机械设计课程设计一级圆柱齿轮减速器设计

1、机械设计课程设计（一级圆柱齿轮减速器设计）设计一级圆柱齿轮减速器，转矩为T=2100Nm，转速为nw=60r/min 一、电动机类型的选择1、选择电动机按照工作要求和条件选择Y系列一般用途的三相异步电动机2、电动机功率和效率电动机的总功率： 总效率： 查表得，弹性联轴器的传动效率1=0.99，滚动轴承的传动效率2=0.99，圆柱齿轮的传功效率3=0.99，滚子链的传动效率4=0.96 电动机的总效率=12234=0.990.9920.990.96=0.92电动机的输出功率：查表得，选用电动机的额定功率为15kw3、确定电动机的型号按机械设计手册中表推荐的传动比范围是：单级圆柱齿轮I=（35）

2、，链I=（24）所以电动机的转速范围是：n=（35）（24）60 = 3601200 r/min在该范围内电动机的转速有750 r/min 和1000 r/min 两种型号，参数如下表所示： 综合考虑电动机和传动装置的尺寸结构和链传动及减速器的传动比，选用方案，即选电动机型号为Y180L-6，则查表得有关参数如下： 额定功率P=15kw 满载转速nm=970r/min 伸出端长度E=110mm 伸出端直径D=48mm二、传动装置的总体设计1、计算总传动比、分配各级传动比总传动比： 取链传动比i链=4，则齿轮的传动比 2、计算传动装置的运动和运动参数设0轴为电动机轴，1轴为高速轴，2轴为低速轴，

3、3轴为工作机轴，则有：i01=1，i12=i齿轮=4.04，i23=i链=41）各轴转速： 2）各轴功率： 3）各轴转矩： 三、齿轮传动设计1、选择材料，确定许用应力小齿轮用40Cr调质钢，齿面硬度为217286HBS，Hlim1=700MPa，FE1=600MPa；大齿轮用45调质钢，齿面硬度为197286HBS，Hlim2=600MPa，FE2=450Mpa。查表得，取最小安全系数SH=1.0, SF=1.25，则 2、按齿面接触强度设计设齿轮按7级精度制造，取载荷系数K=1.5，齿宽系数d=0.8，小齿轮上的转矩T1=154.52Nm，由于该齿轮为标准齿轮，故取区域系数ZH=2.5，取弹

4、性系数ZE=188，则 齿数取Z1=27，则Z2=4.0427109。故实际传动比 齿宽b=dd1=0.874.75=59.8mm，取b2=60mm，b1=65mm，按表4-1，取m=3，实际的d1=Z1m=273=81mm，d2=Z2m=1093=327mm中心距 3、验证齿轮弯曲强度查表得，大齿轮的齿形系数YFa1=2.67，齿根修正系数YSa1=1.61，小齿轮的齿形系数YFa2=2.21，齿根修正系数YSa2=1.81，则齿轮的弯曲强度为： 故安全。 4、齿轮的圆周速度 对照表可知选用7级精度是合理的。5、齿轮几何计算齿顶圆直径： 齿根圆直径： 全齿高： 6、齿轮结构设计根据前面的计算

5、，可得：小齿轮设计成齿轮轴的结构，大齿轮设计成采用锻造毛坯的腹板式结构，所以，大齿轮的有关尺寸设计计算如下：轴孔直径d=60mm轮毂直径D1=1.6d=1.660=96mm轮缘厚度取0=9mm轮缘内径D2=da2-2h-20=333-26.75-29=301.5mm，取D2=300mm腹板厚度c=2m+0.15b15mm，取c=18mm腹板中心孔直径D0=0.55（D1+D2）=0.55（96+300）=218.7mm，取D0=218mm腹板孔直径d0=0.25（D2-D1）=0.25（300-96）=51mm齿轮倒角n=0.5m=0.53=1.5mm取n=2mm倒圆角取r=2mm四、轴的设计

