机械设计减速器说明书

课题名称：带式运输机传动装置的设计

专业班级：机制中美班

学生学号：1403190666

学生姓名：

学生成绩：

指导教师：秦襄培

课题工作时间：2016年12月12日至2016年12月30日

武汉工程大学教务处

摘要

机械设计课程设计是在完成机械设计课程学习后，一次重要的实践性教学环节。是高等工科院校大多数专业学生第一次较全面的设计能力训练，也是对机械设计课程的全面复习和实践。其目的是培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用机械设计和有关选修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识。本次设计的题目是带式运输机的减速传动装置设计。根据题目要求和机械设计的特点作者做了以下几个方面的工作：①决定传动装置的总体设计方案，②选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数，③传动零件以及轴的设计计算，轴承、联接件、润滑密封和联轴器的选择及校验计算，④机体结构及其附件的设计和参数的确定，⑤绘制装配图及零件图，编写计算说明书。

关键字：减速器、带式输送机、V带传动、齿轮传动

目录

第一章概述——设计带式输送机的传动装置 (4)

1.系统总体方案的确定 (4)

第二章传动装置总体设计 (4)

1. 电动机的选择（Y系列三相交流异步电动机） (7)

2. 传动装置的总传动比及其分配 (9)

第三章传动零件及轴的设计计算 (12)

1. V带传动的设计计算 (12)

2. 齿轮传动的设计计算 (16)

第四章轴的设计计算 (26)

1. 轴的设计计算 (26)

第五章箱体及其附件的结构尺寸设计 (32)

1.箱体的结构尺寸设计 (32)

2.附件的结构设计 (33)

附：1.心得体会 (35)

2.参考文献 (36)

《机械设计》课程设计任务书

设计题目：设计带式运输机的传动装置

注：图中F为输送带拉力（或为输出转矩T），V为输送带速度

学号1/17/33 2/18/34 3/19/35 4/20 5/21 6/22 7/23 8/24 鼓轮直径D(mm) 300 330 350 350 380 300 360 320 输送带速度v(m/s) 0.63 0.75 0.85 0.80 0.80 0.70 0.84 0.75 输出转矩T(N2m) 400 370 380 450 460 440 360 430 学号9/25 10/26 11/27 12/28 13/29 14/30 15/31 16/32 鼓轮直径D(mm) 340 350 400 450 380 300 360 320 输送带速度v(m/s) 0.80 0.85 0.73 0.90 0.80 0.80 0.84 0.73 输出转矩T(N2m) 410 390 420 400 420 420 390 400

已知条件：

1.工作环境：一般条件，通风良好；

2.载荷特性：连续工作、近于平稳、单向运转；

3.使用期限：8年，大修期3年，每日两班制工作；

4.卷筒效率：η=0.96；

5.运输带允许速度误差：±5%；

6.生产规模：成批生产。

设计内容：

1.设计传动方案；

2.设计减速器部件装配图（A1）；

3.绘制轴、齿轮零件图各一张（高速级从动齿轮、中间轴）；

4. 编写设计计算说明书一份（约7000字）

第一章概述—设计带式输送机的传动装置1.系统总体方案的确定

系统总体方案：电动机→传动系统→执行机构

1)初选的三种方案如下:

图1方案一：展开式两级圆柱齿轮

图2方案二：同轴式两级圆柱齿轮

图3方案三：分流式两级圆柱齿轮

2)系统方案的总体评价：

以上三种方案：

方案一中一般采用斜齿轮，低速级也可采用直齿轮。总传动比较大，结构简单，应用最广。由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿宽载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。

方案二中减速器横向尺寸较小，两大齿轮浸油深度可大致相同。结构较复杂，轴向尺寸大，中间轴较长、刚度差，中间轴肩润滑较困难。

方案三中一般为高速级分流，且常用斜齿轮，低速级可用直齿或人字齿轮。齿轮相对于轴承为对称布置，沿齿宽载荷分布较均匀。减

速器结构较复杂。常用于大功率，变载荷场合。

方案一结构简单、效率高、容易制造、使用寿命长、维护方便。由于电动机、减速器与滚筒并列，导致横向尺寸较大，机器不紧凑。但齿轮的位置不对称，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，可使轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形部分地抵消，以减缓沿齿宽载荷分布有均匀的现象。

总的来讲，该传动方案一满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还有结构简单、尺寸紧凑、成本低、传动效率高等优点。

