带式输送机中单级闭式直齿圆柱齿轮减速器怎么选材

仅供参考
一、传动方案拟定
第二组第三个数据：设计带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器
（1） 工作条件：使用年限10年，每年按300天计算，两班制工作，载荷平稳。
（2） 原始数据：滚筒圆周力F=17KN；带速V=14m/s；
滚筒直径D=220mm。
运动简图
二、电动机的选择
1、电动机类型和结构型式的选择：按已知的工作要求和 条件，选用 Y系列三相异步电动机。
2、确定电动机的功率：
（1）传动装置的总效率：
η总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒
=096×0992×097×099×095
=086
(2)电机所需的工作功率：
Pd=FV/1000η总
=1700×14/1000×086
=276KW
3、确定电动机转速：
滚筒轴的工作转速：
Nw=60×1000V/πD
=60×1000×14/π×220
=1215r/min
根据【2】表22中推荐的合理传动比范围，取V带传动比Iv=2~4，单级圆柱齿轮传动比范围Ic=3~5，则合理总传动比i的范围为i=6~20，故电动机转速的可选范围为nd=i×nw=（6~20）×1215=729~2430r/min
符合这一范围的同步转速有960 r/min和1420r/min。由【2】表81查出有三种适用的电动机型号、如下表
方案 电动机型号 额定功率 电动机转速（r/min） 传动装置的传动比
KW 同转 满转 总传动比 带 齿轮
1 Y132s-6 3 1000 960 79 3 263
2 Y100l2-4 3 1500 1420 1168 3 389
综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，比较两种方案可知：方案1因电动机转速低，传动装置尺寸较大，价格较高。方案2适中。故选择电动机型号Y100l2-4。
4、确定电动机型号
根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为
Y100l2-4。
其主要性能：额定功率：3KW，满载转速1420r/min，额定转矩22。
三、计算总传动比及分配各级的传动比
1、总传动比：i总=n电动/n筒=1420/1215=1168
2、分配各级传动比
（1） 取i带=3
（2） ∵i总=i齿×i 带π
∴i齿=i总/i带=1168/3=389
四、运动参数及动力参数计算
1、计算各轴转速（r/min）
nI=nm/i带=1420/3=47333(r/min)
nII=nI/i齿=47333/389=12167(r/min)
滚筒nw=nII=47333/389=12167(r/min)
2、 计算各轴的功率（KW）
PI=Pd×η带=276×096=264KW
PII=PI×η轴承×η齿轮=264×099×097=253KW
3、 计算各轴转矩
Td=955Pd/nm=9550×276/1420=1856Nm
TI=955p2入/n1 =9550x264/47333=5326Nm
TII =955p2入/n2=9550x253/12167=19858Nm
五、传动零件的设计计算
1、 皮带轮传动的设计计算
（1） 选择普通V带截型
由课本[1]P189表10-8得：kA=12 P=276KW
PC=KAP=12×276=33KW
据PC=33KW和n1=47333r/min
由课本[1]P189图10-12得：选用A型V带
（2） 确定带轮基准直径，并验算带速
由[1]课本P190表10-9，取dd1=95mm>dmin=75
dd2=i带dd1(1-ε)=3×95×(1-002)=27930 mm
由课本[1]P190表10-9，取dd2=280
带速V：V=πdd1n1/60×1000
=π×95×1420/60×1000
=706m/s
在5~25m/s范围内，带速合适。
（3） 确定带长和中心距
初定中心距a0=500mm
Ld=2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0
=2×500+314(95+280)+(280-95)2/4×450
=16058mm
根据课本[1]表（10-6）选取相近的Ld=1600mm
确定中心距a≈a0+(Ld-Ld0)/2=500+(1600-16058)/2
=497mm
(4) 验算小带轮包角
α1=1800-5730 ×(dd2-dd1)/a
=1800-5730×(280-95)/497
=158670>1200（适用）
（5） 确定带的根数
单根V带传递的额定功率据dd1和n1，查课本图10-9得 P1=14KW
i≠1时单根V带的额定功率增量据带型及i查[1]表10-2得 △P1=017KW
查[1]表10-3，得Kα=094；查[1]表10-4得 KL=099
Z= PC/[(P1+△P1)KαKL]
=33/[(14+017) ×094×099]
=226 (取3根)
(6) 计算轴上压力
由课本[1]表10-5查得q=01kg/m，由课本式（10-20）单根V带的初拉力：
F0=500PC/ZV[（25/Kα）-1]+qV2=500x33/[3x706(25/094-1)]+010x7062 =1343kN
