60 1000v60 1000 1.2nw71.6r / minnD兀 x 320选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机，因此传动装置总传动比约为13。根据总传动比数值,可拟定以下传动方案：图一三、选择电动机1 ）电动机类型和结构型式按工作要求和工作条件，选用一般用途的Y （IP44）系列三相异步电动机。它为卧式封闭结构。2）电动机

3、容量（1）卷筒的输出功率PFv 2000 如.2Pw2.4kw1000 1000（2）电动机输出功率R传动装置的总效率1： 11 .2人3 .3 .4 .5人2 .6丫|1 2式中1、2为从电动机至卷筒轴的各传动机构和轴承的效率。由机械设计（机械设计基础）课程设计表 2-4查得：V带传动1=0.96 ;滚动轴承 2=0.988 ;Hon .n Rn R圆柱齿轮传动=0.97 ;圆锥齿轮传动=0.96;弹性联轴器=0.99 ;卷筒轴滑动轴承=0.96 ;则= 0.96 0.988A 3 0.97 0.96 0.99 0.99 0.96 = 0.81Pd旦釜心沁（3）电动机额定功率Ped由机械设计

4、（机械设计基础）课程设计表20-1选取电动机额定功率 Ped二4.0kW。2-1查得V带传动常用传动比3）电动机的转速 推算电动机转速可选范围，由机械设计（机械设计基础）课程设计表 范围i1 =24，单级圆柱齿轮传动比范围 i2=36，圆锥齿轮传动比范围 住=23，则电动机转速可选范围为:5nd = n h i2 % =859.2 4296r/min初选同步转速分别为1000r/min和1500r/min的两种电动机进行比较，如下表:方案电动机型号额定功率（kw）电动机转速（r/mi n）电动机质量（kg）同步、卄 +、， 满载1Y132M1-641000960732 :Y112M-44150

5、0144043传动装置的传动比总传动比V带传动二级减速器12.373.13.9918.564.644两方案均可行 但方案1传动比较小，传动装置结构尺寸较小，因此采用方案1,选定电动机的型号为 Y132M1-64）电动机的技术数据和外形，安装尺寸由机械设计（机械设计基础）课程设计表 20-1、表20-2查得主要数据，并记录备用。四、计算传动装置的运动和动力参数1）传动装置总传动比2 ）分配各级传动比因为是圆锥圆柱齿轮减速器，所以圆锥圆柱齿轮减速器传动比nm 960in 灼 71.6:13.4h = 0.25i = 3.35i2=空=4h 3.35设计计算及说明设计计算及说明结果3 )各轴转速(轴

6、号见图一)n1 = nm = 960r / minn2 = n1 = 960r /minn2960= 287r / minn3 :ii3.35n3287= 7i.6r / minn4= =i24ns :=门4= 71.6r,/ min4)各轴输入功率按电动机所需功率 Pd计算各轴输入功率，即Pi 二 Pd =2.96kwp2 = Pi 2 5 = 296 0.99 0.988 = 2.895kwp3 = p2 4 -2.89 0.96 =2.78kwp4 = p3 2 3 =2.78 0.988 0.97 = 2.66kwp5 = p4 2 = 0.98 2.66 =2.63kw5 )各轴转矩

7、Ti =9550 P =29.45N *m niT2 =9550 必=28.799n *mT3 =9550 色=92.627nmT4 =9550 直=355.27n *mT5 =9550 p = 350.789n *m项目轴1轴2轴3轴4轴5转速(r/min)96096028771.671.6功率(kw)2.962.8952.782.662.63转矩(N*m)29.4528.79992.63355.27350.79传动比113.3541效率10.9780.960.9580.988五、传动件的设计计算圆锥直齿轮设计已知输入功率 P2 =2.895kw，小齿轮转速960r/min，齿数比u=3.3

