二级直齿轮减速器设计毕业设计论文.doc

机械设计基础课程设计

名 称： 二级直齿轮减速器
学 院： 机械工程学院
专业班级： 机自1021

2013年1月10日

机械设计基础课程设计 目录
目录
设计题目 1
一、绪论 2
二、确定传动方案 4
三、机械传动装置的总体设计 4
3.1 选择电动机 4
3.1.1 选择电动机类型 4
3.1.2 电动机容量的选择 4
3.1.3 电动机转速的选择 5
3.2 传动比的分配 错误!未定义书签。
3.3计算传动装置的运动和动力参数 6
3.3.1各轴的转速： 6
3.3.2各轴的输入功率： 6
3.3.3各轴的输入转矩： 6
3.3.4整理列表 7
四、齿轮的设计 7
4.1齿轮传动设计（1、2轮的设计） 7
4.1.1 齿轮的类型 7
4.1.2尺面接触强度较合 8
4.1.3按轮齿弯曲强度设计计算 10
4.2 齿轮传动设计（3、4齿轮的设计） 12
4.2.1 齿轮的类型 12
4.2.2按尺面接触强度较合 13
4.2.3按轮齿弯曲强度设计计算 14
五、轴的设计及联轴器的选择 17
（一）轴的材料选择和最小直径估算......................................................................17
（二）轴的结构设计和联轴器的确定 17
1.Ⅰ轴结构的设计和联轴器2的确定 17
2.Ⅱ轴结构的设计 19
3.Ⅲ轴结构的设计和联轴器4的确定 20
六、轴的校核 21
轴（中间轴）的力学模型的建立 21
1、轴上力的作用点位置的和支点跨距的确定 21
2、计算轴上的作用力 错误!未定义书签。
3、计算支反力 错误!未定义书签。
4、 绘制转矩、弯矩图 错误!未定义书签。
5、弯扭合成强度的校核 错误!未定义书签。
七、.键的选择和校核 26
八、滚动轴承的选择和校核 错误!未定义书签。
九、机座箱体机构尺寸的设计 错误!未定义书签。
十、 减速器附件的选择及简要说明..........................................................................29
10.1.检查孔与检查孔盖..........................................................................................29
10.2.油塞、油标.和透气孔.....................................................................................29
10.3吊环螺钉的选择..............................................................................................29
10.4定位销..............................................................................................................30
10.5启盖螺钉..........................................................................................................30
十一、减速器润滑与密封..........................................................................................30
11.1 润滑方式.........................................................................................................30
11.2密封方式..........................................................................................................30
十二、设计总结 31
十三、参考文献 32

II

机械设计基础课程设计 任务书
机械设计课程设计任务书
一、 设计题目：
题目4-2：带式运输机传动装置的设计
已知条件:
1．运输工作拉力: F= 6.5 kN;
2．运输带工作速度: V= 1.2 m/s;
3．滚筒直径: D=400 mm;
4．滚筒效率: η= 0.96 ;
5．工作情况两班制，连续单向运动，载荷较平稳 ;
6．工作环境室内，灰尘较大，环境最高温度35℃左右;
7．使用折旧期8年，4年一次大修;
8．制造条件及生产批量，一般机械厂制造，小批量生产。

1电动机

31
机械设计基础课程设计

一、绪论
减速器的类别、品种、型式很多，目前已制定为行（国）标的减速器有40余种。减速器的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分；减速器的品种是根据使用的需要而设计的不同结构的减速器；减速器的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同特性的减速器。
与减速器联接的工作机载荷状态比较复杂，对减速器的影响很大，是减速器选用及计算的重要因素，减速器的载荷状态即工作机（从动机）的载荷状态，通常分为三类：
①—均匀载荷;
②—中等冲击载荷;
③—强冲击载荷。减速器是指原动机与工作机之间独立封闭式传动装置，用来降低转速并相应地增大转矩。此外，在某些场合，也有用作增速的装置，并称为增速器。
我们通过对减速器的研究与设计，我们能在另一个角度了解减速器的结构、功能、用途和使用原理等，同时，我们也能将我们所学的知识应用于实践中。
在设计的过程中，我们能正确的理解所学的知识，而我们选择减速器，也是因为对我们过控专业的学生来说，这是一个很典型的例子，能从中学到很多知识。
二、确定传动方案
根据工作要求和工作环境，选择展开式二级圆柱直齿轮减速器传动方案。此方案工作可靠、传递效率高、使用维护方便、环境适用性好，但齿轮相对轴承的位置不对称，因此轴应具有较大刚度。此外，总体宽度较大。
三、机械传动装置的总体设计
3.1 选择电动机
3.1.1 选择电动机类型
电动机是标准部件。因为工作环境清洁，运动载荷平稳，所以选择Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。
3.1.2 电动机容量的选择
1、工作机所需要的功率为：

