机械设计课程设计二级展开式圆柱齿轮减速器.docx

机械设计课程设计
计算说明书

目录

前言 4
1. 设计任务要求 5
1.1题目 5
1.2任务 5
1.3传动方案 5
1.4设计参数 6
1.5其他条件 6
2. 传动方案简述 6
2.1传动方案说明 6
2.2电动机的选择 6
2.3总传动比的确定及各级传动比的分配 8
2.4各轴转速，转矩与输入功率 8
3. 传动设计 10
3.1 V带轮的设计 10
3.2 高速齿轮的设计 13
3.3低速级齿轮的设计 15
3.4齿轮参数汇总表 18
4. 轴的设计 19
4.1轴的结构设计 19
4.2 键联接强度的计算 25
5. 轴承的选择 27
5.1减速器各种所用轴承参数及代号汇 27
6. 减速器润滑与密封 27
6.1 齿轮传动的润滑 27
6.2润滑油的牌号的选 27
6.3轴承的润滑与密封 28
6.4减速器的密封 28
7. 箱体的主要结构尺寸 28
7.1箱体的结构形式及材料 28
7.2 箱体的主要结构尺寸 29
7.3 主要附件的选择与其设计 30
8. 设计小结 32
参考文献 32

前言

随着科学技术的迅速发展，市场竞争日趋激烈，在机械制造中，运输工业已成为国民经济支柱产业之一，其在国民经济中所占比重和作用越来越重要，世界各国经济发展历程证明了这一点。改革开放以来，随着市场经济的发展，商品流通的增加，物质的不断丰富，生活水平的提高，人们在追求商品外在质量提高的同时，主要还是追求商品内在质量提高，保证内在质量就需要快速的运输来实现。近年来人们的消费需求的扩大，运输工业随之迅速发展，在我国国民生产总值中已占到10%以上，与经济发达国家的差距正在逐步缩小。
运输机械在运输工业中的地位十分重要，对运输工业现代化具有举足轻重的作用。它可以提高劳动生产率，改善生产环境，降低生产成本，减少环境污染，增加产品质量，提高产品的档次，增加附加值从而增加市场竞争力，带来更大的社会效益和经济效益。
我国的运输机械发展起步与20世纪40年代末，从改革开放前少数几种水平落后的单机起，到70年代，在借鉴进口设备和技术的基础上，运输机械的生产发生了一个巨大的变化，大量填补国内空白的运输机械问世，品种规格不断增加，出现了大量专业的运输机械生产企业，形成了一批专业化生产的骨干企业。许多研究机构着手研究运输机械，大专院校也纷纷设立运输专业，先后成立了全国性的协会，学会，标准化机构，出版了各种专业期刊，形成了一个独立的运输行业部门，也是原机械工业部管理的14个大行业之一。进入20世纪80年代，除继续增加新品种外。在产品的技术水平和内在质量、性能等方面有了很大进步，从注重数量向注重质量和性能方面发展，产品的技术水平与国外先进水平的差距在缩小。

设 计 算 及 说 明
计算结果

1. 设计任务要求
1.1题目
二级展开式圆柱齿轮减速器
1.2任务
（1）减速器装配图（0号）……………… 1张
（2）低速轴零件图（3号）……………… 1张
（3）低速级大齿轮零件图（2号）……… 1张
（4）减速器箱盖零件图（0号……………… 1张
（5）设计计算说明书……………………… 1份
（9）草图…………………………………… 1份

1.3传动方案

图（1）传动方案示意图

1——电动机 2——V带传动 3——展开式双级齿轮减速器
4——连轴器 5——底座 6——传送带鼓轮 7——传送带

1.4设计参数
（1）电机功率5.5kw （2）电动机转速1440r/min
（3）减速器传动比16
1.5其他条件
双班制工作、试用期限为10年(年工作日300天)、小批量生产、底座（为传动装置的独立底座）用型钢焊接。
2. 传动方案简述
2.1传动方案说明
2.1.1 将带传动布置于高速级
将传动能力较小的带传动布置在高速级，有利于整个传动系统结构紧凑，匀称。同时，将带传动布置在高速级有利于发挥其传动平稳，缓冲吸振，减少噪声的特点。

2.1.2 选用直齿圆柱齿轮
直齿轮不产生轴向力，可以简化轴承组合结构，自圆周速度不大的场合选用直齿轮。设计、工艺变得简单。

2.1.3将传动齿轮布置在距离扭矩输入端较远的地方
由于齿轮相对轴承为不对称布置，使其沿齿宽方向载荷分布不均。固齿轮布置在距扭矩输入端较远的地方，有利于减少因扭矩引起的载荷分布不均的现象，使轴能获得较大刚度。

综上所述，本方案具有一定的合理性及可行性。
2.2电动机的选择
2.2.1电动机类型和结构型式
根据直流电动机需直流电源，结构复杂，成本高且一般车间都接有三相交流电，所以选用三相交流电动机。又由于Y系列笼型三相异步交流电动机其效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、起动性能较好、价格低等优点均能满足工作条件和使用条件。根据本装置的安装需要和防护要求，采用卧式封闭型电动机。优先选用卧式封闭型Y系列三相交流异步电动机。根据设计的需要选用了Y132S-4电动机。
2.2.2 电动机主要参数

