单级斜齿圆柱齿轮减速器(10号)用于双滚式压碎机的传动系统中

单级斜齿圆柱齿轮减速器中北大学课程设计任务书学年第

1

学期学专

院：业：

中北大学信息商务学院机械设计制造及其自动化学生姓名：

XXX

学号：

XXXXX课程设计题目：

单级斜齿圆柱齿轮减速器起迄日期：2015年12月14至2016年月1号课程设计地点：指导教师：

A306XXX系

主

任：

XXX下达任务书日期:201512月14I

日

单级斜齿圆柱齿轮减速器课设计任务书(1)通过课程设计，培养学生综合运用机械设计基础和其他先修课程的理论知识来分析解决机械设计问题的能力。(2)学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律。(3)进行机械设计基本技能的训练：例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范等。设计一台单级斜齿圆柱齿轮减速器，该减速器用于双滚式压碎机的传动系统中。方案简图（题号10原始数据：碎料箱滚子轴转速130；碎料箱输入轴所需功率4.9KW技术条件：该压碎机两班制连续工作，单向回转，有较大振动，压碎机滚子转速允许误差为±，使用期限8年。书(文)、图纸、设计分段进行，在没有原则错误时才能进行下一阶段设计，以保证设计质量。1)设计计算选择电动机算传动装置的运动和动力参数行传动件的设计计算，校核轴、轴承、键，选择联轴器等。2)草图绘制、审查和修改根据上述设计计算，绘制装配图的主、俯视图。3)绘制装配图除绘制草图内容外绘制装配图的侧视图编写技术要求对零件编号，填写明细表及标题栏等。4)绘制零件图选择所设计减速器中任一轴和齿轮进行绘制。鼓励采用计算机绘图。5)编写设计说明书要求内容全面条理清楚书写认真图示正确符合规定要求。II

单级斜齿圆柱齿轮减速器课设计任务书1.杨可桢,程光蕴.机械设计基础.第四版.北京高等教育出版社,19992.吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册.第二版北京:高等教育出版社,19991)草图1张（A1坐标纸）2)减速器装配图1张（A0图）3)零件图2张（A3图，传动零件轴和齿轮各一张，鼓励用计算机绘图）4)设计说明书一份2015年12月日12月22日12月日12月24日12月25日12月28日12月日12月30日12年30日12月31日2016年1月5日

设计计算编写设计说明书草图绘制、审查和修改绘制装配图绘制零件图答辩签字：年

月

日III

单级斜齿圆柱齿轮减速器课设计说明书学生姓名：

XXX

学号：

XXXXX学专题

院：业：目：

中北大学信息商务学机械设计制造及其自化单级斜齿圆柱齿轮减速器指导教师：

XXX

职称:

教授2015

年12

月24

日IV

单级斜齿圆柱齿轮减速器录一、传动方案的分析和拟定........................................................................................1二、电动机的选择........................................................................................................1三、传动装置运动及动力参数计算............................................................................3四、传动零件的设计计算............................................................................................5五、轴的计算..............................................................................................................13六、滚动轴承的选择和计算......................................................................................20七、键连接的选择和计算..........................................................................................23八、联轴器的选择......................................................................................................24九、润滑方式滑油牌号及密封装置的选择........................................................24十、参考资料..............................................................................................................25V

