机械设计基础课程设计计算说明书一级圆柱齿轮减速器课程设计

1、机械设计基础课程设计计算说明书设计题目：一级圆柱齿轮减速器学院：材料学院班级：学号：设计者： 指导教师：、日期：2011年1月目录一设计任务书3二传动系统方案的拟定3三电动机的选择3四传动比的分配4五传动系统的运动和动力参数计算5六传动零件的设计计算6七减速器轴的设计11八轴承的选择与校核18九键的选择与校核19十联轴器的选择22十一减速器润滑方式，润滑剂及密封装置22十二箱体结构的设计23十三参考文献26 计算及说明 结果一、设计任务书1、设计任务 设计带式输送机的传动系统，采用带传动和一级圆柱齿轮减速器。2、 原始数据 输送带轴所需扭矩 =950nm 输送带工作速度 =0.8m/s 输送带

2、滚筒直径 =350mm 减速器设计寿命为8年（两班制），大修期限四年。3、 工作条件 两班制工作，空载起动载荷平稳，常温下连续（单向）运转，工作环境多尘；三相交流电源，电压为380/220v。2、 传动系统方案的拟定带式输送机传动系统方案如图所示：（画方案图）带式输送机由电动机驱动。电动机1将动力传到带传动2，再由带传动传入一级减速器3，再经联轴器4将动力传至输送机滚筒5，带动输送带6工作。传动系统中采用带传动及一级圆柱齿轮减速器，采用直齿圆柱齿轮传动。3、 电动机的选择按设计要求及工作条件选用y系列三相异步电动机，卧式封闭结构，电压380v。 1、电动机的功率根据已知条件由计算得知工作机所需

3、有效效率 设：1联轴器效率=0.97； 2闭式圆柱齿轮传动效率=0.99 3v带传动效率=0.96 4对轴承效率=0.99 5输送机滚筒效率=0.96由电动机至运输带的传动总效率为 工作机所需电动机总功率 由表所列y系列三相异步电动机技术数据中可以确定，满足pmpr条件的电动机额定功率pm应取为3kw 计算及说明 结果 2、电动机转速的选择根据已知条件由计算得知输送机滚筒的工作转速 额定功率相同的同类型电动机，可以有几种转速供选择，如三相异步电动机就有四种常用的同步转速，即、。（电动机空载时才可能达到同步转速，负载时的转速都低于同步转速）。电动机的转速高，极对数少（相应的电动机定子绕组的极对数

4、为2、4、6、8），尺寸和质量小，价格也便宜，但会使传动装置的传动比加大，结构尺寸偏大，成本也会变高。若选用低转速的电动机则相反。一般来说，如无特殊要求，通常选用同步转速为或的电动机。 选用同步转速为 的电动机，对应于额定功率pm为3kw的电动机型号应为y132s-6型。有关技术算据及相应算得的总传动比为： 电动机型号：y132s-6 额定功率：3kw 同步转速：1000r/min 满载转速：960r/min 总传动比：21.978 电动机中心高h=132mm，轴伸出部分用于装联轴器段的直径和长度分别为 d=38mm和e=80mm。4、 传动比的分配带式输送机传动系统的总传动比 由传动系统方案

5、，分配各级传动比 五、传动系统的运动和动力参数计算传动装置从电动机到工作机有三轴，分别为、轴，传动系统各轴的转速、功率和转矩计算如下： 轴（电动机轴）： 计算及说明 结果 轴（减速器高速轴） 轴（减速器低速轴） 轴（输送机滚筒轴） 计算及说明 结果将计算结果和传动比及传动效率汇总如表11 轴号电动机带传动圆柱齿轮传动工作机轴轴轴轴转速n(r/min)960241.2143.6843.68功率p2.532.43 2.38 2.29 (kw)转矩t25.1796.21520.35500.68(nm)传动比i3.985.5221传动效率0.960.98010.9603六、传动零件的设计计算传动装置中

