一级圆柱齿轮减速器说明书

1、仅供个人参考For pers onal use only in study and research; not for commercial use机械设计课程设计课题名称一级圆柱齿轮减速器的设计计算系另g材料科学与工程专业09 级无机非金属材料科学班级09 级无机非金属材料科学姓 名盘枫翔学号0168指导老师完成日期2011年12月20日目录第一章绪论第二章 课题题目及主要技术参数说明2.1课题题目2.2主要技术参数说明2.3传动系统工作条件2.4传动系统方案的选择.第三章减速器结构选择及相关性能参数计算3.1减速器结构3.2电动机选择3.3传动比分配3.4动力运动参数计算第四章齿轮的设计计

2、算（包括小齿轮和大齿轮）4.1齿轮材料和热处理的选择4.2齿轮几何尺寸的设计计算4.2.1 按照接触强度初步设计齿轮主要尺寸4.2.2 齿轮弯曲强度校核4.2.3 齿轮几何尺寸的确定4.3齿轮的结构设计第五章轴的设计计算（从动轴）5.1轴的材料和热处理的选择5.2轴几何尺寸的设计计算521按照扭转强度初步设计轴的最小直径5.2.2轴的结构设计5.2.3轴的强度校核第六章轴承、键和联轴器的选择6.1轴承的选择及校核.6.2键的选择计算及校核6.3联轴器的选择参考文献第一章绪论本论文主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了机械设计基础、机械制图、工程力学、公差与互换性等多门课程

3、 知识，并运用SOLIDWORKS软件进行绘图，因此是一个非常重要的综合实 践环节，也是一次全面的、规范的实践训练。通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。主要体现在如下几个方面：（1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和 其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能 力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了 一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科 学的工程设计能力和创新能力。（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技

4、术资料的 能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。（4）加强了我们对Office软件中Word功能的认识和运用。第二章 课题题目及主要技术参数说明2.1 课题题目带式输送机传动系统中的减速器。要求传动系统中含有单级圆柱齿轮 减速器及 V 带传动。2.2 主要技术参数说明运输机主动鼓轮输入端转矩T=560 Nm,输送带的工作速度V=1.6 m/s,主动鼓轮直径 D=400 mm。2.3传动系统工作条件带式输送机在常温下连续工作、单向运转；空载起动，工作载荷较 平稳；两班制（每班工作8小时），要求减速器设计寿命为5年，中批量生 产；三相交流电源的电压为380/220V。2.4传动系统

5、方案的选择图1带式输送机传动系统简图计算及说明第三章减速器结构选择及相关性能参数计3.1减速器结构本减速器设计为水平剖分，封闭卧式结构。3.2电动机选择（一）工作机的功率PwNw=60X1000Vw/（ nD） =60X1000X1.6/ n400 =76.394r/mi nPw =Tw X Nw/9550=560 76.39/9550=4.480kw（二）总效率总总=带齿轮2联轴器链4滚=0.95X 0.98 X 0.9952 X 0.93 X 0.994=0.823（三）所需电动机功率RP=PW/ n 总=4.480/0.823=5.433kw查机械零件设计手册得 Ped = 5.5 kw

6、电动机选用 丫132S-4 n满=1440 r/min3.3传动比分配工作机的转速 n=60X1000v/ ( n D)=60X1000 X1.6/(n 400) =79.394r/mi ni 总=n 满/ n=1440/79.394=18.85由 i 带=1.82 i 齿=44.2 i 链=1.52.5Pw =4.480kw电动机 选用：Y132S-4电动机额 定功率Ped=5.5kwi 带=1.87i 齿=4.1可取：i 带=1.87 i 齿=4.1 i 链=18.85/(1.87 X 4.1)=2.2计算及说明3.4动力运动参数计算（一）转速nn0 =1440n0 =n 满=1440(

7、r/min)(r/min)ni=n o/i 带=口满 / i 带=1440/1.87=770.054(r/min )n I =770.0nii =ni/i 齿=770.054/4.1=187.818 ( r/min)54 (r/min)nII =187.8niii=nn =187.818( r/min)18 (r/min)(二）功率PP0=Pd=5.443kwP0=5.443kP1=F0 n 带=5.433X 0.95=5.171kwwP1= 5.171kP2=P1 n齿n轴承=P。n带n齿n轴承wP2=5.017k=5.443X 0.95 X 0.98X 0.99=5.017kwwP3=4.

