毕业论文一级直齿圆柱齿轮减速器机械基础课程设计.doc

机械基础课程设计 一级直齿圆柱齿轮减速器
一级直齿圆柱齿轮减速器机械基础课程设计
设计任务书
1、题目
设计用于带式输送机的机械传动装置——一级直齿圆柱齿轮减速器。
2、参考方案
（1）V带传动和一级闭式齿轮传动
（2）一级闭式齿轮传动和链传动
（3）两级齿轮传动
3、原始数据
4、其他原始条件
输送带工作拉力F/N
输送带工作速度v/m·s-1
卷筒直径D/mm
3200
1.7
400

（1）工作情况：两班制，输送机连续单向运转，载荷较平稳。
（2）使用期限：5年。
（3）动力来源：三相交流（220V/380V）电源。
（4）允许误差：允许输送带速度误差。
5、设计任务
（1）设计图。一级直齿（或斜齿）圆柱齿轮减速器装配图一张，要求有主、俯、侧三个视图，图幅A1，比例1：1（当齿轮副的啮合中心距时）或1：1.5（当齿轮副的啮合中心距时）。
（2）设计计算说明书一份（16开论文纸，约20页，8000字）。

目录

一 传动装置的总体设计.........................3
二 传动零件的设计.............................7
三 齿轮传动的设计计算.........................9
四 轴的计算.................................. 11
五、箱体尺寸及附件的设计..........................24
六 装配图 ..........................................28
设计内容：
一、 传动装置的总体设计
1、 确定传动方案
本次设计选用的带式输送机的机械传动装置方案为V带传动和一级闭式齿轮传动，其传动装置见下图。

2，选择电动机
（1） 选择电动机的类型
按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭自扇冷式结构，电压380V，Y系列。
（2） 选择电动机的额定功率
① 带式输送机的性能参数选用表1的第 6组数据，即：
输送带工作拉力F/N
输送带工作速度v/m·s-1
卷筒直径D/mm
3200
1.7
400
表一
工作机所需功率为：
②从电动机到工作机的传动总效率为：
其中、、、、分别为V带传动、齿轮传动、滚动轴承、弹性套柱销联轴器和滚筒的效率，查取《机械基础》P459的附录3 选取=0.95 、=0.97（8级精度）、=0.99（球轴承）、=0.995、=0.96
故
③ 电动机所需功率为
又因为电动机的额定功
（3） 确定电动机的转速
传动滚筒轴工作转速：
查《机械基础》P459附录3， V带常用传动比为i1=2~4，圆柱齿轮传动一级减速器常用传动比范围为i2=3~5（8级精度）。根据传动装置的总传动比i与各级传动比i1、i2、…in之间的关系是i=i1i2…in，可知总传动比合理范围为i=6~20。
又 因为 ，
故 电动机的转速可选择范围相应为

符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min和1500r/min三种。
（4） 确定电动机的型号
选上述不同转速的电动机进行比较，查《机械基础》P499附录50及相关资料得电动机数据和计算出总的传动比，列于下表：
方案
电机型号
额定功率kW
电机转速r/min
电机质量kg
总传动比
同步
转速
满载转速
1
Y1602
6.3
750
720
38
8.87
2
Y160M1-2
6.3
1000
960
63
11.82
3
Y132M1-2
6.3
1500
1440
79
17.72
表二
为降低电动机重量，结合现在单价。选取同步转速为960r/min的Y系列电动机，型号为Y160M1-2。

2、 传动装置的总传动比的计算和分配
（1） 总传动比
（2） 分配各级传动比
各级传动比与总传动比的关系为i=i1i2。根据V带的传动比范围i1=2 ~ 4 ，初选i1＝2.96，则单级圆柱齿轮减速器的传动比为4，符合圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i2=3~5（8级精度），且符合了在设计带传动和一级圆柱齿轮减速器组成的传动装置中，应使带传动比小于齿轮传动比，即i带<i齿

