机械设计基础课程设计单级直齿齿轮减速器.doc

《机械设计基础》

课程设计说明书

设 计 课 题： 单级直齿圆柱齿轮减速器

专业与班级： 12机电一体化技术

12机电一体化技术专业
机械设计基础设计任务书

一、 设计题目：设计一用于带式运输机上的单级直齿圆柱齿轮减速器
给定数据及要求

已知条件：运输带工作拉力F=2200N；运输带工作速度V=1.8m/s（允许运输带速度误差为+5%）；滚筒直径D=450mm；两班制，连续单向运转，载荷轻微冲击；工作年限5年；环境最高温度35℃；小批量生产。
二、 应完成的工作
1.减速器装配图1张（手工绘制）。
2.零件工作图2-3张（从动轴、齿轮）。
3.设计说明书1份（字数4000-6000字）。
院长：吴松平 教研室负责人： 李素云 指导老师：李素云

发题日期：2013年12月10日
完成日期：2013年12月30日

目录
一、 确定传动方案
二、 选择电动机
⑴.选择电动机
⑵.计算传 动装置的总传动比并分配各级传动比
⑶.计算传动装置的运动参数和动力参数
三、 传动零件的设计计算
⑴.普通V带传动
⑵.圆柱齿轮设计
四、 低速轴的结构设计
⑴.轴的结构设计
⑵.确定各轴的尺寸
⑶.确定联轴器的型号
⑷.按扭转和弯曲组合进行强度核算
五、 高速轴的结构设计
六、 键的选择及强度校核
七、 选择轴承及计算轴承寿命
八、 选择轴承润滑与密封方式
九、 箱体及附件的设计
⑴.箱体的选择
⑵.选择轴承端盖
⑶.确定检查孔与孔盖
⑷.通气器
⑸.油标装置
⑹.螺塞
⑺.定位销
⑻.起吊装置
十、 设计小结
十一、 参考书目

课程设计说明书
设计项目
设计与说明
主要结果
一、
确定传动方案

机械传动装置一般由原动机、传动装置、工作机和机架四部分组成。单级圆柱齿轮减速器由带传动和齿轮传动组成，根据各种传动的特点，带传动安排在高速级，齿轮传动放在低速级。传动装置的布置如下图所示

二、
选择电动机
⑴选择电动机

⑵计算传 动装置的总传动比并分配各级传动比

⑶计算传动装置的运动参数和动力参数

⑴．选择电动机类型和结构形式
根据工作要求和条件，选用一般用途的Y系列三相异步电动机，结构类型为卧式封闭结构。
⑵．确定电动机的功率
工作机所需的功率PW(kw)按下面公式计算

已知=2200N，=1.8m/s，带式输送机的功率=0.96，代入上面的式子得：

电动机所需要功率P0(kw)按下式子计算

式子中， 为电动机到滚筒工作轴的传动装置总效率，根据传动特点，由《机械设计课程设计指导书》表2-4查得：V带传动带=0.96，一对齿轮传动齿轮=0.97,一对滚动轴承轴承=0.99，十字滑块联轴器联轴器=0.98，因此总效率

确定电动机额定功率Pm（KW），使Pm=（1~1.3）P0=4.612(1~1.3)=4.612~5.996，查《机械设计课程设计指导书》表2-1取Pm=5.5KW
⑶．确定电动机转速
工作机卷筒的转速为

根据《机械设计课程设计指导书》表2-3推荐的各类传动比的取值范围，取V带传动的传动比带=2~4，一级齿轮减速器齿轮=3~5，传动装置的总传动比总=6~20，故电动机的转速范围为

符合此转速要求的同步转速有750r/min、1000r/min、1500r/min三种，考虑综合因素，查《机械设计课程设计指导书》表2-1，选择同步转速1500r/min的Y系列电动机Y1325-4,其满载转速为=1440r/min。
电动机参数见下表：
型号
额定功率
（KW）
满载转速
（r/min）
额定转矩
最大转矩
Y1325-4
5.5
1440　
2.2
2.2

