闭式圆柱齿轮减速器机械课程设计.doc

目 录
设计任务书…………………………………………………………………3
传动方案的拟定及说明……………………………………………………5
电动机的选择………………………………………………………………5
计算传动装置的运动和动力参数…………………………………………7
传动零件的设计计算--齿轮设计…………………………………………9
轴的设计与校核计算………………………………………………………14
滚动轴承的选择及计算……………………………………………………23
键联接的选择及校核计算…………………………………………………25
联轴器的选择………………………………………………………………27
箱体的选择…………………………………………………………………28
减速器附件的选择…………………………………………………………29
润滑与密封…………………………………………………………………30
设计小结……………………………………………………………………31
参考资料目录………………………………………………………………32

精密机械设计基础课程设计任务书
一、设计题目：设计用于带式运输机的传动装置
二、设计要求：

带式运输机连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，运输带速允许误差为5%。
使用期限为10年，大修期三年，小批量生产，两班制工作。

三、 设计方案

1-电动机 2-联轴器3-一级圆柱齿轮减速器
4-开式齿轮传动 5-卷筒 6-运输带
数据组编号
A4
运输带卷筒所需功率P(KW)
3.5
运输带卷筒工作转速n (r/min)
76
卷筒中心高H (mm)
300

四、设计数据

五、设计任务
① 减速器装配图1张（A1图纸）；
② 零件工作图2张（大齿轮、轴，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。

六、设计进度
1、 第一阶段：总体计算和传动件参数计算
2、 第二阶段：轴与轴系零件的设计
3、 第三阶段：轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制
4、 第四阶段：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写

设计计算依据和过程

传动方案的拟定及说明
合理的传动方案首先应满足工作机的性能（例如传递功率、转速及运动方式）的要求。。另外，还要与工作重要条件（例如工作环境。工作场地、工作时间）相适应。同时还要求工作可靠，结构简单，尺寸紧湊，传动效率高，使用维护方便，工艺性和经济性。合理安排和布置传动顺序是拟定传动方案中的另外一个重要环节
由题目所知传动机构类型为：一级闭式圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。
本传动机构的特点是：成本较低，减速器横向尺寸较小，两大吃论浸油深度可以大致相同。结构较简单，中心距较小，两轴的径向尺寸相对较大。

第一部分 电动机选择

1.电动机类型的选择： Y系列(IP44)封闭式三相异步电动机

2.确定电动机的功率和型号
：联轴器效率
：圆柱齿轮传动效率
：开式齿轮传动效率
：滚动轴承传动效率 （一对）
：传动卷筒效率

由参考书《机械设计课程设计》王积森，王旭，
表11-9查得：
=0.99（齿式联轴器）, =0.98(7级精度), =0.95,
=0.99(球轴承)，=0.96

（1）传动装置的总效率：

η=........
=0.99×0.99×0.98×0.95
×0.99×0.99×0.99×0.99×0.96
=0.841
（2）计算电动机所需功率
=P/η=3.5/0.841=4.16 KW
(3)确定电动机额定功率

=(1~1.3) =(1~1.3)×4.16=4.16~5.408KW
选择电动机的额定功率=5.5 kw

(4)确定电动机转速
按参考书《机械设计课程设计》表11-9
推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围=3~5。取V带传动比=2~4，则总传动比理时范围为=6~20。
故电动机转速的可选范围为：
=× n筒=（6~20）×76=456~1520r/min
符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。
根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号，综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第2方案比较适合，则选n=1000r/min 。

（5）确定电动机型号

由所选的电动机的类型，结构，容量和同步转速n查参考书1表18-3确定电动机型号为Y132M2-6

其主要性能：
额定功率：5.5KW，满载转速960 r/min。

电动机具体参数如下：

电机
型号
功率P/kW
满载转速n
r/min
电流/A
效率
（%）
功率因素
额定转矩
N·m
堵转电流/A
堵转转矩
N·m
最大转矩N·m
净重
/Kg
Y132M2-6
5.5
960
12.6
85.3
0.78
2.0
6.5
2.0
2.0
81
具体外型尺寸见参考书《机械设计课程设计》，p352表20-6

第二部分 计算传动装置的运动和动力参数计算

1.计算总传动比及分配各级的传动比
(1)总传动比：==960/76=12.63
(2)分配各级传动比
=. ,取=3.5，=/ =12.63/3.5=3.61

2．计算传动装置的运动参数及动力参数
（1）各轴转速
轴1：=n=960 r/min
轴2：=/=960/3.5=274.3 r/min
轴3：=/=374.3/3.61= 76r/min