4、计算传动装置的运动和动力参数
（1） 计算各轴输入转速
I轴：
II 轴 ：
w 轴 ：
（2）各轴的输入的功率
I轴：
I轴：
W轴：

（3） 各轴的出入转距

I轴：
II轴：
W轴：

把上述计算结果列于下表：
参数
轴名
输入功率 （kW）
转速(r/min)
输入转矩
（N.m）
传动比
传动效率
轴0（电动机轴）
6.33
960
62.97
2.96
0.96
轴I（高速轴）
6.08
342.87
178.73
4
0.99
轴II（低速轴）
5.84
81.21
686.76
1
0.97
轴w（滚筒轴）
5.72
672.65
表五

二、 传动零件的设计
1、 箱外传动件设计（V带设计）
（1）计算设计功率Pd

根据V带的载荷较平稳，两班工作制（16小时），，取KA＝1.2。
即
（2）选择带型
根据算出的＝9kW及小带轮转速n1＝324.87r/min ，可知应选取B型V带。
（3）确定带轮的基准直径并验证带速
小带轮基准直径为50～90mm（ddmin=50mm），则取dd1= 130mm> ddmin.（

① 查表6-2选=375mm
② 误差验算传动比：
误差 符合要求
② 带速
满足5m/s<v<25~30m/s的要求，故验算带速合适。
（4）确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角
由式
可得0.7（130+375）2（130+375）
即353.5mm1010mm，选取=700mm
所以有：

表6-3查得Ld＝2240mm
由：
实际中心距 ：a=726mm

验算小带轮包角：

所以小带轮包角
（5） 确定带的根数z
由：
根据： 查表6-5用线性插值法得=1.64kw，由表6-6查得功率增量为=0.30kw，由表6-3查得带长度修正系数 由表6-7查得包角系数=1 由表6-7查得包角系数=0.95

所以：=4.88
圆整得：z=5
（6）求单根v带的初拉力及带轮带上大的压力
由表6-1得B型普通v带每米质量q=0.17

三 齿轮传动的设计计算
（1） 选择齿轮的材料精度等级，热处理方法，齿面硬度及表面粗糙度机器为一般工作机器，速度不高。小齿轮选用45钢，硬度为220-250HBS 大齿轮选用45钢正火 硬度为170-210HBS 因为普通减速器，由表7-7选择8级精度，要齿面粗度3.2-6.3
（2） 按齿面接触度疲劳度计算
① 转矩
②查表7-10取k=1.1 查表 7-11取 ZE=189.8mpa
③取小齿轮的齿数Z=25 则大齿轮齿数z=100 因单级齿轮传动为对称布置。而齿轮故表7-14选取
④由图7-25查得6Hlim1=580MPa 6Hlin2=380mpa

由图7-24查得SH=1
由式得

（3）初步计算小齿轮的分度直径
①
②由表7-2得m=3
③

（3） 齿轮根弯曲疲劳强度
由式7-21求出6F 如6F则合格
由表7-12得
由表7-13得
由表7-26查得

由表7-9得SF=1.3
由表7-23查得
由式7-26得
故
可知：
验算齿轮的圆周速度：

由7-7表知选8级精度是合适的
四，轴的设计
（1） 高速轴的设计
① 选择轴的材料和热处理
采用45钢，并经调质处理，查《机械基础》P369表16－1，得其许用弯曲应力，。
② 初步计算轴的直径
由前计算可知：P1=2.09KW,n1=466.798r/min
其中，A取112。

