一级圆柱齿轮减速器,标准机械课程设计说明书

1、机械设计课程设计机械设计课程设计计算说明书计算说明书设计题目：一级圆柱齿轮减速器设计题目：一级圆柱齿轮减速器。 。 。 。 。 。 。系。系。 。 。 。 。 。专业。专业设计者：设计者： MAYMAY指导教师指导教师： 。 。 。 。20.20.年年.月月。 。 。 。 。 。 。 。大学。大学机械动力工程学院机械动力工程学院 机械基础工程系机械基础工程系机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书1目录目录一传动方案的拟定.1二电动机的选择及传动装置的分析.3三V 带传动设计.5四减速器（齿轮）参数的确定.6五轴的结构设计及验算.9（一） 低速轴设计及计算.9（二） 高速轴设计及计算.10六

2、高速轴上的轴承寿命校核.12七高速轴轴强度计算.13八联轴器的选择.14九键联接的选择及计算.14十 减速器机体结构相关尺寸数据.15机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书1一传动方案的拟定一传动方案的拟定本次设计包括的主要内容有：决定传动装置的总体设计方案；选择电动机；计算传动装置的运动和动力参数；传动零件、轴的设计计算；轴承、联接件、润滑密封和联轴器及校验计算；机体结构及其附件的设计；绘制装配图及零件工作图；编写计算说明书以及进行设计答辩。设计的一般过程为：首先明确设计任务，制定设计任务书；其次，提供方案并进行评价；再次，按照选定的方案进行各零部件的总体布置，运动学和零件工作能力计算，

3、结构设计和绘制总体设计图；然后，根据总体设计的结果，考虑结构工艺性等要求，绘出零件工作图；然后，审核图纸；最后，整理设计文件，编写说明书。机器一般由原动机，传动机，工作机组成。传动装置在原动机和工作机之间传递运动和动力，并借以改变运动的形式、速度大小和转矩大小。传动装置一般包括传动件（齿轮传动、带传动、链传动等）和支承件（轴、轴承、机体等）两部分。它的重量和成本在机器中占很大比重，其性能和质量对机器的工作影响也很大。因此合理设计传动方案具有重要意义。对于本次课程设计的一级减速器，选择原动机为三相异步电动机，根据任务书的要求，要求本机器的承载能力速度范围大、传动比恒定、外廓尺寸小、工作可靠、效率

4、高、寿命长。减速器的输出端通过联轴器与鼓轮主轴联接，由于本减速器传递的速度较大，所以选弹性连轴器。轴由轴承支撑，一般采用滚动轴承。为了便于装配，齿轮减速器的机体采用沿齿轮轴线水平剖分的结构。机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书2带式运输机减速装置：1. 工作条件：单向连续平稳转动，常温下双班制工作，空载启动，寿命 7 年2. 原始数据：鼓轮直径 d=300mm，传送带运行速度 V=1.6mm，运输带上牵引力F=2000N综上所述，传动方案总体布局如图所示：机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书3二二电动机的选择及传动装置的分析电动机的选择及传动装置的分析1.电动机类型的选择：电动机类

5、型的选择：由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂，价格较高，维护比较不便，因此选择交流电动机。Y 系列三相笼型异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单、工作可靠、价格低廉，维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，由于起动性能较好，也适用于某些要求起动转矩较高的机械。因此选择 Y 系列三相笼型异步电动机，封闭式结构，U=380V。2电动机容量的选择：电动机容量的选择：电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。只要所选电动机的额定功率等于或稍大于所需的电动机工作功率，电动机在工作时就不会过热，通常可以不必较验发热和起动力矩。工作机的工作效率P（工作机

6、）= F * V / 1000 kw(F 是工作机工作阻力N)电动机所需的功率 Pd =P（工作机）/akwa是由电动机至运输带的传动总效率：传动装置的总效率a=1*23*32*4=0.96*0.993*0.96*0.99=0.88注：查表可知 1V 带传动效率=0.96；2滚动轴承（每对）效率=0.99；3一对圆柱齿轮传动（闭式）效率=0.964联轴器效率=0.99所以，工作机的工作功率P（工作机）= 2000 * 1.6 / 1000 = 3.2 kw电动机所需的功率Pd= 3.2 / 0.88 = 3.64 kwY 系列三相笼式异步电动机封闭式结构U=380VP（工作机）=3.2 kwP

