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目 錄
設(shè)計任務(wù)書 1
一 選擇電動機(jī) 2
二 傳動比的分配 3
三 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算 3
四 開式圓柱齒輪傳動的設(shè)計 5
五 圓錐齒輪傳動的設(shè)計 8
六 軸及軸承、鍵的設(shè)計 13
七 滾動軸承及鍵的校核 20
八 潤滑與密封 23
九 減速器箱體結(jié)構(gòu)尺寸 23
參考文獻(xiàn) 26
設(shè)計任務(wù)書
（1）設(shè)計條件
工作條件：單向運轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，每天工作16小時，使用期限10年，輸送帶速度容許誤差為±5%。
（2）原始數(shù)據(jù)
運輸帶工作拉力：F=3500KN
輸送帶工作速度：V=1.3m/s
卷筒直徑： D=400mm
（3）傳動方案
根據(jù)設(shè)計要求，所給原始數(shù)據(jù)本次設(shè)計的帶式運輸機(jī)傳動結(jié)構(gòu)簡圖如圖1-1:
圖1-1礦用輸送鏈傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖
一 選擇電動機(jī)
1.1選擇電動機(jī)類型
電動機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)部件。因為室內(nèi)工作，運動載荷平穩(wěn)，所以選擇Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機(jī)。
1.2 電動機(jī)容量的選擇
工作機(jī)所需功率為：
——電動機(jī)至滾筒軸的傳動裝置總效率。
取聯(lián)軸器的傳動效率，圓錐齒輪傳動效率，滾子軸承效率，開式圓柱齒輪傳動效率，滾筒效率，電動機(jī)至滾筒的傳動總效率為：
電動機(jī)的輸出功率為
電動機(jī)額定功率只需略大于即可，查《機(jī)械設(shè)計手冊》表19-1選取電動機(jī)額定功率為5.5kw。
1.3 電動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇
滾筒軸工作轉(zhuǎn)速：
展開式單級減速器推薦的傳動比為：，開式圓柱傳動的傳動比為：
得總推薦傳動比為：
所以電動機(jī)實際轉(zhuǎn)速的推薦值為：
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為750、1000、1500r/min。
綜合考慮傳動裝置機(jī)構(gòu)緊湊性和經(jīng)濟(jì)性，選用同步轉(zhuǎn)速1000r/min的電機(jī)。
型號為Y132M2-6，滿載轉(zhuǎn)速，功率5.5。
二 分配傳動比
2.1總傳動比
滿載轉(zhuǎn)速。故總傳動比為：
2.2分配傳動比
為使結(jié)構(gòu)勻稱不發(fā)生干涉現(xiàn)象，取圓錐齒輪傳動的傳動比；
開式齒輪傳動的傳動比為：；
傳動誤差，合適
三 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算
3.1各軸的轉(zhuǎn)速
電機(jī)軸
1軸 ；
2軸 ；
3軸 ；
滾筒軸
3.2各軸的輸入功率
1軸 ；
2軸 ；
3軸 ；
滾筒軸；
3.3各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電機(jī)軸 ；
1軸 ；
2軸 ；
滾筒軸 ；
3.4整理列表
軸名
功率
轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速
傳動比
電機(jī)軸
5.24
52.13
960
1軸
5.188
51.61
960
1
2軸
5.033
200.27
240
4
3軸
4.933
196.29
240
1
滾筒軸
4.737
729.42
62.02
3.87
四 開式圓柱齒輪傳動的設(shè)計
4.1選精度等級、材料和齒數(shù)
采用7級精度由表6.1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。
選小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)，取
4.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計
由設(shè)計計算公式進(jìn)行試算，即
1） 確定公式各計算數(shù)值
（1）試選載荷系數(shù)
（2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
（3）小齒輪相對兩支承對稱分布，選取齒寬系數(shù)
（4）由表6.3查得材料的彈性影響系數(shù)
（5）由圖6.14按齒面硬度查得
小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
（6）由式6.11計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（7）由圖6.16查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)
（8）計算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力
取失效概率為1％，安全系數(shù)為S=1，由式10-12得
（9）計算
試算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小值
計算圓周速度v
計算齒寬b
計算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù)
齒高
計算載荷系數(shù)K
根據(jù)，7級精度，查得動載荷系數(shù)
