机械设计课程设计单级圆柱齿轮减速器设计

1、安徽工程大学课程设计说明书课程名称： 机械设计/原理题目名称： 单级圆柱齿轮减速器学 院： 安徽工程大学姓 名： 学 号： 200730510106班 级： 07机制（1）班指导老师： 2009年12月22日目录1 设计任务书-42 传动装置总体设计方案2.1 拟定传动方案-43 电动机的选择计算 3.1 所需电动机的输出功率-53.1.1 工作机的功率-53.1.2 传动装置的总效率-53.1.3 所需电动机的输出功率-53.2 选择电动机的转速-53.2.1 计算传动滚筒的转速-53.2.2 选择电动机的转速-63.3 选择电动机的型号-64 传动装置的运动和动力参数计算4.1 分配传动比

2、-64.1.1 总传动比-64.1.2 各级传动比的分配-64.2 各轴功率、转速和转矩的计算-75 传动零件的设计计算5.1 v带传动的设计-85.2 圆柱齿轮传动的设计计算-126 轴的设计计算6.1 高速轴传动轴的设计-176.2 低速轴传动轴的设计-217 滚动轴承的选择及其寿命计算7.1 高速轴轴承的计算-257.2 低速轴轴承的计算-268 键联接的选择和验算8.1 电动机与小带轮的键联接-288.2 大带轮与高速轴轴伸的键联接-288.3 低速轴轴伸与联轴器的键联接-298.4 大齿轮与低速轴的键联接-298.5 小齿轮与低速轴的键联接-309 联轴器的选择-3010 其他零部件

3、的设计计算10.1 箱体-3110.2 检查孔及其盖板-3310.3 通气器-3310.4 轴承盖和密封装置-3310.5 轴承挡油盘-3410.6 定位销-3410.7 起箱螺钉-3410.8 油面指示器-3410.9 放油螺钉-3410.10 油杯-3510.11 起吊装置-3511 润滑与密封11.1 减速器齿轮传动润滑油的选择-3511.2 减速器轴承润滑方式和润滑剂的选择-3511.3 轴承密封装置的选择-3512 维护与注意事项-3613 设计小结-3614 参考资料-371、 设计任务书题目a：设计用于带式运输机的传动装置。数据：运输带工作压力f=2800n，运输带工作速度v=1

4、.4m/s，卷筒直径d=350mm。工作条件：一班制，连续单向运转。载荷平稳，室内工作，有粉尘（运输带与卷筒及支承间，包括卷筒轴承的摩擦阻力影响已在f中考虑）。使用期限：十年。大修期三年。生产批量：10台。生产条件：中等规模机械厂，可加工78级精度齿轮。动力来源：电力，三相交流（220/380v）。运输带速度允许误差：5%。设计工作量：1.减速器装配图1张。 2.零件图1张3张。 3.设计说明书1份。2、传动装置总体设计方案采用单级圆柱齿轮减速器计算及说明 结果3电动机的选择3.1 所需电动机的输出功率3.1.1 工作机的功率传动滚筒所需的有效功率3.1.2 传动装置的总效率传动装置的总效率确

5、定各部分的效率如下：（1）联轴器的效率：=0.99 （2）一堆滚动滚子轴承的效率：=0.98 （3）闭式齿轮传动的效率：=0.98 （暂定齿轮精度为7级，稀油润滑） （4）v带传动的效率：=0.95 （5）传动滚筒的效率：=0.96传动总效率：3.1.3 所需电动机的输出功率所需电动机的功率按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭自扇冷式结构，电压380v，y系列。根据y电动机功率，可选y132s-4型，或选y132m2-6型，额定功率均为5.5kw，均满足要求3.2 选择电动机的转速3.2.1 计算传动滚筒的转速传动滚筒的工作转速3.2.2 选择电动机的转速现以同步转速为1500r/mi

6、n和1000r/min两种方案进行比较方案号电动机号额定功率/kw同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)电动机质量/kg总传动比1y132s-45.5150014406818.842y132m2-65.510009608412.56比较两方案可见，方案1选用的电动机虽然质量价格较低，但总传动比大。为了使传动装置结构紧凑，决定选用方案2。3.3 选择电动机的型号选用y132m2-6型三相异步电动机的数据和安装尺寸额定功率/kw5.5外伸轴直径d/mm38满载功率/(r/min)960外伸轴长度e/mm80额定扭矩n/m2.0外伸轴键槽宽度f/mm10电动机中心距h/mm132外伸轴键槽

