带式运输机的圆锥圆柱齿轮减速器的设计.docx
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带式运输机的圆锥圆柱齿轮减速器的设计
带式运输机的
圆锥圆柱减速器
课程设计说明书
班级：
08车辆3班
学号：
1608080313
姓名：
1、设计任务书3
2、装置的总体设计3
3、传动件的设计计算5
4、齿轮上作用力的计算12
5、轴的设计计算14
6、减速器箱体的结构尺寸23
10、装配图和零件图24
11、设计小结25
12、参考资料目录25
1、设计任务
设计一用于带式运输机上的圆锥圆柱齿轮减速器，已知带式运输机驱动卷筒的工作拉力
拉力F=2200N，运送带工作速度V=1.25m/s，卷筒直径D=240mm。
输送机连声单向运转，载荷较平稳，使用期限为8年，小批量生产，两班制工作运送带工作允许误差为5%。
2、传动装置的总体设计
2.1传动方案的拟定及说明
2.1.1计算驱动卷筒的转速
601000v6010001.25“.nw99.47r/minD240
2.1.2拟定以下传动方案
1—电动机2—联轴器3—圆锥圆柱齿轮减速器4—运输带5—
卷筒
2.2电动机的选择
2.2.1确定电动机功率
Pw
1000w22001.2510000.95
2.89Kw
电动机所需功率P0按下式计算
2—4查得
P0匹
式中，为电动机到滚筒工作轴的传动装置总效率。
根据传动特点，由表
轴承0.99弹性联轴器
0.99锥齿轮0.97圆柱斜齿°.97
4
轴承
弹性联轴器
锥齿轮圆柱斜齿
0.9940.970.990.960.89
电动机所需工作功率为
由表2—1,取电动机额定功率
P0
ped
pw
4Kw2.890.893.25KW
2.2.2确定电动机转速
由课本表1-8可知圆锥齿轮传动比i锥3、
圆柱齿轮传动比1齿
，则总传动比范围
i总i锥i齿（0~3）（4~6）0~18
而卷筒转速为99.47r/min
所以时机转速范围为
n°血总99.47（0~18）0~1790.46r/min
960r/min和1440r/min。
考虑到
由手册表2-1可知，符合这一要求的电动机同步转速有
1440r/min转速较高，所以这里选用960r/min。
其型号为丫132M16
2.3传动比的计算及分配
2.3.1计算总传动比
n0960nw99.479.65
232分配传动比
高速级传动比为
i10.25i0.259.652.41
取ii2.40
低速传动比为
i
i2
ii
9・654.02
2.40
2.4传动装置动力参数计算
2.4.1各轴的转速
n1n0960r/min
n2
ni
400.00r/min
2.40
na
n2
i2
400.00
4.02
99.47r/min
nw99.47r/min
2.4.2各轴的功率
Pi
p0联
3.250.993.22Kw
Pa
P2轴承
齿轮
3.06
0.990。
973.00Kw
Pw
P3
轴承联
2.00
0.990。
73.00Kw
2.4.3各轴转矩
T。
9550
匹
9550
3.25
32.33Nm
n°
960
pi
3.22
Ti
9550
9550
32.03Nm
ni
960
p2
3.06
T2
9550
9550
-73.06Nm
n2
400.00
P2
Pi轴承锥齿3.220.990.963.06Kw
T39550比9550丄0028803Nmn399.47
p294
Tw9550出9550282.27Nm
%99.47
3、传动件的设计计算
3.1高速级锥齿轮传动的设计计算
3.1.1、选择材料
材料用45钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理，由《机械设计（第八版）》表10-1得齿
面硬度HBS1217~255，HBS?
162~217，HBS236，HBS2190，
HBS1HBS246，在30~50HBS范围内，选择8级精度
3.1.2、初步计算传动尺寸
因为软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。
其计算公式为
3
d1i—4KT1—（5）2
0.85ru（10.5r）[h]
〔、取Kt1.3，Ze189.8JMPa，Zh2.5，ui?
