单级圆柱减速器机械设计说明.doc

题目： 单级圆柱减速器

课程设计

姓 名：
学 号：
专业： 交流生
班级： 交流
指导教师： 完成时间： 2024年3月24日
目 录

一、 设计任务书 1
二、 机械传动装置的总体设计 1
三、 计算V带传动 4
四、 齿轮的计算 7
五、 轴的初步计算 11
六、 轴承的计算与选择 18
七、 键的选择与验算 21
八、 联轴器的选择 23
九、 润滑与密封设计 23
十、 相关参数的验证及误差分析 24
十一、 箱体的机构设计 25
十二、 参考资料 2７

一、 设计任务书
原料车间一运送饮料的带式输运机，由电动机经一级减速传动装置带动，该减速传动装置系由单机齿轮减速器配合其他传动件组成。该带式运输机折合每日两班制工作，工作期限5年。
设计参数如下:
运输带主动鼓轮轴输入端转矩 Tw=500 N·m
主动鼓轮直径 D=350 mm
运输带工作速度 Vw=1.5 m/s
二、 机械传动装置的总体设计
（一） 确定传动方案
Pw=4.285Kw

（二） 选择电动机
1) 工作机的转速
nW=60×Vw×1000/πD=60×1.5×1000/（π×350）=81.851r/min
2) 工作机的输入功率
Pw=TW×nW/9550 kw=500×81.851/9550=4.285 kw
3) 电动机所需的输出功率P0
Po=Pw/(kw)
Nw=86.398
r/min
η =0.811
(7级精度)
Po=5.44Kw
nm=1440
r/min

=0.95 ×0.98×0.91×0.993²×0.994=0.802
查课设表2-2
=0.97 （选7级精度（稀油润滑）圆柱齿轮传动）
=0.95 （V带传动）
=0.91（开式滚子链）
=0.993 （ 2个弹性联轴器（运送饮料的带式运输机，每日两班工作，5年，而非金属寿命短））
=0.99 （ 4个滚子轴承转速较高，旋转精度高）
4) 选择电动机 　
　　　　　　查课设表2-3
　　　　　　　　选Ｙ１３２Ｍ——４
电动机主要参数：
电动机
型号
额定功率(kW)
设计功率(kW)
同步转速(r/min)
满载转速nm(r/min)
堵载转矩
额定转矩
最大转矩
额定转矩
Y132Ｍ-4
5.50
5.10
1500
1440
2.2
2.2

（三） 总传动比的确定与分配
1) 总传动比
i总=17.593
i带=2.000
i齿=4.000
i链=2.199

2) 传动比的分配
　　　查课设表２－１
　取i链=2.199，得i齿=4.000，
　则i带= i/（i齿×i链）
=17.593/（2.199*4.000）=2.000
（四） 确定各轴的功率、转矩和转速
1) 各轴输入功率
Po=5.297Kw
PI=5.032Kw
PII=4.882Kw

No=1440
r/min
NI=720r/min
NII=180r/min

T0=35.129
N·m
T1=66.744 N·m
T2=259.017
N·m

①　 电动机轴
②　 轴Ⅰ(减速器高速轴)

③　 轴Ⅱ(减速器低速轴)
2) 各轴转速
①　 电动机轴
②　 轴Ⅰ
③　 轴Ⅱ
3) 各轴转矩
①　 电动机轴
②　 轴Ⅰ
③　 轴Ⅱ
把上述计算结果列于下表:

输入功率kw
转速n (r/min)
输入转矩T Nm
电动机轴
5.297
1440
35.129
轴Ⅰ
5.032
720
66.744
轴Ⅱ

4.882
180
259.017

三、 计算V带传动
（一） 确定计算功率
根据V带工作条件,由表13-6选工作情况系数
所以
（二） 选择带的型号
根据Pc与小带轮转速n,由图13-12Ⅰ,选用A型普通V带。
（三） 确定带轮的基准直径d1和d2
1) 选择小带轮基准直径d1
dd1=112mm
dd2=220mm
根据图13-12及表13-7，在A型V带的带轮基准直径范围112~140mm中选取小带轮基准直径
2) 选择大带轮基准直径d2

查表13-7取标准值　　
（四） 验证带速

带速在5～25 m/s范围内,故带轮的基准直径选取合适。
（五） 确定中心距和带长

1) 初步确定中心距

故初定中心距
2) 初定V带基准长度

根据初定的带长,查表13-2选取相近的基准长度:
Ld=1400mm
a=435.603mm
α=165.807º.
近似计算实际所需中心距 [2]
（六） 验算小带轮包角

