单级斜齿圆柱齿轮减速器的设计计算说明书.doc

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XXXX大学X学院
课程设计说明书

课程名称： 机械零件课程设计
题目名称： 带式运输机的齿轮减速器
班 级：2008级机械设计制造及其自动化专业四班
姓 名： 侯文恒
学 号： 200841914412
指导教师： 高英武
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20 年 月 日

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目录

一、设计任务书 ……………………………………………………2
二、设计目的…………………………………………………………4
三、运动参数的计算，原动机选择…………………………………4
四、链条传动的设计计算……………………………………………5
五、齿轮传动的设计计算……………………………………………5
六、轴的设计计算
低速轴的设计……………………………………………………8
高速轴的设计与校核……………………………………………8
七．滚动轴承的选择校核……………………………………………11
八．键的选择和校核…………………………………………………12
九．联轴器的选择和计算……………………………………………13
十一润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择……………………14
十二.设计小结…………………………………………………………15
十三.参考资料…………………………………………………………15

一. 设计任务书
1.设计题目：带式运输机的齿轮减速器
2.传动装置简图

1.电动机 2.联轴器 3.单级斜齿圆柱论减速器 4.链传动 5.驱动滚轮 6.运动带
3.工作条件
1）使用期限10年，二班制（每年按300天计算）;
2）载荷有轻微冲击;
3）运输物品，货物;
4）传动不可逆.
4.原始条件
1)工作机输入功率4.5KW;
2)工作机输入转速160r/min.
二.设计目的
（1）培养理论联系实际的设计思想，分析和解决机械设计、选型和校核计算等方面的知识。
 （2）培养学生对机械设计的技能以及独立分析问题、解决问题能力。树立正确的设计思想，重点掌握典型齿轮减速器的工作原理和动力计算特点，为今后的实际工作奠定基础。
（3）进行设计基本技能的训练，例如查阅设计资料（手册、标准和规范等）、计算、运用以及使用经验数据、进行经验估算和处理数据的能力。进一步培养学生的CAD制图能力和编写设计说明书等基本技能。完成作为工程技术人员在机械设计方面所必备的设计能力的训练。
三、运动参数的计算，原动机选择
一、电动机的选择
1． 运动参数的计算，电动机的选择。
（1）查表可得各传动机构的传动效率如下表：

效率
齿轮
键
联轴器
轴承
卷筒

0.97
0.96
0.99
0.99
0.96

所以由上表计算出机构的总的传动效率
总=0.992×0.99× 0.97×0.96×0.97×0.96=0.84
计算电动机功率
P电=4.5/0.84=5.36(kw)
(2)选择电动机
a)根据电机转速、电机所需的工作功率Pd考虑到传动装置尺寸、重量传动比与价格等因素，根据机械设计手册167页表12-1查得电动机型号为Y132S1-2， 额定功率为5.5KW，满载转速为2900r/min.
b)分析电动机选择：同一功率的电动机通常有几种同步转速可供选用，同步转速高的电动机,级数越少,成本越低,所以应尽量选用同步转速高的电动机.
2.传动比的分配
总传动比：i总=n电动/n筒=2900/150=18.125
i 总=i齿× i链 [ i链（2-7）＜i齿（4-6）]
取i链=4.1 ; i齿=4.7
3.计算轴的转速，功率，转矩

项目
电动机
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
转速n
2900
2900
644
160
功率p
5.5
5.39
5.18
4.62
转矩T
18.11
17.75
76.7
275.72
传动比i
1
4.7
4.1
效率
0.99
0.96
0.95

四． 链条传动的设计计算
计算及说明
结果
1.由上面步骤可知；i链=4.1
链轮齿数；表13-12选 Z1 =23-25
大齿轮的齿数: Z2 =i链Z1 =94.3
实际传动比:i=Z2/Z1 =95/23=4.13(误差小于5% 可用)
2. 链条节数：
初定中心距a0=40Pa ，由式下式可得：
Lp =2a0/P + (Z1+Z2)/2 + P/a0 × (Z2-Z1)2/(2π)2=142.3节
3.计算功率：KA =1.2
Pc =KAP =5.18×1.2=6.27KW
4.链条节距：P0 =Pc/KzKm =5.09KW
结合小链轮的转速(n=644r/min)，查图可知：
Kz =(Z1/19)1.08 =1.23
采用单排链 Km =1.0 ,节距P=15.875mm
5.实际中心距：a =a0 =30P =635mm
6.计算链速：v =Z1Pn1/60000 =3.92m/s
7.作用在轴上的压力：
FQ =（1.2∽1.3）F ；取FQ =1.3F
F =1000Pc/v =1586.7N
FQ =2062.8N