7、d=3.64 kw机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书4确定电动机的转速：工作机主动轴的转速 n=60*1000*V / (*d)=60*1000*1.6 / (3.14*300)=101.86r/min按推荐的传动比合理范围，取 V 带传动的传动比 i0=24，一级圆柱齿轮减速器传动比的范围为 36，则总传动比合理范围为 ia=624：故电动机转速的可选范围为nd = ia *n = （624）* 101.86 = 611.16 2444.64 r/min符合这一范围的同步转速为 750，1000，1500 r/min由选定的电动机满载转/速nm 和工作机主动轴转速 n，可得传动装置总

8、传动比为ia =nm / n方案电 动 机型号额定功率kw电动机转速电 动机 重量N参考价格元传动装置的传动比同步转速满 载 转速总 传动比V 带 传动减 速器1Y112M-441500144047023014.13.54.032Y132M1-6410009607303509.42.83.363Y150M1-8475072011805007.12.52.84分配传动装置传动比ia =iD *i（iD ，I分别为带传动和减速器的传动比）综合考虑选择电动机型号为Y132M1-6 型型号额定功率kw满载时起动电流/ 额 定 电流启 动 转距/额定转距最 大转速/额 定转速转速r/minnm电流（38

9、0V时）A效率%功率因素Y132M1-649609.4840.775.52.02a=0.88Y132M1-6 型机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书5三三V 带传动设计带传动设计1计算功率由表 8-7（带传动设计所用图表来自机械设计教材（第八版） ）查得工作情况系数 KA=1.2 故Pc=KA*P=1.2*4=4.8kw2 选择 V 带的类型据 Pc=4.8kw，nm= 960 r/min，由课本图 10-12 选用 A 型带3 确定带轮基本直径 dd2由表 10-9 初选小带轮的基准直径 dd1。 ，取小带轮的基准直径 dd1=125mmdd2=iD *dd1*（1-）=2.8*125

10、*（1-0.02）=343mm查表 10-9，取标准值为 355mm4 验算带速 v，v=dd1n160*1000=3.14*125*960 / （60*1000）= 6.28m/s因为 5m/sv25m/s，故带轮合适。5 验算带长初选中心距 a0=500mmLdo2a0+2* （dd1* dd2）+(dd1-dd2)24a0,带入数据计算得：Ldo=1780mm查表 10-2 选择基准长度为 Ld=1800mmKA=1.2Pc=4.8kwIA 型带dd1=125mmdd2=355mmv=6.28m/sLd=1800mm机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书66 计算实际中心距 aaa0

11、+dd-dd02=500+(1800-1780)/2=510mmamin=a-0.015*Ld =510-0.015*1800=483mmamax=a+0.015*Ld=510+0.015*1800=537mm7 验算小带轮上的包角11180o-（dd1-dd2）57.3oa带入数据，1=154.16o8 单根 V 带传递的额定功率根据 dd1，n1 查图 10-11 得 P1=1.5kw9. i1 时单根 V 带的额定功率增量据带型及 i 查表 10-5 得p1=0.11kw10 计算带的根数查表 10-6 得 k=0.93查表 10-7KL=1.01Z= Pc/ （ （P1+p1）*k*

12、KL）=3.17故，应该取 4 根。四四减速器（齿轮）参数的确定减速器（齿轮）参数的确定1 所设计的齿轮传动属于闭式传动，通常采用软齿面的钢制齿轮，查表 6-7，小齿轮a =510mm1=154.16o大于 120o符合要求P1=1.5kwp1=0.11kwZ=4机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书7材料为 45#钢（调质） ，调质处理，硬度 260HBW,大齿轮材料为 45 钢，正火处理，硬度为 215HBW，硬度差 45HBW 较合适2 运输机为一般工作机器，速度不高，选用 8 级精度。3 据齿面接触疲劳强度设计。本传动为闭式传动，软齿面，因此主要失效形式为疲劳点蚀，应根据齿面接触疲

13、劳强度设计由设计计算公式（10-9a）进行试算，即小齿轮分度圆直径 d13KtT1du1u(ZEH)2确定公式内的各计算数值：（1）确定载荷因数圆周速度不大，精度不高，齿面关于轴承对称布置，按表 6-9 取 Kt=1.2（2）计算小齿轮传递的转矩T1=9.55106P / n1=9.551064 / 343 =111370Nmm（3）计算接触疲劳许用应力HH=Hlim*Zn /SHmin由图 6-36 查得Hlim1=610MPa，Hlim2=500MPa，接触疲劳寿命系数 Zn，按一年 300 工作日，双班每天 16 小时，由公式 N=60njTh 得N1=60343730016=6.910