6、计算及校核1、轴的选材及其许用应力有一只条件知减速器的传递功率为中小功率，对材料无特殊要求故选用45号钢并经调质处理，硬度为217255HBS，B=650MPa，S=360Mpa，-1=300Mpa，许用弯曲应力-1b=60MPa,2、按扭矩初估最小直径高速轴： ，考虑到轴的最小直径上安装联轴器，有键槽存在，所以取d1=30mm低速轴：，考虑到轴与链轮连接，有键槽存在，所以取d2=45mm3、轴的结构设计根据轴上零件的位置和固定方式、拆装方便等要求，考虑到强度，高速轴设计成阶梯轴。1）确定轴上零件的布置方案和定位方式：高速轴：将齿轮布置在中间位置，对称两端放轴承，齿轮一端用轴肩定位，另一端用轴

7、套定位，用平键作周向定位。其中轴的轴向定位用轴端盖凸缘单向固定外圈实现。低速轴：轴为齿轮轴，齿轮一端布置在中间位置，对称两端安装轴承，轴外伸出端安装联轴器。2）确定各轴段直径：高速轴：轴段1：与联轴器联接，取d1=30mm 轴段2：安装端盖、滚动轴承和挡油环，d1= d1+22.5=35mm 轴段3：齿轮段，d1=da1=87mm轴段4：安装挡油环和滚动轴承，d1= d1=35mm低速轴：轴段1：与链轮联接，取d2=45mm 轴段2：过度轴段，d2=50mm 轴段3：安装滚动轴承与挡油环，d2= d2+23.5=45+7=52mm，取d2=55mm 轴段4：安装齿轮，d2=60mm轴段5：安装

8、滚动轴承与挡油环，d2=55mm3）确定各轴段长度高速轴：轴段1长度 根据联轴器长度确定，查表得L=82mm，轴段1的长度应缩进2mm，取L1=80mm轴段2长度 查表得滚动轴承的宽度为21mm，取轴承外端到端盖外端面的距离取为20mm，轴段2伸出箱体外长度取13mm，挡油环取17.5mm，为保证齿轮端面与箱体内壁不碰壁，齿轮端面与箱体内壁之间应留有一定的间隙，取轴承端面到齿轮端面的距离为10mm，齿轮端面到箱体内壁距离为8mm（保证轴承安装在座孔中并能有效地润滑，轴承相对于箱体内壁缩进2mm），则轴段2的长度为L1=17.5+20+21+13+8=79.5mm轴段3长度 轴段3为齿轮段，故轴

9、段3的长度为L1=65mm轴段4长度 由于与轴段2对称布置，所以滚动轴承与齿轮端面的距离为17.5mm，故轴段4的长度为L1=17.5+21=38.5mm低速轴：轴段1长度 与链轮联接，取L2=72mm轴段2长度 取伸出端盖长度为13mm，端盖长度为20mm，则轴段2长度为：L2=13+22=33mm轴段3长度 查表得滚动轴承的宽度为29mm，取挡油环的宽度为20mm，则轴段3的长度为：L2=29+20=49mm轴段4长度 安装齿轮段，由于齿轮宽度为60mm，又要使轴段缩进齿轮孔2mm，所以取轴段4长度L2=60-2=58mm轴段5 长度 由于对称布置，故轴段5长度L2= L2=49mm4、轴

10、受力分析高、低速齿轮所受的力主要为径向力和圆周力，所以对于高速轴：圆周力 径向力 对于低速轴：圆周力 径向力 5、危险截面校核1）高速轴的危险截面强度校核 联轴器作用在轴上的力 根据前面计算，已知电动机的功率P=14.93kw，转速T=970r/min，转矩，取工作情况系数KA=1.5,则计算转矩TC=KAT=1.5147=220. 5Nm，查表得，外径D=125mm，联轴器作用在轴上的力： 垂直面、水平面支撑反力 垂直面支撑反力 水平面支撑反力 F力在支点产生的反力 垂直面、水平面的弯矩 垂直面弯矩 水平面弯矩 F力产生的弯矩 a-a截面F力产生的弯矩 合成弯矩图 考虑到最不利的情况，把直接

