理工大学二级斜齿圆柱齿轮减速器设计说明书

1、机械设计课程设计手册名称： 传送带传动目录课程设计任务书2设计要求2设计步骤2变速器整体设计方案32、电机4的选择3.确定变速器的总比和分流比 54. 变速器运动学和动力学参数的计算 55. V带和皮带轮的设计 66.齿轮设计87. 轴设计 19八、滚动轴承的选型与验证 269. 联轴器选择 2710. 盒子的设计 3011. 润滑密封设计 30设计总结31参考文献321. 课程设计任务书设计主题：设计了一种用于带式输送机的两级展开圆柱齿轮减速器。输送机单向连续运行，有轻微震动，环境温度不超过35度，输送带速度误差不超过5%，单台减速机小批量生产，使用年限10年（350天/年），每天 16 小

2、时表一：问题编号范围D4主滚筒扭矩 (Nm)900主滚筒速度 (m/s)0.8主滚筒直径（mm ）3202、设计要求1.减速器总成图1（A1）。2. 轴和齿轮零件图各 2 (A3)。3、设计计算手册1份。三、设计步骤传动装置的整体设计：1、组成：传动装置由电动机、减速机和工作机组成。2、特点：齿轮相对于轴承分布不对称，因此沿轴向的载荷分布不均匀，要求轴具有较大的刚度。3、确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将三角带设置在高速档。其传输方案如下：图1：（变速器整体设计）4、选用三角带传动和二级圆柱斜齿轮减速机（扩大）。5、传动的综合效率= 0.9 6 0.9 7 0.9 6 = 0.75

3、9；是V 型皮带的效率， 是第一对轴承的效率，是第二对轴承的效率，是第三对轴承的效率，即每对齿轮啮合传动的效率（齿轮为7级精度，润滑脂润滑。由于是薄壁防护罩，以开式效率计算）。2、电机的选择1、输送带工作压力：F=T/0.5d=900/0.5*320=5625N2、电机所需工作功率为： P = P/ =56251.3 / 10000.759= 5.93kW ，3.执行器的曲轴转速n = = 47.77 r/min ,4、查表后，根据推荐传动比，三角带传动传动比为i = 2 4 ，二级圆柱斜齿轮减速机传动比为i = 8 40 ，则总传动比合理i = 16 160 ，电机转速可选范围n = i n

4、 =( 16 160 )47.77=764.37643.3 r/min 。Y 132M-4型三相异步电动机，额定功率为7.5，额定电流15.4A，满载转速1440r /min ，同步转速1500r/min 。程序电机型号额定功率 P千瓦电机转速重量传动比同步速度满载速度总传动比V带减速器1是132M-47.51500144081030.142.512.06中心高方面长(AC/2+AD)高清支脚安装尺寸 AB地脚螺栓孔直径 K轴尺寸 DE键安装尺寸 F132515280315216 178123840103、确定传动的总传动比和分配比1.总传动比由选定的电机满载转速n和工作机传动轴转速n ，可得

5、到变速器的总传动比为= n/n = 1440 / 47.77 = 30.142.分配齿轮比= （分别为皮带传动和减速机的传动比）初步取=2.5，则减速机的传动比为=30.14 / 2.5 = 12.06高速齿轮比= 3.96，则= 3.05变速器的运动和动态参数( 1 )各轴速度= = 1440 / 2.5 = 576转/分钟= = 576 / 3.96 = 145.49转/分钟=/ = 145.49 / 3.05 = 47.70转/分钟= =47.70r /min( 2 )各轴输入功率= = 5.93 0.96 = 5.70千瓦= 2 = 5.70 0.98 0.9 5 = 5.30千瓦=

