机械设计课程设计说明书带式运输机传动装置（含蜗杆圆柱齿轮减速器）

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1、仲恺农业工程学院机械设计课程设计 课程名称: 机械设计课程设计题目名称: 含蜗杆-圆柱齿轮减速器学 院: 机电工程学院专业班级: 机械设计制造及其自动化082班学 号: 姓 名: 指导教师: 第一章41.1机械设计课程设计任务书41.1.1 设计题目：41.1.2 原始数据：41.1.3工作条件与技术要求：41.1.4设计任务：41.1.5设计成果要求：51.2传动方案5第二章62.1传动装置的运动和动力参数计算：62.2.1选择电动机的类型、结构形式62.1.2确定电动机功率：62.1.3确定电动机转速和型号62.2分配传动装置传动比72.2.1传动件传动比的分配72.3计算传动装置各轴的运

2、动和动力参数72.3.1各轴转速：72.3.2 各轴输入功率：72.3.3各轴转矩：8第三章 传动零件设计83.1 涡轮蜗杆传动的设计：83.1.1选择蜗杆传动类型：83.1.2选择材料：93.1.3按齿面接触疲劳强度进行设计：93.1.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸103.1.5校核齿根弯曲疲劳强度：113.1.6 验算效率：123.1.7校核蜗轮的齿面接触强度：123.1.8 热平衡校核，初步估计散热面积A133.1.9 精度等级公差和表面粗糙度的确定：133.2 齿轮传动的设计：133.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数133.2.2按齿面接触疲劳强度设计143.2.3 按齿根

3、弯曲疲劳强度设计163.2.4 几何尺寸计算173.2.5 齿轮结构设计18第四章 轴的设计计算194.1 蜗轮轴的设计194.1.1轴的材料的选择，确定许用应力：194.1.2 按扭转强度，初步估计轴的最小直径：194.1.3 轴承类型及其润滑与密封方式：194.1.4轴的结构设计:204.2 蜗杆轴的设计214.2.1轴的材料的选择，确定许用应力：214.2.2按扭转强度，初步估计轴的最小直径224.2.3轴承类型及其润滑与密封方式：224.2.4轴的结构设计224.3 齿轮轴的设计244.3.1轴的材料的选择，确定许用应力：244.3.2按扭转强度，初步估计轴的最小直径244.3.3轴承

4、类型及其润滑与密封方式：244.3.4轴的结构设计244.4 轴，键和轴承的强度校核264.4.1蜗轮轴、键的强度校核：264.4.2蜗杆轴承的强度校核：28第五章 箱体的设计计算295.1 箱体的结构形式和材料295.2铸铁箱体主要结构尺寸和关系29第六章 键等相关标准的选择316.1键的选择316.2联轴器的选择316.3螺栓，螺母，螺钉的选择316.4销，垫圈垫片的选择32第七章 减速器结构与润滑的概要说明327.1 减速器的结构337.2减速箱体的结构337.3轴承端盖的结构尺寸337.4减速器的润滑与密封337.5减速器附件简要说明33第八章 设计小结34附录：参考文献34第一章1.

5、1机械设计课程设计任务书1.1.1 设计题目：带式运输机传动装置（含蜗杆-圆柱齿轮减速器）1.1.2 原始数据：题 号12345678910传送带牵引力F(KN)5.55.56.56.5777.57.588传送带速度V(m/s)0.350.40.420.450.480.50.60.620.650.68滚筒直径D(mm)3003003503503503504004004504501.1.3工作条件与技术要求：输送带速度允许误差为 5；输送机效率；工作情况：单班制，连续单向运转，载荷较稳定；工作年限：8年；工作环境：室内，清洁；动力来源：电力，三相交流，电压380V；检修间隔期：四年一次大修，二年