取Z1 =23
取Z2=95

取Lp=142节

选用10A单排链

五． 齿传动的设计计算
计算及说明
结果
一． 齿轮的设计
1.选择齿轮类型，材料及齿数
1)按图所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。
2)材料选择：分析选择小齿轮材料为45钢（表面淬火），硬度为40∽50HRC，大齿轮材料为45钢（表面淬火），硬度为40∽50HRC，二者材料选取一致。
3)取小齿轮齿数为Z1=19，大齿轮齿数为Z2=4.5×19=85.5，取Z2=86
2.按齿根弯曲强度设计计算
1）查得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限 бFE=680MPa，大、小齿轮接触疲劳极限бHlim =1150Mpa,最小安全系数SH=1,SF=1.25,弹性系数ZE=188.0,ZH=2.5,计算弯曲疲劳许用应力:
[бF1]=[ бF2]=0.7бFE/SF=380.8Mpa
[бH1]=[ бH2]=SHlim./SH=1150MPa
2）计算载荷系数K
齿轮按8级精度制造。查表取载荷系数K=1.3，齿宽系数φd=0.8，计算齿轮转矩﹑初选螺旋角﹑实际传动比以及齿形系数。
小齿轮上的转矩 T1 = 9.55×106×（PⅠ/ nⅠ）
= 1.77×104 N·mm
初选螺旋角 = 15°
齿形系数 ZV1=Z1/=21.08
ZV2=Z2/=95.43
查图11－8得 YFa1=2.88 YFa2=2.23
查图11－9得 YSa1=1.57 YSa2= 1.78
3)计算大、小齿轮的并加以比较
= 0.01187 ＞ = 0.01042
故应对小齿轮进行弯曲强度计算
法向模数 mn≥ = 1.38
取mn= 2
4)计算中心距
a= 108.71mm
a圆整后取110mm
5)按圆整后的中心距修正螺旋角
β= arcos= 17。20’48”
6)计算大、小齿轮的分度圆直径
d1=39.81mm
d2=180.2mm
7)计算齿轮宽度
b=φdd1= 0.8×39.81= 31.848mm
取b1= 32mm，b2= 37mm
3.按齿面接触强度设计
σH1= ZEZHZβ
= 126.7MPa ＜[σH1]= 380.8MPa
σH2= ZEZHZβ
=111.23 MPa ＜[σH2] = 380.8MPa
安全
齿轮的圆周速度
V= = 6.04 m/s
对照表可知，选8级制造精度是合宜的。
各参数如下图
项目
结果
齿数
Z1=19
Z2=86
分度圆直径
d1=39.81mm
d2= 180.2mm
中心距
a= 110mm
齿轮宽度
b1= 32mm
b2= 37mm

六 轴的计算
计算及说明
结果
1. 计算各轴的最小直径
根据公式 得： d1≥13.5mm ;d2≥22mm
考虑到第Ⅰ轴与联轴器相接，第Ⅱ轴与齿轮相接，由于链轮和联轴器是标准件，查表确定第Ⅰ轴最小径为16mm; 第Ⅱ轴最小直径为 24 mm
2. 确定齿轮和轴承的润滑
计算齿轮圆周速度 =6.04m/s
齿轮采用油池润滑
3. 轴材料的选择
根据轴的受力分析查表15-1 选择45钢，正火处理
4. 轴的结构设计
(1) 高速轴
拟订轴上的零件装配方案，根据受力分析选择角接触球轴承，根据最小直径和安装轴承盖和齿轮的要求，初步定轴长和轴肩，轴端倒角为2×45°,各轴间处的倒角半径为R4。
选择圆锥磙子轴承 30205 d = 25 mm D = 52mm B = 15 mm T=16.25mm。

这根高速轴为齿轮轴，m = 2 z = 19,分度圆 d =40mm
(2) 低速轴
拟订轴上的零件装配方案，根据受力分析选择角接触球轴承，根据最小直径和安装轴承盖和齿轮的要求，初步定轴长和轴肩，轴端倒角为2×45°,各轴间处的倒角半径为R4。
选择圆锥磙子轴承 30206 d = 35 mm D = 72 mm B = 17mm T=17.25