则作用在轴承的压力FQ
FQ=2ZF0sin(α1/2)=2×3×1343sin(15867o/2)
=7919N
2、齿轮传动的设计计算
（1）选择齿轮材料与热处理：所设计齿轮传动属于闭式传动，通常
齿轮采用软齿面。查阅表[1] 表6-8，选用价格便宜便于制造的材料，小齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度260HBS；大齿轮材料也为45钢，正火处理，硬度为215HBS；
精度等级：运输机是一般机器，速度不高，故选8级精度。
(2)按齿面接触疲劳强度设计
由d1≥ (6712×kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3
确定有关参数如下：传动比i齿=389
取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1= ×20=778取z2=78
由课本表6-12取φd=11
(3)转矩T1
T1=955×106×P1/n1=955×106×261/47333=52660Nmm
(4)载荷系数k : 取k=12
(5)许用接触应力[σH]
[σH]= σHlim ZN/SHmin 由课本[1]图6-37查得：
σHlim1=610Mpa σHlim2=500Mpa
接触疲劳寿命系数Zn：按一年300个工作日，每天16h计算，由公式N=60njtn 计算
N1=60×47333×10×300×18=136x109
N2=N/i=136x109 /389=34×108
查[1]课本图6-38中曲线1，得 ZN1=1 ZN2=105
按一般可靠度要求选取安全系数SHmin=10
[σH]1=σHlim1ZN1/SHmin=610x1/1=610 Mpa
[σH]2=σHlim2ZN2/SHmin=500x105/1=525Mpa
故得：
d1≥ (6712×kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3
=4904mm
模数：m=d1/Z1=4904/20=245mm
取课本[1]P79标准模数第一数列上的值，m=25
(6)校核齿根弯曲疲劳强度
σ bb=2KT1YFS/bmd1
确定有关参数和系数
分度圆直径：d1=mZ1=25×20mm=50mm
d2=mZ2=25×78mm=195mm
齿宽：b=φdd1=11×50mm=55mm
取b2=55mm b1=60mm
(7)复合齿形因数YFs 由课本[1]图6-40得：YFS1=435,YFS2=395
(8)许用弯曲应力[σbb]
根据课本[1]P116：
[σbb]= σbblim YN/SFmin
由课本[1]图6-41得弯曲疲劳极限σbblim应为： σbblim1=490Mpa σbblim2 =410Mpa
由课本[1]图6-42得弯曲疲劳寿命系数YN：YN1=1 YN2=1
弯曲疲劳的最小安全系数SFmin ：按一般可靠性要求，取SFmin =1
计算得弯曲疲劳许用应力为
[σbb1]=σbblim1 YN1/SFmin=490×1/1=490Mpa
[σbb2]= σbblim2 YN2/SFmin =410×1/1=410Mpa
校核计算
σbb1=2kT1YFS1/ b1md1=7186pa< [σbb1]
σbb2=2kT1YFS2/ b2md1=7261Mpa< [σbb2]
故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够
(9)计算齿轮传动的中心矩a
a=(d1+d2)/2= (50+195)/2=1225mm
(10)计算齿轮的圆周速度V
计算圆周速度V=πn1d1/60×1000=314×47333×50/60×1000=123m/s
因为V＜6m/s，故取8级精度合适．
六、轴的设计计算
从动轴设计
1、选择轴的材料 确定许用应力
选轴的材料为45号钢，调质处理。查[2]表13-1可知：
σb=650Mpa,σs=360Mpa,查[2]表13-6可知：[σb+1]bb=215Mpa
[σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa
2、按扭转强度估算轴的最小直径
单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，
从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为：
d≥C
查[2]表13-5可得，45钢取C=118
则d≥118×(253/12167)1/3mm=3244mm
考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取d=35mm
3、齿轮上作用力的计算
齿轮所受的转矩：T=955×106P/n=955×106×253/12167=198582 N
齿轮作用力：
圆周力：Ft=2T/d=2×198582/195N=2036N
径向力：Fr=Fttan200=2036×tan200=741N
4、轴的结构设计
轴结构设计时，需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式，按比例绘制轴系结构草图。
（1）、联轴器的选择
可采用弹性柱销联轴器，查[2]表94可得联轴器的型号为HL3联轴器：35×82 GB5014-85