6、一次中修，半年一次小修；制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。1.1.4设计任务：(1)选择电动机，分配传动比；(2)计算各轴上的转速、功率和转矩；(3) 设计传动件并校核、设计箱体；(4)选择联轴器、滚动轴承、键等。1.1.5设计成果要求：(1)蜗杆-圆柱齿轮减速器装配图1张（A2）；(2)零件工作图2张（A3）；(3)设计说明书1份。1.2传动方案1电动机 2-联轴器 3减速器 4联轴器 5传动带 6滚筒第二章2.1传动装置的运动和动力参数计算：2.2.1选择电动机的类型、结构形式按动力源和工作条件选取Y系列防护式笼形三相交流异步电动机，380V电压2.1.2确定电动机功率：（1

7、）电动机功率计算Pd工作机功率 ：P w= FV/1000 （ kw）其 中 已 知：输送带拉力F=5500 （N） 输送带速度 V=0.35（m/s）电动机需要功率： Pd= P w / (kw) 总 效 率 ： =1. 2. 3 n 1为滚动轴承效率，取0.99 2为滚筒效率，取0.96 3为联轴器效率，取0.994为圆柱齿轮传动效率，取0.98 5为蜗杆传动效率，取0.75求总效率 ： =1x2 x3 x4 x5=0.664（2）确定运输机的功率P确定电动机所需功率又机械设计课程设计中表16-1选取电动机额定功率为3kw2.1.3确定电动机转速和型号选用常用同步转速1000r/min和1

8、500r/min两种做对比先计算滚筒转速 r/min两种电动机作比较：方案电机型号额定功率kw同步转速 r/min满载转速r/min总传动比iIY132S-63100096043.084IIY100L2-431500142063.729由表可知，方案II传动比过大，因此选择方案I（4）确定电动机型号由上一步确定电动机型号为Y132S-6。查表6-2得知电机的机座中心高为132 mm，外伸轴径为38 mm，外伸轴长度为80mm。2.2分配传动装置传动比2.2.1传动件传动比的分配现在总传动比i=43.084，查表2-3得知圆柱齿轮传动比选择范围在35，而蜗杆传动比在1040。又根据圆柱齿轮传动比

9、i。综合考虑，选择所以高速级涡轮蜗杆传动比。2.3计算传动装置各轴的运动和动力参数2.3.1各轴转速：2.3.2 各轴输入功率：2.3.3各轴转矩：将各轴的运动和动力参数列于下表： 轴名功率P（kW）转矩T ( Nm)转速n （r/min）传动比i效率电动机轴2.89928.83996010.9801I轴2.84128.262960200.7425II轴2.109419.603482.15420.9702III轴2.046876.91022.28210.9801滚筒轴1.985850.76522.282第三章 传动零件设计3.1 涡轮蜗杆传动的设计：3.1.1选择蜗杆传动类型： 根据GB/T1

10、00851988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。3.1.2选择材料： 考虑到该蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求表面淬火，硬度为4555HRC。蜗轮用铝铁青铜ZCuAl10Fe3，砂型铸造。3.1.3按齿面接触疲劳强度进行设计： 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由公式有：传动中心距 (1) 作用在蜗轮上的转矩：=419.603N.m(2) 确定载荷系数K： 因工作载荷较稳定，查机械设计表11-5可取使用系数=1；齿向载荷分布系数=1；由于转速不高，轻微冲击，可取动载系数=1.05；则(

11、3) 确定弹性影响系数因选用的是铝铁青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故=。(4) 确定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，查机械制图图11-18有蜗杆传动接触系数=3.1。(5) 确定许用接触应力根据蜗轮材料为铝铁青铜ZCuAl10Fe3，砂型铸造，蜗杆螺旋齿面硬度大于45HRC，可查机械设计表11-6，估算相对滑动速度为4m/s，蜗轮的基本许用应力=160 MPa。其中 寿命应力循环次数寿命系数 则 =0.808* 160=129.28 MPa(6) 计算中心距取中心距，因i=20，故从机械设计表11-2中取模数m=8mm蜗杆分度圆直径。这时，查表的接触系数=2.74，由于，故以上计算结

