单级圆柱直齿减速器

设计—用于带式运输机上的单级直齿圆柱减速器，已知条件：运输带的工作拉力F=1350 N，运输带的速度V=1.6 m/s卷筒直径D=260 mm,两班制工作（12小时），连续单向运转，载荷平移，工作年限10年，每年300工作日，运输带速度允许误差为±5％，卷筒效率0.96

一.传动方案分析：

如图所示减速传动由带传动和单级圆柱齿轮传动组成，带传动置于高速级具有缓冲吸振能力和过载保护作用，带传动依靠摩擦力工作，有利于减少传动的结构尺寸，而圆柱齿轮传动布置在低速级，有利于发挥其过载能力大的优势

二.选择电动机：

（1）电动机的类型和结构形式，按工作要求和工作条件，选用一般用途的Y系列三相异步交流电动机。

（2）电动机容量：

①卷筒轴的输出功率Pw＝FV/1000=1350×1.6/1000=2.16 kw

②电动机输出功率Pd＝Pw/η

传动系统的总效率：η＝

式中……为从电动机至卷筒之间的各传动机构和轴承的效率。

由表查得V带传动＝0.96，滚动轴承＝0.99，圆柱齿轮传动

＝0.97，弹性连轴器＝0.99，卷筒轴滑动轴承＝0.96 

于是η=0.96××0.97×0.99×0.96≈0.88

故: 

Pd= Pw/η=2.16/0.88≈2.45 kw

③ 电动机额定功率由表取得=3 kw

（3）电动机的转速：由已知条件计算卷筒的转速

即:

=60×1000V/πD=60×1000×1.6/3.14×260=118  r/min

V带传动常用传动比范围=2-4，单级圆柱齿轮的传动比范围=2-4

于是转速可选范围为 ==118×（2～4）×（2～4）

=472～1888 r/min

可见同步转速为 500 r/min和2000 r/min的电动机均合适，为使传动装置的传动比较小，结构尺寸紧凑，这里选用同步转速为960 ×r/min的电动机

传动系统总传动比i= =≈2.04

根据V带传动的常用范围=2-4取=4

于是单级圆柱齿轮减速器传动比 ==≈2.04

三.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：

    ==960 r/min

  ===240 r/min

   ===117.65 r/min

②各轴输入功率：按电动机额定功率计算各轴的输入功率，即

==3 kw 

= =3×0.96=2.88 kw

= =2.88×0.99×0.97=2.78 kw

③各轴转矩：

   =9550=9550×=29.84 N﹒m

   =9550=9550×=114.6 N﹒m

=9550=9550×=224.99 N﹒m

四.V带传动的设计步骤及参数选择原则

设计内容：确定带的型号，长度和根数；带轮的尺寸，结构和材料；传动的中心距；带的张紧力和压轴力等

1． 确定计算功率：=×P=1.2×3=3.6 kw (:工作情况系数)

2． 选择带动型号：

N1=960 r/min(小带轮转速，即电动机转速)

=3.6 kw 选用A型普通V带

3. 确定两带的基准直径;

小带轮基准直径=112mm 

大带轮基准直径==×112=446,取标准值=450

则实际传动比I,从动轮的实际转速分别为：i===4.02,

                                    n1===238.8 r/min

从动轮的实际转速误差率为;×100%=0.5% 在5%内，为允许值

4.验证带速V=-=5.63 m/s,带速在5～25 m/s范围内

5.确定带的基准长度和实际中心a

初定中心距:0.7(+) 

          393.4   

    取=760 mm

带基准长度：

=2+(+)+ 

  =2×760+(112+450)+=2432.07 mm

取 mm

实际中心距：a+ 考虑安装，调整和补偿张紧力的需求，中心距应有一定的调节作用，

即：

a-0.015=794-0.015×2500=756.5 mm

a+0.03=794-0.03×2500=869 mm

6. 校验小带轮角α1=-

=-=155.6    

       可取

7. 确定V带根数Z=

根据查表，用内插法得=1.16kw 查功率增量

查长度修正系数=0.，包角系数=0.93，则:

Z==3.18 

取整，Z=4根

8. 求初拉力及带轮轴上的压力

A型普通V带每米长质量q=0.10 kg/m,单根V带的初拉力

+0.1×=138.1 N

作用在轴上的 压力为：

=2×138.4×4×sin=1079.85 N

9. 设计结果：

选用3根A-1600GB1171-19V带

中心距a=794 mm

带轮直径 mm， mm

轴上压力=1079.85 N

五.齿轮

1. 选择齿轮材料及精度等级

小齿轮选用45钢调节，硬度为220HBS；大齿轮选用45钢正火，硬度为180HBS，选8级精度，要求齿面粗糙度Ra≤3.2 mm—6.3 mm.