单级斜齿圆柱齿轮减速器一、传动案的分析和定机器通常由原动机、传动装置和工作装置三部分组成。传动装置用来传递原动机的运动和动力变换其运形式以满足工作装置的需要是机器的重要组成部分。传动装置的传动方案是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。满足工作装置的需要是拟定传动方案的基本要求，同一种运动可以有几种不同的传动方案来实现这就是需要把几种传动方案的优缺点加以分析比较从而选择出最符合实际情况的一种方案。合理的传动方案除了满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。所以拟定一个合理的传动方案，除了应综合考虑工作装置的载荷、运动及机器的其他要求外还应熟悉各种传动机构的特点以便选择一个合适的传动机构。带传动可用于两轴中心距离较大的传动并且带具有弹性可缓和冲击和振动载荷运转平,无噪声，当过载,带即在轮上打,可防止其他零件坏，结构简单,设备费低,护方便故本文在选取传动方案时，采用带传动。本文设计传动系统的传动装置由电动机、带、减速器、联轴器、滚筒五部分组成，而减速器又由轴、轴承、齿轮、箱体四部分组成。所以，如果要设计该减速器，必须先合理选择它各组成部分，下面我们将一一进行选择。二、电动的选择1选择电动机型按工作要求和工况条件，选用三相笼型异步电动机，电压为380V，Y型。2选择电动机容量电动机所需的功率为p

p

由电动机到工作机的传动总效率为a1

2

3

4

5

单级斜齿圆柱齿轮减速器式中、、、、分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和工作12345机的传动效率。取带传动0.99（轴承（齿轮精度123为8级0.99（弹性联轴器：η=η³³³³=0.894总１３４所以p

p

5.48kW根据机械设计手册可选额定功率为的电动机。3确定电动机速工作机轴转速为

D

=130r/min取V带传动的传动比一级圆柱齿轮减速器传动比3-5则从电动机到工作机轴的总传动比合理围为6-20。故电动机转的可选范围为~2=780—2600r/mina综合考虑电动机和传动装置的尺寸重量和带传动减速器的传动比选电动机型号为Y132S-4将总传动比合理分配给V带传动和减速器就得到传动比方案，如表2.1所示。表2.1电动机主要技术参数电动机型

额定功电动机转速r/min

电动机传动装置的传动比号

率kw

满载转速

满载电流

重量kg

总传动比V带减速器Y132S-4

5.5

144011.6068.0011.133.7电动机型号为，主要外形尺寸见表2.2。

ii单级斜齿圆柱齿轮减速器ii图2.1电动机安装参数表2.2电动机主要尺寸参数中心高H132

外形尺寸L³475³

底脚安装尺寸A³216³

地脚螺栓孔直径K12

轴伸尺寸D³38³

装键部位尺寸F³10³三、传动置运动及动参数计算电动机确定后，根据电动机的满载转速和工作装置的转速就可以计算传动装置的总传动比。1、计各轴转速Ⅰ轴

10

r/Ⅱ轴工作机轴

nn1r/r/min2计算各轴输功率、出功率

dd各轴输入功率Ⅰ轴Ⅱ轴工作机轴各轴输出功率

单级斜齿圆柱齿轮减速器P=P=5.48×0.96=5.26081P==5.2608kW123P=5.0519×0.99×0.99×0.99=4.9017kW3Ⅰ轴Ⅱ轴

=P=5.2608×0.99=kW=P=5.0519×0.99=5.0014kW工作机轴

==4.9017×0.99=4.85263计算各轴的入、输转矩电动机的输出转T为9550d

29.04NⅠ轴输入转T1

11

104.668Ⅱ轴输入转95502

22

371.120工作机轴输入转95503

33

359.962各轴的输出转矩分别为各轴的输入转矩乘轴承效率。4计算结果运动和动力参数计算结果整理后填入表3.1中。

单级斜齿圆柱齿轮减速器表3.1运动和动力参数计算结果功率P（kw）

转矩T（N²

转速n

传动比

效率轴名

输入

输出

输入

输出

r/min

i

η电动机轴

5.48

3

Ⅰ轴

4803.7

Ⅱ轴

130工作机轴

130四、传动件的设计计1带传动的设计算（1）已知条件和设计内容设计V带传动时的已知条件包括所需传递的额定功率p小带轮转速n；大带轮带轮转n与初选带传动传动i=3。0（2）设计步骤A、确定计算功率p