14、8N2=N1 / i =6.9108 / 3.36 =2.06108查图 6-37 曲线 1 得Zn1=1.05， Zn2=1.1取失效概率为 1%，安全系数SHmin=1，得H1=Hlim1*Zn1 /SHmin=1.05610=640.5 MPaH2=Hlim2*Zn2 /SHmin=1.1500=550 MPa（4）计算小齿轮分度圆直径 d1，取d=1.2 则有d13KtT1du1u(ZEZHH)2=58.06mm取 d1=60mm精度 8 级Kt=1.2T1=111370NmmH1= 640.5H2= 550MPad1=60mm机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书8（5）计算圆周

15、速度 vv=d1tn1601000=3.1460343601000=1.08 m/s因 v6 m/s，故取 8 级精度合适4 确定主要参数，计算主要几何尺寸（1）齿数取 Z1=20，则 Z2=Z1i=203.36=67.2取 Z2=68（2）模数 mm=d1/Z1=6020=3mm正好是标准模数第一系列上的数值（3）分度圆直径d1=Z1m=60mmd2=Z2m=204mm（4）中心距 aa=（d1d2）2=132mm（5）齿宽 bb=dd1=1.260=72mm取大齿轮 b1=75mm，小齿轮 b2=75+5=80mm5 校核弯曲疲劳强度，根据式（6-44）bb=2*Kt*T1*Yfs（b*m

16、*d1）bb（1）符合齿形因数 Yfs，由图 6-39 得：Yfs1=4.35，Yfs2=4.00（2）弯曲疲劳许用应力bbbb=bblim /SfminYn由图 6-40 得弯曲疲劳极限应力bblim，bblim1=490MPa，bblim2=410MPa由图 6-41 得弯曲疲劳寿命系数 YnYn1=1，Yn2=1弯曲疲劳的最小安全系数Sfmin按一般可靠性要求，取Sfmin=1计算得弯曲疲劳许用应力为：bb1=bblim1 /SfminYn1=490MPabb2=bblim 2/SfminYn2=410MPa（3）校核计算v=1.08 m/sZ1=20Z2=68m=3d1=60mmd2=

17、204mmb1=70mmb2=75mmbb1=490bb2=410MPabb1=92.278机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书9bb1=2*Kt*T1*Yfs1（b2*m*d1）=92.278MPabb1bb2=2*Kt*T1*Yfs2（b2*m*d1）=79.2MPabb2故弯曲疲劳强度足够五五轴的结构设计及计算轴的结构设计及计算（一）低速轴设计计算（一）低速轴设计计算传动功率 P=4kw，转速 n=102r/min，轴上齿轮分度圆直径 d=204mm，齿宽 b=75mm，压力角=201.轴的材料选用轴的材料 45 钢,调质处理， 查表 12-1 知， b=650MPa， s=360

18、MPa， 查表 12-6，可知+1bb=215MPa，0bb=102MPa，-1bb=60MPa2.按扭转强度计算轴的最小直径单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，输出端最小直径dC由表 12-5 可得，45 钢 C=118，则d40.1mm取d=40mm3.齿轮上作用力的计算齿轮所受的转距为T= 9.55106P / n=37410 Nmm4.轴的设计轴结构设计时，需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式，绘制系结构草图，其结构大致如下：bb2=79.2MPad=40mmT=7410 Nmm机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书10（1）联轴器的选择。采用弹性柱销联

19、轴器，为 HL3 联轴器 40112 GB/T5014-85（2）确定轴上零件的位置及固定方式。齿轮靠轴环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向固定，靠过盈配合实现周向固定，轴通过两端轴承盖实现周向定位，联轴器靠轴肩、平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位（3）确定各段轴的直径。估算轴径 d=40mm 作为外伸端直径 d1，与联轴器相配，考虑联轴器用轴肩实现轴向定位，取第二段直径为 d2=48mm，齿轮和左端轴承要从左端装入，装轴承处轴颈 d3应大于 d2， ，考虑滚动轴承直径系列，取 d3=55mm。为便于齿轮装拆，与齿轮配合处轴径 d4 应大于 d