11、相加，于是得 轴传递的转矩 危险截面当量弯矩 由图可知，a-a截面为危险截面，轴的切应力为脉动循环变应力，取=0.6，其当量弯矩为 危险截面处轴的直径 轴的材料选用45钢，调质处理，由表查得B=650MPa，-1b=60 Mpa，则设计尺寸 ，满足要求2）低速轴的危险截面强度校核 链轮作用在轴上的力 确定链轮齿数 查表得，选Z1=25，则大齿轮的齿数Z2=i链Z1=325=75 计算功率 由表得，取工作情况系数KA=1.0，故 PC=KAP2=1.013.90=13.90kw 链条节距 估计此链传动工作于曲线顶点的左侧（即可能出现链板疲劳破坏），所以，采用单排链，取Km=1.0，所以,查表得，

12、当n2=240.10r/min时，16A链条能传递的功率为11.2kw（10.81kw），故采用16A的链条，节距P=25.40mm。计算链速 ，符合原来假定作用在轴上的力 垂直面、水平面支撑反力 垂直面支撑反力 水平面支撑反力 F力在支点产生的反力 垂直面、水平面的弯矩 垂直面弯矩 水平面弯矩 F力产生的弯矩 a-a截面F力产生的弯矩 合成弯矩图 考虑到最不利的情况，把直接相加，于是得 轴传递的转矩 危险截面当量弯矩 由图可知，a-a截面为危险截面，轴的切应力为脉动循环变应力，取=0.6，其当量弯矩为 危险截面处轴的直径 轴的材料选用45钢，调质处理，由表查得B=650MPa，-1b=60

13、Mpa，则设计尺寸，满足要求五、滚动轴承的选择及校核考虑轴受力较小且主要受径向载荷，故采用深沟球滚动轴承，根据计算所得轴的尺寸，查表得，高速轴选用滚动轴承型号为：6307 GB/T 276-1994 ，低速轴选用滚动轴承型号为：6311 GB/T 276-1994查表得，滚动轴承的有关参数：基本额定动载荷Pr1=33.2KN，Pr2=71.5KN所需滚动轴承寿命：L=3658570%=10220h取温度系数ft=1，=3，则轴承可达到寿命：高速轴： 低速轴： 故滚动轴承选用满足要求。六、键的选择及其校核高速轴外伸端直径d=30mm，查表得，选用键8770 GB/T 1906-2003，材料选4

14、5钢，许用挤压应力取P=120MPa，则，强度足够低速轴与齿轮联接处直径d=60mm，查表得，选用键181150 GB/T 1906-2003，材料选45钢，许用挤压应力取P=120MPa，则，强度足够低速轴与链轮联接处直径d=45mm，查表得，选用键14963 GB/T 1906-2003，材料选45钢，许用挤压应力取P=120MPa，则，强度足够 七、联轴器的选择由于减速器载荷较平稳，速度不高，无其他的特殊要求，考虑拆装方便以及经济性等问题，选用梅花形弹性联轴器，取工作情况系数KA=1.5，则计算转矩 查设计手册，选用梅花形弹性联轴器LM6 GB/T 5272-2002，其有关参数如下：型号：LM6公称转矩：400Nm许用转速：6100r/min轴孔直径：30mm轴孔长度：82mm八、减速器附件的选择及其说明箱体壁厚=8mm箱盖壁厚1=8mm箱盖凸缘厚度b1=1.51=12mm箱座凸缘厚度b=1.5=12mm想做底凸缘厚度b2=2.5=20mm地脚螺钉直径df=20mm 地脚螺钉数目n=4轴承旁连接螺栓直径d1=16mm盖与底