一级斜齿圆柱齿轮减速器设计说明书

1、目 录1、设计任务书 42、传动方案分析 5 3、电动机的选择 5 3.1电动机类型的选择 5 3.2电动机功率的选择 5 3.3电动机转速的选择 6 3.4确定传动装置的总传动比和分配传动比6 3.5计算传动装置运动参数和动力参数74、齿轮的设计计算8 4.1齿轮的传动设计8 4.2齿面接触疲劳强度计算85、轴的设计及计算145.1选择第一轴的材料确定许用应力14 5.2按弯曲许用切应力，初估轴的最小直径14 5.3确定齿轮和轴承的润滑14 5.4轴得初步设计14 5.5择第二轴的材料确定许用应力17 5.6确定齿轮和轴承的润滑17 5.7轴得初步设计186、轴承的选择及校核207、键的选择

2、及校核21 7.1小轴上键的选择与校核2172大轴上用键的选择与校核228.联轴器的选择与校核22 9.减速器箱体设计2210.减速器润滑、密封及润滑油的选择2410.1润滑方式2410.2润滑油的选择2410.3密封方式24设计小结 25 参考文献251、 设计任务书题目C：卷扬机一级斜齿圆柱齿轮减速器设计1.1传动方案图3 题目C传动方案1.2、工况条件 （1）工作条件：轻微冲击、双向传动、室内； （2）使用期限：5年、两班制；（3）生产批量：批量生产；（4）速度误差：；1.3、原始数据表3 题目C的数据设计计算及说明结果2、 传动方案的分析 此方案为第一级用一级斜齿圆柱齿轮减速器，后接一

3、级开放式齿轮传动。斜齿轮比直齿轮啮合平稳，作为高速级噪音低；高速级相对扭矩小，用斜齿轮时，轴向力小。但一级斜齿轮的传动比不能太大，只用一个一级减速器达不到减速要求，因此后接了一个开放式齿轮传动，以达到将速度降下来的目的，试卷扬机平稳运行。3、电动机的选择3.1电动机类型的选择 根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。3.2电动机功率的选择已知卷筒圆周力和直径求出力矩 T=Fr=查文献【1】表表14-12取：=0.99为轴承的传动效率=0.99为联轴器的传动效率=0.98为齿轮的传动效率=0.96为卷筒的效率传动装置的总效率为 工作机所需工作功率 3.93Kw其中，为卷扬机效率，n为卷筒

4、转速。电动机所需功率为=3.3电动机转速的选择 单级圆柱齿轮传动比（闭式）i=35,开式i=47,则总传动比的范围i=(3×4)(5×7)=1235.电动机转速范围应为：=i×=(1235) ×60=7202100r/min其中，为卷筒的转速（r/min） 根据电动机所需功率和转速查文献【3】表表16-1Y系列三相异步电动机的技术数据，有三种适用的电动机型号，传动方案如下： 表3-1 三种电动机的数据比较方案电动机型号同步转速r/min额定功率kw满载转速r/min起动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩质量kg1Y132M2-610005.59602.02

5、.0842Y132S-415005.514402.22.2683Y160M2-87505.57202.02.0119 综合考虑电动机和传动装置的转速、转矩和减速器传动比，可见第2种方案比较合适，因此选用电动机型号为Y132S-4的三相异步电动机，额定功率为5.5kw，满载转速1440r/min，同步转速1550r/min3.4确定传动装置的总传动比和分配传动比3.4.1求总传动比 i=其中，为电动机满载转速r/min，为滚筒转速。3.4.2求各级传动比 取斜齿圆柱齿轮的传动比i=4,则开式齿轮的传动比为 i=i/i=24/4=63.5计算传动装置运动参数和动力参数 将传动装置各轴由高速到低速依

6、次定位轴，轴，轴3.5.1转速电动机轴：=1440r/min轴：n=1440r/min轴：n= n/i =360r/min轴：n= n/i =60r/min卷筒轴：= n=60r/min3.5.2功率电动机轴:=5.5kw轴：P=轴：P=轴：P=p卷筒轴：3.5.3转矩电动机轴：轴：轴:T=9550×P/n=9550×5.23/360=138.74N,m轴：T=9550卷筒轴：将传动装置中各轴的功率、转速、转矩列表，如表3-2所示。表3-2 各轴的运动和动力参数轴名 功率P(kw) 转矩T(N.m) 转速n(r/min)电动机轴 5.5 36.48 1440轴 5.39 3

