展开式二级圆柱齿轮减速器

桂林电子科技大学机电工程学院

课程设计说明书

课题名称：展开式二级圆柱齿轮减速器

学    院：桂林电子科技大学机电工程学院

专业班级：微电子制造工程08001502 

学    号：0800150214

学    生: 李炳伟

指导教师：李雪梅

                                         桂林电子科技大学教务处

                 2010年7月11日

《机械设计》课程设计评阅书

前 言    4

第一章    设计说明书    5

§1.1  设计题目    5

§1.2  工作条件    5

§1.3原始技术数据（表1）    5

§1.4  设计工作量    5

第二章    机械装置的总体设计方案    6

§2.1  电动机选择    6

§2.1.1选择电动机类型    6

§2.1.2选择电动机容量    6

§2.1.3确定电动机转速    6

§2.2  传动比分配    7

§2.2.1总传动比    7

§2.2.2分配传动装置各级传动比考虑到传动装置的外部空间尺寸取V    7

§2.3  运动和动力参数计算    7

§2.3.1  0轴（电动机轴）：    7

§2.3.2  1轴（高速轴）：    7

§2.3.3  2轴（中间轴）：    8

§2.3.4  3轴（低速轴）：    8

§2.3.5  4轴（卷筒轴）：    8

第三章  V带和带轮的传动设计    9

第四章  主要零部件的设计计算.…………………………………………………11

§4.1   展开式二级圆柱齿轮减速器齿轮传动设计    11

§4.1.1  高速级齿轮传动设计    11

§4.1.2   低速级齿轮传动设计    13

§4.3  轴系结构设计    16

§4.3.1  高速轴的轴系结构设计    16

§4.3.2  中间轴的轴系结构设计    20

§4.3.3 低速轴的轴系结构设计    23

     §4.3.4各轴键、键槽的选择及其校核...............................26

第五章    减速器箱体及其附件的设计    28

§5.1箱体结构设计    28

§5.2减速器附件的设计    29

第六章    运输、安装和使用维护要求    30

1、减速器的安装    30

2、使用维护    30

3、减速器润滑油的更换：    30

参 考 文 献    31

小     结    32

 前 言

机械设计综合课程设计在机械工程学科中占有重要地位，它是理论应用于实际的重要实践环节。本课程设计培养了我们机械设计中的总体设计能力，将机械设计系列课程设计中所学的有关机构原理方案设计、运动和动力学分析、机械零部件设计理论、方法、结构及工艺设计等内容有机地结合进行综合设计实践训练，使课程设计与机械设计实际的联系更为紧密。此外，它还培养了我们机械系统创新设计的能力，增强了机械构思设计和创新设计。

本课程设计的设计任务是展开式二级圆柱齿轮减速器的设计。减速器是一种将由电动机输出的高转速降至要求的转速比较典型的机械装置，可以广泛地应用于矿山、冶金、石油、化工、起重运输、纺织印染、制药、造船、机械、环保及食品轻工等领域。

本次设计综合运用机械设计及其他先修课的知识，进行机械设计训练，使已学知识得以巩固、加深和扩展；学习和掌握通用机械零件、部件、机械传动及一般机械的基本设计方法和步骤，培养学生工程设计能力和分析问题，解决问题的能力；提高我们在计算、制图、运用设计资料（手册、 图册）进行经验估算及考虑技术决策等机械设计方面的基本技能，同时给了我们练习电脑绘图的机会。 

最后借此机会，对本次课程设计的各位指导老师以及参与校对、帮助的同学表示衷心的感谢。

由于缺乏经验、水平有限，设计中难免有不妥之处，恳请各位老师及同学提出宝贵意见。

第一章    设计说明书

§1.1  设计题目

用于带式运输机的展开式二级圆柱齿轮减速器。传动装置简图如下图1所示。

                                   图 1

                    §1.2  工作条件

带式运输机连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，运输带速允许误差为50%。

使用期限为10年，大修期三年，小批量生产，两班制工作。

§1.3原始技术数据（表1）

本设计说明书以第5组数据为设计依据

§1.4  设计工作量

（1）减速器装配图一张；（1号图纸）

（2）零件工作图二张（大齿轮，输出轴，3号图纸）；

（3）设计说明书一份。

第二章机械装置的总体设计方案

§2.1  电动机选择

§2.1.1选择电动机类型

按工作要求选用Y系列（IP44）全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。该电动机的工作条件为：环境温度-15- +40℃，相对湿度不超过90%，电压380V，频率50HZ。