8、5，由电动机驱动，工作寿命10年（设每年工作 300天），一班制，带式输送机工作经常满载，空载起动，工作有 轻震，不反转。1、选定齿轮精度等级、材料及齿数 1）圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故选用 7级精度（GB10095-88） 2） 材料选择 由机械设计（第八版）表10-1选择小齿轮材料为 4Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为 45钢（调质），硬度为240HBS。3）选小齿轮齿数Z1 =25，大齿轮齿数z2 =3.35 25 =83.75，取整z2 = 84 。则9z2 _ 84Z1 25= 3.3625z2 = 8495.5 10A5p2r)2二 28799n *

9、mm2、按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算，即Z eKT1d 试选载荷系数Kt =1-8 计算小齿轮的转矩1M 2.92殳 /(, ) a 2.7h 】 R ( 1 0.5$ R )八2* u(1)确定公式内的各计算数值3）选齿宽系数R=0.33设计计算及说明114）由机械设计（第八版）图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限二H imi =600MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限c Iim2 =550MPa5）由机械设计（第八版）表10-6查得材料的弹性影响系数Ze =189.8MPaA0.56）计算应力循环次数N21.3824 10A93.36= 4.114 10八8二

10、h im1 二 600MPaC H lim 2 = 550MPaZe =189.8MPaA0.5N 1.3824 10A9N2 =4.114 10A87）由机械设计（第八版）图10-19取接触疲劳寿命系数Khn1=0.93, Khn2 =0.96 8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得r 1 KhN1CT H lim 1 h0.93 600 =558MPaSr i KHN 2CTH lim 2h b = 558MPah 】2 = 528MPah12 -0.96 550 =528MPaS（2） 计算KR(1 -.05R f u1）试算小齿轮分度圆直径d1t，代入H 中较小的

11、值=60.03mm2）计算圆周速度v60 1000: 60.03 960=3.01m/ s60 1000d1t - 60.03mmv = 3.01m/ s3）计算载荷系数 根据V =3.01m/s, 7级精度，由机械设计（第八版） 图10-8查得动载系 数 Kv = 1.12直齿轮 Kh = Kf ： = 1由机械设计（第八版）表10-2查得使用系数 Ka =1.25根据大齿轮两端支撑，小齿轮作悬臂布置，查机械设计（第八版）表得轴承系数 Kh%=1.25，则 KHB=KFp = 1.5KH0e = 1.5x1.25 = 1.875接触强度载荷系数 K = KaKvKh : K = 1.25 1

12、.12 1 1.875 = 2.625K= 2.6254）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得di = 68.07mm5）计算模数mZ168.07252.722mm取标准值m二3mm6）计算齿轮相关参数di = mzi =3 25 = 75mmd2 二 mz2 =3 84 = 252mmu3.366 = arccos = arccos=16Pu2 +12.78T392485.26n *mm2873） 选齿宽系数 d =14） 由机械设计（第八版）图10-30选取区域系数Zh二2*4335）由机械设计（第八版）图10-26查得；：“=0.765，= 0.866，则；：-；2 = 1.631

13、6）由机械设计（第八版）表10-6查得材料的弹性影响系数Z189.8MPaA0.57）计算应力循环次数N1 =60nsjlh =60 287 1 1 8 300 10 =4.1328 10八8N 4.1328 10A8N2 =1.0332 10A8N1N2- =1.0332 10A848） 由机械设计（第八版）图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限-H lim1 =600MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限二 h im 2 二 570MPa9) 由机械设计(第八版)图10-19取接触疲劳寿命系数Khn 1 = 0.95, Khn 2 = 0.98设计计算及说明10) 计算接触疲劳许用

14、应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得r 1Khn ca 二W64.71A 2 (0.6 32.73) A 20.1 0.03 a 3= 25.05MPa二 ca 二 25.05MPa前已选定轴的材料为45钢（调质），由机械设计（第八版）表15-1查得cr=60MPa,rca fcf -1 故安全6、精确校核轴的疲劳强度（1） 判断危险截面截面5右侧受应力最大（2）截面5右侧设计计算及说明抗弯截面系数W=0.1dA3 =0.1 30A3 = 2700mmA3抗扭截面系数Wt =0.2d A3 -0.2 30A3 -5400mmA3截面5右侧弯矩M为W =2700mmA3Wt 二 5400mm

