机械设计课程设计一级减速器设计说明书

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设计题目：带式输送机传动装置设计

一、传动方案简图

二、已知条件：

1、带式输送机的有关原始数据：

减速器齿轮类型：斜齿圆柱齿轮；

输送带工作拉力：F= kN；

运输带速度：v= r/min；

滚筒直径：D= 330 mm.

2、滚筒效率：η=（包括滚筒与轴承的效率损失）；

3、工作情况：使用期限8年，两班制（每年按300天计算），单向运转，转速误差不得超过±5%，载荷较平稳；

4、制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产；

5、动力来源：电力，三相交流，电压380／220V。

三、设计任务：

1、传动方案的分析和拟定

2、设计计算内容

1) 运动参数的计算，电动机的选择； 2) V带传动的设计计算；

3) 齿轮传动的设计计算； 4) 链传动的设计计算；

5) 轴的设计与强度计算； 6) 滚动轴承的选择与校核；

7) 键的选择与强度校核； 8) 联轴器的选择。

3、设计绘图：

1）减速器装配图一张（A0或A1图纸）；

2）零件工作图2张（低速级齿轮、低速轴，A2或A3图纸）；

3）设计计算说明书1份（>6000字）；

四、主要参考书目

[1]李育锡.机械设计课程设计[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]濮良贵.机械设计（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]成大仙.机械设计手册（第5版）[M].北京：化学工业出版社，2007

目录

一、传动方案的拟定及说明 .............................................

二、电机的选择 .......................................................

1、电动机类型和结构型式............................................

2、电动机容量......................................................

3、电动机额定功率

P................................................

m

4、电动机的转速....................................................

5、计算传动装置的总传动............................................

三、计算传动装置的运动和动力参数 .....................................

1．各轴转速........................................................

2.各轴输入功率为(kW) ..............................................

3.各轴输入转矩（N m）..............................................

四、传动件的设计计算 .................................................

1、设计带传动的主要参数............................................

2、齿轮传动设计....................................................

3、链传动设计 (12)

五、联轴器的设计 (13)

六、轴的设计计算 .....................................................

1、高速轴的设计....................................................

2、低速轴的设计....................................................

七、轴承的选择及计算 .................................................

1、高速轴轴承的选择及计算..........................................

2、低速轴的轴承选取及计算..........................................

八、键连接的选择及校核 ...............................................

1、高速轴的键连接 (20)

2、低速轴键的选取 (20)

九、铸件减速器机体结构尺寸计算表及附件的选择 (20)

1、铸件减速器机体结构尺寸计算表 (21)

2、减速器附件的选择 (22)

十、润滑与密封 (22)

1、润滑 (22)

2、密封 (22)

十一、设计小结 (22)

十二、参考文献 (23)

一、传动方案的拟定及说明

传动方案初步确定为三级减速（包含带轮减速、一级圆柱齿轮传动减速和

链传动减速），说明如下：

为了估计传动装置的总传动比范围，以便选择合适的传动机构拟定传动方

案，可先由已知条件计算其驱动卷筒的转速

W

n，即

二、电机的选择

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系列（IP44）三向异步电动机。它为卧式全封闭结构，具有防止灰尘等其他杂物侵入电机内部的特点。

2、电动机容量

1)、电机所需功率Ｐ

Ｗ

4.50.82 3.69

W

P FV kW ==?=

2)、 电动机输出功率d P η

W

d p P =

传动装置的总效率 4

12

345ηηηηηη=???? 式中，...21ηη?为从电动机至滚筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。由参考书【1】表3-1查得：

V 带传动效率10.95η=，滚动轴承传动效率为20.98η=，齿轮传动效率为3η0.97,= 链传动效率40.93η=,联轴器传动效率为50.99η=，卷筒传动效率60.96η=。则