2.40r0.3
小齿轮许用应力H1215MPa，大齿轮许用应力H2215MPa
d1t
R）2
（ZeZH）2
（189.82.5）
390
3I41.332030—
[0.850.32.40（10.50.3）2
82.307mm
3.1.3、确定传动尺寸
1计算载荷系数
由《机械设计（第八版）》查得Ka「0
齿宽蹲点分度圆直径为
dm1td1t10.5R
82.30710.50.370.015mm
vm1
dm1tni
60100070.0159606010003.52m/s
经检验精度降低一级，由《机械设计（第八版）
》表10-13查得，动载荷系数Kv1
.25
K113，Ka1，则Ka。
1佔「13X0
（2）对d1t进行修正,
d1
t
d1t3
82.30731.4084.366mm.1.3
（3）
选定齿数
选齿数
23
Z2
uz155.2。
取Z25555232.39
刍3100%4.1%。
在允许范围内
2.40
大端模数m
（5）
d1
d184.336
Z1
233.67
。
由《机械设计（第八版）
》表10-13查得，取标准模数
大端分度圆直径为
mz14239284.336mm
d2mz2455220mm
（6）锥顶距为
Rd1u2192,2.4021119.6mm22
（7）齿宽为
brR0.3119.635.88mm取b240mm，bi45mm
3.1.4、校核齿根弯曲疲劳强度
齿根弯曲疲劳强度条件为
KFi
0.85bm（1
0.5r）YfYs
（1）k、b、m已知
（2）圆周力为
d110.5R
232030
9210.50.3
819.18N
（3）齿形数Yf和应力修正数Ys
U2.4
cos1.2—0.9230
u21.2.4021
cos211—0.3846
..u212.4021
Z1
23
24.92
zv1
cos1
0.9230
Z2
55
143.0
v1
cos2
0.3846
则当量齿数
由《机械设计（第八版）》
表10-5查得Yf12.62，丫S1
1.59YF22.14Ys2
1.59
（4）许用弯曲应力
F1215MPa
F2170MPa
F1
KFt
0.85bm10.5
—丫F1YS1
R
1.40819.18
2.621.59
45.92MPa
F1
KFt
F2
0.85bm10.5R
36.69MPa
F2
0.8536410.5.3
1.40819.18
0.8536410.5.3
2.141.83
3.1.5计算锥齿轮传动其它几何尺寸
ham3mm
hf
1.2m4.8mm
0.2m0.8mm
u
arccos—
2.4
arccos—
V2.42i
22.62
dal
da2
i
arccos
di2mcosi
d22mcos2
di2.4mcos
i
arccos
922
220
i92
67.38
4cosi
99.40mm
24cos2233.08mm
2.44cos22.6283.14mm
d22.4mcos2
2202.44cos67.382i6.3imm
3.2、低速齿轮级斜齿圆柱齿轮的设计与计算
3.2.I选择材料
大小齿轮均选45钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理,
查得安全系数=1。
选8级精度
由《机械设计（第八版）》表10-21
3.2.2初步计算
因齿面闭式传动，故按下式进行设计
dit
（［）T2已知
（2）取心1.4
（3）由《机械设计（第八版）》表10-7查得取齿宽d1.2
（4）由《机械设计（第八版）》表10-6查得弹性系数Ze189.8MPa
（5）初选螺旋角13由《机械设计（第八版）》表10-30查得节点区域系Zh2.44
（6）齿数比Ui24.02
（7）初选Z323则乙uZ392.46。
取Z493
d3t
3
2
21.4730604.021189.82.44
1.24.02580
51.4mm
3.2.3确定尺寸
（1）计算载荷系数
v
因601000
81.184400.00
1.7m/s
601000
由《机械设计（第八版）
》表10-8查得Kv
0.8Khb1.42,Kfb
1.35
（2）故载荷系数
KaSK
0.811.421.351.53
（3）按实际载荷修正系数计算分度圆直径
52.935mm
（4）计算模数山"
mn
d1cos
乙
52.935cos13
23
2.24
取叫3
（5）计算传动尺寸
mnZ3Z432393
a一
2cos2cos13.
178.577mm
取整a180mm
d3
故
mZ3
cos
323
cos13.
70.815mm
d4
mZ4
cos
393
cos13.