（2）、确定轴上零件的位置与固定方式
单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置
在齿轮两边。轴外伸端安装联轴器，齿轮靠油环和套筒实现
轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴
承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通
过两端轴承盖实现轴向定位，联轴器靠轴肩平键和过盈配合
分别实现轴向定位和周向定位
（3）、确定各段轴的直径
将估算轴d=35mm作为外伸端直径d1与联轴器相配（如图），
考虑联轴器用轴肩实现轴向定位，取第二段直径为d2=40mm
齿轮和左端轴承从左侧装入，考虑装拆方便以及零件固定的要求，装轴处d3应大于d2，取d3=4 5mm，为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大于d3，取d4=50mm。齿轮左端用用套筒固定,右端用轴环定位,轴环直径d5
满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴承的安装要求,根据选定轴承型号确定右端轴承型号与左端轴承相同,取d6=45mm
(4)选择轴承型号由[1]P270初选深沟球轴承,代号为6209,查手册可得:轴承宽度B=19,安装尺寸D=52,故轴环直径d5=52mm
(5）确定轴各段直径和长度
Ⅰ段：d1=35mm 长度取L1=50mm
II段:d2=40mm
初选用6209深沟球轴承，其内径为45mm,
宽度为19mm考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：
L2=（2+20+19+55）=96mm
III段直径d3=45mm
L3=L1-L=50-2=48mm
Ⅳ段直径d4=50mm
长度与右面的套筒相同，即L4=20mm
Ⅴ段直径d5=52mm 长度L5=19mm
由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=96mm
(6)按弯矩复合强度计算
①求分度圆直径：已知d1=195mm
②求转矩：已知T2=19858Nm
③求圆周力：Ft
根据课本P127（6-34）式得
Ft=2T2/d2=2×19858/195=203N
④求径向力Fr
根据课本P127（6-35）式得
Fr=Fttanα=203×tan200=0741N
⑤因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=48mm
(1)绘制轴受力简图（如图a）
（2）绘制垂直面弯矩图（如图b）
轴承支反力：
FAY=FBY=Fr/2=074/2=037N
FAZ=FBZ=Ft/2=203/2=101N
由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为
MC1=FAyL/2=037×96÷2=1776Nm
截面C在水平面上弯矩为：
MC2=FAZL/2=101×96÷2=4848Nm
(4)绘制合弯矩图（如图d）
MC=(MC12+MC22)1/2=（17762+48482)1/2=5163Nm
(5)绘制扭矩图（如图e）
转矩：T=955×（P2/n2）×106=19858Nm
(6)绘制当量弯矩图（如图f）
转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化，取α=02，截面C处的当量弯矩：
Mec=[MC2+(αT)2]1/2
=[51632+(02×19858)2]1/2=6513Nm
(7)校核危险截面C的强度
由式（6-3）
σe=6513/01d33=6513x1000/01×453
=714MPa< [σ-1]b=60MPa
∴该轴强度足够。
主动轴的设计
1、选择轴的材料 确定许用应力
选轴的材料为45号钢，调质处理。查[2]表13-1可知：
σb=650Mpa,σs=360Mpa,查[2]表13-6可知：[σb+1]bb=215Mpa
[σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa
2、按扭转强度估算轴的最小直径
单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，
从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为：
d≥C
查[2]表13-5可得，45钢取C=118
则d≥118×(264/47333)1/3mm=2092mm
考虑键槽的影响以系列标准，取d=22mm
3、齿轮上作用力的计算
齿轮所受的转矩：T=955×106P/n=955×106×264/47333=53265 N
齿轮作用力：
圆周力：Ft=2T/d=2×53265/50N=2130N
径向力：Fr=Fttan200=2130×tan200=775N
确定轴上零件的位置与固定方式
单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置
在齿轮两边。齿轮靠油环和套筒实现 轴向定位和固定
