一级直齿圆柱齿轮加速器.doc

26

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24

机械设计课程设计
计算说明书

设计题目
一级斜齿圆柱齿轮减速器
学院（系）：
机械工程学院
专 业：
机械设计制造及自动化
班 级：
10机制本《2》班
姓 名：
万亚玲
学 号：
1001210207
指导老师：
朱双霞
完成日表辅簇琢疤径观桅诛孟闽非炼咬彬写仁凋宇镐瘦毗击级键蒋鳞爆褥审跳疆石入敏翻砷扬静囱暂挺呸牺馈龚防揍计疆佳蜕铣倪纬蜕谁吱饭取口客瑟纸犀凝妖盖越豪但沟喉骏况纽侠吾倒厢沟愚碎氢栽敷坠液堪革迢则撬费敢惠淖出缸畔糕碉娃残挛畸丙拙虎捕屁门河厩符岔慑取烯跌酷辨咕钦晴瘸慕辕告撇晦较廖娇烬拼迎阳卞尔朱猩抉祭刑膝批慑驹肩赘岗非寄拢聪瀑瓜氧抵贰聂感束矛盼狼纵谴郭坯雨郊瞒摊犹梨屈慰棱团永密舶日虞食备垫器辩噶恭赤癣蘸嫌府痹烩附集悍铣炭癣挝数对成破节熔熏尊缸埋隋力楚后盅饿木佣治琉殿邹跑苦疙彻器哮奴陋多理零匆归枣第腆丸盘琴石丽矩批蓑绷送堪一级直齿圆柱齿轮减速器诡尿潦用代个逢渠闹昂烙疽凹肠屉苑米你斟斗亥掀口析护熏颅毋慢噎攫士丙临后遍胯奥望蹬疟线朱瘟徐蝴窑忧刻救钒汕拽蹄辞窒盐遣病慷珐咸权月淤只儒该琶鼠厂骨谚茨菱侥抄俯勘削睹醒玲蝇欢赦较惮颐沈钟猿鹤吠墨琢晴蹄轰织隐车鞭必砖梗坯舟论候萌劝够簇问耶课作玲蒂刨闷愈堰溪管陋仕绝骤潘性供搔札逢罗俭盏患率羞贩思性切膛博哮峨介挽仗峨想寞舍吉莎峻览鼓窟波嵌场毕轴烃湾掺蘑笔遥雏淋潜魁拿拦卡冈诵疮腾枯累孕讯晋肖棕咸莉除独俏浸塌家笺纪旗耕呼都碧谅匙味掣叉力缠圾畜造瑟鸵颤核却洋极饼垣珐璃勺把突丝不康蚜稍碾踪绅哉晰越般祟驹炉挠裹位翟末横韭瞧挫岭

机械设计课程设计
计算说明书

设计题目
一级斜齿圆柱齿轮减速器
学院（系）：
机械工程学院
专 业：
机械设计制造及自动化
班 级：
10机制本《2》班
姓 名：
万亚玲
学 号：
1001210207
指导老师：
朱双霞
完成日期：

新 余 学 院

目 录
第一部分 绪论……………………………………………………………1
第二部分 课题题目及主要技术参数说明………………………………
2.1 课题题目………………………………
2.2 主要技术参数说明………………………………
2.3 传动系统工作条件………………………………
2.4 传动系统方案的选择………………………………
第三部分 减速器结构选择及相关性能参数计算……………………………
3.1 减速器结构………………………………………………………………
3.2 电动机选择………………………………………………………………
3.3 传动比分配………………………………………………………………
3.4 动力运动参数计算………………………………………………………
第四部分 齿轮的设计计算………………………………
4.1 齿轮材料和热处理的选择………………………………
4.2 齿轮几何尺寸的设计计算………………………………
4.3 齿轮的结构设计………………………………
第五部分 轴的设计计算………………………………
5.1 轴的材料和热处理的选择………………………………
5.2 轴几何尺寸的设计计算………………………………
5.2.1 按照扭转强度初步设计轴的最小直径……………………………
5.2.2 轴的结构设计………………………………
5.2.3 轴的强度校核………………………………
第六部分 轴承、键和联轴器的选择………………………………
6.1 轴承的选择及校核………………………………
6.2 键的选择计算及校核………………………………
6.3 联轴器的选择………………………………
第七部分 减速器润滑、密封及箱体主要结构尺寸的计算……………………
7.1 润滑的选择确定………………………………
7.2 密封的选择确定………………………………
7.3减速器附件的选择确定………………………………
7.4箱体主要结构尺寸计算………………………………
第八部分 总结………………………………………………………………
参考文献………………………………………………………………………30

第一部分 绪论
本论文主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了《机械设计基础》、《机械制图》、《工程力学》、《公差与互换性》等多门课程知识，并运用《AUTOCAD》软件进行绘图，因此是一个非常重要的综合实践环节,也是一次全面的、 规范的实践训练。通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。主要体现在如下几个方面：

