机械设计课程设计说明书-带式运输机传动装置（含蜗杆-圆柱齿轮减速器）

机械设计课程设计

课程名称: 题目名称: 学 院: 专业班级: 学 号: 姓 名: 指导教师:

机械设计课程设计

带式运输机传动装置（蜗杆-圆柱齿

轮二级减速器）

郝秀弘

目录

一、课程设计任务书 ..................................................................................... 错误！未定义书签。 （一）设计题目： ......................................................................................... 错误！未定义书签。 （二）、传动方案： ..................................................................................... 错误！未定义书签。 （三）、原始数据： ..................................................................................... 错误！未定义书签。 （四）、工作条件与技术要求： ................................................................. 错误！未定义书签。 （五）、设计任务量： ................................................................................. 错误！未定义书签。 二、总体设计 ................................................................................................. 错误！未定义书签。 （一）、电动机的选择 ................................................................................. 错误！未定义书签。

1、电动机类型的选择 ................................................................... 错误！未定义书签。 2、电动机功率的选择 ................................................................... 错误！未定义书签。 3、电动机转速的选择 ................................................................... 错误！未定义书签。

（二）传动比的分配 ..................................................................................... 错误！未定义书签。 （三）传动装置的运动和动力参数计算 ..................................................... 错误！未定义书签。

1、各轴转速的计算 ....................................................................... 错误！未定义书签。 2、各轴输入功率计算 ................................................................... 错误！未定义书签。 3、各轴的输入转矩计算 ............................................................... 错误！未定义书签。

三、传动零件的设计计算 ............................................................................. 错误！未定义书签。 （一）齿轮的设计计算 ................................................................................. 错误！未定义书签。

1、高速级蜗轮蜗杆传动的设计计算 ........................................... 错误！未定义书签。 2、低速级齿轮传动的设计计算 ................................................... 错误！未定义书签。

四、轴的设计与校核 ..................................................................................... 错误！未定义书签。 （一）蜗轮轴的设计 ..................................................................................... 错误！未定义书签。 （二）蜗杆轴的设计 ..................................................................................... 错误！未定义书签。

4.2.5蜗杆、轴承、键的强度校核 ................................................ 错误！未定义书签。

（三）齿轮轴的设计 ..................................................................................... 错误！未定义书签。 五、箱体的设计计算 ..................................................................................... 错误！未定义书签。 六、键等相关标准的选择 ............................................................................. 错误！未定义书签。 七、减速器结构与润滑的概要说明 ............................................................. 错误！未定义书签。 八、设计小结 ................................................................................................. 错误！未定义书签。 九、参考文献 ................................................................................................. 错误！未定义书签。

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一、课程设计任务书

（一）设计题目：

运输机传动装置（蜗杆—圆柱齿轮减速器）设计

（二）、传动方案：

所选的传动方案如下图所示：

（三）、原始数据：

已知条件 参数 传送带牵引力F/kN 1.874 传送带速度v/（m/s） 0.39 滚筒直径D/mm 400 3

（四）、工作条件与技术要求：

输送带速度允许误差为±5%；输送机效率

?W?0.96；工作情况：双班制，

连续单向运转，载荷微震；工作年限：4年；工作环境：室外；动力来源：电力，三相交流，电压380V；检修间隔期：四年一次大修，二年一次中修，半年一次小修；制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。

（五）、设计任务量：

减速器装配图1张（A0纸张）；零件工作图3张；设计说明书1份。

二、总体设计

（一）、电动机的选择

1、电动机类型的选择

根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。

2、电动机功率的选择

PW?Fv6500?0.42?kW?2.844kW1000?W1000?0.96

工作机所需要的有效功率为：其中，

?W为工作机传动效率。

Pd为了计算电动机所需功率

，需确定传动装置总效率?。设各效率分别为：

??1（弹性联轴器）、?2（蜗杆传动）、3（滚动轴承）、?4（圆柱齿轮传动）。

??0.98；?4?0.97；则传动装置的

由表2-2查得：?1?0.99；?2?0.80；33???12?2?3??0.992?0.80?0.983?0.97?0.7164总效率为：。

4

电动机所需功率为：

Pd?PW??2.844kW?3.972kW0.716

由表16-1选取电动机的额定功率为4kW。

3、电动机转速的选择

选用常用同步转速1000r/min和1500r/min两种作对比。 工作转速 总传动比

nW?60?1000v60000?0.42?r/min?22.930r/min?D3.14?350

i?nm/nW，其中

nm为电动机的满载转速。

现将两种电动机的有关数据列于下表比较： 方电动机额同步满载转总案 型号 定功率转速速/(r/min) 传动比i /kW /(r/min) IY132M4 1000 960 41. 1—6 867 IY112M4 1500 1440 62.I —4 800 由上表可知方案II总传动比过大，为了能合理地分配传动比，提高传动效率决定选用方案I。

