学位论文-—用于热处理车间清洗零件的传动系统中的二级斜齿圆柱齿轮减速器.doc

两级圆柱齿轮减速器（展开式）

目 录

1、机械系统总体设计 2
1.1、传动方案设计 2
1.2、电动机的选择 2
2、传动装置总体设计 4
2.1、总传动比及分配各级传动比计算 4
2.2、传动装置的运动和动力参数 4
3、传动零件的设计计算 5
3.1、带传动零件设计计算 5
3.2、减速器内传动零件设计计算 7
3.2.1、齿轮材料选择 7
3.2.2、高速级齿轮设计计算 7
3.2.3、低速级齿轮设计计算 8
4、总装配设计计算 11
4.1、轴系零件设计计算 11
4.1.1、输入轴的设计计算 11
4.1.2、中间轴的设计计算 12
4.1.3、输出轴的设计计算 12
4.1.4、轴承的选择计算 18
4.1.5、键的设计计算 19
4.2、联轴器选择 19
4.3、减速器的润滑与密封 19
5、设计总结 20
6、参考文献 20

机械设计制造及其自动化专业05级课程设计
机械设计课程设计任务

课程设计题目Ⅲ：设计两级圆柱齿轮减速器（展开式）

1、设计要求：
设计热处理车间零件清洗用传动设备。该传输色设备的传动系统由电动机经减速器装置后传至传送带。两班制工作。使用期限为10年。传输带运动速度的允许误差为±5%。
2、原始数据：

原始数据
题号
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
C8
C9
C10
滚筒直径mm
300
330
340
350
360
380
380
300
360
320
传送带运行速度m/s
0.63
0.75
0.80
0.85
0.85
0.90
0.80
0.70
0.84
0.75
传送带主动轴扭矩Nm
700
670
650
650
900
850
950
900
660
900
设计题号为：C8
3、运动简图：

4、设计工作量：
1、减速器装配图1张（A1或A2）；
2、零件工作图1～3张；
3、设计说明书1份。

1、机械系统总体设计
1.1、传动方案设计
传动方案如图所示为带传动联接的展开式二级圆柱齿轮传动

1.2、电动机的选择
1）、选择电动机的类型：
按工作要求和条件，选用三机笼型电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。
2）、选择电动机容量：
电动机所需的工作功率为

（其中：为电动机功率，为负载功率，为总效率。）
负载功率为

因此有

传动装置的总效率应为组成传动装置的各部分运动副效率只之乘积,即：

式中：、、、、分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率
取传动效率为
带传动的效率
滚动轴承效率
闭式齿轮传动效率
联轴器效率
卷筒效率
则有

电动机的功率为

3）、确定电动机转速：
卷筒轴工作转速为

查表得：取V带传动的传动比，二级圆梯形齿轮减速器传动比,即为减速器的总传动比，所以电机的可选范围为。

则符合这一范围的同步转速有750、1000、1500和3000r/min。
根据容量和转速，由相关手册查出有四种适用的电动机型号，因此有四种传动比方案，如下表1.1：
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，可见第？方案比较适合。因此选定电动机型号为Y132S-4，其主要性能如下表1.2：
表1.1

方案

电动机型号

额定功率
kw

电动机转速r/min

重量
/kg

传动比
同步转速
满载转速
总传动比
V带传动
减速器
1
Y132S1-2
5.5
3000
2900
64
65.08

2
Y132S-4
5.5
1500
1440
68
32.32
2.5
12.93
3
Y132M2-6
5.5
1000
960
84
21.54
2.3
9.37
4
Y160M2-8
5.5
750
720
119
16.16

表1.2
电动机
型号
额定功率
Kw
电动机转速r/min
堵转转矩
最大转矩
同步转速
满载转速
额定转矩
额定转矩
Y132S-4
5.5
1500
1400
2.2
2.3

电动机主要外形和安装尺寸如下

表1.3 （单位：mm）
中心高H
外形尺寸
L×(AC/2+AD)×HD
底脚安装尺寸
A×B
地脚螺栓孔直径K
轴伸尺寸
D×E
装键部位尺寸
F×G
132
475×345×315
216×140
12
38×80
10×33

