一级圆柱齿轮减速器

1、机械工程学院专业课程设计 专业综合实践（报告）题目： 一级圆柱齿轮减速器设计 作者： 二级学院： 机械工程学院 专业班级：机械设计制造及其自动化11级2班指导教师： 职称： 2015年1月22日II专业综合实践（报告）任务书课题名称一级圆柱齿轮减速器设计二级学院机械工程学院专业/班级11机自本（2）学生姓名郑缘学 号4110111211指导教师张玉良单位/职称机械工程学院/讲师一、专业综合实践（报告）的主要内容、任务和目标、基本要求实践的主要内容：一级圆柱齿轮减速器是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。为了提高其性能，并降低其

2、成本，需要在现有产品的基础上进行适当改进设计。主要进行一级圆柱齿轮减速器总体布局设计、技术参数设计以。通过一级圆柱齿轮减速器的功能性设计，使学生初步掌握创造新机构的系统理论和方法，树立机构拓扑设计的数理模式，减少设计中的经验性因素，为今后工作中的创新设计奠定基础。任务及目标：(1)完成前期调研工作，提出本专业综合实践的工作内容；(2)对一级圆柱齿轮减速器提出合理的设计方案，并完成计算；(3)采用solidworks软件完成建模，绘制装配图，完成虚拟样机实现。基本要求：(1)完成不少于5000字的设计说明书；(2)完成一级圆柱齿轮减速器的精确三维造型。三、进度安排1.查阅相关文献资料；（1周）2

3、.初步计算的结果，确定各部分的形状和尺寸；（2周）3.采用三维模型进行虚拟样机设计以及模型渲染；（3周）4.撰写报告，提交材料；（1周）四、推荐的主要参考资料参考著作写3篇1 闻邦椿.机械设计手册M.北京: 机械工业出版社，2010.2 张卫、吴慧中.虚拟样机概念及体系结构研究M.北京：清华大学出版社，2002.3 江洪，Solidworks2011基础教程M. 北京: 机械工业出版社，2010指导教师签名 年 月 日专业负责人签名 年 月 日 摘 要机械传动已经伴随人们走过了几千年的历史，无论是在生活还是生产方面，它都为人类的发展进程作出了巨大的贡献。如今，随着电子技术、信息技术的广泛应用，

4、使机械传动也进入了一个新的发展阶段。机械传动系统在高速、高效、节能、环保以及小型化等方面有了明显的改进。现在，单纯的机械或电气传动似乎更多地加入了流体技术、智能控制技术部分，机械、电子、传感器技术、软件的合成已成为一种重要的趋势。社会生活的各个角落，无不在享受着新技术发展所带来的便利，高科技越发达，相对的对机械行业的需求就越大。我国减速机制造企业更应该跟上时代，多元化地发展。目前国际上最先进的各种减速机加工及检测设备，包括各种滚齿机、磨齿机、热处理炉、齿轮检测中心、三坐标测量仪等，均不同程度地使用了微电子技术和信息技术。国外的机械传动行业随着微电子技术、信息技术的发展也在进行着与之相应的多元化

5、的改变。而我国的基础行业包括减速机行业则相对还很落后,基本上处于先进国家上世70、80年代的水平。优化人与环境的概念在现代的生产生活中越发受到重视，在工业领域，节能、低噪声、环保也是机械制造的发展趋势，机械传动行业应如何在材质的选择、结构的设计等诸多方面去突破以满足这些要求。关键词：机械传动，节能，科技，电子技术。目 录目 录II第1章 绪论11.1 选题的背景与意义11.2 国内外的发展现状11.3 本设计研究的主要内容2第2章 减速器的总体设计32.1 传动装置的总体设计32.1.1 拟订传动方案32.1.2 电动机的选择32.1.3 确定传动装置的传动比及其分配42.1.4 各齿轮的设计

6、计算42.2 轴的设计82.2.1 主动轴的设计82.2.2 从动轴的设计92.3 轴承的选择和计算校核11第3章 三维数字化造型153.1 创建减速器的零部件153.2 减速器的装配过程图213.3 减速器爆炸图223.4 减速器总装配图23第4章 结论25参考文献27致 谢28第1章 绪论1.1 选题的背景与意义计算机辅助设计及辅助制造（CAD/CAM）技术是当今设计以及制造领域广泛采用的先进技术。本次设计是一级圆柱齿轮减速器，在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等.

