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一级圆柱减速器课程设计

机械设计课程设计
第一章 绪论
本论文主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了《机械设计基础》、《机械制图》、《工程力学》、《公差与互换性》等多门课程知识，并运用《AUTOCAD》软件进行绘图，因此是一个非常重要的综合实践环节,也是一次全面的、 规范的实践训练。通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。主要体现在如下几个方面:
（1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。
（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。
（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。
（4）加强了我们对Office软件中Word功能的认识和运用。

第二章 课题题目及主要参数说明
2.1 课题题目：单级圆柱齿轮减速器
2.2 传动方案分析及原始数据
设计要求：
带式运输机连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，两班制工作（每班工作8小时），室内环境。减速器设计寿命为8年，大修期为3年，小批量生产，生产条件为中等规模机械厂，可加工7-8级精度的齿轮；动力来源为三相交流电源的电压为380/220V；运输带速允许误差为+5%。
原始数据:
运输带工作拉力F（N）：2500；
运输带卷筒工作转速n (r/min)：89；
卷筒直径D (mm)：280；
设计任务：
1) 减速器装配图1张（A0或A1图纸）；
2) 零件工作图2～3张（传动零件、轴、箱体等，A3图纸）；
3) 设计计算说明书1份，6000～8000字。说明书内容应包括：拟定机械系统方案，进行机构运动和动力分析，选择电动机，进行传动装置运动动力学参数计算，传动零件设计，轴承寿命计算、轴（许用应力法和安全系数法）、键的强度校核，联轴器的选择、设计总结、参考文献、设计小结等内容。
结构设计简图：

图1 带式输送机传动系统简图
第三章 减速器结构选择及相关性能参数计算
设计计算内容
计算及说明
结果及依据
减速器的结构与性能介绍

3.1结构设计

3.2电动机的选择

3.3传动比分配
按照设计任务要求，本减速器采用水平剖分、封闭结构
(1)运输带工作拉力
F=2000N
(2)从电动机到卷筒间各个运动副的总机械效率η总
η总=η1η2η3η4η52
η1=0.96—V带传动效率；
η2=0.97—齿轮传动效率；
η3=0.99—联轴器效率；
η4=0.96—卷筒传动效率；
η5=0.99—轴承传动效率；
所以：η总=η1η2η3η4η52
=0.96X0.97X0.99X0.96X0.992
=0.867
(3)电动机所需的功率： Pw=Fv/1000kw; v=πnD/60 m/s;
则 Pd=Pw/η总=3.096kw
查《机械零件设计手册》附录表F1-7 Y系列电动机的技术数据
取P电动机=4kw
可见有四种Y系列三相异步电动机可用，分别为：Y112M-4、Y132M1-6、Y160M1-8、Y112M-2四者参数比较如下：
型号
额定功率（kw）
同步功率（r/min）
满载转速（r/min）
堵转转矩
最大转矩
尺寸
Y112M-2

4kw
3000
2890
2.2
2.2
中
Y112M-4
1500
1440
2.0
2.0
中
Y132M1-6
1000
960
2.0
2.0
中
Y160M1-8
720
720
2.2
2.2
中
综合考虑总传动比及尺寸大小，选取Y112M-2型
运输带卷筒的转速为：
n=89（r/min）
所以传动装置总传动比：

取带传动比 ，则减速器的总传动

《机械零件设计手册》P1378表4-2
3.4动力运动参数计算

（1）转速：
电动机的转速n=2890r/min
减速器高速轴Ⅰ：n1=n/=960/3=963.33r/min
减速器Ⅱ：n2=n1/=320/3.596=138r/min
(2)功率:
电动机所需功率Pd=3.096kw；
减速器高速轴Ⅰ：
减速器低速轴Ⅱ：