查得工作情况系数K=1.1。故有：A=PAB、选择V带带型

1.1³=6.028据pn选用A带。C、确定带轮的基准直并验算带速d

1单级斜齿圆柱齿轮减速器11）初选小带轮的基准直，取小带轮直=100。dd12）验算带速v，有：

d60

=

3.14159³³60³=7.54m/s因为7.54m/s在5m/s—30m/s之间，故带速合适。3）计算大带轮基准直

d2

2

³

=300d2D、确定V带的中心距a和基准长度d1)初定中心距a=3892)计算带所需的基准长度L2a

)(d)d1d2

=1453mm选取带的基准长L=1400d3）计算实际中心距La2

=373.5中心距变动范围

min

aL373.5-0.015³=mm

L373.5+0.03³=415.5E、验算小带轮上的包角

d

d

)d

57.3

=180°-（300-100）³0.1535

=149.317

>90

F、计算带的根数z1）计算单根V带的额定功率Pr

1440r/min查得

min单级斜齿圆柱齿轮减速器minP=1.32kW=1440r/mini=3和A型带，查得0

P=0.17查得K=0.95K=0.93，于是：P

r

=(P+P)KL

=(1.32+0.17)³³=1.322）计算V带根数zr

4.47

故取5根。G、计算单根V带的初拉力最小()0min查得A型带的单位长质量q=0.1kg/m所以(F)

(2.5)K

=261.33N应使实际拉力F大()0H、计算压轴力

压轴力的最小值为：(F)pmin

=()min

sin=2520.18N（3）带传动的计算结果把带传动的设计结果记入表中，如表3.1。表4.1带传动的设计参数带型

A

中心距

373.5mm小带轮直径大带轮直径

包角带长

149.3171400mm

带的根数

5

初拉力

261.33N

ii带速2齿轮的设计算

7.54m/s

单级斜齿圆柱齿轮减速器压轴力2520.18N选用斜齿圆柱齿轮，齿轮1材料为40Cr(质，硬度为280HBS，齿轮2材料为45钢(调质)硬度为。初选齿轮1齿数，齿轮2数86，初选螺旋角14°。按齿面接触强度：齿轮1分度圆直径dt