2. 按齿面接触疲劳强度设计

因两齿轮均为钢质齿轮，求出d1值，确定有关系参数与系数

（1）转矩=9.55×≈3.58× N﹒mm

（2）载荷系数k材料的弹性系数，查表取k=1.4,=1.8

（3）齿数和齿宽系数

小齿轮的齿数取25，则大齿轮齿数=100，因单级齿轮传动为对称布置，而齿轮面又为软齿面，选取=1

（4）许用接触应力[]：查表得=560 MPa

                           =440 MPa

安全系数：=1

=60njLn=60×960×1×(10×300×12)=2.07×

===5.18×

查图得=1，=1.12  则

[===560 MPa

[===492.8 MPa

  =48.65 MPa

m==1.95

取标准模数m=2

3． 主要尺寸计算d1=m=2×25=50 mm

d2=m=2×100=200 mm

   工作齿宽   ==1×50=50 mm  

   =50 mm    = +5=55 mm

4.按齿根弯曲疲劳强度校求出，如,则校核合格

①齿形系数： 查表得  =2.65  

                       =2.18

②修正系数：查表得   =1.59    

                       =1.80

③许用弯曲应力[]：  lim1=205 MPa   lim2=190 MPa

                   =1.3       = =1

= =158 MPa

= =146 MPa 故：

==×2.65×1.59=76.79 MPa<

==×2.65×1.59=71.51 MPa<

齿根弯曲强度校核合格

5．计算齿轮的圆周速度

V===82.51 m/s

选用8级精度合适

六.输入轴

1． 选择材料，确定许用应力

因无特殊要求，选用45钢，调质，许用弯曲应力[]=60

2． 结构设计

（1）初步确定各段直径

①最小轴径

≥C=115*=23.92

考虑有一个键槽加大3%  ,则

=23.92（1+3%）=24.63  

取=25 mm 

②轴径

轴径应满足带轮的轴向固定要求

=+2a=+2[(0.07

=25+2(2.75～4.5)=30.5～34 mm

取标准直径 =35 mm

③轴径

此轴径处安装轴承，按安装轴承标准什，因为轴承安装方便，稍大于，则取

          =40 mm

          初选窄系列的深沟轴承，选6308，轴承宽B=15 mm

          ④轴径

           此轴径与齿轮相配合，应取标准值，为齿轮安装方便应使稍大于，取=45 mm

          ⑤轴径

       此轴径为齿轮的安装基准，按要求=+2a=+2[(0.07～0.1)+(1～2)]=45+2(4.15～6.5)=53.3～58 mm

           取=55 mm

          ⑥轴径

            选择6308轴承   =46mm

          ⑦轴径

            ==40 mm

   (2)确定各轴段长度

        ①考虑带轮轴向固定可靠，取

              L1=B’-(2～3)=(Z-1) ×e+2f-(2～3)

                =(4-1)×15+2×10-(2～3)

                =62 mm

      ②   取L2=80 mm

      ③   L3=B+m,=15+30+2=47

      ④   L4=b-2mm=55-2mm=53 mm

      ⑤   L5=1.4×a=1.4×2[(0.07

                    =1.4(4.15～6.5)=5.81～9.1 mm

取L5=10 mm

      ⑥  L6=m,-L5=30-10=20 mm

      ⑦  L7= L3=25 mm

3.强度计算

（1）计算计算简图

      ①  力的简化（见图b）

        a. 齿轮力的作用点：简化至齿轮轮缘中心 C

        b. 带轮力的作用点：简化至齿轮轮缘中心 D

        c. 支反力的作用点：简化至轴承的中点，分别为A，B点

        ②  计算力点矩

           =B+2m’+b=15+2×30+55=130 mm

           ====65 mm

           =+m+=+80=120 mm

        ③计算作用力轴的转矩

a. T=9.55×

=9.55×=85950 N.mm

b. 齿轮上圆周力  ===3438 N

c. 齿轮上径向力  =*tan=3438*tan200

                           =3438*0.3=1251.32 N

d.带轮作用力   =1079.85 N  （与同向）

   ④  计算支反力，确定各力方向

a. 水平支反力， == ==1719 N

垂直支反力    =0

以A点为支点   =0   

             ×AB-×AD=0

130×=1079.85×120

得=996.78 N

=0

++ -=0

+1251.31+996.78= 

得=3327.95 N

（2）计算弯矩，绘制弯矩图

   ① C点处水平弯矩

          = ×AC=3327.95×65=216316N.mm.

