一级直齿圆柱齿轮减速器设计说明书

1、 机械基础课程设计 说 明 书 设计题目：单级齿轮减速箱设计指导教师：专 业：机电技术教育班 级： 学 号： 姓 名： 20 年12月设计内容：一、 传动装置的总体设计1、 确定传动方案本次设计选用的带式输送机的机械传动装置方案为V带传动和一级闭式齿轮传动，其传动装置见下图。2、 选择电动机（1） 选择电动机的类型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。（2） 选择电动机的额定功率 带式输送机的性能参数选用表1的第 6组数据，即：输送带工作拉力F/N输送带工作速度v/m·s-1卷筒直径D/mm15001.1220表一工作机所需功率为： 从电动机

2、到工作机的传动总效率为：其中、分别为V带传动、齿轮传动、滚动轴承、弹性套柱销联轴器和滚筒的效率，查机械设计课程设计手册 选取=0.95 、=0.97（8级精度）、=0.99（球轴承）、=0.995、=0.96故 电动机所需功率为 又因为电动机的额定功率选取电动机的额定功率为2.2kW，满足电动机的额定功率 。（3） 确定电动机的转速 传动滚筒轴工作转速： 查机械基础P459附录3， V带常用传动比为i1=24，圆柱齿轮传动一级减速器常用传动比范围为i2=36（8级精度）。根据传动装置的总传动比i与各级传动比i1、i2、in之间的关系是i=i1i2in，可知总传动比合理范围为i=624。故 电动

3、机的转速可选择范围相应为符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min和1500r/min三种。（4） 确定电动机的型号选根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机。其主要性能如下：方案电机型号额定功率kW电机转速r/min电机质量kg参考价格（元）总传动比同步转速满载转速1Y100L1-42.2150014203876012.1662Y90S -62.210009106310227.7973Y132S-82.2750710798006.083表二为降低电动机重量和价格，由表二选取同步转速为1500r/min的Y系列电动机，型号为Y100L1-4。查得电动机的主要参数以及安

4、装的有关尺寸(mm)，见以下两表：电动机的技术数据电动机型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）Y100L1-42.2150014302.22.2表三电动机的安装及有关尺寸(mm)中心高H(mm)外形尺寸底脚安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸D×E键公称尺寸F×H100160×140128×100表四3、 传动装置的总传动比的计算和分配（1） 总传动比 12.166 （2） 分配各级传动比各级传动比与总传动比的关系为i=i1i2。根据V带的传动比范围i1=2 4 ，初选i13.042，则单级圆柱齿轮减速器的传动比为4

5、，符合圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i2=35（8级精度），且符合了在设计带传动和一级圆柱齿轮减速器组成的传动装置中，应使带传动比小于齿轮传动比，即i带<i齿。4、计算传动装置的运动和动力参数（1） 计算各轴输入功率 0轴（电动机轴）的输出功率为： 1轴（减速器高速轴）的输入功率：从0轴到1轴，经过V带传动和一个联轴器，所以： 2轴（减速器低速轴）的输入功率：从1轴到2轴，经过一对轴承，一对齿轮传动，一对齿轮啮合传动，所以： 3轴（滚筒轴）的输入功率：从2轴到3轴，经过一对轴承，一个联轴器，所以：（2） 计算各轴转速 0轴（电动机轴）的转速： 1轴（减速器高速轴）的转速： 2轴（减速器

6、低速轴）的转速： 3轴（滚筒轴）的转速： （3） 计算各轴转矩 0轴（电动机轴）的转矩： 1轴（减速器高速轴）的转矩： 2轴（减速器低速轴）的转矩： 3轴（滚筒轴）的转矩： 把上述计算结果列于下表：参数轴名输入功率 （kW）转速(r/min)输入转矩（N.m）传动比传动效率轴0（电动机轴）2.2142014.7963.0420.95轴1（高速轴）2.09466.79842.75840.9603轴2（低速轴）2.007116.700164.24010.98505轴3（滚筒轴）1.977161.785表五二、 传动零件的设计1、 箱外传动件设计（V带设计）（1）计算设计功率Pd根据V带的载荷有轻微