2KitHi[]1H

其中：K

t

——载荷系数，选t

——齿宽系数，

d

——端面重合度

，查

0.75

，

1.64i

——齿轮副传动比i=4ZZ

HE

——区域系数，查ZH——材料的弹性影响系数，查Z189.8MPa

H

接触应力

22查得齿轮1接触疲劳强度极查得齿轮2接触疲劳强度极

Hlim1Hlim2

。MPa。计算应力循环次数设2班制，一年工作300天，工作10年）N60njL11h

60

2³³300³)13.82

3.455

z单级斜齿圆柱齿轮减速器z查得接触疲劳寿命系数

HN1

，K

取失效概率为%，安全系S，得：

1

K

HN1

lim1

0.93³1

=558MPa

2

K

HN

lim2

0.95³1

则许用接触应力

H22

=

558+522.52

=540.25MPa有dt

2KTiZt1HEi[]H

=56.75

圆周速度v

nt160

1.42/s齿宽

1

1³=56.75

模数dmtnt1

2.66

mnt

2.25³=5.985

/56.75/5.985=9.48纵向重合度

zd

0.318³³³°=1.59计算载荷系数K：1.25；已知使用系数KA根vm/，8级精度，查得动载系数

K

1.04；

2v1单级斜齿圆柱齿轮减速器2v1用插值法查得8级精度轮1相对支承对称布置时接触疲劳强度计算用的齿向载荷分布系数

1.42；查得弯曲强度计算齿向载荷分布系数

F

1.3；查得齿间载荷分配系K

H

K

F

1.2；故载荷系数Kv

H

H

1.25³³³=2.21按实际载荷系数校正所算的分度圆直径d1

1t

3

t

56.75³

32.211.6

=63.2

计算模数

：dcosm

3.06

按齿根弯曲强度：n

3

2Ycos1d1

2

YYSaF计算载荷系数KK

F

1.25³³³=2.03根据纵向重合1.59，查得螺旋角影响系Y计算当量齿数zz3

20cos14

3

=21.89zv

z

23

86cos14

3

=94.14查取齿形系数：查得

Y2.72Fa1Fa2

2.20查取应力校正系数：

YSa

1.57，

Y

1.784查得齿轮1弯曲疲劳极限

500MPa

2单级斜齿圆柱齿轮减速器2查得齿轮2弯曲疲劳极限

MPa取弯曲疲劳寿命系数

K1

0.93，

K

FN2

0.95计算弯曲疲劳使用应力：取弯曲疲劳安全系得

1

K

FN1

0.93³1.4

=332.14

2

K

FN

FE

0.95³1.4

=257.86计算齿轮的

YF

并加以比较SaF

³

=0.0129FaSa2F

³

=0.0152齿轮2的数值大则有：n

3

2KTYcos1d

2

YYF

=

1.84

mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数

大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取模mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算的分度圆直径63.2mm计算应有1的齿数。则有：dcos1m

(63.231取z

31，则³=1242实际传动比i=

/z421

1单级斜齿圆柱齿轮减速器1齿轮传动比差值为=(4-4)/4几何尺寸计算计算中心距：2将中心距圆整为160mm。

=159.74

mm按圆整后的中心距修正螺旋角：

a

=14.35º因改变不多，故参、Z计算齿轮分度圆直径：zm64.00

H

等不必修正。2

z2n

256.01

mm计算齿轮1宽度：d1圆整后mm。1

1³=64.00

mm齿轮2宽2

65

mm

。

单级斜齿圆柱齿轮减速器表4.1各齿轮主要参数名称中心距传动比模数螺旋角

代号aimnβ

单位mmmm°

高速级16042

低速级端面压力角a

°

20啮合角齿数

a’°z

2031

124分度圆直径d齿顶圆直径da齿根圆直径df齿宽b螺旋角方向材料齿面硬度

mmmmmmmmHBS

64.0070右旋调质)280HBS

251.0165左旋45钢(调质)240HBS五、轴的算1轴的概略设（1）材料及热处理根据工作条件，初选轴的材料为钢，调质处理。（2）按照扭转强度法进行最小直径估算d

min

3

n

mm算出轴径时若最小直径轴段开有键槽还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段界面上有一个键槽时，大，当该轴段界

单级斜齿圆柱齿轮减速器面上有两个键槽时，d增大10%-15%。查得A=103—126，则取A=110。ⅠdA1

P1n1

mmⅡd2

3

P2n2

mm（3）装V带轮处以及联轴器处轴的直径考虑键槽对各轴的影响，则各轴的最小直径分别为：ⅠⅡ

1min2min

7%)25.9475d10%)41.811

mmmm将各轴的最小直径分别圆整为d1min

2min

2、轴结构设计及核（1）高速轴的结构设计各轴段直径及长度的确定：d11：轴1的最小直径，d11=1min

。d12：密封处轴段，根据大带轮的轴向定位要求，以及密封圈的标准（毡圈密封）d12应比大5-10取d13安装滚动轴承处轴段d13较d12大1-5mm选取轴承型号为角接触球轴承7207C，根据轴承内圈尺寸取d13=40mm。d14：过渡轴段，考虑轴承安装的要求，根据轴承安装选择d14=47。d15：齿轮处轴段，由于小齿轮的直径较小，采用齿轮轴结构，小齿轮齿顶圆直径d15=64d16：过渡轴段，要求与轴段相同，mm。d17：滚动轴承轴段，d17=40mm。各轴段长度的确定l11：根据大带轮或者联轴器的尺寸规格确定，取l11=40mm。l12：由箱体结构、轴承端盖、装配关系等确定，取l12=65.6l13：由滚动轴承的型号和外形尺寸确定，取l13=30mm

