课程设计说明书

课题名称：带式输送机传动装置设计

学    院：机电工程系

专业班级：机械设计制造及其自动化11-2

学    号：*********

学    生：

***** *

青岛理工大学琴岛学院教务处

2012年07月04日

《机械设计课程设计》评阅书

课程设计是机械设计课程重要的综合性与实践相结合的教学环节，基本目的在于综合运用机械课程设计和其他先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固和加深所学知识，同时通过实践，增强创新意识和竞争意识，培养分析问题和解决问题的能力。通过课程设计，绘图以及运用技术标准，规范，设计手册等相关资料，惊醒全面的机械设计基本技能训练。

本文介绍了减速器的设计过程，其中有齿轮的设计及校核，轴的设计及校核，以及各个附件的选择。其中齿轮设计和轴的设计为本文的重点，为此主要介绍。

减速器是当代社会有着举足轻重的地位，应用范围极其广泛，因此，减速器的高质量设计，可以体现出当代大学生对社会环境的适应及挑战，从整体设计及到装配图和零件图的绘制，都可以让参与设计的同学深深领悟到在如今社会的重要作用。

1 设计任务

1.1．工作条件与技术要求

1. 工作条件

已知带式输送机驱动卷筒的圆周力(牵引力)F=3000N，带速v=1.95m/s，卷扬机直径D=380mm。工作条件：单向运转，有轻微振动，经常满载，空载起动，两班制工作，使用期限10年，输送带速度容许误差为±5%。工作现场有三相交流电源。要求对该带式输送机传动装置进行总体设计。 

图1-1

2. 技术要求

（1）图幅和相关标注等要符合机械制图国家标准。

（2）结构图合理、清晰、明了。

（3）技术条件完整和标题栏填写完整。

（4）图面布局合理、整洁、美观。

（5）折叠规范。

（6）封面和内容格式都要符合课程设计指导书上所提的要求。

（7）设计、计算、校核内容要正确、完整、简明。

（8）插图规范、字迹工整。

（9）装订规范、牢固。

（10）要求学生在教师指导下完成设计说明书一份（6000字以上）

（11）要求学生完成零件图两张（A3）和装配图一张（A0）

1.2 设计内容

（1）传动方案的分析与拟定（简单说明并附传动件图）；

（2）电动机的选择计算；

（3）传动装置的运动及运动参数的选择计算；

（4）传动零件的设计计算;

（5）轴的设计计算；

（6）滚动轴承的选择和计算；

（7）键连接选择和计算；

（8）联轴器的选择；

（9）减速器的润滑方式和密封类型的选择；

（10）润滑油牌号的选择和装油量计算；

（11）减速附件的选择和计算；

（12）减速器箱体的设计。

2 传动系统方案的拟定

2.1 拟定传动方案

为了估计传动装置的总体传动比范围，以便选择合适的传动机构和拟定传动方案，可先由已知条件计算其驱动卷筒的转速，即：

一般常选用同步转速为1000r/min的电动机作为原动机，因此传动装置总传动比约为11,。根据总传动比数值，可初步拟定出二级传动为主的多种传动方案。

如图2-1所示的四种方案即可作为其中的一部分。就这四种方案而言方案b以用于长时间连续工作，且成本高。方案d制造成本比较高。根据带式输送机工作条件，可在a和c两个方案中选择。现选用结构较简单、制造成本也较低的方案c。

2.2 电动机的选择

1. 电动机类型和结构形式

按工作要求和工作条件，选用一般用途的Y（IP44）系列三相异步电动机。它为卧式封闭结构。

2. 电机容量

卷筒轴的输出功率：

电动机输出功率： 

传动装置的总效率：

式中，、……为电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。由表2-24查的：滚动轴承：=0.99；圆柱齿轮传动：=0.97；弹性联轴器：=0.99；滚筒轴滑动轴承：=0.96.，则：

故

电动机额定功率

由表20-1选取电动机额定功率=7.5kw。

3.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。由表2-1查得V，单级圆柱齿轮传动比范围=3~6，则电动机转速可选范围为：

表2.1 电动机参数

2.3 计算总传动比和分配各级传动比

1. 传动装置的总传动比

2. 分配各级传动比

单级减速器的传动比i=3~6，根据，得：

,  

所得，值符合圆柱齿轮传动和单级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。

2.4 运动和动力参数的计算

1.各轴转速

高速轴轴为轴，中间轴为轴，低速轴为III轴，各轴的转速为：

2.各轴输出功率

按电动机额定功率计算各轴输入功率，即：

3. 各轴转矩

表2.2  轴的运动参数及动力参数

3.1 齿轮传动的主要参数和几何参数计算

（一）高速级齿轮传动设计：

1. 选精度等级、材料及齿数。

（1）按图1-1所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。

（2）带式输送机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）

（3）材料选择，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）230HBS。二者材料硬度差为50HBS。

