机械课程设计说明书-减速器.docx

湖南师范大学工程与设计学院2013级机械共工艺技术机械设计课程设计

机械设计课程设计
计算说明书

设计题目 二级直齿圆柱齿轮减速器

机械工艺技术 专业 二 班

设计者

指导老师

2015 年 12 月 23 日

湖南师范大学

0

目 录

1.机械设计课程设计说明书 2
2.电动机选择 4
3. 传动装置的运动及动力参数计算 4
4.传动零件的设计计算 6
5.轴的设计、轴承、键的选择及校核 10
6.减速器润滑 22
7.心得与体会 23
参考文献 23
图纸另附

一. 设计任务书
学生： 学号： 班级：
设计完成日期： 2015 年 12 月 23 日
任课教师： 指导教师：
传动简图：
1—电动机

2—V带传动

3—减速器

原始数据：
参数
功率（P）
转速（n）
传动比（i）
数据
15KW
1460r/min
12
工作条件：平稳载荷，单向传动，室内工作。
使用期限：两班制，每天工作16小时，一年工作250天，使用10年。
工作机转速允许误差：3%~5%。
设计工作量：1、减速器转配图1张（A0或A1）；
2、箱盖零件图、齿轮零件图、轴零件图各1张；
3、设计说明书1份
二、电动机的选择

电动机的选择

电动机型号

额定功率/KW

满载转速/（r/min）

启动转矩/额定转矩

最大转矩/额定转矩

Y160L-4

15

1460

2.2

2.2
三、传动装置的运动及动力参数计算
计算与说明
主要结果
1确定V带截型
工作情况系数 带式运输机工作中载荷变化系数小由于表7-7取出
计算功率 Pc=KAP=1.3×15=19.5kw
V带截型 根据Rc和n,由图7-12选取 B型V带

2 确定V带轮基准直径
小带轮基准直径 由图7-12及表7—4选取dd1
大带轮基准直径 dd2=d11（n1÷n2）=125×3=375
验算带速 由表7-5知带轮基准直径系列中收有此值。取dd2=375
V=

3 确定中心距及V带基准长度
初定中心距 由0.7（dd1+dd2）≦a0≦2（dd1+dd2）及dd1,dd2
得350≦a0≦1000， 初定a0=800mm
计算V带基准长度 Ld=2a0+0.5（dd1+dd2）+（dd2-dd1）4a0
=2800+0.5(125+375)+(375-125)(4800)
=24.49
V带基准长度 由表7-2选取Ld=2500
实际中心距 拟将带传动设计成中心距可调的结构，采用近似计算
a a0+（ Ld- L'd）2==847.6mm
取a=848
验算小带轮包角 1= 180°-（dd2-dd1）a57.3°
= 180°-（375-125）848 57.3°
= 163.12°

4. 确定V带根数
单根V带基本额定功率 由表7-6 P1 =2.2kw
单根V带基本额定功率增量 由表7-8 P 1=0.45kw

小带轮包角修正系数 由表7-9 代性插值 ，求得Kα=0.96
带长修正系数 由表7-2 KL =1.03
V带根数
Z≧ Pl / （P1+ P ）KαK 2
=19.5÷
=7.41
取Z=8

5. 计算初拉力
V带单位长度质量 由表7-1 q=0.17
单根V带的初拉力 F0=500²
=500××+0.17×9.56²
=220.04N
取F0=221N

6. 作用在轴上的载荷
FQ=2ZF0sin=2×8×221×sin（163.12°÷2）=2.19×10³N

四、传动零件的设计计算
齿轮的传动的设计计算
1. 选择齿轮材料并确定初步参数
（1） 选择齿轮材料机器热处理 由表8-1选取
小齿轮：40Cr 、调质处理、齿面硬度、260HBV
大齿轮：45钢、调质处、齿面硬度、 230HBW

