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机械设计课程设计说明书
设计题目带式运输机传动装置的设计
工程 学院
05 机械 班
设计者
指导教师
目 录
设计任务书……………………………………………………3
传动方案的拟定及说明………………………………………4
电动机的选择…………………………………………………4
计算传动装置的运动和动力参数……………………………5
传动件的设计计算……………………………………………6
轴的设计计算…………………………………………………9
滚动轴承的选择及计算………………………………………16
键连接的选择及校核计算……………………………………18
联轴器的选择…………………………………………………18
减速器附件的选择……………………………………………19
润滑与密封……………………………………………………19
设计小结………………………………………………………20
参考资料目录…………………………………………………20
机械设计课程设计任务书
题目：设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器
方案选择：按给定的原始设计数据（编号）1和传动方案（编号）d设计齿轮减速器
一． 总体布置简图
1—电动机；2—联轴器；3—齿轮减速器；4—联轴器；5—鼓轮；6—带式运输机
二． 工作情况：连续单向旋转，载荷较平稳，室内工作，有粉尘，环境最高温度35 °C
三． 原始数据
运输带工作拉力F（N）：1500
卷筒直径D（mm）：220
运输带速度V（ms）：1.1
带速允许偏差（％）： %
使用年限（年）：4
工作制度（班日）：2
四． 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. 键和连轴器的选择与校核；
6. 装配图、零件图的绘制
7. 设计计算说明书的编写
五． 设计任务
1． 减速器总装配图一张
2． 齿轮、轴零件图各一张
3． 设计说明书一份
六． 设计进度
1、 第一阶段：总体计算和传动件参数计算
2、 第二阶段：轴与轴系零件的设计
3、 第三阶段：轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制
4、 第四阶段：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写
传动方案的拟定及说明
由题目所知传动机构类型为：同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。
本传动机构的特点是：减速器横向尺寸较小，两大齿轮浸油深度可以大致相同。结构较复杂，轴向尺寸较为紧凑，中间轴较长、刚度差。
电动机的选择
1． 电动机类型和结构的选择
因为本传动的工作状况是：载荷平稳、单向旋转。Y系列（IP44）电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部之特点，B级绝缘，工作环境温度不超过+40°C，相对湿度不超过95%，海拔高度不超过1000 m，额定电压380V，频率50Hz，适用于无特殊要求的机械，所以选用常用的封闭式Y（IP44）系列的电动机。
2． 电动机容量的选择
1） 工作机所需功率Pw
Pw＝1.65kW
2） 电动机的输出功率
Pd＝Pwη
＝＝0.904
—初选联轴器的效率（0.99）
—初选齿轮传动的效率（0.98）
—初选轴承的效率（0.99）
Pw=kW
—卷筒的效率0.96
Pd＝1.90kW
3． 电动机转速的选择
nd＝（i1’·i2’…in’）nw
nw—卷筒转速（47.77 rmin）
方案中只有齿轮传动，常用的齿轮传动的单级传动比i=3~5，故二级后为9~25，nd=429.93~1194.25 rmin，电动机的转速越高，磁极越少，尺寸质量越小，价格也越低；但传动装置的总传动比要增大，传动级数增大，从而使成本增加。对Y系列电动机，通常多选用同步转速为1500 rmin和1000 rmin的电动机，故初选为同步转速为1000rmin的电动机。
4．电动机型号的确定
由表20－1查出电动机型号为Y132M1-6,其额定功率为4kW，满载转速960rmin。基本符合题目所需的要求。
计算传动装置的运动和动力参数
计算总传动比及分配各级传动比
1． 计算总传动比
由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为：
i＝nmnw=94047.77=19.68
多级传动中，总传动比为
i＝i1*i2*i3……in
2． 合理分配各级传动比
由于减速箱是同轴式布置，所以i1＝i2。
因为i＝19.68，故取i1=i2=4.44
速度偏差为0.1%<5%，所以可行。
各轴转速、输入功率、输入转矩
传动件设计计算