⑴.传动⑴装置的总传动比

⑵．分配各级传动比
为了符合各种传动形式的工作特点和结构紧凑，必须使各级传动比都在各自的合理范围内，且使各自传动件尺寸协调合理匀称，传动装置总体尺寸紧凑，重量最小，齿轮浸油深度合理。
本传动装置由带传动和齿轮传动组成，因总=带齿轮，为使减速器部分设计方便，取齿轮传动比齿轮=4.7，则带传动的传动比为
⑴各轴转速Ⅰ轴：
Ⅱ轴：
滚筒轴：
⑵各轴功率:Ⅰ轴：
Ⅱ轴：
滚筒轴：
⑶各轴转矩:电动机轴：
Ⅰ轴：
Ⅱ轴：
滚筒轴：
根据以上计算列出本传动装置的运动参数和动力参数数据表，见下表：
参 数
轴 号
电动机轴
Ⅰ轴
Ⅱ轴
滚筒轴
转速n/(r.min-1)
1440
360
76.6
76.6
功率p/kw
4.612
4.43
4.25
4.12
转矩T/N.mm
30586.2
117451
530104.5
514307.4

传动比i
4
4.7
1
效率
0.96
0,96
0.98

PW=4.125kw

P0=4.612kw

Pm=5.5KW

=76.43r/min

Y1325-4 =1440r/min

=18.84

=4.7

=4
=
=
=
=4.43kw
=4.25kw
=4.12kw

=
=
=
=
三、 传动零件的设计计算

⑴普通V带传动

①计算功率

②选择V带类型

③确定V带的基准直径

④验证带速

⑤确定带的基准长度Ld和实际中心距

⑥验算小带轮包角

⑦确定V带根数

⑧计算初拉力

⑨计算对轴的压力

⑵圆柱齿轮设计

①选择齿轮材料及确定许用应力

②按齿面接触强度设计计算

③确定齿轮的参数及计算主要尺寸

④验算齿根的弯曲疲劳强度

⑤验算齿轮的圆周速度

⑥齿轮的结构设计

本题目高速级采用普通V带传动，应根据已知的减速器参数确定带的型号、根数和长度，确定带传动的中心距，初拉力及张紧装置，确定大小带轮的直径、材料、结构尺寸等内容。
带传动的计算参数见下表：
项目
P0/KW
/r.min-1
0Ⅰ
参数
4.612
1440
4

根据工作条件，查教材表9.26取KA=1.6

由=1440r/min、，查教材图9.13，因处于A、B的中间区域，可同时选择A、B两种带型来计算，最后根据计算结果来分析选择
查教材表9.9取
A型带取，取滑动率=0.015

取
B型带取，取滑动率=0.015

取
A型带

带速在5~25m/s范围内，合适。
B型带

A型带
因没有给定中心距的尺寸范围，按公式

计算中心距为，取
B型带
中心距范围为，取
A型带
计算V带基准长度

查教材表9.4取标准值
计算实际中心距离

考虑安装、调整和补偿张紧力的需要，中心距应有一定的调节范围，调节范围为

B型带

查教材表9.4取标准值
计算实际中心距离

考虑安装、调整和补偿张紧力的需要，中心距应有一定的调节范围，调节范围为

A型带
合适
B型带
合适

A型带
查教材表9.7，单根V带的额定功率P0=1.322，=0.045kw,查教材图9.12，=0.938，查教材表9.4=1.03
因大于5，应取z=6根
B型带
与A型带相似，P0=2.817,=0.115kw,=0.942，=1.07
代入公式计算得z=2.497，取z=3根
计算结果见下表：

Dd1
/mm
Dd2
/mm
V
/m.s-1
Ld
/mm
a/mm

Z
/根
A
100
380
7.536
2000
607
154°
6
B
140
540
10.55
3150
1019
158°
3

比较两种计算结果,A型带根数较多，选B型带合理。
查普通V带单位长度质量表，B型带Q=0.17kg/m

齿轮相对于轴承为对称布置，单向运转、输送机的工作状况应为中等冲击
已知齿轮传动的参数，见下表：

项目
P1/KW
n1/r.min-1
ⅠⅡ
参数
4.427
360
4.7

由于该减速器无特殊要求，为制造方便，选用价格便宜、货源充足的优质碳素钢，采用软齿面
查教材图11.8、图11.9得

材料
热处理方法
齿面硬度
小齿轮
42SiMn
调质
250~280HRW
大齿轮
42SiMn
钢正火
170~200HRW
接触疲劳极限应力：
小齿轮：
大齿轮：
弯曲疲劳极限应力：
小齿轮：
大齿轮：
安全系数：SHmin=1.1，SFmin=1.1
许用接触应力
小齿轮：
大齿轮：
许用弯曲应力：
小齿轮：
大齿轮：
查教材表11.10、表11.19得K=1.1；
传动比；外啮合时设计公式中的“”取“+”号；T1=117451N.mm，代入设计公式：