（3）转矩
电动机的转矩：
Ⅰ轴的转矩:
=
Ⅱ轴的转矩：
轴号
功率
n（r/min）
传动比
T(N.m)
0
3.096kw
2890
3
9.8
Ⅰ

963.33
6．98
28.29
Ⅱ

138
1
206.16

第三章皮带传动的设计计算
设计计算内容
计算及说明
结果及依据
3.1皮带传动的设计计算

（1）确定计算功率Pc
查表7-5得工作情况系数KA=1
Pc=Pd=3.096kw
（2）选择V带的型号
根据计算功率Pc=3.096kw，主动轮n=2890r/min，由图7-17选择Z型V带
（3）确定带轮直径dd1、dd2
由表7-6知dmin=50mm
取dd1=50mm 则dd2=dd1
则实际传动比为
从动轮实际转速为
（4）验算V带速度V

带速在5~25m/s范围内 设计合格
（5）确定带的基准长度Ld和实际中心距a
由
取a0=250mm
由
得Ld=814mm
《精密机械设计》P122表7-5 图7-17

查表7-3得Ld=800mm
则实际中心距a≈+=243mm
中心距变动范围：
amin=a-0.016Ld=230.2mm；amax=a+0.03Ld=267mm
（6）校验小带轮包角

（7）确定V带的根数Z

根据dd1=50mm，n=28907r/min，查表7-8得P0=0.26kw，
表7-3得=1.0，查表7-9得，查表7-10得
则 取Z=10

精密机械设计P116表7-3

《精密机械设计》P124、P116、P125、P126

第四章齿轮的设计计算
设计计算内容
计算及说明
结果及依据
齿轮的设计计算及结构说明

4.1直齿圆柱齿轮传动设计

4.1.1直齿圆柱齿轮的选材

4.1.2直齿圆柱齿轮的设计计算与强度校核

直齿圆柱齿轮
（1）选择材料及确定需用应力
小齿轮选用45号钢，调质处理，HB＝236
大齿轮选用45号钢，正火处理，HB＝190
由《机械零件设计手册》查得

（2）确定各种参数
由于原动机为电动机，工作机为带式输送机，载荷平稳，齿轮在两轴承间对成布置，一般按照中等冲击载荷计算。查《机械设计基础》教材中表10—4得：
取载荷系数K=1.3
查《机械设计基础》教材中表11—5取：
区域系数 ZH=2.5 弹性系数 ZE=189.8
查《机械设计基础》教材中表10—11取：齿宽系数

《机械设计基础》教材P175图10-21

《机械设计基础》教材P173表10-4
《机械设计基础》教材P174表10—5
《机械设计基础》教材P表10—11

（3）按齿面接触强度设计计算
=

小齿轮分度圆直径为：

=55.19（mm）
取小齿轮齿数 Z1=20，则大齿轮齿数为Z2=140
模数
齿宽
由表8-2知标准模数m=4mm

中心距a==
（4）验算齿轮弯曲强度
齿形系数YFa1=2.90，YFa2=2.17
修正系数YSa1=1.63，YSa2=1.76
由公式

，
弯曲强度校核安全

《精密机械设计》P141表8-2

《精密机械设计》P173
《机械设计基础》P181

4.1.3圆柱直齿齿轮的结构设计数据：

（5）计算齿轮圆周转速v并选择齿轮精度

对照表16-4知可选9级精度
齿轮结构设计：
齿顶圆直径：da

齿全高：h（c*=0.25）

齿厚：
齿根高：
齿根圆直径df

由于小齿轮d1=60mm，可采用齿轮轴结构；大齿轮因为分度圆半径较大采用锻造毛坯的腹板式结构
大齿轮的有关尺寸计算如下
轴孔直径d=50mm
轮毂直径
轮毂长度
轮缘厚度
轮缘内径
腹板厚度
腹板中心孔直径
腹板孔直径 取d0=70mm
齿轮倒角n=0.5*3=1.5mm