12、果可用。3.1.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸（） （1）蜗杆： 蜗杆头数；(查机械设计表11-2获得)轴向齿距25.133mm直径系数q=10顶隙C=1.6齿顶圆直径；齿根圆直径；分度圆导程角；蜗杆轴向齿厚 （2）蜗轮： 涡轮齿数=41；变位系数=-0.5； 验算传动比i= ，这时传动比误差：，是允许的。 蜗轮分度圆直径：mm涡轮齿顶高 = 蜗轮喉圆直径 ： 蜗轮齿根圆直径：mm蜗轮咽喉母圆半径：3.1.5校核齿根弯曲疲劳强度： 当量齿数 根据，查机械设计图11-19中 可得齿形系数2.87。 螺旋角系数 许用弯曲应力 查机械设计表11-8，得由ZCuAl10Fe3制造的蜗轮的基本许用弯曲

13、应力。 寿命系数 所以，弯曲强度是满足的。3.1.6 验算效率： 已知；与相对滑动速度有关。m/s查机械设计表11-18得到：=0.024、=1.37；代入式中得=0.889，大于原估计值，因此不用重算。 3.1.7校核蜗轮的齿面接触强度：对于青铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆配对时材料弹性系数 Ze=160接触系数=2.74查表选用系数 =10.07d,故取h=5，则=65mm。(4)轴承端盖的总宽度取为20mm。(5)综上可知：各段直径：d1=40mm；d2=55mm；=65mm；=55mm； =40mm。各段长度：轴的总长为：；（6）轴向零件的周向定位：蜗轮，齿轮与轴的周向定位均采用平键链接。按由设

14、计手册查得平键bh =16mm10mm，键槽用键槽铣刀加工，长为90mm，选齿轮与轴的配合为，按由设计手册查得平键bh=16mm10mm，键槽用键槽铣刀加工，长为64mm，同时为了保证蜗轮与轴配合有良好的对中性，故选择蜗轮轮毂与轴端配合为；滚动轴承与轴的同向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（7）确定轴上的圆角和倒角尺寸：参考教材表15-2，取倒角245，各轴肩处的圆角半径为 mm4.2 蜗杆轴的设计4.2.1轴的材料的选择，确定许用应力：考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩。选材45钢，淬火处理。=600MPa =55MPa4.2.2按扭转

15、强度，初步估计轴的最小直径选取轴的材料为45钢，淬火处理。根据设计手册，取A=112，于是得： 联轴器的计算转矩，查表14-1，取=1.5，则 =1.5*28.262=42.393Nm按照计算转矩 应小于联轴器公称转矩的条件，查表GB/T 5014-2003 选用HL1弹性柱销联轴器，其公称转矩为160N.mm，半联轴器的孔径d= 18mm，即轴向直径取=18mm，半联轴器长度L=42，半联轴器与轴配合的毂孔长度为：=30mm。4.2.3轴承类型及其润滑与密封方式：采用单列圆锥滚子轴承，并采用凸缘式轴承通盖和嵌入式轴承盖，实现轴承系两端单向固定。4.2.4轴的结构设计蜗杆轴简图（1）从轴段=1

16、8mm开始逐渐选取轴段直径，为了满足半联轴器的轴向定位要求，右端需制出一轴肩，故取=24mm；右端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=26mm。为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故的长度应比略短一些，现取=28mm。（2）初步选择滚动轴承。选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据=24mm,初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30206，其尺寸为，故=30mm；而=17.25mm。轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册查得30206型轴承的定位轴肩高度为h=3.5mm，因此，取37mm。轴环宽度,取=10mm。（3）5和7处有退刀槽,因d=d-（24）mm，所以选