6、除减速器外，通常先设计减速器外部的传动零件。 1、 v带传动 已知条件：原动机种类和所需的传递的功率（或转矩）、转速、传动比、工作条件 和尺寸限制等。 设计计算主要内容：确定带的种类、选择带的型号、选择小带轮直径、大带轮直径、 中心距、带的长度、带的根数、初拉力f0和作用在轴上的载荷fq。 计算功率pc 由表8-3查得=1.2,故 选取v带型号 根据pc=3.6kw和小带轮转速,由图8-10可知，工作点处于b、c 型相邻区之间，可取b型和c型分别计算，最后择优选用。现取b型带。 小轮基准直径和大轮基准直径 计算及说明 结果 希望结构紧凑，由表8-4并参考表8-2a，取=140mm，选取，则大轮

7、 的基准直径 由表8-4取=560mm。此时从动轮实际转速 转速误差 合适 验算带速 合适 初定中心距 因 先根据结构要求，取=600mm。 初算带的基准长度l0 由表8-1，选取带的基准长度ld=2500mm。 实际中心距中心距a可调整，则 计算及说明 结果 小带轮包角 ，能满足要求。 单根v带所能传递的功率根据和查表8-2a，用插值法求得po=2.10kw。 单根v带传递功率的增量已知b型v带，小带轮转速，传动比 查表8-2b得：=0.29kw。 计算v带的根数 由表8-5查得k=0.90；由表8-6查得kl=1.03，故 取z=2根。所采用的v带为b-25002. 作用在带轮轴上的力由式

8、（8-17）求单根v带的张紧力 查表8-8得 故 计算及说明 结果 所以作用在轴上的力为 2、齿轮的设计 齿面接触强度计算 确定作用在小齿轮上的转矩t1 选择齿轮材料、确定许用接触应力 根据工作要求，采用齿面硬度 350hbs。 小齿轮选用45钢，调质，硬度为260hbs； 大齿轮选用45钢，正火，硬度为220hbs。 由书p184表9-5的公式可确定许用接触应力： 小齿轮=380+0.7hbs=(380+0.7260)mpa=562mpa 大齿轮=380+0.7hbs=(380+0.7220)mpa=534mpa 选择齿宽系数：查书p185得。 确定载荷系数k ：查书p183得k=1.4 计

9、算中心距a 选择齿数并确定模数 取 取标准模数（表9-1）， 齿轮几何尺寸计算 小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径 计算及说明 结果 大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径 中心距 大齿轮宽度 小齿轮宽度 因小齿轮齿面硬度高，为补偿装配误差，避免工作时在大齿 轮齿面上造成压痕，一般比宽些，取 确定齿轮的精度等级 齿轮圆周速度 根据工作要求及圆周速度，由书p172表9-3选用8级精度。 轮齿弯曲强度验算 确定许用弯曲应力 根据表9-7查得 =140+0.2hbs=(140+0.2260)mpa=192mpa =140+0.2hbs=(140+0.2220)mpa=184mpa 查齿形系数，比较 小齿轮,由p18

10、7表9-6查得=2.56； 大齿轮，由p187表9-6查得=2.18。 计算及说明 因为,所以应验算小齿轮。 验算弯曲应力 计算时应以齿宽代入，则 ，安全。七、减速器轴的设计 1、减速器高速轴的设计 （1）轴的材料及热处理：选用45钢，正火处理，由书p259表12-1得： 毛坯直径100mm，硬度241hbs,抗拉强度mpa,屈服强 度mpa,弯曲疲劳极限mpa （2）初算轴的最小直径，并进行初步结构设计： 由书p261表12-2查得c=118107。 取 =24mm，,最小直径还要符合相配零件的孔径（此处是v 带轮）标准尺寸，在此处开一键槽，所以d=1.0324mm=24.7mm， 取d=2

11、5mm。 （3）确定轴的各段直径：采用阶梯轴，尺寸按由小到大，由两端到中 央的顺序确定 a外伸端（与v带轮相连）：取最小直径=25mm； bv带轮定位轴肩高h=0.08=2mm,故=+2h=29mm； c安装两滚动轴承处的轴颈直径为=30mm； d要固定齿轮，需要安装一个套筒，取内径，外 径为40mm； e为便于齿轮安装，取齿轮轮毂与轴配合处直径d5=d3+2=32mm； 计算及说明 取40mm。 f考虑轴承固定要求，取轴环直径； g。 （4）选择轴承类型： 由上述一系列直径，查手册p66表6-1得：轴承代号为6306。, 基本尺寸d=30mm,d=72mm，b=19mm。 安装尺寸。 基本额

