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 一级直齿圆柱齿轮减速器机械基础课程设计说 明 书 设计题目： 一级直齿圆柱齿轮减速器 班级学号： 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 2013 年 12 月 20 日所在单位：华南农业大学工程学院设计任务书1、题目设计用于带式输送机的机械传动装置一级直齿圆柱齿轮减速器。2、参考方案（1）V带传动和一级闭式齿轮传动（2）一级闭式齿轮传动和链传动（3）两级齿轮传动3、原始数据4、其他原始条件输送带工作拉力F/N输送带工作速度v/m·s-1卷筒直径D/mm23001.1250（1）工作情况：两班制，载荷平稳，室内工作，少粉尘。（2）使用期限：10年，每年工作300天。（3

2、）生产批量：小批生产（4）工厂能力：中等规模机械厂，可加工78级精度齿轮。（5）动力来源：三相交流（220V/380V）电源。（6）允许误差：允许输送带速度误差。5、设计任务（1）设计图。一级直齿（或斜齿）圆柱齿轮减速器装配图一张，要求有主、俯、侧三个视图，图幅A3，比例1：1（当齿轮副的啮合中心距时）或1：1.5（当齿轮副的啮合中心距时）。（2）设计计算说明书一份（16开论文纸，约20页，8000字）。目录一 传动装置的总体设计1、传动方案的确定12、电动机的选择13、传动装置的总传动比的计算和分配34、传动装置的运动和动力参数的确定3二 传动零件的设计1、V带设计52、齿轮传动设计73、轴

3、的设计114、滚动轴承的选择与校核计算185、键联接的选择及其校核计算196、联轴器的扭矩校核207、减速器基本结构的设计与选择21三 箱体尺寸及附件的设计1、箱体的尺寸设计232、附件的设计25四 设计心得 27五 参考文献 29六 主要设计一览表 30七 附图 31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

4、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/mm23001.1250表一从电动机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，查取机械基础P459的附录3 选取=0.96 、=0.97（7级精度）、=0.98（球轴承）、=0.99、=0.96故 电动机所需功率为 （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（7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

5、知总传动比合理范围为i=624。又 因为 ，故 电动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上述不同转速的电动机进行比较，查机械基础P499附录50及相关资料得电动机数据和计算出总的传动比，列于下表：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1Y100L1-42.2150014203876012.1662Y132M2-65.5100096011950062.793Y132S-82.2750710798006.083表二为降低电动机重量和价格，由表二选

6、取同步转速为1000r/min的Y系列电动机，型号为Y132M2-6查机械基础P500附录51，得到电动机的主要参数以及安装的有关尺寸(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）Y132M2-65.510009602.02.0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×H100216×1781210×41表四3、 传动装置的总传动比的计算和分配（1） 总传动比 11.42 （2） 分配各级传动比各级传动比与

7、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i12.8，则单级圆柱齿轮减速器的传动比为4.07，符合圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i2=36（7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 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，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

8、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：轴名P（Kw）T(N.M)转速r/min传动比输入输出输入输出电动机轴3.0530.349602.812.932.8781.5579.92342.8622.792.73315.51309.284.064.0732.712.66306.130084.061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

9、率Pd根据V带的载荷平稳，两班工作制（16），查机械基础P296表136，取KA1.2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Pd3.66带轮转速n1960in ，查图得：d d=80100可知应选取A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75100mm（ddmin=75mm），则取dd1= 140mm> 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=400mm 误差验算传动比： （为弹性滑动率）误差 符

10、合要求 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3781080，选取=420mm 所以有： 由机械基础P293表132查得Ld1800mm实际中心距 取a=460mm符合要求。3.042 1420 80（5）确定带的根数z查机械设计手册，取P0=1.62KW，P1=0.11KW由机械基础P299表138查得，取Ka=0.91 由机械基础P293表132查得，KL1.01 则带的根数所以z取整数为3根（6）确定带轮的结构和尺寸根据V带轮结构的选择条件，Y132M2-6

11、型电机的主轴直径为d=38mm；由机械基础P293 ，“V带轮的结构”判断：当3ddd1(140mm)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，A型带的初拉力q=0.105，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、热处理方法及齿面

12、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40Cr，调质处理，硬度280HBS；大齿轮选用45号钢，调质处理，硬度为240HBS。 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7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：计算接触品奥强度用重合度系数Z 确定载荷系数K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