，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴
承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通
过两端轴承盖实现轴向定位，
4 确定轴的各段直径和长度
初选用6206深沟球轴承，其内径为30mm,
宽度为16mm。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为20mm，则该段长36mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。
(2)按弯扭复合强度计算
①求分度圆直径：已知d2=50mm
②求转矩：已知T=5326Nm
③求圆周力Ft：根据课本P127（6-34）式得
Ft=2T3/d2=2×5326/50=213N
④求径向力Fr根据课本P127（6-35）式得
Fr=Fttanα=213×036379=076N
⑤∵两轴承对称
∴LA=LB=50mm
(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ
FAX=FBY=Fr/2=076/2=038N
FAZ=FBZ=Ft/2=213/2=1065N
(2) 截面C在垂直面弯矩为
MC1=FAxL/2=038×100/2=19Nm
(3)截面C在水平面弯矩为
MC2=FAZL/2=1065×100/2=525Nm
(4)计算合成弯矩
MC=（MC12+MC22）1/2
=（192+5252）1/2
=5583Nm
(5)计算当量弯矩：根据课本P235得α=04
Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[55832+(04×5326)2]1/2
=5974Nm
(6)校核危险截面C的强度
由式（10-3）
σe=Mec/（01d3）=5974x1000/(01×303)
=2212Mpa<[σ-1]b=60Mpa
∴此轴强度足够
（7） 滚动轴承的选择及校核计算
一从动轴上的轴承
根据根据条件，轴承预计寿命
L'h=10×300×16=48000h
(1)由初选的轴承的型号为: 6209,
查[1]表14-19可知:d=55mm,外径D=85mm,宽度B=19mm,基本额定动载荷C=315KN, 基本静载荷CO=205KN,
查[2]表101可知极限转速9000r/min
（1）已知nII=12167(r/min)
两轴承径向反力：FR1=FR2=1083N
根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力
FS=063FR 则FS1=FS2=063FR1=063x1083=682N
(2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端
FA1=FS1=682N FA2=FS2=682N
(3)求系数x、y
FA1/FR1=682N/1038N =063
FA2/FR2=682N/1038N =063
根据课本P265表（14-14）得e=068
FA1/FR1<e x1=1 FA2/FR2<e x2=1
y1=0 y2=0
(4)计算当量载荷P1、P2
根据课本P264表（14-12）取f P=15
根据课本P264（14-7）式得
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=15×(1×1083+0)=1624N
P2=fp(x2FR1+y2FA2)= 15×(1×1083+0)=1624N
(5)轴承寿命计算
∵P1=P2 故取P=1624N
∵深沟球轴承ε=3
根据手册得6209型的Cr=31500N
由课本P264（14-5）式得
LH=106(ftCr/P)ε/60n
=106(1×31500/1624)3/60X12167=998953h>48000h
∴预期寿命足够
二主动轴上的轴承:
(1)由初选的轴承的型号为:6206
查[1]表14-19可知:d=30mm,外径D=62mm,宽度B=16mm,
基本额定动载荷C=195KN,基本静载荷CO=1115KN,
查[2]表101可知极限转速13000r/min
根据根据条件，轴承预计寿命
L'h=10×300×16=48000h
（1）已知nI=47333(r/min)
两轴承径向反力：FR1=FR2=1129N
根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力
FS=063FR 则FS1=FS2=063FR1=063x1129=7118N
(2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端
FA1=FS1=7118N FA2=FS2=7118N
(3)求系数x、y
FA1/FR1=7118N/7118N =063
FA2/FR2=7118N/7118N =063
根据课本P265表（14-14）得e=068
FA1/FR1<e x1=1 FA2/FR2<e x2=1
y1=0 y2=0
(4)计算当量载荷P1、P2
根据课本P264表（14-12）取f P=15
根据课本P264（14-7）式得
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=15×(1×1129+0)=16935N