12、定动载荷，基本额定静载荷 （5）轴承盖的设计： 带有密封件的轴承盖，轴承外径d=72mm，取；即m8 时， （6）轴各段的长度设计： a.箱盖壁厚，故 mm； b.箱体内壁与大齿轮顶圆应留有空隙,取 ； c.箱体内壁与小齿轮端面应留有空隙=8mm，故取； d.因为内壁至轴承座端面的距离,查手册p161 表11-2得： e.根据，查手册p17表1-29得：外伸轴长度 f.轴承宽度b=19mm， 计算及说明 结果 g. ，5mm为套筒宽度； h.小齿轮宽度，故取 i.查手册p17表1-31得轴环宽度，取 （7）挡油环 所以轴承采用脂润滑，需要挡油环。取 （8）轴的强度校核 按弯矩，扭矩合成强度计算

13、轴的计算简图如附图1所示： a决定作用在轴上的载荷： 圆周力（d为小齿轮的节圆直径） 径向力（为啮合角） b决定支点反作用力及弯曲力矩： 支承反力 截面i-i的弯曲力矩 支承反力 截面i-i的弯曲力矩 合成弯矩 轴上的转矩,画出轴的当量弯矩图，如附图2所示。 从图中可以判断截面i-i弯矩值最大，而截面承受纯扭，故校 核这两个截面。 计算及说明 结果 c计算截面i-i与的直径： 已知轴的材料为45钢，正火，其；查书p262表 12-3得：，。则 截面i-i处的当量弯矩 轴截面-处的当量弯矩 故轴截面i-i处的直径 因为在截面i-i处有一键槽，所以轴的直径要增加3%，即为29mm。 轴截面的直径

14、因为在截面处有一键槽，所以轴的直径要增加3%，即为22.2mm 前面取，故强度合适。 2、减速器低速轴的设计 （1）轴的材料及热处理：选用45钢，正火处理，由书p259表12-1 得：毛胚直径100mm，硬度241hbs,抗拉强度mpa, 屈服强度mpa,弯曲疲劳极限mpa （2）初算轴的最小直径，并进行初步结构设计： 由书p261表12-2查得c=118107。 计算及说明 取 =42mm，,最小直径还要符合相配零件的孔径（此处是 联轴器）标准尺寸，在此处开一键槽，所以d=1.0342mm=43.3mm， 取d=45mm。 （3）确定轴的各段直径：采用阶梯轴，尺寸按由小到大，由两端到中 央的

15、顺序确定 a外伸端（与v带轮相连）：取最小直径=45mm； bv带轮定位轴肩高h=0.08=3.6mm,故=+2h=52.2mm，取 53mm； c安装两滚动轴承处的轴颈直径为=55mm； d要固定齿轮，需要安装一个套筒，取内径，外 径为70mm； e为便于齿轮安装，取齿轮轮毂与轴配合处直径d5=d3+2=57mm； f考虑轴承固定要求，取轴环直径； 取68mm。 g。 （4）选择轴承类型： 由上述一系列直径，查手册p66表6-1得：轴承代号为6311。, 基本尺寸d=55mm,d=120mm，b=29mm。 安装尺寸。 基本额定动载荷，基本额定静载荷 （5）轴承盖的设计： 带有密封件的轴承盖

16、，轴承外径d=120mm，取；即 m12. 时， （6）轴各段的长度设计： a.箱盖壁厚， 计算及说明 故mm； b.箱体内壁与大齿轮顶圆应留有空隙,取 ； c.箱体内壁与小齿轮端面应留有空隙=8mm，故取； d.因为内壁至轴承座端面的距离,查手册p161 表11-2得： e.根据，查手册p17表1-29得：外伸轴长度 f.轴承宽度b=29mm 则 g. ，8mm为套筒宽度； h.大齿轮宽度，故取 i.查手册p17表1-31得轴环宽度，取 j. （7）挡油环 所以轴承采用脂润滑，需要挡油环。取 （8）轴的强度校核 按弯矩，扭矩合成强度计算轴的计算简图如附图1所示： a决定作用在轴上的载荷： 圆