§2.1.2选择电动机容量

电动机所需工作功率（kW）为    

工作机所需功率（kW）为     

传动装置的总效率为

按《机械课程设计手册》表2-4确定各部分效率为:v带传动效率为，轴承传动效率，两级圆柱齿轮效率，联轴器效率，滚筒效率，代入得

所需电动机功率为

因载荷平稳，电动机额定功率略大于即可。由《机械课程设计手册》表20-1，Y系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为5.5kW。

§2.1.3确定电动机转速

 卷筒轴工作转速 卷筒的直径D=380mm

通常，二级圆柱齿轮减速器为，V带的传动比为2-4，则总传动比的合理范围为，故电动机转速的可选范围为

符合这一范围的同步转速有 1500r/min和3000r/min,所以现以这两种方案进行比较。由《机械课程设计手册》第二十章相关资料查得的电动机数据及计算出的总传动比列于表2：

表2    额定功率为时电动机选择对总体方案的影响

§2.2  传动比分配

§2.2.1总传动比

§2.2.2分配传动装置各级传动比

  减速器的总传动比为15.2,V带传动比2-4，此处取V带传动比为，对于两级卧式展开式圆柱齿轮减速器的，为了分配均匀取， =，计算得两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比，低速级的传动比。

  §2.3  运动和动力参数计算

§2.3.1  0轴（电动机轴）：

§2.3.2  1轴（高速轴）：

§2.3.3  2轴（中间轴）：

§2.3.4  3轴（低速轴）：

§2.3.5  4轴（卷筒轴）：

 运动和动力参数的计算结果加以汇总，列出表3如下：

(1)计算功率.     

 查表得  故

   ==

(2)选V带的型号（选普通型）

=6.2KW    查表得此坐标点位于A型区域内，现取A型V带计算.

（3）求大小带轮基准直径，

查表得应不少于75，现取，得

查表取，（虽然使减速器箱体及其附件的设计略有减少，但误差小于5%，故允许）。

（4）验算带速v：

带速在5~25的范围内，合适

 （5）求v带基准长度和中心距a

     1）初步选取中心距

        取  符合

求带长    

==1229mm

查表对A型V带选用

2）计算实际中心距

     （6）验算小带轮包角

            合适。

   （7） 求V带根数z

         今  查表得

得传动比

查表得   

     由查表得  查表得

     由此可得

取6根

 （8）求作用在带轮上的压力

        查表得q=0.1 ，故单根V带的初拉力

作用在轴上的压力

第四章  主要零部件的设计计算

§4.1   展开式二级圆柱齿轮减速器齿轮传动设计

§4.1.1  高速级齿轮传动设计

1． 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数

1）按以上的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。

2）运输机为一般工作，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。

3) 材料选择。考虑到制造的方便及小齿轮容易磨损并兼顾到经济性，两级圆柱齿轮的大、小齿轮材料均用合金钢，热处理均为调质处理且大、小齿轮的齿面硬度分别为240HBS,280HBS，二者材料硬度差为40HBS。

4）选小齿轮的齿数，大齿轮的齿数为，取。

故实际传动比i==3.2

2． 按齿面接触强度设计

   由设计公式进行试算，即

(1)确定公式内的各计算数值

1)试选载荷系数

2) 由以上计算得小齿轮的转矩

3)  查表及其图选取齿宽系数.2，材料的弹性影响系数，，按齿面硬度的小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。

4)计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1％，安全系数

      由    得

（2） 计算：

1)  带入中较小的值，求得小齿轮分度圆直径的最小值为

mm

2)  计算模数： 

 模数:        

3)  计算齿宽：       

取         

4）查表取m=3mm，实际的.

5）中心距：   

3．按齿根弯曲强度计算：

弯曲强度设计公式为

(1)确定公式内的各计算数值

1)查图得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限;

2)计算弯曲疲劳许用应力.

取弯曲疲劳安全系数,得

.

3)查取齿形系数.

 查表得  

4)查取应力校正系数.

查表得 

5) 计算大、小齿轮的并加以比较.

大齿轮的数值大.

(2)设计计算

     对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大小要取决于接触疲劳强度所决定的承载能力,可取接触疲劳强度算得的模数2.94，并接近圆整为标准值,按接触强度算得的分度圆直径.

                                                  .

   这样设计出的齿轮传动,即满足了齿面接触疲劳强度,又满足齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费.