卷筒轴: ==76 r/min
(2)各轴功率
轴1： = =4.16×0.99=4.118 kW
轴2：=.=4.0790.98×0.99×0.99=3.955kW
轴3：==3.955×0.95×0.99=3.720 kW
卷筒轴：==3.7200.990.99=3.646 kW

（3）计算各轴转矩（N•;m）
T1=9550×/=9550×4.118/960 = 40.97 N•m
T2=9550×/=9550×3.955/274.3= 137.70 N•m
T3=9550×/=9550×3.7205/76= 467.45 N•m
T4=9550×/=9550×3.646/76= 458.15 N•m
将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：
参数
轴 名
电动机轴
轴1
轴2
轴3
卷筒轴
转速n/r · min
960
960
274.3
76
76
功率P/kW
4．16
4．118
3．918
3．685
3．611
转矩T/N· m
40.97
40.97
137.70
467.75
458.15
传动比i
1
3.5
3．61
1
效率 η
0．99
0．96
0．94
0．98

第三部分 传动零件的设计计算
——齿轮设计及结构说明

以高速级齿轮传动为基准进行两对齿轮选择和校核设计
已知：传递功率=4.118 kw ， =960 r/min ，
=3.5，=40.97 N·m
选择齿轮材料，热处理，齿面硬度，精度等级及齿数:
一、大小齿轮均采用硬齿面
小齿轮：45钢 表面淬火 齿面硬度50HRC
大齿轮：45钢 表面淬火 齿面硬度 50HRC
由教材《机械设计基础》表11—1，取：
接触疲劳强度极限和弯曲疲劳强度极限
=1150 Mpa,=700 Mpa;
=1120 Mpa,=680 Mpa.
安全系数 =1.2,=1.4

由于选用闭式硬齿面传动，因此，采用弯曲疲劳强度设计，接触疲劳强度校核的设计方法。

二、．按齿面弯曲疲劳强度设计
（1）选载荷系数K
由原动机为电动机，工作机为带式输送机，载荷平稳，齿轮在两轴承间对称布置。查教材《机械设计基础》表11—3 取K=1.1
(2)计算齿数比u
u=/=/=960/274.3=3.5
(3)查教材《机械设计基础》表11—6
选择齿宽系数=0.8

(4)初选螺旋角=
(5)齿数
取=20，则=3.5×20=70
(6)齿形系数
=/=22.19，=/=77.67
查教材《机械设计基础》图11--8 和11--9，

齿形系数=2.85，=1.58;=2.23,=1.76
=2.85×1.58/500=0.0091
=2.23×1.76/485.7=0.00808
因为>
故应对小齿轮进行弯曲强度计算。

(7)法向模数

由表4—1并结合实际情况， 取=2mm

三.按齿面接触疲劳强度校核
查教材《机械设计基础》公式11—8，

=188×2.5××
=623.48Mpa<=958.3Mpa
所以，齿轮符合安全要求。

四.计算圆周转速v并选择齿轮精度

v=
=3.14×42.22×960/(60×1000)=2.122m/s

查教材《机械设计基础》表11—2，可知选用8级精度是合宜的。

五.计算齿轮的主要几何尺寸
法向模数：=2mm
端面模数：==2/=2.11
确定螺旋角 =arccos[(+)/2a]=
螺旋角=
中心距a=(+)/2cos=93.175mm
取a=95mm
齿轮宽度 ==33.78mm
取=40mm, =35mm

齿轮分度圆直径:=/ cos=2×20/=42.22mm
=/ cos=2×70/=147.78mm
齿顶高：===1×2=2

齿根高：=(+)m =（1+0.25）=1.25=2.5mm
全齿高：

顶隙：

齿顶圆直径：=+2=+2=42.22+2×2=46.22 mm
=+2=+2=147.48+2×2=151.48mm
齿根圆直径：=-2=42.22-2×2.5=37.22mm
=-2=147.48-2×2.5=142.78 mm
法面齿距 ： =6.283mm
端面齿距： =6.632mm

六．齿轮的结构设计
小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构
大齿轮的有关尺寸计算尺寸如下：

轴孔直径d=50 mm
轮毂直径=1.6d=1.6×50=80 mm
轮毂长度L==35mm
轮缘厚度=（3~4）=6~8mm 取=8 mm
轮缘内径=-2h-2=151.48-2×4.5-2×8=126.48 mm
取=126mm