考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则

查《机械基础》P458附录1，取d=25mm
③ 轴的结构设计
高速轴初步确定采用齿轮轴，即将齿轮与轴制为一体。根据轴上零件的安装和固定要求，初步确定轴的结构。设有7个轴段。
1段：该段是小齿轮的左轴端与带轮连接，该轴段直径为25mm，查《机械基础》P475附录23，取该轴伸L1＝60mm。
2段： 参考《机械基础》P373，取轴肩高度h为1.5mm，则d2=d1+2h=28mm。
此轴段一部分用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。
3段：此段装轴承，取轴肩高度h为1mm，则d3=d2+2h=30mm。
选用深沟球轴承。查《机械基础》P476附录24，此处选用的轴承代号为6306，其内径为30mm，宽度为19 mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小1~2mm。取此段长L3=17mm。
4段与6段：为了使齿轮与轴承不发生相互冲撞以及加工方便，齿轮与轴承之间要有一定距离，取轴肩高度为2mm，则d4=d6=d3+2h=33mm，长度取5mm，则L4= L6＝5mm。
5段：：此段为齿轮轴段。由小齿轮分度圆直径d=60mm可知，d6=60mm。因为小齿轮的宽度为70mm，则L5=70mm。
7段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d7=30mm，L7＝17mm。
由上可算出，两轴承的跨度L＝mm
④ 高速轴的轴段示意图如下：

⑤ 按弯矩复合强度计算
A、圆周力：
B、径向力：
ⅰ）绘制轴受力简图

ⅱ）绘制垂直面弯矩图
轴承支反力：

由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为

如图
ⅲ）绘制水平面弯矩图

ⅳ）绘制合弯矩图

ⅴ）绘制扭转图
转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取α=0.6，

ⅵ）绘制当量弯矩图
截面C处的当量弯矩：

ⅶ)校核危险截面C的强度
轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的C处，W＝0.1d43

所以 轴强度足够。
（2）低速轴的设计
① 选择轴的材料和热处理
采用45钢，并经调质处理，查《机械基础》P369表16－1，得其许用弯曲应力，。
② 初步计算轴的直径
由前计算可知：P2=2.007KW,n2=116.700r/min
计算轴径公式：
即：
其中，A取106。

考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则

查《机械基础》P458附录1，取d=30mm
① 轴的结构设计
根据轴上零件得安装和固定要求，并考虑配合高速轴的结构，初步确定低速轴的结构。设有6个轴段。
1段： 此段装联轴器。装联轴器处选用最小直径d1=32mm，根据《机械基础》P482附录32，选用弹性套柱销联轴器，其轴孔直径为32mm，轴孔长度为60mm。根据联轴器的轴孔长度，又由《机械基础》P475附录23，取轴伸段（即Ⅰ段）长度L1＝58mm。
2段：查《机械基础》P373，取轴肩高度h为1.5mm，则d2=d1+2h=mm
此轴段一部分长度用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。
3段：取轴肩高度h为2.5mm，则d3=d2+2h=35+2mm。此段装轴承与套筒。选用深沟球轴承。查机械基础P476附录24，此处选用的轴承代号为6208，其内径为40mm，宽度为18mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小1~2mm。取套筒长度为10mm，则此段长L3=（18-2）+10+2=28mm。
4段：此段装齿轮，取轴肩高度h为2.5mm，则d4=d3+2h=mm。因为大齿轮的宽度为60mm，则L4=60-2=58mm
5段：取轴肩高度h为2.5mm，则d5=d4+2h=50mm，长度与右面的套筒相同，即L5=10mm。
6段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d6=40mm，L6＝17mm。
由上可算出，两轴承的跨度L＝。
② 低速轴的轴段示意图如下：

③ 按弯矩复合强度计算
A、圆周力：
B、径向力：
ⅰ）求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ

ⅱ)由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为
受力图：

ⅲ）截面C在水平面上弯矩为：

ⅳ）合成弯矩为：

ⅴ）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取α=0.6，截面C处的当量弯矩：

ⅵ)校核危险截面C的强度
轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的C处，W＝0.1d43

所以轴强度足够。
（3）确定滚动轴承的润滑和密封
由于轴承周向速度为1m/s <2m/s，宜用轴承内充填油脂来润滑。滚动轴承外侧的密封采用凸缘式轴承盖和毡圈来密封。
（4）回油沟
由于轴承采用脂润滑，因此在箱座凸缘的上表面开设回油沟，以提高箱体剖分面处的密封性能。
（5）确定滚动轴承在箱体座孔中的安装位置
因为轴承采用脂润滑，那么可取轴承内侧端面到箱体的距离为10mm，并设置封油盘，以免润滑脂被齿轮啮合时挤出的或飞溅出来的热油冲刷而流失。
( 6 ) 确定轴承座孔的宽度L
，为箱座壁厚，，为箱座、箱盖连接螺栓所需的扳手空间，查机械基础表19-1得，取＝8mm，C1＝18mm，C2＝16mm，L＝8+18+16+8＝50mm。
（7）确定轴伸出箱体外的位置
采用凸缘式轴承盖，LH3型弹性柱销联轴器，高速轴轴承盖所用螺栓采用规格为GB/T5782 M630，低速轴采用螺栓采用规格为GB/T5782 GB/T5782M835为了方便在不拆卸外接零件的情况下，能方便拆下轴承盖，
查《机械基础》附录33，得出A、B的长度，则：
高速轴：L1>(A-B)=35-23=12mm；低速轴：L2>(A-B)=45-38=7mm
由前设定高速轴的L=60mm，低速轴的可知，满足要求。
( 8 ) 确定轴的轴向尺寸
高速轴（单位：mm）：
各轴段直径
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
25
28
30
33
60
33
25
各轴段长度
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
60
60
17
5
70
5
17
低速轴（单位：mm）：
各轴段直径
D1
D2
D3
D4
D5
D6
32
35
40
45
50
40
各轴段长度
L1
L2
L3
L4
L5
L6
58
60
28
58
10
17

4、滚动轴承的选择与校核计算
根据《机械基础》P437推荐的轴承寿命最好与减速器寿命相同，取10年，一年按300天计算， T h=(300×10×8)=24000h
（1）高速轴承的校核
选用的轴承是6306深沟型球轴承。
轴承的当量动负荷为
由《机械基础》P407表18－6查得，fd＝1.2～1.8，取fd=1.2。
因为Fa1=0N，Fr1= 518.8N，则
查《机械基础》P407表18－5得，X= 1，Y= 0 。

查《机械基础》p406表18-3得：ft=1 ，
查《机械基础》p405得：深沟球轴承的寿命指数为＝3 ，
Cr= 20.8KN；
则
所以预期寿命足够，轴承符合要求。
（2）低速轴承的校核
选用6208型深沟型球轴承。
轴承的当量动负荷为
由《机械基础》P407表18－6查得，fd＝1.2～1.8，取fd=1.2。
因为Fa2=0N，Fr2=492N，则
查《机械基础》P407表18－5得，X=1 ，Y=0 。

查《机械基础》p406表18-3得：ft=1 ，
查《机械基础》p405得：深沟球轴承的寿命指数为＝3 ，Cr=22.8KN；
则
所以预期寿命足够,轴承符合要求。
5、键联接的选择及其校核计算
（1）选择键的类型和规格
轴上零件的周向固定选用A形普通平键，联轴器选用B形普通平键。
① 高速轴（参考《机械基础》p471、附录17，《袖珍机械设计师手册》p835、表15-12a）：根据带轮与轴连接处的轴径25mm，轴长为60mm，查得键的截面尺寸b＝8mm ，h＝7mm
根据轮毂宽取键长L＝40mm
高速齿轮是与轴共同制造，属于齿轮轴。
② 低速轴：
根据安装齿轮处轴径，查得键的截面尺寸，根据轮毂宽取键长。
根据安装联轴器处轴径，查得键的截面尺寸，取键长L=50mm。
根据轮毂宽取键长L＝72mm（长度比轮毂的长度小10mm）
（2）校核键的强度
① 高速轴轴端处的键的校核：
键上所受作用力：
ⅰ）键的剪切强度