4

12345ηηηηηη=????=

故W

d P 3.69

P 4.91kW 0.7513

η=

=

≈总

3、电动机额定功率m P

由【1】表17-7选取电动机额定功率m P 5.5kW = 4、电动机的转速

为了便于选择电动机转速，先推算电动机转速的可选范围。由任务书中推荐减速装置(包括V 带、一级减速器和链传动)传动比范围

(2~4)(3~6)(2~4)12~96i '=??=，则

电动机转速可选范围为

可见同步转速为1500r/min 的电动机符合。由【1】表17-7选定电动机的型号为Y132S--4。主要性能如下表：

5、计算传动装

置的

总传动比总

i 并

分配传动

比 1）、总

传动比m w n 1440

i 30.33n 47.48

=

==总 2)、分配传动比 取V 带传动的传动比1i 2.5=，链传动的传动比为3i 2.5=，则

齿轮的传动比213i 30.33i 4.85i i 2.5 2.5

=

==?总 三、计算传动装置的运动和动力参数

1．各轴转速

减速器传动装置各轴从高速轴至低速轴依次编号为：Ⅰ轴、Ⅱ轴，链轮轴为Ⅲ轴、卷筒轴

各轴的转速为（r/min ） 高速轴Ⅰ的转速 m 11n 1440n 576i 2.5=== 低速轴Ⅱ的转速 122n 576n 118.76i 4.85

=

== 链轮轴Ⅲ的转速 32n n /2.5118.76/2.547.5=== 卷筒轴的转速 n4=n3=

2.各轴输入功率为(kW )

高速轴Ⅰ的输入功率 1m 1P P 4.910.95 4.6645η=?=?= 低速轴Ⅱ的输入功率 2123P P 4.66450.980.97 4.434ηη?=?=??= 链轮轴Ⅲ的输入功率 3224P P 4.4340.980.93 4.04ηη=??=??= 卷筒轴的输入功率 4325P P 4.040.980.99 3.92ηη=??=??= 3.各轴输入转矩（N ?m ） 1）、轴Ⅰ的转矩为 1119550P 9550 4.6645

T 77.34n 576??=== 2）、轴Ⅱ的转矩为 2229550P 9550 4.434

T 356.56n 118.76??=== 3）、轴Ⅲ的转矩为 3339550P 9550 4.04

T 812.25n 47.5??=

== 4）、卷筒轴的转矩为 4449550P 9550 3.92

T 788.13n 47.5

??=== 将各数据汇总如下

表1 传动参数的数据表

四、传动

件的设计

计算

1、设计带传动的主要参数 已知带传动的工作条件：两班制工

作，连续单向运转，稍有波动，所需传递的额定功率p=小带轮

转

速

1n 1440/r m = 大带轮转速2n 576/r m =，传动比1i 2.5=。

设计内容包括选择带的型号、确定基准长度、根数、中心距、带的材料、基准直径以及结构尺寸、初拉力和压轴力等等（因为之前已经选择了V 带传动，所以带的设计按V 带传动设计方法进行）

1）、计算功率a p a p = 1.3 4.91 6.383A K P kw kw ?=?=

2)、选择V 带型 根据a p 、1n 由图8-10《机械设计》p157选择B 型带（d1=125—140mm ）

3）、确定带轮的基准直径d d 并验算带速v

(1)、初选小带轮的基准直径d d ，由（《机械设计》p155表8-6和p157表8-8，取小带轮基准直径mm 125d 1

=d

（2）、验算带速v

因为5m/s

1

d d d i d 2.5125mm 312.5mm =?=?=，

初定2

d d =315mm

（4）、确定V 带的中心距a 和基准长度d L a 、 根据式8-20 《机械设计》p152

)(2)(2

1

2

1

0d d d d d d a d d +≤≤+

0(125315)2(125315)a ?+≤≤?+

308≤a ≤880 初定中心距0a =500mm

b 、由式8-22计算带所需的基准长度 0l =20a +

()()0

2

212142

a d d d d d d d d -+

+π

=2×500+π××（125+315）+（315-125）（315-125）/4×500 ＝1597mm

由表8-2先带的基准长度d l =1600mm c.计算实际中心距

a ＝0a +(d l -0l )/2＝500+（1600-1597）/2＝ 中心距满足变化范围:—750mm （5）.验算小带轮包角

1α＝180°-（2d d -1d d ）/a ×° ＝180°-（315-125）/×° ＝166°>90° 包角满足条件 （6）.计算带的根数 单根V 带所能传达的功率