⑴确定齿数
对于软齿面闭式传动，取z1=30，z2=z1=4.730=141；取z2=141；；；在范围内，合适。
⑵确定模数
；取m=2mm
⑶确定中心距
初算中心距；取a=171mm
⑷计算主要几何尺寸
分度圆尺寸：

齿顶圆尺寸：

齿宽：；取大齿轮齿宽；小齿轮齿宽
查教材表11.12得：复合齿系数;代入公式：

、值分别小于各自的许用接触应力值，故安全。

注：在设计减速器俯视图的过程中，还要用到齿轮的很多尺寸，包括齿轮的结构设计，这里就不再给出具体结构设计和尺寸，可以在减速器零件设计中专门设计齿轮结构，也可在设计过程中来完善、补充这些尺寸

A、 B型带

A型带

B型带

A型带

B型带

A型带

B型带

A型带

A型带

A型带

B型带

B型带

B型带

A型带

B型带

A型带
z=6根
B型带
z=3根

小齿轮
42SiMn调质
大齿轮
45钢正火

z1=30
z2=141

m=2mm

a=171mm

四、 低速轴的结构设计
⑴轴的结构设计

⑵确定各轴的尺寸

⑶确定联轴器的型号

⑷按扭转和弯曲组合进行强度核算

课程设计一般是先设计低速轴，把低速轴设计出来后根据低速轴的长度尺寸就可确定箱体的宽度等尺寸，故先设计低速轴
低速轴的参数见表
项目
PⅡ/KW
nⅡ/r.min-1
参数
4.25
76.6

⑴轴上零件的布置
对于单级减速器，低速轴上安装一个齿轮、一个联轴器，齿轮安装在箱体的中间位置；两个轴承安装在箱体的轴承座内，相对于齿轮对称布置；联轴器安装在箱体的外面一侧。为保证齿轮的轴向位置，还应在齿轮和轴承之间加一个套筒
⑵零件的装拆顺序
轴上的主要零件是齿轮，齿轮的安装可以从左侧装拆，也可以右侧装拆。本题目从方便加工的角度选轴上的右端装拆，齿轮、套筒、轴承、轴承盖、联轴器依次从轴的右端装入，左端的轴承从左端装入
⑶轴的结构设计
为便于轴上的零件的安装，把轴设计为阶梯轴，后段轴的直径大于前端轴的直径，低速轴的具体设计如下
轴段①安装联轴器，用键周向固定
轴段②高于轴段①形成轴肩，用来定位联轴器
轴段③高于轴段②，方便安装轴承
轴段④高于轴段③，方便安装齿轮；齿轮在轴段④上用键周向固定
轴段⑤高于轴段④形成轴环，用来定位齿轮
轴段⑦直径应和轴段③直径相同，以使左右两端轴承型号一致。
轴段⑥高于轴段⑦形成轴肩，用来定位轴承；轴段⑥高于轴段⑦的部分取决于轴承标准轴段⑤于轴段⑥的高低没有什么直接的影响，只是一般的轴身连接低速轴的结构如图所示

各轴段的直径
因本减速器为一般常规用减速器，轴的材料无特殊要求，故选用45钢，45钢的A=118~107
代入式子得

考虑该轴段上有一个键槽，故应将轴增大5%，即d=47.26mm~42.85mm
轴段①的直径确定为d1=46mm
轴段②的直径d2应在d1的基础上加上两倍的定位轴肩高度。取轴肩高度h12=（0.07~0.1）d1=4.0mm，即d2=a1+2h12=54mm；考虑该轴段安装密封圈，故直径d2=55mm
轴段③的直径d3应在d2的基础上增加两倍的定位轴肩高度，但因为该轴段要安装滚动轴承，故直径要与滚动轴承内径相符合。取d3=60mm
同一根轴上的两个轴承，在一般情况下应取同一型号，故安装滚动轴承处的直径应相同，即d7=d3=60mm
轴段④上安装齿轮，为齿轮安装方便，取d4=63mm
轴段⑤的直径d5=d4+2h45，h45是定位轴环的高度，取h45=6mm，即d5=75mm
轴段⑥的直径d6应根据所用的轴承类型及型号查轴承标准取得，预选该轴段用6212轴承，查得径d6=69mm
为了补偿由于制造、安装等的误差及两轴线的偏移，优先考虑弹性套柱销联轴器，根据安装联轴器轴段的直径，查附录F选连轴型号为TL7，联轴器安装长度L=84mm
因本例转轴较低，最后确定轴承润滑方式为脂润滑，故此处按脂润滑方式确定轴的长度。取轴承距箱体内壁的距离△3为10mm。
根据轴承的结构的需要，各轴段的长度确定如下：
L1=82mm
L2=45mm
L3=49mm
L4=73mm
L5=8mm
L6=17mm
L7=24mm

