带式运输机减速器设计.docx
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带式运输机减速器设计
xx质量工程职业学院
毕业设计（论文）
题目
带式运输机减速器设计
系别
机电工程系
专业
机电一体化
班级
学生姓名
学号
指导教师
定稿日期
2011年3月10日
xx质量工程职业学院
毕业设计任务书
专业
班级
姓名
XX
学号
指导教师
设计（论文）题目
带式运输机减速器设计
主要
研究
内容
1. 分析齿轮机构的运动形式、特点和尺寸
2. 对齿轮机构的设计计算、校核、安装及维护
3. 运用机械零部件的公差、配合，以及机械加工、制造的基本知识合理设计减速器
4. 运用机械制图的知识来绘制装配图
主要
技术
指标
或研
究目
标
1.主要数据：
工作转矩T=130N.m，运输机速度v=1.6m/s,卷筒直径D=320mm2.连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期限为10年，小批量生产，单班制工作（8小时/天）
基本
要求
1、按照所给的基本数据计算并选择出电动机以及传动方式，并分配传动比
2、设计及计算出齿轮的基本参数并校核计算
3、设计及计算轴的基本参数并校核计算
4、设计出减速机键连接，轴承，联轴器等联接标准件的选择并完成其校核计算
5、设计减速器的润滑以及密封
6、运用机械制图的知识绘制出
7、利用机械制造的知识写出加工工艺以及方案
8、画出减速器的装配图和零件图
主要
参考
资料
及文
献
[1]王昆．何小柏.汪信远.机械设计基础课程设计[M].高等教育出版社.1995年12月第一版
[2]庞振基.黄其圣.精密机械设计[M].机械工业出版社.2005年1月第一版
[3]成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社.1994年4月第三版[4]卢玉明.机械零件的可靠性设计[M].高等教育出版社.1989年
[5]龚桂义.渐开线齿轮强度计算与结构设计[M].机械工业出版社.1986年
摘要
机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。
传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。
传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。
合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。
本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。
传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。
带传动承载能力较低．在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。
齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之—。
这种减速器主要适用于运输机械，也可用于冶金、矿山、石油、化工等通用机械。
从以上资料我们可以看出齿轮减速器结构紧凑、传动效率高、运行平稳、传动比大、体积小、加工方便、寿命长等等。
本设计采用的是单级直齿轮传动（说明直齿轮传动的优缺点）。
关键词：
两级传动、带传动、单级直齿圆柱齿轮减速器、传动效率高
Abstract
Machinesaregenerallymotivatedbytheoriginal,gearandequipmentcomponents.Gearisusedtotransfertheprimemoverandpowermovement,movementintheformofitstransformationtomeettheneedsoftheworkofthedeviceisanimportantpartofthemachine.Thereasonablenessoftransmissionwillhaveadirectimpactontheworkofthemachineperformance,weightandcost.Inadditiontodriveareasonableprogramtomeettheworkfunctionofthedevice,alsocalledforasimplestructure,convenience,lowcost,hightransmissionefficiencyandfacilitatetheuseofmaintenance.
DesignoftheCentralPlainsmotivefortheelectricmotors,machineworkfortheconveyorbelt.Transmissionprogramusestwo-stagedrive,thefirst-classdriveforthebeltdrive,thesecond-classdriveforthesingle-stagespurgearreducer.
Withalowertransmissioncapacity.Inthesametorquetransmission,thesizeofthestructurethantheotherforms,butthereistheadvantageofoverloadprotection,butalsoeasetheshockandvibration,thelayoutofthehigh-speedtransmissionlevelinordertoreducethetransmissionoftorque,Reducethesizeofthestructureofthetransmissionbelt.