机械零件手册P217表16-4

第五章轴的设计计算
设计计算内容
计算及说明
结果及依据
轴的设计计算与校核

5.1Ⅰ轴的尺寸设计
5.1.1Ⅰ轴的材料和热处理的选择
5.1.2Ⅰ轴几何尺寸的设计计算
轴的设计计算与校核：
不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。
按承载性质，减速器中的轴属于转轴。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定出轴的形状和几何尺寸，最后校核轴的强度。这里因为从动轴为Ⅱ轴，故只对Ⅱ轴进行强度的校核，对两根轴进行尺寸的设计计算过程。
具体步骤如下:
（1）电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。
选择45钢正火。硬度达到170~217HBS,抗拉强度
=600MPa，屈服强度=355MPa。[]=55MPa
（2）初步计算各轴段直径

1）计算d1，按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T
P1=2.854kw T1=
最小直径计算(查精密机械设计教材表10-2，c值107-118)

《精密机械设计》P158

考虑到键槽则估计值加大3%则选择标准值d1=16mm
2）计算d2
d2=d1+2a1=15.8+2
取标准值d2=20mm
3）计算d3
d3=d2+(1~5)mm=21~25mm 且d3必须与轴承的内径一致，圆整d3=25mm，初选轴承型号为6305，查表的B=17mm，D=62mm，Cr=25.5kN，Ca=15.2kN；
4）计算d4
d4=d3+(1~5)mm=26~30mm，为装配方便而加大直径，圆整后取d4=40mm，为装配方便而加大直径，圆整后取d4=40mm
5)计算d5
d5=d4+2a4=30+2
取标准值d5=36mm
6)计算d6
d6=d3=35mm，同一轴上选择同一型号，以便减少轴承孔镗制和减少轴承类型。
名称
d1
d2
d3
d4
d5
d6
直径(mm)
16
20
25
30
36
25
（3）计算轴各段长度
1）计算L1
L1段部分为插入皮带轮的长度查表7-4
小带轮宽B1=（Z-1）e+2f=（9-1）12+2
取L1=80
2）计算L2

《机械设计基础》P225表14-3

《机械设计课程设计》P154表14-1

《精密机械设计》P118

轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，取
，其中d3为螺钉直径M8，由轴承外径D=72mm，查表得取d3=7mm
m=L-▽3-B轴承=+c1+c2+（3）-▽3-B轴承
式中，为箱体壁厚，取=8mm，取轴旁连接螺栓直径为10mm，查得c1=16mm，c2=14mm；
由于轴承的轴颈直径与转速的乘积＜（1.5~2）×105，故轴承采用脂润滑，取▽3=9mm，
所以m=8+16+14+8-9-17=20mm
所以

取 L2=49mm；
3）计算L3

式中，为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两齿轮的宽度差，两齿轮的宽度为5mm，取小齿轮至箱体内壁距离为10mm，则

取L3=40mm
4）计算L4

取L4=85mm
5）计算L5
L5=b=1.4a4=1.4(0.07~0.1)d4=2.45~3.6mm取L5=4mm

5.2Ⅱ轴（输出轴）的尺寸设计和强度校核

5.2.1Ⅱ轴的材料和热处理选择

5.2.2Ⅱ轴几何尺寸的设计计算
6）计算L6取 L6=34mm
名称
L1
L2
L3
L4
L5
L6
长度/mm
80
49
40
53
4
34

尺寸设计部分具体步骤如下：
(1)电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。选择45刚正火。硬度达到170~217HBS，抗拉强度 =600MPa，屈服强度=355MPa。[]=55MPa

(2)初步计算各轴段直径
1）计算d1，按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T
P2=2.98kw T2=
最小直径计算(查精密机械设计教材表10-2，c值107-118)