第二章 传动装置总体设计

1.电动机的选择（Y 系列三相交流异步电动机）

1) 电动机类型和结构型式选择

最常用的的电动机是Y 系列笼型三相异步交流电动机。其效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、价格低，适用于不易燃、不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。由于启动性较好，也适用于某些要求较高起动转矩的机械。 2) 选择电机容量

首先估计传动装置的总体传动范围：由卷筒的圆周速度V 可计算卷筒的转速

rpm

D v n w 93.50300

*14.380.0*1000*6014.3100060==???=工作机所需有效功率w P

kw kw Tn w w P 24.2955093

.50*4209550===

从电动机到工作机主轴之间的总效率η η=η1×η2×η3×……×ηn 查文献【1】表3-1知

联轴器的传动效率η1=0.99，有1个 V 带传动效率η2=0.96 滚动轴承η3=0.99，有3 对 圆柱齿轮传动η4=0.97，有2个

卷筒效率η5=0.96

833

.0η96.097.099.096.099.0ηηηηη2

3

5

2

4

3

3

2

1

≈????=????=故：kw P

P w

d 69.2833

.024

.2η

==

= 查表得：

kw P

ed

3=

3) 选择电动机的转速 选择电动机转速时

n i i i i n

w n d

)****('

'3'2'1??=

式中：n d ——电动机转速可选范围

i i i n '

'2'1??、——各级传动的传动比范围

有表2-1查得V 带传动常用传动比范围为2-4，圆柱齿轮传动比范围为3-6，其他的传动比都等于1，则电动机转速的可选范围为：

min 92.733393.50*1*6*6*4***min

74.91693.50*1*3*3*2***'

3'

2'

1max '

3'2'1min

r r n i i i n

n i i i n w

d w d ======

所以电动机转速的范围为（916.74-7333.92）r/min

可见，同步转速为1000r/min 、1500r/min 、3000r/min 的电动机均符合

这里选择常用的同步转速为1500rpm 和1000rpm 两种 4) 确定电动机型号

由表20-1知，电动机型号相关表格如下

方案号 电动机型号 额定功率Kw 电动机转速r/min 电动机质量 Kg 总传动比 参考比价 同步 满载 1 Y132S-6 3 1000 960 63 18.85 3.09 2

Y100L2-4

3 1500 1420 38 27.88

1.87

表1电动机型号相关数据

两个方案均可行，方案1对选定的传动方案传动比也适中，故选方案一

选定电动机型号为Y132S-6，安装代号B3其它主要参数列于下表

表2 Y100L2-4主要参数

2.传动装置的总传动比及其分配

1) 计算总传动比：85.1893.50/960===n

n i w

m 总

2) 各级传动比的分配

传动比选取见文献【1】表3-2，V 带传动常用传动比范围为2-4，圆柱齿轮传动比范围为3-6，对于展开式两级圆柱齿轮减速器，为了使两级的大齿轮有相似的浸油深度，高速级传动比i2和低速级传动比i3可按照下列方法分配:i

i 32)5.11.1(-= 取V 带传动比i1=2,i2=1.3*i3 则减速器的总传动比为425.92

85

.181

'

==

=

i

i i 总 双级圆柱齿轮高速级传动比5.3425.9*3.13.1'

12==?=i i 双级圆柱齿轮低速级传动比7.25.3/425.912

'

34===i

i i

3) 各轴的转速n

电动机型号 额定功率

Kw

电动机转速 中心高

mm 外伸轴径mm 轴外伸长度mm 同步 满载

Y132S-6 3

1000 960 132 38k6

80

电动机转轴转速:

min /9600

r n

n m

==

高速轴Ⅰ：min /4802/9601Ⅰr i

n n o ===

中间轴Ⅱ：min /1.1375.3/4802

1

Ⅱ

r i n n === 低速轴Ⅲ：min /8.507.2/1.137i

3

Ⅱ

Ⅲ

r n n ===

卷筒轴Ⅳ：min /8.50Ⅲ

Ⅳ

r n n ==

4) 各轴输入功率P 电动机：

kw P

ed

3=

高速轴Ⅰ:

kw P P w

88.296.03η

2

1

=*=?=

中间轴Ⅱ:

