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电机传动比减速器说明书

13
2020年4月19日
文档仅供参考

课程设计说明书

设计题目：
小型家用停车装置
设计任务：
电机选择、传动比计算分配、减速器零件设计

机械51 第四组
陈宇凯

目 录

机械设计基础课程设计任务书 1
一、电动机选择 2
二、传动比分配 2
三、传动系统的运动和动力参数计算 3
四、减速器传动零件的设计计算 4
五、课程设计感想 8

设计计算及说明
结　　果
一、电动机的选择
1.1电动机的功率
由已知条件能够计算出工作所需的有效功率:
Pw=F×v1000=10000×0.21000kw=2kw
工作所需电动机的功率:
Pr=Pwη=2kw0.808=2.47kw
1.2电动机转速的选择
提升载车板的滚筒轴的工作转速：
nw=600003.14×0.2400=9.55r/min
考虑到整个系统为三级减速（减速箱两级，开式齿轮一级），总传动比可适当取大一点，选同步转速ns=710r/min的电机为宜。
1.3电动机型号的选择
根据工作条件：工作环境多尘、双向运转、等效为单班制间断工作，工作机所需电动机功率PW=2.74kw及电动机的同步转速ns=710r/min等，选用Y系列三相异步电机，卧式封闭结构，型号为Y132M-8，其主要性能数据如下：
电动机额定功率：Pm=3.0kw
电动机满载转速：nm=710r/min
电动机轴伸直径：D=38mm
电动机轴伸长度：E=80mm
二、传动比的分配
2.1停车装置总传动比计算
总传动比为
i总=nmnw=7109.55=74
2.2确定传动比分配

整个抬升装置的三级减速主要靠5根轴来完成，其中0轴是电机输入轴，1~3轴为减速器内三根轴，4、5轴为开式齿轮轴，6是连接两滚轮的连接件。
由传动比系统方案知：
i01=1 i34=1
按附表B-10查取开式齿轮传动的传动比：
i45=4~6
这里取中间值：i45=5
由计算可得两级圆柱斜齿轮减速器的总传动比：
i=i12i23=14.8
两级斜齿圆柱齿轮减速器采用脂润滑，当两对齿轮的配对材料相同、齿面硬度HBS<350、齿宽系数相等时，考虑齿面接触强度接近相等的条件，
取高速级传动比为：
i12=4
取低速级传动比为：
i23=3.7
传动系统各传动比分别为：
i01=1，i12=4，i23=3.7，i34=1，i45=5
三、传动系统的运动和动力参数计算
传动系统各轴的转速、功率和转矩如下：
0轴（电动机轴）：
n0=nm=710r/min
P0=Pr=2.47kw
T0=9550P0n0=9550×2.47710=33.22N/m

1轴（减速器高速轴）：
n1=n0i01=710r/min
P1=Pr×η01=2.47×0.99=2.4354kw
T1=9550P1n1=9550×2.4354710=32.76N/m
2轴（减速器中间轴）：
n2=n2i12=177.5r/min
P2=P1×η12=2.4354×0.9801=2.3869kw
T2=9550P2n2=9550×2.3869177.5=128.42N/m
3轴（减速器低速轴）：
n3=n2i23=47.97r/min
P3=P2×η23=2.3869×0.9801=2.3394kw
T3=9550P3n3=9550×2.339447.97=465.73N/m
4轴（开式圆柱齿轮传动高速轴）：
n4=n3i34=47.97r/min
P4=P3×η34=2.3394×0.99=2.3160kw
T4=9550P4n4=9550×2.316047.97=461.08N/m
5轴（开式圆柱齿轮传动低速轴）：
n5=n4i45=9.594r/min
P5=P4×η45=2.316×0.9603=2.2241kw
T5=9550P5n5=9550×2.22419.594=2213.85N/m
上述计算结果和传动比及传动效率汇总如下：
轴号
电动机
两级圆柱齿轮减速器
0轴
1轴
2轴
3轴
转n(r/min)
710.000
710.000
177.500
47.970
功率P/KW
2.460
2.435
2.387
2.339
转T/(N*m)
33.000
32.760
128.420
465.730
连接传动件
联轴器
齿轮
齿轮
传动比i
1.0
4.0
3.7
传动效率η
0.9900
0.9801
0.9801