7、其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。减速机的作用主要有：1、降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭矩；2、减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一下一般电机都有一个惯量数值。本文主要介绍的是一级减速机的设计。而减速机不仅包括减速器，还包括电机。因为如果减速机要起到减速作用的话，就必须有减速装置，这时就需要减速器来工作了。因此减速器是减速机实现减速的核心部件，减速器主要是靠一对啮合的齿轮传动来实现减速的。1.2

8、 国内外的发展现状国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。 20世纪60年代的减速器大多是参照苏联20世纪4050年代的技术制造的，后来虽有所发展，但限于当时的设计、工艺水平及装备条件，其总体水平与国际水平有较大差距。 自20世纪60年代以来，我国先后制订了JB113070圆柱齿轮减速器等一批通用减速器的标淮，除主机厂自制配套使用外，还形成了一批减速器专业生产厂。目前，全国生产减速器

9、的企业有数百家，年产通用减速器25万台左右，对发展我国的机械产品作出了贡献。 改革开放以来，我国引进一批先进加工装备，通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从JB17960的89级提高到GB1009588的6级，高速齿轮的制造精度可稳定在45级。部分减速器采用硬齿面后，体积和质量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了较大的提高，对节能和提高主机的总体水平起到很大的作用。 我国自行设计制造的高速齿轮减（增）速器的功率已达42000kW，齿轮圆周速度达150m/s以上。

10、但是，我国大多数减速器的技术水平还不高，老产品不可能立即被取代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。1.3 本设计研究的主要内容论文的内容应包括传动装置的全部设计计算和结构设计，具体内容如下：1） 设计准备 阅读设计任务书，明确设计要求、工作条件、内容和步骤；通过对减速器的装拆了解设计对象；阅读有关资料，明确课程设计的方法和步骤，初步拟定设计计划。 2） 传动装置的总体设计 根据任务书中所给参数和工作要求，分析和选定传动装置的总体方案；计算功率并选择电动机；确定总传动比和分配各级传动比；计算各轴的转速、转矩和功率。 3） 各级传动零件的设计计算 通过设计计算，确定各传动零件的主要参数和尺寸，

11、一般包括齿轮、箱体、滚动轴承、键等。一般应先计算箱外传动件（如联轴器），后计算箱内传动件。第2章 减速器的总体设计2.1 传动装置的总体设计2.1.1 拟订传动方案本传动装置用于带式运输机，工作参数：运输带工作轴转矩T=690Nm，工作速度=0.8m/s，滚筒直径D=320mm，传动效率=0.96，（包括滚筒与轴承的效率损失）单班制，连续单向运转，载荷较平稳；使用寿命10年。环境最高温度80。2.1.2 电动机的选择（1）选择电动机的类型按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列三相异步电动机,封闭式结构,电压380V。（2）选择电动机的功率电动机所需的功率 = / （2-1）式中 工作机要求的电

12、动机输出功率，单位为KW； 电动机至工作机之间传动装置的总效率； 工作机所需输入功率，单位为KW；传动装置总效率： （2-2） （2-3）查表，选取电动机的额定功率=5.5kW。（3）选择电动机的转速传动滚筒转速r/min （2-4）由表推荐的传动比的合理范围，取一级圆柱齿轮减速器的传动比=1040，故电动机转速的可选范围为：= n=（1040）48=480-1920r/min （2-5）符合这范围的电动机同步转速有750、1000、1500r/min三种，现以同步转速1000 r/min和1500 r/min两种常用转速的电动机进行分析比较。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格、传动比

13、及市场供应情况，选取比较合适的方案，现选用型号为Y132M16。2.1.3 确定传动装置的传动比及其分配减速器总传动比及其分配：减速器总传动比i=96048=20 （2-6）各级传动比分配： 初定 式中i传动装置总传动比工作机的转速，单位r/min电动机的满载转速，单位r/min2.1.4 各齿轮的设计计算一、高速级减速齿轮设计（直齿圆柱齿轮）1.齿轮的材料，精度和齿数选择，因传递功率不大，转速不高，材料按表7-1选取，都采用45号钢，锻选项毛坯，大齿轮、正火处理，小齿轮调质，均用软齿面。齿轮精度用8级，轮齿表面精糙度为Ra1.6，软齿面闭式传动，失效形式为占蚀，考虑传动平稳性，齿数宜取多些，