（1）电动机的主要技术数据
电动机型号
额定功率
kw
同步转速
r/min
最大转矩
额定转矩
满载转速
r/min
质量
kg
Y132S-4
5.5
1440
2.2
1440
68

（2）电动机的外形示意图

Y型三相异步电动机

（3）电动机的安装尺寸表 （单位：mm）

电机型号Y132S
型号
尺 寸
H
A
B
C
D
E
F×GD
G
AD
AC
HD
L

132
216
140
89
38
80
10×8
33
210
135
315
475

2.3总传动比的确定及各级传动比的分配
2.3.1 理论总传动比=16
2.3.2 各级传动比的分配
(1)V带传动的传动比2
(2)齿轮传动中，高低速级理论传动比的分配
取，可使两极大齿轮直径相近，浸油深度接近，有利于浸油润滑。同时还可以使传动装置外廓尺寸紧凑，减小减速器的轮廓尺寸。但过大，有可能会使高速极大齿轮与低速级轴发生干涉碰撞。所以必须合理分配传动比，一般可在中取，要求d2 l - d2h≈20～30 mm。
(3)两级齿轮传动的传动比

2.4各轴转速，转矩与输入功率
2.4.1 各轴理论转速
设定：电动机轴为0轴，
高速轴为Ⅰ轴，图（1）左侧
中间轴为Ⅱ轴，图（1）中间
低速轴为Ⅲ轴，图（1）右侧
联轴器为IV轴

777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777(1)电动机
r/min

(2)Ⅰ轴
r/mim
(3)Π轴
r/min
(4)Ⅲ轴
r/min

2.4.2 各轴的输入功率
2.4.2.1传动效率的查取
（1）v带轮的传递效率=0.98
（2）一对滚动轴承的传动效率=0.95
（3）齿轮啮合的传递效率=0.99
（4）联轴器的效率=0.98

2.4.2.2 系统各轴的功率
(1)电动机
kw
(2)Ⅰ轴
kw
(3)Π轴
kw
(4)Ⅲ轴
kw

2.4.3 各轴的理论转矩
(1)电动机

(2)Ⅰ轴
N·mm

(3)Π轴
N·mm
(4)Ⅲ轴
= N·mm

2.4.4各轴运动和动力参数汇总表
轴号
理论转速（r/min）
输入功率（kw）
输入转矩(N·mm)
传动比
电动轴
1440
5.5
3.65×104
2
第I轴
720
5.12
6.8×104
3.2
第II轴
225
4.82
2.1×105
2.5
第III轴
90
4.53
4.8×105

3. 传动设计
3.1 V带轮的设计
3.1.1 原始数据
电动机功率—— kw
电动机转速—— r/min
V带理论传动比——2
单向运转、双班制、工作机为带式运输机

3.1.2 设计计算
（1） 确定计算功率Pca
Pca =KA·Pd
根据双班制工作，即每天工作16小时，工作机为带式运输机，
<由《机械设计》P138表7-7> 查得工作系数KA=1.2
Pca =KA×Pd=1.2×5.5= 6.6 kw

（2）选取普通V带带型
<有《机械设计》P139图7-12>知道应选用普通V带A型。

（3）确定带轮基准直径 dd1和dd2
a. 初选
小带轮基准直径=100mm
b．验算带速
m/s
5m/s<V<25m/s，所以V带轮的速度符合要求。

c. 计算dd2
dd2 mm
符合 《机械设计》P130表7-5中的V带轮直径要求。
（4）确定普V带的基准长度和传动中心距
根据0.7（dd1+dd2）< a 0< 2（dd1+dd2）
210mm< a 0<600mm
初步确定中心距 a 0 =350mm

（5）确定V带的基准长度
Ld’ = =
=1177.25mm
<根据《机械设计》P128表7-2> 取Ld = 1250 mm
计算实际中心距a

（6）验算主轮上的包角
<由《机械设计》P140式(7-24)>

=
∴ 主动轮上的包角合适
（7）计算V带的根数Z
<由《机械设计》P140式(7-25)> 得
— 基本额定功率由《机械设计》P137表7-6> 得PC=1.32
P1—额定功率的增量 <由《机械设计》表7-8> P0=0.46
——包角修正系数 <由《机械设计》表7-9> 得=0.98
——长度系数 <由《机械设计》表7-2> 得=0.95
∴= =1
取Z=2根

（8）计算预紧力 F0
<由《机械设计》P140式(7-26)> 得

由于V=7.53<10m/s,所qv^2可以忽略。
N
（9）计算作用在轴上的压轴力FQ
<由式《机械设计》 P158(8-24)> 得
=449 N

3.1.3带传动主要参数汇总表
带型
Ld
mm
Z
dd1
mm
dd2
mm
a
mm
F0
N
FP
N
A
1250
2
100
200
386
113.2
449