（2）初选齿数
取小齿轮齿数Z1=30 Z2=2²×Z1=4×30=120

（3）选择齿宽系数和精度等级初选小齿轮直径=60mm
参照表8-8区齿系数=1，则==160=60
齿轮圆周速度 ==4.59
参照表8-9，齿轮精度选为8级

（4）计算两齿轮应力循环次数N
小齿轮 =60=60×1×1460×（250×10×16）=3.5×
大齿轮 ==

（5）寿命系数由图8-24得
（不允许有定量点蚀）

（6）接触疲劳极限
由图8-20a，查MQ线得=720MPa =580MPa

（7）安全系数参照表8-11，取=1
（8）许用接触应力根据公式（8-14）得
===720MPa
===580MPa

2按齿面接触疲劳强度设计齿数的主要参数

（1）确定相关的参数值
计算小齿轮的转矩T1
T1=

‚确定载荷系数K
使用系数 按电动机驱动载荷平稳 查表8-4取=1
动载系数 按8级精度和速度，查图8-11，取=1.12
齿间载荷分配系数

如表8-5，取=1.3
正向载荷分布系数，如图8-14a，取=1.09
载荷系数

ƒ确定弹性系数，由表8-6得 =190

④确定节点区域系数 由式8-16得，=2.5

⑤确定重合度系数 由式（8-8），重合度

由式（8-7），重合度系数
=

（2） 球所需小齿轮直径，由式（8-6）得
≧

=59.4
与初估基本相符

（3） 确定中心距模数m等主要几何参数
模数m

由表8-7取标准模数得 m=2mm
‚中心距a

ƒ分度圆直径

④确定齿宽b
大齿轮齿宽

小齿轮齿宽

3. 校核齿轮晚期疲劳强度
（1）计算许用弯曲应力
寿命系数， 由图8-29取
‚极限应力， 由图8-25a取=300MPa，
ƒ尺寸系数， 由图8-30，取
④安全系数， 参照表8-11取
⑤需用弯曲应力由式（8-16）得

（2）计算齿根弯曲应力
齿形系数 由图8-18，取=2.52=2.18
‚应力修正系数由图8-19，取
ƒ重合度系数，
由式（8-11）得

④齿轮弯曲应力，由式（8-9）得

结论齿根弯曲疲劳强度足够

KA=1.3
Pc=19.5kw
B型号V带
dd1=125

dd2=375
V=9.56
带速在允许的范围内

a=848
1=
163.12°

Z=8

FQ=
2.19×10³N

小齿轮
40Cr调质
大齿轮
45钢调质
齿轮精度为八级

K=1.67
≧59.1mm

m=2mm

a=150

计算项目

五、轴的设计、轴承、键的选择及校核

计算及说明

计算结果

1.已知条件

高速轴传递的功率,转速，小齿轮分度圆直径齿轮宽转矩

2. 选择轴的材料

因为传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故由表8-26选用常用的材料，调质处理
，调质处理

3.初算轴径

因为高速轴外伸段上安装带轮，所以轴径可按下式求得，通常取由表9-8取则
d≧
考虑到轴上有键槽，轴径应增大3%-5% ，则

取

4. 结构设计

4.机构设计

（1） 轴承部件的机构设计
轴的初步结构设计及构想如图8-14所示。为方便轴承部件的装拆，减速器的集体采用剖分式机构。该减速器发热小、轴不长，故轴承采用两端固定方式。然后，可按轴上零件的安装顺序，从处开始设计

（2） 轴段的设计
轴段上安装带轮，此段设计应为与带轮设计同步进行。由最小直径课初定轴段的轴径带轮轮毂的宽度为，取为48mm，则轴段的长度略小于毂孔宽度，取

（3） 轴段‚轴径设计
考虑带轮的轴向固定及密封圈的尺寸，带轮用轴肩定位，轴肩度为 mm，则
。由于轴段‚的长度涉及的因素较多，稍后再确定。
（4） 轴段ƒ和⑦的设计
轴段ƒ和⑦安装轴承，考虑齿轮只手径向力和圆周力，所以选用球轴承即可，其直径应既便于轴承安装，又应符合轴承内径系列。先暂取轴承为6008，经过计算轴寿命不够，改选6208轴承，由表8-28查得轴径内径外径D=80mm，宽度B=18mm，内圈定位轴肩直径外圈定位凸肩内径，故，该减速器齿轮的圆周速度小于2m/s,故轴承采用脂润滑。则
通常一根轴上的两个轴承取相同型号，则