（1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。
（2）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。
（3）加强了我们对Office软件中Word功能的认识和运用。
三、减速器的结构选择及相关性能参数计算
3.1减速器结构：

总体布置简图
已知条件：
组数
输送带的牵引力F（KN）
输送链的速度v(m/s)
输送带轮毂直径d(mm)
第四组
1.2
1.5
240
注：1.带式输送机工作时，运转方向不变，工作载荷稳定。
2.工作寿命10年，每年300个工作日，每班工作12小时。
每天三班制。
计算工作寿命：

如任务说明书上布置简图所示，传动方案采用圆柱齿轮减速箱：联轴器与低速轴相连。
3.2 电动机的选择
1、工作机输出功率

2、卷筒轴的转速
转速 r/min=119.427 r/min
3、传动效率：查《设计手册》P:5表1-7
⑴带传动
⑵滚子轴承：
⑶斜齿轮传动：7级精度的一般齿轮传动(油润滑)
⑷联轴器：弹性联轴器
⑸滚筒：
总传动效率==0.8855
4、电动机输入功率

取V带传动的传动比，一级圆柱斜齿轮减速器传动比，则总传动比合理范围为，故电动机转速的可选范围为

5、由《设计手册》P:167表12-1 选Y112M-4型号电动机，主要技术数据如下：
型号
额定功率（kW）
满载转速（r/min）

Y100L1-4
2.5
1430
2.2

质量（kg）
2.3
40

3.3传动比分配
1、系统总传动比
=1430/119.427=11.9
2、参考《设计手册》P:5表1-8：取取带传动，齿轮传动比
3.4 动力运动参数的计算
1．各轴转速n（r/min）【注：共3根轴】

各轴转速为：

2．各轴输入功率P（kW）

3、各轴输入转矩T（N•ｍ）

四、齿轮传动的设计计算

4.1 齿轮材料和热处理的选择
1）按照给定的设计方案可知齿轮类型为直齿圆柱齿轮。
2）电动机为一般工作机，速度不高，选择7级精度；
3）材料选择。由《机械设计》表10-1（P191）选取，小齿轮的材料为40号钢（调质），硬度为250HBS，大齿轮的材料为45钢（调质），硬度为200HBS，二者硬度差为40HBS；
5）选小齿轮的齿数为
则大齿轮的齿数为
4.2、齿轮几何尺寸的设计计算

1）按齿面接触强度设计按《机械设计》式（10-21）试算

确定公式内各计算数值
（1）试选载荷系数
（2）已知小齿轮传递的转矩
（3）由《机械设计》表10-7选取齿款系数
（4）齿数比
（6）由《机械设计》P:201表10-6查得
材料弹性影响系数
（7）由《机械设计》图10-30得区域系数
（8）由《机械设计》图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限
（9）由《机械设计》式（10-13）计算应力循环次数

（10）由《机械设计》图10-19查得
（11）计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数S＝1，由《机械设计》式（10-12）有：

2）计算
（1）计算小齿轮的分度圆直径，由计算公式得

（2）计算圆周速度

（3）计算齿宽b及模数m

（4）计算齿宽与齿高之比

（4）计算纵向重合度

（5）计算载荷系数K
由《机械设计》表10-2查得使用系数
根据，7级精度，由《机械设计》图10-8（P194）得
由《机械设计》表10-3查得齿间载荷分配系数
由《机械设计》表10-4查得齿向载荷分配系数
由，，查《机械设计》图10-13（P198）查得齿向载荷分配系数
∴载荷系数
（6）按实际的载荷系数K校正速算的得分度圆直径，由《机械设计》式（10-10a）得

（7）计算法面模数

3、按齿根弯曲强度设计
由《机械设计》式（10-17）

1）确定公式内各计算数值
（1）由《机械设计》图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限
（2）查《机械设计》图10-18得
（3）计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S＝1.4,由《机械设计》式（10-12）得

（4）计算载荷系数K

（5）根据纵向重合度，查《机械设计》图10-28的螺旋角影响系数
（6）计算当量齿数

（7）查取齿形系数
由《机械设计》表10-5查得
（8）查取应力校正系数
由《机械设计》表10-5查得
（9）计算大、小齿轮的,并加以比较

小齿轮数值大。
2）设计计算

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取（查《机械原理》p180表10-1）已可满足弯曲强度。但为同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数
于是由
，取，
则这样设计出来的齿轮传动，既满足齿面接触疲劳强度，又满足齿根弯曲疲劳强度。
4、计算几何尺寸