其中：，，
得
2、电动机的输出功率为

——电动机至滚筒轴的传动装置总效率。
弹性联轴器的效率，齿轮传动效率，效率，滚筒效率，从电动机到工作机输送带间的总效率为：

3、电动机所需功率为：

因载荷平稳 ，电动机额定功率只需略大于即可，，查《机械设计实践与创新》表19-1选取电动机额定功率为。
3.1.3 电动机转速的选择
滚筒轴工作转速：

通常选用同步电机转速1000r/min和1500r/min两种作比较，
方案
电动机型号
额定功率
同步转速
满载转速
总传动比
Ⅰ
Y160M—6
11KW
1000r/min
970r/min
18.46
Ⅱ
Y160M—4
11KW
1500r/min
1460r/min
27.79

综合考虑为使传动装置机构紧凑，选用同步转速1000r/min的电机。
型号为Y160M—6，满载转速，功率11KW。
3.2 传动比的分配
1、总传动比为
2、分配传动比
考虑两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应该有相近的浸油深度。则两级齿轮的高速级与低速级传动比的值取为1.4，取
则：；
；
3.3计算传动装置的运动和动力参数
3.3.1各轴的转速：
Ⅰ轴 ；
Ⅱ轴 ；
Ⅲ轴 ；
滚筒转速等于Ⅲ轴转速。
3.3.2各轴的输入功率：
Ⅰ轴 ；
Ⅱ轴 ；
Ⅲ轴 ；
卷筒轴
3.3.3 各轴的输入转矩：
Ⅰ轴 ；
Ⅱ轴 ；
Ⅲ轴 ；
滚筒轴
3.3.4整理列表
轴名
功率
转矩

转速
Ⅰ
9.15
90.08
970
Ⅱ
8.70
435.14
190.94
Ⅲ
8.27
1504.35
52.5

四、齿轮的设计
4.1齿轮传动设计（1、2轮的设计）
4.1.1 齿轮的类型
1、依照传动方案，本设计选用二级展开式直齿圆柱齿轮传动。
2、运输机为一般工作机器，运转速度不高，查《机械设计基础》表11-2，选用8级精度。
3、材料选择：小齿轮材料为45钢，齿面硬度为 235HBS，接触疲劳强度极限 ，弯曲疲劳强度极限；调制处理。
大齿轮材料为45钢表面正火，齿面硬度为190HBS,接触疲劳强度极限,弯曲疲劳强度极限。
4、选小齿轮齿数 ；则。
齿数比
4.1.2尺面接触强度校合
1、
（1）取载荷K=1.6
（2）由《机械设计基础》表10—7，选齿宽系数
（3）《机械设计基础》表10—6查的材料的弹性影响系数
（4）由《机械设计基础》式10—13，计算应力循环次数

（5）由《机械设计基础》式10—19取解除疲劳系数
（6）计算解除疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数S=1, 由式10—12得

2、计算
（1）试算小齿轮的分度圆直径,代入中的较小值。
mm

（2）计算齿轮圆周速度
（3） 计算尺宽 b

（4）计算尺宽与尺高之比
模数
齿高

（5）计算载荷系数
根据速度，8级精度，由图10—8查得动载系数，直齿轮，, 由表10—2查得使用系数,由表10—4用插值法查得8级精度，小齿轮对轴非对阵布置，,由,查图10—13得 故载荷系数
（6）按实际的载荷系数校正所得分度圆直径，得

（7）计算模数-
4.1.3按轮齿弯曲强度设计计算
1、按齿根弯曲强度设计，由式10—5得弯曲强度的设计公式

2、查《机械设计基础》表10—18取弯曲疲劳寿命系数，
3、计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4

4、计算载荷系数

5、查取齿形系数
查《机械设计基础》表10—5得：，
6、查取应力校正系数
查《机械设计基础》图10—5得：，
7、计算大小齿轮并加以比较

所以对大齿轮进行弯曲强度计算。

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算设计的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取有弯曲强度 算得的模数2.10并就近圆整为标准值，按接触疲劳强度算得得分度圆直径，算出小齿轮齿数

