毕业设计机械设计一级直齿圆柱齿轮减速器设计

1、摘 要齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是：1、瞬时传动比恒定、工作为平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间运动和动力；2、适用的功率和速度范围广；3、传动效率高，=0.92-0.98；4、工作为可靠、使用寿命长；5、外轮廓尺寸小、结构运送。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器，用于原动机和工作为机或执行机构之间，起匹配转速和传递转矩的作为用，在现代机械中应用极为广泛。6、国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过代的问题。另外，材料品质和工世水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。国外的减速

2、器，以德国、丹麦和日本处于依靠地位，特别在材料和制造工世方面占据优势，减速器工作为可靠性好，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。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。近十几年来，由于近代计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度，加工效率大大提高，从而失去了机械传动产品的多样化，整机配套的模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致，美观化。在21世纪成套机械装备中，齿轮仍然是机械传动的基本部件。CNC机床和工世技术的发展

3、，失去了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动、齿轮、带链的混合传动，将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉，将成为新型传动产品发展的重要趋势。关键字：减速器 轴承 齿轮 机械传动AbstractWheel gears spreading to move is a the most wide kind of the application spreads to move a form in the modern machine.Its main advantage.BE:The1.spreads to move to settle,work than

4、 in a moment steady,spread to move accurate credibility ,can deliver space arbitrarily sport and the motive of the of two stalds;Power and speed scope;2.applies are wide;3.spreads to move an efficiency high, =0.92-0.98; 4.work is dependable,service life long;5.Ortline size outside the is small,struc

5、ture tightly pacded.The wheel gear constituted to,from wheel gear,stalk,bearings and boxbody decelerates a machine,useding for prime mover and work machine or performance organization of,have already matched to turn soon and deliver a function of turning,the application is extremely extensive in the

6、 modern machine;6.local deceleration machine much with the wheel gear spread to move,the pole spread to move for lord ,but widespread exist power and weight ratio small,or spread to move ratio big but the machine efficiency lead a low problem.there are also many weadnesses on material quality and cr

7、aft level moreover,the especially large deceleration machines problem is more outstanding,the service life isnt long.The deceleration machine of abroad,with Germany,Denmark and Japan be placed in to lead a position,occupying advantage in the material and the manufacturing craft specially,deceleratin

8、g the machine work credibility like,service life long.But it spreads to move a form to still take settling stalk wheel gear to spread to move as lord,physical volume and weight problem,dont also resolve like.The direction which decelerates a machine to is the facing big power and spread to move rati

9、o,small physical volume,high machine efficiency and service life to grow greatly nowadays develops.Decelerating the connecting of machine and electric motor body structure is also the form which expands strongly,and have already produced various structure forms and various products of power model nu

10、mbers.Be close to ten several in the last yearses,control a technical development because of the modern calculator technique and the number,made the machine process accuracy,process an efficiency to raise consumedly,pushed a machine to spread the diversification of movable property article thus,the

11、mold piece of the whole machine kit turns,standardizing,and shape design the art turn,making product more fine,the beauty turns.Become a set a machine material in 21 centuries medium,the wheel gear is still a machine to spread a dynamic basic parts.CNC tool machine and the craft technical developmen

12、t,pushed a machine to spread to move structure to fly to develop soon.Be spreading to move the electronics control,liquid in the system design to press to spread to move,wheel gear,take the mixture of chain to spread to move,will become become soon a box to design in excellent turn to spread to move

13、 a combination of direction.The academics that is in spread move the design crosses,will become new spread a moveable property article the important trend of the development.Key words: Reduction gear 、 bearing 、 gear 、 mechanical drive目录摘 要IABSTRACTII一 设计目的2二传动方案的拟定31传动方案的分析32传动方案的拟定3三电动机的选择及传动比的确定5

14、1 电动机类型和结构型式的选择：52 确定电动机的功率：53 确定电动机转速：54 确定电动机型号6四 运动参数及动力参数计算71计算各轴转速（r/min）72计算各轴的功率（KW）73计算各轴转矩7五 传动零件的设计计算81皮带轮传动的设计计算82齿轮传动的设计计算9六 轴的设计计算121从动轴的设计122主动轴设计16七键联接的选择及校核计算211根据轴径的尺寸选择键212键的强度校核21八轴承寿命的校核221校核46208轴承222校核46211轴承22九减速器箱体、箱盖及附件的设计计算23十润滑与密封241齿轮的润滑244密封方法的选取24十一减速器装配图如下25致 谢26参考文献27