8、942kP3=P2n联轴器n轴承=PH带口齿轮口联轴器 2滚w=5.443X 0.95 X 0.98X 0.995 X 0.992 =4.942kw(三）转矩TT0=36.098T =9550P。/ n =9550X5.433/1440 =36.098N *mN * mT仁60.833=9550 R / n1 =9550X 5.171/720=68.588NN * mT2=239.515T2=9550 F2 / n2 =9550X 5.017/180=266.180NN * m不得用于商业用途计算及说明结果轴号功率P/kWn/(r.min )T/(N - m)05.433144036.0981

9、5.171770.05460.83325.017187.818239.515将上述数据列表如下:第四章 传动零件的设计计算减速器外部零件的设计计算-普通V形带传动设计普通V形带传动须确定的内容是：带的型号、长度、 根数，带轮的直径、宽度和轴孔直径中心距、初拉力及作用在轴 上之力的大小和方向1、选择普通V型带型号查课本由表13-6得Ka=1.2,则计算功率为Pc=Ka P=1.2X 5.433=6.520kwPc由课本图13-12得，选取A型V带。2、确定带轮基准直径并验算带速查课本图13-12与13-7取小轮直径 d1=112mm大轮直径 d2=n1dn2=2X 112=224mm带速 V=n

10、 m d n / (1000X 60) =3.14 X 112 X 1440/(1000x 60)=8.44m/s 介于525m/s范围内，故合适3、确定带长和中心距a。：由下式初步确定中心距a。即 0.7 (d1+d2) aoW 2 (d1+d2)0.7X( 112+224) aw2X( 112+224)235mm 120 小轮包角合适5、确定带的根数查表 13-5 得 P = 1.62kW查表 13-9 得 K=1.12，查表 13-8 得氐=1.03 X 10-31 3P = Kbn0(1)=1.03X 10- X 1440X ( 1 1/1.12) =0.16kwKi由表 13-10

11、得 k -.=0.97，由表 13-2 得 k L =0.99PCP P a=6.250/(1.62+0.16 ) X 0.99 X 0.97=3.81故要取4根A型V带6、计算轴上压力由课本表13-1查得q=0.1kg/m2F0=5OOPc/ZV (2.5/k -.-1) +qV=500 X 6.520/(4 X 8.44) X (2.5/0.97-1)+0.1 X28.442N=156N则作用在轴承的压力Ff2ZFsin a 1/2=2 X4X 156sin(165.72 72) =1238 N所以选择4跟A型普通V带，中心距533mm d=112mm d2=224mm第五章齿轮的设计计算

12、4.1直齿圆柱齿轮(1)选择齿轮材料及精度等级考虑减速器传递功率不大，所以大小齿轮均采用软 齿面。小齿轮选用45钢调质，齿面硬度为250HBS;大 齿轮选用45钢正火，齿面硬度210HBS。由表11-2得齿 轮传动选7级精度。R=1.62kW选用4根A 型V带F0=156NFq=1238 N(2)初选齿数和齿宽系数。Zi=25 Z 2= 25 i i=25X 4.1=1034.2齿轮几何尺寸的设计计算乙=25 乙=103 小齿轮的转矩为 Ti =60.83N m(2)载荷系数，为载荷平稳，取 K=1。初设v=3m/s,由表11-5 KV =1.05，由表11-9取k - =1.4，齿轮在轴上T

13、1=60.83N m对称布置有： a =0.4，查表得d =0.8由图11-7可取K 1.03所以载荷系数 K= KA KVK . K .=1 X 1.05X 1.4X 1.03=1.514 确定弹性系数Ze ,节点区域系数Zh ,重合度系数Z ；螺旋角系数Z :弹性系数由表11-6得ZE =189.8 76.6(kT1(u+1)/ du t h )= (189.8X 2.43X 0.818X 0.983/540)1X( 2 X 1.514X 60.830X 1000/0.8 X 5.1/4.1) 3=51.31mm(4)验算速度Vnd1n13.14 X51.31 X770.504一、V= m

