同轴式二级圆柱齿轮减速箱设计说明书

1、39一、设计任务1. 题目2 （3）设计一用于带式输送机上的同轴式二级圆柱齿轮减速器。2. 总体布置简图图13. 工作情况工作平稳，单向运转4. 原始数据运输机卷筒扭矩（Nm）运输带速度（m/s）卷筒直径（mm）带速允许偏差（%）使用年限（年）工作制度（班/日）14000.7535051025. 设计内容（1） 电动机的选择与运动参数计算（2） 斜齿轮传动设计计算（3） 轴的设计（4） 滚动轴承的选择（5） 键和联轴器的选择与校核（6） 装配图、零件图的绘制（7） 设计计算说明书的编写6. 设计任务（1） 减速器总装配图1张（0号或1号图纸）（2） 齿轮、轴零件图各一张（2号或3号图纸）（3）

2、 设计计算说明书一份二、传动方案的拟定及说明传动方案如总体布置简图（图1）所示，中间传动采用V带传动和同轴式二级减速箱进行降速。V带传动适用于中高速级，具有结构简单，传动平稳，过载保护等优点；同轴式减速箱横向尺寸小，两大齿轮浸油深度大致相同。减速箱输出轴（低速轴）与输送机卷筒轴采用联轴器连接。三、电动机的选择设计计算及说明结果1. 电动机类型的选择根据电源及工作条件，选用卧式封闭型Y（IP44）系列三相交流异步电动机。、2. 电动机功率的选择1）带速，卷筒直径，卷筒转速有如下关系则2）由工作机主轴输出扭矩和转速，计算工作机主轴所需功率为3）电动机输出功率的计算考虑传动装置的功率损耗，电动机输出

3、功率为式中，为从电动机到工作机主动轴之间的总效率，即其中，分别为传动系统中个传动副、联轴器及各对轴承的效率。根据课程设计（此段计算均查自此书）表2-4，V带传动，圆柱齿轮传动，滚动轴承，联轴器，滚筒滑动轴承。所以电动机的额定功率应大于计算所得的输出功率，根据表20-1，选择电动机额定功率为4）电动机转速的选择设计计算及说明结果根据表2-1和表2-2，V带传动的传动比为，同轴式二级圆柱齿轮减速器传动比为，所以可得电动机的转速范围为表20-1提供的4种转速均可以。一般常用同步转速为和的电动机，故从这两种电动机中进行选择。方案12电动机Y160M-6Y132M-4同步转速（r/min）1000150

4、0满载转速（r/min）9701440总传动比23.7035.18各级传动比V带2.52.5减速器9.4814.07减速器每一级3.083.75质量11981参考比价53.52通过比较方案1和2，两者传动比配置方面相差不大，所以根据电动机质量以及价格，选择方案2，即选择电动机Y132M-4。电动机重要参数记录如下表型号132M-4同步转速1500r/min满载转速1440r/min堵转转矩/额定转矩2.2最大转矩/额定转矩2.3电动机外伸轴长度80mm直径38mm电动机Y132M-4四、传动比配置和传动装置运动、动力参数计算设计计算及说明结果1. 传动比配置1）总传动比2）分配各级传动比取带轮

5、传动的传动比为则减速箱每传动传动比为 设计计算及说明结果 减速箱每一级传动比为传动比计算结果在常用传动比范围内。2. 传动装置运动、动力参数计算 电动机轴为0号轴，减速箱高速轴为1号轴，中速轴为2号轴，低速轴为3号轴。 1）各轴转速2）各轴功率3）各轴转矩整理记录如下电动机轴高速轴1中速轴2低速轴3转速（r/min）1440576153.640.96功率（kW）7.57.166.866.57转矩（）40.74118.71426.521531.82五、各级传动主体设计计算设计计算及说明结果1. V带传动设计计算电动机功率，传动比，电动机转速1）确定计算功率根据机械设计（此段计算均查自此书）表8-