故主动轮上包角合适[2]。

（七） 确定V带的根数

查表13-5得A型普通V带
查表13-8得A型普通V带
根据表13-9选取传动比系数
则功率增量为
查表13-10得
查表13-2得
因为
所以带的根数为Z=4

（八） 计算张紧力Fo
由表13-1查得 q=0.1kg/m

Ｆo=158.060N
（九） 计算作用在轴上的压轴力
N
Z=4
B=65mm

（十） 确定大带轮的结构

参数
结果
参数
结果
Pc
6.3564KW

112mm

220mm

8.445 m/s

436mm
Z
4根

158.06N

1198.378N

四、 齿轮的计算
（一） 选择齿轮类型、材料和精度
结构：选用闭式斜齿圆柱齿轮
材料：小齿轮选用45钢，调质处理230HBS
大齿轮选用45钢，正火处理200HBS
Z1=26
Z2=104
精度：7级精度
　 齿数：小齿轮齿数Z1=26
大齿轮齿数Z2=µ*Z1＝104

　螺旋角：β＝12０ （假定）
（二） 按接触疲劳强度计算

1) 小齿轮转矩

2) 确定载荷系数
　　由于载荷平稳 查表11-4 取
　　齿轮7级精度，调质处理，查表11-5　取（初设ｖ<３ｍ／ｓ）
　对称布置，轴刚性大，软齿面 查表11-8　取
　查表11-9　取
　查图11-7　取
K=1.69

则该斜齿圆柱齿轮传动的载荷系数K为

3) 确定弹性系数Ze 、节点区域系数Zh、重合度系数Zε和螺旋角系数 Zβ
钢对铸钢的弹性系数查表11-6的；
查图11-9得节点区域系数ZH=2.45；
重合度系数
其中，对斜齿轮可取X=0.9,
由此可得;
　　螺旋角系数
4) 计算许用接触应力[σH]
因大齿轮接触疲劳强度较差，所以接触疲劳强度只要按大齿轮计算。
大齿轮45钢，由图11-10取σHlim2=530MPa
查表11-7，定失效概率为1%得SH=1。
所以大齿轮许用接触应力为[σH2]=530/1=530MPa
5) 计算小齿轮分度圆直径

mn=2.0mm

6) 验证速度

与初设v<3m/s相符。
（三） 确定传动尺寸
1) 确定模数

按标准取
2) 确定中心距

中心距应圆整成整数，取
3) 确定螺旋角

d1=53.200mm
d2=212.800mm

b2=55mm
b1=60mm
4) 确定分度圆直径d1、d2

5) 确定齿宽b1、b2
取,

（四） 弯曲疲劳强度计算
1) 确定齿形系数YFa、应力修正系数Ysa 、重合度系数Yε 及螺旋角系数Yβ

齿轮当量齿数：

大齿轮当量齿数：　

查图11-12、图11-13得

重合度为： 　　　　X=0.9
重合度系数为
螺旋角系数

2)确定许用弯曲应力[δF]
小齿轮为45钢调制230HBS，查图11-14得σFlim1=420MPa;
大齿轮为45钢正火200HBS，查图11-14得σFlim2=400Mpa
因查图11-15，可取尺寸系数YX=1.0；
设失效概率为1%,查表11-7得安全系数SF=1。

计算许用弯曲应力
[σF1]= σFlim1YX/SF=(420×1/1)MPa=420MPa
[σF2]= σFlim2YX/SF=(400×1/1)MPa=400MPa
3)验算弯曲疲劳强度