15、一 设计目的1、    通过本次设计，综合运用机械设计基础及其它有关先修课程的理论和实际知识，使所学的知识进一步巩固、深化、发展。2、    本次设计是高等工科学校学生第一次进行比较完整的机械产品设计，通过此次设计培养学生正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，掌握机械设计的基本方法和步骤。3、    使学生能熟练的应用有关参考资料、图册和手册，并熟悉有关国家标准和其它标准，以完成一个工程技术人员在机械设计方面所必须具备的基本训练。二传动方案的拟定1传动方案的分析机器一般是

16、由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。 本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。 带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。 齿轮传动的传动效率高，适用

17、的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。 减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。2传动方案的拟定（1） 工作条件：使用年限10年，每年按300天计算，单班制工作，载荷平稳。 （2） 原始数据：输送带拉力F=3kN滚筒带速V=1.6m/s 滚筒直径D=280mm 运动简图如下1：电动机2：带传动3：单级圆柱齿轮减速器4：齿轮5：联轴器6：滚筒7：带式输送机三电动机的选择及传动比的确定1 电动机类型和结构型式的选择： 2 确定电动机的功率： （1）传动装置的总效率：（2）电动机所需的工作功率：3 确定电动机转速：按已

18、知的工作要求和条件，选用Y系列三相异步电动机。由传动图可以看出总计需要轴承 两对齿轮 一对联轴器 一个带传动 一副滚筒 一个由参考文献1P22表2-4得轴承齿轮滚筒联轴器总=轴承2齿轮滚筒联轴器2×××Pd=FV/总 =3×1.6/0.8762 =W 滚筒轴的工作转速： Nw=60×1000V/D =60×1000×1.6/×280=r/min选用Y系列三相异步电动机总Pd=W nd=6542180r/min4 确定电动机型号5总传动比：6分配各级传动比根据参考资料【1】P20表2-2中推荐的合理传动比范围，取V带

19、传动比i带=24，单级圆柱齿轮传动比范围i齿=35，则合理总传动比i总的范围为i=620，故电动机转速的可选范围为nd=i×Nw=（620）×=6542180r/min由参考资料【1】P19表2-1选择Y系列三相异步电动机得出以下三种符合条件的电动机电机型号额定功率满载转速起动转矩Y132M-41440Y160M-6970Y160L-8720由以上电机对比及从经济上考虑，选择Y132M其主要参数如下满载转速：1440r/min总传动比i总i总=n电/n筒=1440/=（1） 取i带=3 其符合V带传动一般传动比范围（2）i总=i齿×i带 故i齿=i总/i带=1/3

20、=则i齿=4.4符合一般单级直齿圆柱齿轮减速器的传动比范围。选择Y132M其主要参数如下满载转速：1440r/mini总=i带=3i齿四 运动参数及动力参数计算设电动机轴为0轴减速器高速轴为轴减速器低速轴为轴1计算各轴转速（r/min） 2计算各轴的功率（KW）3、计算各轴转矩 n0=1440r/minn=n0/i带=1440/3=480r/minn=n/i齿P0=PI=P0×带×带=×=PII=PI×轴承×齿轮××T00/n0=9550×/1440=Nm TIPI /nI=9550x/480=Nm TIIPII

21、/nII=9550x/=Nmn0=1440r/minn=480r/minnP0=PI=PIIT0=Nm TI =Nm TIINm 五 传动零件的设计计算1 皮带轮传动的设计计算 （1） 确定普通V带截型 （2） 确定带轮基准直径，并验算带速（3）确定大带轮的基准直径（4）确定带长和中心距 初定中心距a0=600mm 带基准长度(5) 验算小带轮包角由参考资料2 P174表9-3得：kA=1.1 P0= Pd=kAP0=1.1×= 据Pd=和n0=1440r/min 由参考资料2P174图9-10得：选用B型V带 dd=125-140mm由参考资料2P175表9-4，取dd1=125m

22、m带速V：V=dd1n0/60×1000 =×125×1440/60×1000 =m/s 在525m/s范围内，带速合适。dd2=i带dd1(1-)=3×100×（1-0.02）375mm查参考资料2P174表9-4取标准值dd2=400mmLd0=2a0+(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0 =2×600+(125+400) /2+(400-125)2/4×600=mm 根据参考资料2P178表9-8选取标准值Ld=2240mm 确定中心距aa0+(Ld-Ld0)/2=600+(2240-)/2