L总长=L1+L2+L3+L4+L5+L6 +L7=298mm
段轴⑥、⑦之间的砂轮越程槽包含在段轴⑦的长度之内
低速轴轴承的支点之间距离为

⑴绘制轴的计算简图
为计算轴的强度，应将在和简化处理，直齿圆柱齿轮，其受力可分解为圆周力Ft、径向力Fr。两端轴承可简化为一端活动铰链，一端固定铰链，如下图中b所示，为计算方便，选择两个危险截面Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ，Ⅰ—Ⅰ危险截面选择安装齿轮的轴段的中心位置，位于两支点的中间，距B支座的距离为73.5mm；Ⅱ—Ⅱ危险截面选择在段轴④和段轴③的截面处，距B支座的距离为38mm

⑵计算轴上的作用力
从动轮的转矩T=530104.477N.mm
齿轮分度圆直径d2=282mm
齿轮的圆周力：

齿轮的径向力:

⑶计算支反力及弯矩
①计算垂直平面内的支反力及弯矩
a .求支反力：对称布置只受一个力，故

b .求垂直平面的弯矩
Ⅰ—Ⅰ截面：
Ⅱ—Ⅱ截面：
②计算水平平面内的支反力及弯矩
a .求支反力：对称布置只受一个力，故

b .求水平平面的弯矩
Ⅰ—Ⅰ截面：
Ⅱ—Ⅱ截面：
③求各截面的合成弯矩
Ⅰ—Ⅰ截面：
Ⅱ—Ⅱ截面：
④计算转矩
T=530104.477N.mm
⑤确定危险截面及校核其强度
按弯矩组合计算时，转矩按脉动循环变化考虑，取。按两个危险截面校核：
Ⅰ—Ⅰ截面：
Ⅱ—Ⅱ截面：
查教材。均小于，故轴的强度满足要求。

d1=46mm

d2=55mm

d3=60mm

d4=63mm

d5=75mm

d6=69mm
d7=60mm

L1=82mm
L2=45mm
L3=49mm
L4=73mm
L5=8mm
L6=17mm
L7=24mm

L总长=298mm

五、 高速轴的设计

高速轴的设计主要是设计各轴段的直径，为设计俯视图做准备。
经设计。告诉轴可以做成单独的轴而不是齿轮轴。为使零件定位和固定，高速轴也和低速轴一样设计为七段，各段的直径尺寸为：
d1=30mm
d2=35mm
d3=40mm
d4=42mm （取轴承的型号为6208）
d5=50mm
d6=47mm
d7=40mm

d1=30mm
d2=35mm
d3=40mm
d4=42mm
d5=50mm
d6=47mm
d7=40mm

六、 键的选择及强度核算

⑴选择键的尺寸：
低速轴上在段轴①和段轴④两处个安装一个键，按一般使用情况选择采用A型普通平键联接，查教材表8.1选取键的参数如下表：
段轴①
d1=46mm

段轴④
d4=63mm

标记为：
键1：GB/T 1096 键
键2：GB/T 1096 键

⑵校核键的强度
轴段①上安装联轴器，联轴器的材料为钢，载荷性质为冲击，查教材8.2得：
轴段④上安装齿轮，齿轮的材料为钢，载荷性质为轻微冲击，

静联接校核挤压强度：
轴段①：，计算应力略大于许用用力，应相差不大，可以用已确定的尺寸，不必修改。
轴段④：
所选键联接强度满足要求

键联接强度满足要求

七、 选择轴承及计算轴承的寿命

⑴轴承型号的选择
高速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为6208
低速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为6212
⑵轴承寿命的计算
①高速轴：
高速轴的外端安装有带轮，中间安装有齿轮，要计算轴承寿命，就要先求出轴承支座的支反力，进一步求出轴承的当量动载荷，然后计算出轴承的寿命。
画出告诉轴的受力图，并确定支点之间的距离如下图：

带轮安装在轴上的轮毂宽，d0为安装带轮处的轴颈，即高速轴的第一段轴颈，
d0=d1=30mm，，取第一段轴的长度为50mm。第二段轴的长度取和低速轴的第二段轴一样的对应关系，但考虑到该轴段上的轴承宽度，故去该轴段的长度为49mm，带轮中心到轴承A支点的距离