根据1n =1440r/min 和1d d =125mm 表8-4a 用插值法求得0p =

单根v 带的传递功率的增量Δ0p

已知B 型v 带，小带轮转速1n =1440r/min 转动比 i=

2

1

n n =1d d /2d d = 查表8-4b 得Δ0p = 计算v 带的根数

查表8-5得包角修正系数αk =,表8-2得带长修正系数L k =

r p =(0p +Δ0p )×αk ×L k =+ ××=

Z=

Pr

pc

== 故取3根. （7）、计算单根V 带的初拉力和最小值

min 0F ＝500*

α

αZVk p k c

)5.2(-+qVV=

对于新安装的V 带,初拉力为:min 0F =285N 对于运转后的V 带,初拉力为:min 0F =247N

（8）．计算带传动的压轴力P F

P F =2Z 0F sin(1α/2)=754N

（9）.带轮的设计结构 A.带轮的材料为:HT200 带轮的结构形式为:腹板式. C ．结构图 （略） 2、齿轮传动设计

1）、选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数 (1)、按图所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。

(2)、带式机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095—88）。 (3)、材料选择。由表10-1选择小齿轮材料40Cr （调质），硬度280—320HBS,大齿轮材料为45（调质），硬度为250—290HBS 。二者硬度差为40HBS 左右。 (4)、选小齿轮齿数24z 1=，齿轮传动比为i 2=，则大齿轮齿数

2z 4.8524116.4,=?=，取2z 116=。

2）、按齿面接触疲劳强度设计，初步选定β＝15°。

由设计计算公式进行计算，即 进行计算。

3）、确定公式内的各计算数值 (1)、试选载荷系数3.1K t

=

（2）、选取区域系数Zh=

（3）、由图10-26查得76.01

=?ε, 84.02

=?ε,则60.121=+=???εεε

(4)、计算小齿轮传递的转矩。

(5)、由表【2】10-7选取齿宽系数1d =φ。

(6)、由表10-6差得材料的弹性影响系数

2

1

a E MP 8.189Z =

(7)、由图10-21d 按齿面硬度差得小齿轮的接触疲劳强度极限a Hlim1MP 650=σ；大齿轮的接触疲劳强度极限a Hlim2580MP =σ。 4）、计算应力循环次数。

(1)、由【2】图10-19取接触疲劳寿命系数 1.01K 0.93,K HN2HN1==。 (2)、计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为1%，安全系数S=1,则 5）、计算

(1)、试算小齿轮分度圆直径代人][H σ中较小的值。

t d 1>=

(2)、计算圆周速度 6）、计算齿宽。

7）、计算齿宽与齿高之比。 模数 mm 89.124

45.4

z d m 11t t ===

齿高 m m 2525.489.125.2m 25.2h t =?== 齿高比 68.104.2525

45.4h

b ==

计算纵向重合度βε βε=φd 1z tan β=

8）、计算载荷系数。

根据s /m 37.1v =，7级精度，由【2】图10-8查得动载系数 1.04K V =; 斜齿轮，1K K αF αH ==.2。

由【2】表10-2查得使用系数1K A =。

由【2】表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承对称布置时， 1.314K H β=。 由

5.10h

b

=， 1.422K βH =查【2】图10-13得 1.32K F =β，故载荷系数 9）、按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 10）、计算模数m 。

11）、按齿根弯曲疲劳校核公式对小齿轮进行设计。 12)、确定公式内的各计算值：

(1)、由【2】图10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限a FE1550MP σ=，大齿轮的弯曲疲劳极限a FE2390MP σ=。

(2)、由【2】图10-18取弯曲疲劳寿命系数0.91K FN1=，0.95K FN2=。 13)、计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳许用安全系数S=，则 14）、计算载荷系数K 。 15)、根据纵向重合度