23、=692mm1=180°° ×(dd2-dd1)/a =180°°×(400-125)/692 =157.2°选用B型V带 dd1=125mm带速合适dd2=400mmLd0=mma=692mm1=157.2°120°，故小带轮符合设计要求。6） 确定带的根数。7）单根V带的拉力。(8)作用在轴上的力2齿轮传动的设计计算 （1）选择齿轮材料与热处理：(2)按齿面接触疲劳强度设计许用接触力H齿宽系数d据dd1和n1，查参考资料2P176表9-5得P1= 带查参考资料2P177表9-6得 P1=0.46kw查

24、参考资料2P178表9-7，得K=0.94；查参考资料2P178表9-8,得KL=Z= Pd/(P1+P1)KKL =/(+4× =取Z=4根查参考资料2P170表9-1取q=/m则F0=500(2.5/Ka)-1(Pd/ZV)+qV2 =500（2.5/0.94）-1 8.25/（4× ） ×2 NmFQ=2ZF0sin(1/2)=2×4× sin(1/2)所设计齿轮传动属于闭式传动，通常齿轮采用软齿面。查阅参考资料2P200表11-3，选用价格便宜便于制造的材料，小齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度230HBS；大齿轮材料也为45钢，正火处理

25、，硬度为200HBS； 精度等级：查阅参考资料2P201表11-5运输机是一般机器，速度不高，故选8级精度。1=157.2°120°，故小带轮符合设计要求。按中等质量查参考资料2P200表11-3得H=520Mpa单级齿轮减速器中齿轮相对轴承呈对称布置，由于是软齿面的闭式齿轮传动，查参考资料2P200表11-4，选取Z=4根F0 NmFQ小齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度230HBS；大齿轮材料也为45钢，正火处理，硬度为200HBS；8级精度 H=520Mpa材料弹性系数ZE载荷系数K按齿面接触强度疲劳强度设计选择齿轮齿数、模数计算主要几何尺寸(3)校核齿根弯曲疲劳强度计

26、算齿根弯曲许用应力d查参考资料2P204表11-7，材料弹性系数ZE查参考资料2u=i齿计算小轮直径d1d1 =取小齿轮齿数z1=24则大齿轮齿数z2=z1i=24×取标准值z2=106齿轮模数m=d1/z1参考资料2P193表11-1，取标准模数m=4mm分度圆d1=mz1=4×24=96mmd2=mz2=4×106=424mm中心距a=m(z1+z2)/2=4×(24+106)/2=260mm齿宽b=dd1×106=106mm取b2=106mmb1=b2+(510)取b1=114mm按中等质量查参考资料P2002表11-3得F1=310Mp

27、aF2=290Mpa查参考资料2204表11-8得YF1YF2YS1YS2F1= =2F2=F1dZEd1z1=24z2=106m=4mmd1=96mmd2=424mma=260mmb2=106mmb1=114mmF1=310MpaF2=290MpaF12F2=42.3 N/mm2验算齿根弯曲应力(4)计算齿轮的圆周速度V 计算圆周速度×=42.3 N/mm2由于F1F1F2F2，故满足齿根弯曲强度要求，设计合理V=m/s 因为V6m/s，故取8级精度合适 由上可得，齿轮设计合理。确定有关参数如下：传动比i齿=小齿轮齿数z1=24大齿轮齿数z2=106中心距a=260mmi齿=a=2

28、60mmz2=106 z1=24满足弯曲强度要求，设计合理。V=m/s齿轮设计合理六 轴的设计计算1从动轴的设计 1选择轴的材料 确定许用应力 2按扭转强度估算轴的最小直径3轴承的确定4联轴器的选择5设计轴的结构并绘制轴的结构蓝图确定轴上零件的位置和固定方式选轴的材料为45号钢，调质处理。查参考资料2P200表11-3可知： b=650Mpa查参考资料2P200表11-4可知：b-1b=60Mpa单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接， 从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为： dC 查参考资料2P208表11-8可得，45钢取C=118107 则d（118107）×

29、=（118107）× =47.243mm 考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取标准值d=50mm为简化安装，选择两轴承一致。据参考资料1P211附表4-1选择角接触球轴承46211型其内径d=55mm可采用弹性柱销联轴器，查参考资料1P231附表6-3可取联轴器的型号为HL5联轴器由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在齿轮箱体的中内，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装联轴器。如下图所示要确定轴的结构，先确定轴上零件的装配顺序和固定方式b=650Mpab-1b=60Mpad=50mm角接触球轴承46211型HL5联轴器确定各段轴的直径确定各轴段的长度6轴上作用力的计算确定齿轮