2、传动装置总体设计
2.1、总传动比及分配各级传动比计算
1）、减速器的总传动比为：

2）、分配传动装置传动比：
（式中为带传动的传动比，初步取2.5，为减速器的传动比。）
则减速器的传动比

3）、按展开式布置。
考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，可由展开式曲线查得，则。

2.2、传动装置的运动和动力参数
1）、各轴的转速
Ⅰ轴：
Ⅱ轴：
Ⅲ轴：
卷筒轴：
2）、各轴的输入功率
Ⅰ轴：
Ⅱ轴：
Ⅲ轴：
卷筒轴：
则Ⅰ-Ⅲ轴的输出功率分别为输入功率乘轴承效率0.98.
3）、各轴的转矩
电动机的输出转矩：

Ⅰ轴：
Ⅱ轴：
Ⅲ轴：
卷筒轴：
则Ⅰ-Ⅲ轴的输出转矩分别为各轴的输入输入转矩乘轴承效率0.98。
运动和动力参数计算结果整理于下表：
轴名
功率 P/KW
转距T/N·M
转速n
r/min
转动比i
效率
输入
输出
输入
输出
电机轴

5.32

35.28
1440
2.5
0.96
Ⅰ轴
5.11
5.01
84.67
82.98
576.00
4.29
0.95
Ⅱ轴
4.86
4.76
345.29
338.38
134.27
3.01
0.95
Ⅲ轴
4.62
4.53
987.98
968.22
44.60
1
0.97
卷筒轴
4.48
4.39
958.54
939.37
44.60

3、传动零件的设计计算
3.1、带传动零件设计计算
1）、计算功率
查表有工况因数，故

2）、选取V带型号
根据, ,查图表确定选用A型
3）、确定带轮基准直径和
查表选取，，得

查表取
大带轮转速实际

则误差
，故允许。
4）、验算带速
，方案合适。
5）、确定带长和中心距
初步选取中心距 ，则有带长

查表取基准长度
实际中心距

6）、验算小带轮包角

验证方案适合
7）、确定V带根数
传动比
查表有 、、、。
则有V带根数

取Z=4根
8）、求轴上载荷
1、张紧力
查表得，所以单根V带的张紧力：

2、轴上载荷

9）、结构设计
小带轮； 大带轮
3.2、减速器内传动零件设计计算
3.2.1、齿轮材料选择
初选大小齿轮的材料均45钢，经调质处理。其硬度在229-286HBS，齿轮等级精度为8级。由于减速器要求传动平稳，所以用圆柱斜齿轮。初选。
3.2.2、高速级齿轮设计计算
1）、查取教材可取得：
， ， ，，
传动比由表查得各数据如下：
， ， ，取则
2）、接触疲劳施用应力
查图可知： ；
则应力循环次数：
注释：一天16小时，五年，一年250天计算

又查图可取： 则

3）、计算小齿轮最小直径，取齿宽系数

4）、确定中心距

就尽量圆整成尾数为0或5,以得于制造和测量，所以初定。
5）、选定模数、齿数、和螺旋角

一般，。初选，，则
取，则

由标准模数取 ，

取
则
取

齿数比：
与的要求比较，误差为 ，可用。于是

满足要求。
6）、计算齿轮分度圆直径
小齿轮

大齿轮

7）、齿轮工作宽度

圆整大齿轮宽度
取小齿轮宽度
8）、校核齿轮弯曲疲劳强度
查表可知：；；；

根据、查表则有：；；；； ；
则

所以两齿轮齿根弯曲疲劳强度满足要求，此种设计合理。

3.2.3、低速级齿轮设计计算
1）、查取教材可取得：
， ， ，，
传动比由表查得各数据如下：
， ， ，取则
2）、接触疲劳施用应力
查图可知： ；
则应力循环次数：
注释：一天16小时，五年，一年250天计算