假設(shè)，由表查得
由表6.2查得使用系數(shù)
由表查得
查得
故載荷系數(shù)
（10）按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式可得
（11）計算模數(shù)ｍ
4.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式為
（1）確定公式內(nèi)的計算數(shù)值
由圖6.15查得
小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
由圖6.16查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1％，安全系數(shù)為S=1.2，由式得
計算載荷系數(shù)
（2）查取齒形系數(shù)
由表6.4查得
（3）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表6.4查得
（4）計算大小齒輪的，并比較
大齒輪的數(shù)據(jù)大
（5）設(shè)計計算
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，可取有彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.64，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m＝3mm
按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑
算出小齒輪齒數(shù) 取
大齒輪齒數(shù) 取
4.4幾何尺寸計算
（1）計算分度圓直徑
（2）計算中心距
（3）計算齒寬寬度取B2=85mm, B1=90mm
4.5驗算
合適
圓柱齒輪參數(shù)數(shù)據(jù)整理如下：
序號
名稱
符號
計算公式及參數(shù)選擇
1
齒數(shù)
Z
28，108
2
模數(shù)
m
3mm
3
分度圓直徑
4
齒頂高
5
齒根高
6
全齒高
7
頂隙
8
齒頂圓直徑
9
齒根圓直徑
10
中心距
五 圓錐齒輪傳動的設(shè)計
5.1選精度等級、材料和齒數(shù)
選用直齒錐齒輪傳動，速度不高，故選用7級精度
材料選擇。由機(jī)械設(shè)計表6.1選取小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
選小齒輪齒數(shù)Z1＝21，大齒輪齒數(shù)Z2＝i1·Z1＝4.0×21=84，取Z2=84。
5.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計
由設(shè)計計算公式進(jìn)行試算，即
１）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
（1）試選載荷系數(shù)
（2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：
（3）選取齒寬系數(shù)
（4）知齒輪，查得節(jié)點區(qū)域系數(shù)
（4）由表6.3查得材料的彈性影響系數(shù)
（5）由圖6.14按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
（6）由式6.11計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（7）由圖6.16查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)
（8）計算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力 取失效概率為1％，安全系數(shù)為S=1
２）計算
（1）試算小齒輪分度圓直徑，由計算公式得
（2）計算圓周速度
（3）模數(shù)及主要尺寸的確定
模數(shù)：，取。
分度圓直徑：
節(jié)錐角：
錐距
平均分度圓直徑：
齒寬，取
5.3校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
（1） 彎曲強(qiáng)度校核公式：
（2）確定各參數(shù)
平均分度圓處螺旋角，則
查得動載系數(shù)1.15 齒向載荷分布系數(shù)
使用系數(shù)
故
（3）分度圓圓周
（4）齒輪系數(shù)YF和應(yīng)力修正系數(shù)YS
查表4.4得
（5）許用彎曲應(yīng)力可由下式算得
由機(jī)械設(shè)計圖6.15可查出彎曲疲勞極限應(yīng)力
小錐齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
大錐齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
查得壽命系數(shù)
查得 ，
查得安全系數(shù)是
故許用彎曲應(yīng)力：
因此滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
5.4驗算
1）齒面接觸強(qiáng)度驗算
接觸強(qiáng)度壽命系數(shù),最小安全系數(shù)
因此齒面強(qiáng)度足夠
圓錐齒輪參數(shù)數(shù)據(jù)整理如下：
名稱
符號
公式
直齒圓錐小齒輪
直齒圓錐大齒輪
齒數(shù)
21
84
模數(shù)
m
m
3
傳動比
i
i
4.0
分度圓錐度
，
分度圓直徑
63
252
齒頂高
3
3
齒根高
3.6
3.6
齒全高
h
6.6
6.6
齒頂圓直徑
，
68.82
(大端)
253.46
（大端）
齒根圓直徑
56.015
250.254
齒距
p
9.42
9.42
齒厚
s
4.71
4.71
齒槽寬
e
4.71
4.71
頂隙
c
0.6
0.6
錐距
R
129.88
129.88
齒頂角
，
齒根角
齒頂圓錐角
，
齒根圓錐角
，
當(dāng)量齒數(shù)
21.65
346.25