14、/s=2.070m/s3m/s 与初设60 1000 60 1000v51.31mm(2) 确定中心距 a： a= mZ1 了2)=2 x( 25+103) / (2x cos15)2cosP=132.52mm, 圆整为 132mm(3)确定螺旋角1 :14 8 24(4)确定分度圆直径:2aFccosmn(乙乙烏沁2 (25 103)2X32dr= mn： =2 X 25/cos14cosP ?8 24 =48.485mm8 24 =212.437mmd2 = “：2 =2 X 103/cos14cos(5)确定齿宽 b1、b2 : b2= d X d1=0.8 X48.485=38.788

15、mm 取 b2 =40mmb1 = b2 +5=40+5=45mm4.4弯曲疲劳强度校核计算(1)确定齿形系数YFa应力修正系数Ysa重合度系数丫 ；螺旋角系数丫小齿轮当量齿数 Zv1 = =厂今“ =27.42cos p cos3148 24大齿轮当量齿数 Zv2 = Z| n =3 ”3“ =112.96,查图 11-12, 11-13带速与初设相符mn =2 mma=132mm螺旋角：为14 8 24”d1 =48.485mmd2 =212.437mmb2 =40mmb1 =45mmcos30 cos3148 24得到：YFa1=2.60, Ysa1=1.60, YFa2 =2.18,

16、Ysa2 = 1.82，重合度系数因已知Zv1 =27.42Zv2 =112.96X=0.9 , ；t =1.662，所以 Y =1/X ；t=1/(0.9 X 1.662)=0.67,螺旋角系数 YR=1- =1-14 8 24 /140 =0.899140(2) 计算需用弯曲应力(T F1:小齿轮为45#钢调质处理，查图11-14, 得至V ；Flim 1 =460MPa，大齿轮45钢正火处理取 二帥2 =430MPa，因为模数mn=2，查图11-15可取尺寸系数 Yx =1.0，失效概率为1%查表11-7得安全系数SF =1那么许用弯曲应力二F1 = ；Flim1 Yx /Sf=460X

17、 1/1=460MPa二 F2 = ；Flim2 YX /SF =430X 1/1=430MPa2KT匚 F1 =460MPa；f2】 =430MPa二 F1 =148.5 MPa460MP二 F2 =141.6MPa430MP a强度符合(3) 验算弯曲疲劳强度： c F1 =1 YFa1YSa1Y Y - =2 X 1.514 X 60.830bd 1m nX 1000/(45 X 38.788X 2) X 2.60 X 1.60 X 0.67X 0.899=148.5MPa460MPaYFa2YSa2匚 F2 = ；F1=148.5 X 2.18 X 1.82/(2.60 X 1.60)

18、=141.6MPa430MPa丫 Fa1 YSa1所以该齿轮的传动的疲劳强度已经足够参数mn乙Z2d1d2n结果2mm2510348.485212.4320mm7mm参数b1b2da1da2aP结果45mm40mm52.485216.43132mm12 mm7mm8 24大齿轮齿顶圆直径 da2 = d2+2 mn =212.437+2 X 2=216.437mm小齿轮齿顶圆直径 da1 = d1+2mn =48.485+2 X 2=52.485mm4.5齿轮的结构设计小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构。 大齿轮的关尺寸计算如下：轴孔直径d s=50mm轮毂直径 d h=1.

19、6ds=80mm轮毂宽度I h=1 ds=50mm轮缘厚度 S o = (2.54) mn = 58mm)取 S o =10mm齿宽b=40mm腹板孔直径d o =28mm第五章轴的设计计算5.1轴的初估计算由前面的计算知道输入功率 R=5.171kw，转速n1=770.05r/min，主动齿轮分度圆直径 d1=48.485mm，轮毂长度为 50mm，转矩=60.833Nm那么作用在齿轮上的圆周力作用在齿轮上的径向力Ft =2/d1=2 X 60.833 X 1000/48.485=2509.4NFr= Ft tan_：in/cos : =2509.4 X tan20 /cos14 ”8 24

20、 =944.5NFt =2509.4NFr=944.5NFa =632.2N作用在齿轮上的轴向力Fa=Fttan 一： =2509.4 X tan 14 8 24 =632.2N轴长度的初步估算：由课程设计书中图5-1知道轴的长度L=M+K+H+G+F+a+ S+a+D+E现在令 K=20mm , H=6mm , G=10mm , F=心亠 G、C2 + ( 58 )=8+20+16+8=52mm，带轮宽度 M= (Z-1 ) e+2f= (4-1) X 15+2 X 10=65mmD=15mm , E=20mm , a=15mm则有轴长为 L=65+20+6+10+52+10+45+15+1