4. 验算齿轮弯曲强度：

，安全

5.齿轮的圆周速度:

查表可知选用8级精度是合适的。

            §4.1.2   低速级齿轮传动设计

1． 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数

1）按以上的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。

2）运输机为一般工作，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。

3) 材料选择。考虑到制造的方便及小齿轮容易磨损并兼顾到经济性，两级圆柱齿轮的大、小齿轮材料均用合金钢，热处理均为调质处理且大、小齿轮的齿面硬度分别为240HBS,280HBS，二者材料硬度差为40HBS。

4）选小齿轮的齿数，大齿轮的齿数为，取，

故实际传动比i=2.67。

2． 按齿面接触强度设计

   由设计公式进行试算，即

(1)确定公式内的各计算数值

1）试选载荷系数

2）由以上计算得小齿轮的转矩

3）查表及其图选取齿宽系数，材料的弹性影响系数，，按齿面硬度的小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。

4）计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1％，安全系数

      由    得

（2） 计算：

1)  带入中较小的值，求得小齿轮分度圆直径的最小值为

2)  计算模数：  

 模数:        

3）计算齿轮宽度：

   +-

取     ,    

4）查表取m=4mm，实际的.

5）计算中心距：   

3．按齿根弯曲强度计算：

弯曲强度设计公式为

(3)确定公式内的各计算数值

查图得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限;计算弯曲疲劳许用应力.

取弯曲疲劳安全系数,得

6)查取齿形系数.

 查表得  

7)查取应力校正系数.

查表得 

8)计算大、小齿轮的并加以比较.

大齿轮的数值大.

(4)设计计算

     对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大小要取决于接触疲劳强度所决定的承载能力,可取接触强度算得的模数3.6，并接近圆整为标准值,按接触强度算得的分度圆直径86.57.

   这样设计出的齿轮传动,即满足了齿面接触疲劳强度,又满足齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费.

4. 验算齿轮弯曲强度：

，安全

5.齿轮的圆周速度:

查表可知选用9级精度是合适的。

§4.3  轴系结构设计

§4.3.1  高速轴的轴系结构设计

一、轴的结构尺寸设计

根据结构及使用要求,把该轴设计成阶梯轴且为齿轮轴,共分七段,其中第5段为齿轮,如图2所示: 

图2

由于结构及工作需要将该轴定为齿轮轴,因此其材料须与齿轮材料相同,均为合金钢,热处理为调制处理, 材料系数C为110。

所以,有该轴的最小轴径为: 

考虑到该段开键槽的影响,轴径增大5%,于是有:

      标准化取

其他各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表:

表6   高速轴结构尺寸设计

（1）轴的受力模型简化(见图3)及受力计算

L1=62.5  L2=197.5  L3=92.5

作用在齿轮上的圆周力

径向力           

作用在轴1带轮上的外力

（2）求垂直面的支反力

(3)求垂直面弯矩

                           图3

                                                              图3

(4)求水平面支反力

(5)求水平面弯矩

(6)求F在支点产生的支反力

(7)F产生的弯矩

(8)求合成弯矩（考虑最不利的情况，把MaF与直接相加）

(9)求危险截面的当量弯矩

由弯矩图可知a-a截面最危险（齿轮轴中截面），当量弯矩为

认为该轴的扭切力是脉动循环变应力，取折合系数  

（10）计算危险截面处轴的直径

      轴的材质为45#钢，调质处理，查表14-3、14-1，  

则： 

由于。

三、轴承的寿命校核

鉴于调整间隙的方便,轴承均采用正装.预设轴承寿命为10年即87600h.

校核步骤及计算结果见下表:

表7   轴承寿命校核步骤及计算结果

§4.3.2  中间轴的轴系结构设计

一、轴的结构尺寸设计

根据结构几使用要求该轴设计成阶梯轴且为齿轮轴,共分五段,其中第2段和第4段为齿轮,如图4所示:

图4

由于结构及工作需要将该轴定为齿轮轴,因此其材料须与齿轮材料相同,均为合金钢,热处理为调制处理,取材料系数 

所以,有该轴的最小轴径为: 

因键槽开在中间，其影响不预考虑     标准化取

其他各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表:

表8   中间轴结构尺寸设计

轴的受力模型简化(见图5)及受力计算

2.轴的受力分析及计算，校核

（1）轴的受力模型简化

L1=62.5  L2=105  L3=92.5

作用在齿轮上的圆周力

径向力

径向力

（2）求垂直面的支反力 

(3)求垂直面弯矩

（4）求水平面支反力

(5)求水平面弯矩

(7)求合成弯矩（m-m,n-n截面为最危险截面）

（8）求危险截面的当量弯矩

m-m截面： 

n-n  截面： 

由于

三、轴承的寿命校核

鉴于调整间隙的方便,轴承均采用正装.预设轴承寿命为10年即87600h.