t1单级斜齿圆柱齿轮减速器t1l14：根据箱体的结构和小齿轮的宽度确定，取l14=10mml15：由小齿轮的宽度确定，取l15=70mml16：根据箱体的结构和小齿轮的宽度确定，取l16=10mml17：由滚动轴承的型号和外形尺寸确定，取l17=32mm图5.1高速轴的尺寸图表5.1高速轴各段尺寸直径长度

d1130l1140

d1236l1265.6

d1340l1330

d1447l1410

d1564l1570

d1642l1610

d1747l1732（2）高速轴的校核已知条件：高速轴传递的扭T=102.567，转nr/min，齿轮的螺旋角11

=14.35°，小齿轮右旋，大齿轮左旋，小齿轮分度圆直径d=64。1齿轮1的作用力T圆周力1d径向力r1t

tann1185.9N轴向力FFtan1089.072N1t1n齿轮2的作用力与齿轮1的作用力大小相等，方向相反。

1单级斜齿圆柱齿轮减速器1A、支撑反力，在水平面上为其中带轮压轴Q=(F)pmin

=2520.18如高速轴结构图所示l=92.1mm1

l

2

=63.5mm

l

=63.5mmRH

(l)FlF3ra1l3

=3480.134RH

QH

=1137.69-1307.38-929.95=-2145.9r式中负号表示与图中所示力的方向相反，以下同。在垂直平面上为FlRtl2

2465.04³63.50+63.50

=1602.5NR2V

F2465.04-1232.52t轴承1的总支承反力为R2H

V

3831.36轴承2的总支承反力为RR222677.93H2B、弯矩计算在水平面上a-a剖面右侧MaH

RlNHa-a剖面左侧M

M

a1

1-171112.65Nb-b剖面为M

bH

N在垂直面上为M

l-101758.75V

T单级斜齿圆柱齿轮减速器T合成弯矩a-a剖面左侧

M

aV

199083.86N合成弯矩a-a剖面右侧

M170067.34NaH合成弯矩b-b剖面M

bV

232108.578C、转矩102567N齿轮轴和b-b处弯矩较大，且该点轴颈较小，故剖面为危险剖面。其抗弯截面系数为

136280

抗扭截面系数为12560mm最大弯曲应力为

A

MbMPaW扭剪应力为

按弯扭合成进行校核计算对于单向转动的转轴转矩按脉动循环处理故取折合系0.6，则当量应力为e

)

2

MPa查[

-1

]MPa

e

<[]故强度满足要求。-1（3）低速轴的结构设计各轴段直径及长度的确定d21：滚动轴承轴段，d21=55，选取轴承型号为角接触球轴承。

单级斜齿圆柱齿轮减速器d22：轴环，根据齿轮以及轴承的定位要求d22=62mm。d23：齿轮处轴段，d23=57mm。d24：滚动轴承处轴段d24=55mm。d25：密封处轴段，根据密封圈的标准（毡圈密封）确定，d25=53。d26：轴3的最小直径，mm。各轴段长度的确定l21：由滚动轴承的型号和外形尺寸确定，取l21=35mm。l22：根据箱体的结构和大齿轮的宽度确定，取l22=12.5l23：大齿轮宽度，取l23=62mml24：根据箱体的结构和大齿轮的宽度以及轴承型号确定，取l24=47.5mml25：由箱体结构、轴承端盖、装配关系等确定，取l25=57.6l26根据减速器的具体规格确定取l26=84mm图5.2低速轴的尺寸图表5.2低速轴各段尺寸直径长度