8、 几何尺寸计算
分度圆直径

中心距
齿轮宽度
所以

高速轴齿轮尺寸表：
序号
名称
符号
计算公式及参数选择
1
模数
m
2.5mm
2
分度圆直径

77.5mm 392.5mm
3
传动比

5.08
4
齿顶高

2.5mm
5
齿根高

3.125mm
6
全齿高

5.625mm
7
顶隙

0.625mm
8
齿顶圆直径

82.5mm 397.5mm
9
齿根圆直径

71.25mm 386.25mm
10
中心距

235mm
4.2齿轮传动设计（3、4轮的设计）
4.2.1 齿轮的类型
1、依照传动方案，本设计选用二级展开式直齿圆柱齿轮传动。
2、运输机为一般工作机器，运转速度不高，查《机械设计基础》表11-2，选用8级精度。
3、材料选择：小齿轮材料为45钢，齿面硬度为 235HBS，接触疲劳强度极限 ，弯曲疲劳强度极限；调制处理。
大齿轮材料为45钢表面正火，齿面硬度为190HBS,接触疲劳强度极限,弯曲疲劳强度极限。
4、选小齿轮齿数 ；则
齿数比
4.2.2尺面接触强度校合
1、
（1）取载荷K=1.6
（2）由《机械设计基础》表10—7，选齿宽系数
（3）《机械设计基础》表10—6查的材料的弹性影响系数

（4）由《机械设计基础》式10—13，计算应力循环次数

（5）由 《机械设计基础》式10—19取解除疲劳系数

（6）计算解除疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1, 由式10—12得

2、 计算
（1）试算小齿轮的分度圆直径,代入中的较小值。

（2）计算齿轮圆周速度
（3）计算尺宽 b

（4）计算尺宽与尺高之比
模数
齿高

（5）计算载荷系数
根据速度，8级精度，由图10—8查得动载系数，直齿轮，, 由表10—2查得使用系数,由表10—4用插值法查得8级精度，小齿轮对轴非对阵布置，,由,查图10—13得 故载荷系数
（6） 按实际的载荷系数校正所得分度圆直径，得

（7）计算模数
4.2.3按轮齿弯曲强度设计计算
1、按齿根弯曲强度设计，由式10—5得弯曲强度的设计公式

2、查《机械设计基础》表10—18取弯曲疲劳寿命系数，
3、计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4

4、计算载荷系数

5、查取齿形系数
查《机械设计基础》表10—5得：，
6、查取应力校正系数
查《机械设计基础》图10—5得：，
7、计算大小齿轮并加以比较

所以对大齿轮进行弯曲强度计算。

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算设计的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取有弯曲强度 算得的模数2.639并就近圆整为标准值，按接触疲劳强度算得得分度圆直径，算出小齿轮齿数

8、几何尺寸计算
分度圆直径

中心距
齿轮宽度
所以

低速轴齿轮尺寸表：
序号
名称
符号
计算公式及参数选择
1
模数
m
3mm
2
分度圆直径

123mm 447mm
3
传动比

3.63
4
齿顶高

3mm
5
齿根高

3.75mm
6
全齿高

6.75mm
7
顶隙

0.75mm
8
齿顶圆直径

129mm 453mm
9
齿根圆直径

115.5mm 439.5mm
10
中心距

285mm
五、轴的设计及联轴器的选择
（一）轴的材料选择和最小直径估算
根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调制处理。按扭转强度法进行最小直径估算，即：。初算轴颈时，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时，d增大5%~7%,两个键槽时，d增大10%~15%，值由所引用教材表15-3确定：Ⅰ轴 Ⅱ轴 Ⅲ轴
Ⅰ轴
(1+7%)=28.49mm
Ⅱ轴
=42.86mm
Ⅲ轴
（1+7%)=64.72mm
（二）轴的结构设计和联轴器的确定
1、Ⅰ轴（高速轴）轴的直径确定及联轴器2的确定
联轴器的计算转矩 ，查表14—1，考虑到轴的转矩变化小，故=2.3
=90.082.3=207.184N.m
查标准GB/T 5014—2003或手册，选用TL6型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为250N.m，电动机的型号为Y160M—6，查手册电动机的外伸轴颈为42mm，=42mm，最小直径，安装联轴器；，密封段，根据轴向定位，高h(0.07~0.1),以及密封圈的标准(拟采用毡圈）JB/ZQ 4606—1986
h=0.0842=2.94mm ； 段装轴承，=55mm，轴承用6311，深沟球轴承， ； 过度轴段，由于各级齿轮传动的线速度均小于2m/s，深沟球轴承采用脂润滑，考虑到挡油盘的轴向定位，=63mm； 齿轮处轴段，由于小齿轮直径较小，采用齿轮结构，所以轴和齿轮的材料和热处理方式需一样，均为45钢，调制处理；处深沟球轴承处，
各轴段长度的确定
：由联轴器 L=84mm 确定: =80mm
：由箱体结构，轴承端盖，装配关系等确定，
：由深沟球轴承，挡油型及装配关系等确立，=50mm
：由装配关系，箱体结构等确立 ， =140mm
：由高速及小齿轮宽度 =83m
：由深沟球轴承，挡油盘及装配关系等确立，=50mm