6、7查得工作情况系数,故2）选择V带的带型根据、由图8-11选用A型。3）确定带轮的基准直径并验算带速a初选小带轮的基准直径。由表8-6和表8-8以及图8-11，取小带轮的基准直径。b验算带速按式（8-13）验算带速因为，故带速合适。c计算大带轮的基准直径。根据式（8-15a），计算大带轮的基准直径根据表8-8，圆整为。4）确定V带的中心距和基准长度a根据式（8-20），初定中心距。b由式（8-22）计算带所需的基准长度设计计算及说明结果由表8-2选带的基准长度c按式（8-23）计算实际中心距。中心距变化范围为。5）验算小带轮上的包角6）计算带的根数a计算单根V带的额定功率。由和 ，查表8-4a

7、得。根据，和A型带，查表8-4b得。查表8-5得，表8-2得，于是b计算V带的根数取根7）计算单根V带的初拉力的最小值由表8-3得A型带的单位长度质量，所以应使带的实际初拉力。设计计算及说明结果8）计算压轴力压轴力的最小值为9）带轮主要尺寸根据表8-10，取相邻两轮槽中心距，两侧轮槽中心线到带轮边缘距离，所以带轮的宽度为2. 斜齿轮传动设计计算减速箱低速级承受载荷大，按照低速级进行设计计算。小齿轮转矩，转速，传动比1）选精度等级、材料及齿数a输送机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。b材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿

8、轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。c选小齿轮齿数，大齿轮齿数。d选取螺旋角。初选螺旋角。2）按齿面接触强度设计按式（10-21）试算，即a确定公式内的各计算数值（1）试取（2）由图10-30选取区域系数（3）由图10-26查得，则（4）小齿轮传递的扭矩为（5）由表10-7选取齿宽系数设计计算及说明结果（6）由表10-6查得材料的弹性影响系数（7）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。（8）由式10-13计算应力循环次数。（9）由图10-19取接触疲劳寿命系数；（10）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系

9、数，由式（10-12）得b计算（1）试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得（2）计算圆周速度。（3）计算齿宽及模数。（4）计算纵向重合度。（5）计算载荷系数。设计计算及说明结果已知使用系数，根据，7级精度，由图10-8查得动载系数；查表10-4查得；由图10-13查得；由表10-3查得（）。故载荷系数（6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得（7）计算模数。3）按齿根弯曲强度设计由式（10-17）a确定计算参数（1）计算载荷系数。（2）根据纵向重合度，从图10-28查得螺旋角影响系数。（3）计算当量齿数。（4）查取齿形系数。由表10-5查得；（5）查取应力校正系数。由表1

10、0-5查得；设计计算及说明结果（6）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲强度极限。 （7）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数，。（8）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数，由式（10-12）得（9）计算大小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值大。b设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的发面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的发面模数，取，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由取，则。4）几何尺寸计算a计算中心距将中心距圆整为。b按圆整后的中心距修正螺旋角设计计算及说明结果因值改变不多，故参数等不必修正。c计算

11、大小齿轮的分度圆直径d计算齿轮宽度圆整后取；。由于同轴式二级减速箱的两对齿轮的传动比相同，低速级齿轮承载大，所以高速级齿轮的齿数、模数、齿宽按以上低速级齿轮设计取值。e结构设计为使中速轴上两个齿轮的轴向力可以相互抵消一部分，所以各个齿轮的旋向为：高速级小齿轮，左旋；高速级大齿轮，右旋；低速级小齿轮，右旋；低速级大齿轮，左旋。齿轮数据列表如下高速级低速级小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮传动比3.75模数(mm)3螺旋角中心距(mm)206齿数2810528105齿宽(mm)90859085直径(mm)分度圆79.24317.7679.24317.76齿根圆92.74331.2692.74331.26齿顶

12、圆86.74325.2686.74325.26旋向左旋右旋右旋左旋小齿轮齿顶圆直径，故采用实心式；大齿轮齿顶圆直径，故采用腹板式。六、轴的设计计算及轴上零件的选择设计计算及说明结果1 高速轴设计1）基本数据转矩，转速，功率2）计算作用在轴上的力高速轴小齿轮分度圆直径周向力：径向力：轴向力：受力分析见图6-1-2（各力已经向中心作等效变换）3）初步确定轴的最小直径先按机械设计式（15-2）（此段未作说明均查自此书）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理根据表15-3，取，得高速轴的最小直径为安装带轮的轴段直径。此段开有键槽，轴直径增加6%，得。查手册取带轮孔径为28mm，故4）轴的