14、取Z1=34 则Z2=Z1i=342.62=89。2.设计计算。（1）设计准则，按齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。（2）按齿面接触疲劳强度设计： （2-7）T1=9.55106P/n=9.551065.42/384=134794 Nmm选取材料的接触疲劳，极限应力为：HILim=580 HILin=560选取材料弯曲疲劳极限应力： HILim=230 HILin=210应力循环次数N计算：N1=60n, at=60(836010)=6.64109N2= N1/u=6.64109/2.62=2.53109查得接触疲劳寿命系数：ZN1=1.1 ，ZN2=1.04查得弯曲疲劳寿命系数

15、：YN1=1 ，YN2=1查得接触疲劳安全系数：SFmin=1.4 又YST=2.0 试选Kt=1.3许用接触应力和许用弯曲应力： （2-8） （2-9） （2-10） （2-11） （2-12）则V1=(d1tn1/601000)=1.3m/s ( Z1 V1/100)=1.3(34/100)m/s=0.44m/s查图得Kv=1.05 ，由表查得K A=1.25，由表查得K=1.08，取K=1.05，则KH=KAKVKK=1.42，修正： （2-13） M=d1/Z1=1.96mm查表取标准模数：m=2mm（3） 计算几何尺寸d1=mz1=234=68mm d2=mz2=289=178mm

16、a=m(z1z2)/2=123mm b=ddt=168=68mm取b2=65mm b1=b2+10=753.校核齿根弯曲疲劳强度由图查得，YFS1=4.1，YFS2=4.0 取Y=0.7校核大小齿轮的弯曲强度： （2-14） （2-15）二、低速级减速齿轮设计（直齿圆柱齿轮）1.齿轮的材料，精度和齿数选择，因传递功率不大，转速不高，材料按表7-1选取，都采用45号钢，锻选项毛坯，大齿轮、正火处理，小齿轮调质，均用软齿面。齿轮精度用8级，轮齿表面精糙度为Ra1.6，软齿面闭式传动，失效形式为占蚀，考虑传动平稳性，齿数宜取多些，取Z1=34 则Z2=Z1i=343.7=104。2.设计计算（1）设

17、计准则，按齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。（2）按齿面接触疲劳强度设计：T1=9.55106P/n=9.551065.20/148=335540 Nmm查图选取材料的接触疲劳，极限应力为：HILim=580 HILin=560查图选取材料弯曲疲劳极阴应力：HILim=230 HILin=210应力循环次数N计算：N1=60n at=60148(836010)=2.55109 N2= N1/u=2.55109/3.07=8.33108查得接触疲劳寿命系数：ZN1=1.1 ，ZN2=1.04查得弯曲疲劳寿命系数：YN1=1 ，YN2=1查得接触疲劳安全系数：SFmin=1.4 又Y

18、ST=2.0 试选Kt=1.3许用接触应力和许用弯曲应力：则V1=(d1tn1/601000)=0.55m/s ( Z1 V1/100)=0.55(34/100)m/s=0.19m/s查图得Kv=1.05，由表查得K A=1.25，由表查得K=1.08，取K=1.05，则KH=KAKVKK=1.377，修正： M=d1/Z1=2.11mm查表取标准模数：m=2.5mm（3） 计算几何尺寸d1=mz1=2.534=85mm d2=mz2=2.5104=260mm a=m(z1z2)/2=172.5mm b=ddt=185=85mm取b2=85mm b1=b2+10=953.校核齿根弯曲疲劳强度由

19、图查得，YFS1=4.1，YFS2=4.0 取Y=0.7校核大小齿轮的弯曲强度：总结：高速级 z1=34 z2=89 m=2 低速级 z1=34 z2=104 m=2.52.2 轴的设计2.2.1 主动轴的设计（1）选择轴的材料及热处理由于减速器传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求故选择常用材料45钢，调质处理。（2）初步估算轴的最小直径主动轴=c=23.44 （2-16）考虑键槽=23.441.05=24.612选取标准直径=25（mm）根据轴上零件的定位、装拆方便的需要，同时考虑到强度的原则，主动轴设计为阶梯轴。（3）轴的强度校核确定轴上的零件位置及轴上零件的固定方式：由于是单级齿轮

20、减速器，故将齿轮布置在箱体内壁中央，轴承对称地布置在齿轮的两边，轴的外伸段安装联轴器。主动轴的强度校核：圆周力 = （2-17）=2000158.872/204=1557.57 N径向力 =tan （2-18）=1557.57tan20=566.909 N由于为直齿轮，轴向力=0L=98mm=0.53339=778.785=0.5L=778.785980.5/1000=38.16=0.5566.909=283.455=0.5L=283.455980.5/1000=13.89转矩 T=90.153校核：=38.2 （2-19） =66.22 （2-20） 由图表查得，=55MPad10=10=1

