一级圆柱直齿齿轮减速器说明书

设计题目 单级圆柱直齿齿轮减速箱设计 

专    业  机械设计制造及其自动化 

班    级                         

设 计 人                         

指导老师                          

完成日期                         

一．任务设计书

设计一用于带式运输机上的单级圆柱齿轮减速箱，运输机连续工作，单向运转，载荷变化不大，空载起动，减速器小批量生产，使用期限10年，两班制工作。运输带允许速度误差为5%.

设计参数:

运输带工作拉力  F= 2500  N

运输带工作速度   v = 1.3 m/s

卷筒直径         D=450 mm

设计工作量：1.减速器装配图一张（A1）

           2.零件图两张（A3或A4）

           3.设计说明书一份

传动方案如下图

二．运动参数的计算

1．电动机的选型

1）电动机类型的选择

按工作要求选择Y系列三相异步电机，电压为380V。

2）电动机功率的选择

滚筒转速：  

负载功率:

KW

电动机所需的功率为：（其中：为电动机功率，为负载功率，为总效率。）

为了计算电动机所需功率，先确定从电动机到工作机只见得总效率，设、、、分别为V带传动、闭式齿轮传动（齿轮精度为8级）、滚动轴承（球轴承）和联轴器的效率

查《机械设计课程设计》表得 =0.95 =0.97 =0.99 =0.99

折算到电动机的功率为:

选取电机额定功率为4kw

3）电动机转速的选择

选择常用的同步转速为1500 r/min和1000 r/min。

电动机

为了合理分配传动比，使机构紧凑，选用电动机Y132M1-6

2．计算传动装置的总传动比和分配传动比

(1)总传动比: 

（2）选择带传动的传动比3

（3）齿轮的传动比  

3．计算传动装置的运动和动力参数：

（1）计算各轴的转速:

I轴转速：

（2）各轴的输入功率

I轴上输入功率:

II轴输入功率：

III轴输入功率：

（3）各轴的转矩

电动机的输出转矩：

运动和动力参数如下表

1.　确定计算功率

查机械设计手册得：

,式中为工作情况系数， 为传递的额定功率,即电机的额定功率.

2.　选择带型号

根据，,查课本图11.15选用带型为A型带．

3.　选取带轮基准直径

1）初选小带轮基准直径 

查课本表11.6和表11.15取小带轮基准直径

2）验算带速v

在5～25m/s范围内，故V带合适

3）计算大带轮基准直径

取大带轮基准直径

4.　确定中心距a和带的基准长度

由得

初步选取中心距

所以带长,=

查课本图11.4选取基准长度得实际中心距

5.　验算小带轮包角

，包角合适。

6.　确定v带根数z

由和查课本表11.8得

查课本表11.7,得=0.95

转速，传动比,查课本表11.10得

查课本表11.12得

故选Z=5带。

7.计算初拉力

由表11.4得q=0.1kg/m.

单根普通Ｖ带张紧后的初拉力为

8.轴上载荷

9.V带轮的结构设计

（1）B=（Z-1）e+2f=（5-1）×15+2×10=80mm

⑵、小带轮的设计

采用材料HT150铸铁

∵D1=100mm＞3d，d为电机轴的直径d=38mm。 且＜300mm，故采用腹板式。腹板上不开孔。

⑶、大带轮的设计

由于 D2=400mm， 故采用孔板式。

四.齿轮的设计

1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数

（1）根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。

（2）运输机为一般工作状态的机器，转速不高，故齿轮选择8级精度。

（3）材料选择

根据课本表12.7：

小齿轮材料为40Cr（调质），硬度260HBS

大齿轮材料为45钢（调质）HB2=240HB

大小齿轮齿面的硬度差为260－240=20，是合理的。当运转过程中较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面，会起较明显的冷作硬化效应，提高了大齿轮齿面的疲劳极限，从而延长了齿轮的使用寿命。

2、按齿面接触疲劳强度设计

（1）转矩T1      =107500N·mm

（2）齿宽系数     由表12.13，取=1.0

（3）接触疲劳极限   =710MPa     (查图12.17)