7、深度d-g/mm54 传动装置的运动和动力参数计算4.1.1 总传动比选定电动机的满载转速，总传动比4.1.2 各级传动比的分配选定v带的传动比，则减速器的传动比kw0.86724.52kw=76.42(r/min)y112m-6型电动机y112m-6型电动机i=12.56计算及说明结果4.2 各轴功率、转速和转矩的计算（1）0轴：电动机轴（2）1轴：减速器高速轴动力从0轴到1轴经历了v带传动和一对滚动轴承，估发生两次损耗（3）2轴：减速器低速轴动力从1轴到2轴经历了1轴上的一对滚动轴承和一对齿轮传动 （4）3轴传动滚筒轴 动力从2轴到3轴经历了2轴上一对滚动轴承和联轴器 计算及说明结果 运动

8、和动力参数计算结果整理于表：轴序号功率p/kw转速n/(r/min)转矩t/(n.m)04.5296044.9614.208320125.59r24.04176.43505.5933.92176.43489.88 传动形式与传动比汇总传动形式传动比效率联轴器10.9702齿轮传动4.1870.9604v带传动30.955 传动零件的设计计算5.1 v带传动的设计已知：电动机的功率p=5.5kw，转速，减速器输入轴转速，允许误差5%，连续单向运转，载荷平稳，室内工作，有粉尘，一班制。1、确定计算功率。由表8-7查得工作情况系数=1.0，故=p=1.05.5kw=5.5kw2、选择v带的带型。根据

9、、由图8-11选用a型3、确定带轮的基准直径，并验算带速v。1）初选小带轮的基准直径。由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径=125mm=5.5kw=125计算及说明结果2）验算带速v。按式（8-13）验算带的速度 =6.28m/s 因为5m/sv30m/s；故带速合适3）计算大带轮的基准直径，根据式（8-15a）； 根据表8-8，圆整为=400mm4确定v带的中心距a和基准长度。1）根据式（8-20），初定中心距=700mm 367.5mm1050mm初定=600mm2)由式（8-22）计算带所需的基准长度 由表8-2选带的基准长度3） 按式（8-23）计算实际中心距a 中心距的变化范围为

10、 658mma0.07d，故取h=5mm，则，轴环宽度，故取4） 轴承端盖的总宽度为20mm。根据轴承端盖的拆装以及便于轴添加润滑脂的要求，取端盖外端与大带轮端面的距离l=30mm，故取5） 取齿轮距箱体内壁之间的距离a=20mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承的位置时，应距离箱体内壁一段距离s，取s=8.75mm，已知滚动轴承宽度t=25.25mm，则 计算及说明结果 至此，已经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，大带轮和轴的周向定位均采用平键连接。按查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为63mm，同时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

11、配合为；同样，大带轮与轴连接，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由过渡配合来保证的，此处选用轴的直径尺寸公差为m6。（4） 确定轴上圆角和倒角尺寸 参考表15-2.去轴端倒角为，各轴肩的圆角半径见图1.5.求轴上的载荷首先根据轴的结构图（图1）做出轴的计算简图（图2）。对于30308型圆锥滚子轴承，由手册查得a=20mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨度为73.5mm+73.5mm=147mm。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭转图（图2）。图2计算及说明结果从轴的结构图以及弯矩图和扭转图中可以看出截面c是轴的危险截面。现将计算出截面c出的、及的值列于下表载荷水平面h垂直面

12、v支反力f弯矩m总弯矩扭矩t6.按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力 之前已经选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得。因此，故安全。计算及说明结果6.2低速轴的计算1.输出轴上的功率，转速和转矩2.求作用在齿轮上的力因为已知小齿轮的分度圆直径3.初步确定轴的最少直径，选取轴的材料为45钢，调质处理，取。，圆整为50mm4.轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案图3计算及说明结果（5） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度6） 为了满足与

13、联轴器的轴向定位要求，1-2轴段后端需要制出一轴肩，故2-3段的直径，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径d=60mm。联轴器的连接孔长，为了保证轴端挡圈只压在大带轮上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比略短一些，现取。7） 初步选择滚动轴承。因为轴承同时承受径向力和轴向力的作用，故选单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30312，其尺寸为，故，右端轴承采用轴肩定位，查得30308轴承的定位轴肩高度h=6mm，因此取。8） 取安装齿轮处的轴段4-5的直径，齿轮左端与轴承之间用轴套定位。已知齿轮的轮毂宽度为70mm，为了

14、使轴套的端面可靠地压紧齿轮，此轴段应该略短于齿宽，齿轮右端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d，故取h=5mm，则，轴环宽度，故取9） 轴承端盖的总宽度为20mm。根据轴承端盖的拆装以及便于轴添加润滑脂的要求，取端盖外端与大带轮端面的距离l=30mm，故取10） 取齿轮距箱体内壁之间的距离a=20mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承的位置时，应距离箱体内壁一段距离s，取s=7mm，已知滚动轴承宽度t=33.5mm，则 计算及说明结果至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。（6） 轴上零件的周向定位 齿轮，联轴器和轴的周向定位均采用平键连接。按查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为56mm，