6、2 = 5.30 0.98 0.9 5 = 4.93千瓦= 2 4 = 4.93 0.98 0.9 7 = 4.69千瓦那么各轴的输出功率：= 0.98= 5.59kW= 0.98= 5.19kW= 0.98=4.83千瓦= 0.98=4.60千瓦各轴输入扭矩= N 米电机轴输出扭矩= 9550 = 9550 5.93 / 1440 = 39.33 N所以： = = 39.332.50.96=94.39 Nm= = 94.393.960.980.95=348 Nm= = 348 3.05 0.98 0.95 = 988.14 Nm= =988.140.950.97=910.57 Nm输出扭矩：

7、 = 0.98=92.50 Nm= 0.98=341.04 Nm= 0.98=968.38 Nm= 0.98=891.8 Nm运动和动态参数的结果如下表所示轴名称功率 P KW扭矩 T Nm转速 r/min进入输出进入输出电机轴5.9339.3314401 轴5.705.5994.3992.505762 轴5.305.19348341.04145.493轴4.934.83988.14968.3947.704轴4.694.60910.57891.847.705.设计V型皮带和皮带轮1.确定计算能力,为工况系数，为额定输出功率，为电机额定功率。2.选择皮带型号根据, , 选择的皮带类型为 B 型皮

8、带。3.选择皮带轮的底径获取小皮带轮参考直径的表格，然后是大滑轮的底座直径，取。4.检查皮带速度v5 25m/s ,V带充分发挥。5.确定皮带的中心距a和参考长度因为,所以初始选择中心距 a: , 初始中心距确定, 所以带长, = .表选择参考长度得到实际中心距， 摘 要6、检查小皮带轮的包角, 角是合适的。7. 确定v带根z的数量因为，皮带速度，传动比，查表，通过插值得到， =0.96， =0.96.所以选择Z=5条。8.计算预紧力可以得到该表，所以：单个普通V带张紧后的初始张力为 计算作用在轴上的最终压力6.齿轮设计(1) 高速齿轮传动设计与计算1、齿轮材料、热处理及精度考虑到减速机的功率

9、和现场安装的限制，大、小齿轮的齿轮均采用硬齿面渐开线斜齿轮。(1)齿轮材料及热处理材质：高速小齿轮采用钢调质而成，齿面硬度为小齿轮280HBS，小齿轮齿数=24高速大齿轮采用正火钢制作，齿面硬度为大齿轮240HBS Z =iZ =3.9624=95.016 Z =96。 齿轮精度根据GB/ T10095-1998，选择7级，齿根喷丸。2、齿轮传动主要尺寸初步设计根据齿面接触强度设计确定每个参数的值：试选=1.6选择区域系数 Z = 2.433但 计算应力值环数N =60nj = 605761(163508)=1.93510 hN =N /i =4.89 10h查课本10-19，得：K =0.9

10、3 K =0.96齿轮的疲劳强度极限安全系数取为 1 = =550 = =450允许接触应力 =189.8MP , =1T=95.510 =95.510 9/576=9.44 10Nm3、设计计算小齿轮分度圆直径d=计算圆周速度计算齿宽b和模量计算齿宽 bb = =58.05mm计算数字 m主螺旋角= 14= ，取=2.5mm 计算齿宽高比齿高h=2.25 =2.252.5=5.625= =10.32计算垂直重合度=0.318 =1.903 计算负载系数 K使用系数=1据，7级精度，动载荷系数K =1.07，K = +0.2310 b=1.12+0.18(1+0.6 1) 1+0.23 10

11、58.05=1.47K = 1.35，K =1.2所以负载系数：K = KK K K = 11.071.21.47=1.88修正实际载荷系数计算出的分度圆直径d =d = 580.5 = 60.63 计算模数=4 、齿根弯曲疲劳强度设计抗弯强度设计公式 确定公式的计算值小齿轮传递的扭矩= 94.4 kNm 确定齿数z因为是硬齿面，所以取z =24， z = iz =3.9624=95.04传动比误差i = u = z/ z = 96 / 24 = 4i = 1% 5 %，允许计算等效齿数z = z/cos = 24 / cos 14 = 2 6.27 z = z/cos = 96 / cos