考虑到键槽则估计值加大3%取d1=32mm
2）计算d2
d2=d1+2a1=32+2
取标准值d2=39mm
3）计算d3
d3=d2+(1~5)mm=30~44mm 且d3必须与轴承的内径一致，圆整d3=45mm，初选轴承型号为6209，查表的B=16mm，D=75mm
4）计算d4
d4=d3+(1~5)mm=46~50mm，为装配方便而加大直径，圆整后
取d4=50mm
5)计算d5
d5=d4+2a4=50+2
取标准值d5=63
6)计算d6
d6=d3=45mm，同一轴上选择同一型号，以便减少轴承孔镗制和减少轴承类型。
名称
d1
d2
d3
d4
d5
d6
直径/mm
32
39
45
50
60
45

《机械设计课程设计》P154表14-1

(3)计算轴各段的长度
1）计算L1
半联轴器的长度L=52mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不是在轴的端面上，故第一段的长度应比L略短一些 取L1=50mm
2）计算L2

轴承端盖采用凸缘式轴承端盖，取
，其中d3为螺钉直径M8，由轴承外径D=90mm，查表，取d3=7mm

式中，为箱体厚度，取，取轴旁连接螺栓的直径为10mm，查得
；
由于轴承的轴颈直径和转速的乘积<(1.5~2)105
故轴承采用脂润滑剂，取9mm
所以 m=8+16+14+8-9-16=21mm
所以取L2=89mm
3）计算L3

式中，为大齿轮端面至箱体内壁距离，应考虑两齿轮的宽度差，两齿轮的宽度为5mm，取小齿轮至箱体内壁距离为10mm，则
取=44mm

5.2.2轴的校核
4）计算L4

取L4=53mm
5）计算L5=1.4a4=1.4(0.07~0.1)d4=4.9~7mm 取L5=7mm
6）计算L6
取 L6=40mm
各段轴长列表如下：
名称
L1
L2
L3
L4
L5
L6
长度/mm
50
89
45
53
7
40
(4)强度校核具体步骤如下：
1）输出轴的功率P和T
P2=2.854kw T2=
2）最小直径计算(查精密机械设计教材表10-2，c值107-118)

考虑到键槽则估计值加大3%取d1=32mm
3）计算齿轮受力（大齿轮采用锻造毛坯的腹板式）
圆周力：
径向力：
轴向力：
4）按许用应力校核轴的弯曲强度
①轴的受力简图（图A）
②求支持反力
水平支持反力
垂直支持反力

精密机械设计P257

③作弯矩图
水平弯矩（图B）

垂直弯矩（图C）

④合成弯矩，做合成弯矩图（图E）

⑤作弯矩图（图D）
C点左T=0N.mm
C点右T=
⑥作危险截面当量弯矩图（图E）
该轴单项工作，转矩产生的弯曲应力按动循环应力考虑,取

⑦校核危险截面轴径
因为45号优质碳素钢调制处理，查表得

C剖面的轴径d3=50mmmm，故强度足够

第六章轴承、键和联轴器的选择
设计计算内容
计算及说明
结果及依据
6.1滚动轴承的选择与校核

（一）动轴承：
因为齿轮是直齿圆柱齿轮，考虑承受载荷和只承受径向力，主从动轮均选用深沟球轴承
从动轴承：根据《机械设计课程设计》P154表，可选择6210（GB/T276-1994）型深沟球轴承2个
轴承代号
尺寸
d
D
B
6209
50
75
16
寿命计划
要求轴承寿命：（8年两班制工作，按每年工作300天每班工作8小时）

计算选用轴承寿命 查表得
基本额定动负荷Cr=31.5kN
动载荷系数X=1，Y=0
当量载荷
温度系数ft=1 载荷系数fp=1 轴承寿命系数

轴承寿命合格
（二）主动轴承：
主动轴承根据轴径查选择6207（GB/T276-1994）型深沟球轴承2个
各部分尺寸如下：
轴承代号
尺寸/mm
d
D
B
6205
25
62
17