由于D1和D4出需要装配轴承，所以D1=D4=Φ30 mm ,与轴承内壁配合。D3处为齿轮定位作用根据结构定D3=Φ36 mm。根据轴的最小直径所以D6=Φ22mm 与链轮配合。
根据轴肩的要求D2=Φ42 mm。
根据齿宽B和轴承标准件的宽度以及箱座的的结构，定
L1=17mm;L2=10 mm;L3=33mm ;
L4=30 mm; L5=53 mm ；
总长L = 200mm ；
轴的公差:根据表18-5得，D2=Φ42 H7/js6 D1=D4=Φ30 H7/h6
D6=Φ22H7/h6 ；以上配合都选用7级精度标准。即IT7。
5.轴的校核（低速轴）
低速轴的圆周力
N
径向力
320N
轴向力
265N

1)求垂直面的支承反力
-180.7N
501N
2)求水平面的支承反力
425N
3）F力在支点产生的反力
3593N
5655N
外力F作用方向与链传动方向的布置有关，在具体布置尚未确定前，可按最不利的情况考虑
4）绘垂直面的弯矩图（轴的载荷分析图）
17.5N·m
-6.3N·m
5)绘水平面的弯矩图（轴的载荷分析图）
14.9N·m
6）F力产生的弯矩图（轴的载荷分析图）
251.7 N·m
a- a截面F力产生的弯矩为
125.8 N·m
7）求合成弯矩图（轴的载荷分析图）
考虑到最不利的情况，把 与直接相加
148.8N·m
142 N·m
8）求轴传递的转矩
76.5 N·m
9）求危险截面的当量弯矩
由图可见，a-a截面最危险，其当量弯矩为
轴的载荷分析图如下

如认为轴的扭切应力是脉动循环应力，取折合系数
α=0.6，代入上式可得
155.7N·m
10）计算危险截面处的直径
轴的材料选用45钢，调质处理，查的σB= 650MPa,查的
[σ-1b]= 60MPa,则
29.6 mm
考虑到键槽对轴的削弱，将d值加大5%，故
d= 1.05×29.6= 31mm < d3=36mm
所以轴合格

Φd1=16mm
Φd2=20mm
Φd3=25mm
Φd4=30mm
Φd6=25mm

Φd1=30mm
Φd2=42mm
Φd3=36mm
Φd4=30mm
Φd5=26mm
Φd6=22mm

T2=76700N·mm
d2=180mm
αn=20°
β=17.34°
L=70mm
K=122mm

F=2062.8 N

七 滚动轴承的选择及计算
计算及说明
结果
分析低速轴上的受力情况，初选用圆锥滚子轴承30206
1.径向力
Fr1==461.3N
Fr2==657N
2.内部轴向力 查表有Y=1.6
FS1=FR1/2Y=144.2N
FS2=FR2/2Y=205.3N
3.轴向力
由于FS1+Fa=409.6＞FS2
所以轴向力为Fa1 =409.6; Fa2 =205.3N
且轴承1紧压，轴承2放松
4.当量载荷
查表可知e=1.5=0.402
由于Fa1/ Fr1=0.88＞0.402
Fa2/ Fr2=0.31＜0.402
所以X1=0.4 Y1=0.4=1.49; X2=1 Y2=0
故当量动载荷为
P1=X1 Fr1+ Y1 Fa1=794.8 N
P2=X2 Fr2+ Y2 Fa2=657N

5. 基本额定动载荷Cr
因轴的结构要求两端选择同样尺寸的轴承，今P1＞P2，故应以轴承1的径向当量动载荷P1为计算依据。因受中等冲击载荷，查表有fp=1.5,工作温度正常，查表有ft=1，所以
Cr1=fp P1/ft=14.6KN
查手册可知，轴承的径向基本额定动载荷Cr=43.2KN。因为Cr1＜Cr。故选用30206轴承合适。

由前面内容可知
FV1=180.7N
FV2=501N
FNI=FH2=425N

Fa=265.4N

Lh=3001016
=48000(h)

八 键连接的选择及校核计算

计算及说明
结果
1高速轴上用于和联轴器相配合的键
轴径d1=16mm,L1=50mm
查手册选用A型平键，得：
键A 5×5×50 GB/T1096-2003
T1=17.75N·m h=5mm l=40mm
根据课本得
= =22.19Mpa<
2低速轴上用于和链轮相配合的键
轴径d2=22mm L2=50mm
查手册选用A型平键,得：
键A 5×5×50 GB/T1096-2003
T2=76.7Nm h=5mm l=40mm
据课本得
==69.7MPa<
3、输出轴与大齿轮联接用平键联接
轴径d3=36mm L3=28mm T3=76.7Nm
查手册选用A型平键
键12×8 GB1096-79
l=L3-b=28-10=18mm h=8mm
据课本得
==59.2MPa<
由上可知，选用的键均符合条件
A型平键
5×5 x50
110MPa