12、14 = 105.09初步齿宽系数 =1主螺旋角 初始螺旋角 = 1 4负载系数KK = KKKK = 1 1.07 1. 2 1.35 = 1. 73求齿形系数Y和应力修正系数Y表10-5中的教科书：齿形系数Y = 2. 592 Y = 2. 182应力修正系数Y = 1.5 96 Y = 1.784重合系数Y端面重合度约为= 1.88 - 3.2 ( ) = 1.88 - 3.2 ( 1/ 24 + 1/ 96) cos1 4 = 1 .713= arctg ( tg/cos ) = arctg ( tg20/cos1 4 ) = 20.64690= 14.07609因为 = /cos ，

13、所以重合系数为Y = 0.25+0.75 cos/ = 0.6 73螺旋角系数Y轴向重合 = = 1.841 ,Y = 1 - = 0.79计算齿轮尺寸系数见表S = 1.3 5小齿轮应力循环次数N1 = 60nkt = 60 576 1 10 3 5 0 16 = 19.35 10大齿轮的应力循环次数N2 = N1/u = 4.89 10弯曲疲劳强度极限小齿轮大齿轮弯曲疲劳寿命系数取1，弯曲疲劳安全系数S=1.4 = =大齿轮的价值大。选择。 设计计算计算模数比较计算结果，根据齿面接触疲劳强度计算的法向模量m大于根据齿根弯曲疲劳强度计算的法向模量。为满足接触疲劳强度，需要根据2mm接触疲劳强

14、度计算出的指标圆直径d=60.63计算所需齿数。所以：z = =29.41 取 z =30那么z =3.96*30=119几何尺寸计算距a = = =153.56将中心距四舍五入为 154根据圆角中心距校正螺旋角=arccos因为值变化不大，所以参数, ,等不需要修改。计算大小齿轮分度圆的直径d = =61.84d = =245.297计算齿轮宽度乙=四舍五入后(2) 低速齿轮传动设计计算材质：低速小齿轮采用钢调质而成，小齿轮的齿面硬度为280HBS。取小齿数=30高速大齿轮采用正火钢制成，大齿轮齿面硬度为240HBS。z =2.3330=69.9 四舍五入 z =70 。 齿轮精度根据GB/

15、 T10095-1998，选择7级，齿根喷丸。根据齿面接触强度设计1.确定公式的计算值 试选K =1.6查课本，从图10-30中选择区域系数Z =2.45试选，求=0.83 =0.88 =0.83+0.88=1.71应力循环次数N =60n jL =60145.491(1635010)=4.8910N = 1.6110接触疲劳寿命系数取为 1了小齿轮。大齿轮的接触疲劳强度极限以失效概率为1%，安全系数S=1，则接触疲劳许用应力 = = = =550/1=550 575检查材料的弹性影响系数 Z = 189.8MP选择齿宽系数T=95.510 =95.510 5.30/145.49=34.79

16、10Nm=77.472.计算圆周速度0.5903.计算齿宽b= d =177.47=77.474.计算齿宽与齿高的比值模数 m =齿高h=2.25m =2.252.526=5.6835=77.47/5.6835=14.405.计算垂直重合度6.计算负载系数KK =1.12+0.18(1+0.6 +0.2310 b=1.12+0.18(1+0.6)+ 0.2310 77.47=1.4772使用系数 K = 1同款高速齿轮设计，查表选择各值=1.04 K =1.35 K =K =1.2因此，负载系数K = = 11.041.21.4772=1.8447.通过实际载荷系数的修正计算出的分度圆直径d