轴号
开式齿轮轴
工作轴
4轴
5轴
6轴
转n(r/min)
47.97
9.594
9.594
功率P/KW
2.316
2.2241
2.
转矩T/(N*m)
461.080
2213.850
2191.761
连接传动件
联轴器
开式齿轮
联轴器
传动比i
1.0
5.0
1.0
传动效率η
0.9900
0.9603
0.9900
四、减速器传动零件的设计计算
4.1高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算
(1)选择齿轮材料及热处理方法：
小齿轮选用45钢，调质处理 HBS1=230~286
大齿轮选用45钢，正火处理 HBS2=170~217
(2)选择齿轮材料及热处理方法：
已知：小齿轮转矩：T1=32.76N/m
齿数比：u'=i12=4.0
选取的齿宽系数：Φa=0.25
初设螺旋角: β'=10°
初取载荷系数: K'=1.7
初取重合度系数：Yε'=0.67
初取螺旋角系数：Yβ'=0.955
初取齿数Z1、Z2：Z1=18，Z2=72
计算当量齿数：ZV1=18，ZV2=73
由《机械设计基础》图8-28得：
YFa1=2.9，YFa2=2.25
由《机械设计基础》图8-29得：
YSa1=1.54，YSa2=1.77
由《机械设计基础》图8-32（d）得：
σFlim1=350MPa，σFlim2=300MPa
接触应力变化总次数：
N1=60n1γLh=60×710×1×365×260=5.183×105
N2=60n2γLh=60×177.5×1×365×260=1.296×105
由《机械设计基础》图8-34得弯曲疲劳寿命系数：
YN1=1.03，YN2=1.04
由《机械设计基础》表8-8得：SFmin=1.6
相应得到小齿轮和大齿轮许用弯曲应力分别为：
[σF1]=σFlim1YSTSFmin=451MPa

[σF2]=σFlim2YSTSFmin=390MPa
由《机械设计基础》式8-35得：
m≥3 KT1YεΦdZ12YFaYSaσF=3 ×1.7×32.76×0.67×0.955×(cos10°)20.5×182=2.09
取标准法向模数：mn=3
(3)确定主要参数和计算主要尺寸：
按《机械设计基础》表8-11得：
a=mn(Z1+Z2)2cosβ=137.08
取整数，a=140mm，则β=15°21′32″
由Φa=b/a，得：b1=40mm，b2=35mm
确定定载系数K：
按《机械设计基础》表8-5得：KA=1
齿轮圆周速度v=πd1v160000=2.08m/s
齿轮为7级精度、硬齿面、非对称布置、淬火钢。
由《机械设计基础》图8-21得：Kv=1.12
由《机械设计基础》图8-24得：Kβ=1.06
由《机械设计基础》式8-38得：ε=εα+εβ=1.66+0.786=2.45
由《机械设计基础》图8-25得：Kα=1.34
K=KAKvKβKα=1.591<1.7 (K值与mn值合理)
(4)验算齿根接触疲劳强度：
由《机械设计基础》表8-7得弹性系数：ZE=189.8
由《机械设计基础》图8-31得节点区域系数：ZH=2.47
计算重合度系数：
Zε=24-εα31-εβ+εβεα=0.77
计算螺旋角系数：Zβ=2cosβ=0.982
由《机械设计基础》图8-33（d）得许用接触疲劳应力：
[σH1]=σHim1ZNSHmin=1092MPa

[σH2]=σHim2ZNSHmin=1130MPa
由《机械设计基础》式8-43验算齿面接触强度
σH=386.23<[σH1]（合格）
(5)主要设计结果：
a=140mm，mn=3，β=15°21′32″，Z1=18，Z2=72，b1=40mm，b2=35mm，齿轮为7级精度、硬齿面、非对称布置、淬火钢。
小齿轮硬度：230~286HBS
大齿轮硬度：170~217HBS
4.2低速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算
(1)选择齿轮材料及热处理方法：
小齿轮选用45钢，调质处理 HBS1=230~286
大齿轮选用45钢，正火处理 HBS2=170~217
(2)选择齿轮材料及热处理方法：
已知：小齿轮转矩：T1=128.42N/m
齿数比：u'=i12=3.7
选取的齿宽系数：Φa=0.213
初设螺旋角: β'=10°
初取载荷系数: K'=1.7
初取重合度系数：Yε'=0.67
初取螺旋角系数：Yβ'=0.93
初取齿数Z1、Z2：Z1=21，Z2=78
计算当量齿数：ZV1=22，ZV2=82
由《机械设计基础》图8-28得：
YFa1=2.8，YFa2=2.28
由《机械设计基础》图8-29得：
YSa1=1.57，YSa2=1.76
由《机械设计基础》图8-32（d）得：
σFlim1=350MPa，σFlim2=300MPa
接触应力变化总次数：
N1=60n1γLh=60×177.5×1×365×260=1.296×105
N2=60n2γLh=60×47.97×1×365×260=3.502×104
由《机械设计基础》图8-34得弯曲疲劳寿命系数：
YN1=1.32，YN2=1.54
由《机械设计基础》表8-8得：SFmin=1.6
相应得到小齿轮和大齿轮许用弯曲应力分别为：
[σF1]=σFlim1YSTSFmin=612.5MPa