15、A3M =64840N mmM = 64840N mm截面5上的扭矩T 2为T2 =32730N mmT 2 = 32730N mm截面上的弯曲应力M64840Cb -24.01MPabb = 24.01MPaW2700截面上的扭转切应力T232730TT =二= 6.06MPatt = 6.06MPaWt5400轴的材料为45 钢，调质处理。由表 15-1查得ctb =640MPa 厲-1 =275MPa,t 丄= 155MPao截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数口口及a巧按机械设计（第八版）附表r 2.0c “D37,= 0.067=1.2333-2查取。因d30d30，经插值后查得a

16、cr = 1.93,5 = 1.55又由机械设计（第八版）附图3-2可得轴的材料敏感系数为qcr=0.82, q= 0.85故有效应力集中系数为结果设计计算及说明k；,1 qf）=1 0.82 （1.93-1）=1.76ki尸 1 q V -1）=10.85 （1.55-1）=1.47由机械设计（第八版）附图3-2的尺寸系数- .71，扭转尺寸系数】二0.87。轴按磨削加工，由机械设计（第八版） 附图3-4得表面质量系数为C - - . - 0.92轴未经表面强化处理，即7二1，则综合系数为心已亠需+掐亠2.2、求作用在齿轮上的力已知圆柱斜齿轮的分度圆半径d1 = mt=3.091823 =

17、71.11mmd1 = 71.11mm而Kc - 2.57K . =1.78K = k 1 i =匸471 J =1.78航 Pt 0.87 0.92又取碳钢的特性系数；= 0.1, . = 0.05计算安全系数Sca值；= 0.1, . = 0.05275S 一 K；g2.57 24.01 0.1 0= 4.46S；：S15527.951.78 606 0.05 6062 24.46 27.95Sca JSdT + SY 丁4.46八2 + 27.95八2= 4.40 S = 1.5S；: = 4.46S 尸 27.95Sca = 4.40S = 1.5故可知安全。中间轴设计1、求中间轴上的

18、功率 P3、转速n3和转矩T3p3 =2.78kw n3 = 287r / min T3 = 92.627 N设计计算及说明结果2T32x97.35Fti2738Ndi 0.07111tan： ntan20Fri 二 Fti27381027NcosPcos135956Fai =Ftitanl： =2738 tan13 5956” =683N已知圆锥直齿轮的平均分度圆半径Ft1 二 2738NF，1027NFa，683Ndm2 二 195.39mmdm2 二d2(1-0.5 R)二 mtZ2(1-0.5 R) =3 78 (1 0.5 0.33) = 195.39mml 2T3Ft2dm22 9

19、7.350.19539= 996NFr2=Ft2ta n_：cos、j=996 tan20 cos 72 1342 = 111NFt2 =996NF2 = 111NFa2=345NFa2 二 Ft2tan ： sin1=996 tan20 sin 72 1342 = 345N圆周力Ft1、Ft2，径向力Fr1、Fr2及轴向力Fa1、Fa2的方向如图四所示结果设计计算及说明图四3、初步确定轴的最小直径d min = 25.59mm先初步估算轴的最小直径。 选取轴的材料为40Cr （调质），根据机械设计（第d min = 25.59mm八版）表15-3，取A0 =108，得 310，中间轴最小直径

20、显然是安装滚动轴承的直径d1 -2和d5 -6设计计算及说明结果4、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案（见下图图五）41（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据d1 =：d5 -6 25.59mm，由机械设计（机械设计基础）课程设计表15-7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30306，其尺寸为 d D T =30mm 72mm 20.75mm，d1 _2 = d56 二 30mmd1 / = d5 -6 =30mm。这对轴承均采用套筒进行轴向定位，由机械设计（机械设计