Geartransmissionefficiency,andsuitableforawiderangeofpowerandspeed,longerlife,isthemostwidelyusedinmodernmachinesofbodies-.Thisreducermainlyappliedtotransportmachinery,butalsocanbeusedformetallurgy,mining,petroleum,chemicalandothergeneralmachinery.Fromtheabovedatawecanseeacompactgearreducer,transmission,highefficiency,smoothoperation,transmissionratio,smallsize,convenientprocessing,longlifeandsoon.Thisdesignusesasingle-stagespurgeartransmission（notetheadvantagesanddisadvantagesofspurgeartransmission）.
Keywords:
two-stagedrivebeltdrivesingle-stagespurgearedduckertransmissionfight-efficiency
1、简介
带式运输机传动装置减速器功能原理图如图1.1所示:
图1.1功能原理图
1.1带式运输机减速器的发展前景
带式输送机技术的发展很快，其主要表现在2个方面：
一方面是带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；另一方面是带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型带式输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用于了带式输送机动态分析与监控技术，提高了带式输送机的运行性能和可靠性。
1.2工作环境
带式输送机减速器的工作环境主要在一些工矿，例如：
大型的煤矿企业、铁矿、以及有色金属等作运输装置。
本设计的带式运输机减速器主要运用于钢铁工业，运送铁矿石和一些其他原料。
1.3工作原理
利用各级齿轮传动来达到降速的目的，减速器就是由各级齿轮副组成的，比如用小齿轮带动大齿轮就能达到一定的减速的目的,再采用多级这样的结构,就可以大大降低转速了。
设工作条件：
连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期限为10年，小批量生产，单班制工作（8小时/天）
2、传动方案的拟定和选择电动机
2.1定传动方案
由已知条件计算驱动滚筒的转速nω,
一般选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机，因此传动装置传动比约为10或15。
根据总传动比数值，初步拟定出以二级传动为主的多种传动方案。
2.2选择电动机
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（IP44）系列三相异步电动机。
它为卧式封闭结构。
2）电动机容量
（1）滚筒输出功率Pw
（2）电动机输出功率P工作=FV/1000η总η总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒
根据传动装置总效率及查表2-4得：
V带传动ŋ1=0.945；滚动轴承ŋ2=0.98；圆柱齿轮传动ŋ3=0.97；弹性联轴器ŋ4=0.99；滚筒轴滑动轴承ŋ5=0.94
（3）电动机额定功率P
由表2-1选取电动机额定功率P=2.2kw
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带传动常用传动比范围i1=2-4,单级圆柱齿轮传动比范围i2=3-6，则电动机转速可选范围为573-2292r/min
表2-1
方案
电动机型号
额定功率（kw）