Ⅰ轴结构图
2、Ⅱ轴（中间轴）的结构设计
（1）各轴段的直径确定 段为最小直径段，安装深沟球轴承，滚动轴承选择6309，其尺寸为，=45mm；低速级小齿轮轴段，=55mm； 轴环，根据齿轮的轴向定位要求，=70mm；高速级大齿轮轴段，=55mm，轴段安装深沟球轴承，==45mm
（2）各轴段长度的计算
：由深沟球轴承，挡油型及装配关系等确立，
：由低速级小齿轮的轮毂孔宽度确定，
：轴间宽度
：由高速级大齿轮的轮毂孔宽度确定，
：由深沟球轴承，挡油型及装配关系等确立，

Ⅱ轴结构图
3、Ⅲ轴（低速轴）的结构设计及联轴器4的确定
（1）各轴段直径的确定
联轴器的计算转矩 ，查表14—1，考虑到轴的转矩变化小，故=1.3
查标准GB/T 5014—1984或手册，选用HL6型弹性柱销联轴器，其公称转矩为3150N.m，孔径，；最小直径，安装联轴器，；，密封段，；段装轴承，轴承用6216，深沟球轴承，，； 过度轴段，；轴间，根据齿轮的轴向定位要求，；
低速轴大齿轮段，；轴承段，。
（2） 各轴段长度的确定
：由联轴器L=107mm确定，
：由箱体结构，轴承端盖，装配关系等确定，
：由深沟球轴承，挡油型及装配关系等确立，
：由装配关系，箱体结构等确立 ，
：轴间宽度
：由低速级大齿轮宽度 =123mm确定，=120mm
：由深沟球轴承，挡油盘及装配关系等确立，

Ⅲ轴结构图
六、轴的校核
轴（中间轴）的力学模型的建立
1、轴上力的作用点位置的和支点跨距的确定
齿轮的力的作用点按简化原则在齿轮宽度的中点，轴上安装6309的轴承。
2、计算轴上的作用力
齿轮2

齿轮3

3、计算支反力
（1）垂直面支反力

由绕支点B的力矩和得，

方向向下
由绕支点A的力矩和

方向向下
（2）水平面支反力

由绕支点B的力矩和，

方向向下
同理，由绕支点A的力矩和

方向向下
计算总支反力
A点的总支反力

B点的总支反力

4、 绘制转矩、弯矩图
（1）垂直面的弯矩图

（2）水平面的弯矩图

C处弯矩:
D处弯矩：

（3）合成弯矩图

（4）当量扭矩图

（5）当量弯矩
因为是单向转轴，所以扭转切应力视为脉动的循环变应力，折算系数

C处：

D处：

5、弯扭合成强度的校核
进行校核时，通常只校核承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。

根据选定的轴的材料45钢，调制处理，由所用教材查得。因，故强度足够。
七、键的选择和校核
选定：高速级大齿轮处键1为（）标记：键 GB/T 1906—2003；低速级小齿轮键2为 标记:
键 GB/T 1906—2003；由于同一根轴上的键，传递的转矩相同，所以只需校核短的键1即可。齿轮轴段，键的工作长度，键的接触高度，传递的转矩；按所引用教材查表6—2查出键静连接是的挤压许用应力（键、齿轮轮毂、轴的材料均为45钢调制）。

键的连接强度足够。
同理可选定：低速级大齿轮处键3为（）标记：键 GB/T 1906—2003；低速级联轴器键4为（）标记:键GB/T 1906—2003；
高速级联轴器键5为（） 标记： 键 GB/T 1906—2003。
八、滚动轴承的选择与校核
1、 根据载荷及速度的情况，拟定选用深沟球轴承。由中间轴的结构设计，根据，选取6309，查基本参数查表12—1，
2、 深沟球轴承的校核
A点总支反力
B点总支反力
当量动载荷P
（1） 轴承
（2） 轴承
验算轴承的寿命
应为，所以只需验证1轴承。轴承语气寿命与整机寿命相同，为：
其中，温度系数为，轴承具有足够的是寿命。
九、机座箱体结构尺寸
箱体的结构设计
在本次设计中箱体材料选择铸铁HT200即可满足设计要求
代号
名称
设计计算
结果