4、电动机型号的确定

根据电动机功率和同步转速，选定电动机型号为Y132M1—6。查表16-2知电动机的机座中心高为132mm，外伸轴径为38mm，外伸轴长度为80mm。

（二）传动比的分配

现总传动比为i?41.867。为了提高传动效率，低速级圆柱齿轮传动比可取

i2?0.05i?0.05?41.867?2.09，则i1?i/i2?41.867/2.09?20.03。

（三）传动装置的运动和动力参数计算

1、各轴转速的计算

nm?960r/min

5

齿根圆直径 *df1?d1?2(ha?c*)mn*df2?d2?2(ha?c*)mn120.98 261.52 200 中心距 m(z?z2)a?n12cos? B1?b?5B2?b齿宽 135 130 四、轴的设计与校核

（一）蜗轮轴的设计

（1）轴的材料的选择，确定许用应力

考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩。选用45号钢，

???=600MPa ???=55MPa

bb?11（2）按扭转强度，初步估计轴的最小直径dmin

选取轴的材料为45钢，调质处理。根据《机械设计》表15-3，取A=112，于是得：

dmin?A3P23.083?112?3mm?44.875mmn247.93

因该段轴最小直径处安装滚动轴承，取为标准值，取dmin?50mm。 （3）轴承类型及其润滑与密封方式

采用单列圆锥滚子轴承，并采用凸缘式轴承端盖，实现轴承两端单向固定，轴伸处用A型普通平键联接，实现周向固定，用A型普通平键联接蜗轮与轴 （4）轴的结构设计

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蜗轮轴简图

1)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。已知dmin?50mm。 2)初选滚动轴承:

因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参考工作要求并根据dmin?50mm，初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30210，其尺寸为d?D?T?B?50mm?90mm?21.75mm?20mm。 故选

d1?d5?50mm。

两端滚动轴承采用套筒进行轴向定位。由手册上查得30210型轴承的定位轴肩高度

*h=4.5mm，即套筒近轴承端厚4.5mm。

3）轴段直径:

取小齿轮、蜗轮距箱体内壁之距离a=16mm，小齿轮与涡轮之间的距离c=20mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=8mm。 已知小齿轮宽度

T

1=135mm，已知蜗轮宽度，取蜗轮宽度B=50。蜗轮的右端与右轴

B?0.67da1?0.67?75.6mm?50.652mm承之间采用套筒定位。为了使套筒端面可靠地压紧蜗轮和齿轮，轴段应略短于轮毂宽度，故取l2?133mm，l4?48mm。

取安装蜗轮处轴段的直径d4?65mm，安装齿轮处轴段的直径d2?65mm，蜗轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d,故取h?5mm，则

d3?75mm。

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4)轴承端盖的总宽度取为20mm。 5)综上可知：

d?75mmd4?65mmd5?50mm各段直径：d1?50mm；d2?65mm；3；；。 L?20mm各段长度：L1?21.75?8?16?2?47.75mm；L2?133mm；3；