13、结构设计a拟定轴上零件的装配方案选用图6-1-1所示的装配方案。图6-1-1设计计算及说明结果b根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1）-段安装带轮，根据前计算取，又带轮宽度为，此轴段应略短于带轮宽度，取。（2）为满足带轮轴向定位要求，-制出一轴肩，取轴肩，故。（3）初步选择滚动轴承。因为轴承同时承受径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，由产品目录选用单列圆锥滚子轴承30207，其尺寸为，故。根据轴承dn值，根据表13-10选用脂润滑，轴承内圈采用套筒和挡油盘小端定位，定位高度。（4）根据标准尺寸以及齿轮尺寸，取安装齿轮轴段-的直径为；齿轮的右端与右端轴承之间

14、采用套筒。挡油盘定位。已知小齿轮宽度为，为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。齿轮左端采用轴肩定位，取，则轴环处的直径。轴环宽度，取。（5）取小齿轮距箱体内壁的距离，轴承端面距箱体内壁距离，轴承宽度，则（6）根据轴承盖宽度和轴承盖螺钉长度，由结构取各轴段直径、长度见下表。轴段-直径（mm）354840长度（mm）28.251087备注轴承30207齿轮轴段-直径（mm）353228长度（mm）46.257580备注轴承30207带轮总长（mm）326.5轴承30207设计计算及说明结果c轴上零件的周向定位小齿轮、带轮与轴的周向定位均采用平键连接。按由表6-1查得平键尺寸为；

15、同理，小齿轮与轴的连接，选用平键为。轴承定位采用过渡配合保证。d导圆和导角查手册取-段轴端导角为，-段轴端导角为，角度均为。各轴肩处导圆为。（有定位要求的除外）e轴上的载荷轴上的受力分析如下图所示，各力已向中心转换图6-1-2作为简支梁的跨距为，梁总长为。根据受力分析及扭矩图和弯矩图，确定危险截面，计算列于下表中设计计算及说明结果载荷水平面H垂直面V支反力F，弯矩M总弯矩扭矩f按弯扭合成应力校核轴的强度根据式（15-5）及上表数据，以及轴单向扭转，扭转切应力为脉动循环应力，取，轴的计算应力轴为45钢调质，由表15-1查得，因此，故安全。2 低速轴设计1）基本数据转矩，转速，功率2）计算作用在轴

16、上的力低速轴大齿轮分度圆直径周向力：径向力：轴向力：受力分析见图6-2-2（各力已经向中心作等效变换）3）初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。设计计算及说明结果选取轴的材料为45钢，调质处理根据表15-3，取，得低速轴的最小直径为安装联轴器的轴段直径。此段开有键槽，轴直径增加6%，得。根据联轴器确定此段直径。联轴器的计算转矩，查表14-1，取，则计算转矩应小于联轴器的公称转矩，查手册选用HL6型弹性柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器孔径，长度，与轴配合的毂孔长度。根据半联轴器孔径，取4）轴的结构设计a拟定轴上零件的装配方案选用图6-2-1所示的装配方案图6-2-1b根据

17、轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1）-段安装半联轴器，根据前计算取，又半联轴器毂孔长度，此轴段应略短于毂孔长度，取。（2）为满足半联轴器轴向定位要求，-制出一轴肩，取轴肩，故。（3）初步选择滚动轴承。因为轴承同时承受径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，由产品目录选用单列圆锥滚子轴承30216，其尺寸为联轴器HL6轴承30216设计计算及说明结果，故。根据轴承dn值，根据表13-10选用脂润滑，轴承内圈采用套筒和挡油盘小端定位，定位高度。（4）根据标准尺寸以及齿轮尺寸，取安装齿轮轴段-的直径为；齿轮的左端与左端轴承之间采用套筒、挡油盘定位。已知大齿轮宽度为，为