β

ε=,从图10-28查得螺旋角影响系数

85

.0=βY

16）、查取齿形系数。

由【2】表10-5查得 2.177Y ; 2.65Y Fa2Fa1==。 17）、查取应力校正系数。

由【2】表10-5查得 1.793Y ; 1.58Y Sa2Sa1==。 18）、计算大、小齿轮的]

[Y Y Sa

Fa σ并加以比较。 大齿轮的数值大。 18）、设计计算

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m 的大小主要取决于弯曲弯曲强度所决定的承载能力，

而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取弯曲疲劳强度算得的模数，并就近圆整为标准值为m=2mm ，按接触

强度算得的分度圆直径m m 06.49d 1=，算出小齿轮齿数

11cos 49.06cos1523.692

n d z m β???

=

== ，取1z 24= 2z 4.8524116.4=?≈ ，取2z 116= （1）、计算中心距 取a 1=145mm （2）、确定螺旋角

（3）、计算大小齿轮分度圆直径:

1d =

150cos15.1n

Z m mm =?

2d =2240cos15.1n Z m

mm =

（4）、确定齿宽 取2155mm 50mm B B ==， 3、链传动设计

1）、选择链轮齿数

取小链轮齿数1=30z ,大链轮的齿数为22=i z =2.530=75z ??。 2）、根据链的布置形式，分别由1个单排链构成。 3）、确定计算功率

由文献【2】表9-6查得 1.0A K =，由文献【2】图9-13查得0.82Z K =，单排链。

则单排链的计算功率为 2 1.00.82 4.434 3.636ca A Z P K K P KW KW ==??= 4）、选择链条型号和节距

根据 3.636ca P KW =及2118.76min r n =，由文献【2】图9-11选择10A 。由文献【2】表9-1，链条节距为15.875P mm =

5)、计算链条数和中心距

初选中心距0(30~50)(30~50)15.875476.25~793.75a P mm mm ==?= 取0700a mm = 相

应的链长节数为

2012210070030302

()2140.72215.8752

P a Z Z Z Z P L p a π++=++=?+≈取链条节数140P L =节。

6)、计算链速v ，确定润滑方式

由0.97m v s =和链号10A ，由文献【2】图9-14可知采用滴油润滑。 7)、计算压轴力P F 有效圆周力为 3.636

1000

100037480.97

e P F N N V ==?≈ 链轮水平布置时的压轴力系数 1.15FP K =，则压轴力为 五、联轴器的设计

联轴器的计算转矩3ca a T K T =，查课本表14-1，考虑到转矩变化很小，故取

3.1=a k ，则3 1.38122501055925.ca a T K T N mm ==?=

按照计算转矩ca T 应小于联轴器公称转矩的条件，查手册，选用TL10型弹性柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径d =65mm ，半联轴器长度L=142mm ，半联轴器与轴配合的毂孔长度1107L mm =

六、轴的设计计算与校核

选取轴的材料为45钢调质，查【2】表15-1得许用应力为a 1-60MP ][=σ。为了对轴进行校核，先求作用在轴上的齿轮的啮合力。 高速级齿轮上的作用力为

1、高速轴的设计与校核

(1)、初步确定轴的最小直径。 按公式 3

0min n

P

A d =初步计算轴的最小直径。轴的材料为45钢，调质处理。根据【2】表15-3，取110A 01=。则

又因为高速轴Ⅰ有两个键槽，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。故轴应相应地增大10%-15%。现将轴增大10%。则增大后的最小轴径

.3m

m 420.1)(102d min1=+?='，取为25mm 。 (2)、轴上各段直径的初步确定。 A 段:d1=25由最小直径算出。 B 段：d2=32，根据毡圈油封标准。

C 段：d3=35，与轴承（圆锥滚子轴承30207）配合，取轴承内径35mm 。

D 段：d4=40，设计非定位轴肩高度h=，高速轴内径40.

E 段：d5=50，高速轴齿轮分度圆直径50.