7、振动，一班工作制（8小时），查机械基础P296表136，取KA1.1。即 （2）选择带型普通V带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速n1按机械基础P297图1311选取。根据算出的Pd2.42kW及小带轮转速n11420r/min ，查图得：d d=80100可知应选取Z型V带。（3）确定带轮的基准直径并验证带速由机械基础P298表137查得，小带轮基准直径为5090mm（ddmin=50mm），则取dd1= 80mm> ddmin.（dd1根据P295表13-4查得）由机械基础P295表13-4查“V带轮的基准直径”，得=250mm 误差验算传动比： （为弹性滑动率）误差 符合要

8、求 带速 满足5m/s<v<2530m/s的要求，故验算带速合适。（4）确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角由式可得0.7（80+250）2（80+250）即231660，选取=500mm 所以有： 由机械基础P293表132查得Ld1600mm实际中心距 符合要求。3.042 1420 80（5）确定带的根数z查机械设计手册，取P1=0.35KW，P1=0.03KW由机械基础P299表138查得，取Ka=0.95 由机械基础P293表132查得，KL1.16 则带的根数所以z取整数为6根（6）确定带轮的结构和尺寸根据V带轮结构的选择条件，Y100L1-4型电机的主轴直径为d=

9、28mm；由机械基础P293 ，“V带轮的结构”判断：当3ddd1(90mm)300mm，可采用H型孔板式或者P型辐板式带轮，这次选择H型孔板式作为小带轮。由于dd2>300mm，所以宜选用E型轮辐式带轮。总之，小带轮选H型孔板式结构，大带轮选择E型轮辐式结构。（7）确定带的张紧装置 选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。（8）计算压轴力 由机械基础P303表1312查得，Z型带的初拉力F055N，上面已得到=161.74o，z=6，则（9）带轮的材料选用灰铸铁，HT200。2、 减速器内传动件的设计（齿轮传动设计）（1）选择齿轮材料、热处理方法及精度等级 齿轮材料、热处理方

10、法及齿面硬度因为载荷中有轻微振动，传动速度不高，传动尺寸无特殊要求，属于一般的齿轮传动，故两齿轮均可用软齿面齿轮。查机械基础P322表1410，小齿轮选用45号钢，调质处理，硬度260HBS；大齿轮选用45号钢，调质处理，硬度为220HBS。 精度等级初选减速器为一般齿轮传动，圆周速度不会太大，根据机械设计学基础P145表57，初选8级精度。（2）按齿面接触疲劳强度设计齿轮由于本设计中的减速器是软齿面的闭式齿轮传动，齿轮承载能力主要由齿轮接触疲劳强度决定，其设计公式为： 确定各参数因为该齿轮传动是软齿面的齿轮，圆周速度也不大，精度也不高，而且齿轮相对轴承是对称布置，根据电动机和载荷的性质查机械

11、设计学基础P147表58，得K的范围为1.41.6， 取K1.3。查机械设计基础教材中表114取：区域系数 ZH=2.5 弹性系数 ZE=188.0 小齿轮的转矩 接触疲劳许用应力 ）接触疲劳极限应力由机械设计学基础P150图530中的MQ取值线，根据两齿轮的齿面硬度，查得45钢的调质处理后的极限应力为=600MPa ， =560MPa ）接触疲劳寿命系数ZN 应力循环次数公式为 N=60 n jth 工作寿命每年按300天，每天工作8小时，故 th=(300×10×8)=24000h N1=60×466.798×1×24000=6.722&#

12、215;108 查机械设计学基础P151图531，且允许齿轮表面有一定的点蚀 ZN1=1.02 ZN2=1.15) 接触疲劳强度的最小安全系数SHmin查机械设计学基础P151表510，得SHmin1 ）计算接触疲劳许用应力。将以上各数值代入许用接触应力计算公式得 ）齿数比 ）齿宽系数由于本设计的齿轮传动中的齿轮为对称布置，且为软齿面传动，查机械基础P326表1412，得到齿宽系数的范围为0.81.1。取。 ）计算小齿轮直径d1 由于，故应将代入齿面接触疲劳设计公式，得=62mm 圆周速度v查机械设计学基础P145表57，v1<2m/s，该齿轮传动选用9级精度。（3） 主要参数选择和几何