17、=d =77.47计算模数3.根据齿根的抗弯强度设计米(1) 确定公式的计算值(1)计算小齿轮传递的扭矩= 347.9 kNm(2)确定齿数z因为是硬齿面，所以取z =30， z = i z =3.0530=91.5传动比误差i = u = z/ z = 92 / 30 = 3.07i = 0.66 % 5 %，允许(3)齿宽系数的初步选择从表中检查 = 1(4)主螺旋角 初始螺旋角= 1 2(5)负载系数KK = KKKK = 1 1.04 1. 2 1.35 = 1. 6848(6)等效齿数z = z/cos = 30 / cos 12 = 32.056 z = z/cos = 92 /

18、cos 12 = 98.30Y和应力修正系数Y来自教科书表 10-5( 7 )螺旋角系数Y轴向重合 = 2.03Y = 1 - = 0.797( 8 计算齿轮的大小检查齿轮弯曲疲劳强度极限弯曲疲劳寿命系数取为 1S=1.4 = =计算齿轮的尺寸并比较它们大齿轮的数值大，选择大齿轮的尺寸进行设计计算。计算模数比较计算结果，根据齿面接触疲劳强度计算的法向模量m大于根据齿根弯曲疲劳强度计算的法向模量。3mm为满足接触疲劳强度，需要根据接触疲劳强度计算的指标圆直径d=87.04计算所需齿数。z = =28.38 取 z =30z =3.0530=91.5 取 z =92 主要尺寸初步计算距a = =

19、=124.726将中心距四舍五入到 125修正螺旋角=arccos因为值变化不大，所以参数, ,等不需要修改 分度圆直径d = =92.01d = =282.17计算齿轮宽度取整后取V带齿轮设计参数附表1.各传动比V带高速齿轮低档2.53.963.052.各轴转速n（转/分钟）（转/分钟）（转/分钟）（转/分钟）576145.4947.7047.70、各轴输入功率P(千瓦)(千瓦)(千瓦)(千瓦)5.695.304.934.694 、各轴输入扭矩T(千牛米)(千牛米)(千牛米)(千牛米)94.39348988.14910.57五、皮带轮主要参数小轮径（ mm ）大轮径（ mm ）中心距a (

20、mm )参考长度（毫米）带号z125315450160057. 轴设计(1)。轴材料选择和最小直径估计根据工况，初轴材质为45钢，经调质处理。轴的最小直径的计算公式Ao的值确定为110高速轴=23.60 因为高速轴最小直径处安装了大皮带轮，所以设置了键槽，所以take = 23.60*(1+5%)=24.78，take =25mm中间轴=36.46，根据轴承选型取=40mm低速轴= 51.62mm，安装联轴器设置键槽， =51.62*(1+5%)= 54.20mm，然后根据后密封圈尺寸取=54mm(2)轴的结构设计1.高速轴1）高速轴直径的确定：大皮带轮的悬垂轴部分安装在最小直径处，所以：根据

21、大皮带轮的轴向定位要求，密封处的轴截面，定位高度，取36mm：滚动轴承轴截面40mm，滚动轴承选择30208：dDB= 40mm 68mm18mm：在过渡段，由于各级齿轮传动的线速度约为2m/s，滚动轴承采用油脂润滑。考虑挡油板的轴向定位，取42mm齿轮轴段：由于齿轮直径小，采用齿轮轴结构。: 滚动轴承段,40mm2）高速轴各段长度的确定: 由于大皮带轮的宽度 B= 99mm, OK =99：由箱体结构、轴承端盖、装配关系等决定=55mm: 由滚动轴承决定=18mm: 由装配关系和盒子结构决定=109mm：长度由肩决定，取=6mm：由高速齿轮宽度B=62决定60mm: 滚动轴承轴段，由装配关系

22、和箱体结构决定=32mm2.中间轴1）确定中间轴各轴段的直径: 最小直径处的滚动轴承轴截面，所以45mm .滚动轴承选用30209 dDB 45mm= 19mm 75mm。：取低速齿轮轴部分50mm：轴环，根据齿轮的轴向定位要求取75mm: 高速齿轮轴部50mm: 滚动轴承段,45mm2）中间轴各轴节长度的确定：取自滚动轴承、导油板和总成之间的关系=30mm：取自低速小齿轮宽度B=9795mm: 领子, =15mm：从高速齿轮的大齿轮的轮宽B= 62mm，取60mm：30mm3、低速轴低速轴各轴截面直径测定: 滚动轴承轴段，因此= 60mm。滚动轴承选型 30212dDB 60mm= 22mm