[σF2]=σFlim2YSTSFmin=564MPa
由《机械设计基础》式8-35得：
m≥3 KT1YεΦdZ12YFaYSaσF=3 ×1.7×128.42×0.67×0.93×(cos10°)20.5×212=2.75
取标准法向模数：mn=4
(3)确定主要参数和计算主要尺寸：
按《机械设计基础》表8-11得：
a=mn(Z1+Z2)2cosβ=201.05mm
取整数，a=200mm，则β=8°18′33″
由Φa=b/a，得：b1=50mm，b2=45mm
确定定载系数K：
按《机械设计基础》表8-5得：KA=1
齿轮圆周速度v=πd1v160000=2.08m/s
齿轮为7级精度、硬齿面、非对称布置、淬火钢。
由《机械设计基础》图8-21得：Kv=1.05
由《机械设计基础》图8-24得：Kβ=1.07
由《机械设计基础》式8-38得：ε=εα+εβ=1.67+0.83=2.5
由《机械设计基础》图8-25得：Kα=1.23
K=KAKvKβKα=1.38<1.7 (K值与mn值合理)
(4)验算齿根接触疲劳强度：
由《机械设计基础》表8-7得弹性系数：ZE=189.8
由《机械设计基础》图8-31得节点区域系数：ZH=2.47
计算重合度系数：
Zε=24-εα31-εβ+εβεα=0.793
计算螺旋角系数：Zβ=2cosβ=0.99
由《机械设计基础》图8-33（d）得许用接触疲劳应力：
[σH1]=σHim1ZNSHmin=1092MPa

[σH2]=σHim2ZNSHmin=1130MPa
由《机械设计基础》式8-43验算齿面接触强度
σH=756.83<[σH1]（合格）
(5)主要设计结果：
a=200mm，mn=4，β=8°18′33″，Z1=21，Z2=78，b1=50mm，b2=45mm，齿轮为7级精度、硬齿面、非对称布置、淬火钢。
小齿轮硬度：230~286HBS
大齿轮硬度：170~217HBS
4.3减速器键连接强度校核和键长选择：
(1)连接高速级大齿轮的键的强度校核和键长选择：

根据连接齿轮部分轴直径，初取键尺寸为20×12（b×h）
键连接应满足挤压强度条件，因此根据键连接中最弱材料的许用挤压应力[σp]对其强度进行校核：
σp1=4000T1d1h1L1≤[σp]
式中：T=128.42N/m
d=70mm
h=12mm
b=20mm
[σp]=125MPa（静载下）
经过计算得：L≥7.51mm
根据齿宽和齿轮轮毂长度，选取L1=40mm
(2)连接低速级大齿轮的键的强度校核和键长选择：