13、尺寸计算 齿数对于闭式软齿面齿轮传动，通常z1在2040之间选取。为了使重合度较大，取z121，使两齿轮的齿数互为质数，最后确定z2=63。 模数m标准模数应大于或等于上式计算出的模数，查机械基础P311表141，选取标准模数m=3mm。 分度圆直径dd1=z1m=213mm=63mm，d2=633mm=189mm 中心距a 齿轮宽度b齿宽 ，取b2=50mm，b1=55mm 其他几何尺寸的计算（，）齿顶高 由于正常齿轮， 所以齿根高 由于正常齿 所以全齿高 齿顶圆直径 齿根圆直径 （4） 齿根校核齿根弯曲疲劳强度的校核公式为 齿形系数YF根据Z1、Z2,查机械设计基础P173图118，得YF

14、a12.81，YFa22.24 YSa1=1.58, YSa2=1.76 弯曲疲劳许用应力计算公式 )弯曲疲劳极限应力根据大小齿轮的材料、热处理方式和硬度，由机械设计学基础P154图533的MQ取值线查得 ， ）弯曲疲劳寿命系数YN 根据N1=6.722>和N2=>，查机械设计基础得， YN1=1 , YN2=1 )弯曲疲劳强度的最小安全系数SFmin 本传动要求一般的可靠性，查机械设计基础P171表115，取SFmin1.25。）弯曲疲劳许用应力 将以上各参数代入弯曲疲劳许用应力公式得 ）齿根弯曲疲劳强度校核 因此，齿轮齿根的抗弯强度是安全的。3、 轴的设计（1） 高速轴的设计

15、选择轴的材料和热处理采用45钢，并经调质处理，查机械基础P369表161，得其许用弯曲应力，。 初步计算轴的直径 由前计算可知：P1=2.09KW,n1=466.798r/min 其中，A取112。 考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则 查机械基础P458附录1，取d=25mm 轴的结构设计高速轴初步确定采用齿轮轴，即将齿轮与轴制为一体。根据轴上零件的安装和固定要求，初步确定轴的结构。设有7个轴段。1段：该段是小齿轮的左轴端与带轮连接，该轴段直径为25mm，查机械基础P475附录23，取该轴伸L138mm。 2段： 此轴段一部分用于装轴承盖，一部分伸出箱体外L2=55。 3段：此段装轴承,则

16、d3=30mm。选用深沟球轴承。查机械基础P476附录24，此处选用的轴承代号为6306，其内径为30mm，宽度为19 mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小12mm。取此段长L3=19mm。4段与6段：为了使齿轮与轴承不发生相互冲撞以及加工方便，齿轮与轴承之间要有一定距离，取轴肩高度为2mm，则d4=d6=37mm，长度取25.5mm，则L4= L625.5mm。5段：此段为齿轮轴段。由小齿轮分度圆直径d=63mm可知，d5=63mm。因为小齿轮的宽度为55mm，则L5=70mm。7段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d7=30mm，L719mm。由上可算出，两轴承的跨度高速

17、轴总长： 高速轴的轴段示意图如下： 按弯矩复合强度计算A、圆周力：B、径向力： ）绘制轴受力简图）绘制垂直面弯矩图轴承支反力： 由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为如图）绘制水平面弯矩图）绘制合弯矩图）绘制扭转图转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=0.6，）绘制当量弯矩图 截面C处的当量弯矩：)校核危险截面C的强度 轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的C处，W0.1d43所以 轴强度足够。（2）低速轴的设计 选择轴的材料和热处理采用45钢，并经调质处理，查机械基础P369表161，得其许用弯曲应力，。 初步计算轴的直径由前计算可知：P2=2.007KW,n2=116.700

18、r/min计算轴径公式：即：其中，A取106。 考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则 查机械基础P458附录1，取d=30mm 轴的结构设计根据轴上零件得安装和固定要求，并考虑配合高速轴的结构，初步确定低速轴的结构。设有6个轴段。1段： 此段装联轴器。装联轴器处选用最小直径d1=32mm，根据机械基础P482附录32，选用弹性套柱销联轴器，其轴孔直径为32mm，轴孔长度为60mm。根据联轴器的轴孔长度，又由机械基础P475附录23，取轴伸段（即段）长度L158mm。2段：查机械基础P373，取轴肩高度h为5mm，则d2=d1+2h=mm此轴段一部分长度用于装轴承盖，一部分伸出箱体外L2=50