齒寬
45
45
六 軸及軸承、鍵的設(shè)計
6.1 輸入軸
（1）求輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
=5.188kW，=960r/min，=51.61N·m
（2）求作用在齒輪上的力
已知高速級小圓錐齒輪的分度圓半徑為
mm
N
如圖：
（3）初步確定軸的最小直徑
先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）
根據(jù)課本表15-3，取得：
因軸上有兩個鍵槽，故直徑增大5%—10%，取=22mm 左右。
=22mm
（4）軸各段各段尺寸的確定
為了滿足帶輪的軸向定位，1-2軸段右端需制出一軸肩，故取2-3段的直徑
=28mm
初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力，故選用圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù)=28mm ，由指導(dǎo)書表15-1，初步選取03系列， 30306GB/T 276，其尺寸為
，
故
而為了利于固定
由指導(dǎo)書表15-1查得
取安裝齒輪處的軸段6-7的直徑
齒輪的左端與套筒之間采用軸肩定位。
已知齒輪輪轂的寬度為45mm，應(yīng)使套筒端面可靠地壓緊軸承，由套筒長度，擋油環(huán)長度以及略小于輪轂寬度的部分組成，故
為使套筒端面可靠地壓緊軸承，5-6段應(yīng)略短于軸承寬度，故取。
軸承端蓋的總寬度為30mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑油的要求，求得端蓋外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離故取，，
至此，已經(jīng)初步確定了軸的各段直徑和長度。
（5）軸上零件的周向定位
齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接
軸與半聯(lián)軸器之間的平鍵，按
=22mm
查得平鍵截面
長50 mm
軸與錐齒輪之間的平鍵按
由課本表6-1查得平鍵截面
長為35 mm，鍵槽均用鍵槽銑刀加工。
為保證齒輪、半聯(lián)軸器與軸配合有良好的對中性，故選擇半聯(lián)軸器與軸配合為，齒輪輪轂與軸的配合為；
滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的尺寸公差為m6。
確定軸上圓角和倒角尺寸參考表15-2，取軸端倒角為，其他均為R=1.6
軸段編號
長度（mm）
直徑（mm）
配合說明
Ⅰ-Ⅱ
50
30
與滾動軸承30306配合
Ⅱ-Ⅲ
29
33
軸環(huán)
Ⅲ-Ⅳ
19
38
與大齒輪以鍵聯(lián)接配合，套筒定位
Ⅳ-Ⅴ
30
30
與滾動軸承30306配合
Ⅴ-Ⅵ
19
28
與端蓋配合，做聯(lián)軸器的軸向定位
Ⅵ-Ⅶ
46
22
與聯(lián)軸器鍵聯(lián)接配合
總長度
193mm
（5）求軸上的載荷
根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面B是軸的危險截面。先計算出截面B處的MH、MV及M的值列于下表。
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
B截面彎矩M
總彎矩
扭矩
（6） 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取，軸的計算應(yīng)力
已選定軸的材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得。因此，故安全。
6.2 輸出軸
（1）軸上的功率P2,轉(zhuǎn)速n2和轉(zhuǎn)矩T2
，，
（2）求作用在齒輪上的力
圓周力：mm
徑向力：
軸向力：
（3）初步確定軸的最小直徑
先按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機(jī)械設(shè)計表11.3，取，于是得：
該處開有鍵槽故軸徑加大5％～10％，且Ⅲ軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩，取。
按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查機(jī)械設(shè)計手冊選用HL3型彈性套柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為630N.m。半聯(lián)軸器的孔徑為35mm，故??；半聯(lián)軸器長度為，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。
（4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1）擬定軸上零件的裝配方案
2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
（a）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位的要求，ⅤⅡ-ⅤⅢ軸段左端需制出軸肩，故?、酡?ⅤⅡ段的直徑，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上面而不壓在軸的端面上，故ⅤⅡ-ⅤⅢ段的長度應(yīng)比L1略短一些，現(xiàn)取。
(b) 初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。根據(jù)，查機(jī)械設(shè)計師手冊（軟件版）選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的單列圓錐滾子軸承32010，其尺寸為，故，而，滾動軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位，軸肩高度，因此，取.