高速轴两轴承之间的支点距离为原低速轴的两支点的距离减去俩轴承宽度之差，应为147mm-4mm=143mm，因对称布置，故L1=L2=143mm/2=71.5mm。
高速轴上齿轮的受力和低速轴的力大小相等，方向相反，即：Fr1=1190N，Ft1=3272N。
因齿轮相对于轴承对称布置，A、B支座的支反力数值一样，故只计算一边即可。求轴承A处的支反力：
水平平面：
垂直平面：
求合力：
考虑带的压力对轴承支反力的影响，因方向不定，以最不利的因素考虑：

轴承受到的最大力为FAmax=3552.16N
正常使用情况，查教材表17.10和17.9得：
查附录B：轴承6208的基本额定动载荷C=29.5KN，代入公式得：
②低速轴：
正常使用情况下，查教材表17.10和17.9得
查附录B：轴承6212的基本额定动载荷C=47.8KN，因齿轮相对于轴称为对称位置，轴承的受力一样，可只计算一处，计算A处。当量动载荷：代入公式得：

从计算结果看，高速轴轴承使用时间短。按最短时间算，如每天按两班制工作，每天按250天计算，约使用五年，这只是理论的计算，实际情况比较复杂，应根据使用情况，注意检查，发现损坏及时更换。低速轴轴承因转速太低，使用时间太长，实际应用中会有多种因素影响，要注意观察，发现损坏及时更换。

高速轴轴承类型为6208

低速轴轴承类型为6212

八、 选择轴承润滑与密封方式

九、 箱体及附件的设计

⑴箱体的选择

⑵选择轴承端盖

⑶确定检查孔与孔盖

⑷通气器

⑸油标装置

⑹螺塞

⑺定位销

⑻起吊装置

轴承的润滑方式取决于浸油齿轮的圆周速度，即大齿轮的圆周速度，大齿轮的圆周速度：
，应选脂润滑。
因轴的转速不高，高速轴轴颈的圆周速度为：
，
故高速轴处选用接触式毡圈密封
低速轴轴颈的圆周速度为：
，
故低速轴处也选用接触式毡圈密封

减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，
大端盖分机体采用配合.
1. 机体有足够的刚度
在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度
2. 机体结构有良好的工艺性.
铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便.
箱体中心高度：

取中心高度H=200mm

选用凸缘式轴承盖，根据轴承型号设计轴承盖的尺寸：
高速轴：
低速轴：

在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固
检查孔尺寸：L=120mm，b=70mm
检查孔尺寸：

材料：Q235，厚度取6mm

由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.
选用《机械设计课程设计指导书》表5-16中通气孔1，选

油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。
油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.
选用《机械设计课程设计指导书》表5-16中

螺塞：
放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。
选用《机械设计课程设计指导书》表5-19中

盖螺钉：
启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。
钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.
位销：
为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.
查《机械设计课程设计指导书》表5-20得：销钉公称直径d=8mm

吊钩：
在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体.
按中心距查《机械设计课程设计指导书》表5-21得，箱体毛重155kg，选用吊环螺钉为M10。

轴承的润滑为脂润滑

高速轴处选用接触式毡圈密封

低速轴处也选用接触式毡圈密封

中心高度H=200mm

十、 设计小结

这次关于带式运输机上的单级圆柱斜齿轮减速器的课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过二个星期的设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.为我们以后的工作打下了坚实的基础.
1. 机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融《机械原理》、《机械设计》、《材料力学》、《公差与配合》、《机械工程材料》、《机械设计手册》等于一体。
2. 这次的课程设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想;训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力;巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。
3. 在这次的课程设计过程中,综合运用先修课程中所学的有关知识与技能,结合各个教学实践环节进行机械课程的设计,一方面,逐步提高了我们的理论水平、构思能力、工程洞察力和判断力,特别是提高了分析问题和解决问题的能力,为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。
4. 本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持。衷心的感谢老师的指导和帮助.
5. 设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。

十一、 参考书目

1.《机械设计基础》第2版
陈立德 主编 高等教育出版社
2.《机械设计课程设计指导书》第2版
柴鹏飞 王晨光 主编 机械工业出版社
3.《机械设计课程设计》
于晓文 主编 中国计量出版社
4.《机械设计课程设计图册》
向敬忠 宋欣 崔思海等主编 化学工业出版社