7、5.75 1440轴 5.23 138.74 360轴 5.07 806.98 60卷筒轴 5.02 799.02 604、齿轮的设计计算4.1齿轮的传动设计 设计的确定：斜齿轮，闭式软齿面设计，压力角20º；齿轮精度（7、8级）小齿轮用45Gr,调质处理，硬度为241HB286HB,平均取260HB。大齿轮用45钢，调质处理，硬度为229HB286HB，平均取240HB。4.2齿面接触疲劳强度计算4.2.1初步计算转矩T 齿宽系数 由表12.13 =1.2值 由表12.16，估计=25º，取=76接触疲劳极限 由图12.17c 初步计算的许用接触应力【】 【】=0.9【式

8、12-15】 =0.9×710 【】=0.9× =0.9×580初步计算的小齿轮直径d d(式12.14) = =39.1初步齿宽b b=d=1.2×40=484.2.2校核计算圆周速度V V=齿数Z、模数m 和螺旋角取=24，=i=4×24=96=由表12.3，取=1.5=acrcos使用系数 由表12.9 动载系数 由图12,9齿间载荷分配系数 100N/mm (式12.6) = =(表12.8)=+ （表12.8） （表12.8） =arctan (表12.8) =cos26.08ºcos20º/cos22.06

9、86; =0.91 由此得 齿向载荷分布系数 由表12.11，=A+B(b/d)²+C. =载荷系数K K= (式12.5) =1.25×1×1.86×1.43弹性系数 由表12.12节点区域系数 由图12.16重合度系数 由式12.31，因1，取=1，故 螺旋角系数 = （式12.32） 接触最小安全系数 由表12.14 接触寿命系数 由图12.18 许用接触应力（式12.11） 验算（式12.8） =189.8×2.3×0.65×计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。4.2.3确定传动主要尺寸 中心距a

10、a=d(i+1)/2=40×(4+1)/2 实际分度圆直径d 因中心距未作圆整，故分度圆直径不会改变，即 d=2a/i+1=2×100/4+1 d=id=4×40 齿宽b 齿根弯曲疲劳强度验算 齿形系数 由图12.21应力修正系数 由图12.22重合度系数 (式12.18) =0.25+0.75/1.58=0.72螺旋角系数 （当1时，按=1计算） 齿间载荷分配系数 由表12.10注 前已求得=1.86 故=1.86 齿向载荷分布系数 由图12.14b/h=48/(2.25×1.5)=14.2=1.4 载荷系数K =1.25×1×1.

11、86×1.4弯曲疲劳极限 由图12.23c弯曲最小安全系数 由表12.14应力循环次数 由表12.15.估计3×,则 指数m=49.91弯曲寿命系数 由图12.24尺寸系数 由图12.25许用弯曲应力 验算 5、轴的设计及计算5.1选择第一轴的材料确定许用应力普通用途、中小功率减速器，选用45钢，正火处理。查表2-7,取 =600 Mpa, =95 MPa5.2按弯曲许用切应力，初估轴的最小直径由表2-6,查得C=110, =40 Mpa,按式（2-44）得, =17.08mm因轴上开有键槽,应增大轴颈以考虑键槽对轴强度的削弱,则直径应增大5%7%， 17.08(1+7%)

12、=18.28初定轴的最小直径=20。5.3确定齿轮和轴承的润滑计算齿轮圆周速度=3.01齿轮采用浸油润滑，轴承采用飞溅润滑。5.4轴得初步设计根据轴系结构分析要点，结合后述尺寸确定，按比例绘轴的草图，如图2-2。考虑到斜齿圆柱齿轮传动，选用角接触球轴承，采用内嵌式轴承盖实现轴承两端单向固定，依靠普通平键联接实现周向固定，利用轴肩结构实现轴与轴承的轴向固定。考虑到小齿轮分度圆直径与轴的直径差距不大的情况，采用齿轮轴的结构方案，如图2-2示。轴与其它零部件相配合的具体情况见后装配。直径20 24 30 38 40 38 30长度 87 50 46.5 12.5 53 12.5 20图 2-25.4