17、周力（d为大齿轮的节圆直径） 径向力（为啮合角） 计算及说明 结果 b决定支点反作用力及弯曲力矩： 支承反力 截面i-i的弯曲力矩 支承反力 截面i-i的弯曲力矩 合成弯矩 轴上的转矩,轴的当量弯矩图同高速轴，同理可以 判断截面i-i弯矩值最大，而截面承受纯扭，故校核这两个截 面。 c计算截面i-i与的直径： 已知轴的材料为45钢，正火，其；查书p262表 12-3得：，。则 截面i-i处的当量弯矩 轴截面-处的当量弯矩 故轴截面i-i处的直径 因为在截面i-i处有一键槽，所以轴的直径要增加3%，即为40mm。 前面取，故强度合适。 计算及说明 结果 轴截面的直径 因为在截面处有一键槽，所以轴

18、的直径要增加3%，即为39.5mm 前面取，故强度合适。八、轴承的选择与校核 1、高速轴的轴承校核 （1）前面已选择代号为60306的深沟球轴承 基本尺寸d=30mm,d=72mm，b=19mm。 安装尺寸。 基本额定动载荷，基本额定静载荷 （2）计算当量动载荷： 径向载荷 轴向载荷 因为，所以查书p298表13-7得 又因为,所以查书p298表13-7得 根据轴承的工作情况，查书p299表13-8得载荷系数 当量载荷 （3）计算必需的额定动载荷： （4）求轴承寿命： 故所选轴承满足要求。 计算及说明 2、低速轴的轴承校核 （1）前面已选择代号为60311的深沟球轴承 基本尺寸d=55mm,d

19、=120mm，b=29mm。 安装尺寸。 基本额定动载荷，基本额定静载荷 （2）计算当量动载荷： 径向载荷 轴向载荷 因为，所以查书p298表13-7得 又因为,所以查书p298表13-7得 根据轴承的工作情况，查书p299表13-8得载荷系数 当量载荷 （3）计算必需的额定动载荷： （4）求轴承寿命： 故所选轴承满足要求。9、 键的选择与校核 1、高速轴与带轮的连接键 （1）选择键的类型和基本尺寸 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. 根据d=25mm,查手册p53表4-1得b=8mm,h=7mm, ，根据键的标准长度，选择 轴=4.0mm, 毂=3.3mm，r=b/2=4

20、mm。 计算及说明 结果 （2）校核键联接的强度 工作长度=36-8=28mm 由书p105公式（7-20）验算键的挤压强度： 由书p105公式（7-21）验算键的剪切强度： 由书p106表7-3查得不动的连接45钢,载荷平稳,=125150mpa, 且=120mpa 因为,所以所选键符合条件。 取键标记为：8745agb/t 1096-2003 2、高速轴与小齿轮的连接键 （1）选择键的类型和基本尺寸 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. 根据d=32mm,查手册p53表4-1得b=10mm,h=8mm, ，根据键的标准长度，选择 轴=5.0mm, 毂=3.3mm，r=b/

21、2=5mm。 （2）校核键联接的强度 工作长度=50-10=40mm 由书p105公式（7-20）验算键的挤压强度： 由书p105公式（7-21）验算键的剪切强度： 由书p106表7-3查得不动的连接45钢,载荷平稳,=125150mpa, 且=120mpa 因为,所以所选键符合条件。 取键标记为：10863agb/t 1096-2003 计算及说明 结果 3、低速轴与大齿轮的连接键 （1）选择键的类型和基本尺寸 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. 根据d=57mm,查手册p53表4-1得b=16mm,h=10mm, ，根据键的标准长度，选择 轴=6.0mm, 毂=4.3m