 =580 MPa

（4）初步计算许用接触应力   

（5）值               由表12.16，取=90 

（6）初步计算小齿轮直径取75mm

初步齿宽b 

（7）齿数z和模数m

     取模数m=2.5

     小齿轮齿数

      大齿轮齿数 

圆周速度v     

3.校核计算

计算应力循环次数

大齿轮   

小齿轮   

齿根弯曲疲劳强度验算          

重合度系数       

齿间载荷分布系数   由表12.10，

齿向载荷分布系数    

   由图12.14       =1.38

载荷系数    

齿形系数   由图12.21              =2.53

                                     =2.15

应力修正系数 由图12.22                

弯曲疲劳极限   由表12.23c            

弯曲最小安全系数  由表12.14         

弯曲寿命系数     由图12.24            

   尺寸系数        由图12.25                  

   许用弯曲应力    

验算 

，

设计合理。

4.几何尺寸计算

（1）计算分度圆直径

（2）计算中心距

（3）计算齿宽

取，

 齿轮的主要尺寸和参数

（一）低速轴的设计

1.轴上的功率、转速和转矩

2.作用在齿轮上的力

切向力

径向力

3.初定轴的最小直径

先按课本式（15-2）初步估计轴的最少直径。材料为45钢，调质处理。根据课本表16.2，取

因为轴上有单键槽，最小轴径增加3%，

输出轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径，故先选联轴器。

联轴器的计算转矩，查课本表14-1，考虑到转矩的变化很小，故=1.4,，则：

选择弹性柱销联轴器,型号为:HL4型联轴器,材料为钢，其公称转矩为: 

轴孔直径d=48mm 

轴孔长L=112, L1 =84mm

许用转矩为4000r/min

4、轴的结构设计

(1)轴上零件的定位,固定和装配

单级减速器中可以将齿轮安排在箱体,相对两轴承对称分布（L5段）.齿轮左面由套筒定位,右面由轴肩定位,联接以平键作为过渡配合固定.

(2)确定轴各段直径和长度

<1>为了满足半联轴器的轴向定位要求, 轴段右端需制出一轴肩,故取段的直径,左端用轴端挡圈定位,半联轴器与轴配合的毂孔长度:,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,故段的长度应比略短,取:.

<2>初步选择滚动轴承,因轴承只受有径向力的作用 ,故选用深沟球轴承,参照工作要求并根据:.

由《机械设计课程设计》表12-5，选取6212型轴承,尺寸: 

故，左端滚动轴承采用套筒进行轴向定位,右端滚动轴承采用轴肩定位.取=63mm

<3>取安装齿轮处轴段L5的直径：，齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位,已知齿轮轮毂的宽度为,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短与轮毂宽度,故取：,齿轮右端采用轴肩定位,轴肩高度,取,则轴环处的直径：，轴环宽度：,取。 

<4>轴承端盖的总宽度为：,取：.

<5>取齿轮距箱体内壁距离为: ，。

至此,已初步确定了轴的各段直径和长度.

(3)轴上零件的周向定位

齿轮,半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接

1）齿轮与轴的连接

按查课本表6-1,得:平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为:.

为了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

2）半联轴器与轴的联接, 查课本表6-1，选用平键为:,半联轴器与轴的配合为: .

滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为:.

(4)确定轴上圆角和倒角尺寸

参照课本表15-2,取轴端倒角为:,L4处圆角取R4，各轴肩处圆角半径取。

(5)求轴上的载荷

在确定轴承的支点位置时,深沟球轴承的作用点在对称中心处，据轴的计算简图作出轴的弯矩图,扭矩图和计算弯矩图,可看出截面处计算弯矩最大 ,是轴的危险截面.

 (6)按弯扭合成应力校核轴的强度.

<1>作用在齿轮上的力

切向力

径向力

<2>求作用于轴上的支反力

水平面内支反力:  

垂直面内支反力: 

<3>作出弯矩图

分别计算水平面和垂直面内各力产生的弯矩.

计算总弯矩:

<4>作出扭矩图:.