（5） 轴段‚的长度设计
轴段‚的长度除与轴上零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关。

(6) 轴段④和⑥的设计
该轴段间接为轴承定位，可取则轴段④和⑥的长度为。

（7） 轴段⑤的设计
轴段⑤上安装齿轮，为便于安装，应略大于由于小齿轮与轴直径相差不大，所以做成齿轮轴

（8） 力作用点的距离

（9）画出轴的结构及相应尺寸，如图

5. 键连接

V带轮与轴段之间采用A型普通平键，由表8-31得键的型号为键10×45，GB/T 1096-1990

6. 轴力分析

6.轴的受力分析

（1） 画轴的受力图 轴的受力图如图所示
（2） 支承反力 在水平面上为

式中负号表示与图中所示力的方向相反，以下同

在垂直平面上为

轴承A的总支承反力为

轴承B的总支承反力为

（3） 弯矩计算

在垂直平面上为

合成弯矩有

（4） 画弯矩图 弯矩图如图所示

（5） 转矩和转矩图

7. 校核轴的强度

7.校核轴的强度

齿轮轴与B处弯矩较大，且轴颈小，故点B剖面为危险剖面。
其抗弯截面系数

抗扭截面系数

最大弯曲应力

扭剪应力为

按弯曲合成强度进行校核计算，对于单项转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数则当量应力为
由表8-26查的的抗拉强度极限，得到强度满足要求

轴的强度满足要求

8. 校核键连接的强度

计算项目

带轮处键连接的挤压应力为

取键的材料为钢，游标8-33查得，强度足够

低速轴的计算

键强度满足要求

计算结果

1.已知条件

低速轴传递的功率，转速，传递转矩齿轮2分度圆直径齿宽。

2. 材料选择

因传递功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选常用的材料45钢，调制处理。

45钢，调质处理

3.初算轴径

取低俗轴外伸段的直径可按下式求得：
≧
轴与联轴器，有一个键槽，因增大轴径3%~5%，即
≥
圆整取

4.结构设计

4. 结构设计

4.结构设计

（1） 轴承部件的结构设计
轴的初步结构设计及构想如图8-17所示，该减速器发热小，轴不长，故轴承采用两端固定方式，按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计
（2） 轴段①的设计

（3） 轴段②的轴肩高度

轴段②的轴径
mm
最终由密封圈确定，该处轴的圆周速度小于3m/s，可选用毡圈油封，查表8-27，选用毡圈40 JB/ZQ4606-1997，则

(4) 轴段③和轴段⑥的设计
轴段③及轴段⑥上安装轴承，考虑齿轮没有轴向力存在，因此选用深沟球轴承。轴段③和轴段⑥直径应既便于轴承安装，又应符合轴承内径系列。先暂取轴承为6015，由表8-28查得轴承内径d=75mm，外径D=115mm，宽度B=20mm，内圈定位轴肩直径外援定位凸肩内径故选，通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则
（5） 轴段⑤的设计
轴段⑤安装齿轮，为便于齿轮的安装，
可初定齿轮2轮毂的宽度范围为（1.2~1.5），取其轮毂宽度等于齿轮宽度，其左端采用轴肩定位，右端采用套筒固定。为了使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段⑤长度应比轮毂略短，由于
（6） 轴段②的长度设计
轴段②的长度出浴轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关。轴承座宽度L、轴承端盖厚e、轴承端盖连接螺栓、轴承靠近箱体内壁的端面距箱体内壁距离△、端盖与轴承座间的调整垫片厚度均同高速轴，为避免联轴器轮毂外径与端盖螺栓的拆装发生干涉，联轴器轮毂端面与端盖外端面的距离取K=13mm，则有