17、=56mm。（4）取蜗杆齿顶圆直径 =96mm=。（5）轴承端盖总宽度取20mm，根据轴承端盖的拆装及便于对轴承添加润滑油的要求，取其外端面与半联轴器左端面间的距离l=30mm 故=20+30=50mm。（6）和为退刀槽那段轴端长度：L7+L8=L4+L5=70mm，所以=60mm。（7）轴段的长度：查手册， ，又， 所以取=158mm。（8）蜗杆总长 L=28+50+17.25+10+60+158+60+10+17.25=410.5其中=18mm； =24mm； =30mm； =37mm； =56mm； =96mm； =56mm； =37mm； =30mm。4.3 齿轮轴的设计4.3.1轴的

18、材料的选择，确定许用应力：考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递齿轮的转矩。选用45号钢，调质处理 =600MPa =55MPa4.3.2按扭转强度，初步估计轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。根据设计手册，取A=112，于是得： 联轴器的计算转矩，查表14-1，取=1.5，则 =1.5*876.910=1315.365Nm按照计算转矩 应小于联轴器公称转矩的条件，查表GB/T 5014-2003 选用HL5弹性柱销联轴器，其公称转矩为2000N.mm，半联轴器的孔径d= 55mm，即轴向直径取=55mm，半联轴器长度L=142，半联轴器与轴配合的毂孔长度为：=107

19、mm。4.3.3轴承类型及其润滑与密封方式：采用单列圆锥滚子轴承，并采用凸缘式轴承通盖和凸缘式轴承端盖，实现轴承系两端单向固定。4.3.4轴的结构设计齿轮轴简图（1）从轴段=55mm开始逐渐选取轴段直径，为了满足半联轴器的轴向定位要求，右端需制出一轴肩，故取=62mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=65mm。为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故的长度应比略短一些，现取=105mm。（2）初步选择滚动轴承。选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据=62mm,初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30213，其尺寸为，故=65mm；而=24.75mm。（

20、3）轴段直径:取齿轮距箱体内壁之距离a=14mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=8mm。已知齿轮宽度T=105mm，齿轮的右端与右轴承之间采用套筒定位为了使套筒端面可靠地压紧蜗轮和齿轮，轴段应略短于轮毂宽度，故取。取安装齿轮处轴段的直径=70mm，齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d,故取h=5.00，则取=75mm。轴环宽度b1.4h=7.0，取(4)轴承端盖的总宽度取为20mm。根据轴承端盖的拆装及便于对轴承添加润滑油的要求，取其外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm 故=20+30=50mm。（5）右轴承右边靠轴肩定位，由手册上查得

21、30213型轴承的定位轴肩高度=4.5mm，取，该轴段长度受涡轮轴影响，由涡轮设计部分可知，箱体内壁的距离为270mm，所以取=270-14-105-7+8=152mm。（6）综上所述，各段直径：d1=55mm；d2=62mm；=65mm；=73mm； =75mm； 。各段长度：轴的总长为：；4.4 轴，键和轴承的强度校核4.4.1蜗轮轴、键的强度校核：（1）确定各向应力和反力：蜗轮分度圆直径=328 mm 转矩=419.603 Nm蜗轮的切向力为：蜗轮的径向力为：蜗轮的轴向力为：（2）垂直平面上支撑反力： = =560.431 N其中271.75mm为两轴承中心的跨度，71.875mm为蜗轮

22、中心到右边轴承中心的距离。 951.319-560.431N=390.888N（3）水平平面支撑反力： （4）确定弯距： 水平弯矩：=71.875=71.875676.711=48638.603 Nmm 垂直弯矩： 合成弯矩：63152.76N*m65346.57N*m（5）按弯矩合成应力校核该轴端强度：进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。轴单向旋转扭转切应力为脉动循环变应力。取=0.6 轴端计算应力：，故是安全的。（6）键的强度校核：选用A型平键联接，根据轴径=55，由GB1095-2003，查键宽b=16mm；键高h=10mm，因为涡轮轮毂的长度为74m