15、同时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；同样，联轴器与轴连接，选用平键为，联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选用轴的直径尺寸公差为k6。（7） 确定轴上圆角和倒角尺寸 参考表15-2.去轴端倒角为，各轴肩的圆角半径见图3.5.求轴上的载荷首先根据轴的结构图（图3）做出轴的计算简图（图4）。对于30312型圆锥滚子轴承，由手册查得a=31mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨度为62.5mm+62.5mm=125mm。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭转图（图4）。图4计算及说明结果从轴的结构图以及弯矩图和扭转图中可以看出截面c是轴的危险

16、截面。现将计算出截面c出的、及的值列于下表载荷水平面h垂直面v支反力f弯矩m总弯矩扭矩t6.按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力 之前已经选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得。因此，故安全。计算及说明结果7 滚动轴承的选择及其寿命计算7.1 高速轴轴承的计算查表可知30308的基本额定动载荷，基本额定静载荷1. 求两轴承收到的径向载荷和将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系 2. 求两轴承的计算轴向力和轴承的派生轴向力 3

17、. 求两轴承的当量动载荷和查表得径向载荷系数和轴向载荷系数为：对于轴承1和2是： 因为轴承有轻微冲击，取。则计算及说明结果4.验算轴承寿命所以，选定的轴承满足寿命要求。7.2 低速轴轴承的计算查表可知30312的基本额定动载荷，基本额定静载荷1.求两轴承收到的径向载荷和将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系 2.求两轴承的计算轴向力和轴承的派生轴向力 计算及说明结果4.求两轴承的当量动载荷和查表得径向载荷系数和轴向载荷系数为：对于轴承1和2是： 因为轴承有轻微冲击，取。则4.验算轴承寿命所以，选定的轴承满足寿命要求。计算及说明结果8 键联接的选择和验算8.1 电动机与小带轮的

18、键联接1.选择键的类型和尺寸带轮有定心精度要求，应选用平键连接。选用圆头普通平键（a型）尺寸为：2.校核键的连接强度键、轴和轮毂都是钢，由表6-2查得许用应力，取其平均值。键的工作长度键与轮毂键槽的接触高度。由式（6-1）可得：所以所选的键符合强度要求键的标记为：键 gb/t 1096-20038.2 大带轮与高速轴轴伸的键联接1.选择键的类型和尺寸带轮有定心精度要求，应选用平键连接。选用圆头普通平键（a型）尺寸为：2.校核键的连接强度键、轴和轮毂都是钢，由表6-2查得许用应力，取其平均值。键的工作长度键与轮毂键槽的接触高度。由式（6-1）可得：所以所选的键符合强度要求键的标记为：键 gb/t

19、 1096-2003计算及说明结果8.3 低速轴轴伸与联轴器的键联接1.选择键的类型和尺寸联轴器有定心精度要求，应选用平键连接。选用圆头普通平键（a型）尺寸为：2.校核键的连接强度键、轴和轮毂都是钢，由表6-2查得许用应力，取其平均值。键的工作长度键与轮毂键槽的接触高度。由式（6-1）可得：所以所选的键符合强度要求键的标记为：键 gb/t 1096-20038.4 大齿轮与低速轴的键联接1.选择键的类型和尺寸一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键连接。由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键（a型）尺寸为2.校核键的连接强度键、轴和轮毂都是钢，由表6-2查得许用应力，取其平均值。键的工作

20、长度键与轮毂键槽的接触高度。由式（6-1）可得：所以所选的键符合强度要求键的标记为：键 gb/t 1096-2003。计算及说明结果8.5 小齿轮与低速轴的键联接1.选择键的类型和尺寸一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键连接。由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键（a型）尺寸为：2.校核键的连接强度键、轴和轮毂都是钢，由表6-2查得许用应力，取其平均值。键的工作长度键与轮毂键槽的接触高度。由式（6-1）可得：所以所选的键符合强度要求键的标记为：键 gb/t 1096-2003。9 联轴器的选择1.类型选择为了隔离振动和冲击，选用弹性套柱销联轴器2.载荷计算公称转矩：由表14-1查得4

21、. 型号选择从gb4323-84查得lt9型弹性套柱销联轴器的许用转矩为1000000n.mm，许用最大转速为2100r/min，轴径为50mm，故合用。计算及说明结果10 其他零部件的设计计算10.1 箱体箱体由灰铸铁铸造而成，其结构设计如下表所示：名称符号数值下箱体壁厚10上箱体壁厚10下箱座剖面处凸缘厚度15上箱座剖面处凸缘厚度15地脚螺栓底脚厚度25箱座上的肋厚9箱盖上的肋厚9地脚螺栓直径20地脚螺栓孔直径25地脚螺栓沉头座直径48底脚凸缘尺寸（扳手空间）3230地脚螺栓数目4轴承旁联接螺栓（螺钉）直径16轴承旁联接螺栓孔直径17.5轴承旁联接螺栓沉头座直径32轴承旁凸台的凸缘尺寸（扳