kw P P 77.297.0*99.0*88.2ηη5

4

1

2

==??=

低速轴Ⅲ:kw P P 66.297.0*99.0*77.2η

η5

4

2

3

==??=

卷筒轴Ⅳ： 2.600.990.992.66ηηP P 5134=??=??=

5) 各轴输入转矩T 电动机转轴:

m N n

P T

ed

.8.29960/3*955095500

===

高速轴：

m N n

P T

?==

3.5795501

1

1

中间轴：

m N n

P T

?==

0.19395502

2

2

低速轴：

m N n

P T

?==

1.50095503

3

3

卷筒轴：m N n P T ?==8.48895504

4

4 将以上计算结果整理后列于下表：

项目 转速()n rpm

功率()P Kw

转矩（N.m ） 传动比

效率η 电动机轴 960 3 29.8 2

3.5 2.7

0.96 0.9603 0.9603 高速轴I 480 2.88 57.3 中间轴II 137.1 2.77 193.0 低速轴III

50.8 2.66 500.1 卷筒轴Ⅳ

50.8

2.60

488.8

1 0.9801

表3轴的相关数据

第三章 传动零件的设计计算

1. V 带传动的设计计算

1) 已知条件

设计此V 带传动h 时，已知条件有——带传动的工作条件；传递的额定功率；小带轮转速；大带轮转速。设计内容包括——选择带的型号；确定基准长度、根数、中心距、基准直径以及结构尺寸；初拉力和压轴力。 2) 设计步骤

传动带初选为普通V 带传动

① 确定计算功率P K P A ca ?=

P 为所需传递的额定功率就是电动机额定功率

此输送机每日两班制就是工作16小时，且工作载荷平稳。由课本文献【2】P156表8-8查得，工作情况系数K A =1.2

则P K P A ca ?==1.2*3=3.6kw ② 选择V 带型号

小带轮转速即电动机满载转速

n

0=960r/min

根据P K P A ca ?==1.2*3=3.6kw 和n

0=960r/min 查文献

【2】图8-9，选取带型为普通V 带A 型。

③ 确定带轮的基准直径d d ，并验算带速度v

根据V 带的带型和电动机的中心高100mm,查文献【2】表8-9选取小带轮的基准直径d d 1=125mm 验算带速1000

*6014.3011n d v d =

=6.28m/s

因为带速不宜过高，一般在5m/s

根据文献【2】式8-20 )(27.021021d d a d d d d d d +≤≤+）（ 可初选中心距a0=400mm

L

d

'=2a0+3.14*(d1+d2)/2+(d2-d1)*(d2-d1)/4a0=1398.8mm

查文献【2】表8-2得L d =1640mm 实际中心距a=a0+(L d -L d '

)/2=415.6mm a min=a-0.015Ld=394.15mm a max=a+0.03Ld=458.5mm

所以中心距的范围为394.15mm--458.5mm 之间

⑤ 验算小带轮上的包角α1

=162.76°≈163°>120° ⑥ 计算带的根数z

查文献【2】表8-4插值得P0=1.3816kw 查文献【2】表8-5插值得ΔP0=0.1116kw 查文献【2】表8-6得K α=0.96 查文献【2】表8-2得K L =0.96 则 K

K P P P

L

ca

z α)(0

?+=

=2.61故取z=3根

⑦ 计算单根V 带的初拉力F0

由文献【2】表8-3得A 型带的单位长度质量q=0.105kg/m,所以

N

q zv

v K P K F ca

4.15728.6*28.6*10

5.028

.6*3*96.06

.3)96.05.2(500

)5.2(500

2

0=+-=+-=αα

⑧ 计算压轴力

2sin 210αF F z P ==2*4*114*sin161.28/2=900N

带

型

计算功率

P

ca

/kw

带速

v/(m/s)

中心

距

a/mm

基准长

度

L

d

/mm

小带轮

包角α

根数

z

小带轮

直径

d

d 1

/mm

大带轮直径

d

d 2

/mm

A

3.6 6.28

415.6

1630 162.76° 3

125 250

表4 V 带的相关数据

⑨ 带轮的结构设计

由电动机的外形和安装尺寸知，大带轮采用孔板式、小带轮采用实心式的铸造带轮。因为选用普通A 型V 带轮，查文献【2】表8-11知轮槽截面尺寸： e=15±0.3mm,f

min

=9mm,b d =11mm,h a =2.75mm,h f min =8.7mm,δ=6

mm

则带轮轮缘宽度B=(z-1)*e+2f=48±0.6mm,取B=48mm 对小带轮:

小带轮的基准直径d d 1=125mm ， 则h d d a d a 211+==125+2*2.75=130.5mm 初选孔径d=28mm

则d 1=(1.8~2)d=53mm,L=(1.5~2)d=49mm 对大带轮：

大带轮的基准直径d d 2=250mm ， 则h d d a d a 222+==250+2*2.75=255.5mm 也初选孔径d=24mm,则d 1=(1.8~2)d=46mm

)(22

1δ+-=h d

D a a =255.5-2*（2.72+6）=238.06mm

)(5.01

1

d D D +==143.53mm )(25.0110

d D d

-==47.265mm

S=C '

=(1/7~1/4)B=50/5=10mm

据文献【2】式（8-14），带传动实际平均传动比为

02

11(1)

d I d n d i n d ε=

=-

1%~2%ε=，取0.015ε=，则0211(1)d I d n d i n d ε=

=-=）（015.01*

125250-=2.03

min

/47303.2/960Ⅰ

r i

n

n

i

o

===

m N n

P T .1.58473/88.2*955095501

1

1===

2. 齿轮传动的设计计算

1) .材料及热处理： 高速级：

选择大齿轮材料为45钢（调质处理）硬度为240HBS,软齿面 小齿轮材料为45Cr （调质处理）硬度为280HBS,软齿面 带式运输机为一般工作机器，速度不高，选用7级精度 低速轴：

选择大齿轮材料为45钢（正火处理）硬度为190HBS,软齿面 小齿轮材料为45钢（调质处理）硬度为230HBS,软齿面 带式运输机为一般工作机器，速度不高，选用7级精度

2) 初选高速级小齿轮齿数Z1=30, 则高速级大齿轮齿数 Z2=i12*z1=3.5*30=105,所以取Z2=105，则齿数比u1=3.5 3) 初选低速级小齿轮齿数z1=30, 则低速级大齿轮齿数 z2=i34*z1=2.7*30=81,所以取z2=81,则齿数比u2=2.7 4) 按齿面接触强度设计

[]

32

11

2)(

i

i T K Z Z Z d d I Ht E H +?

=φσε

① 确定公式内的各计算数值 a. 试选Kt ＝1.3 b. 查表选取尺宽系数

＝1

c. 查表得材料的弹性影响系数Z E =189.8Mp 2

/1 d. 按齿面硬度查表10-25d 得 高速级：

小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa 大齿轮的接触疲劳强度极限σHlim2＝550MPa 低速级：

小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=570MPa 大齿轮的接触疲劳强度极限σHlim2＝310MPa e. 计算应力循环次数 高速轴：

==L n N

h j 11

60603480313（238336538）＝910345.1?

N '

1＝N1/i12＝810844.3?

低速轴：

==L n N h

j 2260603136313（238330033）＝8

1084.3? N '

2

＝N2/i34＝1018.18?/2.7=8

1042.1? 式中j 为每转一圈同一齿面的啮合次数。Lh 为齿轮的工作寿命，单位小时

f. 查表得接触疲劳寿命系数

高速轴：KHN1＝0.9；KHN2＝0.95 低速轴：KHN1＝0.92；KHN2＝0.95 g.计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1％，安全系数S＝1

高速轴：

=0.9*600/1=540Mpa

=523Mpa

低速轴：

=0.92*620/1=570.4Mpa

=0.95*340/1=513Mpa 5) 计算

① 计算两级小齿轮分度圆直径

[]

32

11

2)(

i i T K Z Z Z d d I Ht E H +?

=φσε

=46.39mm []

32

21

2)(

i

i T K Z Z Z d d I Ht E H t +?

=φσε

=70.43mm ② 计算圆周速度 高速级：

V1=3.14*d1t*n1/(60*1000)=3.14*46.93*480/60000=1.166m/s 低速级：

V2=3.14*d2t*n2/(60*1000)=3.14*101.96*137.1/60000=0.53m/s ③ 计算齿宽b

高速级：d b t d 11φ==1*46.93=46.93mm 低速级：d b t d 22φ==1*70.43=70.43mm

④ 计算实际载荷系数Kh=Ka*Kv*Kha*Khb 已知载荷平稳，取KA=1

根据V1=1.166m/s ，7级精度，由文献【2】图10-8查得动载系数Kv1=1.05