22、m，r=b/2=8mm。 （2）校核键联接的强度 工作长度=90-16=74mm 由书p105公式（7-20）验算键的挤压强度： 由书p105公式（7-21）验算键的剪切强度： 由书p106表7-3查得不动的连接45钢,载荷平稳,=125150mpa, 且=120mpa 因为,所以所选键符合条件。 取键标记为：161090agb/t 1096-2003 4、低速轴与联轴器的连接键 （1）选择键的类型和基本尺寸 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. 根据d=45mm,查手册p53表4-1得b=14mm,h=9mm, ，根据键的标准长度，选择 轴=5.5mm, 毂=3.8mm，r

23、=b/2=7mm。 （2）校核键联接的强度 工作长度=70-14=56mm 由书p105公式（7-20）验算键的挤压强度： 计算及说明 由书p105公式（7-21）验算键的剪切强度： 由书p106表7-3查得不动的连接45钢,载荷平稳,=125150mpa, 且=120mpa 因为,所以所选键符合条件。 取键标记为：14970agb/t 1096-200310、 联轴器的选择 联轴器主要是用来连接两轴，传递运动和转矩的部件，也可以用于轴和其它零 件的连接以及两个零件（如齿轮和齿轮）的相互连接。 1、类型选择：为了隔离振动和冲击，选用弹性柱销联轴器 2、载荷计算： 考虑机器启动时的惯性力及过载等

24、影响，在选择和校核联轴器时，应以计算转 矩为根据。 前面已经求得公称转矩： 查书p313表14-1,选取 转矩 查手册p99表8-5,选lt8型弹性套柱销联轴器,公称转矩为710nm,许用 转速为3000r/min。 十一、减速器润滑方式，润滑剂及密封装置 1、润滑剂及润滑方式：润滑的目的在于减少磨损，减少摩擦损失及发热，以保 证减速器正常工作。对于一级圆柱齿轮减速器：(1) 由于转速较低，因此减速器的齿轮需要采用浸油润滑,浸油深度为大齿轮的齿顶圆到油池底面的距离不小于3050mm。由手册p85表7-1选全损耗系统用油（gb 443-1989），代号为l-an15，40时的运动黏度为13.51

25、6.5，倾点-5闪点（开口）150，此油主要用于小型机床齿轮箱，传动装置轴承，中小型电机以及风动电具等。(2) 由于大齿轮的圆周速度.因此减速器的滚动轴承可以用润滑脂润滑，由手册p86表7-2选取通用锂基润滑脂(gb 7324-1994),代号为zl-1,滴点不低于170，有良好的耐热性和耐水性。适用于温度在-20120范围内各种机械的滚动轴承,滑动轴承及其他摩擦部位的润滑 计算及说明 2、密封性是为了保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精细，其表面粗度应为6.3。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。 当轴伸出机

26、体外面时，轴承端盖通孔处必须有可靠的密封装置，以防止润滑剂泄漏及灰尘，水分进入轴承。此设计中选用毡圈油封，材料为粗羊毛。 (1) 因为高速轴中，查取手册p90表7-12 毡圈油封基本尺寸为 槽的基本尺寸为 （2） 因为低速轴中，查取手册p90表7-12 毡圈油封基本尺寸为 槽的基本尺寸为 十二、箱体结构的设计减速器的箱体采用灰铸铁（ht200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮啮合质量，大部分端盖分机体采用配合. 1. 箱体本身须有足够的刚性，以免箱体在内力或外力作用下产生过大的变形。为了增 加减速器的刚性以及散热面积，箱体上外常加有外肋。为了便于安装，箱体通常做成 剖分式，箱盖与底座的剖分面应

27、与齿轮轴线平面重合。 2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度较小于，故采用浸油润滑， 同时为了避免油搅得沉渣溅起，大齿轮顶圆与油底面的距离h取40mm；为保证机盖 与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面粗糙度为。3.对附件设计 a窥视孔盖和窥视孔：在机盖顶部开有窥视孔，是为检查齿轮啮合情况及向箱内4而设置的。不仅能看到传动零件啮合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖，机体上开窥视孔与凸缘一块，便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成。 b油塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，平时放油孔用油塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成油塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。 计算及说明 c