腹板厚度c=0.4=0.4×35=14 mm取c=15mm
腹板中心直径=0.5(+)=0.5×(126+80)=103mm

腹板孔直径=0.25(-)=0.25(126-80)=11.5mm
取=12mm
齿轮倒角n=0.5=0.5×2=1 mm

齿轮工作图如图：

设计小结
课程设计是机械设计当中的非常重要的一环，本次课程设计时间不到两周略显得仓促一些，还好老师在上课期间就有意的结合课程设计来上课，并且在上课期间就已把课程设计中的大部分计算弄出来了。由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在老师的谆谆教导，和同学们的热情帮助下，我克服了重重困难。深知完美总是可望而不可求的，不在同一个地方跌倒两次才是最重要的。抱着这个心理我一步步走了过来，最终完成了我的任务。
在设计的过程中，遇到了许多问题，幸好都 能改正或有所改良。在设计齿轮模数时，因所用的材料是表面淬火的45钢，因此所算出的模数较小，但为了方便，用了较大有模数，从而导致校校核时远小于许用极限值，缺乏经济性、实用性。除此之外，在我设计减速器的装配草图时我没有太注意箱体的相关尺寸，致使我设计的箱体出现了较大的结构错误，间接导致了我以后的装配图的步履维艰。我所算出的中心距为95mm，过于小，在选用轴承端盖时，一昧的参照参考书上的例子，选用凸缘式轴承盖，因位置不够导致两轴承盖部分重合在一起。后来在老师的指导下,我找到了问题所在之处,将之解决了.同时我还对一级闭式圆柱齿轮减速器结构分析有了更进一步的了解。虽然种种困难我都已经克服，但是还是难免我有些疏忽和遗漏的地方。
在设计过程中培养了我的综合运用机械设计课程及其他课程理论知识和利用生产时间知识来解决实际问题的能力，真正做到了学以致用。在此期间我我们同学之间互相帮助，共同面对机械设计课程设计当中遇到的困难，培养了我们的团队精神。在这些过程当中我充分的认识到自己在知识理解和接受应用方面的不足，特别是自己的系统的自我学习能力的欠缺，将来要进一步加强，今后的学习还要更加的努力。本次课程设计不仅仅是对自己所学的知识的一次系统总结与应用，还是锻炼我的耐力和意志力的过程。因为课程设计过于难，我和几个同学在教室都曾通宵画图。 另外，通过每天都过得很充实的课程设计，从中得到的收获还是非常多的。

参考资料：
1.教材《机械设计基础》杨可桢 程光蕴 李仲生主编，高等教育出版社，2006年第5版。
2.《机械设计综合课程设计》王之栎 王大康 主编，机械工业出版社，2003年。
3.《机械设计课程设计》王程森 王旭 主编，机械工业出版社，2003年。
4.《机械制图》大连理工大学工程画教研室 编，高等教育出版社，2003年8月第5版。
5.《机械设计课程设计》孙岩 陈晓罗 能涌 主编，北京理工大学出版社，2007年第1版。

计算结果

电动机类型：
Y系列(IP44)封闭式三相异步电动机

传动装置的总效率：
η=0.841

电动机所需功率：
=4.16 KW

电动机额定功率：=5.5 kw

电动机型号：Y132M2-6

总传动比： =12.63
各级传动比
=3.5
= 3.61

各轴转速：
=960r/min
=274.3 r/min
=76r/min
=76r/min

各轴功率：
=4.118 kW
=3.955 kW
=3.720 kW
=3.646 kW

各轴转矩
T1= 40.97 N•m
T2=137.70 N•m
T3=467.45 N•m
T4=458.15 N•m

小齿轮：45钢 表面淬火 50HRC
大齿轮：45钢 表面淬火 50HRC

=1150Mpa
= 700Mpa;
=1120 Mpa
= 680 Mpa.

=1.2
=1.4
=958.3 Mpa
=933.3 Mpa
=500 Mpa
=485.7Mpa

齿数比：
u=3.5

齿宽系数：
=0.8
螺旋角：
=

齿数:
=20
==70
=0.0091

=0.00808

1.33mm

取=2mm

=2.11
=

a=95mm

齿轮宽度:
=35mm
=40 mm

分度圆直径
=42.22mm
=147.78mm

=2
=2.5mm
=4.5mm

齿顶圆直径：
=46.22 mm
=151.48mm

齿根圆直径：
=37.22mm
=142.78 mm

法面齿距：
=6.283mm
端面齿距：
=6.632mm

d=50 mm
=80 mm
L=35mm
=8 mm
=126 mm
c=15mm
=103mm
=12mm
n=1 mm

轴的选材：
45号钢，调质处理，HB217~255

标准直径：
=20mm

标准直径:
=30 mm