30、从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩定位，右端用套筒固定，这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定，齿轮的周向固定采用平键连接，轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴上采用轴肩固定，周向采用过盈配合固定。将估算轴d=50mm作为外伸端直径d1与联轴器相配（如上图），考虑联轴器用套筒实现轴向定位，取第二段直径为d2=53mm ，齿轮和左端轴承从左侧装入，考虑装拆方便以及零件固定的要求，装轴处d3应大于d2，取d3=55mm，为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大于d3，取d4=60mm。齿轮左端用用套筒固定,右端用套筒定位,轴肩直径d5=60+2××60=72mm 满足齿轮定位的同时,还应满足

31、右侧轴承的安装要求,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.由于齿轮轮毂宽度为106mm，为保证齿轮固定可靠，轴段的长度略短于齿轮轮毂宽度，取轴段长度为100mm;为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间就留有一定的间距，取该间距为25mm,为保证轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承宽21mm），并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为5mm,故取轴段长度为30mm(轴承支点距离C=185mm);由齿轮宽度及套筒宽度和轴承宽度得，取轴段长度为56mm;由轴承盖宽度及装配要求选择轴段长度为57mm；考虑联轴器装配要求取轴段为90mm。在轴段上分别加工出键槽

32、，使两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽长度比相应的轮毂宽度小约510mm,键槽宽度按轴段直径查手册得得。选定轴的结构结节轴两端的倒角均为2×45°轴段上的倒角为2×5×轴段上的圆角均为2×R2轴段上的圆角均为2×R1轴所受力如下图所示d1=50mmd2=53mmd3=55mmd4=60mmd5=72mm d6=55mm.L4=100mmL3=56L2=57L5=30L6=40L1=907 按弯矩合成强度校核轴径是否合格做出水平面弯矩图支点反力截面处弯矩为截面处弯矩为做出垂直面弯矩图截面轴上所受的转矩：T=9.55× 

33、5;1000 =9.55××1000 =617.43Nm轴上作用力： 圆周力：Ft=2T/d2=2×/=N 径向力：Fr=Fttan20°=×tan20°=N FHA=FHB=支点反力F=MHI=FHA×185/2=134698.5NmmMH×35.5=mmMVI×185/2=mmT=617.43NmFt=NFr=N FHA=FHBFMHI=134698.5NmmMH=mmMVI=mm截面做出合成弯矩图截面合成弯矩截面合成弯矩做出转矩图截面截面 MV=F××35.5=mmM=MI=Nm

34、mM= =NmmT×106P/n=617430Nmmd3=55mmMe= =397223.42 NmmMe= =374522.87 NmmMV=mmMINmmMNmmMe=397223.42 NmmMe=374522.87 Nmm截面截面e= =e =12.38 Mpa查参考资料2P200表11-4可知：-1b=60Mpa满足e-1b的条件，故设计的从动轴有足够的强e=e=12.38 Mpae-1b的条件，故设计的从动轴有足够的强度，设计合理。2主动轴设计1、选择轴的材料 确定许用应力 。2、按扭转强度估算轴的最小直径3、轴承的确定选轴的材料为45号钢，调质处理查参考资料2P200表

35、11-3可知： b=650Mpa参考资料2P200表11-4可知：b-1b=60Mpa 单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接， 从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为： dC 查参考资料2P208表11-8可得，45钢取C=118107 则d（118107）×=（118107）× =29.30mm 考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取标准值d=35mm 为简化安装，选择两轴承一致。据参考资料1P211附表4-1选择深沟球轴承46208型轴的材料为45号钢，调质处理b=650Mpab-1b=60Mpa d=35mm深沟球轴承46208型4、设计轴的结构并

36、绘制轴的结构蓝图定轴上零件的位置和固定方式各段轴的直径定各轴段的长度其内径d=40mm由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在齿轮箱体的中内，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装联轴器。要确定轴的结构，须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式确定齿轮从轴的右端装入，齿轮的右端用轴肩定位，左端套筒固定，这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定，齿轮的周向固定采用平键连接，轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴上采用轴肩固定，周向采用过盈配合固定。轴的结构如下图所示将估算轴d=35mm作为外伸端直径d1与带轮相配（如上图），考虑轴承盖的装配，取第二段直径为d2=38mm ，齿轮和左端轴承从左侧装入，考虑装拆方便以

