一级齿轮减速器专业课程设计指导书解读.doc

机械设计课程设计计算说明书

设计题目 含有单级圆柱齿轮减速器及传动传动系统

专 业机电一体化

班 级机电一体化1036班

设 计 人 王德

完成日期 -4-28

设计要求：含有单级圆柱齿轮减速器及带传动传动系统

运输带工作拉力F= 1150 N
运输带工作速度 v = 1.2 m/s
卷筒直径 D= 260 mm

工作条件：两班制工作，常温下连续单向运转，空载起动，载荷平稳，室内工作，环境有轻度粉尘，每十二个月工作300天，减速器设计寿命8 年，电压为三相交流电（220V/380V）.

目 录

一、 运动参数计算………………………………………4
二、 带传动设计 ………………………………………6
三、 齿轮设计 …………………………………………8
四、 轴设计 ……………………………………………12
五、 齿轮结构设计…………………………………………18
六、 轴承选择及计算……………………………………19
七、 键连接选择和校核…………………………………23
八、 联轴器选择 ………………………………………24
九、 箱体结构设计 ……………………………………24
十、 润滑密封设计…………………………………………26

一．运动参数计算
1．电动机选型
1）电动机类型选择
按工作要求选择Y系列三相异步电机，电压为380V。
2）电动机功率选择
滚筒转速：
负载功率:

电动机所需功率为：
（其中：为电动机功率，为负载功率，为总效率。）
为了计算电动机所需功率，先确定从电动机到工作机只见得总效率，设、、、分别为V带传动、闭式齿轮传动（齿轮精度为8级）、滚动轴承和联轴器效率
查《机械设计课程设计》表2-2得 =0.95 =0.97 =0.99 =0.99

折算到电动机功率为:

选择额定功率为2.2KW
3）电动机转速选择
选择常见同时转速为1500 r/min和1000 r/min。
4）电动机型号选择

电动机型号
额定功率
同时转速
满载转速
总传动比
轴外伸轴径
轴外伸长度
Y100L2-4
2.2KW
1500
r/min
1420
r/min
16.12
28mm
60mm
Y132S-6
2.2KW
1000
r/min
940
r/min
10.67
38mm
80mm
为了合理分配传动比，使机构紧凑，选择电动机Y122M-6

2．计算传动装置总传动比和分配传动比
(1)总传动比:
（2）选择带传动传动比
（3）齿轮传动比
3．计算传动装置运动和动力参数：
（1）计算各轴转速:
I轴转速：

（2）各轴输入功率
I轴上齿轮输入功率:

II轴输入功率：

III轴输入功率：

（3）各轴转矩
电动机输出转矩：

运动和动力参数以下表
轴号
转速n/(r/min)
输入功率P（kW）
转矩T（）
传动比i
电动机轴
940
1.38
28.431
3
Ⅰ轴
313.3
1.298
81.026
3.56
Ⅱ轴
88
1.246
296.426
1
Ⅲ轴
88
1.222
290.627

二．带传动设计
1.　确定计算功率
查书本表7-9得：
,式中为工作情况系数， 为传输额定功率,即电机额定功率.
2.　选择带型号
依据，,查书本图7-10选择带型为A型带．
3.　选择带轮基准直径
1）初选小带轮基准直径
查书本表7-10取小带轮基准直径
2）验算带速v

在5～25m/s范围内，故V带适宜
3）计算大带轮基准直径

查书本表7-10后取
4.　确定中心距a和带基准长度
依据书本式例1中列出 ，初步选择中心距
所以带长,=
查书本表7-11选择基准长度得实际中心距

由式得中心距地改变范围为413-432mm
5.　验算小带轮包角
，包角适宜。
6.　确定v带根数z
1）计算单根V带额定功率
由和查书本表7-3，7-8得
转速，传动比,查书本7-3，7-8得
查书本表,7-11得
查书本表7-12,并由内插值法得=0.946

2）带根数

故选Z=3根带。
7.计算初拉力
由7-1得q=0.1kg/m，
单根一般Ｖ带张紧后初拉力为
8.计算作用在轴上压轴力

9.V带轮结构设计（表7-2）
（1）B=（Z-1）e+2f=（3-1）×16+2×10=52mm

⑵、小带轮设计
采取材料HT150铸铁
∵da1=118mm＞3d，
d为电机轴直径d=38mm，
且＜300mm，故采取腹板式。腹板上不开孔。
a)、部分结构尺寸确定表7-2和图7-5：
d1=1.8d=1.8×38=69mm