又查图可取： 则

3）、计算小齿轮最小直径，取齿宽系数

4）、确定中心距

就尽量圆整成尾数为0或5,以得于制造和测量，所以初定。
5）、选定模数、齿数、和螺旋角

一般，。初选，，则
取，则

由标准模数取 ，

取
则
取

齿数比：
与的要求比较，误差为 ，可用。于是

满足要求。
6）、计算齿轮分度圆直径
小齿轮

大齿轮

7）、齿轮工作宽度

圆整大齿轮宽度

取小齿轮宽度

8）、校核齿轮弯曲疲劳强度
查表可知：；；；

根据、查表则有：；；；； ；
则

所以两齿轮齿根弯曲疲劳强度满足要求，此种设计合理
所以齿轮的基本参数如下表2.1所示:
表2.1
名称
符号
公式
齿1
齿2
齿3
齿4
齿数

25
106
21
65
传动比
i
i
4.24
3.095
模数
m
m
2.25
4
螺旋角

分度圆直径

57.25
242.74
85.47
264.54
齿顶高

2.25
2.25
4
4
齿根高

2.8125
2.8125
5
5
齿顶圆直径

61.75
247.24
93.47
272.54
齿根圆直径

51.625
237.115
75.47
254.54
中心距

150
175
齿宽

70
75
105
100

4、总装配设计计算
4.1、轴系零件设计计算
4.1.1、输入轴的设计计算
1）、材料：选用45号钢调质处理，C=110
2）、各轴段直径的确定：
由，p=5.11kw,n=576r/min,则
，因为装小带轮的电动机轴径，又因为高速轴第一段轴径装配大带轮，且，取=30,=60mm,
因为大带轮靠轴肩定位，所以取=35,=34(初步估算)21，
段装配轴承，取=35，选用30307轴承，=22.75，
段是定位轴承，取=45，根据箱体内壁线确定后再确定，初定为135mm。
段装配齿轮直径：判断是否做成齿轮轴

查手册得=3.3，得,因此做成齿轮轴. 此时齿宽为30。
段为齿轮定位段，=45 ，初定=15
装配轴承所以==45，==22.75
3）、键的设计与校核:
根据，由于在范围内，故轴段上采用键：, 采用A型普通键:=60mm综合考虑取=52mm。查表，，
所选键为：强度合格。
4.1.2、中间轴的设计计算
1）、材料：选用45号钢调质处理，C=110
2）、各轴段直径的确定：
由, p=4.86kw,n=134.27r/min则
,
段要装配轴承，取=50，选用30310轴承，初步取=55，
装配低速级小齿轮，且取=52，=100，
段主要是定位高速级大齿轮，取=64，=12，
装配高速级大齿轮，取=52，=60
段要装配轴承，取=50，=52
3）、键的设计与校核
已知，由于，所以取，采用A型普通键: 取键长为86和56有
键的校核为：

所选键为:

4.1.3、输出轴的设计计算
1）、选择轴的材料：
选材45钢，调质处理，查表有机械性能为
=60MPa，=640MPa,=275MPa,=155MPa
2）、初步确定轴的最小直径
，，，取C=112

因为最小直接是安装联轴器，所以要确定联轴器，有：
联轴器的计算转距查表，取=1.3，
查手册有选择联轴器为弹性柱销联轴器：型号如下
LX3联轴器 标准(GB5014-2003)，其工称转距为2500N.m，故轴3的最小直径取；半联轴器长度L=107mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度。
3）、轴的结构设计
1、确定轴的零件安装方案和轴向各尺寸
段装配联轴器并开键槽，所以取，。
定位轴段取，
装配轴承，选用30313轴承,取,查手册，此尺寸符合轴承盖和密封圈标准。
定位轴段,取,
安装齿轮，取,（因为齿轮宽为）
装配轴承, 选用30313轴承,取,
至此，初步确定了轴的各段直径和长度

轴3的结构、尺寸如下所示：

2、轴的周向定位
齿轮和联轴器的周向定位均采用平键联接。齿轮与轴的联接选择
已知，由于，所以取，采用A型普通键: 取键长为74，有，标准(GB1096-2003)
键的校核为：

所以所选键为:
同理可选取联轴器与轴的联接选用平键为：
4)、校核轴的强度

图1
查表有圆锥滚子轴承的所以确定轴的支承跨距,,
1、 画受力简图1-1,将轴上的作用力分解为水平面受力1-2和垂直面受力1-4
2、 求作用在齿轮上的力
分度圆直径,所受力矩
圆周力
径向力
轴向力
3、 求作用在轴上的支反力
水平面内支反力
得
垂直面内支反力：