L4?48mm；L5?L1?47.75mm。

轴的总长为：

L?L1?L2?L3?L4?L5?296.5mm。

6）轴向零件的周向定位：

蜗轮、齿轮与轴的周向定位均采用平键链接。按d2由《机械设计》表6-1查得平键截面b3h =18mm311mm，键槽用键槽铣刀加工，长为125mm，选齿轮

H7与轴的配合为k6，按d4由《机械设计》表6-1查得平键截面b3h=18mm311mm，

键槽用键槽铣刀加工，长为45mm，同时为了保证蜗轮与轴配合有良好的对中性，

H7故选择蜗轮轮毂与轴端配合为h6；滚动轴承与轴的同向定位是由过渡配合来保

证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。 7）确定轴上的圆角和倒角尺寸：

参考《机械设计》表15-2，取倒角2345°，各轴肩处的圆角半径为

dD?2.0mm。

（5）轴、轴承、键的强度校核 1）确定各向应力和反力： 蜗轮分度圆直径d2?258.3mm 转矩T2?637622N?mm 蜗轮的切向力为：

Ft?2T/d2?2?637622/258.3N?4937.065N

蜗轮的径向力为：

Fr?Fttan?/cos??4937.065?tan20o/cos11.31oN?1832.532N

18

蜗轮的轴向力为：

Fa?Fttan??4937.065?tan11.31oN?987.419N2）垂直平面上支撑反力：

FNV1?Fa?d2/2?60.875?Fr274.75

987.419?258.3/2?60.875?1832.532274.75

.175 ?870

?其中274.75mm为两轴承中心的跨度，60.875mm为蜗轮中心到右边轴承中心的距离。

FNV2?Fr?FNV1?1832.532?870.175?962.357N

3）水平平面支撑反力：

FH1?Ft?60.8754937.065?60.875?N?1093.881N274.75274.75

FH2?Ft?FH1?4937.065?1039.881N?3897.184N

4）确定弯距：

水平弯矩：MH?60.875?FH1?60.875?1093.881?66590.006N?mm 垂直弯矩：

MV1?FNV1?60.875?870.175?60.875?52971.903N?m

MV2?MV1?Fa?d2/2?52971.903?987.419?258.3/2??74553.26N?m 合成弯矩：

22M1?MH?MV66590.0062?52971.9032?85089.67N?m1?22M2?MH?MV66590.0062?74553.262?99962.08N?m2?

5）按弯矩合成应力校核该轴端强度：

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。轴单向旋转扭转切应力为脉动循环变应力。取α=0.6 轴端计算应力：

?ca?

M12?(?T2)2W?85089.672?(0.6?637622)20.1?653?14.271MPa?[??1]?55MPa19

，故是安全的。 6）键的强度校核：

选用A型平键联接，根据轴径d2?d4?65，由GB1095-2003，查键宽b=18mm；键高h=11mm，

因为蜗轮轮毂的长度为50mm，故取标准键长45mm。 l=L-b=45-18=27mm，k=0.5h=0.5311=5.5mm

?p42T2?1032?637622???132.115MPak?l?d5.5?27?65

因为齿轮宽135 mm，故取标准键长125mm。 l=L-b=125-18=107mm，k=0.5h=0.5311=5.5mm

?p22T2?1032?637622???33.34MPak?l?d5.5?107?65

查得静荷时的许用挤压应力[σp]=150>?F2，[σp]=150>?F4，所以挤压强度足够。由普通平键标准查得轴槽深t=7.0

?0.20?0.2t01mm，毂槽深=4.4mm

（二）蜗杆轴的设计

（1）轴的材料的选择，确定许用应力

考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩。选材45钢，淬火处理。

???=600MPa ??? =55MPa

bb?1（2）按扭转强度，初步估计轴的最小直径

选取轴的材料为45钢，淬火处理。根据《设计手册》，取A=112，于是

d?A03p13.932?112?3?17.92mmn1960得：

联轴器的计算转矩则

Tca?KAT1，查《机械设计》表14-1，取KA=1.5，

Tca?KAT1?1.5?39.12?58.68N?m

按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查表GB/T 5014-2003 选

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用HL1弹性柱销联轴器，其公称转矩为160N.mm，半联轴器的孔径d=18mm，即轴向直径取

d1=18mm，半联轴器长度L=42mm，半联轴器与轴配合的毂孔

长度为：L1=30mm。

（3）轴承类型及其润滑与密封方式

采用单列圆锥滚子轴承，并采用凸缘式轴承通盖和嵌入式轴承盖，实现轴承系两端单向固定。 （4）轴的结构设计

蜗杆轴简图

1）从轴段求，

d1=18mm开始逐渐选取轴段直径，为了满足半联轴器的轴向定位要

d1右端需制出一轴肩，故取d2=25mm；右端用轴端挡圈定位，按轴端直径

取挡圈直径D=30mm。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

L1的长度应比L略短一些，现取L1=28mm。

d2=25mm,

2）初步选择滚动轴承。选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据

初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承32306，其尺寸为

d?D?T?30mm?72mm?28.75mm，故

d3=d9=30mm；而L3?L9=50mm。

轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册查得32306型轴承的定位轴肩高度为h=3mm，因此，取

d4?d8?36mm。轴环宽度b?1.4h,取

L4?L8=10mm。

3）5和7处有退刀槽,因d=df1-（2~4）mm，所以选4）

d5=d7=44mm。

d6取蜗杆齿顶圆直径 d6=75.6mm=da1。

5）轴承端盖总宽度取20mm，根据轴承端盖的拆装及便于对轴承添加润滑油

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的要求，取其外端面与半联轴器左端面间的距离l=30mm 故