d2155l2135

d2262l2212.5

d2357l2362

d2455l2447.5

d2553l2557.6

d2645l2684（4）低速轴的校核齿轮2的作用力与齿轮1的作用力大小相等，方向相反。圆周力F3205.2Nt2径向力1185.9r

21V单级斜齿圆柱齿轮减速器21V轴向力F1089.0722A、支撑反力，在水平面上为如低速轴结构图所示l=109.6mm1

l

2

l

RH

dlr2l2

496.164R2H

Fr21

在垂直平面上为FlRt221602.6lR

F1602.6Nt2轴承A、B的总支承反力为R221172.7NH1RR

H

NB、弯矩计算在水平面上a-a剖面左侧M

aH

Rl31754.496H在水平面上a-a剖面右侧MaH

l44143.104NH在垂直面上a-a剖面为M

l102566.4N合成弯矩，a-a剖面左侧2M107369.5aH合成弯矩，a-a剖面右侧

M

aV

148485.9C、转矩

单级斜齿圆柱齿轮减速器T因a-a剖面右侧弯矩较大，同时截面还作用转矩，因此此截面为危险剖面。已知低速大齿轮键b,tmm。其抗弯截面系数为

3bt(23d

mm

抗扭截面系数为

btd)2

mm

最大弯曲应力为b

MaW扭剪应力为

2按弯扭合成进行校核计算对于单向转动的转轴转矩按脉动循环处理故取折合系，则当量应力为b

)

查[

-1

]MPa

e

<[]故强度满足要求。-1六、滚动承的选择和算1高速轴承查滚动轴承样本可知，轴承的基本额定动载荷C=30.5kN基本额定r静载荷C=20kN。r0（1）求两轴承受到的径向载rr将轴系零件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。其中A点总支反力Rr1H

2V

=1677.65NB点总支反力FRr2

22H

R

22

=1744.72N。

＝Ftanh单级斜齿圆柱齿轮减速器＝Ftanh（2）求两轴承的轴向力

根据轴承型号初选，因此可估算FeF671.06N1r1F

eF697.888Nr2外部轴向力t

1166.597N因此FF1d

1786.96NFF697.888Nd计算当量动载荷F1C

=0.089

C

=0.035利用插值法e0.406。再计算：2（3）求轴承的当量动载荷P1r

>e1

r

0.4000<

2利用插值法得径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1X=1.25511对轴承2X=022根据工况，查得载荷系数f=1.2。PP=f（XF+YF）=3294.90N1P1r11a1P=f（XF+YF）=1982.11N2P2r22a2（4）验算轴承寿命因P1>P2，故只需验算1轴承。轴承预期寿命与整机寿命相同，为10（年）³（天）³小时）=48000h。106(r)=59642h>48000h6022低速轴承

轴承具有足够寿命。查滚动轴承样本可知，轴承的基本额定动载荷C=42.8kN基本额定r

C＝Ftan单级斜齿圆柱齿轮减速器C＝Ftan静载荷C=32kN。r0（1）求两轴承受到的径向载荷FrFr1

2将轴系零件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。其中A点总支反力Fr1yAz

=1624.65NB点总支反力2rB（2）求两轴承的轴向力Fa

=1610.86N。轴承派生轴向力F=ef其中，e为判断系数，其值由dr现轴向力Fa未知，故先初选，因此可估算FeF478.28N1r1

的大小确定，由于F

eF629.13Nr2轴向力t

647.8449349N因此FF1d

1276.97NFF629.13dF1C

=0.0399

C

=0.0197利用插值法0.412,e0.389。再计算：2FFN1rFF611.82N2rFF1d

1259.67NFF611.82dF1C

=0.0394

C

=0.0191两次计算的aC

值相差不大，因此确e0.412,0.389，2

h单级斜齿圆柱齿轮减速器hF1259.67NFN。a12（3）求轴承的当量动载荷P1r

>1

r

0.3890=

2利用插值法得径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1X=1.359811对轴承2X=022根据工况，查得载荷系数f=1.2。PP=f（XF+YF）=2686.81N1P1r11a1P=f（XF+YF）=1887.38N2P2r22a2（4）验算轴承寿命因P1>P2，故只需验算1轴承。轴承预期寿命与整机寿命相同，为10（年）³（天）³小时）。106(