286.339mm
bdd31.270.81584.978mm
取b485mm
b3b45~1090~95mm
取b390mm
3.2.4校核齿根弯曲疲劳强度
齿根弯曲疲劳强度条件为
[]f
蔦YfYsY
bm“d3
k,T3,mn,d3已知
齿宽b
b485mm
齿形系数
YS
Z3
23
3cos
cos13
Z4
93
cos3
cos313
YT和应力修正系数
23.863mm
100.534mm
ZV4
ZV3
由《机械设计（第八版）》表10-5查得Yf32.69'Ys31.575。
Yf42.18,Ys4
1.79
由《机械设计（第八版）
》表10-28查得螺旋角
0.88
2KF2
bmnd3
Yf3YsY
21.53288030
2.691.5750.88
90370.815
171.864
F3
2KT3yYY
F4
F^S3T
bmnd4
21.53282270
903286.339
2.181.790.88
40.622
F4
3.2.5计算齿轮传动其它几何尺寸
端面模数
coscos13
齿顶咼
hahamn133
齿根高
hfhacmn
hhahf33.75
全齿高
a1
顶隙
ccmn0.253（
3
10.2533.75mm
6.75mm
mn
3.079
齿顶圆直径为
da3d32ha78.315mm
da4d42ha
齿根圆直径为
293.839mm
df3d32hf
70.8153.75263.315mm
df4d42hf
286.3393.752278.839mm
4、齿轮上作用力的计算
4.1高速级齿轮传动的作用力
（1）锥齿轮上的作用力为
901.244N
2Ti2Ti232030
dm1d110.5R83.62310.50.3
其方向与力作用点圆周速度方向相反径向力为
FriFtitancos1901.244tan20cos22.62302.793N
其方向为由力的作用点指向轮1的转动中心
轴向力为
Fa1Ft1tansin1901.244tan20sin22.62126.165N
其方向沿轴向从小锥齿轮的小端指向大端
法向力为
Fn1
Ft1
cos
901.244
cos20
959.085N
（2）锥齿轮2的作用力
锥齿轮2上的圆周力、径向力和轴向力与锥齿轮1上的圆周力、轴向力和径向力大小相等,
作用方向相反
4.2低速级齿轮传动的作用力
（1）齿轮3的作用力圆周力为
Ft3
2T2
d3
273060
70.815
515.851N
其方向与力作用点圆周速度方向相反
径向力为
Fr3
Ft3tann
cos
515.851tan20
cos13
192.693N
其方向可用右手法则确定，法向力为
Fa3Ft3tan515.851tan13119.094N
其方向可用右手法则确定
其法向力为
Fn3
Ft3
cosncos
515.851
cos20cos13
563.397N
（2）齿轮4的作用力
从动轮4各个力与主动轮3上相应的力大小相等，作用方向相反
5、轴的设计计算
5.1、高速轴的设计计算
5.1.1选择材料
因其传递功率不大，并对重量及结构无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调质处理
5.1.2初算轴径。
由《机械设计（第八版）》表10-28查得C106~135，故取较小C115
则
dmin6叵115J32217.214mm此2V960
5.1.3轴的结构设计
（1）轴承部件的结构设计
为方便轴承部件的拆装，减速器的机体采用剖分式结构，轴承采用两端固定方式
联轴器与轴段轴段上安装联轴器，此段设计应与联轴器的选择设计同步进行。
为补偿
两轴安装误差、隔离振动，选用弹性联轴器。
由《机械设计（第八版）》表14-1查得，取Ka「5
计算转矩为TcKaT11.53203048045N?
mm
按照计算，转矩Tc应该小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T50142003，选用
TL4d125mml1L62mm
轴承与轴段和④的设计在确定轴段轴径时，联轴器采用轴肩定位，由于此轴段直径大
于轴段的直径，初选轴承型号为滚动轴承30306，则d2d30mm，D62mm，
T17.25mm，此的长度要略小于轴承的宽度，所以取l2l417mm
轴段③的设计轴段③的直径要略大于轴段的直径，所以取
d340mm，为方便轴的固定，取1350mm
轴段⑤的设计取此时轴径要比14小3~5mm，故取d527mm，由于采用端面定位，长
度略小于齿宽，取1543mm
所以轴的长度111121314156217501743189mm
5.1.4键连接
圆锥齿轮的周向定位采用A型普通平键连接，按d527mm由《机械设计（第八版）》表
6-1查得平键截面bh8mm7mm，键槽用键槽铳刀加工，长为28mm，同时为保证齿
H7
轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为k6
5.2、中间轴的设计计算
5.2.1因其传递功率不大，并对重量及结构无特殊要求，故选用常用的材料
45钢，调质处理
5.2.2初算轴径。
由《机械设计（第八版）
》表10-28查得C106~135，故取较小C115
dmin
115關22.66mm
5.2.3轴的结构设计轴的结构设计简图如下图
■4i
■
P
）
523.1由于轴段②键有键连接，所以最小直径需要增加
即dmin15%dmin15%22.6623.79mm
所以轴段②的直径取D230mm，另由于此段采用套筒定位，所以长度应略小于齿轮的宽
度，取J88mm