L=1.8d=1.8×38=69mm

⑶、大带轮设计表7-2和图7-5
因为 D2=300mm， 故采取孔板式。

a）、相关结构尺寸以下7-2和图7-5
：
d=38mm; 第I轴直径
d1=1.8×38=69mm
L=1.8d=38×1.8=69mm

三.齿轮设计
1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数p73例5-2
（1）依据传动方案，选择直齿圆柱齿轮传动。
（2）运输机为通常工作状态机器，转速不高，故齿轮选择8级精度。
（3）材料选择
依据书本表10-1：
小齿轮材料为40Cr（调质），硬度280HBS
大齿轮材料为45＃钢（调质）HB2=240
大小齿轮齿面硬度差为280－240=40，是合理。当运转过程中较硬小齿轮齿面对较软大齿轮齿面，会起较显著冷作硬化效应，提升了大齿轮齿面疲惫极限，从而延长了齿轮使用寿命。
（4）选小齿轮齿数Z1=23；
则大齿轮齿数Z2= Z1=3.81×23=87.6，去Z2=8
2、按齿面接触疲惫强度设计
由由设计公式（10-9a）进行试算，即
（1）确定公式内各计算数据
1)、试选Kt=1.3；
2)、；
3)、由书本表10-7选择Фd=1；
4)、由书本表10-6查得材料弹性影响系数ZE=189.8
5）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮解除疲惫强度极限
大齿轮解除疲惫强度极限
6）由书本式10-13计算应力循环次数

7）由书本图10-19取接触疲惫寿命系数KNH1=0.90，KNH2=0.95
8）计算接触疲惫许用应力
去失效概率1%，安全系数S=1，由书本式（10-12）得

（2）计算
1）试算小齿轮分度圆直径d1t

2)、计算圆周速度
V===0.989m/s
3)、计算齿宽

4）计算齿宽和齿高比
模数
齿高h=2.25=5.898mm
=60.287/5.898=10.22
5)计算载荷系数
依据v=1.01m/s，8级精度，由书本图10-8查得动载荷系数KV=1.10
直齿轮
由书本表10-2查得使用系数
由书本表10-4用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承对称部署时
由，查得
故载荷系数
6)按实际载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a）得

7）计算模数

3、按齿根弯曲强度设计
由书本式（10-5）得弯曲强度计算公式
（1）确定公式内各个计算数值
1）由书本图10-20c查得小齿轮弯曲疲惫强度极限
大齿轮弯曲疲惫强度极限
2）由书本图10-18取弯曲疲惫寿命系数,
3)计算弯曲疲惫许用应力
取弯曲疲惫安全系数S=1.4，由书本式（10-12）得

4)计算载荷系数K

5)查取齿形系数
由表10-5查得 ，
6）查取应力校正系数
由表10-5查得 ,
7)计算大、小齿轮

大齿轮数值大
（2）设计计算

对比计算结果，由齿面接触疲惫强度计算模式m大于由齿根弯曲疲惫强度计算模数，因为齿轮模数m大少关键取决于弯曲强度所决定承载能力，而齿面接触疲惫强度所决定承载能力，仅和齿轮直径（即模数）和齿轮乘积相关，可取由弯曲疲惫强度算得模数1.90并就近圆整为标准值m=2mm，按接触疲惫强度计算分度圆直径=63.007mm，算出小齿轮齿数
，取=32
大齿轮齿数：
这么设计齿轮传动，既满足了齿面接触疲惫强度，又满足了齿根弯曲疲惫强度，并做到结构紧凑，避免浪费。
4.几何尺寸计算
（1）计算分度圆直径