21、0.64(mm) （2-21）考虑键槽d=10.64mm 25mm，则强度足够。轴的结构图如图 21所示：图 21 主动轴的结构图2.2.2 从动轴的设计（1）选择轴的材料选45号钢，调质处理，HB217255=650MPa =360MPa =280MPa (2) 初步估算轴的最小直径从动轴=c=37.14考虑键槽=37.141.05=38.996选取标准直径=39（mm）根据轴上零件的定位、装拆方便的需要，同时考虑到强度的原则，从动轴设计为阶梯轴。（3）轴的强度校核圆周力 =2000158.872/192=1654.9径向力 =tan=1654.92tan20=602.34由于为直齿轮，轴向

22、力=0 L=98mm=0.5=0.51557.57=778.785=0.5L=778.785980.5/1000=38.16=0.5=0.5566.909 =283.455=0.5L=283.455980.5/1000=14.134转矩T=161.182 校核： =40.697 =104.923 由图表查得，=55MPa d10=10=26.72(mm) 考虑键槽d=26.72mm 39mm，则强度足够。轴的结构见图 22所示：图 22从动轴结构图2.3 轴承的选择和计算校核因为斜齿轮在工作时会产生轴向力，所以应采用角接触轴承，根据轴的设计尺寸，选用7210C和7510C各一对。轴承的参数如表

23、2-1所示：表2-1 轴承参数表轴承型号基本尺寸/mm安装尺寸/mm基本额定载荷/KN极限转速(r/min)质量/KNdDBrminr1minadaminDamaxramaxCr(动)C0r(静)脂润滑油润滑7210C5090201.10.619.45783132.826.8630085000.467215C75130252126.4841211.554.260.8430056001.2轴承的校核：已知参数7210C径向力，轴向力，转速，a=15计算派生轴向力查表查得e在0.43至0.46之间。根据线性插值法：求轴承的轴向载荷因，故轴承1为紧端，轴承2为松端。则：计算当量动载荷由表及插值法算得

24、7210C（a=15）的判别系数，故再由表查得：，由，得的值在之间由插值法算得：最大动载荷远小于额定动载荷，因此强度足够。计算轴承寿命由表查得，由手册查得7210C的动载荷为32800N，又。由式得： （2-22） （2-23）故轴承1的寿命约为76937h，轴承2的工作寿命约为10247172h。这对轴承的寿命为76937h。已知参数7215C径向力，轴向力，转速，a=15计算派生轴向力查表查得e在0.38至0.40之间。根据线性插值法：求轴承的轴向载荷因，故轴承1为紧端，轴承2为松端。则：计算当量动载荷由表及插值法算得7210C（a=15）的判别系数，故再由表查得：，由，得的值在之间由插值

25、法算得：最大动载荷远小于额定动载荷，因此强度足够。计算轴承寿命由表查得，由手册查得7215C的动载荷为54200N，又。由式得：故轴承1的寿命约为146811h，轴承2的工作寿命约为6067540h。这对轴承的寿命为146811h。29第3章 三维数字化造型3.1 创建减速器的零部件用拉伸和切除的方法，同时进行必要的修剪如倒圆，创建箱体的三维图。三维图如图 31所示：（a）箱体正视图（b）箱体俯视图图 31箱体结构图用同样的方法创建箱盖的三维图。如图 32所示：（a）箱盖正视图（b）箱盖俯视图图 32箱盖结构图用旋转、倒圆等方法创建主动齿轮轴的三维图。如图 33所示：图 33主动齿轮轴结构图用

26、与上面相同的方法画出从动轴的三维图。如图 34所示：图 34从动轴结构图根据轴的尺寸画出相应的轴承的三维图。如图 35所示：图 35轴承结构图端盖的三维图如图 36所示：（a）端盖前视图 （b）端盖后视图图 36端盖结构图用拉伸、切除、阵列、倒角等方法画出从动齿轮的三维图。如图 37所示：图 37从动齿轮结构图根据轴上槽的尺寸画出键的三维图。如图 38所示：（a）键的俯视图（b）键的主视图图 38键结构图画出所需螺栓、螺母的三维图。如图 39所示：（a）螺栓M8X65（b）螺栓M8X25 （c）螺母主视图图 39螺栓 螺母图螺塞螺钉三维 图 310所示：（a）螺钉主视图（b）螺塞主视图 图 3