校核步骤及计算结果见下表:

表9   轴承寿命校核步骤及计算结果

§4.3.3 低速轴的轴系结构设计

一、轴的结构尺寸设计

根据结构几使用要求该轴设计成阶梯轴,共分七段,如图6所示:

图6

考虑到低速轴的载荷较大，材料选用45,热处理调质处理,取材料系数 

所以,有该轴的最小轴径为: 

考虑到该段开键槽的影响,轴径增大5%,于是有:

      标准化取

其他各段轴径、长度的设计计算依据和过程见下表:

表10   低速轴结构尺寸设计

轴的受力模型简化(见图7)及受力计算

（1）轴的受力模型简化

L1=92.5  L2=163

作用在齿轮上的圆周力

径向力

(2)求垂直面的支反力 

(3)求垂直面弯矩

(4)求水平面支反力

(6)求水平面弯矩

(7)求合成弯矩

              图7

(7)求危险截面的当量弯矩

由弯矩图可知a-a截面最危险（齿轮轴的中截面），当量弯矩为

认为该轴的扭切力是脉动循环变应力，取折合系数  

（8）计算危险截面处轴的直径

      轴的材质为45#钢，调质处理，查表14-3、14-1，  

则： 

由于

三、轴承的寿命校核

鉴于调整间隙的方便,轴承均采用正装.预设轴承寿命为10年即87600h.

校核步骤及计算结果见下表:

表11  轴承寿命校核步骤及计算结果

§4.3.4 各轴键、键槽的选择及其校核

因减速器中的键联结均为静联结,因此只需进行挤压应力的校核.

一、高速级键的选择及校核:

带轮处键:按照带轮处的轴径及轴长选 键B8X7,键长50,GB/T1096

联结处的材料分别为: 45钢(键) 、40Cr(轴)

其中键的强度最低,因此按其许用应力进行校核,查手册其

该键联结合格

二、中间级键的选择及校核:

按照该轴小齿轮处的轴径及轴长选 键B12X8,键长60,GB/T1096

联结处的材料分别为: 45钢(键) 、40Cr(轴)

其中键的强度最低,因此按其许用应力进行校核,查手册其

该键联结合格

按照该轴大齿轮处的轴径及轴长选 键B16X10,键长90,GB/T1096

联结处的材料分别为: 45钢(键) 、40Cr(轴)

其中键的强度最低,因此按其许用应力进行校核,查手册其

该键联结合格

三、低速级级键的选择及校核

(1)低速级大齿轮处键: 按照轮毂处的轴径及轴长选 键B22X14,键长90 GB/T1096

联结处的材料分别为:  20Cr (轮毂) 、45钢(键) 、45(轴)

其中键的强度最低,因此按其许用应力进行校核,查手册其

该键联结合格

(2)联轴器处键: 按照联轴器处的轴径及轴长选 键16X10,键长100,GB/T1096

联结处的材料分别为:  45钢 (联轴器) 、45钢(键) 、45(轴)

其中键的强度最低,因此按其许用应力进行校核,查手册其

该键联结合格.

第五章 减速器箱体及其附件的设计

§5.1箱体结构设计

根据箱体的支撑强度和铸造、加工工艺要求及其内部传动零件、外部附件的空间位置确定二级齿轮减速器箱体的相关尺寸如下：（表中a=176）

表12   箱体结构尺寸

油塞 1

第六章 运输、安装和使用维护要求

1、减速器的安装 

（1）减速器输入轴直接与原动机连接时，推荐采用弹性联轴器；减速器输出轴与工作机联接时，推荐采用齿式联轴器或其他非刚性联轴器。联轴器不得用锤击装到轴上。 

（2）减速器应牢固地安装在稳定的水平基础上，排油槽的油应能排除，且冷却空气循环流畅。 

（3）减速器、原动机和工作机之间必须仔细对中，其误差不得大于所用联轴器的许用补偿量。 

（4）减速器安装好后用手转动必须灵活，无卡死现象。

（5）安装好的减速器在正式使用前，应进行空载，部分额定载荷间歇运转1~3h后方可正式运转，运转应平稳、无冲击、无异常振动和噪声及渗漏油等现象，最高油温不得超过100℃；并按标准规定检查轮齿面接触区位置、面积，如发现故障，应及时排除。 