18、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。齿轮右端采用轴肩定位，取，则轴环处的直径。轴环宽度，取。（5）取大齿轮距箱体内壁的距离，轴承端面距箱体内壁距离，轴承宽度，则（6）根据轴承盖宽度和轴承盖螺钉长度，由结构取各轴段直径、长度见下表。轴段-直径（mm）657580长度（mm）1057556.25备注联轴器HL6轴承30216轴段-直径（mm）859780长度（mm）821038.25备注齿轮轴承30216总长（mm）366.5c轴上零件的周向定位大齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按由表6-1查得平键尺寸为；同理，大齿轮与轴的连接，选用平键为。轴承定位采用过渡配合保证

19、。d导圆和导角查手册取-段和-段轴端导角为，。各轴肩处导圆为。（有定位要求的除外）设计计算及说明结果e轴上的载荷轴上的受力分析如下图所示，各力已向中心转换图6-2-2作为简支梁的跨距为，梁总长为。根据受力分析及扭矩图和弯矩图，确定危险截面，计算列于下表中载荷水平面H垂直面V支反力F，弯矩M设计计算及说明结果载荷水平面H垂直面V总弯矩扭矩f按弯扭合成应力校核轴的强度根据式（15-5）及上表数据，以及轴单向扭转，扭转切应力为脉动循环应力，取，轴的计算应力轴为45钢调质，由表15-1查得，因此，故安全。3 中速轴设计1）基本数据转矩，转速，功率2）计算作用在轴上的力中速轴大齿轮分度圆直径周向力：径向

20、力：轴向力：中速轴小齿轮分度圆直径周向力：径向力：轴向力：受力分析见图6-2-2（各力已经向中心作等效变换）设计计算及说明结果3）初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理根据表15-3，取，得中速轴的最小直径为安装轴承的轴段直径和，按轴承内径选取合适值。4）轴的结构设计a拟定轴上零件的装配方案选用图6-3-1所示的装配方案图6-3-1b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。因轴承同时承受轴向力和径向力的作用，故选择单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据最小直径的要求，由产品目录选用单列圆锥滚子轴承30209，其尺寸为，故

21、。（2）-轴段同时为两个齿轮的定位轴肩，故使。小齿轮分度圆直径为，故根据标准尺寸取，计算小齿轮齿根圆到键槽底部距离，采取小齿轮和轴分离。根据齿轮宽度取，。齿轮与轴承之间采用套筒和挡油盘定位。（3）-轴段为两个齿轮的定位轴肩，取，故。（4）根据齿轮啮合，小齿轮到箱体内壁的距离，大齿轮到箱体内壁的距离；轴承到箱体内壁的距离为，轴承的宽度为，所以轴承30209设计计算及说明结果（5）根据整体结构，取各段直径、长度见下表轴段-直径（mm）455060长度（mm）46.2587102备注轴承30209齿轮轴段-直径（mm）5045长度（mm）8251.25备注齿轮轴承30209总长（mm）368.5c轴

22、上零件的周向定位大、小齿轮与轴的周向定位均采用平键连接。按由表6-1查得平键尺寸为。轴承定位采用过渡配合保证d导圆和导角查手册取-段和-段轴端导角为，。各轴肩处导圆为。（有定位要求的除外）e轴上的载荷轴上的受力分析如图6-3-2所示，各力已向中心转换作为简支梁的跨距为。根据受力分析及扭矩图和弯矩图，确定危险截面，计算列于下表中载荷水平面H垂直面V支反力F，弯矩M总弯矩扭矩设计计算及说明结果图6-3-2f按弯扭合成应力校核轴的强度根据式（15-5）及上表数据，以及轴单向扭转，扭转切应力为脉动循环应力，取，轴的计算应力轴为45钢调质，由表15-1查得，因此，故安全。七、键和轴承的校核设计计算及说明

23、结果1 键的校核键、轴和轮毂材料均为钢，由机械设计（此段未作说明均查自此书）表6-2查得许用挤压应力，取其平均值。1）高速轴上键的校核高速轴转矩a带轮处的键校核键尺寸为，键的工作长度为，键与轮毂键槽的接触长度为 ，由式（6-1）可得故合适。b小齿轮处键的校核键尺寸为，键的工作长度为，键与轮毂键槽的接触长度为 ，由式（6-1）可得故合适。2）中速轴上键的校核中速轴转矩大、小齿轮处的键校核键尺寸为，键的工作长度为，键与轮毂键槽的接触长度为 ，由式（6-1）可得故合适。3）低速轴上键的校核低速轴转矩a联轴器处的键校核键尺寸为，键的工作长度为设计计算及说明结果，键与轮毂键槽的接触长度为 ，由式（6-1