1． 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1） 工作条件完全相同的情况下，采用斜齿轮传动可比直齿轮传动获得较小的传动几何尺寸。故采用斜齿轮传动
2） 精度选择
运输机为一般工作机器，速度不高，故用7级精度
3） 材料选择；
选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。
2． 按齿面接触强度设计
因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算
按式（10—21）试算，即
dt≥
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取mn=2.0mm，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
z1=26.23，取z1=26；z2=115
4． 几何尺寸计算
5）结构设计
以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。
轴的设计计算
拟定输入轴齿轮为右旋。考虑小齿轮分度圆直径较小，可能需要做成齿轮轴，选材应当与小齿轮一致，故轴材料选40Cr
II轴：
1． 初步确定轴的最小直径
d≥＝=22.4mm
2． 求作用在齿轮上的受力
Ft1==3431N
Fr1=Ft=1289N
Fa1=Fttanβ=873N；
Ft2=782N
Fr2=294N
Fa2=199N
3． 轴的结构设计
1） 拟定轴上零件的装配方案
i. I-II段轴用于安装轴承7006AC，故取直径为30mm
ii. II-III段轴肩用于固定轴承，查手册得到直径为36mm
iii. III-IV段为小齿轮，外径58mm
iv. IV-V段分隔两齿轮，直径为40mm
v. V-VI段安装大齿轮，直径为34mm
vi. VI-VIII段安装套筒和轴承7006AC，直径为30mm
2） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1. I-II段轴承宽度为13mm，所以长度为13mm
2. II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm，轴承和箱体的间隙4mm，所以长度为16mm
3. III-IV段为小齿轮，长度就等于小齿轮宽度60mm
4. IV-V段用于隔开两个齿轮，长度根据画图得120mm
5. V-VI段用于安装大齿轮，长度略小于齿轮的宽度，为53mm
6. VI-VIII段轴承长13mm考虑套筒定为25mm
4． 求轴上的载荷
水平面支反力： FNH1=2605N，FNH2=44N
垂直面支反力： FNV1=875N，FNV2=708N
Mh=111.0Mpa，Mv=37.3Mpa
总弯矩 M1=117N·m
扭矩 T3=185.3N·m
5． 按弯扭合成应力校核轴的强度
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面，根据上述数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取a=0.6，轴的计算应力
=10.5Mpa
前已选定轴的材料为40Cr，调质处理，由表15—1查得[]=70Mpa，因此<[],故安全。
6． 精确校核轴的疲劳强度
1） 判断危险截面
截面Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ均不受扭矩和弯矩作用，虽然轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小值经是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ均无需校核
从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面Ⅴ和Ⅵ处过盈配合引起的应力集中最严
重；从受载的情况来看，截面A上的应力最大。截面Ⅴ的应力集中的影响和截面Ⅵ的相近，但截面Ⅵ不受扭矩作用，轴径和截面Ⅴ相近，故不必作强度校核。截面A虽然应力集中最大，但同时这里的轴径也最大，故其也不必校核。截面Ⅲ和Ⅳ显然更不必校核。因而只需校核截面Ⅴ左右两端即可
2） 截面V左侧
I轴：
2.按弯扭合成应力校核轴的强度
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面，根据上述数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取a=0.6，轴的计算应力
=2.26Mpa
前已选定轴的材料为40Cr，调质处理，由表15—1查得[]=70Mpa，因此<[],故安全。
4.轴的结构设计
1）确定轴上零件的装配方案
2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
a) I-II段用于安装轴承30208直径40mm