23、 95mm。：取低速大齿轮轴段=64mm=77mm根据齿轮的轴向定位要求：接管部分，考虑导油板的轴向定位： =62mm: 滚动轴承段, =60mm：在密封轴部分，根据联轴器的定位要求，用盖环标记，取=55mm: 最小。直径，安装联轴器的悬伸轴部分=50mm2）低速轴各轴节长度的确定：由滚动轴承、挡油板及装配关系等决定=22mm取自低速大齿轮宽度B 97mm=95mm： 衣领，：取自组装关系和盒子结构=90mm: 滚动轴承、导油板和装配关系=34mm: 轴套与装配关系=40mm: 取自联轴器的孔轮毂 L=1074. 零件在轴上的圆周固定为了保证良好的对中，齿轮和轴采用过盈配合H7/r6。与轴承套

24、圈的轴力选用k6，齿轮与大带轮用A型普通平键连接，分别为16*63 GB1096-1979和10*80 GB1096-1979。5. 轴上的倒角和圆角为保证6008轴承套圈端面靠近定位台肩端面，根据轴承手册的建议，取台肩圆角半径为1mm。其他肩圆角半径相同2mm。根据GB6403.4-1986标准，轴的左右端倒角均为1* 。(3)检查中间轴102.5112.567102.5112.567C2D2图f-13因为使用的是正齿轮，所以轴向力如下图，中间轴的力学模型如图f-13齿轮 23档2. 支撑力和反作用力的计算从上面的数学模型图中，总长度L=285mm1) 垂直平面上的力如图 f-14 所示：对

25、于点：图f-14图f-14向下方向对于点：向下的方向。上轴的图f-15计算正确图f-152）水平支座反作用力见图f-15为点=5491.39N对于点：从上轴的合力检查：计算是正确的。3) 2点总支持反作用力B 2点总分支反作用力3.绘制扭矩和弯矩图M6538-146796.4图f-16M6538-146796.4图f-16C2点MD 2分M562867.482）水平面弯矩图如右图f-17所示：562867.48352627.8352627.8C2点图f-17D 2分图f-173）复合弯矩图如右图f-18所示：MM581694.9352688.40图f-18C2点D 2分MM468770图f-1

26、94. 扭矩图中间轴扭矩图见右图f-195.弯矩强度校核由上可知，C2处的截面扭矩最大，为危险截面。根据所选轴材料45钢，调质，见表15-1如此安全。6、安全系数法疲劳强度校核1）从上面可以看出C2是危险段2）根据选用的轴45钢，调质，查表15-1确定材料性能：3）弯曲截面系数：C型有键槽bh=1610 t=6扭转截面系数：弯曲应力扭转应力4) 影响系数截面上轴肩引起的理论应力集中系数按表3-2校核。取= 2.10 = 1.68轴材料的灵敏度系数可由图 3-1 得到因此，有效应力集中系数为：得到的扭转系数由图3-4得到根据轴的磨削工艺，表面质量系数由图3-4得到如果轴不进行表面强化处理，综合系

27、数可得：取钢的特征系数：那么安全系数如下：S=1.4，所以设计的轴是安全的。C321469f-20C321469f-201、低速轴受力的计算由于使用的是正齿轮，轴向力如图f-20所示，低速轴的力学模型为：齿轮 1f-212. 支撑力和反作用力的计算f-21由上述数学模型可知总长度 L=283mm1）垂直平面上的力如右图f-21所示：对于点：向下的方向。对于点：向下的方向。上轴的计算是正确的。2）水平支座反作用力见图f-22为点f-22f-22对于点：从上轴的合力检查：计算是正确的。3) 3点总支持反作用力图f-23M-177997.04B 图f-23M-177997.043.绘制扭矩和弯矩图1