23、m，故取标准键长64mm。l=L-b=64-16=48mm，k=0.5h=0.510=5mm 因为齿轮宽110，故取标准键长90mm。 l=L-b=90-16=74mm，k=0.5h=0.510=5mm 查得静荷时的许用挤压应力p=150，p=150，所以挤压强度足够。由普通平键标准查得轴槽深t=6.0mm，毂槽深=4.3mm4.4.2蜗杆轴承的强度校核：（1）校核30207 查表GB/T297-1994 表12-4 额定动载荷Cr=54.2103 N； 基本静载荷Cor=63.5103 N,e=0.37,Y=1.6,=0.9。（2）求两轴承受到的径向载荷和 由前面设计蜗轮时求得的：=560.

24、431N；=390.888N=676.711N；=1881.844N（3）求两轴承计算轴向力和 查表GB/T297-1994 12-4 可知，e=0.37 =878.467/(2*1.6)N=247.521N； =1921.197/(2*1.6)N=600.374N（教材公式11-8）蜗杆受轴向力-因此=+=2558.555+600.374=3158.929N；=600.374N(4)求当量动载荷和由表13-5 分别计算、，取=1.0,则=(X1+Y1)=1.0 （0.4878.647+1.63158.929）=5405.75 N=（1）=1921.197N（7）验算轴承寿命因为，所以按轴承的

25、受力大小计算： =63969.076 h 19200h,所以轴承满足寿命要求（c为基本额定静载荷，由设计手册选择）。第五章 箱体的设计计算5.1 箱体的结构形式和材料采用上置式蜗杆减速器。铸造箱体，材料HT150。因其属于中型铸件，铸件最小壁厚810mm，取=11mm。5.2铸铁箱体主要结构尺寸和关系 名称 减速器型式及尺寸关系（mm）箱座壁厚 =11箱盖壁厚1 1=10箱座凸缘厚度b，箱盖凸缘厚度b1，箱座底凸缘厚度b2 b=1.5=16.5 b1=1.5=16.5 b2=2.5=27.5地脚螺钉直径及数目 df=17.76 n=4箱座、箱盖上的肋厚m=9.5、=9轴承旁联接螺栓直径 d1=

26、13.32箱盖，箱座联接螺栓直径 d2=10 螺栓间距L=150轴承端盖螺钉直径 d3=8 螺钉数目6视孔盖螺钉直径 d4=6df，d1，d2至外壁距离 C1=26,22,16 d1，d2至凸缘边缘距离C2=16,14轴承端盖外径（蜗轮轴）凸缘式：D2=132，嵌入式：D2=122.5(蜗杆轴)凸缘式：D2=126，嵌入式：D2=116.25轴承旁联接螺栓距离 S=127轴承旁凸台半径 R1=30轴承旁凸台高度h根据轴承座外径和扳手空间的要求由结构确定蜗轮外圆与箱内壁间距离 =14蜗轮轮毂端面与箱内壁距离=12地脚螺栓通孔直径=30地脚螺栓沉头座直径=60地脚螺栓底座凸缘尺寸C1=35,C2=

27、30联接螺栓直径d=16联接螺栓通孔直径=17.5联接螺栓沉头座直径D=33联接螺栓底座凸缘尺寸C1=35，C2=30定位销直径d=7.5吊环螺钉直径D5=箱体外壁至轴承座端面的距离L1=70轴承端盖外径(蜗轮轴)D2=130；(蜗杆轴)D2=125第六章 键等相关标准的选择本部分含键的选择联轴器的选择，螺栓，螺母，螺钉的选择垫圈，垫片的选择，具体内容如下：6.1键的选择查表10-33机械设计基础课程设计：6.2联轴器的选择 根据轴设计中的相关数据，查表GB/T 5014-2003，蜗杆选用HL1弹性柱销联轴器，其公称转矩为160N.mm，半联轴器的孔径d= 18mm，即轴向直径取=18mm，