b) II-III段轴肩固定轴承直径定为53mm
c) III-IV段为小齿轮，外径58mm
d) IV-V段安装轴承30208直径40考虑到联轴器的轴向定位可靠，定位轴肩高度应达2.5mm，所以该段直径选为30mm
e) V-VI段联轴器可靠定位，定位轴肩高度应达2.5mm，考虑端盖取直径35mm
f) VI-Ⅶ段由于联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为28mm
各段长度的确定
g) I-II段轴安装轴承和挡油盘，轴承宽16mm，该段长度定为32mm
h) II-III段为轴环，宽度不小于5.6mm，定为6mm
i) III-IV段为小齿轮，要求长度要比轮毂短2mm，齿轮宽为60mm，定为58mm
j) IV-V段轴承宽度16mm，考虑套筒取为23mm
k) V-VI段综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度及联轴器安装尺寸，定为55mm
l) 该段由联轴器孔长决定为44mm
III轴
1． 作用在齿轮上的力
FH1=244N，FH2=538N
Fv1=611N，Fv2=-317N
2． 初步确定轴的最小直径
3． 轴的结构设计
1） 轴上零件的装配方案
2） 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
4.求轴上的载荷
Mm=41150N.mm
T=395200N.mm
5.弯扭校合
滚动轴承的选择及计算
I轴：
II轴：
III轴：
键连接的选择及校核计算
由于键采用静联接，冲击轻微，所以许用挤压应力为，所以上述键皆安全。
联轴器的选择
一、 高速轴用联轴器的设计计算
由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，
计算转矩为
轴的转速较高，为减小启动载荷、缓和冲击，应选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器，所以考虑选用弹性柱销联轴器，由于联轴器一端与电动机相连，其孔径受电动机其主要参数如下：
材料HT200
公称转矩
轴孔直径 ，
轴孔长 ，
二、 低速轴用联轴器的设计计算
由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，计算转矩为
低速轴与工作机轴相连，由于轴的转速较低，不必要求具有较小的转动惯量，但传递转矩较大，又因为减速器与工作机常不在同一底座上，要求具有较大的轴线偏移补偿，因此常需选用无弹性的挠性联轴器，故选用齿式联轴器，结合轴端直径选用GICL2（JBT8854.3-2001）
其主要参数如下：
材料HT200
公称转矩
轴孔直径
轴孔长 ，
减速器附件的选择
通气器
由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用提手式通气器
油面指示器
选用杆式油标M12
起吊装置
采用箱盖吊耳、箱座吊耳
放油螺塞
选用外六角油塞及垫片M18×1.5
润滑与密封
一、 齿轮的润滑
采用浸油润滑，同轴润滑，大齿轮浸大约一个齿高，且油面高度要在30~50mm之间，所以取为32mm。
二、 滚动轴承的润滑
轴承采用脂润滑，加设挡油环
三、 润滑油的选择
齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油；
四、 密封方法的选取
选用凸缘式端盖易于调整，采用毡圈油封密封圈实现密封。选毡圈 35和毡圈65
设计小结
由于时间紧迫，所以这次的设计存在许多缺点，比如说箱体结构庞大，重量也很大。轴承配合等等缺陷，我相信，通过这次的实践，能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作，有能力设计出结构更紧凑，传动更稳定精确的设备。
参考资料目录
[1]《机械设计课程设计》，高等教育出版社，吴宗泽，罗圣国主编，2006年5月第三版；
[2]《机械设计（第八版）》，高等教育出版社，濮良贵，纪名刚主编，2006年5月第八版；
[3]《机械设计课程设计简明手册》，哈尔滨工业大学出版社，荣涵锐主编，2005年1月第一版；
[4]《减速器选用手册》，化学工业出版社，周明衡主编，2002年6月第一版；
[5]《机械设计》，高等教育出版社，彭文生，李志明，黄华梁主编，2002年8月第一版；
[6]《机械制图（第四版）》，高等教育出版社，刘朝儒，彭福荫，高治一编，2001年8月第四版；
[7]《互换性与技术测量（第四版）》，中国计量出版社，廖念钊，古莹庵，莫雨松，李硕根，杨兴骏编，2001年1月第四版。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/599410c4a48da0116c175f0e7cd184254b351b88.html
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