28、）垂直平面的扭矩图如右图f-23所示：M489043.36C3点M489043.36图f-242）水平面弯矩图如右图f-24图f-24C3点图f-25图f-25520429M3）复合弯矩图如右图f-25所示：M1532690C1点M15326904. 扭矩图高速轴扭矩图见右图f-26图f-26T =图f-265.弯矩强度校核由上可知，C1处的段扭矩最大，为危险段。根据选用的轴材料45钢，调质，见表15-1因此它是安全的。6、安全系数法疲劳强度校核1）从上面可以看出，所以C3是危险段2）根据选用的轴45钢，调质，查表15-1确定材料性能：3) 键槽设置在 C3 bh=2514 t=9弯曲截面系数

29、：扭转截面系数：弯曲应力：扭转应力：4) 影响系数截面上轴肩引起的理论应力集中系数按表3-2校核。取= 2.01 = 1.45轴材料的灵敏度系数可由图 3-1 得到因此，有效应力集中系数为：得到的扭转系数由图3-4得到根据轴的磨削工艺，表面质量系数由图3-4得到如果轴不进行表面强化处理，综合系数可得：取钢的特征系数：那么安全系数如下：S = 1.4，因此设计的轴是安全的。7. 密钥选择和验证(1) 高速轴键的选择和检查高速轴上只有一个安装大皮带轮的键。根据安装大滑轮的直径d=32mm，检查（机械设计课程设计）表10-1选择普通平键。因为滑轮的宽度为 B= 99mm，所以选择的键大小为：bhl=

30、10890（t=5.0r=0.25）。标志：钥匙10890 GB/T1096-2003。键的工作长度L=lb=90-10= 80mm，键的接触高度k=0.5h=0.58= 4mm，传递的扭矩=94.39Nm。根据表6-2，差键轻冲击连接所需应力为120MPa=18.44MPa ，所以设置双键 *1.5=180MPa，因此，轴上键的强度是足够的。然后检查长轴，强度也一致。(3) 低速轴的键选择和检查低速上有两个键，一个用于安装低速级的大齿轮，另一个用于安装联轴器。齿轮采用圆头普通平键，齿轮轴截面直径d= 64mm，轮宽B=92mm查表（机械设计课程设计） 键选参数：bhl= 181190（t=7

31、.0，r=0.3）标记键181190GB/T1096-2003。键工作长度L=lb=90-18=72mm键接触高度k=0.5h=0.511=5.5mm传递扭矩=910.57=71.87MPa56000h 因此，轴承寿命是足够的。(2)中间轴轴承的选型和验证一、滚动轴承的选择轴承3轴承4根据载荷和转速条件，选择深沟球轴承。根据中间轴的设计，选用的轴承型号为轴承3轴承42、滚动轴承的检查1) 轴承力图如右图2) 等效动载荷根据工况（无冲击或轻微冲击），从表13-6中求出载荷系数3）检查轴承的寿命因为，所以，只需要检查轴承3，轴承寿命与整机相同，l=1035016=56000h=7749056000h 因此，轴承寿命是足够的。(3) 低速轴轴承的选型和验证一、滚动轴承的选择根据载荷和转速条件，选择深沟球轴承。根据低速轴的设计，根据=60，选用的轴承型号为30212，其基本参数：轴承5轴承5轴承62、滚动轴承的检查1) 轴承力图如右图2) 等效动载荷根据工况（无冲击或轻微冲击），从表13-6中求出载荷系数3）检查轴承的寿命因为，所以，只需要检查轴承3，轴承寿命与整机相同，l=1035016=56000h=150582456000h 因此，轴承寿命是足够的。9、联轴器的选择根据工作要求，为减轻冲击，保证减速机正常工作，输出轴（低速轴）选用弹性主销联轴器