电动机转速（r/min）
电动机质量（kg）
传动装置的传动比
同步
满载
总传动比
V带传动
单级减速器
1
Y100L1-4
2.2
1500
1420
34
14.87
3
4.96
2
Y112M-6
2.2
1000
940
45
9.84
2.5
3.94
由表中数据可知两个方案均可行，方案1相对价格便宜，但方案2的传动比较小，传动装置结构尺寸较小，整体结构更紧凑，价格也可下调，因此采用方案2，选定电动机的型号为Y112M-6。
4）电动机的技术数据和外形、安装尺寸
由表2-1查出Y112M-6型电动机的主要技术数据和外形、安装尺寸，并列表记录备用（略）。
2.3计算传动装置传动比和分配各级传动比
1）传动装置传动比总传动比：
i总=n电动/n筒
2）分配各级传动比
取V带传动的传动比i1=2.5。
∵i总=i齿轮×I带∴I带=i总/i齿轮
所得i2值符合一般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计算传动装置的运动和动力参数
1）各轴转速
电动机轴为0轴，减速器高速轴为I轴，低速轴为Ⅱ轴，各轴转速为
n0=nm=940r/min
nI=n0/i1=940/2.5≈376r/min
nII=nI/i2=376/3.94≈95.5r/min
2）各轴输入功率
按电动机额定功率Ped计算各轴输入功率，即
P0=Ped=2.2kw
PI=P0ŋ1=2.2x0.945≈2.079kwPII=PIŋ2ŋ3=2.079x0.98x0.97≈1.976kw
3）各轴转矩
To=9550xP0/n0=9550x2.2/940=22.35N·m
TI=9550xPI/nI=9550x2.079/376=52.80N·m
TII=9550xPII/nII=9550x1.976/95.5=197.6N·m
3、V带选择
1）选择V带的型号
根据任务书说明，每天工作8小时，载荷平稳，由《精密机械设计》的表7-5查得KA=1.0。
则
Pd=PI·KA=1.0×2.2=2.2kW
根据Pd=2.2和n1=940r/min,由《机械设计基础课程设计》图7-17确定选取A型普通V带。
2）确定带轮直径D1，D2。
由图7-17可知，A型V带推荐小带轮直径D1=125～140mm。
考虑到带速不宜过低，否则带的根数将要增多，对传动不利。
因此确定小带轮直径D1=125mm。
大带轮直径，由公式D2=iD1（1-ε）（其中ε取0.02）
由查《机械设计基础课程设计》表9-1，取D2=315mm。
3）检验带速v
v=1.6m/s<25m/s
4）确定带的基准长度
根据公式7—29：
0.7（D1+D2）初定中心距500mm
依据公式7—12计算带的近似长度L=1708.9mm
由表7-3选取Ld=1800mm，KL=1.01
5）确定实际中心距a=545.6mm
6）验算小带包角α1=1600
7）计算V带的根数Z。
由表7-8查得P0≈1.40，由表7-9查得Ka=0.95，由表7-10查得△P0=0.11，则V带的根数=1.52根
Z=PC/P’=PC/（P1+△P1）KLKa取Z=2
8）计算带宽B
B=（z-1）e+2f
B=35mm
4、高速级齿轮传动设计
高速级齿轮图如图4.1所示：
图4.1高速级齿轮图
4.1 选择材料、精度及参数
小齿轮：
45钢，调质，HB1=240
大齿轮：
45钢，正火，HB2=190
模数：
m=2
齿数：
z1=24
z2=96
齿数比：
u=z2/z1=96/24=4
精度等级：
选8级（GB10095-88）
齿宽系数Ψd:
Ψd=0.83（推荐取值：
0.8-1.4）
齿轮直径：
d1=mz1=48mm
d2=mz2=192mm
压力角：
a=200
齿顶高：
ha=m=2mm
齿根高：
hf=1.25m≈2.5mm
全齿高：
h=（ha+hf）=4.5mm
中心距：
a=m（z1+z2）/2=4.7244in
小齿轮宽：
b1=Ψd·d1=0.83×48=39.84mm
大齿轮宽：
根据《机械设计基础课程设计》P24,为保证全齿宽接触，通常使小齿轮较大齿轮宽，因此得：