22、手空间）2420计算及说明结果上下箱联接螺栓（螺钉）直径10上下箱联接螺栓通孔直径11上下箱联接螺栓沉头座直径24箱缘尺寸（扳手空间）1814轴承盖螺钉直径8检查孔盖联接螺钉直径6圆锥定位销直径8圆锥定位销数目2减速器中心高182.5轴承旁凸台高度轴承旁凸台半径20轴承端盖螺钉分布直径110150轴承端盖（即轴承座）外径80100轴承旁联接螺栓距离80100箱体外壁至轴承座端面的距离50计算及说明结果轴承座孔长度（即箱体内壁至轴承座端面的距离）60大齿轮顶圆与箱体内壁间的距离12齿轮端面与箱体内壁间的距离2010.2 检查孔及其盖板 为了检查传动零件的啮合情况、接触斑点、侧隙，并向箱体内注入润

23、滑油，应在箱体的上箱顶盖能够直接观察到齿轮啮合部分的位置设置检查孔。平时，检查孔的盖板用螺钉固定在箱盖上。检查孔的大小应允许将手伸入箱内，以便检查齿轮啮合的情况。10.3 通气器 减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大，为使箱内受热膨胀的空气能自由地排出，以保证箱体内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面和轴伸或者其他缝隙渗漏，在箱体顶部装设通气器。通气器是具有垂直相通气孔的通气螺塞。通气螺塞旋紧在检查孔盖板的螺孔中。这种通气器结构有滤网，用于工作环境多尘的场合，防尘效果较好。选m12*1.2510.4 轴承盖和密封装置 为了固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔两端用轴承盖封闭。

24、采用凸缘式轴承盖，利用六角螺钉固定在箱体上。在轴伸处的轴承盖是透盖，透盖中装有密封装置。凸缘式轴承盖的优点是拆装、调整轴承比较方便。计算及说明结果10.5 轴承挡油盘 为了防止箱内润滑油溅入轴承室润滑脂稀释，在轴承面向箱内的一侧安装挡油盘。10.6 定位销 为了精确地加工轴承座孔，并保证每次拆装后轴承座的上下半孔始终保持加工时的位置精度，应在精加工轴承座前，在上箱盖和下箱座的联接凸缘上装配定位销。两个定位圆锥销安置在箱体纵向两侧联结凸缘上，并呈非对称布置以加强定位效果。销 gb/t117-2000 a10*6010.7 起箱螺钉 为了加强密封效果，通常在装配时于箱体剖面上涂以水玻璃或密封胶，因

25、而在拆卸时往往因胶结紧密使分开困难。为此在箱盖联结凸缘的适当位置，加工出12个螺孔，旋入启箱用的圆柱端或平端的启箱螺钉。旋动启箱螺钉便可将上箱盖顶起。螺钉 gb/t86-1988 m10*3010.8 油面指示器 为了检查减速器内油池油面的高度，以便经常保证油池内有适当的油量，一般在箱体便于观察、油面较稳定的部位，装设油面指示器油标尺。油标 a80 jb/t7941.3-199510.9 放油螺钉 换油时，为了排出污油和清洗剂，应在箱体底部、油池的最低位置处开设放油孔，平时放油孔用带有细牙螺纹的螺塞堵住。放油螺塞和箱体结合面间应加防漏用的垫圈。六角螺塞 m20（jb/zq4450-1986）计

26、算及说明结果10.10 油杯 滚动轴承采用润滑脂润滑时，应经常补充润滑脂。因此箱盖轴承座上应加上油杯，供润滑脂用。油杯 m10*1 jb/t7490.1-199510.11 起吊装置当减速器的质量超过25kg时，为了便于搬运，常需在箱体上设置起吊装置。在上箱盖设有两个吊耳，下箱座铸出四个吊钩。11 润滑与密封11.1 减速器齿轮传动润滑油的选择 因为高速轴浸于油中的齿轮圆周速度，轴承采用脂润滑。润滑脂的填充量为轴承空间的1/21/3，每隔半年左右补充更换一次。为了防止箱内润滑油溅入轴承室润滑脂稀释，在轴承面向箱内的一侧安装挡油盘。11.2 减速器轴承润滑方式和润滑剂的选择 箱体内齿轮采用浸油润滑。齿轮的滑动速度 1v12m/s,选则100号机械油（gb 5903-1995），装至规定高度.使中间级大齿轮浸油深度不小于10mm，低速级大齿轮浸油深度不大于其半径的1/5=29.5mm油的深度为11.3 轴承密封装置的选择 为了防止外界的灰尘、水汽、杂质进入轴承并防止轴承内润滑油外泄，应在外伸轴轴端轴承盖孔内设置毡圈油封。