3.1.4带轮材料及结构
（1）带轮的材料
带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200

3.2 高速齿轮的设计
3.2.1原始数据
输入转矩——= N·mm
小齿轮转速——=720 r/min
齿数比——μ=
由电动机驱动单向运转、单班制工作、工作寿命为10年载荷较平稳。（设每年工作日为250天）

3.2.2设计计算
选齿轮类、精度等级、材料及齿数
1 为提高传动平稳性及强度，选用直圆柱齿轮；
2 因为运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度；
3 为简化齿轮加工工艺，选用闭式软齿面传动
小齿轮材料：45Cr调质处理 HBW1=250
接触疲劳强度极限MPa （由《机械设计》图8-20a）
弯曲疲劳强度极限 Mpa （由《机械设计》表8-25a）
大齿轮材料：45号钢调质处理 HBW2=230
接触疲劳强度极限 MPa （由《机械设计》8-20a）
弯曲疲劳强度极限 Mpa （由《机械设计》8-25a）
4初选小齿轮齿数，估计小齿轮直径d1估=50mm
大齿轮齿数Z2 = Z1= 20×3.2=64
5 选择齿宽系数由表8-8可知b估=d1估=55mm
齿轮圆周速度v估=
6 计算两齿轮的应力循环数N
小齿轮 N1=60γn1th=60x2x720x（10x250x8）=1.72x109
大齿轮 N2=N1/ih=8.6x108
7 寿命系数ZN ，由图8-24得,ZN1=1,ZN2=1(不允许有一定量的点蚀)
8 安全系数SH 参照表8-11，取SH=1
9 许用接触应力【σH】,根据（8-14）得：

3.2.3按齿面接触强度设计
计算公式：
mm （由《机械设计》式8-6）
确定公式内的各计算参数数值
(1)小齿轮转矩T1=6.8×104 N·mm
(2)确定载荷系数K
使用系数KA 按电动机驱动，载荷平稳，查表8-4取KA=1
动载系数KV 按8级精度和速度，查图8-11，取KV=1.12
齿间载荷分配系数Kα
<100N/mm
由表8-5，取 Kα=1.3
齿向载荷分布系数 Kβ, 由图8-14a，取Kβ=1.09
所以载荷系数 K=KAKVKαKβ=1
材料的弹性影响系数 Mpa1/2
区域系数 （由《机械设计》图8-16）
重合度系数（由《机械设计式8-7）
由得=0.88

计算
（1）试算小齿轮分度圆直径

=52.0mm
确定中心距a、模数m等主要参数。
模数m mm
由表8-7取标准模数m=2.75mm
中心距 a

分度圆直径d1，d2 d1=mz1=55mm, d2=mz2=176mm
齿宽b mm
=176mm
3.2.4 校核齿根弯曲强度设计
计算需用弯曲应力
寿命系数：由图8-29取YN1=YN2=1
极限应力σFlim：前面已求得σFlim1=290Mpa σFlim2=230Mpa
尺寸系数Yx：由图8-30，取Yx1=Yx2=1
安全系数SF：参照表8-11，取SF=1.6
许用弯曲应力【σF】：由式8-16得

齿形系数YFa：由图8-18，取YFa1=2.62，YFa2=2.29
应力修正系数Ysa：由图8-19，取Ysa1=1.55，Ysa2=1.66
重合度系数Y : 由式8-11得，

齿根弯曲应力 : 由式8-9得

=73.9Mpa<[]=362.5Mpa

<=287.5Mpa
所以，所设计的齿轮符合要求。
3.3低速级齿轮的设计
3.3.1原始数据
输入转矩——= N·mm
小齿轮转速——=225 r/min
齿数比——μ=
由电动机驱动单向运转、单班制工作、工作寿命为10年载荷较平稳。（设每年工作日为250天）

3.3.2设计计算
选齿轮类、精度等级、材料及齿数
1 为提高传动平稳性及强度，选用直圆柱齿轮；
2 因为运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度；
3 为简化齿轮加工工艺，选用闭式软齿面传动
小齿轮材料：45Cr调质处理 HBW1=250
接触疲劳强度极限MPa （由《机械设计》图8-20a）
弯曲疲劳强度极限 Mpa （由《机械设计》表8-25a）
大齿轮材料：45号钢调质处理 HBW2=230
接触疲劳强度极限 MPa （由《机械设计》8-20a）
弯曲疲劳强度极限 Mpa （由《机械设计》8-25a）
4初选小齿轮齿数，估计小齿轮直径d1估=80mm
大齿轮齿数Z2 = Z1= 20×2.5=50
5 选择齿宽系数由表8-8可知b估=d1估=80mm
齿轮圆周速度v估=
6 计算两齿轮的应力循环数N
小齿轮 N1=60γn1th=60x2x225x（10x250x8）=5.38x108
大齿轮 N2=N1/ih=2.15x108
7 寿命系数ZN ，由图8-24得,ZN1=1.1,ZN2=1.15(不允许有一定量的点蚀)
8 安全系数SH 参照表8-11，取SH=1
9 许用接触应力【σ