13、.1轴的结构设计轴的结构设计主要有三项内容：（1）各轴段径向尺寸的确定；（2）各轴段轴向长度的确定；（3）其它尺寸（如键槽、圆角、到角，退刀槽等）的确定。（1） 径向尺寸的确定如上草图所示，从轴段=20开始，逐段选取相邻轴段的直径。起定位固定作用，定位轴肩高度h可在（23）C范围内经验选取（C为联轴器内孔倒角尺寸，取C=1），故= +2h20+2×(1×2)=24 mm,按轴的标准直径系列取=24mm 。与轴承内径相配合，考虑安装方便，结合轴的标准直径系列并符合轴承内径系列，取=30 mm，选定轴承为30210型圆锥滚子轴承。起定位作用，上套挡油环，按轴的标准直径系列，取=

14、38 mm。d即为小齿轮部分，将作为分度圆的直径，即=40mm。=38 mm，=30mm（2） 轴向尺寸的确定由轴承标准查得30210型轴承宽度是20mm，因此左端轴颈长度为20mm，套筒的宽度为24mm，故取轴头头长度46.5mm。根据齿轮轮毂宽度55mm,取齿轮处轴颈长度53mm。取轴肩长度12.5mm，考虑到穿过小齿轮传动的长度，该长度取为50mm,联轴器处轴头长度取为87mm。轴的总长取为282mm.轴的支撑跨距为176mm.5.4.2轴得强度校核计算齿轮受力转矩 =35.75kN·mm齿轮切向力=1.7875kN径向力： F=tan=1.7875×tan20

15、76;=0.65kN轴向力 =tan=1.7875×tan26.08°=0.87kN（1） 计算支反力和弯矩并校核（a）水平面上=0.89kNC点弯矩: =78.32kN.mmD点弯矩：=31.15kN.mm水平面弯矩和受力图如上图：（b）垂直面上 支反力： =0.53kN=0.12KNC点弯矩：46.64kN.D点弯矩：=×48=25.44kN.（c）求合成弯矩 =91.16kN.=40.22kN. C点当量弯矩：=120.18KN. D点当量弯矩： =50.87KN. 所以, = =23.3=17.5考虑到键,所以=2.33×105%=24.5=1.

16、75×105%=18.4 实际直径为20,强度足够.如所选超凡直径和键连接等计算后寿命和强度均能满足,则该轴的结构设计无须修改. 5.5择第二轴的材料确定许用应力普通用途、中小功率减速器，选用45钢，正火处理。查表2-7取=600 MPa, =95 MPa。5.5.1按扭转强度，初估轴的最小直径由表2-6查得C=110，=40 Mpa按式（2-44）得 dC=26.84mm 由于键槽的存在,应增大轴颈以考虑其对轴强度的影响 到d=d×(1+7%)=28.7=305.6确定齿轮和轴承的润滑计算齿轮圆周速度=小齿轮的速度=3.01m/s齿轮采用浸油润滑，轴承采用飞溅润滑。5.7

17、轴得初步设计根据轴系结构分析要点，结合后述尺寸确定，按比例绘制轴的草图，如图2-4。考虑到斜齿圆柱齿轮传动，选用角接触球轴承，采用螺栓联接式轴承盖实现轴两端单向固定，依靠普通平键联接实现周向固定，大齿轮的轴向固定采用轴肩与套筒相配合实现，轴采用阶梯轴的结构来实现零件的轴向固定，如图2-4示。轴与其它零部件相配合的具体情况见后装配。直径 30 34 42 75 80 42 长度 96 50 40 48 10 22 图 2-45.7.1轴的结构设计轴的结构设计主要有三项内容：（1）各轴段径向尺寸的确定；（2）各轴段轴向长度的确定；（3）其它尺寸（如键槽、圆角、到角，退刀槽等）的确定。a) 径向尺寸