b2=40mm
4.2 计算齿轮上的作用力
1）设高速轴为1，低速轴为2
圆周力：
Ft1=2T1/d=2200N
Ft2=2T/d=2058.3N
径向力：
Fr1=F1t·tana=800.7N
Fr2=F2t·tana=749.2N
轴向力为几乎为零
2齿轮许用应力[σ]H[σ]F及校验
ZH——节点齿合系数，对于标准直齿轮，an=20º,β=0,ZH=1.76
ZE——弹性系数，当两轮皆为钢制齿轮（μ=0.3，E1=E2=2.10x10N/mm2）时，ZE=271
Zε——重合系数，对于直齿轮，Zε=1
Kβ——载荷集中系数，由《精密机械设计》图8-38选取，kβ=1.08
Kv——动载荷系数，《精密机械设计》图8-39，kv=1.02
计算得σH=465.00N·mm-2
对应于NHO的齿面接触极限应力其值决定于齿轮齿轮材料及热处理条件，《精密机械设计》表8-10；NHO=2HBS+69=240x2+69=549N·mm-2。
SH——安全系数，于正火、调质、整体淬火的齿轮，去SH=1.1；
KHL——寿命系数
式中NHO：
循环基数，查《精密机械设计》图8-41，NHO=1.5x107；NH：
齿轮的应力循环次数，NH=60nt=60x376x60x8=1.08288x107；
取KHL=1.06
σF=529.04N·mm-2
σH=465.00N·mm-2≤σF=529.04N·mm-2
因此接触强度足够
允许用弯曲应力：
查表8-11（齿轮双面受载时的影响系数，单面取1，双面区0.7-0.8），（寿命系数）循环基数取4x106,循环次数=60nt=60x376x60x8=1.08288x107KFL=0.847≈1
计算得
σF=113.45N·mm-2
σF≤240N·mm-2
5、轴的设计计算
5.1轴的分类
根据轴的承载情况可分为转轴、心轴和传动轴三类。
只承受弯矩，不承受转矩的轴称为“心轴”；只承受转矩，不承受弯矩的轴称为“传动轴”；同时承受弯矩和转矩的轴称为“转轴”。
5.2轴设计的主要问题
在一般情况下，轴的工作能力决定于它的强度和刚度，对于机床主轴，后者尤为重要。
高速转轴则还决定于它的振动稳定性；在设计轴时，除应按工作能力准则进行设计计算或校核计算外，在结构设计上还须满足其他一系列的要求，例如：
1）多数轴上零件不允许在轴上作轴向移动，需要用轴向固定的方法使它们在轴上有确定的位置；2）为传递转矩，轴上零件还应作周向固定；3）对轴与其他零件（如滑动轴承、移动齿轮）间有相对滑动的表面应有耐磨性的要求；4）轴的加工、热处理、装配、检验、维修等都应有良好的工艺性；5）对重型轴还须考虑毛坏制造、探伤
5.3轴类零件的重要性
轴类零件的主要作用是支承传动零件并传递动和动力，它们在工作时受多种应力的作用，因此从选材角度看，材料应有较高的综合机械性能.局部承受摩擦的部位如车床主轴的花键、曲轴轴颈等处，要求有一定的硬度，以提高其抗磨损能力。
要求以综合机械性能为主的一类结构零件的选材，还需根据其应力状态和负荷种类考虑材料的淬透性和抗疲劳性能。
实践证明，受交变应力的轴类零件、连杆螺栓等结构件，其损环形式不少是由于疲劳裂纹引起的。
下面以车床主轴、汽车半轴、内燃机曲轴、镗杆、大型人字齿轮轴等典型零件为例进行分析。
5.3.1机床主轴
1）在选选用机床主轴的材料和热处理工艺时，必须考虑以下几点：
①受力的大小。
不同类型的机床，工作条件有很大差别，如高速机床和精密机床主轴的工作条件与重型机床主轴的工作条件相比，无论在弯曲或扭转疲劳特性方面差别都很大。
② 轴承类型。
如在滑动轴承上工作时，轴颈需要有高的耐磨性。
③主轴的形状及其可能引起的热处理缺陷。
结构形状复杂的主轴在热处理时易变形甚至于开裂，因此在选材上应给予重视。
主轴是机床中主要进零件之一，其质量好坏直接影响机床的精度和寿命。
因此必须根据主轴的工作条件和性能要求，选择用钢和制定合理的冷热加工工艺。
2）机床主轴的工作条件如下：
①承受交变的弯曲应力与扭转应力，有时受到冲击载荷的作用；
②主轴大端内锥孔和锥度外圆，经常与卡盘、顶针有相对摩擦；