键的剪切强度足够。
ⅱ）键联接的挤压强度
<

键联接的挤压强度足够。
② 低速轴两键的校核
A、 低速轴装齿轮轴段的键的校核：
键上所受作用力：
ⅰ）键的剪切强度

键的剪切强度足够。
ⅱ）键联接的挤压强度
键联接的挤压强度足够。
B、低速轴轴端处的键的校核：
键上所受作用力 ：
ⅰ）键的剪切强度

键的剪切强度足够。
ⅱ）键联接的挤压强度
键联接的挤压强度足够。
6、联轴器的扭矩校核
低速轴：
选用弹性套柱销联轴器，查《机械基础》P484附录33，得许用转速[n]＝3800r/min
则 n2＝116.7r/min<[n]
所以符合要求。
7、减速器基本结构的设计与选择
（1）齿轮的结构设计
① 小齿轮：根据《机械基础》P335及前面设计的齿轮尺寸，可知小齿轮齿根圆直径为52.5mm，根据轴选择键的尺寸h为7 ，则可以算出齿根圆与轴孔键槽底部的距离x=mm，而2.5，则有x<2.5，因此应采用齿轮轴结构。
（2）滚动轴承的组合设计
① 高速轴的跨距L＝L1+L2+L3+L4+L5=60+60+17+5+70+5+17=234mm，采用分固式结构进行轴系的轴向固定。
② 低速轴的跨距L＝L1+L2+L3+L4+L5=58+60+28+58+10+17=231mm，采用分固式结构进行轴系的轴向固定。
（3）滚动轴承的配合
高速轴的轴公差带选用j 6 ，孔公差带选用H 7 ；
低速轴的轴公差带选用k 6 ，孔公差带选用H 7 。
高速轴：轴颈圆柱度公差/ P 6 = 2.5，外壳孔/ P 6 = 4.0；
端面圆跳动轴肩/ P 6 = 6，外壳孔/ P 6 = 10。
低速轴：轴颈圆柱度公差/ P 6 = 4.0，外壳孔/ P 6 = 6；
端面圆跳动轴肩/ P 6 = 10，外壳孔/ P 6 = 15。
轴配合面Ra选用IT6磨0.8，端面选用IT6磨3.2；
外壳配合面Ra选用IT7车3.2，端面选用IT7车6.3。
（4）滚动轴承的拆卸
安装时，用手锤敲击装配套筒安装；为了方便拆卸，轴肩处露出足够的高度h，还要留有足够的轴向空间L，以便放置拆卸器的钩头。
（5）轴承盖的选择与尺寸计算
①轴承盖的选择：
选用凸缘式轴承盖，用灰铸铁HT150制造，用螺钉固定在箱体上。其中，轴伸端使用透盖，非轴伸端使用闷盖。
②尺寸计算
Ⅰ）轴伸端处的轴承盖（透盖）尺寸计算
A、高速轴：
选用的轴承是6306深沟型球轴承，其外径D＝72mm，采用的轴承盖结构为凸缘式轴承盖中a图结构。查《机械基础》P423计算公式可得：
螺钉直径d3＝8，螺钉数 n＝4

B、低速轴：
选用的轴承是6208型深沟型球轴承，其外径D＝80mm。尺寸为：
螺钉直径8，螺钉数4

图示如下：

Ⅱ）非轴段处的轴承盖（闷盖）尺寸计算：高速轴与低速轴的闷盖尺寸分别与它们的透盖尺寸相同。
（6）润滑与密封
① 齿轮的润滑
采用浸油润滑，浸油深度为一个齿高，但不小于10mm。
② 滚动轴承的润滑
由于轴承周向速度为1m/s <2m/s，所以选用轴承内充填油脂来润滑。
③ 润滑油的选择
齿轮选用普通工业齿轮润滑油，轴承选用钙基润滑脂。
④ 密封方法的选取
箱内密封采用挡油盘。箱外密封选用凸缘式轴承盖，在非轴伸端采用闷盖，在轴伸端采用透盖，两者均采用垫片加以密封；此外，对于透盖还需要在轴伸处设置毡圈加以密封。