L2=20+30=50mm。

6）

d4和d5为退刀槽那段轴端长度：L7+L8=L4+L5=70mm，所以

L5=L7=60mm。

7）

d6轴段的长度：查手册， z2?41，又

，

L6??12.5?0.1z2?m?25??12.5?0.1?41??6.3?25mm?129.58mm 所以取

L6=130mm。

8）蜗杆总长

L=28+50+50+10+60+130+60+10+50mm=448mm 其中

d1=18mm； d2=25mm； d3=30mm；

d4=36mm； d5=44mm； d6=75.6mm；

d7=44mm； d8=36mm； d9=30mm。

4.2.5蜗杆、轴承、键的强度校核

（1）校核32306 查《机械设计课程设计》表12-4得：

3C?81.5?10N； r 额定动载荷

基本静载荷

C0r?96.5?103NY?1.1；e?0.31，Y?1.9，0。

（2）求两轴承受到的径向载荷

由前面设计蜗轮时求得的：

Fr1和Fr2

Fr1V=FNV1=870.175N；Fr2V=FNV2=962.357N； Fr1H=FH1=1093.881N；Fr2H=FH2=3897.184N

F?1?F?1v?F?1H?870.1752?1093.8812?1397.777NF?2?F?2v?F?2H?962.3572?3897.1842?4014.246N

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（3）求两轴承计算轴向力

Fa1和Fa2

查表GB/T297-1994 12-4 可知，e=0.31

Fd1=Fr1/2Y?1397.777/?2?1.9??367.836N Fd2=Fr2/2Y?4014.246/?2?1.9??1056.381N

Fa1=Fae+Fd2=4991.065+1056.381=6047.446N；

（教材公式11-8）蜗杆受轴向力-- 因此

Fa2=Fd2=1056.381N

(4)求当量动载荷

P1和P2

Fa16047.446??4.326?eFr11397.777 Fa21056.381??0.263?eFr24014.246 根据《机械设计》表13-5分别计算

P1、P2，取fp=1.0,则

P1=fp(X1Fr1+Y1Fa1)

=1.0 3（0.431397.777+1.636047.446） =10235.0244N

P2=fp3（13Fr2）=4014.246 N

（5）验算轴承寿命 因为

P1>P2，所以按轴承的受力大小计算：

10106c?10696.5?1033Lh?()?()60np160?96010235.0244

=30740.124 h >19200h,所以轴承满足寿命要求（c为基本额定静载荷，由设计手册选择）。

（6）键的强度校核

键选择的是：b3h=6mm36mm；L=25mm l=L-b=25-6=19mm；k=0.53h=0.536=3mm

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2T?1032?39120?????76.257MPa??p?110MPaKld3?19?18

??因此，键的强度足够。

（三）齿轮轴的设计

（1）轴的材料的选择，确定许用应力

考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递齿轮的转矩。选用45号钢，调质处理

???=600MPa ???=55MPa。

bb?11（2）按扭转强度，初步估计轴的最小直径

选取轴的材料为45钢，调质处理。根据《设计手册》，取A=112，于是

d?A03p32.93?112?3?56.412mmn322.93得： 联轴器的计算转矩

Tca?KAT1，根据《机械设计》表14-1，取KA=1.5，则

Tca?KAT3?1.5?1220.3?1830.45N?m按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查《机械设计课程设计》表13-1，

选用HL5弹性柱销联轴器，其公称转矩为2000N.mm，半联轴器的孔径d= 70mm，即轴向直径取

d1=70mm，半联轴器长度L=142，半联轴器与轴配合的毂孔长度

为：L1=107mm。

（3）轴承类型及其润滑与密封方式

采用单列圆锥滚子轴承，并采用凸缘式轴承通盖和凸缘式轴承端盖，实现轴承系两端单向固定。 （4）轴的结构设计

齿轮轴简图

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1）从轴段求，

d1=70mm开始逐渐选取轴段直径，为了满足半联轴器的轴向定位要

d1右端需制出一轴肩，故取d2=76mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径

取挡圈直径D=80mm。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

L1的长度应比L1略短一些，现取L=105mm。

12）初步选择滚动轴承。选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据

d2=76mm,

初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30216，其尺寸为

d?D?T?80mm?140mm?28.25mm，故 d7?d3=80mm；而

L3=28.25mm。

3）轴段直径:

取齿轮距箱体内壁之距离a=14mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=8mm。

已知齿轮宽度T1=130mm，齿轮的右端与右轴承之间采用套筒定位为了使套筒端面可靠地压紧蜗轮和齿轮，轴段应略短于轮毂宽度，故取

l6?128。

取安装齿轮处轴段的直径d6=85mm，齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d,故取h=5.95，则取d5=91mm。轴环宽度b?1.4h=8.4，取

l5?8.5mm

4)轴承端盖的总宽度取为20mm。根据轴承端盖的拆装及便于对轴承添加润滑油的要求，取其外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm 故

L2=20+30=50mm。

5）右轴承右边靠轴肩定位，由手册上查得30216型轴承的定位轴肩高度

*h=5mm，取d4?90，该轴段长度受涡轮轴影响，由涡轮设计部分可知，箱体

内壁的距离为270mm，所以取l4=270-14-130-8.5+8=125.5mm。 6）综上所述，

各段直径：d1=70mm；d2=76mm；d3=80mm；d4=90mm；

d5=91mm；d6?85mm；

d7?80mm。

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