19、mm。3段：取轴肩高度h为2.5mm，则d3=d2+2h=35+2mm。此段装轴承与套筒。选用深沟球轴承。查机械基础P476附录24，此处选用的轴承代号为6309，其内径为45mm，宽度为25mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小12mm。取套筒长度为30mm，则此段长L3=（25-2）+30+2+5=60mm。4段：此段装齿轮，取轴肩高度h为5mm，则d4=d3+2h=mm。因为大齿轮的宽度为50mm，则取L4=46mm5段：取轴肩高度h为5mm，则d5=59mm，长度L5=28mm。6段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d6=45mm，L625mm。 低速轴的轴段示意图如下

20、：大齿轮结构如下图所示： 按弯矩复合强度计算A、圆周力：B、径向力：）求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ)由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为受力图：）截面C在水平面上弯矩为：）合成弯矩为：）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=0.6，截面C处的当量弯矩：)校核危险截面C的强度 轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的C处，W0.1d43所以轴强度足够。（3）确定滚动轴承的润滑和密封由于轴承周向速度为1m/s <2m/s，宜用轴承内充填油脂来润滑。滚动轴承外侧的密封采用凸缘式轴承盖和毡圈来密封。（4）回油沟 由于轴承采用脂润滑，因此在箱座凸缘的上表面开设回油沟，以提高

21、箱体剖分面处的密封性能。（5）确定滚动轴承在箱体座孔中的安装位置因为轴承采用脂润滑，那么可取轴承内侧端面到箱体的距离为10mm，并设置封油盘，以免润滑脂被齿轮啮合时挤出的或飞溅出来的热油冲刷而流失。 4、滚动轴承的选择与校核计算根据机械基础P437推荐的轴承寿命最好与减速器寿命相同，取10年，一年按300天计算， T h=(300×10×8)=24000h（1）高速轴承的校核选用的轴承是6306深沟型球轴承。轴承的当量动负荷为 由机械基础P407表186查得，fd1.21.8，取fd=1.2。因为Fa1=0N，Fr1= 518.8N，则 查机械基础P407表185得，X=

22、1，Y= 0 。 查机械基础p406表18-3得：ft=1 ，查机械基础p405得：深沟球轴承的寿命指数为3 ，Cr= 20.8KN；则 所以预期寿命足够，轴承符合要求。（2）低速轴承的校核选用6209型深沟型球轴承。轴承的当量动负荷为由机械基础P407表186查得，fd1.21.8，取fd=1.2。因为Fa2=0N，Fr2=492N，则 查机械基础P407表185得，X=1 ，Y=0 。查机械基础p406表18-3得：ft=1 ，查机械基础p405得：深沟球轴承的寿命指数为3 ，Cr=22.8KN；则所以预期寿命足够,轴承符合要求。5、键联接的选择及其校核计算（1）选择键的类型和规格 轴上零

23、件的周向固定选用A形普通平键，联轴器选用B形普通平键。 高速轴（参考机械基础p471、附录17，袖珍机械设计师手册p835、表15-12a）：根据带轮与轴连接处的轴径25mm，轴长为38mm，查得键的截面尺寸b8mm ，h7mm 根据轮毂宽取键长L28mm 高速齿轮是与轴共同制造，属于齿轮轴。 低速轴：根据安装齿轮处轴径，查得键的截面尺寸，根据轮毂宽取键长。根据安装联轴器处轴径，查得键的截面尺寸，取键长L=58mm。（2）校核键的强度 高速轴轴端处的键的校核：键上所受作用力： ）键的剪切强度 键的剪切强度足够。）键联接的挤压强度 < 键联接的挤压强度足够。 低速轴两键的校核A、 低速轴装