<5>作出计算弯矩图:,

<6>校核轴的强度

对轴上承受最大计算弯矩的截面的强度进行校核.危险截面在A的左侧。

, 

由表16.3查得，因此，故安全。

（二）高速轴的设计

1.轴上的功率、转速和转矩

2.作用在齿轮上的力

切向力

径向力

3.初定轴的最小直径

先按课本式（15-2）初步估计轴的最少直径。

材料为40 ，调质处理。根据课本表16.2，取

    有键槽增加3%，输出轴的最小直径显然是安装带轮处轴的直径，=30mm 

电动机轴外伸80mm，配合轮毂长度69mm

4、轴的结构设计

由于小齿轮的直径与轴的直径相差不大，所以将高速轴做成齿轮轴。

（1）轴上零件的安装与定位。

     L3、L7段装轴承，轴承型号为6209，主要尺寸为 ，取。段作为轴肩用于轴承轴向定位，所以，取。L1右端用轴肩定位带轮，所以，，L5做成齿轮轴，为了充分与大齿轮啮合，。轴的主要尺寸如下图所示。     

(2)轴上零件的周向定位

大带轮与轴的联接，选用平键为:,大带轮与轴的配合为: .

滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为:.

(3)确定轴上圆角和倒角尺寸

参照课本表15-2,取轴端倒角为:,各轴肩处圆角半径取。

(5)求轴上的载荷

在确定轴承的支点位置时,深沟球轴承的作用点在对称中心处，据轴的计算简图作出轴的弯矩图,扭矩图和计算弯矩图,可看出截面处计算弯矩最大 ,是轴的危险截面.

 (6)按弯扭合成应力校核轴的强度.

<1>作用在齿轮上的力

切向力

径向力

<2>求作用于轴上的支反力

水平面内支反力:  

垂直面内支反力: 

<3>作出弯矩图

分别计算水平面和垂直面内各力产生的弯矩.

计算总弯矩:

<4>作出扭矩图:.

<5>作出计算弯矩图:,

<6>校核轴的强度

对轴上承受最大计算弯矩的截面的强度进行校核.危险截面在A的左侧。

, 

由表16.3查得，因此，故安全。

六. 轴承的选择及计算

1.轴承的选择：

轴承1：深沟球轴承6209

轴承2：深沟球轴承6212

2.校核轴承：

1）校核深沟球轴承6209，查《机械设计课程设计》表12-5得：

由课本表13-6，取

由于轴承只受径向力作用

对于球轴承，

按每年365个工作日，每天两班制，寿命为10年，所以合适。

2）校核深沟球轴承6212，查《机械设计课程设计》表12-5得：

由课本表13-6，取

由于轴承只受径向力作用

对于球轴承，

按每年365个工作日，每天两班制，寿命为10年，所以合适

七、键连接的选择和校核

1.选择键联接的类型

一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.键的材料为钢，

2.高速轴与带轮相联处键的校核

A型平键：,单键

轴径d1=30mm，轴段长l1=68mm，选用：

l’=l1-b=68-8=60mm

TⅡ=107.50 N.m

h=8mm

σP=4 TⅡ/d1hl’=4×107500/30×8×60=29.867Mpa<[σP]=125Mp                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

故满足要求

3.低速轴与齿轮相联处键的校核

A型平键：,单键

轴径d1=66mm，轴段长l1=72mm，选用：

l’=l1-b=72-20=52mm

TⅡ=598.757 N.m

h=12mm

σP=4 TⅡ/d1hl’=4×598757/66×12×52=58.15Mpa<[σP]=125Mp                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

故满足要求

4联轴器与低速轴相联处

A型平键：,单键

轴径d1=48mm，轴段长l1=82mm，选用：

l’=l1-b=82-10=72mm

TⅡ=598.757 N.m

h=8mm

σP=4 TⅡ/d1hl’=4×598757/48×8×72=86.6Mpa<[σP]=125Mp                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

故满足要求

5、计算结果：

选择弹性柱销联轴器,型号为:HL4型联轴器,其公称转矩为:，能够满足要求。

半联轴器的孔径:,半联轴器长度,半联轴器与轴配合的毂孔长度为:.

 联轴器的计算转矩，查课本表14-1，考虑到转矩的变化很小，故=1.4,，则：

故符合要求。

九.箱体结构的设计

减速器机体结构尺寸如下：

对于一级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以采用飞溅润滑，箱体内选用全AN150全耗损系统用油（GB443-19），装至规定高度.

密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，并匀均布置，保证部分面处的密封性。