五、箱体尺寸及附件的设计
1、箱体尺寸
采用HT250铸造而成，其主要结构和尺寸如下：
中心距a=151.5mm，取整160mm
总长度L：
总宽度B：
总高度H：
箱座壁厚：，未满足要求，直接取8 mm
箱盖壁厚：，未满足要求，直接取8mm
箱座凸缘厚度b： =1.5*8=12 mm
箱盖凸缘厚度b1： =1.5*8=12mm
箱座底凸缘厚度b2：=2.5*8=20 mm
箱座肋厚m：=0.85*8=6.8 mm
箱盖肋厚m1：=0.85*8=6.8mm
扳手空间： C1＝18mm，C2＝16mm
轴承座端面外径D2：高速轴上的轴承：
低速轴上的轴承：
轴承旁螺栓间距s：高速轴上的轴承：
低速轴上的轴承：
轴承旁凸台半径R1：
箱体外壁至轴承座端面距离：
地脚螺钉直径：
地脚螺钉数量n：因为a=160mm<250mm，所以n=4
轴承旁螺栓直径：
凸缘联接螺栓直径： ,取＝10mm
凸缘联接螺栓间距L：， 取L＝100mm
轴承盖螺钉直径与数量n：高速轴上的轴承：d3=6, n＝4
低速轴上的轴承： d3=8，n＝4
检查孔盖螺钉直径：,取d4＝6mm
检查孔盖螺钉数量n：因为a=160mm<250mm,所以n=4
启盖螺钉直径d5（数量）：（2个）
定位销直径d6（数量）： （2个）
齿轮圆至箱体内壁距离： ，取 ＝10mm
小齿轮端面至箱体内壁距离： ，取 ＝10mm
轴承端面至箱体内壁距离：当轴承脂润滑时，＝10～15 ，取 ＝10
大齿轮齿顶圆至箱底内壁距离：>30～50 ，取 ＝40mm
箱体内壁至箱底距离： ＝20mm
减速器中心高H： ，取H＝185mm。
箱盖外壁圆弧直径R：
箱体内壁至轴承座孔外端面距离L1：

箱体内壁轴向距离L2：
两侧轴承座孔外端面间距离L3：
2、附件的设计
（1）检查孔和盖板
查《机械基础》P440表20－4，取检查孔及其盖板的尺寸为：
A＝115，160，210，260，360,460，取A＝115mm
A1＝95mm，A2＝75mm，B1＝70mm，B＝90mm
d4为M6，数目n＝4
R＝10
h＝3
A
B
A1
B1
A2
B2
h
R
n
d
L
115
90
95
70
75
50
3
10
4
M6
15

（2）通气器
选用结构简单的通气螺塞，由《机械基础》P441表20－5，取检查孔及其盖板的尺寸为（单位：mm）：
d
D
D1
S
L
l
a
D1
M22 1.5
32
25.4
22
29
15
4
7

（3）油面指示器
由《机械基础》P482附录31，取油标的尺寸为：
视孔
A形密封圈规格
（4）放油螺塞
螺塞的材料使用Q235，用带有细牙螺纹的螺塞拧紧，并在端面接触处增设用耐油橡胶制成的油封圈来保持密封。由《机械基础》P442表20－6，取放油螺塞的尺寸如下（单位：mm）：
d
D0
L
l
a
D
S
d1
M24 2
34
31
16
4
25.4
22
26
（5）定位销
定位销直径 ，两个，分别装在箱体的长对角线上。
＝12+12＝24，取L＝25mm。
（6）起盖螺钉
起盖螺钉10mm，两个，长度L>箱盖凸缘厚度b1=12mm，取L＝15mm ，端部制成小圆柱端，不带螺纹，用35钢制造，热处理。
（7）起吊装置
箱盖上方安装两个吊环螺钉，查《机械基础》P468附录13，
取吊环螺钉尺寸如下（单位：mm）：
d（D）
d1(max)
D1（公称）
d2(max)
h1(max)
h
d4
M8
9.1
20
21.1
7
18
36
r1
r(min)
l(公称)
a(max)
b（max）
D2（公称min）
h2(公称min)
4
1
16
2.5
10
13
2.5
箱座凸缘的下方铸出吊钩，查《机械基础》P444表20－7得，
B=C1+C2=18+16=34mm
H=0.8B=34*0.8=27.2mm
h=0.5H=13.6mm
r2 =0.25B=6.8mm
b=2 =2*8=16mm

六，装配图

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