所以对齿轮传动弯曲疲劳强度已足够。

综上所述 齿轮参数为

材料
模数
齿数ｚ
齿面硬度
齿轮１
45钢
2mm
26
230HBS
齿轮２
45钢
2mm
104
200HBS

分度螺旋角
齿旋向
齿宽
分度圆
直径
齿轮１

右旋
60mm
53.200mm
齿轮２
左旋
55mm
212.800mm

齿顶圆直径
中心距
精度等级
齿根圆直径
齿轮１
57.200mm
133mm
7
48.200
齿轮２
216.800
207.800

五、 轴的初步计算
（一） 高速轴的设计
1) 选择轴的材料
选用45号钢，正火处理
查表15-1　　 HBS=210，σb=600Mpa,
查图15-3　　　　[σ1b]=55Mpa，[σ0b]=95Mpa
2) 初定轴向尺寸和轴上载荷的作用位置
①　 箱体轴承座凸缘宽度F=52mm
②　 箱内齿宽端面至箱内壁距离a=12mm
③　 轴承端面到箱内壁的距离D=14mm
④　 大带轮端面至轴承端面螺钉的距离K=20mm
⑤　 轴承端盖螺钉头厚度H=6mm
⑥　 轴承端盖凸缘厚度G=10mm
⑦　 轴承宽度E=20mm
⑧　 大带轮宽度M=65mm
L总=271mm
L=130mm
X=98.5mm
⑨　 轴长
　　　=20+13+2*12+53+10+6+20+65+60
　　　=271mm
⑩　 轴支撑跨距：

⑪　 带轮宽度中心到临近轴承宽度中心的距离：

　　　=（52-14-20/2+10+5+65/2+20）mm
　　 =94.5mm
3) 轴的受力分析
Ft1=2509N
Fa1=542.098N
Fr1=934.273N
①　 做水平面的受力简图(a)
=

②　 求支座反力
　　对A点有：
对B点有：
因此：

③　 做平面内弯矩图(b)
MHB左=118.020Nm
MHC左=82.164Nm
MHC右=96.584Nm

　　截面Ｂ左处的弯矩为:

截面C处左侧弯矩为：

截面C处右侧弯矩为：

④　 做垂直面受力图(c)

⑤　 做垂直面弯矩图(d)

截面Ｃ处的弯矩：MVC=-81.5425N.m

MC左
= 116.465N.m

MC左
= 126.403N.m

⑥　 做合成弯矩图(e)
　　　　 截面C左侧合成弯矩：

截面C右侧合成弯矩：

⑦　 做转矩图(f)

⑧　 做当量弯矩图(g)
因单向传动，可认为转矩为脉动循环变化，故校正系数

　　　则危险面Ｂ处的当量弯矩为

危险截面C左处的当量弯矩为：

　　　危险截面C右处的当量弯矩为：

危险截面D处的当量弯矩为：

⑨　 计算危险截面处的轴径
　　　截面D处直径

截面Ｂ处直径

截面C处直径

因D、C处各有一个键槽，故应直径放大5%，即
dD≧20.111mm
dC≧29.877mm
dB≧29.672mm

为了便于轴承安装，轴颈处直径同步放大5%，即

（二） 低速轴的设计
1) 选择轴的材料
选用45号钢，正火处理
查表15-1　　　HBS=210，σb=600Mpa,
查图15-3　　[σ1b]=55Mpa，[σ0b]=95Mpa
Ft2=2434.370N
Fa2=525.973N
Fr2=906.484N
2) 轴的受力分析
①　 做水平面的受力简图【1】
=

②　 求支座反力
　 对A点有：

对B点有：

MHC右=-1.479Nm
MHC左=-57.443Nm

因此：

③　 做平面内弯矩图【2】
截面C右处的弯矩为:

截面C左处的弯矩为:

MVC
=79.117Nm
MC左=97.771Nm
MC右=79.131Nm
④　 做垂直面受力图【3】

⑤　 做垂直面弯矩图【4】
截面Ｃ处的弯矩：

⑥　 做合成弯矩图【5】
截面C左侧合成弯矩：

截面C右侧合成弯矩：

⑦　 做转矩图【6】

⑧　 做当量弯矩图【7】
因单向传动，可认为转矩为脉动循环变化，故校正系数

　　　则危险面Ｂ处的当量弯矩为

危险截面C右处的当量弯矩为：

危险截面C左处的当量弯矩为：

危险截面D处的当量弯矩为：

⑨　 计算危险截面处的轴径
截面D处直径

截面B处直径

截面C处直径

dD≧31.079mm
dC≧32.705mm
dB≧31.079mm
因C、D处各有一个键槽，故应直径放大5%，即

为了便于轴承安装，轴颈处直径同步放大5%，即

六、 轴承的计算与选择
（一） 高速轴轴承的设计
1) 轴的受力分析
轴向力：==542.098N
径向力：

2. 确定轴承型号
选7000AC型轴承，（α=25°），采用正装。
由《机械设计基础》表17-8得7000AC型轴承的e=0.68。
轴承受力图如下：

2) 计算当量动负荷
内部轴向力为：

故：
计算径向当量动负荷
由于,所以应以轴承2的径向当量动负荷作为计算依据。

3) 计算所需的径向基本额定动负荷

上式中：
①原动机为电动机，工作机为带式运输机，故为轻微冲击负荷，查《机械设计基础》表17-6取负荷系数。
②工作温度正常，查《机械设计基础》表17-5温度系数取
③机器每天工作16h由《机械设计基础》表17-7取轴承预期寿命
④=720r/min
故有
C/r1=23.5KN