   ② 垂直弯矩：C点右侧垂直弯矩

          =×BC=996.78×65=791 N.mm

   ③ C点左侧垂直弯矩

  （AD+AC）-AC

=1079.85(120+65)-3327.95×65=-16544.5N.mm

④ A点垂直弯矩垂直弯矩图

=×AD=1079.85×120=129582

(3)  合成弯矩

① C点右侧合成弯矩

==

=94218.548 N.mm

② C点左侧合成弯矩

==

=70377.42 N.mm

③ A点合成弯矩

==129582 N.mm

④ 合成弯矩图

（4）折算后的转矩

① 因带式输送机为单向运转，取

=0.6×85950=51570 N.mm

②折算后的转矩图

（5）当量弯矩

① A点处当量弯矩

=

=

=139466.697 N.mm

②当量弯矩图

（6）校核危险截面处轴径

因A点当量弯矩最大，

所以校核A点处直径A点最小直径

===28.5 mm 

去标准值 mm

原结构设计=40 mm

因为

所以满足强度要求。

七.输出轴

1．选择材料，确定许用应力

因无特殊要求，选用45钢，调质，

许用弯曲应力[]=60

2．结构设计

（1）初步确定各段直径

①最小轴径

≥C=115×=32.78 mm

考虑有一个键槽加大3%  ,则

=32.78（1+3%）=33.76 mm  

取=35 mm 

②轴径

轴径应满足带轮的轴向固定要求

=+2a=+2[(0.07

    =35+2(2.75～4.5)=41.45～46 mm

取标准直径 =45 mm

③轴径

此轴径处安装轴承，按安装轴承标准什，因为轴承安装方便，稍大于，则取

          =50 mm

          初选窄系列的深沟轴承，选6310，轴承宽B=16mm

    ④轴径

           此轴径与齿轮相配合，应取标准值，为齿轮安装方便应使稍大于，取=55 mm

    ⑤轴径

    此轴径为齿轮的安装基准，按要求 

           =+2a=+2[(0.07

=55+2(4.85～7.5)

=.7～70 mm

              取65 mm

    ⑥轴径

              =48 mm

          ⑦轴径

            ==50 mm

   (2)确定各轴段长度

          ①考虑带轮轴向固定可靠，取

               L1=B’-(2～3)=(Z-1)×e+2f-(2～3)

                 =(4-1)×15+2×10-(2～3)=65-(2～3)=65-2=63 mm

          ②   取L2=90 mm

          ③   L3=B+m,=16+30+2=48

          ④   L4=b-2mm=50-2mm=48 mm

          ⑤   L5=1.4×a=1.4×2[(0.07

                 =1.4(4.15～6.5)=5.81～9.1 mm

取L5=10 mm

         ⑥    L6=2 mm

         ⑦   L7=L3=26 mm

3.强度计算

   （1）计算计算简图

        ①  力的简化（见图b）

         a. 齿轮力的作用点：简化至齿轮轮缘中心 C

         b. 带轮力的作用点：简化至齿轮轮缘中心 D

         c. 支反力的作用点：简化至轴承的中点，分别为A，B点

        ②  计算力点矩

           = B+2m’+b=16+2×30+50=126 mm

           ====63 mm

           =+m+=+90=129.5 mm

       ③计算作用力轴的转矩

d. T=9.55×

=9.55×

=221241.7 N.mm

e. 齿轮上圆周力  ===2212.4 N

f. 齿轮上径向力  =×tan=2212.4×tan200

                 =2212.4×0.3=8053.1 N

g.带轮作用力   =1079.85 N  （与同向）

   ④  计算支反力，确定各力方向

b. 水平支反力， ====1106.2 N

c. 垂直支反力  =0

以A点为支点   =0   

      ×AB-×AD=0

120×=1079.85×129..5

得=1165.34 N

=0

++ -=0

+805.31+1165.34=

得=3050.5 N

（2）计算弯矩，绘制弯矩图

       ① C点处水平弯矩

          = ×AC=1106.2*63=69690.6 N.mm.