（4）选小齿轮齿数=24, 大齿轮齿数= 取=80 。

（5）选取螺旋角，初选螺旋角

2. 按齿面接触强度设计。

按设计计算公式计算

 （3-1）

（1）确定公式的各计算值

A.试选载荷系数

B.由图10-30 ，选取区域系数

C.查表10-26得  

D..齿轮传递的转矩

E.由表10-7 ，选取齿宽系数

F.由表10-6查得：材料的弹性影响系数

G,由图10-21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

H.计算应力循环次数

I.由图10-19得：接触疲劳寿命系数

J.计算接触疲劳许用应力，取失效概率为，安全系数S=1 。得：

(2)  计算

A.试计算小齿轮分度圆直径 由式3-1得：

B.计算圆周速度：

C.计算齿宽b及模数

D.计算纵向重合度

E.计算载荷系数K

已知使用系数  根据v=2.73m/s  7级精度，由图10-8得动载系数 ，由表10-4用插值法查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置。 ，由图10-13查得 ，由图10-3

故 载荷系数

F. 按实际的载荷系数校正所计算的分度圆直径：

G.计算模数

3. 按齿根弯曲强度校核。

按校核公式校核

               （3-2）

(1) 确定计算参数

A.由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限

 大齿轮的弯曲疲劳强度极限

B.由图10-18取弯曲疲劳寿命系数

C.计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数S=1.4

D.计算载荷系数

E.根据纵向重合度 ， 从图10-28查得螺旋角影响系数

F.计算当量齿数

，

G.查去齿形系数

由表10-5查得齿形系数   ， 

H.查取应力校正系数

由表10-5查得 ， 

I. 计算大 小齿轮的，并加以比较。

（2）设计计算

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取 ，已可满足弯曲强度。但是为了满足接触疲劳强度算的的分度圆直径计算应有的齿数，于是由

取 ，则。

4. 计算几何尺寸

（1）计算中心距

取=128mm

（2）按圆整后的中心距修正螺旋角

（3）计算大小齿轮分度圆直径:

=

=

（4）确定齿宽       

圆整后，取

（5）结构设计

A.计算小齿轮的齿根圆直径为54.87mm，与其配合的轴的尺寸为40mm，计算得齿根圆到槽底的距离<2，所以把I轴做成齿轮轴。

B.因为大齿轮的齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故已选用腹板式结构为宜。绘制大齿轮零件图如3-1所示：

图3.-1 齿轮2零件图

（二）低速级齿轮传动设计：

1. 选精度等级、材料及齿数。

（1）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）230HBS。二者材料硬度差为50HBS。

（4）选小齿轮齿数=24, 大齿轮齿数= 取=80 。

（5）选取螺旋角，初选螺旋角

2. 按齿面接触强度设计。

按设计计算公式计算

 （3-1）

（1）确定公式的各计算值

A.试选载荷系数

B.由图10-30 ，选取区域系数

C.查表10-26得  

D..齿轮传递的转矩

E.由表10-7 ，选取齿宽系数

F.由表10-6查得：材料的弹性影响系数

G,由图10-21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

H.计算应力循环次数

I.由图10-19得：接触疲劳寿命系数

J.计算接触疲劳许用应力，取失效概率为，安全系数S=1 。得：

(2)  计算

H.试计算小齿轮分度圆直径 由式3-1得：

I.计算圆周速度：

J.计算齿宽b及模数

K.计算纵向重合度

L.计算载荷系数K

已知使用系数  根据v=1.14m/s  7级精度，由图10-8得动载系数 ，由表10-4用插值法查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置。 ，由图10-13查得 ，由图10-3

故 载荷系数

M. 按实际的载荷系数校正所计算的分度圆直径：

N.计算模数

3. 按齿根弯曲强度校核。

按校核公式校核

               （3-2）

(2) 确定计算参数

B.由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限

 大齿轮的弯曲疲劳强度极限

B.由图10-18取弯曲疲劳寿命系数

C.计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数S=1.4

D.计算载荷系数

E.根据纵向重合度 ， 从图10-28查得螺旋角影响系数

F.计算当量齿数

，

G.查去齿形系数

由表10-5查得齿形系数   ， 

H.查取应力校正系数

由表10-5查得 ， 

I. 计算大 小齿轮的，并加以比较。

（3）设计计算

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取 ，已可满足弯曲强度。但是为了满足接触疲劳强度算的的分度圆直径计算应有的齿数，于是由