F 段：d6=40，设计定位轴肩高度h=。

G 段：d7=35，与轴承（圆锥滚子轴承30207）配合。 (3)、轴上各段所对应的长度。 A 段长度为50m m L 1=； B 段长度为m m 85L 2=； C 段长度为mm 71L 3=； D 段长度为4L 8mm =； E 段长度为5L 55mm =； F 段长度为8mm L 6=； G 段长度为mm 71L 7=。

(4)、各轴段的倒角设计按【2】表15-2（零件倒角C 与圆角半径R 的推荐值）进行设计。

（5）按弯扭合成强度校核轴径

画出轴的受力图、水平面的弯矩、垂直面内的弯矩，并作出弯矩图 ①作水平面内的弯矩图。支点反力为 1-1截面处和2-2截面处的弯矩 ②作垂直平面内的弯矩图，支点反力 1-1截面左侧弯矩为 1-1截面右侧弯矩为 2-2截面处的弯矩为 ③作合成弯矩图 1-1截面 2-2截面 ④作转矩图

T=⑤求当量弯矩

因减速器单向运转,修正系数α为 ⑥确定危险截面及校核强度

截面1-1、2-2所受的转矩相同，但弯矩21e e M M >，并且轴上还有键槽，故1-1可能为危险截面。但由于34d d >也应该对截面2-2校核 1-1截面 2-2截面

由表15-1得许用弯曲应力[]MPa 601=-σ，满足[]1-<σσe 条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定裕量。 2、低速轴的设计

1)、初步确定轴的最小直径。 按公式3

0min n

P

A d =初步计算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取110A 02=。则

又因为低速轴Ⅰ有两个键槽，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。故轴应相应地增大10%-15%。现将轴增大10%。则增大后的最小轴径为

min2d 36(10.1)39.6mm '=?+=，圆整为40mm 。

低速轴的轮廓图如上所示。 2)、轴上各段直径的初步确定。 A 段：d1=40mm ，与 弹性柱销联轴器配合 B 段：d2=43mm ，设定轴肩高h=。 C 段：d3=45,与轴承配合。

D 段：d4=50mm ，设定非轴肩高度为。

E 段：d5=55mm ，设定轴肩高为。

F 段：d6=45mm,与轴承配合。 3)、轴上各段所对应的长度。 A 段长度为m m 86L 1=； B 段长度为m m 16L 2=； C 段长度为30mm L 3=； D 段长度为4L 48mm =； E 段长度为10mm L 5=；

F 段长度为mm 71L 6=；

4)、各轴段的倒角设计按【2】表15-2（零件倒角C 与圆角半径R 的推荐值）进行设计。

5）按弯扭合成强度校核轴径

画出轴的受力图、水平面的弯矩、垂直面内的弯矩，并作出弯矩图 ①作水平面内的弯矩图。支点反力为 1-1截面处和2-2截面处的弯矩 ②作垂直平面内的弯矩图，支点反力 1-1截面左侧弯矩为 2-2截面处的弯矩为 ③作合成弯矩图 1-1截面 2-2截面 ④作转矩图 T=

⑤求当量弯矩

因减速器单向运转,修正系数α为 ⑥确定危险截面及校核强度

截面1-1、2-2所受的转矩相同，但弯矩21e e M M >，并且轴上还有键槽，故1-1可能为危险截面。但由于34d d >也应该对截面2-2校核 1-1截面 2-2截面

由表15-1得许用弯曲应力[]MPa 601=-σ，满足[]1-<σσe 条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定裕量。 七、轴承的选择及计算

1、高速轴轴承的选择及计算

1）、高速轴的轴承选取圆锥滚子轴承30207型C r =

2）、计算轴承的径向载荷

A 处轴承径向力 r1F 3073N ===

C 处轴承径向力 r2F 3159N === 所以在C 处轴承易受破坏。 3）、轴承的校验

(1)、轴承的当量载荷，因深沟球轴承只受径向载荷，故r2p F f P ?=,查【2】表13-6得载荷系数 1.2f p =。

(2)轴承的预计使用寿命为8年，即预计使用计算寿命h L 16300838400h '=??= 轴承应有的基本额定动载荷值ε

6

h 10L 60n P C '= ,其中3=ε，则