③花健部分经常有磕或相对滑动。
总之，该主轴是在滚动轴承中动转，承受中等负荷，转速中等，有装配精度要求，且受到一定的冲击力作用。
由此确定热处理技术条件如下：
①整体调质后硬度应为HB200-230，金相组织为回火索氏体；
②内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC45-50，表面3-5㎜内金相组织为回火屈氏体和少量回火马氏体；
③花键部分的硬度为HRC48-53，金相组同上。
3）选择用钢C616车床属于中速、中负荷、在滚动轴承中工作的机床，因此选用45钢是可以的。
过去此主轴曾采用45钢经正火处理后使用；后来为了提高其强度和韧性，在粗车后又增加了调质工序。
而且调质状态的疲劳强度比正火为高，这对提高主轴抗疲劳性能也是很重要的。
表5-1为45钢正火和调质后的机械性能比较。
表5-1
热处理
σb（MN/㎡）
σs（MN/㎡）
σ-1（MN/㎡）
调质
682
490
338
正火
600
340
260
4）主轴的工艺路线
下料→锻造→正火→粗加工（外圆留余4-5㎜）→调质→半精车外圆（留余2.5-3.5㎜），钻中心孔，精车外圆（留余0.6-0.7㎜，锥孔留余0.6-0.7㎜），铣键槽→局部淬火（锥孔及外锥体）→车定刀槽，粗磨外圆（留余0.4-0.5㎜），铣花键→花键淬火→精磨。
5）热处理工序的作用正火处理是为了得到合适和硬度（HB170-230），以便于机械加工，同时改善锻造组织，为调质处理作准备。
调质处理是为了使主轴得到高的综合机械性能和疲劳强度。
调质后硬度后硬度为HB200-230，组织为回火索氏体。
为了更好的发挥调质效果，将调质安排在粗加工后进行。
内锥孔和外圆锥面部分经盐浴局部淬火和回火后得到所要求的硬度，以保证装配精度和不易磨损。
6）热处理工艺调质淬火时由于主轴各部分的直径不同，应注意谈天问题。
调质后的变形虽然可以通过校直来修正，但校直时的附加应力对主轴精加工后的尺寸稳定性是不利的。
为减小变形，应注意淬火操作方法。
可采取预冷淬火和控制水中冷水机却时间来减小变形。
花键部分可用高频淬火以减小变形和达到硬度要求。
经淬火后的内锥孔和外圆锥面部分需经260-300℃回火，花键部分需经240-260℃回火，以消除淬火应力并达到规定的硬度值。
也有用球墨铸铁制造机床主轴的，如某厂用球墨铸铁的主轴淬火后硬度为HRC52-58,且变形量比45钢为小。
5.3.2汽车半轴
汽车半轴是驱动车轮转动的直接驱动件。
半轴材料与其工作条件有关，中型载重汽车目前选用40Cr钢，而重型载汽车则选用性能更高的40CrMnMo钢。
1）汽车半轴的工作条件和性能要求以跃进型载重汽车（载重量为2500kg）的半轴为例。
汽车半轴是传递扭矩的一个重要部件。
汽车运行时，发动机输出的扭矩，经过多级变速和主动器传递给半轴，再由半轴传动车轮。
在上坡或启动时，扭矩很大，特别在紧急制动或行驶在不平坦的道路上，工作条件更为繁重。
因此半轴在工作时承受冲击、反复弯曲疲劳和扭转应力的作用，要求材料有足够的抗弯强度和较好的韧性。
硬度：
杆部HRC37-44；
盘部外圆：
HRC24-34。
金相组织：
回火索氏体或回火屈氏体。
弯曲度：
杆中部≯1.8㎜，盘都跳动≯2.00㎜。
2）选择用钢根据JB529-64汽车半轴技术条件规定，半轴材料可选用40Cr、40CrMo、40CrMnMo钢。
同时规定调质后的半轴其金相组织淬透层应呈回火索氏体或回火屈氏体，心部（从中心到花键底半径四分之三范围内）允许有铁素体存在。
根据上述技术条件，选用40Cr钢能满足要求。
同时应指出，从汽车的整体性能来看，设计半轴时所采取的安全系数是比较小的。
这是考虑到汽车超载运行而发生事故时，半轴首先破坏对保护后桥内的主动齿轮不受损坏是有利的。
从这一点出发，半轴又是一个易损件。
3）半轴的工艺路线
下料→锻造→正火→机械加工→调质→盘部钻孔→磨花键4）热处理工艺分析锻造后正火，硬度为HB1
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