取 ，则,由于两个齿轮要互为质数，取95个齿

4. 计算几何尺寸

（1）计算中心距

取=1mm

（2）按圆整后的中心距修正螺旋角

（3）计算大小齿轮分度圆直径:

=

=

（4）确定齿宽       

圆整后，取

（5）结构设计

A.计算小齿轮的齿顶圆直径小于150mm，故选用实心式结构为宜。其结构为3-2图所示。

图3-2 齿轮3结构图

B.因为大齿轮的齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故已选用腹板式结构为宜。绘制大齿轮零件图如3-3所示：

图3-3 齿轮4零件图

3.2 轴的设计计算

（一）高速轴的设计

1.轴的材料选择

因为高速轴是齿轮轴，材料与齿轮材料相同，为40Cr(调质）

2. 按切应力估算轴径

已知：，  ，

圆周力：;

径向力：

轴向力：

有资料查得=112，轴段伸出段直径为：

考虑到与电动机半联轴器相匹配的联轴器的孔径标准尺寸的选用，

取：

3. 划分轴段

轴伸出段，端盖以及密封圈处轴段，轴承安装轴段，轴颈段，齿轮轴段。

4. 确定各轴段的直径

由于轴伸出段直径比计算值大的多，考虑轴的紧凑性，其他阶梯直径应尽可能以较小值增加，因此周伸出段联轴器套同轴向定位与套同配合轴段直径=38mm.

查指导书表15-6，选择角接触球轴承7028，轴颈直径.轴承安装定位轴颈。

齿轮轴段直径与齿轮1直径尺寸相同，为=63.78mm ， ，。

5. 确定各轴段的轴向长度

两轴承轴颈间距

：箱体内壁间距离，有中间轴计算得。

：轴承内端面与内壁的距离，取

：轴承宽度，查指导书表15-6 得

所以，。

轴伸出段长度由联轴器轴向长度确定，轴颈长度由轴承宽度决定B=18mm,齿轮轴段轴向长度决定于齿轮宽度，轴向位置与中间轴大齿轮啮合位置确定，直径、 ,轴段长度在齿轮尺寸和位置确定后获得。

直径为轴段长由端盖外与端盖内两部分组成。

端盖外尺寸为：k+(10~20)mm,六角厚度确定k=7；

端盖内尺寸为：21mm

轴段长度=50mm，因此主要结构尺寸见 图3-4.：

图3-4 轴I的结构图

（二）中间轴的设计

1.轴的材料选择

因为中间轴不是齿轮轴，轴通过键与齿轮装配，所以材料为45钢（调质）。

2. 划分轴段

轴承安装轴段，轴肩段，安装齿轮轴段，。

3.确定各轴段的直径

已知：，  ，

查指导书表15-7初选圆锥滚子轴承，代号为30309，与轴承配合的轴径。

齿轮3处轴头直径为。

齿轮3定位轴肩高度=,所以该处直径。

齿轮2处轴头直径为，轴肩与齿轮3共用。

4.确定各轴段的长度

按轴上零件的轴向尺寸以及零件间相对位置，参考高速级与低速级齿轮传动尺寸表，初步确定尺寸如附图3-5

图3-5 轴2的结构图

（三）输出轴的设计及校核

1.轴的材料选择

因为中间轴不是齿轮轴，轴通过键与齿轮装配，所以材料为45钢（调质）。

2.按切应力估算轴径

已知：，  ，

圆周力：;

径向力：

轴向力：

有资料查得=112，轴段伸出段直径为：

考虑到与电动机半联轴器相匹配的联轴器的孔径标准尺寸的选用，取：

3. 划分轴段

轴伸出段，端盖以及密封圈处轴段，轴承安装轴段，轴肩段，轴颈，安装齿轮轴段。

4. 确定各轴段的直径

由于轴伸出段直径比计算值大的多，考虑轴的紧凑性，其他阶梯直径应尽可能以较小值增加，因此周伸出段联轴器套同轴向定位与套同配合轴段直径=57mm.