2、使用维护 

本类型系列减速器结构简单牢固，使用维护方便，承载能力范围大，公称输入功率0.85—6660kw，公称输出转矩100—410000N.m，不怕工况条件恶劣，是适用性很好，应用量大面广的产品。可通用于矿山、冶金、运输、建材、化工、纺织、轻工、能源等行业的机械传动。但有以下条件： 

1.减速器高速轴转速不高于1000r/min; 

2.减速器齿轮圆周速度不高于20m/s; 

3.减速器工作环境温度为—40~45℃，低于0℃时，启动前润滑油应预热到8℃以上，高于45℃时应采取隔热措施。 

3、减速器润滑油的更换：

（1）减速器第一次使用时，当运转150~300h后须更换润滑油，在以后的使用中应定期检查油的质量。对于混入杂质或变质的油须及时更换。一般情况下，对于长期工作的减速器，每500~1000h必须换油一次。对于每天工作时间不超过8h的减速器，每1200~3000h换油一次。 

（2）减速器应加入与原来牌号相同的油，不得与不同牌号的油相混用。牌号相同而粘度不同的油允许混合用。 

（3）换油过程中，蜗轮应使用与运转时相同牌号的油清洗。 

（4）工作中，当发现油温温升超过80℃或油池温度超过100℃及产生不正常的噪声等现象时，应停止使用，检查原因。如因齿面胶合等原因所致，必须排除故障，更换润滑油后，方可继续运转。 

减速器应定期检修。如发现擦伤、胶合及显著磨损，必须采用有效措施制止或予以排除。备件必须按标准制造，更新的备件必须经过跑合和负荷试验后才能正式使用。 用户应有合理的使用维护规章制度，对减速器的运转情况和检验中发现的问题应做认真的记录  。

参 考 文 献

1    <<机械设计>>第八版             濮良贵主编     高等教育出版社 ，2006

2    <<机械设计课程设计>>第1版 . 王昆,何小柏主编    .机械工业出版社 ,2004

3   <<机械原理>>               申永胜主编     清华大学出版社 ,1999

4   <<材料力学 >>    西南交通大学应用力学与工程系主编

5   <<几何公差与测量>>第五版       甘永力主编  上海科学技术出版社 ，2003

6   <<机械制图>>   

小     结

转眼两周的时间过去了，感觉时间过得真快，忙忙碌碌终于把机械设计做出来了。我通过这次设计学到了很多东西。使我对机械设计的内容有了进一步的了解.

记得当初刚开始做设计的时候，机械设计基础的课程刚刚学完，自己根本没有什么概念，感到很盲目，慢慢的在同学的帮助下自己尝试着去设计一些简单的零件，不断的去查表查资料看书本上的设计校核，开始懂得了设计的理念。沿着这个思路我开始了我两个星期艰辛的路程，在设计的过程中遇到了很多的困难，比如设计出来的尺寸对不上，装不上等，但在老师辅导，同学的帮助下我慢慢的克服了困难，完成了一个一个零件的设计。设计完后开始画图，但到画图的过程中发现不对又开始修改设计，修改后继续画。这样的过程重复了很多遍，说不累人那是骗人的。现在回味起来，在那些埋头做设计的日子里有苦也有乐。象咱们兄弟一起熬夜写说明书，虽然累人，但是想到有着人陪咱一起奋斗就觉得很幸福的样子。在这段日子里，我更多的是学到了比知识更重要的东西，那就是设计的经历，这是没有体验过设计的人无法感知得到的。自己亲自去设计一个减速器就是一个真实的实践活动，那比在课堂上学得的东西强多了，那是对知识运用能力的考验。有些人总抱怨自己学的东西都没有用处，做课设不就是一件很实在的东西吗？那过程就是你对知识的运用的过程，期中就看你对知识的掌握能力了，所以我们对课堂上学的东西也不能太马虎大意，要一步一个脚印，扎扎实实的打好理论知识的基础，那是对课设的坚实的基础。设计中难免会有错误的地方，但我以尽我所能了，我已经尝试着去做得很好！

经历了课设，在以后的学习过程中，让我更加明白了知识是一环扣一环的，理论离不开实践，实践也离不开理论的指导。像我们大学生就应该两手都要抓，理论要学好，更要懂得去实践，去尝试！往后我要更加牢固的打好基础打好理论知识，为将来的实践与工作做好准备。争取做一名有坚实基础的合格的大学生。