21、5+20=263mm轴承间距离为：l=E/2+D+a+ b1 +a+D+E/2=10+15+15+45+15+10+15=125mm,带轮中心点到临近轴承间的距离为：l =L-l-E/2-M/2=263-125-10-32.5=95.5mm轴粗估长263mm初步估算轴的直径为 d兰112 J 5.171 mm=20.61mmV 770.055.2输入轴的设计(1)选择轴材料确定许用应力轴材料：选用45号钢调质，查表15-1得硬度217255HBS抗拉 强度二b =650MPa ,查表 15-3 得到其许用应力二小=60MPa ,二-Ob =102.5MPa（2）按照弯扭和合成强度计算： 画出轴

22、的空间受力简图（a） 作水平面内的受力弯矩M H图（b）支座反力为：F =0= Frhb - FrhdFr Fq =0 l二 M A =0= Frhb l F rhd（ l l 厂 Fr（l） Fa di/2=02解之得 Frhb =1647 .28 N ； Frhd = 1320 .69 NB 端左侧的弯矩 M b=-FqI=-1238 X 95.5/1000= 121.39 N *mC端左侧的弯矩MC1 =-FQ（l，+1 /2） + FRHBl/2 = 123汆（95.5+125/2/1000 +164728125/2=-97.87N *mC端右侧弯矩M C2 = F RHD丄 = 13

23、20.69 汉 1252 1000-82.54 N *m作垂直平面内的弯矩 m v图（c）支座反力：Frvb 二 Frvd 二 Ft =1254.68N2那 么 截 面C的 弯 矩 为Mvc 二 Frvb =1254.68 He 78.42N *m2 2 1000作合成弯矩图（d）B 点合成弯矩 Mb =| M b | = 121 .39 N mC占八、左侧合成弯矩M C1 = M C1M Vc=97.872278.42=125.41 N * mC占八、右侧合成弯矩M C2 - MC2MVc二 78.422282.542=113.85 N m作转矩T图（e）T=9550 旦=9550X 5.1

24、71/770.05 N=60.83 Nn1Frhb 1647.28NFrhd =-1320 .69 NM b =121.39N *mMc1 =-97.87NM C2 =-82.54N *mFRVB = F RVD= 1254.68NM vc =78.42 NMb =121.39N作当量弯矩图(f)校正系数.一二宀二60 :. 0.59，那么危险截面C的当量弯矩頁卫b102.5Meci 二(： T)2 = J25.412(0.5960.83)2 =130.36 N m危险截面 A 处：M eA - ： T = 0.59 60.83 二 35.59 N * m危险截面B处MeBMb2 CT)2 二

25、121.382(0.5960.83)2=126.49 N * m计算危险截面处的轴径：由式15-4可得截面c处直径3 Mecj 3 130.361000 =27.90mm，C 处有键槽应该放大；0.1b0.1 605%, de =27.90 X 1.05=29.30mm同理可得A处的直径:dAMeA043 35.59 10000.1 60-18.10mmB处的直径:3： MeB;0.1 j126.49 10000.1 60=27.63mm5.3输出轴的设计(1)材料：45#钢调质处理，表15-1中查得硬度为217255HBS抗拉 强度二b =650MPa ,查表 15-3 得到其许用应力二1b

26、 =60MPa ,二0b=102.5MPa轴的跨度丨=125mm(2)按照弯扭合成强度计算： 画出轴的空间受力简图(a) 作水平面内的弯矩 M H图(b)支座反力：V F =0= Frha - Frhc - Fr -0、Ma =0= Frhc *l 一斤丨Fa 2/2=02解之得 Frha =65.00N ; Frhc -1013.15NB 端左侧的弯矩 MhB1 = Frha - =-65.00 X 125/ (2X 1000) = 4.06 N m 2IM d 二 125.4 N * mIM c2 = 113.85 N * ma:0.59M eC1 = 130.36 N * mM eA =

27、35.59MeB 二 126.49 N * md c =29.30mmdA :_18.10mmdB 二27.63mm丨二 125mmB端右侧弯矩Mhb2二Frhc巧二1013,152 1000Frha = -65.00 N支座反力：F rva - F rvcFt= 1254 .68NM VB = 1 F rva 2 - _1254 .681252 1000-78.42 NFrhc =1013.15NM h B1 =作合成弯矩图（d）点左侧合成弯矩M B1M HB1 M VB二.4.06278.422=78.58-4.06 N * mM HB2 -63.32 N*m占八、2 2HB 2 M VB