18、的确定如上草图所示，从轴段=30开始，逐段选取相邻轴段的直径。起定位固定作用，定位轴肩高度h可在（23）C（C为齿轮内孔倒角尺寸，取C=1）范围内经验选取，故= +2×2C30+2×（2×1）=34 mm,按轴的标准直径系列取=38 mm 。d与轴承内径相配合，考虑安装方便，结合轴的标准直径系列并查机械设计手册，取=42 mm，选定轴承代号为30210。为与大齿轮装配部分，其直径应与大齿轮的内孔直径相一致，即 =75 mm。为轴肩直径，起定位作用，同理，按轴的标准直径系列，取 =80mm，=42 mmb) 轴向尺寸的确定大齿轮齿宽=48 mm,取=48 mm，L与

19、开式齿轮配合，取轴段长= 96mm。初步取=50 mm。与轴承相配合，查轴承宽度B=20 mm，,定位环长13 mm,于是取=40mm。起定位作用，取=2h=10mm。与轴承相配，查轴承宽度B=20mm,于是取=22 mm5.7.2轴的强度校核1)计算齿轮受力前面计算出:转矩 T=138.74 N·mm齿轮切向力:F=1.734KN 径向力:F= F×tan=1.734×tan20=0.631KN轴向力: =tan=1.734*tan26.08=0.849kN2)计算支承反力及弯矩（a）水平面上=0.867kNC点弯矩 =0.867×176÷2

20、=76.3KN.（b）垂直面上=0.7KN =0.069kNC点弯矩：61.6kN. （c）求合成弯矩 =98.06kN. C点当量弯矩：=124.67KN.所以,= =23.59考虑到键,所以 =23.59×105%=24.77实际直径为30,强度足够.如所选超凡直径和键连接等计算后寿命和强度均能满足,则该轴的结构设计无须修改。6、轴承的选择及校核 由于该减速器为一级斜齿圆柱齿轮减速器，工作时有轻微的冲击。故轴承既承受径向力还要承受较大的轴向力，转速为1440r/min。所以根据轴径值选用角接触球轴承， 查文献【5】附表10.2，选取7206AC型轴承两对（GB/T 2921994

21、）。 6.1寿命计划： 根据当量动载荷的计算公式（式6-1）得 ) （6-1） 根据文献 【4】表15.12查得 =1.4，式中径向载荷系数X和轴向载荷系数Y要根据e值查取。而e=1.5tan，由表15.2查得接触角= ，取=，得e=0.42。由=870/650=1.34>e 表15.13查得X=1，Y=0.45cot=1.4，则 P=1.4*（1*870+1.4*650）=2492N径向额定动载荷根据式（式6-2）计算： （6-2） 根据文献【5】附表10.2查得7206AC型角接触球轴承的基本额定动载荷 =22.0kN，=1，=,则=394980.832h 预期寿命为：5年，两班制

22、L=5×365×16=29200h<L 故所选轴承合格。 7、键的选择及校核 7.1小轴上键的选择与校核 考虑到轴的外伸端直径为d=20mm，键在轴的中部安装，故选用普通平键，根据 文献【5】附表5.11查得键的尺寸为b=8mm h=6mm L=20mm。其标记为：6*6GB10961997，选用45钢。 A型普通平键有效工作长度l=L-b=20-8=12mm，根据文献【4】表14.6查得 许用挤压应力=100Mpa。由公式得： = （7-1） =9.93Mpa< 强度足够，故合格。72大轴上用键的选择与校核 根据轴与大齿轮联接处的直径d=30mm，键在轴的中部

23、安装，故选用普通平键， 根据文献【5】附表5.11查得键的尺寸为b=90mm h=45mm L=36mm。其标记为：16*10GB10961997，选用45钢，其校核方法同上，经校验合格、8.联轴器的选择与校核 由于减速器工作时有轻微的冲击载荷，并经常正、反转，故选用弹性柱销联轴器(GB5014-2003)。由转矩公式计算 ： =KT (8-1 ) 由文献【4】表16.1查得 则 =1.5=1.5*35.75=53.63N.mm根据轴径、转矩和转速，从文献【5】附表9.4选取HL1型（GB 5014-2003），公称扭矩=250N.mm, <。采用Y型轴孔，A型键，轴孔直径d=2024m

