机械设计课程设计单级直齿圆柱齿轮减速器说明书.doc

课程设计任务书
课程设计题目：带式运输机的单级直齿圆柱齿轮减速器
（一）设计内容
1、电动机的选择及运动参数的计算
2、齿轮传动的设计；
3、轴的设计；
4、绘制零件的工作图和装配图
(1) 减速器的装配图
(2) 绘制零件的工作图
5、编写设计说明书
(1)、目录；
(2)、设计任务书；
(3)、设计计算：详细的设计步骤及演算过程；
(4)、对设计后的评价；
(5)、参考文献资料。
（二） 设计工作量
1.减速器装配图一张
2.零件图二张（轴一张，齿轮一张）
3.设计说明一份。
目录
传动方案拟定及说明 4
电动机的选择 5
齿轮传动的设计计算 8
轴的设计计算 12
减速器铸造机体结构尺寸计算结果表 18
设计小结 21

传动方案拟定及说明
系统简图：

原始数据：带工作拉力F=2000N，带速度V=2.4m/s，卷筒直径D450mm

工作要求：每日两班制，传动不逆转，有中等冲击，链速允许误差为5%

电动机的选择
1、电动机类型的选择
Y系列三相异步电动机
2、电动机功率的选择
（1） 工作机所需功率Pw。
Pw=Fv/1000=(2000·2.4)/1000=4.8Kw
（2）电动机输出功率Pd。考虑传动装置的功率损耗，所需电动机的输出功率为
Pd=Pw/η
式中：η1. η2.，η3，η4为别为传动系统中联轴器、滚动轴承、齿轮传动及卷筒传动的效率，查表2-3，取η1=0.99，η2=0.98，η3=0.97，η4=0.96，则
η=0.992·0.984·0.972·0.96=0.817
所需电动机的输出功率为
Pd=Pw/η=4.8/0.817=5.88Kw
（2） 确定电动机的额定功率Ped。选定电动机的额定功率Ped=7.5Kw
3、选择电动机的转速
计算工作机的转速nw
nw=（60·1000·v）/πD=101.9r/min
安表2-2推荐的传动比合理范围，二级圆柱齿轮减速器传动比范围是i’=8~40.
则电动机转速的可选范围为
Nd=I’nw=*8~40）·101.9=815.2~4076Kw
可见同步转速为750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min的电动机都符合要求，查表14-1，初选同步转速1000r/min、1500r/min的两种电动机进行比较，则为Y160M-6、Y132M-4，其传动比为9.81、14.72.因此电动机Y160M-6传动比小，选定电动机型号为Y160M-6。
电动机型号
满载转速/（r·min）
额定功率/Kw
启转转矩
最大转矩
额定转矩
额定转矩
Y160M-6
970
7.5
2.0
2.0
计算传动装置总传动比和分配各级传动比
1、 传动装置总传动比
i=nm/nw=970/101.9=9.81
2、 分配各级传动比
i=i1·i2
考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，取高速级齿轮传动比i1=1.4i，故
i1=3.65
低速级的圆柱齿轮的传动比
i2=i/i1=9.52/3.65=2.6
3、 各轴转速
（1）电动机轴为轴Ⅰ，高速级轴为轴Ⅱ、中速级轴为轴Ⅲ、低速级轴为轴Ⅳ，卷筒轴为轴Ⅴ则
nⅠ=nⅡ=nm=970r/min
nⅢ=nⅡ/i1=970/3.65=265.8r/min
nⅣ=nⅤ=nⅢ/i2=265.8/2.6=102.2r/min
（3） 各轴的输入功率
PⅠ=Pd=5.88Kw
PⅡ=PⅠ·n1=5.88·0.99=5.82Kw
PⅢ=PⅡ·n2·n3=5.82·0.98·0.97=5.33Kw
PⅣ=PⅢ·n2·n3=5.53·0.98·0.97=5.26Kw
PⅤ= PⅣ·n2·n1=5.26·0.98·0.99=5.1Kw
（4） 各轴输入转矩
TⅠ=9550·PⅠ/ nⅠ=9550·5.88/970=57.89N·m
TⅡ=9550·PⅡ/ nⅡ=9550·5.82/970=57.3 N·m
TⅢ=9550·PⅢ/ nⅢ=9550·5.53/265.8=198.69 N·m
TⅣ=9550·PⅣ/ nⅣ=9550·5.26/102.2=491.52 N·m
TⅤ=9550·PⅤ/ nⅤ=9550·5.1/102.2=476.57 N·m
项目
电动机轴Ⅰ
高速级轴Ⅱ
中速级轴Ⅲ
低速级轴Ⅳ
卷筒轴Ⅴ
转速r/min
970
970
265.8
102.2
102.2
功率/Kw
5.88
5.82
5.53
5.26
5.1
转矩N·m
57.89
57.3
198.69
491.52
476.57
传动比
1
3.65
2.6
1
效率η
0.99
0.95
0.95
0.97