21、基础） 课程设计表15-7查得30306型轴承的定位轴肩高度h= 3.5mm，因此取套筒直径d2 -3 二 d4 -5 二 35mm37mm。2）取安装齿轮的轴段 d2 -d4 = 35mm，锥齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位，已知锥齿轮轮毂长 L =38.5mm，为了使套筒端面可靠地压紧端面，12 _3 = 35mmd 3 _4 = 43mm14 _5 = 72mm|i _2 = 55.67 mm13 _4 二 10.08mm|5 _6 = 52.75mm此轴段应略短于轮毂长，故取 I2 _3 =35mm，齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩 高度h 0.07d，故取h =4mm，则轴环处的直径为

22、d3_4 =43mm。3）已知圆柱直齿轮齿宽 B 76mm，为了使套筒端面可靠地压紧端面， 此轴 段应略短于轮毂长，故取 14 -5二72mm。4） 箱体一小圆锥齿轮中心线为对称轴，则取11=55.67mm，|3_4 =1.8mm，15 _6 = 52.75mm。（3 ）轴上的周向定位 圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，按 d2由机械设计（第八版）表6-1 查得平键截面b h=10mm 8mm，键槽用键槽铳刀加工， 长为22mm，同时H 7为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为m6 ；圆柱齿轮的周向定位采用平键连接，按d4 -5由机械设计（第八版）表6-1查得平键截面b h

23、=10mm 8mm，键槽用键槽铳刀加工， 长为56mm，同时为H7保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为m6；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为m6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为2 455、求轴上的载荷载荷水平面H垂直面V支反力FFnh1 =1673NFnv1 =309NFnh2 = 2061NFnv2 = 1225N弯矩MMh 1 = 102N *mMh2 =143N *mMv1=18.93N mMv2 = 48.48 N *mMV3 = 36.61 N *mMv4 = 85.19N *m总弯矩M max = M4 = J143A

24、 2+85.19 a 2 =166.45 N扭矩TT3 =97.35N6、按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 =.6，轴的计算应力.:M 八2 (T2)a2 166.45 a 2 (0.6 97.35) a 2Cca 二0.1 0.035 A3= 41.14MPa匚 ca=41.14MPa前已选定轴的材料为 40。（调质），由机械设计（第八版）表15-1查得cr = 70MPa,CTca b -I 故安全7、精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面截面5左右侧受应力最大(2)截面5右侧抗弯截面系数W=0.1dA3 =0.1 30A3 =270

25、0mmA3抗扭截面系数Wt 二 0.2d A3 二 0.2 30A3 二 5400mmA3ca ：_.1 IW = 2700mmA3Wt = 5400mmA3结果设计计算及说明截面5右侧弯矩M为M = 94581N * mmM =94581N *mm截面5上的扭矩T3为T 3 二 97350N mmT3 =97350N mm截面上的弯曲应力a = 35.03MPaM 94581 北 ccc:-b35.03MPaW 2700截面上的扭转切应力 t = 18.03MPaT297350T18.03MPaWt5400轴的材料为400， 调质处理。由表 15-1 查得；b =735MPa,二 _1 =3

26、55MPa, _1 =200MPaO截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数二及按机械设计(第八版)r附表3-2查取。因d2.0 =0.067303530= 1.167经插值后查得二一 1.90, ： . =1.47又由机械设计(第八版)附图3-2可得轴的材料敏感系数为q；= 0.82, q . = 0.85故有效应力集中系数为k=1 q；：(T)=1 0.82 (1.90-1)=1.74k . = 1 q (:r-1) = 1 0.85 (1.47 T) = 1.40由机械设计(第八版) 附图3-2的尺寸系数；二= 0.71，扭转尺寸系数；=0.87。轴按磨削加工，由机械设计(第八版)附图3-

27、4得表面质量系数为43设计计算及说明45轴未经表面强化处理，即=1，则综合系数为K. 1 亠 1.741Ser Per0.710.92 一仁 2.54K- - 2.54= 1.70K1st PtPt1.401_1 =1.700.87 0.92又取合金钢的特性系数 0.1, ： . = 0.05 0.1,1 = 0.05计算安全系数Sca值Sc -K ；匚 am3552.54 35.03 0.1 0 一3.99Si = =TT-TT-T-TT =12.39K 備+%m 1 74x18.03 + 005x18.032 23.99 12.39S= 3.99S =12.39Sca = 3.40 S =