24、m，选d=21mm,轴孔长度L=52mm,材料选用HT200。 9.减速器箱体设计由于减速器箱体是用来支持和固定轴系零件的重要零件，具有保证传动件啮合精度并使箱内零件得到良好润滑和密封的作用。考虑到减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗和花费成本等问题，选用HT200铸造而成的剖分式箱体。箱体的主要结构尺寸计算如表所示：表9-1减速器箱体尺寸名称尺寸名称尺寸箱座壁厚=8mm轴承旁凸台高度h=45mm箱盖壁厚=6mm凸台半径R=20mm箱座凸缘厚度b=1.5mm, =15mm高速轴轴承端盖外径D=92mm箱盖凸缘厚度=1.5mm, =12mm中间轴轴承端盖外径D=102mm箱座底凸缘厚度=2.5m

25、m, =25mm低速轴轴承端盖外径D=140mm箱座肋厚m=0.85mm,=8.5mm地脚螺栓M16数量n=6表9-2减速器上常用附件名称功用数量材料规格螺栓安装端盖8Q235-AGB/T5782-2000-M16×86螺栓安装端盖3Q235-AGB/T5782-2000-M12×16螺母安装8Q235-AM16 GB/T5782-2000螺母安装8Q235-AGB/T5782-2000-M12起盖螺栓紧固端盖1Q235-AGB/T5782-2000-M12×30销定位235GB/T117-2000-A8×30调整垫片调整安装1008F弹簧垫片调整安装1

26、165MnGB/T93-1987-16游标尺测量油面高度1Q235-A组合件通气器透气1Q235-A10.减速器润滑、密封及润滑油的选择 10.1润滑方式 10.1.1齿轮传动的润滑 由于润滑可以减少减速器的磨损，提高传动效率。同时，润滑油还有冷却、散热的作用。根据齿轮传动的圆周速度，齿轮v=3.01m/s可知0.8m/s<v<12m/s，应采用浸油润滑。 10.1.2滚动轴承的润滑 由于齿轮的圆周速度v=3.01m/s>2m/s，应采用飞溅润滑。减速器齿轮传动采用油池浸油润滑，大齿轮的齿轮浸入池中，靠它把润滑油带到啮合处进行润滑，由于它的圆周速度v>3m/s，飞溅的油

27、要形成油雾，直接润滑轴承轴 伸出轴承端盖孔，孔内装毡封油圈，防止箱内润滑油漏出，具有良好的密封效果。 10.2润滑油的选择 润滑剂有减少摩擦、降低磨损和散热冷却的作用，还可以减振、防锈及冲洗杂质。由于是卷扬机传动装置一级斜齿圆柱齿轮减速器，传动时有轻微的冲击载荷，所以选用 50号机械润滑油润滑。最低最高油面距（大齿轮）1020mm，需油量为2L左右。 10.3密封方式 10.3.1箱座与箱盖的密封 选用在接合面涂密封漆和水玻璃的方法。 10.3.2观察孔和油孔等处接合面的密封 在观察孔或油塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封。 10.3.3轴承孔的密封 闷盖和透盖用作密封与之对应轴承的外伸端

28、，防止轴承处的油流出和箱外污物、灰尘、水气等进入轴承腔内。因此选用结构简单价格便宜、安装方便的半粗羊毛毡毡圈密封。11.设计小结 此次课程设计历时十多天，真的，有收获，也有几多心酸，好多天对着电脑十个小时以上，有时候两三个小时过去了也几乎什么都没做，好久没这么认真地做过事了，但是尽管这样，这次设计自己都知道还是有很多错误和不足，今天去把图纸打出来了，不知道为什么感觉都有点想哭了。通过这次的设计，突然发现自己不会的东西真的太多了，有时候真的好恼自己，这也是这么久以来自己不认真学习的代价吧，不管怎么说，这次的设计总归带给了我收获，多方面的，希望自己以后能做的更好。12.参考文献1张绍甫等.机械零件学习指南与课程设计.北京：机械工业出版社,1996.32周海.机械设