齿轮传动的设计计算
选择齿轮材料及精度等级和齿数
   考虑减速器传递功率不大，按课本P142表10-8及10-9选，以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为217~286HBS。；大齿轮选用45钢，正火，齿面硬度156~217HBS，根据表选8级精度。齿面精糙度Ra≤6μm。
1、高速级轴
转矩：TⅡ=5.73N·m，转速n=970r/min，传动比=3.65
小齿轮σHlim1=710Mpa σHlim2=590Mpa
[σH1]=σHlim1/SH=710/1.0Mpa=710Mpa 
[σH2]=σHlim2/SH =590/1.0Mpa=590Mpa
[σF1]=600/1.25=480 Mpa
[σF2]=450/1.25=360 Mpa
设齿轮用8级精度制造。取载荷数K=1.5，齿宽系数φd=0.8，取ZE=188
d1≥【2kT1·(u+1)·（ZE·ZH）/φd ·u·（[σH]）2】1/3
=[2·1.5·15.73·104·4.65·（188·2.5）2/（0.8·3.65·4502]1/3
=66.8mm
小齿轮取Z1=30，则Z2=3.65·30=109.5≈110，故实际传动比为Z2/Z1=3.67
模数m=d1/Z1=66.8/30=2.2mm
齿宽b=φd`d1=0.8·66.8=53.44mm
            B2=55mm B1=60mm
查表4-1，取m=2.5，实际的d1=Z1·m=30·2.5=75mm d2=275mm
中心距a=（d1+d2）/2=175mm
验算齿轮弯曲强度
齿形系数查图11-8、11-9得YFa1=2.6   YFa2=2.23
Ysa1=1.63   Ysa2=1.83
[σF1]= 2KT1 YFa1 Ysa1/(bm2Z1)=Mpa=70.64Mpa≤480 Mpa 
则[σF2]= σF1·YFa2 ·Ysa2/（YFa1 ·Ysa1）=71Mpa ≤480 Mpa
齿轮的圆周速度
v=πd1n1/60·1000=3.14·75·970/60000=3.80m/s
对照表11-2可知选8级精度是适合的
2、同理，低速级轴
转矩：TⅡ=198.69N·m，转速n=265.8r/min，传动比=2.6，功率η=5.53Kw
小齿轮σHlim1=710Mpa σHlim2=590Mpa
[σH1]=σHlim1/SH=710/1.0Mpa=710Mpa 
[σH2]=σHlim2/SH =590/1.0Mpa=590Mpa
[σF1]=600/1.25=480 Mpa
[σF2]=450/1.25=360 Mpa
设齿轮用8级精度制造。取载荷数K=1.5，齿宽系数φd=0.8，取ZE=188
d1≥【2kT1·(u+1)·（ZE·ZH）/φd ·u·（[σH]）2】1/3
=[2·1.5·1.99·105·3.6·（188·2.5）2/（0.8·2.6·4502]1/3
=104.07mm
小齿轮取Z1=30，则Z2=2.6·30=78
模数m=d1/Z1=104.07/30=3.469mm
齿宽b=φd`d1=0.8·104.07=83.256mm
  则          B2=85mm B1=90mm
查表4-1，取m=4，实际的d1=Z1·m=30·4=120mm d2=312mm
中心距a=（d1+d2）/2=216mm
验算齿轮弯曲强度
齿形系数查图11-8、11-9得YFa1=2.6   YFa2=2.23
Ysa1=1.63   Ysa2=1.83
[σF1]= 2KT1 YFa1 Ysa1/(bm2Z1) =62Mpa≤480 Mpa 
则[σF2]= σF1·YFa2 ·Ysa2/（YFa1 ·Ysa1）=60Mpa ≤480 Mpa
齿轮的圆周速度
v=πd1n1/60·1000=3.14·120·265.8/60000=1.670m/s
对照表11-2可知选8级精度是适合的
项目
高速级
低速级
齿数
Z1=30 Z2=110
Z1=30 Z2=78
模数
2.5
4
齿顶圆
da1=80mm da2=280mm
da1=128mm da2=320mm
齿跟高
df1=68.75mm df2=268.75mm
df1=110mm df2=302mm
分度圆直径