4) 选择轴承型号
由《机械设计手册》表5-4查得7208AC型轴承的径向基本额定动负荷 因，故所选7208AC型轴承符合设计要求
基本尺寸：=35.2kN，
轴承的内径d=40mm， 轴承的外径D=80mm，
轴承的宽度B=18mm，
（二） 低速轴轴承的设计
1) 轴的受力分析
轴向力：==525.973N
径向力：

2) 2. 确定轴承型号
选70000AC型轴承，（α=25°），采用正装。
由《机械设计基础》表17-8得7000AC型轴承的e=0.68。

轴承受力图如下：

3) 计算当量动负荷
内部轴向力为：

故：
计算径向当量动负荷

由于,所以应以轴承1的径向当量动负荷作为计算依据。

4) 计算所需的径向基本额定动负荷

上式中：
①原动机为电动机，工作机为带式运输机，故为轻微冲击负荷，查《机械设计基础》表17-6取负荷系数。
②工作温度正常，查《机械设计基础》表17-5温度系数取

③机器每天工作16h由《机械设计基础》表17-7取轴承预期寿命
④=720r/min
故有C/r1=19.6KN

5) 选择轴承型号
由《机械设计手册》表5-4查得7208AC型轴承的径向基本额定动负荷 因，故所选7208AC型轴承符合设计要求
基本尺寸：=kN，
轴承的内径d=40mm， 轴承的外径D=80mm，
轴承的宽度B=18mm，
计算结果汇总：

结果
高速轴
7208AC
低速轴
7208AC

七、 键的选择与验算
（一） 高速轴与大带轮的键连接
1) 选择类型、材料、尺寸
选择 A型普通平键，材料用45钢
L=50mm
GB1096--90
由第三章V带的设计及带轮的结构设计可知，
带轮宽B=65mm， 轮毂长l’=(1.5-2)d,取l’=56mm
故键长为 L=l’-(5-10)mm,取L=50mm
2) 强度校核
材料为45钢，轻微冲击，查表10-11得许用挤压应力

故选符合实际情况。
（二） 轴I齿轮键的选择和计算
齿根圆直径为48.200mm，轴的直径为43mm，
查表10-10得：， 　　　对应t1=3.2
齿根圆至键槽顶面的径向距离

故该处设计成齿轮轴，不用键连接。
（三） 轴II齿轮键的选择和计算
1) 选择类型、材料、尺寸
选择 A型普通平键，材料用45钢
L=54mm
GB1096--90
大齿轮宽b=55mm 轮毂宽L’=61mm
故键长为L=61-（5-10）mm 取L=54mm
由第五章轴的设计可知，该处轴的直径定为d=48mm,根据以上数据选择键型。
由《机械设计课程设计》查表5-1
选择A型普通平 　材料为45钢
2) 强度校核
材料为45钢，轻微冲击，查表10-11得

故选符合实际情况。
（四） 低速轴与联轴器的键连接
1) 选择类型、材料、尺寸
因使用Ｌｘ２联轴器，所以选择 C型键，材料用45钢
L=50mm
b=10mm
h=8mm
GB1096--79
由于带轮处轴径d在30~48mm之间,查《机械设计基础》表10-10得 b=2R=10mm,h=8mm
因为B=60mm 键长=毂长-（5-10）mm=50mm
实际工作长度l=L-b=40mm
2) 强度校核
材料为45钢，轻微冲击，查表10-11得许用挤压应力

故选符合实际情况。

八、 联轴器的选择
１）选类型
考虑到转速较低，传递功率不大，安装时不易保证完全同轴线，故选用弹性柱销式联轴器。
２）计算转矩

对于转矩变化小的运输机，原动机为电动机，查《机械设计基础》表18-1取工作情况系数
则

３） 选型号
参考《机械设计常用标准》表6-4按GB5014-2003，选择联轴器型号为LX3，选择J型孔，A型键，轴的直径为d=35mm,孔长60mm

九、 润滑与密封设计
（一） 润滑
1）齿轮传动的润滑
齿轮圆周速度小于12m/s，故采用浸油润滑。油润滑具有冷却、散热、吸收振动和降低噪音的作用。润滑油牌号：按GB5903-86选择150号润滑油。
　 用量：最低浸润大齿轮10mm，最高比最低液面高7mm。