（2）计算中心距

（3）计算齿宽

取，
名称
符号
公式
齿1
齿2
齿数

32
122
分度圆直径

64
228
齿顶高

2
2
齿根高

2.5
2.5
齿顶圆直径

68
232
齿根圆直径

59
224
中心距

154
齿宽

70
65

四．轴设计
（一）Ⅱ轴设计
1.轴上功率、转速和转矩

2.作用在齿轮上力
圆周力
径向力
3.初定轴最小直径
先按书本式（15-2）初步估量轴最少直径。
材料为45钢，调质处理。依据书本表15-3，取

输出轴最小直径显然是安装联轴器处轴直径，故先选联轴器。
联轴器计算转矩，查书本表14-1，考虑到转矩改变很小，故=1.3,，则：

选择弹性柱销联轴器,型号为:HL3型联轴器,其公称转矩为:
半联轴器孔径:,故取:. 半联轴器长度,半联轴器和轴配合毂孔长度为:.
4、轴结构设计

(1)轴上零件定位,固定和装配
单级减速器中能够将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布.齿轮左面由套筒定位,右面由轴肩定位,联接以平键作为过渡配合固定,两轴承均以轴肩定位.
(2)确定轴各段直径和长度
<1>为了满足半联轴器轴向定位要求,轴段右端需制出一轴肩,故取段直径,左端用轴端挡圈定位,查手册表按轴端去挡圈直径,半联轴器和轴配合毂孔长度:,为了确保轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上,故段长度应比略短,取:.
<2>初步选择滚动轴承,因轴承只受有径向力作用 ,故选择深沟球轴承,参考工作要求并依据:.
由《机械设计课程设计》表12-5，选择6209型轴承,尺寸:，轴肩
故，左端滚动轴承采取套筒进行轴向定位,右端滚动轴承采取轴肩定位.取=53mm
<3>取安装齿轮处轴段直径：，齿轮左端和左轴承之间采取套筒定位,已知齿轮轮毂宽度为,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短和轮毂宽度,故取：,齿轮右端采取轴肩定位,轴肩高度,取,则轴环处直径：，轴环宽度：,取。
<4>轴承端盖总宽度为：,取：.
<5>取齿轮距箱体内壁距离为:，s=8mm,T=19mm
,
因为这是对称结构，算出.
至此,已初步确定了轴各段直径和长度.
(3)轴上零件周向定位
齿轮,半联轴器和轴周向定位均采取平键联接
1）齿轮和轴连接
按查书本表6-1,得:平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为:.
为了确保齿轮和轴配合有良好对中性,故选择齿轮轮毂和轴配合为;
2）半联轴器和轴联接, 查书本表6-1，选择平键为:,半联轴器和轴配合为: .
滚动轴承和轴周向定位是借过渡配合来确保,此处选轴直径尺寸公差为:.
(4)确定轴上圆角和倒角尺寸
参考书本表15-2,取轴端倒角为:,Ⅵ处圆角取R2，各轴肩处圆角半径取
(5)求轴上载荷
在确定轴承支点位置时,深沟球轴承作用点在对称中心处，作为简支梁轴支撑跨距,据轴计算简图作出轴弯矩图,扭矩图和计算弯矩图,可看出截面处计算弯矩最大 ,是轴危险截面.
(6)按弯扭合成应力校核轴强度.

<1>作用在齿轮上力
切向力
径向力
<2>求作用于轴上支反力
水平面内支反力:
垂直面内支反力:
<3>作出弯矩图
分别计算水平面和垂直面内各力产生弯矩.

计算总弯矩:

<4>作出扭矩图:.
<5>作出计算弯矩图:,

<6>校核轴强度
对轴上承受最大计算弯矩截面强度进行校核.危险截面在A左侧。
,

由表15-1查得，所以，故安全。
（二）Ⅰ轴设计
1.轴上功率、转速和转矩

2.作用在齿轮上力
切向力
径向力
3.初定轴最小直径
先按书本式（15-2）初步估量轴最少直径。
材料为45钢，调质处理。依据书本表15-3，取

输出轴最小直径显然是安装带轮处轴直径，=38mm
电动机轴外伸80mm，配合轮毂长度69mm
4、轴结构设计

(1)轴上零件定位,固定和装配
单级减速器中能够将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布.齿轮右面由套筒定位,左面由轴肩定位,联接以平键作为过渡配合固定,两轴承均以轴肩定位.
(2)确定轴各段直径和长度
<1>为了满足带轮轴向定位要求, 轴段左端需制出一轴肩,故取段直径,左端用轴端挡圈定位,查手册表按轴端去挡圈直径,带轮和轴配合毂孔长度:,为了确保轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上,故段长度应比略短,取:.
<2>初步选择滚动轴承,因轴承只受有径向力作用 ,故选择深沟球轴承,参考工作要求并依据: .
由《机械设计课程设计》表12-5，选择6209型轴承,尺寸:，轴肩
故，左端滚动轴承采取绉件进行轴向定位,右端滚动轴承采取套筒定位.取 =58mm。
<3>取安装齿轮处轴段直径：，齿轮右端和右轴承之间采取套筒定位,已知齿轮轮毂宽度为,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短和轮毂宽度,故取：,齿轮右端采取轴肩定位,轴肩高度,取,则轴环处直径：，轴环宽度：,取。
<4>轴承端盖总宽度为：,
依据对称结构：.
至此,已初步确定了轴各段直径和长度.
(3)轴上零件周向定位
齿轮,带轮和轴周向定位均采取平键联接
1）齿轮和轴连接
按查书本表6-1,得:平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为:.
为了确保齿轮和轴配合有良好对中性,故选择齿轮轮毂和轴配合为;
2）带轮和轴联接
查书本表6-1，选择平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为:.
带轮和轴配合为: .
3）滚动轴承和轴周向定位是借过渡配合来确保,此处选轴直径尺寸公差为:.
(4)确定轴上圆角和倒角尺寸
参考书本表15-2,取轴端倒角为:,Ⅲ处、Ⅳ处取圆角半径R2，其它各轴肩处圆角半径取

五、齿轮结构设计
1、小齿轮结构设计
当齿根圆到键槽顶部e＜2mt时，宜将齿轮做成齿轮轴，
∵∴ e＜4mm
因为第一轴结构设计中小齿轮处轴d=55,而小齿轮齿根圆

显然e＜2mt故需做成齿轮轴。。

2、对于大齿轮：
当da≤500mm时，采取腹板式结构。相关参数：

,dⅡ为Ⅱ轴安装大齿轮处轴径。

D1==mm
，取C=16mm
r=5mm。
高速级大齿轮结构图以下：

六. 轴承选择及计算
1.轴承选择：
轴承1：深沟球轴承6209
轴承2：深沟球轴承6210
2.校核轴承：
1）校核深沟球轴承6210，查《机械设计课程设计》表12-5得：
由书本表13-6，取

因为轴承只受径向力作用

对于球轴承，

按每十二个月300个工作日，天天两班制，寿命为35年，所以适宜

2）校核深沟球轴承6209，查《机械设计课程设计》表12-5得：
由书本表13-6，取

因为轴承只受径向力作用

对于球轴承，

按每十二个月300个工作日，天天两班制，寿命为345年，所以适宜

七、键连接选择和校核
1.选择键联接类型
通常8级以上精度尺寸齿轮有定心精度要求，应用平键.键材料为钢，
2.轴Ⅰ和带轮相联处键校核
键A：,单键
由书本式（6-1）得

故满足要求
3.轴Ⅱ和带轮相联处键校核
1）齿轮和轴Ⅱ相联处
键A：,单键
由书本式（6-1）得

故满足要求
2）联轴器和轴Ⅱ相联处
键A：,单键
由书本式（6-1）得

故满足要求
所以，全部键满足要求。
八、联轴器选择
选择弹性柱销联轴器,型号为:HL3型联轴器,其公称转矩为:，能够满足要求。
半联轴器孔径:,故取:. 半联轴器长度,半联轴器和轴配合毂孔长度为:.

九.箱体结构设计
减速器机体结构尺寸以下：

名称
符号
计算公式
结果
箱座壁厚

8
箱盖壁厚

8
箱盖凸缘厚度

12
箱座凸缘厚度

12
箱座底凸缘厚度

20
地脚螺钉直径

查《机械设计课程设计》
16
地脚螺钉数目
n
查《机械设计课程设计》
4
轴承旁联接螺栓直径

12
机盖和机座联接螺栓直径

=（0.5~0.6）
8
轴承端盖螺钉直径

=（0.4~0.5）
8
视孔盖螺钉直径

=（0.3~0.4）
6
定位销直径

=（0.7~0.8）
6
，，至外机壁距离

查机械课程设计指导书表4
34
22
18
，至凸缘边缘距离

查机械课程设计指导书表4
20
16
外机壁至轴承座端面距离

=++（8~12）
45

大齿轮顶圆和内机壁距离

>1.2
15

齿轮端面和内机壁距离

>
15.

机盖，机座肋厚

十. 润滑密封设计

对于一级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型，且传速较低，所以采取飞溅润滑，箱体内选择全AN150全耗损系统用油（GB443-1989），装至要求高度.
密封性来讲为了确保机盖和机座联接处密封，联接凸缘应有足够宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为密封表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间距离不宜太大，并匀均部署，确保部分面处密封性。