齿高
5.6
9
中心距
175
216

轴的设计计算
高速级轴
圆周力：Ft=2T11/d1=2·57.3/0.075=1528N
径向力：Fr=Fttanα=Fttan20=556N
垂直面的支承反力：
F1v=Fr·（L/2）/L=556/2=278N
F2v=Fr-F1v=278N
水平面支承反力
F1H= F2H=Ft/2=1528/2=764N
绘制垂直面弯矩图：Mav= F1V·L/2=278·227/2=31.553≈32N·m
Mav’= Mav=32N·m
绘制水平面弯矩图MaH= F1H·L/2=764·0.277/2=173.428≈173N·m
求合成弯矩图：Ma=【( Mav)2+( MaH)2】1/2=176N
Ma’=【( Mav’)2+( MaH)2】1/2=176N
转矩T=57.3N·m,取折合系数α=0.6
按弯扭合成进行强度计算Me=【Ma2+（αT）2】1/2=179N·m
计算危险截面处轴的直径
轴的材料选择45钢，由表14-1，差得σB=650Mpa，有表14-3查得
[σ-1b]=60Mpa
d≥【Me/0.1[σ-1b]】1/3=26.3mm
考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大5%，故
d=26.3·1.05=27.615mm 取d=30mm
验算：
fP=1.5 ft=1 Lh=24000h n=970r/min
P=X0·Fr=0.6·556=333.6N
Cr=fPP/ft·（60nLh/106）1/3=5594N
因此满足要求
中速级轴
圆周力：Ft2=2T11/d1=1445N
Ft3=2T11/d1=3312N
径向力：Fr2=Fttanα=526N
Fr3=Fttanα=1205N
L1=50mm L2=90mm L3=65mm
垂直面的支承反力：
F1v=【Fr2（L1+L3）+Fr3·L3】/L总=780N
F2v=【Fr2·L1+Fr3（L1+lL2）】/L总=951N
水平面支承反力
F1H=【Ft2（L1+L3）+Ft3·L3】/L总=2143N
F2 H =【Ft2·L1+Ft3（L1+lL2）】/L总=2614N
垂直弯矩图
Mav=F2v·L3=62N·m
Mav’=F1v·L1=39N·m
水平弯矩图
Mah=F2h·L3=170N·m
Mah’=F1h·L1=107N·m
合成弯矩图
Ma=【( Mav)2+( MaH)2】1/2=181 N·m
Ma’=【( Mav’)2+( M’aH)2】1/2=114 N·m
T=T2=T3=198.69,α=0.3
按弯扭合成进行强度计算Me=【Ma2+（αT）2】1/2=190.6N·m
按弯扭合成进行强度计算Me’=【Ma’2+（αT）2】1/2=118.4N·m
因为Me＞Me’，因此计算d用Me=190.6计算
d≥【Me/0.1[σ-1b]】1/3=31.67mm
考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大5%，故
d=31.67·1.05=33.25mm 取d=35mm
验算：
fP=1.5 ft=1 Lh=24000h n=265.8r/min
P=X0·Fr=0.6·526=315.6N
Cr=fPP/ft·（60nLh/106）1/3=3437N
因此满足要求
低速级轴
圆周力：Ft=2T11/d1=2·491.52/0.312=3151N
径向力：Fr=Fttanα=Fttan20=1147N
垂直面的支承反力：
F1v=Fr·（L/2）/L=573.5N
F2v=Fr-F1v=573.5N
水平面支承反力
F1H= F2H=Ft/2=1575.5N
绘制垂直面弯矩图：Mav= 66.8N·m
Mav’= Mav=66.8N·m
绘制水平面弯矩图MaH= F1H·L/2=183.5N·m
求合成弯矩图：Ma=【( Mav)2+( MaH)2】1/2=195.3N
Ma’=【( M’av)2+( MaH)2】1/2=195.3N
转矩T=491.52N·m,取折合系数α=0.6
按弯扭合成进行强度计算Me=【Ma2+（αT）2】1/2=353.72N·m
计算危险截面处轴的直径
轴的材料选择45钢，由表14-1，差得σB=650Mpa，有表14-3查得
[σ-1b]=60Mpa
d≥【Me/0.1[σ-1b]】1/3=38.93mm
考虑到键槽对轴的削弱，将d值增大5%，故
d=38.93·1.05=40.87mm 取d=44mm
验算：
fP=1.5 ft=1 Lh=24000h n=102.2r/min
P=X0·Fr=0.6·1147=688.2N
Cr=fPP/ft·（60nLh/106）1/3=5450N
因此满足要求