(c)取安裝齒輪處的軸的直徑；齒輪左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為50mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度，取，則，。因Ⅱ、Ⅲ兩軸在箱體內(nèi)的長度大致相等，取， 。。。
（5）軸上零件的周向定位
查機(jī)械設(shè)計表，聯(lián)接聯(lián)軸器的平鍵截面；聯(lián)接圓柱齒輪的平鍵截面
軸段編號
長度（mm）
直徑（mm）
配合說明
Ⅰ-Ⅱ
21
50
與滾動軸承30310配合
Ⅱ-Ⅲ
12
52
與套筒配合
Ⅲ-Ⅳ
48
55
與大齒輪以鍵聯(lián)接配合，套筒定位
Ⅳ-Ⅸ
12
60
軸環(huán)
Ⅸ-Ⅴ
60
Ⅳ-Ⅴ
21
50
與滾動軸承30310配合
Ⅴ-Ⅵ
45
42
與端蓋配合，做聯(lián)軸器的軸向定位
Ⅵ-Ⅶ
80
35
與聯(lián)軸器鍵聯(lián)接配合
總長度
285.5mm
（6）求軸上的載荷
對于30210型圓錐滾子軸承，
載荷
水平面
垂直面
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
（7）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，即安裝齒輪處，取，軸的計算應(yīng)力：
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由機(jī)械設(shè)計，
查得，因此，安全。
計得：，，根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。如下圖所示。
七 滾動軸承及鍵的校核
7.1輸入軸的軸承
1）.按承載較大的滾動軸承選擇其型號，因支承跨距不大，故采用兩端固定式軸承組合方式。軸承類型選為圓錐滾子軸承，軸承的預(yù)期壽命取為：L'h＝29200h。
由上面的計算結(jié)果有軸承受的徑向力為Fr1=340.43N，軸向力為Fa1=159.90N
2）．初步選擇滾動軸承型號為30207，其基本額定動載荷為Cr=51.8KN，基本額定靜載荷為C0r=63.8KN。
3）．徑向當(dāng)量動載荷
動載荷為，查得，則有
滿足要求。
7.2 輸入軸的鍵
1）選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸
輸入軸處選用單圓頭平鍵，尺寸為
圓錐齒輪處選用普通平頭圓鍵，尺寸為。
2)校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度
鍵、軸材料都是鋼，由機(jī)械設(shè)計查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為
鍵的工作長度，
，合適
，合適
7.3 輸出軸的軸承
（1）選擇的圓錐滾子軸承型號為30210，尺寸為
，基本額定動載荷。
（2） 當(dāng)量動載荷
前面已求得，，，
軸承 1、2受到的徑向載荷為：
軸承1、2受到的軸向載荷為：
查簡明機(jī)械工程師手冊-表7.7-39得
軸承的當(dāng)量動載荷為：
按機(jī)械設(shè)計查得
（3）驗算軸承壽命
因為，所以按軸承1的受力驗算。
對于滾子軸承，。
減速器的預(yù)定壽命，，合適。
7.4輸出軸的鍵
1）選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸
聯(lián)軸器處選用單圓頭平鍵，尺寸為
圓柱齒輪處選用普通平頭圓鍵，尺寸為。
2)校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度
鍵、軸材料都是鋼，由機(jī)械設(shè)計查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為。鍵的工作長度，
，合適
，合適
八 潤滑與密封
8.1潤滑方式的選擇
齒輪用潤滑油潤滑，并利用箱內(nèi)傳動件濺起的油潤滑軸承。
根據(jù)I，II，III軸的速度因子，I，II，III軸的軸承用脂潤滑
8.2密封方式的選擇
由于I，II，III軸與軸承接觸處的線速度，所以采用氈圈密封
8.3潤滑油的選擇
因為該減速器屬于一般減速器，查機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計可選用中負(fù)載
工業(yè)齒輪油N100號潤滑油。
九 減速器箱體結(jié)構(gòu)尺寸
1
箱座壁厚
，
2
箱蓋壁厚
3
箱座凸緣厚度
4
箱蓋凸緣厚度
5
箱座底凸緣厚度
6
地底螺釘直徑
，取M20
7
地底螺釘數(shù)目
8
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑
，取M14
9
箱蓋與箱座聯(lián)接螺栓直徑
取M10
10
聯(lián)接螺栓的間距
12
窺視孔蓋螺釘直徑
,取M6
13
定位銷直徑
14
，，至外箱壁距離
15
軸承旁凸臺半徑
16
凸臺高度
17
箱體外壁至軸承座端面距離
19
大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離
20
齒輪端面與內(nèi)箱壁距離
21
箱蓋，箱座筋厚
,
22
軸承端蓋外徑
23
軸承旁聯(lián)接螺栓距離
24
大齒輪齒頂圓至箱底內(nèi)壁的距離
25
箱底至箱底內(nèi)壁的距離
26
減速器中心高
27
箱體內(nèi)壁至軸承座孔端面的距離
28
軸承端蓋凸緣厚度
29
軸承端面至箱體內(nèi)壁的距離
30
旋轉(zhuǎn)零件間的軸向距離
31
齒輪頂圓至軸表面的距離
參考文獻(xiàn)
【1】《機(jī)械設(shè)計》楊忠志、朱家誠主編，武漢理工大學(xué)出版社
【2】《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》第二版 龔溎義主編，高等教育出版社
【3】《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第3版，吳宗澤、羅圣國主編，高等教育出版社
【4】《機(jī)械精度設(shè)計檢測》應(yīng)琴主編，西南交通大學(xué)出版社
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