P2=fp(x2FR1+y2FA2)=15×(1×1129+0)= 16935N
(5)轴承寿命计算
∵P1=P2 故取P=16935N
∵深沟球轴承ε=3
根据手册得6206型的Cr=19500N
由课本P264（14-5）式得
LH=106(ftCr/P)ε/60n
=106(1×19500/16935)3/60X47333=53713h>48000h
∴预期寿命足够
七、键联接的选择及校核计算
1．根据轴径的尺寸，由[1]中表12-6
高速轴(主动轴)与V带轮联接的键为：键8×36 GB1096-79
大齿轮与轴连接的键为：键 14×45 GB1096-79
轴与联轴器的键为：键10×40 GB1096-79
2．键的强度校核
大齿轮与轴上的键 ：键14×45 GB1096-79
b×h=14×9,L=45,则Ls=L-b=31mm
圆周力：Fr=2TII/d=2×198580/50=79432N
挤压强度： =5693<125~150MPa=[σp]
因此挤压强度足够
剪切强度： =3660<120MPa=[ ]
因此剪切强度足够
键8×36 GB1096-79和键10×40 GB1096-79根据上面的步骤校核，并且符合要求。
八、减速器箱体、箱盖及附件的设计计算~
1、减速器附件的选择
通气器
由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M18×15
油面指示器
选用游标尺M12
起吊装置
采用箱盖吊耳、箱座吊耳
放油螺塞
选用外六角油塞及垫片M18×15
根据《机械设计基础课程设计》表53选择适当型号：
起盖螺钉型号：GB/T5780 M18×30,材料Q235
高速轴轴承盖上的螺钉：GB5783～86 M8X12,材料Q235
低速轴轴承盖上的螺钉：GB5783～86 M8×20,材料Q235
螺栓：GB5782～86 M14×100，材料Q235
箱体的主要尺寸：
：
(1)箱座壁厚z=0025a+1=0025×1225+1= 40625 取z=8
(2)箱盖壁厚z1=002a+1=002×1225+1= 345
取z1=8
(3)箱盖凸缘厚度b1=15z1=15×8=12
(4)箱座凸缘厚度b=15z=15×8=12
(5)箱座底凸缘厚度b2=25z=25×8=20
(6)地脚螺钉直径df =0036a+12=
0036×1225+12=1641(取18)
(7)地脚螺钉数目n=4 (因为a<250)
(8)轴承旁连接螺栓直径d1= 075df =075×18= 135 (取14)
(9)盖与座连接螺栓直径 d2=(05-06)df =055× 18=99 (取10)
(10)连接螺栓d2的间距L=150-200
(11)轴承端盖螺钉直d3=(04-05)df=04×18=72(取8)
(12)检查孔盖螺钉d4=(03-04)df=03×18=54 (取6)
(13)定位销直径d=(07-08)d2=08×10=8
(14)dfd1d2至外箱壁距离C1
(15) Dfd2
(16)凸台高度：根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准。
(17)外箱壁至轴承座端面的距离C1＋C2＋（5～10）
(18)齿轮顶圆与内箱壁间的距离：＞96 mm
(19)齿轮端面与内箱壁间的距离：=12 mm
(20)箱盖，箱座肋厚：m1=8 mm,m2=8 mm
(21)轴承端盖外径∶D＋（5～5．5）d3
D～轴承外径
(22)轴承旁连接螺栓距离：尽可能靠近，以Md1和Md3 互不干涉为准，一般取S＝D2
九、润滑与密封
1齿轮的润滑
采用浸油润滑，由于为单级圆柱齿轮减速器，速度ν<12m/s，当m<20 时，浸油深度h约为1个齿高，但不小于10mm，所以浸油高度约为36mm。
2滚动轴承的润滑
由于轴承周向速度为，所以宜开设油沟、飞溅润滑。
3润滑油的选择
齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用GB443-89全损耗系统用油L-AN15润滑油。
4密封方法的选取
选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为GB8941-86-25轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。
十、设计小结
课程设计体会
课程设计都需要刻苦耐劳，努力钻研的精神。对于每一个事物都会有第一次的吧，而没一个第一次似乎都必须经历由感觉困难重重，挫折不断到一步一步克服，可能需要连续几个小时、十几个小时不停的工作进行攻关；最后出成果的瞬间是喜悦、是轻松、是舒了口气！
课程设计过程中出现的问题几乎都是过去所学的知识不牢固，许多计算方法、公式都忘光了，要不断的翻资料、看书，和同学们相互探讨。虽然过程很辛苦，有时还会有放弃的念头，但始终坚持下来，完成了设计，而且学到了，应该是补回了许多以前没学好的知识，同时巩固了这些知识，提高了运用所学知识的能力。
十一、参考资料目录
[1]《机械设计基础课程设计》，高等教育出版社，陈立德主编，2004年7月第2版；
[2] 《机械设计基础》，机械工业出版社 胡家秀主编 2007年7月第1版
全文

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