箱座壁厚

箱盖壁厚

箱座加强肋厚

箱盖加强肋厚

箱座分箱面凸缘厚

箱盖分箱面凸缘厚

箱座底凸缘厚

地脚螺栓

=

轴承旁螺栓

联结分箱面的螺栓

轴承盖螺钉

检查孔螺钉

定位销直径

地脚螺栓数目
时，

、、至外箱壁距离
由推荐用值确定

、至凸缘壁距离
由推荐用值确定

轴承旁凸台半径
由推荐用值确定

轴承座孔外端面至箱外壁的距离

轴承座孔外的直径

180mm
160mm
200mm
Δ1
大齿轮齿顶圆与箱体内壁的距离

15mm
Δ2
大齿轮的端面与箱体内壁的距离

12mm

十、减速器附件的选择及简要说明
10.1.检查孔与检查孔盖
二级减速器总的中心距，则检查孔宽,长，检查孔盖宽,长．螺栓孔定位尺寸：宽，，圆角,孔径,孔数，孔盖厚度为,材料为Q235．
10.2.油塞、油标和透气孔
为了换油及清洗箱体时排出油污，在箱体底部最低位置设置一个排油孔，排油孔用油塞及封油圈堵住．在本次设计中，可选为，封油圈材料为耐油橡胶，油塞材料为Q235；选用带螺纹的游标尺，可选为．透气孔 可选
10.3吊环螺钉的选择
可选单螺钉起吊，其螺纹规格为M20．
10.4定位销
为保证箱体轴承座孔的镗制和装配精度，在箱体分箱面凸缘长度方向两侧各安装一个圆锥定位销，其直径可取：,长度应大于分箱面凸缘的总长度．
10.5启盖螺钉
启盖螺钉上的螺纹段要高出凸缘厚度，螺纹段端部做成圆柱形．
十一、减速器润滑与密封
11.1 润滑方式
齿轮选用浸油润滑；轴承采用润滑脂润滑；齿轮润滑选用150号机械油（GB 443－1989），最低－最高油面距(大齿轮)10～20mm，需油量为1.5L左右；轴承润滑选用ZL－3型润滑脂（GB 7324－1987）用油量为轴承间隙的1/3～1/2为宜
11.2密封方式
1.箱座与箱盖凸缘接合面的密封
选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法。
2.观察孔和油孔等出接合面的密封
在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封
3.轴承孔的密封
闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部
轴的外延端与透端盖的间隙，由于，故选用半粗羊毛毡加以密封。
4.轴承靠近机体内壁处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部。
十二、设计总结
本设计是根据设计任务的要求，设计一个展开式二级圆柱减速器。首先确定了工作方案，并对带传动、齿轮传动﹑轴﹑箱体等主要零件进行了设计。零件的每一个尺寸都是按照设计的要求严格设计的，并采用了合理的布局，使结构更加紧凑。
通过减速器的设计，使我对机械设计的方法、步骤有了较深的认识。熟悉了齿轮、带轮、轴等多种常用零件的设计、校核方法；掌握了如何选用标准件，如何查阅和使用手册，如何绘制零件图、装配图；以及设计非标准零部件的要点、方法。进一步巩固了以前所学的专业知识，真正做到了学有所用﹑学以致用，将理论与实际结合起来，也是对所学知识的一次大检验，使我真正明白了，搞设计不是凭空想象，而是很具体的。每一个环节都需要严密的分析和强大的理论做基础。另外，设计不是单方面的，而是各方面知识综合的结果。
从整个设计的过程来看，存在着一定的不足。像轴的强度校核应更具体全面些，尽管如此收获还是很大。相信这次设计对我以后从事类似的工作有很大的帮助，同时也为毕业设计打下了良好的基础。诸多不足之处，恳请老师批评指正。

十三、参考文献
[1] 徐灏主编.机械设计手册.第2版. 北京：机械工业出版社，2001
[2] 杨可珍, 程光蕴, 李仲生主编. 机械设计基础第五版.高等教育出版社（第五版）,2005
[3] 刘鸿文 主编. 材料力学.第3版. 北京：机械工业出版社,1992
[4] 朱家诚 主编. 机械设计课程设计. 合肥工业大学出版社
[5] 殷玉枫 主编. 机械设计课程设计. 机械工业出版社
[6] 濮良贵，纪名刚 主编. 机械设计.第八版.北京.高等教育出版社.2006.5 [5] 陆玉,何在洲,佟延伟 主编.机械设计课程设计.第3版. 北京：机械工业出版社，2000
[7] 孙桓，陈作模 主编.机械原理.第6版. 北京：高等教育出版社，2001
[8] 林景凡，王世刚，李世恒 主编.互换性与质量控制基础. 北京：中国科学技术出版社，1999
[9]中国知网