       ② 垂直弯矩：C点右侧垂直弯矩

          =×BC=1165.34*63=73416.42 N.mm

       ③ C点左侧垂直弯矩

  （AD+AC）-AC

=1079.85(129.5+63)- 3050.5×63=-124021.45 N.mm

④ A点垂直弯矩垂直弯矩图

=×AD=1079.85×129.5=139840.575 N.mm

(3)  合成弯矩

① C点右侧合成弯矩

==

=101226.234 N.mm

② C点左侧合成弯矩

==

=21627.51N.mm

③ A点合成弯矩

==139840.575 N.mm

④ 合成弯矩图

（4）折算后的转矩

① 因带式输送机为单向运转，取

=0.6*221241.7=132745.02 N.mm

②折算后的转矩图

（5）当量弯矩

① A点处当量弯矩

==

=1922800 N.mm

②当量弯矩图

（6）校核危险截面处轴径

因A点当量弯矩最大，所以校核A点处直径

   A点最小直径

   ===31.8 mm

取标准值 mm

原结构设计=50 mm

因为

所以满足强度要求.

八.轴承

（1） 确定基本额定动载荷与基本额定静载荷

查手册，6308型轴承的基本额定动载荷=40800N，基本额定静载荷=24000N,=40800N

(GB/T 276-94).=1079.85，1251.32

（2） 计算的值

==0.045 ,==0.8

由表12-10可查得

0.042

0.056

e

0.042

0.44

可知 e，由表12-10查得X=0。56

（3） 计算当量动载荷

因=0，所以P==1251.32N

(4)    计算轴承寿命

查表得 =1（常温下工作）；=1.0～1.2，取=1.0；寿命指数=3。所以

               ==2.4×h

               =300×10×12=3.6× h，因要求使用寿命           300×10×12=3.6× h 

  现轴承可用到2.4× h，所以能满足使用要求。

致     谢 

我有幸考入南昌理工学院机电一体化专业，在这毕业来临之际,经过几个月的探讨、学习、查阅大量书籍,联系社会实践，完成了本设计,实乃校领导、教务处、各位老师大力支持和勉励的结果，借此我更要感谢指导我毕业论文的徐四红导师和辅导员老师。徐四红导师治学严谨，学识渊博，品德高尚，平易近人，在我学习和论文设计期间不仅传授了做学问的秘诀，还传授了做人的准则，这些都将使我终生受益。无论是在理论学习阶段，还是在论文的选题、资料查询、开题、研究和撰写的每一个环节，无不得到徐四红导师的悉心指导和帮助。我愿借此机会向徐四红导师表示衷心的感谢！回顾四年学习期间的日日夜夜，自己的点点滴滴，酸甜苦辣让我能顺利完成我的学业而感到欣慰。欣慰之余，我要向关心和支持我学习的所有领导、老师、同学、室友和朋友们表示真挚的谢意！感谢他们对我的关心、关注和支持！

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。我愿在未来的学习和工作过程中，以更加丰厚的成果来答谢曾经关心、帮助和支持过我的所有领导、老师、同学、室友、朋友。祝愿母校绿树常青!

参考文献

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2.王大康，卢颂峰主编，机械设计课程设计，北京：北京工业大学出版社， 2000。

3.王训杰，邱映辉主编，机械设计  机械设计基础课程设计，大连：大连理工大学出版社， 2007。

4.孔凌斌，张春林主编，机械基础综合课程设计，北京：北京理工大学出版社， 2004。

5.何铭新，钱可强主编，机械制图（第五版），北京：高等教育出版社， 2004。

6.王世彤主编，机械原理与零件，北京：高等教育出版社， 1992。

7.机械设计手册编委会，机械设计手册（新版）第一卷，北京：机械工业出版社， 2004。

8. 机械设计手册编委会，机械设计手册（新版）第二卷，北京：

机械工业出版社， 2004。

9. 机械设计手册编委会，机械设计手册（新版）第三卷，北京：

机械工业出版社， 2004。