减速器铸造机体结构尺寸计算结果表
名称
符号
结构尺寸/mm
机座壁厚
δ
（0.025~0.03）a+△≥8
13
机盖壁厚
δ1
（0.8~0.85）≥8
10.4
机座、机盖、机底座凸缘的厚度
b、b1、b2
b=1.5 b1=1.51 b2=2.5
b1=19.5 b2=15.6
b3=32.5
机座、机盖上的肋厚
m,m1
m≥0.85δ
m1≥0.85δ1
m=11.05
m1=8.84
轴承旁凸台的高度和半径
R1、h
R1=C2
h由结构图要求确定
轴承盖
D1、D2、D3
D+（5-5.5）d3
D1=67 D2=59
D3=73
地脚螺钉直径和数目
df、n
df =20、n=6
地 脚 螺 钉
通孔直径
df’
15
沉头座直径
D0
32
底座凸缘尺寸
C1min
22
C2min
20

链 接 螺 栓

链 接 螺 栓
轴承旁连接螺栓直径
d1
0.75 df
15
机座、机盖连接螺栓直径
d2
l=150~200
（0.5~0.6）df：螺栓的间距
d2=10
连接螺栓直径
d
6
通孔座直径
d’
7
沉头座直径
D
13
凸缘尺寸
C1min
12
C2min
10
定位销直径
d
（0.7~0.8）d2
8
轴承盖螺钉直径
d3
（0.4~0.5）df
8
窥视孔盖螺钉直径
d4
（0.3~0.4）df
6
机体外壁至轴承座断面的距离
l
c1+c2+(5~8)
30
大齿轮顶圆与机体内壁的距离
△1
≥1.2δ
13
齿轮断面与机体内壁的距离
△2
≥δ（取值10~15或更大）
15
设计小结
这次机械设计课程设计让我们对机械设计方面有了更深入了解，同时让我们加深了解对课本知识的更深入认识，经过这次设计带式运输机的二级圆柱减速器，为我自己的将来打下了扎实的基础，同时也是考验我自己对课本知识的认识和运用。
这次的机械设计培养了我自己的动手能力，还培养了班集体的团结，我深深明白到，机械设计并不是一门那么容易学到的，为此我对自己加大了压力，让自己更有动力去学习