查指导书表15-6，选择圆锥滚子轴承30312，轴颈直径.轴承安装定位轴颈

由于轴承段直径为60mm，所以齿轮轴段直径。齿轮4定位轴肩高度=,所以该处直径。

5. 确定各轴段的轴向长度

两轴承轴颈间距

：箱体内壁间距离，有中间轴计算得。

：轴承内端面与内壁的距离，取

：轴承宽度，查指导书表15-6 得

所以，。

轴伸出段长度由联轴器轴向长度确定，轴颈长度由轴承宽度决定B=33.5mm,齿轮轴段轴向长度决定于齿轮宽度，轴向位置与中间轴大齿轮啮合位置确定，直径、 ,轴段长度在齿轮尺寸和位置确定后获得。

直径为轴段长由端盖外与端盖内两部分组成。

端盖外尺寸为：k+(10~20)mm,六角厚度确定k=7；

端盖内尺寸为：21mm

轴段长度=50mm，因此主要结构尺寸见 图3-6.：

图3-6 轴III的结构图

6. 轴的校核

(1) 轴上载荷的确定

首先根据轴的结构图3-6作出轴的计算简图3-7。在确定轴承支撑点位置时，从指导书中查去30312型圆锥滚子轴承的a值为27mm。因此，作为简支梁的轴承跨距。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图如3-7所示。

图3-7 轴III的扭矩弯矩图

按弯扭合成应力校核强度

=，其中, =0.6

前已选轴材料为45钢，调质处理。

查表15-1得，故 此轴合理安全

3.3. 滚动轴承选择和寿命计算

由轴III的设计已知，选用圆锥滚子轴承30312，由于受力对称，故只需要校核一个。

1. 查滚动轴承样本（GB/T276-1994）圆锥滚子轴承

已知,

2. 求径向力，

3. 求轴向力，

故，

4. 计算当量载荷

轴承运转中有中等冲击，查表13-6，

验算轴承寿命

因为

故所选用轴承满足寿命要求。确定使用圆锥滚子轴承30309

3.4 键连接选择和校核

轴III上的两个键分别与联轴器和齿轮相配合，因为连接的两个键分别为  。由于两个键长度一样，受到的扭矩也一样所以只校核联轴器的键即可。

键、轴和的材料都是45钢，齿轮是40Cr，由指导书查得许用应力，取。键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度。

由

可见连接的强度足够，确定选用A型键：

3.5 联轴器的选择和计算

1. 类型的选择：

因为工作中有中等振动，故选用弹性套柱销联轴器。

2. 载荷计算

（1）轴上所需的联轴器

公称转矩：

由指导书查得工作情况系数

，故由公式

得计算转矩为：

根据工作要求及指导书表17-3中选用HL5其公称为125满足工作要求。标注为HL5联轴器

（2）轴Ⅲ上所需的联轴器：

公称转矩：

由指导书查得，得计算转矩为：

根据工作要求及指导书表17-3中选用HL9其公称为1000满足工作要求。标注HL9联轴器

3.6润滑和密封形式的选择

此减速器中的齿轮啮合采用油池浸油润滑：根据

根据推荐润滑油标准选用中负荷齿轮油（）牌号为：460运动粘度。

轴承采用油润滑选用牌号为。

4 箱体及附件的结构设计和选择

减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量。

4.1机体有足够的刚度

在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度

4.2机体结构有良好的工艺性.

铸件壁厚为10mm，圆角半径为R=5mm。机体外型简单，拔模方便.

4.3对附件设计

（1）视孔盖和窥视孔

在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固

（2）油螺塞：

放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。

（3）油标：

油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。

油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.

（4）通气孔：

由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.

（5）盖螺钉：

启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。

钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.

（6）定位销：

为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.

（7）吊钩：

在机盖上直接铸出吊钩，用以起吊或搬运较重的物体.

表4.1 箱体的参数

机械设计课程设计是机械课程当中一个重要的环节，通过三周的课程设计使我从各个方面都受到了机械设计的训练，对机械方面有关各个零部件的有机结合有了深刻的认识。

由于在设计方面我们没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如：在选择机选标准件事可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算精度不够准确。

在设计过程中，培养了我们的综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，通过这次设计再次熟悉了AUTOCAD绘图软件和microsoftword文字处理软件，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，大家共同解决了许多个人无法解决的问题，在这些过程中我们深刻的认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。

本次设计由于有参考指导书和老师的精心指导，之际设计的东西不多，但在通过这次设计之后，我想回对以后自己设计打下一个良好地基础。

在此谢谢老师以及同学，感谢他们给我的宝贵建议。

参考文献

1.《机械原理》 孙桓、陈作模、葛文杰主编 高等教育出版社 

2.《机械设计》  程志红主编 东南大学出版社

3.《机械设计课程上机与设计》程志红 唐大放主编 东南大学出版社 

4.《中国机械设计大典》 中国机械工程学会、中国机械

5.《机械设计手册》  机械工业出版社 2004年9月第三版

6.《机械课程设计指导书》  第二版

7.《机械原理》 孙桓、陈作模、葛文杰主编 高等教育出版社

8.《机械设计》  程志红主编 东南大学出版社

9.《机械设计课程上机与设计》程志红 唐大放主编 东南大学出版社 

10.《中国机械设计大典》 中国机械工程学会、中国机械设计大典编下载本文