得
4、 作出弯矩图
根据上述简图，分别求出水平面和垂直平面内各力产生的弯距：

总弯距

5、 作出扭矩图
扭矩图如图1-7（图中已把T折算成了aT）
6、 作出计算弯距图

7、 校核轴的强度
故安全。
5)、精确校核轴的疲劳强度
1、 判断危险截面
经分析，可以判断轴的各个截面中只有Ⅴ截面需要校核
2、 截面Ⅴ左侧
抗弯截面模量按表11.5中的公式计算

抗弯截面模量

弯曲与弯曲应力为

截面上的扭转切应力

因，，得
，
又材料的敏感系数为
，
故有效应力集中系数为

又有尺寸系数；扭转尺寸系数
轴按磨削加工，得表现质量系数为
轴未经过表面强化处理，即有
故得综合系数为

有材料的特性系数
，取
，取
计算安全系数

，故可知其安全。
3、 截面Ⅴ右侧
抗弯截面模量按表11.5中的公式计算

抗弯截面模量

弯曲与弯曲应力为

截面上的扭转切应力
过盈配合处的值，并以，于是得

轴按磨削加工，得表现质量系数为
故得综合系数为

计算安全系数

，故可知其安全。
4.1.4、轴承的选择计算
1) 、选择轴承
输入轴轴承1 圆锥滚子轴承30307 (GB/T297-1994)
中间轴轴承2 圆锥滚子轴承30310 (GB/T297-1994)
输出轴轴承3 圆锥滚子轴承30313 (GB/T297-1994)
2) 、校核轴承（输出轴轴承校核）

查手册得 N
由表8.6查得负荷系数

1、计算轴承派生轴力、
径向载荷为：
轴向载荷为：
即有
为判断系数
由表8.5查得
由表8.7查得派生轴向力为：，则可以求得轴承Ⅰ、Ⅱ的派生轴向力分别为

2、计算轴承所受的轴向负荷
因为
固有Ⅰ被“压紧”，Ⅱ被“放松”。所以

3、计算当量动负荷
轴承I：

由表8.5得

轴承Ⅱ：

由表8.5得

4、 轴承寿命计算
因为，故按轴承Ⅰ计算轴承寿命

所选轴承30313合格
4.1.5、键的设计计算
键的设计与校核在“轴的设计与校核”中已经给出，具体型号如下：
键名
国标
1（带轮)
GB/T 1095-2003 键
2（齿轮2）
GB/T 1095-2003 键
3（齿轮3）
GB/T 1095-2003 键
6（齿轮4）
GB/T 1095-2003 键
7（联轴器)
GB/T 1095-2003 键

4.2、联轴器选择
在“轴的设计与校核”中已经分析选择如下：
LX3联轴器 标准(GB5014-2003)，其工称转距为2500N.m；半联轴器长度L=107mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度。

4.3、减速器的润滑与密封
1、减数器的润滑方式：飞溅润滑方式
2、选择润滑油：工业闭式齿轮油（GB 5903-1995）中的一种。
3、密封类型的选择：
密封件：毡圈1 30 JB/ZQ4606-86 毡圈2 40 JB/ZQ4606-86
5、设计总结
机械设计课程设计是机械课程当中一个重要环节通过了近3周的课程设计使我从各个方面都受到了机械设计的训练，对机械的有关各个零部件有机的结合在一起得到了深刻的认识。
由于在设计方面我们没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如：在选择计算标准件时可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算上精度不够准等。
在设计的过程中，培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在这些过程中我深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我会更加努力。
6、参考文献
1、 机械设计/杨明忠，朱家诚主编 编号 ISBN 7-5629-1725-6 武汉理工大学出版社 2006
2、 机械设计课程设计手册/吴忠泽，罗圣国主编 编号ISBN7-04-005841-3 高等教育出版社 2003
3、 机械设计课程设计/王大康，卢颂峰主编 编号ISBN 7-5639-0880-3 北京工业大学出版社 2000

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