24、）可得故合适。b大齿轮处键的校核键尺寸为，键的工作长度为，键与轮毂键槽的接触长度为 ，由式（6-1）可得故合适。2 轴承的校核轴承预期寿命为1）高速轴上轴承的校核轴承型号30207，查手册得计算系数，当时，基本额定动载荷。轴承1：径向力：估算轴向力：轴承2：径向力：估算轴向力：轴上轴向载荷：受力方向见图6-1-2因为，所以轴承1放松，轴承2压紧。故，。取载荷系数设计计算及说明结果当量动载荷：轴承1：，故，轴承2：，故，因为，故按轴承2校核。故合适。2）中速轴上轴承的校核轴承型号30209，查手册得计算系数，当时，基本额定动载荷。轴承1：径向力：估算轴向力：轴承2：径向力：估算轴向力：轴上轴向载

25、荷：受力方向见图6-3-2因为，所以轴承2放松，轴承1压紧。故，。设计计算及说明结果取载荷系数当量动载荷：轴承1：，故，轴承2：，故，因为，故按轴承2校核。故合适。3）低速轴上轴承的校核轴承型号30216，查手册得计算系数，当时，基本额定动载荷。轴承1：径向力：估算轴向力：轴承2：径向力：估算轴向力：轴上轴向载荷：受力方向见图6-2-2因为，所以轴承2放松，轴承1压紧。故，设计计算及说明结果。取载荷系数当量动载荷：轴承1：，故，轴承2：，故，因为，故按轴承1校核。故合适。八、配合、润滑及密封1 轴上零件与轴的配合根据课程设计表4-1，选用齿轮、带轮及联轴器与轴的配合为；轴承内圈与轴的配合为m6

26、，轴承外圈与外壳孔的配合为H7；轴承盖与箱体轴承座孔的配合为。2 轴承的润滑与密封根据机械设计表13-10，由轴承dn值，轴承选用脂润滑，因此为防止箱体内润滑油与润滑脂接触，轴承与内壁间采用挡油盘密封，轴承盖与轴之间用毛毡圈密封；由于高速轴与低速轴在箱体内部的轴承采用脂润滑有加润滑脂不方便的问题，并且计算得中速轴大齿轮的圆周速度大于2m/s，所以箱体内部两个轴承采用油润滑，并用焊接于箱盖上的集油板收集润滑油。九、箱体附件的选择及箱体相关尺寸1 箱体附件的选择根据课程设计附件选择如下1）通气器根据表9-6，选择通气螺塞（无过滤装置），规格M16×1.52）轴承盖根据表9-9，选择高速轴

27、和低速轴为透盖，中速轴为闷盖，主要尺寸如下（单位：mm）高速轴中速轴低速轴形式透盖闷盖透盖d09911D092105165D2112125190e101012D46472128D5（6881135D66882136（各符号含义详见表9-9）3）油标尺根据表9-14，选择油标尺2，规格为M12（12）4）油塞根据表9-16，选择外六角油塞，规格为M14×1.5，相应的封油垫规格为内径d1=15mm，外径D0=22mm，厚度H=2mm5）窥视孔及视孔盖根据表9-18，主要尺寸如下（单位：mm）AA1A0B100130115170B1B0d4H200180M65（各符号含义详见表9-18，视孔盖材料为铸铁）6）起吊装置根据表9-20，主要尺寸如下（单位：mm）a箱盖吊钩C1C2bRr1r240562056108（各符号含义详见表9-20）b箱座吊耳BHhr2b3024127.520（各符号含义详见表9-20）7）起盖螺栓根据表13-7，选择起盖螺栓规格为M10×20,GB5783-862 箱体主要尺寸名称符号尺寸（mm）或个数箱座壁厚10箱盖壁厚110箱座凸缘厚度b15箱盖凸缘厚度b115箱底座凸缘厚度b225箱座加强肋厚m8.5箱盖加强肋厚