28、B2 - 63.32278.422 =99.24 NFrva = F rvc1254.68N= 63.32N作垂直平面内的弯矩 m v图（c）M VB -78.42 N M B2 = 99.24 N * mM eB2 二 171 .70 N *mM ec = M eD140.12 作转矩T图（e）P2T=9550 =9550 X 5.017/187.82 N *m =239.52 N *m n? 作当量弯矩图(f)校正系数-1b60: 0.59，那么危险截面B的当量弯矩pa102.5MeB2 二 MB22 CT)2 r 99.242(0.59239.52)2=171.70N *m危险截面 C

29、处与 D 处的当量弯矩：M ec =M eD =T =0.59239.52 =140.12 N m 计算危险截面处的轴径：由 式 15-4 可 得 截 面 B 处 直 径：dB诃% T咒普，B处有键槽应该放大5%, dB =30.59 X 1.05=32.12mm同5%：de处 的 直 径=28.58mm，有键槽应该放大ds =32.12m mD、B处的轴 径为30.01mm计算及说明结果AvV 、-卡尢f 占 77T. /rZ-t、厂T 、丄第八早轴承的设计6.1输入轴轴承的设计（选用角接触球轴承）选用角接触型轴承径向力 Fb = JfRhb +卩爲 =J1647.282 +1254.682

30、 = 2070.05NFq = JfRhd +fRVd = J(1320.70)2 +1254.682 =1821.66N内部轴向力：Fsb =0.68Fb =0.68 汉 2070.05N =1407.64NFsd =0.68FrD =0.68 x1825 .66N =1238 .73NFsb +F a= Fsb + Fa =632.2 +1407.64 =774.79 0.680；FaD / FrD =774.79/1821.66 =0.425 0.680 ；查表 17-8 得到 XB =0.41Yb = 0.87、X d =1、Yd = 0，故径向当量动负何为：PrD =PrD =1 汉

31、 FrD =1821.66N；1821 .66NPrB =0.41 XFrB +0.87 X FaB =0.41X2074 .05 +0.87 乂 2039.85 =2623.39 NPrB =2623.39N因为PrB PrD ,所以选取D轴承进行验算。由表17-6得fp =1.1 ,由表17-5得 fT =1，对于球轴承 S =3, L 10h =15000h , n= n 1 =770.05r/min，那么有：Jf p PrDnL10h 7Cq -(严fT1667011. VCrD7370ACJ轴承6.2输出轴轴承的设计（选用角接触球轴承）径向力 FrA = 、fRhafR/a 二.10

32、13.152 T254.682 = 1612.68NFrcfRhcfR/c 二(-64.99)2 1254.682 =1256.36 N内部轴向力：Fsa =0.68FrA =0.68 1612.68N =1O96.61NFsc =0.68Frc -0.68 1256.36N =854.32NFsaF a = Fsa Fa =632.2 1096.61 =1728.83 - FSD, 那 么FaA = 464.40N ; Fac = 1728.83N计算轴承 A、C的当量动负荷，由表 17-8查得7000AC型轴承F aA 464.40 NFaC =1728.83Ne=0.68， 而FaA /

33、FrA =464.40/1612.68 =0.288 ： 0.680FaC / FrC =1728.83/1256.36 =1.3760.680 ;查表 17-8 得到 X 1Yb =0、X D =0.41、Yd =0.87，故径向当量动负荷为:PrA h FrA =1612.68NPre =0.41 Frc0.87 Fac =0.41 1256.36 0.87 1728.83 = 2019.19N因为PrA - PrC，所以选取C轴承进行验算。由表17-6得fp =1.1，由表17-5得 fT =1，对于球轴承 ；=3， L 10h =15000h， n= n 1 =187.82r/min，那么有:C rDf P PrD ( nL10h )(16670)fT12019.19(181.8215000)3n= 12280.10N，查手册，166707007ACJ 轴承，Cr =14.5KNCd第七章键与联轴器的设计与计算7.1键的设计材料：45#钢，键长L=毂长一（510）mm1612.68NPrC =2019.19N选 用7007ACJ轴承 轴与小齿轮连接