13、据电动机和载荷的性质查机械设计学基础P147表58，得K的范围为1.41.6，初步 取。 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 ， =550MPa ）接触疲劳寿命系数ZN 应力循环次数公式为 N=60 n jlh 工作寿命每年按300天，每天工作16小时，故 th=(300×10×16)=48000h N1=60×342.86×1×48000=9.87×108 查机械设计图1023，且允许齿轮表面有一定的

14、点蚀 ZN1=1.0 ZN2=1.08) 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 取较小值未齿轮接触疲劳许用应力=594MPa）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 圆周速度v齿宽b计算实际载荷系数K查表10-2、10-8、10-3、10-4可分别得使用系数、齿间载荷分布系数、齿向载荷分布系数为1、1.05、1.2、1.309得

15、实际载荷系数=1.65由式（10-12）得实际载荷系数的分度圆直径（3） 按齿根弯曲疲劳强度设计(10-7)公式试算模数 初选根据Z1、Z2,查机械设计图10-17，得YFa12.65，YFa22.18查图10-18得YSa1=1.58 YSa2=1.75)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=>，查机械设计学基础P156图534得， KN1=0.9 , KN2=0.9 )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，查机械设计学基础P151表

16、510，取SFmin1.4。）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 因为大齿轮的比较大 所以取）试算模数=1.568圆周速度V齿宽 b计算实际载荷系数根据v=0.68m/s、7级精度，由图10-8查动载系数由查表10-3得齿间载荷分布系数由表10-4用插值法查得查图10-13得则载荷系数可得模数接触疲劳强度计算的模数m大于齿根弯曲疲劳强度计算模数，齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅仅与齿轮直径有关。可由弯曲疲劳强度算的的模数1.639mm整为标准值m=1.75按接触疲劳强度算的的分度圆直径d1=54.18算得小齿轮齿

17、数z1=3.094，取整31则大齿轮 取整1274.几何尺寸的计算（1）d1=54.25mmd2=222.75（2）计算中心距(3)齿宽小齿轮略加宽（510）mmb1=59.2564.25mm 取b1=62mmb2=54.25mm5、圆整中心距的强度校核a=138.25mm 圆整为140mm总齿数z=31+127=158 取为z1=32 z2=128 误差值= 故可行。（2）齿面接触疲劳强度校核为了节省篇幅，仅给出计算结果： 满足要求（3）齿根弯曲疲劳强度校核为了节省篇幅，仅给出计算结果： m=1.75mm 弯曲疲劳强度满足要求设计结论齿数Z1=32 Z2=128 m=1.75mm 压力角20

18、° 中心距a=140mm齿宽b1=64mm b2=56mm小齿轮选用40Cr（调质），大齿轮用45钢（调质），齿轮按7精度设计，小齿轮做实心式，大齿轮做成腹板式。3、 轴的设计（1）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=2.79KW,n2=84.06r/min计算轴径公式：即：其中，A取112。 最小直径为装联轴器，考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则 根据联轴器的选用，取d=45mm 联轴器初步选用凸缘联轴器YL10联轴器孔径45mm，半联轴器长度84mm 与轴配合的长度为

19、73mm 轴的结构设计根据轴上零件得安装和固定要求，初步确定低速轴的结构。设有7个轴段。1段： 此段装联轴器。 最小直径为装联轴器，考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则根据联轴器的选用，取d=45mm ， 联轴器初步选用凸缘联轴器YL10联轴器孔径45mm，半联轴器长度84mm ， 与轴配合的长度为73mm，L1取为82mm2段：查机械基础P373，取轴肩高度h为1.5mm，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。设轴承盖总宽未20mm，为了便于润滑，取端盖和带轮间的距离为30mm 所以L2=30+20=50mm 3段：取轴肩高度h为1mm，则d3=d2+2h

20、=48+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6010，其内径为50mm，宽度为16mm。设齿轮与箱体内壁距离为30mm，轴承内壁与箱体内壁误差距离为s=8mm，可以算出L3=58mm4段：此段装齿轮，取轴肩高度h为2mm，则d4=d3+2h=mm。因为大齿轮的宽度为60mm，则L4=60-2=58mm5段：此段为轴环，高度h查表可得6mm，所以d5=66mm，轴环宽度b>1.4h，所以L5=12mm6段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d6=50mm，L616mm。 低速轴的轴段示意图如下： 按弯矩复合强度计算A、圆周力：B