27、10螺塞螺钉图电动机的三维图如图 312所示：（a）电动机俯视图 （b）电动机主视图图 311电动机结构图用所画的零件图装配得到主动轴装配体三维图。如图 312所示：图 312主动轴装配图减速器的从动轴装配体如图 313所示：图 313从动轴装配图3.2 减速器的装配过程图通过画好的零件图，将其进行装配，得到所需的一个完整的整体，减速器装配过程如图 314所示： （a）步骤一 （b）步骤二 （c）步骤三 （d）步骤四 （e）步骤五 （f）步骤六图 314减速器装配过程图3.3 减速器爆炸图 减速器装配好后，为了能看清里面的结构，对装配图进行分开，其爆炸图如图 315所示：图 315爆炸图3.4

28、 减速器总装配图 给减速器动力，接上电动机，使其能够运动，总装配图如图 316所示： （a）总装配图前视图（b）总装配图后视图图 316总装配图第4章 结论这次通过对已知条件对一级圆柱齿轮减速器的结构形状进行分析，得出总体方案.按总体方案对各零部件的运动关系进行分析得出一级圆柱齿轮减速器的整体结构尺寸，然后以各个系统为模块分别进行具体零部件的设计校核计算，得出各零部件的具体尺寸，再重新调整整体结构，整理得出最后的设计图纸和说明书.此次设计通过对一级圆柱齿轮减速器的设计，使我对成型机械的设计方法、步骤有了较深的认识.熟悉了齿轮、轴等多种常用零件的设计、校核方法；掌握了如何选用标准件，如何查阅和使

29、用手册，如何绘制零件图、装配图；以及设计非标准零部件的要点、方法。 这也让我对减速器了解了很多：减速机利用各级齿轮传动来达到降速的目的。减速器就是由各级齿轮副组成的。比如用小齿轮带动大齿轮就能达到一定的减速的目的，再采用多级这样的结构，就可以大大降低转速了。减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机。内燃机或其它高速运转的动力通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。 减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。减速

30、机的作用：在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛，几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶，汽车,机车,建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电,钟表等等.其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用,且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能,因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。 这次设计贯穿了所学的专业知识，综合运用了各科专业知识，查各种知识手册从中使我学习了很多平时在课本中未学到的或未深入的内容。我相信这次设计对以后的工作学习都会有很大的帮助。 由于自己所学知识有限，而机械设计

31、又是一门非常深奥的学科，设计中肯定存在许多的不足和需要改进的地方，希望老师指出，在以后的学习工作中去完善它们。对与此次毕业设计，本人的总结是：(1)本人针对传统的加工工艺进行了改进，理论上改进后的加工工艺更加合理，更加利于工厂生产，工艺流程也更加合理；(2)通过对改进后的加工工艺的分析，本人首先计算了所有切削参数，然后根据切削参数最终计算出改进后的劳动时间，并于实际生产现场的加工时间对比，可以看出劳动时间减少了很多，实现了高效的生产；(3)在这次的课程设计中，本人运用CAD绘图软件绘制了二维图纸，然后运用solidworks三维软件绘制出一级圆柱齿轮减速器三维图，最后用solidworks导出

32、一级圆柱齿轮减速器示意图，本人还翻阅了各种国家标准和设计手册，这对于本人来说是一次很好的锻炼，培养了本人查阅相关资料的能力和绘图技能。在设计的过程中，培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，大家共同解决了许多个人无法解决的问题，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。参考文献1 何宁. 机械制造工艺学M. 重庆: 重庆大学出版社, 2013.2 刘传绍. 机械制造工艺学M. 北京: 电子工业出版社, 2011. 3 李洪. 机械加工工艺手册M. 北京: 北京出版社, 1990.4 陈宏钧. 实用机械加工工艺手册M. 北京: 机械工业出版社, 2000. 5 沈鸿, 孟少. 机械加工工艺手册M. 北京：机械工业出版社, 2003.6 吴拓. 现代机床夹具设计M. 北京：化学工业出版社, 2009.7 陈宏钧. 机械加工工艺施工员手册M. 北京: 机械工业出版社, 2008.8 刘友才. 机床夹具设计M. 北京: 机械工业出版社, 2010.9 余光国, 马俊, 张兴发. 机床夹具设计M. 重庆: 重庆大学出版社, 19