37、及零件固定的要求，装轴处d3应大于d2，取d3=40mm，为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大于d3，取d4=45mm。齿轮左端用用套筒固定,右端用轴肩定位,轴肩直径d5=45+2××45=54mm满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴承的安装要求,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=40mm. 轴段为装配轴承，取其长25mm;由于齿轮轮毂宽度为114mm，为保证齿轮固定可靠，轴段的长度略短于齿轮轮毂宽度，取轴段长度为100mm;为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间就留有一定的间距，取该间距为2mm,为保证轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承

38、宽18mm），并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为5mm,故取轴段长度为25mm(轴承支点距离C=185mm); 由齿轮宽度及套筒宽度和轴承宽度得，取轴段长度为57mm;由轴承盖宽度及装配要求选择轴段长度为47mm；考虑带轮装配要求取轴段为90mm。在轴段上分别加工出键槽，使两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽长度比相应的轮毂宽度小约510mm,键d1=35mmd2=38mmd3=40mmd4=45mmd5=54mmd6=40mmL1=25mmL2=25mmL3=100mmL4=57mmL5=47mmL6=90mm5、轴上作用力的计算 轴所受力如图轴上所受的转矩轴上作用力6、按弯矩合成

39、强度校核轴径是否合格作出水平面弯矩图截面处弯矩为截面处弯矩为槽宽度按轴段直径查手册得得。选定轴的结构结节轴两端的倒角均为2×45°轴段上的倒角为5×45°轴段上的圆角均为2×R2轴段上的圆角均为2×R1T=9.55× ×1000=9.55××1000=146.23Nm 圆周力：Ft=2T/d2=2×/N 径向力：Fr=Fttan20°=×tan20°=N FHA=FHB=支点反力F=MHI=FHAC/2=140903.4NmmMH=FHA×Nmm

40、T=146.23Nm FtN Fr=N FHA=FHBMINmmMNmm作出垂直面弯矩图截面截面作出合成弯矩图截面合成弯矩截面合成弯矩作出转矩图如下MVINmmMV=F×NmmM=MI=NmmM=NmmT×106P/n=146230Nmmd3=40mmMVI=NmmMVNmm截面截面截面截面Me=173729.25NmmMe= 104926.69Nmme= =e =查参考资料2P200表11-4可知：-1b=60Mpa满足e-1b的条件，故设计的主动轴有足够的强度，设计合理。Me=173729.25NmmMe= 104926.69Nmmee e-1b故设计的主动轴有足够的强

41、度，设计合理。七键联接的选择及校核计算1根据轴径的尺寸选择键2键的强度校核由参考资料1P211附表4-1中取 小齿轮与轴连接的键为：键14×90 GB1096-79大齿轮与轴连高速轴(主动轴)与V带轮联接的键为：键14×70 GB1096-79 接的键为：键12×90 GB1096-79 轴与联轴器的键为：键12×70 GB1096-79 大齿轮与轴上的键 ：键12×90 GB1096-79 b×h=14×9,L=90,则Ls=L-b=76mm p=4T/dhlR=110Mpa 因此剪切强度足够 另外三个键均按照以上校核，强

42、度均符合要求。pR=110Mpa 因此剪切强度足够 另外三个键均按照以上校核，强度均符合要求 八轴承寿命的校核设计时粗选角接触球轴承46208型与46211型校核轴承的寿命由设计要求使用年限10年，每年按300天计算，单班制工作，载荷平稳得大约总工作为时间T=10×300×8=21000h1校核46208轴承1.轴承的技术标准2.计算轴承的寿命2校核46211轴承1.轴承的技术标准2.计算轴承的寿命查手册，46208轴承所具有的径向基本额定动载荷Cr=28800N查参考资料【1】P221附表5-5对于角接触球轴承取=3取Pr=Fr=NLh= =608490h21000h即该轴承符合设计要求查手册，46211轴承所具有的径向基本额定动载荷Cr=39200N查参考资料【1】P221附表5-5对于角接触球轴承取=3取Pr=Fr=NLh= =7719989h21000h即该轴承符合设计要求Cr=28800N=3Pr=Fr=NLh=608490h21000h该轴承符合设计要求Cr=39200N=3