21、、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。(2)高速轴的设计 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：P1=2.93KW,n1=342.86r/min 其中，A取110。 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

22、，取d=24mm 轴的结构设计高速轴初步确定采用分离式，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24mm，根据该处带轮宽B=48，取该轴伸L148mm。 2段： 参考机械基础P373，取轴肩高度h为2mm，则d2=d1+2h=28mm。 此轴段一部分用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。设轴承盖总宽未20mm，为了便于润滑，取端盖和带轮间的距离为30mm 所以L2=30+20=50mm。3段：此段装轴承，取轴肩高度h为3.5mm，则d3=d2+2h=35mm。选用深沟球轴承。查机械基础P476附录24，此处

23、选用的轴承代号为6307，其内径为35mm，宽度为14 mm。L3=50mm（同上轴一样）4段：这段轴长比齿轮宽度略小一点，取为62mm，d4=38mm5段：此段为轴环。查书的h=3mm，所以d5=44mm6段：此段为过渡段，右肩为右轴承的轴向固定，所以规定了d6=41mm，同理根据齿轮到内壁距离为7段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d7=35mm，L714mm。 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

24、转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=0.6，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<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8mm，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。 ( 6 ) 确定轴承座孔的宽度L ，为箱座壁厚，为箱座、箱盖连接螺栓所需的扳手空间，查机械基础表19-1得，取8mm，C118m

25、m，C216mm，L8+18+16+850mm。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=(300×10×16)=48000h（1）高速轴承的校核选用的轴承是6007深沟型球轴承。轴承的当量动负荷为 fd=1。因为Fa1=0N，Fr1= 518.8N，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=16.2KN；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6208型深沟型

26、球轴承。轴承的当量动负荷为取fd=1。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 轴上零件的周向固定选用A形普通平键，联轴器选用C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38mm，轴长为32mm，查得键的截面尺寸b8mm ，h7mm 根据轮毂宽取键长L32mm 高速齿轮bXh=10X8 L=50 低速轴：根据安

27、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=70mm。（2）校核键的强度 材料是钢 ，故 高速轴轴端处的键的校核：键的强度足够。小齿轮的键的校核：键的强度足够。 低速轴两键的校核A、 低速轴装齿轮轴段的键的校核：键的强度足够。B、低速轴轴端处的键的校核： 键的强度足够。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P335及前面设计的齿轮尺寸，可知小齿轮齿根圆直径为52.5mm，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2.5，则有x<2.5，因此应采用齿轮轴结构。（2）滚

28、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 = 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。（3）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

29、要留有足够的轴向空间L，以便放置拆卸器的钩头。（4）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。图示如下：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6007深沟型球轴承，其外径D62mm，采用的轴承盖结构为凸缘式轴承盖中a图结构。查机械基础P423计算公式可得：螺钉直径d36，螺钉数 n4 B、低速轴：选用的轴承是6010型深沟型球轴承，其外径D80mm。尺寸为：螺钉直径8，螺钉数4 ）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

30、）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=140mm 总长度L：总宽度B： 总高度H： 箱座壁厚：，未满足要求，直接取8 mm箱盖壁厚：，未满足要求，

31、直接取8mm 箱座凸缘厚度b： =1.5*8=12 mm箱盖凸缘厚度b1： =1.5*8=12mm箱座底凸缘厚度b2：=2.5*8=20 mm箱座肋厚m：=0.85*8=6.8 mm箱盖肋厚m1：=0.85*8=6.8mm轴承座端面外径D2：高速轴上的轴承： 低速轴上的轴承： 轴承旁螺栓间距s：高速轴上的轴承： 低速轴上的轴承： 轴承旁凸台半径R1： 箱体外壁至轴承座端面距离： 地脚螺钉直径： 地脚螺钉数量n：因为a=160mm<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 10mm小齿轮端面至箱体内壁距离： ，取 10mm 轴承端面至箱体内壁距离：当轴承脂润滑时，1015 ，取 10大齿轮齿顶圆至箱底内壁距离：>3050 ，取 40mm 箱体内壁至箱底距离： 20mm减速器中心高H： ，取H185mm。箱盖外壁圆弧直径R： 箱体内壁