A型平键
5×5 x50
110MPa

A型平键
10x8 x28

=110Mpa

九 联轴器的选择
根据轴设计中的相关数据，查表8-5（机械设计基础课程设计），轴伸安装联轴器，考虑到该轴传递的扭矩较大，选用弹性柱销联器，选用联轴器的型号为LT2, 其主要参数如下：

型号
LT3
公称转矩Tn/(N·m)
31.5
许用转速[n]|钢(r/min)
6300
轴孔直径d1、d2、dz|钢(mm)
16、18、19
轴孔长度|Y型|L(mm)
42
轴孔长度|J,J1,Z型|L1(mm)
30
轴孔长度|J,J1,Z型|L(mm)
42
轴孔长度|L(mm)推荐
42
D|(mm)
95
A|(mm)
35
重量|(kg)
2.2
转动惯量|(kg·m^2)
0.0023
许用安装补偿|ΔY(mm)
0.2
许用安装补偿|Δα
1.30'

GB/T4323-2002

十 减速器附件的选择
通气器：由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M12×1.5
油面指示器:选用游标尺M6
起吊装置:采用箱盖吊耳、箱座吊耳
放油螺塞:选用外六角油塞及垫片M8×1.5

十一 润滑与密封
1.传动件的润滑（油池润滑）：适用于齿轮圆周速度V≤12m/s的减速器。为了减小齿轮的阻力和油的升温，齿轮浸入油中的深度以1∽2个齿高为宜，速度高时还应浅些，在0.7个齿高上下，但至少要有10mm,速度低时，允许浸入深度达1/6∽1/3的大齿轮顶圆半径。油池保持一定深度，一般大齿轮齿顶圆到油池底面的距离不应小于30∽50mm。以免太浅会激起沉积在箱底的油泥，油池中应保持一定的油量，油量可按每千瓦约350∽700cm3来确定，在大功率时用较小值。
2.滚动轴承的润滑：减速器中滚动轴承的润滑应尽可能利用传动件的润滑油来实现，通常根据齿轮的圆周速度来选择润滑方式，本设计采用润滑脂润滑，并在轴承内侧设置挡油环，以免油池中的稀油进入舟车功能而使润滑脂稀释。
3.润滑剂的选择：润滑剂的选择与传动类型、载荷性质、工作条件、转动速度等多种因素有关。轴承负荷大、温度高、应选用粘度较大的润滑油。而轴承负荷较小、温度低、转速高时，应选用粘度较小的润滑油，一般减速器常采用HT-40,HT-50号机械油，也可采用HL-20,HL-30齿轮油。当采用润滑脂润滑时，轴承中润滑脂装入量可占轴承室空间的1/3~1/2。
4.减速器的密封：减速器的密封是为了防止漏油和外界灰尘和水等进入常见的漏油部位有分箱面、轴头、盖端及视孔盖等。
5.分箱面的密封，可在箱体剖分面上开回油槽，轴伸出处密封的装置有垫圈，O型橡胶圈和唇形密封圈。

十二 设计小结
回想刚开始怀着的雄心壮志，以为当完成一幅幅由自己亲身设计出来的图纸时会有无法比拟的成就感，可，当完成零件图的最后一个标注，居然丝毫感受不到成就，只觉得身心轻松。半个多月的设计，让我们把机械设计中要联系到的东西都熟悉了一遍，恍然大悟，原来自己学过的东西如此不牢固。翻书，查表，看手册，开始时并没有找到好的方法，像只无头苍蝇找不到方向，渐渐的，不再盲目，找到了自己好的方法，不好高骛远，不心浮气躁，确保尺寸的精确性和布局的合理性。我始终相信，付出就有回报。就算重复机械式的简单操作，对CAD的熟练程度也明显加深；不断的查阅机械设计手册，让我对各零件的尺寸标准有进一步的认识。总之，这两个星期的学习让我进步了许多，也为以后的各种课程设计打下基础，学习可以随时随地。
十三 参考资料目录
[1] 吴宗泽，罗圣国主编.《机械设计课程设计手册》.高等教育出版社， 2006.5
[2]孙桓、陈作模主编.《机械原理》.高等教育出版社出版,2000.8
[3]刘鸿文主编.《材料力学》.高等教育出版社,2004.1
[4]徐学林主编.《互换性与测量技术基础》.湖南大学出版社,2005.8
[5] 刘希平主编.《工程机械构造图册》.机械工业出版社,2007.5
[6] 刘朝儒，彭福荫，高治一主编.《机械制图（第四版）》.高等教育出版社. 2001年8月第四版,2002.6
[7] 主东梅主编.《画法几何及机械制图》.高等教育出版社, 2000.12

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