（7） 轴段④的设计
该轴段为齿轮提供定位作用，定位轴肩的高度为h=（0.07~1），取h=6mm，则
则轴段④的长度为

（8） 轴段③和轴段⑥的长度设计
轴段⑥的长度

轴段③的长度

（9） 轴上作用点间的距离
可得轴的支点及受力点间的距离为

（10）画出轴的结构及其相应尺寸，如图所示

5. 键连接

联轴器与轴段①及齿轮与轴段⑤间采用A型普通平键连接，查表8-31可得其型号分别为键10×50 GB/Ｔ　１０９６－１９９０和键２２×５０　ＧＢ/T 1096-1990

6. 受力分析

6.受力分析

（1） 画出受力简图 轴的受力简图如图所示

（2） 支承反力 在水平面、垂直面上分别为

轴承A/B的总支承反力为

(3) 弯矩，画弯矩图，弯矩图如图所示
在水平面上，齿轮所在轴截面为

在垂直平面上，齿轮所在的轴截面为

合成弯矩。齿轮所在的轴截面为

转矩如图所示，

7. 校核轴强度

抗弯截面系数

抗扭界面系数

弯曲应力

扭剪应力为

当量应力为

由表8-26查得45钢调制处理抗拉强度极限，由表8-32查得轴的需用弯曲应力，强度满足要求

轴的强度满足要求

8.校核键强度

齿轮2处键连接的挤压应力为

取键，轴及齿轮的材料都为钢，由表8-33查得，强度足够
联轴器处的键的挤压应力为

故其强度也足够

键连接强度足够

9. 校核轴承寿命

9.校核轴寿命

（1） 当量动载荷

齿轮上作用力的计算

轴承寿命满足要求

计算项目

计算及说明

计算结果

1. 已知条件

高速轴传递的转矩为，转速为，小齿轮分度圆直径为。

2.小齿轮1的作用力

（1）圆周力为

（2）径向力为

3. 大齿轮2的作用力

从动齿轮2作用力与主动齿轮1上相应的大小离相等，作用方向相反

六、 润滑油的选择

齿轮选择全损耗系统用油L—AN68润滑油润滑，润滑油深度为60mm，箱体底面尺寸为80mm×340mm，箱体内所装润滑油量为
V=340×80×60=1632000mm
该减速器所传递的功率，对于单级减速器，每传递1KW的功率，需油量为，则该减速器所需油量为

七、 心得与体会

这次关于一级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；提高我们机械设计的综合素质等方面有重要的作用。 通过两个星期的设计实践，使我们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。在此次设计过程中，不但使我们树立起了正确的设计思想，而且，也使我们学到了很多机械设计的一般方法，基本掌握了一般机械设计的过程，还培养了我们的基本设计技能，所以这次课程设计我们的收获是非常巨大的。 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》、《理论力学》、《材料力学》、《公差与配合》、《CAD实用软件》、《机械工程材料》,《机械设计手册》等于一体。 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,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。 一分耕耘一分收获，虽然两周的设计时间很紧迫，每天都要计算、画图到深夜，但是我们的收获也是很巨大的，相信这次的课程设计必将是我们走向成功的一个坚实基础。 在本次设计过程中得到了各位指导老师的细心帮助和支持。衷心的感谢老师们的指导和帮助。

参考文献
1、《机械设计课程设计》，孙岩等主编，北京理工大学出版社。
2、《机械设计课程设计》，银金光等主编，中国林业出版社；北京希望电子出版社。
3、《机械制图》，王巍等主编，高等教育出版社
4、《机械设计》，李建功等主编，机械工业出版社
5、《工程力学》，北京科技大学、东北大学主编，高等教育出版社
6、《减速器设计（实例精解）》 机械工艺出版社 张春宜 郝广平 刘敏 编著

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