28、 1.5s： sa -、S；2 S A23.40 S = 1.5.3.99A2 12.39A2故可知安全。(3)截面5左侧抗弯截面系数W =0.1d A3= 0.1 35A3 =4287.5mmA3W 二 4287.5mmA3抗扭截面系数Wr =0.2dA3 =0.2 35A3 =8575mmA3Wr = 8575mm A3截面5左侧弯矩M = 94581N *mmM 二 94581N * mm设计计算及说明截面5上的扭矩T2为T3 =97350N *mmT 3 = 97350N * mm截面上的弯曲应力Cb94581 =22.06MPa4287.5；壮二 22.06MPa截面上的扭转切应力T

29、397350= -:=Wt8575= 11.35MPaT = 11.35MPak；二过盈配合处的-，由k kc-0.8 ；-，于是得k k 2.13,0.8 2.13=1.70Scr名 轴按磨削加工，由机械设计（第八版）附图3-4得表面质量系数为I = 0.92机械设计（第八版）附表3-8用插值法求出，并取故得综合系数为KAAK-；二-2.13。他一“2.22k 111=1.701=1.790.92计算安全系数Sca值S-KC-am3552.22 22.06 0.1 0 7.25-am200=20 141.70 1135 0.05 1135.S；S27.25 20.14Sa 二2 +2 Ql.

30、25A 2+20.14八 2-6.82 S=1.5K- - 2.22K 尸 1.79ST.25S =20.14S = 6.82 S = 1.547设计计算及说明故可知安全。输出轴设计1求输出轴上的功率 P4、转速n4和转矩T4p4 =2.66kw n4 =71.6r/min T4 = 355.27 N2、求作用在齿轮上的力d2 = mt Z2 = 3.0918 92 = 284.45mm已知圆柱斜齿轮的分度圆半径d2 = 284.45mm2T42 371.66Ft =-2613.2Nd10.28445tanntan 20Fr 二 Ft2613.2980.2Ncos0cos135956Fa 二F

31、ttan ： =2613.2 tan 13 5956” = 651.5N圆周力Ft、径向力Fr及轴向力Fa的方向如图六所示而Ft =2613.2NFr =980.2NFa = 651.5NI HMv.MeN1图六3、初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计（第|3.02d min = Ao； = 37.95mmd min = 37.95mm八版）表15-3，取Ao=112，得*77.6，输出轴的最小直径为安装联轴器的直径di2，为了使所选的轴直径 di2与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩 Tea = KaT2，查机械设计

32、（第八版）表14-1，由于转矩 变化很小，故取KA =1.3，则Tea 二 KaT2 =1.3 371660 = 483158N mm查机械设计（机械设计基础）课程设计表 17-4,选HL3型弹性柱销联轴 器，其公称转矩为 630000 N *mm，半联轴器的孔径d40mm，故取d1 2 = 40mmd1 -2 =40mm，半联轴器长度L =112mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度为 84mm。4、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案（见图六）5755d2 _3 二 47mmI1 _2 二 82mmd2 -3 二 47mmd3 _4 = d7 _8 二 50mm|3 _4 二 29.25mm

33、图六（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1） 为了满足半联轴器的轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取 2-3段的直径d2 -47mm，左端用轴端挡圈定位，按轴端挡圈直径D =48mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度Ll =84mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比L1略短些，现取11 鼻=82mm。2）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据 d2=47mm，由机械设计（机械设计基 础）课程设计表15-7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 30310,其尺寸为= 50mm 110mm 29.25mm，d3 亠=d7=50mm，而 I3 亠=29.25mm。左端轴承采用轴肩进行轴向定位，由机械设计（机械设计基础）课程表15-7查得30310型轴承的定位轴肩高度 h = 5mm，因此取d4_5=60mm ；齿轮右端和右轴承之间采用套筒定位，已知齿轮轮毂的宽度为71m m,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度， 故取I6 _7 = 67mm。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度h 0.07d，故取h =4mm，则轴环处的直径为 d5 _6 =63