2）角接触球轴承的润滑
油润滑的效果比脂润滑要好，但考虑轴承转速较低，工作温度为正常温度，温度不高，该减速器设计中采用脂润滑。脂润滑具有易于密封，结构简单，维护方便，较长时间内无需补充润滑剂的优点。
　　　润滑脂牌号：按GB7324-87，选择ZL--3型润滑。
　　　用量：填充轴承空隙的1/3-1/2.
（二） 密封
１）轴承密封
①　 轴伸出端采用毡圈密封形式和尺寸参考《机械设计课程设计》表6-31
②　 轴承靠箱体内侧用封油环密封
２）箱体接合面密封
　　　箱盖与箱座接合面上涂密封胶或水玻璃。
　　　　轴承端盖与箱体接触面处采用一组调整垫片进行密封，检查孔盖处采用垫片进行密封，放油螺塞处采用垫圈进行密封。
十、 相关参数的验证及误差分析
（一） 确定精确传动比及误差分析
（1） 精确传动比
齿轮设计传动比 i齿 =4.000
齿轮传动比
带传动传动比
实际传动比
传动比的误差
０.２４%
符合要求
（2） 误差分析
传动比误差为
符合设计误差的要求。
（二） 轴长的误差分析
根据最终装配图测量计算的轴I总长为
轴长的误差
0.783%
符合要求

轴长的误差
　　符合设计误差的要求。

十一、 箱体的机构设计
由《机械设计课程设计》（P34～P3６）得减速器铸铁箱体的结构设计知：
（一） 减速箱体厚度部分
下箱座，上箱盖壁厚
下箱座剖分面处凸缘厚度
上箱座剖分面处凸缘厚度
地脚螺栓底脚厚度 取P=2mm
箱座上肋厚度 取m=8mm
箱盖上的助厚 取m=8mm
（二） 安装地脚螺栓部分
单级圆柱减速传动中心距 则
地脚螺栓直径
地脚螺栓通孔直径
地脚螺栓沉头座直径
地脚凸缘尺寸（扳手空间） ,
地脚螺栓数目 4
（三） 安装轴承旁螺栓部分
单级圆柱减速传动中心距 则
轴承旁联接螺栓直径 M12
轴承旁联接螺栓通孔直径
轴承旁联接螺栓沉头座直径
剖分面凸缘尺寸(扳手空间）
（四） 安装上下箱螺栓部分
单级圆柱减速传动中心距 则
上下箱联接螺栓直径 M10
上下箱联接螺栓通孔直径 　
　上下箱联接螺栓沉头座直径 　
箱缘尺寸（扳手空间）

（五）其它部分

轴承座外径 ,
箱体外壁至轴承盖端面的距离

取K=44mm
箱体内壁与轴承座端面的距离

轴承旁凸台的高度 （综合考虑低速轴轴承盖外径对扳手空间要求,由结构确定。）
轴承旁凸台的半径
轴承旁联接螺栓距离 为防止螺钉及螺栓干涉，同时考虑轴承座刚度，一般取,S=120mm
轴承盖螺钉（M8）直径
检查孔盖联接螺栓直径
圆锥定位直径 ，取
减速器中心高 ,取H=145mm
大齿轮顶圆与箱内壁间距离 ，取16mm
齿轮端面与箱内壁间距离 ，取14mm

十二、 设计心得
本次课程设计任务是设计带式输送机的传动装置。其主体为单级齿轮传动减速器。课程设计共用（17、18周）。在此次的设计过程中综合运用了机械设计基础、机械制图、材料力学等知识，帮助我掌握机械设计的一般方法和步骤。遇到问题自行解决，不依靠老师，查表查资料，认真反复看书的学习解决问题的能力，锻炼了自己的严谨性，严密性，更加的细心耐心，加强了动手能力和逻辑能力。以后也要加强这方面的能力。

十二、 参考资料
　1.陆萍主编，《机械设计基础》，济南：山东科学技术出版社，2003.
2.黄珊秋主编，《机械设计课程设计》 ，北京：机械工业出版社，1999.
3. 《机械设计常用标准》，济南：山东大学机械学院，2012．
4.廖希亮，邵淑玲主编，《机械制图》，济南：山东科学技术出版社，2002．