根据连接齿轮部分轴直径，初取键尺寸为20×12（b×h）
对键连接中最弱材料的许用挤压应力[σp]进行校核：
σp2=4000T2d2h2L2≤[σp]
式中：T=465.73N/m
d=72mm
h=12mm
b=20mm
[σp]=125MPa（静载下）
经过计算得：L≥27.24mm
根据齿宽，选取L2=36mm
4.4减速器铸造箱体的结构尺寸
由《机械设计基础课程设计》表6-1得
箱座壁厚：δ=8mm
箱盖壁厚：δ1=8mm
箱座凸缘厚度：b=1.5δ=12mm
箱盖凸缘厚度：b1=1.5δ1=12mm
箱座上的肋厚：m=10mm
箱盖上的肋厚：m1=10mm
地脚螺栓的选择：0.036×a+12=19.2，取M20的螺栓
地脚螺栓的数目：两级减速器，n=6
轴承旁连接螺栓的选择：0.75×20=15，取M16的螺栓
上下箱连接螺栓的选择：0.6×20=12，取M12的螺栓
定位销孔的直径：d3=12mm
轴承旁连接螺栓的距离：S=D2=150mm
轴承旁凸台半径：Rg=c2=20mm
轴承旁凸台高度：h=5mm
大齿轮顶圆与箱体内壁距离：△1>1.2δ，取△1=15mm
箱外壁至轴承座的距离： K=c1+c2+5=49mm
剖分面至底面高度：齿轮减速器：H=1.2a=240mm
4.5减速器附件的选择：
(1)窥视孔及窥视孔盖：
由《机械设计基础课程设计》附录F-1：
取A=120mm、d=M8、R=5mm：
A1=A+5d=160mm
A2=（A+A1）=160mm
箱体顶部宽度为140mm：
B1=140-20=120mm
B=B1-5d=80mm

(2)A型通气器的尺寸：
由《机械设计基础课程设计》附录F-4：
d=M18×1.5，d1=M33×1.5，d2=8mm，
d3=3mm，d4=16mm，
D=40mm，h=40mm，a=12mm，b=7mm
C=16，h1=18mm，R=40mm，D1=25.4mm，
S=22mm，K=6mm，e=2mm，f=2mm

(3)凸缘式轴承盖：
轴承外径为：D=75mm时：
螺栓直径：d3=M8，n=4
D0=D+2.5d3=95mm
D2=D0+2.5d3=115mm
D3=D-2=73mm
D0=D-10=65mm
e=1.2d3=9.6mm，b=5mm，h=b=5mm，e1≥e

轴承外径为：D=100mm时：
螺栓直径：d3=M8，n=6
D0=D+2.5d3=130mm
D2=D0+2.5d3=150mm
D3=D-2=98mm
D0=D-10=90mm
e=1.2d3=9.6mm，b=10mm，h=b=10mm，e1≥e

(4)挡油盘：
由《机械设计基础课程设计》附录F-8：
a=6~9mm，b=2~3mm
挡油盘为车制的，材料为Q235。
(5)杆式油标：
由《机械设计基础课程设计》附录F-9：
取M12（12）:
d1=4mm，d2=12mm，d3=6mm，h=28mm，
a=10mm，b=6mm，c=4mm，D=20mm，D1=16mm

(6)螺塞及油封垫：
d=M14x1.5，D0=22mm，L=22mm，l=12mm
a=3mm，D=19.6mm，S=17mm，D1=16mm，d1=15mm
H=2mm。

五、课程设计感想：
本次课程设计给我带来了许多锻炼，在设计时重复地查阅资料不但提高了我设计时的严谨性，也提升了我查阅资料的能力；而在后期零件图和装配图的绘制中，我的CAD软件使用能力得到明显提升，工程制图的知识也得到了充分的复习；在最后设计说明书的书写过程中，我了解了说明书的基本格式，结合实际检查了之前的设计结果，感触良多。
总体来说，这次课程设计，能够综合锻炼我们机械学生的能力，让我获益匪浅。

Pw=2.0kw

Pr=2.47kw

Y132M-8
Pm=3.0kw
nm=710r/min

i总=74

传动系统各传动比分别为：
i01=1 i12=4 i23=3.7 i34=1 i45=5

n0=710r/min
P0=2.47kw
T0=33.22N/m

n1=710r/min
P1=2.4354kw
T1=32.76N/m

n2=177.5r/min
P2=2.3869kw
T2=128.42N/m

n3=47.97r/min
P3=2.3394kw
T3=465.73N/m

n4=47.97r/min
P4=2.3160kw
T4=461.08N/m

n5=9.594r/min
P5=2.2241kw
T5=2213.85N/m

小齿轮45钢，调质处理
大齿轮45钢，正火处理

[σF1]=451MPa

[σF2]=390MPa

mn=3

a=140mm
β=15°21′32″

K=1.591

[σH1]=1092MPa

[σH2]=1130MPa

小齿轮45钢，调质处理
大齿轮45钢，正火处理

[σF1]=612.5MPa

[σF2]=564MPa

mn=4

a=200mm
β=8°18′33″

K=1.38

[σH1]=1092MPa

[σH2]=1130MPa

L1=40mm

L2=36mm