6.2键的选择与校核
寿命计划
要求轴承寿命：（8年两班制工作，按每年工作300天每班工作8小时）

计算选用轴承寿命 查表得
基本额定动负荷Cr=21.5kN，Ca=15.2kN；
动载荷系数X=1，Y=0
当量载荷
温度系数ft=1 载荷系数fp=1 轴承寿命系数

轴承寿命合格
材料选择及其许用挤压应力
选择45号优质碳素钢，，查《机械零件设计手册》P458表3·2-3
其许用挤压应力
（1）主动轴外伸端，d=16mm，考虑到键在轴中部安装，选择平键就可以了，且联轴器轴长度L1=70mm故选择普通平键。
b=5mmh=5mm
静连接工作面的挤压应力：

则：强度足够， 合适
(2)主动轮与从动轮连接处，d=32mm l=38mm选择键
b=10mm h=8mm
静连接工作面的挤压力：

3）从动轮与齿轮连接处 d=50mm
选择键b=16mm h=10mm

《机械制图》P440

6.3联轴器的选择
静连接工作面的挤压力：

由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，选用弹性套柱销联轴器，取工作情况系数
选用TL6 根据从动轴连处d=40mm
各种参数如下：
型号
公称转矩T
许用转数n
轴孔直径d
轴孔长度L
外径D
材料
TL6
250
3300
32
82
160
HT200

联轴器承受转矩

故合格

《机械设计课程设计》P165

第七章减速器润滑、密封及附件的选择确定以及箱体主要结构尺寸的计算及装配
设计计算内容
计算及说明
结果及依据
润滑方式、密封方式简要说明
7.1润滑方式及牌号
7.2密封方式

7.3箱体主要结构尺寸计算
（1） 有齿轮速度知
查《机械零件设计手册》P981表3·14-26，选用浸油润滑方式
并根据表3·14-27，选用150号机械油；
轴承采用润油脂润滑，并根据表3·14-23选用ZL-3型润油脂（2）轴承内部与机体内部处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部
（3）轴承外部与端用半粗羊毛毡圈加以密封
箱座与箱盖凸缘结合面与观察孔、油孔之间都采用静密封方式

名称
计算公式
尺寸计算
箱座厚度

8
箱盖厚度

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

M16
地脚螺钉数目

4
轴承旁联结螺栓直径

M12
盖与座联结螺栓直径

M8
螺栓的间距：200~300

名称
计算公式
尺寸计算
轴承端盖螺钉直径
轴承外圈直径
90/100
直径
M8
螺钉数目
6
视孔盖螺钉直径
单级减速器
M6
定位销直径
d=（0.7-0.8）
6
，至外箱壁的距离

18

16

28
，至凸缘边缘距离

8

5
轴承座外径

144
轴承旁连接螺栓距离
S一般 取S=
144
轴承旁凸台半径

16
轴承旁凸台高度
h
待定
箱盖、箱座厚

7mm,m=7mm
大齿轮顶圆与箱内壁间距离

10
齿轮端面与箱内壁距离

9

7.4附件选择及简要说明

名称
功用
数量
材料
规格
螺栓
安装端盖
12
Q235
M6×16 GB 5782-1986
螺栓
安装端盖
24
Q235
M8×25 GB 5782-1986
销
定位
2
35
A6×40 GB 117 - 1986
弹性垫圈
调整安装
2
65Mn

毡封圈
调整安装
2
半粗羊毛

挡油环
挡油
4
橡胶

螺母
安装
3
Q235

螺钉
安装
3
Q235

油标尺
测量油高度
1
组合件
M32×1.5
通气孔
透气
1
A3

第八章 总结
总结

参考文献

1.《机械制图》 ——中国矿业大学出版社
2.《机械设计课程设计》 ——
3.《机械设计手册》第三版 ——高等教育出版社
4.《机械设计基础》第二版——电子工业出版社
5.《精密机械设计》教材 ——机械工业出版社
6.《机械零件设计手册》修订版 —— 1995年国防工业出版社

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