523.2轴段①的直径按需要略小于轴段②的直径，取D125mm，查表，轴承型号为
30205,查得内径d25mm，外径D52mm，总宽度T16.25mm，所以取轴段①直径
d125mm，由于轴段②齿轮采用套筒定位，所以轴段①的长度应为11T1套筒，取套筒
长度1套筒15mm。
所以1132mm
5.2.3.3轴段③为轴段基础上的加上两位的定位轴肩高度。
这里取定位轴肩高度h5mm所
以d3
35mm长度取1320mm
5.2.3.4轴段④直径同轴段②，轴④长度略小于齿宽，取1443mm。
轴段⑤同轴段①,
151132mm
5.2.3.5所以轴的尺寸
111丨21314153288204332195mm
画出装配草图后，测量得
5.2.4键连接
L169mm,L278mm,L354mm
圆锥齿轮的周向定位采用
A型普通平键连接，按d527mm由《机械设计（第八版）》
表6-1查得平键截面bh8mm7mm，键槽用键槽铣刀加工，长为28mm，
同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为
525轴的受力分析
525.1画轴的受力简图
轴的受力简图如图所示
525.2计算支承反力
Hz
k6
已知dm210.5rd2209mm
Rih
Ft3L2L3
Fr2L3
Fa2
dm2
2
Fa3色
2
LiL2L3
209
515.8517854302.79354126.165119.094
2
697854
344.0N
70.815
2
R2HFa3F1HFr2119.094344.0302.793527.7N
式中负号表示与图中所画方向相反
在垂直平面上为
Ft3L2L3Ft2L3
L1L2L3
515.8517854901.24454
697854
580.9N
R2VFt3Ft2R1V
515.851901.244580.9
822.2N
轴承1的总支反力为
R1R12hR1V344.02527.72629.9N
轴承2的总支承反力为
R2、R；hR2V..527.72822.22977.0N
5.2.5.3画弯矩图弯矩图如图所示
在水平面上，aa剖面左侧为
MaHR1HL1344.06923736N?
mm
aa剖面右侧为
在水平面上为
MaHMaHFa3
2
23736119.09470.81519571.3N?
mm
2
bb剖面右侧为
MbH
MbH
Fd2
Fa22
28495.8126.16522014617.7N?
mm
2
在垂直平面上为
MaV
R1VL1
580.9
69
40082.1N?
mm
MbV
R2VL3
822.2
54
44398.8N?
mm
合成弯矩，a
a剖面左侧为
MbH
R2HL3527.75428495.8N
MaM；v.23736240082.1246583.0N?
mm
aa剖面左侧为
Ma.MaHMa2V1957.3240082.1240129.9N?
mm
bb剖面左侧为
:
2厂：
22
Mb.MbHMbv14617.744398.846743.2N?
mm
bb剖面右侧为
Mb.M2bHMbV.28495.8244398.8252756.6N?
mm
5.2.5.4画转矩图
转矩图如图所示
5.2.6校核轴的强度
虽然aa剖面左侧弯矩大，但aa剖面右侧除作用有弯矩外还有转矩，其轴颈较小，故aa剖面两侧均有可能为危险面，故分别计算aa剖面的抗弯截面系数。
32
WAbtd2t
322d2
抗扭截面系数为
30384304
32230
2636.7mm3
Wt
d；btd2t
162d2
32
_30：
84304
16230
4994.8mm3
aa剖面左侧弯曲应力为
业46583^i7.7MPaW2636.7
a剖面右侧弯曲应力为
M940空15.2MPa2636.7
扭剪应力为
T2
Wt
7306027.7MPa2636.7
按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数
0.6则当量应力为
b24
22
15.240.627.736.6MPa
eb，故aa剖面右侧为危险截面
由表查得，45钢调质处理抗拉强度极限b650MPa，则由表查得轴的许用弯曲应力
b60MPa，eib，故满足强度要求
5.2.7校核键的连接强度齿轮2处键连接的挤压应力为
4T2
d4hl730603072812.4MPa
取键、轴及齿轮的材料都为钢，由表查得
齿轮3处的键强度也足够
5.2.8校核轴承寿命
P125~150MPa
P，强度足够,
由手册30205轴承查得Cr
32200NC°r37000N
e
0.37
Y
1.6由手册查得
电
629.9
S1
——196.8N
2Y
2
1.6
理
977.0
S2
——305.3N
2Y
2
1.6
外部轴向力
A
Fa3Fa?
1
5.2.8.1计算轴承的轴向力
30205轴向力计算公式，则轴承1、2的内部轴向力分别为
19.094126.1657.1N。
各轴向力方向如图所示,
S2A305.37.1312.4NS
则两轴承轴向力分别为
Fa1S2A312.4NFa2S2196.8N
5.2.8.2计算轴承1的当量动载荷
因R1R2,
Fa1Fa2，故只需校核轴承
2的寿命。
Fa2因R2
196.8977.0
承2的当量载荷
PR2977.0N
轴承在100cC以下工作,
查手册得fT
对于减速器,
查手册得载荷系数
0.20
fp
e
，同轴
1.5
5.2.8.3校核轴承寿命
10
3
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