20、3，取 d4=58mm，齿轮左侧用套筒固定，右端用轴环定位，轴环直径d5 满足齿轮定位的同时，还应满足右侧轴环的安装要求，根据选定轴承型号确定。右端轴承型号与左端轴承相同，取 d6=55mm（4）选取轴承型号。初选轴承型号为深沟球轴承，代号 6011，查手册可得：轴承宽度 B=28mm，安装尺寸 D=64mm，故轴环直径 d5=64mm（5）确定各段轴的长度。L1=84mm，L2=5omm，L3=38mm，L4=72mm，L5=15mm，L6=35mm（二）高速轴设计计算（二）高速轴设计计算（同低速轴）（同低速轴）传动功率 P=4kw，转速 n=343r/min，轴上齿轮分度圆直径 d=60m

21、m，齿宽 b=70mm，HL3 联轴器40112 GB/T5014-85d1=40mmd2=48mmd3=55mmd4=58mmd6=55mmd5=64mm机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书11压力角=201.轴的材料选用轴的材料 45 钢,调质处理，查表 12-1 知，b=650MPa，s=360MPa，查表 12-6，可知+1bb=215MPa，0bb=102MPa，-1bb=60MPa2.按扭转强度计算轴的最小直径单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，输出端最小直径dC由表 12-5 可得，45 钢 C=118，则d26.8mm取d=30mm3.齿轮上作用力的计算齿轮

22、所受的转距为T= 9.55106P / n=11110 Nmm4轴的设计（1）联轴器的选择。采用弹性柱销联轴器，为 HL3 联轴器 3082 GB/T5014-85（2）确定轴上零件的位置及固定方式。齿轮靠轴环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向固定，靠过盈配合实现周向固定，轴通过两端轴承盖实现周向定位，联轴器靠轴肩、平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位（3）确定各段轴的直径。d1=30mmd2=36mmd3=40mmd4=45mmd6=40mmd5=54mm（4）选用轴承型号。代号 6009，轴承宽度 B=16mm，安装尺寸 D=54mm，故轴环

23、直径 d5=54mm结构大致如下：d=30mmT=11110 Nmmd1=30mmd2=36mmd3=40mmd4=45mmd6=40mmd5=54mm机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书12六六高速轴上的轴承寿命校核高速轴上的轴承寿命校核1高速轴轴承的主要参数轴承代号轴承内径 mm轴承外径 mm轴承宽度 mm径向基本额定动载荷 Cr600940851924.5KN2低速轴轴承的主要参数轴承代号轴承内径 mm轴承外径 mm轴承宽度 mm径向基本额定动载荷 Cr601155901823.2根据轴的受力情况可知，高速轴上靠近带轮一侧的轴承所受的径向力最大，故为最危险的轴承。3.高速轴轴承高速

24、轴轴承寿命计算机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书13由表 13-12 得载荷系数fp = 1 ，由表 13-13 得温度因数fT= 1实用的寿命计算公式为注：n 为转速 ， C 为额定动载荷，P 为当量动载荷，为寿命指数，球轴承=3对于只承受径向载荷的轴承，当量动载荷 P=Fr 径向载荷750N所以高速轴上的轴承寿命 Lh 为：Lh =1066034324500750 预计寿命根据根据条件，轴承预计寿命 163007=33600 小时因为 Lh 远远大于预期寿命，符合要求七七高速轴轴强度的计算高速轴轴强度的计算1.求支反力 FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=657

25、.2/2=328.6NFAZ=FBZ=Ft/2=1806.7/2=903.35N2由两边对称，书籍截 C 的弯矩也对称截面 C 在垂直面弯矩为MC1=FAYL/2=328.649=16.1Nm3.截面 C 在水平面弯矩为MC2=FAZL/2=903.3549=44.26Nm4.计算合成弯矩MC=（MC12+MC22）1/2机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书14=（16.12+44.262）1/2=47.1Nm5.计算当量弯矩：根据课本 P235 得=1Mec=MC2+(T)21/2=47.12+(1271)21/2=275.06Nm6.校核危险截面 C 的强度由式（10-3）e=Mec/（0.1d）=275.06/(0.1453)=1.36Mpa-1b=60Mpa此轴强度足够八八联轴器的选择联轴器的选择根据轴孔直径 d = 40mm，输出转矩 T = 374 10 3 Nmm，选定联轴器的型号为：HL3 型公 称转矩许用转数DD1D2转动惯量质量6305000 r/min160751250.