28、半联轴器长度L=42，半联轴器与轴配合的毂孔长度为：=30mm。齿轮轴选用HL5弹性柱销联轴器，其公称转矩为2000N.mm，半联轴器的孔径d= 55mm，即轴向直径取=55mm，半联轴器长度L=142，半联轴器与轴配合的毂孔长度为：=107mm。6.3螺栓，螺母，螺钉的选择考虑到减速器的工作条件，后续箱体附件的结构，以及其他因素的影响选用 螺栓GB5782-86， M6*12,数量为12个M6*18,数量为12个M8*25,数量为2个M8*30,数量为4个M8*50，量为12个M16*100,数量为4个M20*15， 数量为1个螺母GB6170-86 M8 数量为4个M16 数量为4个M36

29、 数量为1个螺钉GB5782-86 M6*20 数量为2个M8*25， 数量为24个M6*16 数量为12个 *（参考机械设计基础课程设计图19-24配图）6.4销，垫圈垫片的选择选用销GB117-86，B8*30，数量为2个选用垫圈GB93-87数量为6个选用毡圈2个选用08F调整垫片6个*（参考机械设计基础课程设计图10-8装配图）有关其他的标准件，常用件，专用件，详见后续装配图第七章 减速器结构与润滑的概要说明在以上设计选择的基础上，对该减速器的结构，减速器箱体的结构，轴承端盖的结构尺寸，减速器的润滑与密封，减速器的附件作一简要的阐述。7.1 减速器的结构本课题所设计的减速器，其基本结构

30、设计是在参照机械设计课程设计手册图19-24装配图的基础上完成的，该项减速器主要由传动零件（蜗轮蜗杆、圆柱齿轮），轴和轴承，联结零件（键，销，螺栓，螺母等）。箱体和附属部件以及润滑和密封装置等组成。箱体为剖分式结构，由箱体和箱盖组成，其剖分面通过蜗轮传动的轴线；箱盖和箱座用螺栓联成一体；采用圆锥销用于精确定位以确保和箱座在加工轴承孔和装配时的相互位置；起盖螺钉便于揭开箱盖；箱盖顶部开有窥视孔用于检查齿轮啮合情况及润滑情况用于加住润滑油，窥视孔平时被封住；通气器用来及时排放因发热膨胀的空气，以放高气压冲破隙缝的密封而致使漏油；副标尺用于检查箱内油面的高低；为了排除油液和清洗减速器内腔，在箱体底部

31、设有放汕螺塞；吊耳用来提升箱体，而整台减速气的提升得使用与箱座铸成一体的吊钩；减速气用地脚螺栓固定在机架或地基上。7.2减速箱体的结构该减速器箱体采用铸造的剖分式结构形式具体结构详见装配图7.3轴承端盖的结构尺寸详见零件工作图7.4减速器的润滑与密封蜗轮传动部分采用润滑油，润滑油的粘度为118cSt（100C）查表5-11机械设计基础课程设计轴承部分采用脂润滑，润滑脂的牌号为ZL-2查表5-13机械设计基础课程设计7.5减速器附件简要说明该减速器的附件含窥视孔盖，排油孔与油盖，通气孔，油标，吊环螺钉，吊耳，起盖螺钉，刮油板，其结构及装配详见装配图。第八章 设计小结这次的课程设计是我做过的课程设计中最为复杂和困难的，想不到一个小小的减速器蕴含着如此多的内涵，真让我受益匪浅！附录：参考文献1、濮良贵，纪名刚主编 机械设计第八版 -北京：高等教育出版社 2005 2、殷玉枫主编 机械设计课程设计 -机械工业出版社 2006 3、孙恒，陈作模，葛文杰主编 机械原理第七版 -北京：高等教育出版社2005 4、陈铁鸣主编机械设计课程设计图册 -北京：高等教育出版社2008 5、 胡凤兰主编 互换性与技术测量基础 -北京：高等教育出版社 20046、庞国星主编 工程材料与成形技术基础 -北京：机械工业出版社 200535