24、齿轮轴段的键的校核：键上所受作用力：）键的剪切强度 键的剪切强度足够。）键联接的挤压强度 键联接的挤压强度足够。B、低速轴轴端处的键的校核：键上所受作用力 ：）键的剪切强度 键的剪切强度足够。）键联接的挤压强度 键联接的挤压强度足够。6、联轴器的扭矩校核低速轴：选用弹性套柱销联轴器，查机械基础P484附录33，得许用转速n3800r/min则 n2116.7r/min<n所以符合要求。7、减速器基本结构的设计与选择（1）齿轮的结构设计 小齿轮：根据机械基础及前面设计的齿轮尺寸，可知小齿轮齿根圆直径为55.5mm，根据轴选择键的尺寸h为7 ，则可以算出齿根圆与轴孔键槽底部的距离x=mm，而

25、2.5，则有x<2.5，因此应采用齿轮轴结构。（2）滚动轴承的组合设计 高速轴的跨距L高148mm，采用分固式结构进行轴系的轴向固定。 低速轴的跨距L低161mm，采用分固式结构进行轴系的轴向固定。（3）滚动轴承的配合高速轴的轴公差带选用j 6 ，孔公差带选用H 7 ；低速轴的轴公差带选用k 6 ，孔公差带选用H 7 。高速轴：轴颈圆柱度公差/ P 6 = 2.5，外壳孔/ P 6 = 4.0； 端面圆跳动轴肩/ P 6 = 6，外壳孔/ P 6 = 10。低速轴：轴颈圆柱度公差/ P 6 = 4.0，外壳孔/ P 6 = 6； 端面圆跳动轴肩/ P 6 = 10，外壳孔/ P 6 =

26、15。轴配合面Ra选用IT6磨0.8，端面选用IT6磨3.2；外壳配合面Ra选用IT7车3.2，端面选用IT7车6.3。（4）滚动轴承的拆卸安装时，用手锤敲击装配套筒安装；为了方便拆卸，轴肩处露出足够的高度h，还要留有足够的轴向空间L，以便放置拆卸器的钩头。（5）轴承盖的选择与尺寸计算轴承盖的选择：选用凸缘式轴承盖，用灰铸铁HT150制造，用螺钉固定在箱体上。其中，轴伸端使用透盖，非轴伸端使用闷盖。尺寸计算 ）轴伸端处的轴承盖（透盖）尺寸计算 A、高速轴：选用的轴承是6306深沟型球轴承，其外径D72mm，采用的轴承盖结构为凸缘式轴承盖中a图结构。查机械设计基础课程设计附表F-5得：螺钉直径d

27、38，螺钉数 n4 B、低速轴：选用的轴承是6309型深沟型球轴承，其外径D100mm。尺寸为：螺钉直径8，螺钉数4 图示如下：）非轴段处的轴承盖（闷盖）尺寸计算：高速轴与低速轴的闷盖尺寸分别与它们的透盖尺寸相同。（6）润滑与密封 齿轮的润滑采用浸油润滑，浸油深度为一个齿高，但不小于10mm。 滚动轴承的润滑由于轴承周向速度为1m/s <2m/s，所以选用轴承内充填油脂来润滑。 润滑油的选择齿轮选用普通工业齿轮润滑油，轴承选用钙基润滑脂。 密封方法的选取箱内密封采用挡油盘。箱外密封选用凸缘式轴承盖，在非轴伸端采用闷盖，在轴伸端采用透盖，两者均采用垫片加以密封；此外，对于透盖还需要在轴伸处

28、设置毡圈加以密封。三、箱体尺寸及附件的设计1、箱体尺寸采用HT250铸造而成，其主要结构和尺寸如下：中心距a=126mm 总长度L：总宽度B：总高度H：地脚螺钉直径： 地脚螺钉数量n：因为a=126mm<250mm，所以n=4 轴承旁螺栓直径： 凸缘联接螺栓直径： ,取10mm凸缘联接螺栓间距L：， 取L100mm轴承盖螺钉直径与数量n：高速轴上的轴承：d3=6, n4 低速轴上的轴承： d3=8，n4检查孔盖螺钉直径：,取d46mm检查孔盖螺钉数量n：因为a=160mm<250mm,所以n=4启盖螺钉直径d5（数量）：（2个）定位销直径d6（数量）： （2个）齿轮圆至箱体内壁距离： ，取