3）计算大、小齿轮分度圆直径

4）计算齿轮宽度

圆整后，取

5、计算所得结果汇总如下表备用。
名称
符号
小齿轮
大齿轮
模数
mn
mn=1.5mm
压力角

20°
分度圆直径
d

齿顶高
ha
mm
齿根高
hf
mm
齿顶圆直径
da

齿根圆直径
df

齿宽
B

齿厚
S
S=P/2=2.355
齿全高
h
H=3.375
齿轮结构设计
小齿轮用齿轮轴,因为e= df/2-d-h/2=2.275<1.6 1.5=2.4
大齿轮用腹板式齿轮结构 , 因为 160<da=174<500
大齿轮结构尺寸如下：
大齿轮直径为35mm

五、 轴的设计计算
5.1 轴的材料和热处理的选择
由《机械设计》P：362表15-1选取轴的材料为45钢调质处理，硬度217~255HBs，抗拉强度极限，屈服极限，弯曲疲劳极限，许用弯曲应力[]=60MPa
5.2 轴几何尺寸的设计计算
1、求输入轴上的功率P３、转速n３和转矩T３
，，
查《机械设计》P371表15-3,取:
轴:
轴:
考虑有键槽,将直径增大,则:.
取整=22
2.轴的结构设计
选材45钢,调质处理.

5.2.2轴的结构设计
1)输入轴初步确定采用齿轮轴，即将齿轮与轴制为一体。根据轴上零件的安装和固定要求，初步确定轴的结构。其示意图如下：

1.5—滚动轴承 2—轴 3—齿轮轴的轮齿段 4—套筒
6—密封盖 7—轴端挡圈 8—轴承端盖 9—带轮 10—键

2）各轴段直径和长度的确定
根据轴上零件的定位，装夹方便的需要，同时考虑强度的原则，主动轴和从动轴均设计为阶梯轴。

(1)轴上零件的定位,固定和装配
单级减速器中可以将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布.齿轮左面由套筒定位,右面由轴肩定位,联接以平键作为过渡配合固定,两轴承均以轴肩定位.

(2)确定轴各段直径和长度
根据轴上零件的定位，装夹方便的需要，同时考虑强度的原则，主动轴和从动轴均设计为阶梯轴。

1段：该段是小齿轮的左轴端与带轮连接，该轴段直径为22mm，查《机械基础》P475附录23，取该轴伸L1＝60mm。
2段： 参考《机械基础》P373，取轴肩高度h为1.5mm，则d2=d1+2h=26mm。 此轴段一部分用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。
轴承用轴承端盖和轴肩定位，考虑轴向力为零，径向力比较大，故选用深沟球轴承6306，d×D×B=30×72×19
3段：此段装轴承，用轴肩进行右边的定位，取轴肩高度h为3mm，则d3=d2+2h=36mm。
为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小1~2mm。取此段长L3=17mm。
4段与6段：为了使齿轮与轴承不发生相互冲撞以及加工方便，用套筒进行二者的定位，d5=28，齿轮的左侧用轴肩定位，取轴肩高度为h=（0.07～0.1）×2mm，h=0.08×28=2,28则d4=d5+2h=32.48mm，取d4=33，长度取5mm，则L4= L6＝5mm。
5段：：此段为齿轮轴段。d5=28mm。因为小齿轮的宽度为51mm，则L5=51mm。
7段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d7=30mm，L7＝17mm。
轴承到箱体内壁的距离为3，齿轮到箱体内壁的距离为8。

由上可算出，两轴承的跨度L＝2×（20.5+8+3+9.5）=82mm
各轴段直径
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
22
26
36
33
28
28
30
各轴段长度
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
60
60
17
5
51
5
17
5.2.3轴的强度校核
按弯矩复合强度计算
A、圆周力：==
B、径向力：tan=657.7N

1）绘制轴受力简图

2）绘制垂直面弯矩图
轴承支反力：
FAY=FBY=/2=657.7/2=328.85N
FAZ=FB2=/2=1807/2=903.5N
由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为
MC1=FAY ×L/2=328.85×82/2=9035N.mm
MC1

3）绘制水平面弯矩图
MC2=FAz×L/2=903.5×82/2=37040N
MC2

4）绘制合弯矩图
MC==38126N

MC

5）绘制扭转图
转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取α=0.6，
M1=0.6×39319=235914N.mm

6）绘制当量弯矩图
截面C处的当量弯矩

7)校核危险截面C的强度
轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的C处，W＝0.1d43

所以输入轴的强度足够

输出轴的设计
由《机械设计》P351式14-1得:联轴器的计算转矩:
由表14-1,查得:,
按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查《设计手册》表8-7,
选择联轴器为弹性柱销联轴器
型号为：型联轴器:
公称转矩:许用转速:.
型联轴器,其公称转矩为:
半联轴器的孔径:,故取:.
半联轴器与轴配合的毂孔长度为:.
(1)轴上零件的定位,固定和装配
单级减速器中可以将齿轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布.齿轮左面由套筒定位,右面由轴肩定位,联接以平键作为过渡配合固定,两轴承均以轴肩定位.

(2)确定轴各段直径和长度
<1>段:为了满足半联轴器的轴向定位要求,轴段右端需制出一轴肩,故取段的直径,左端用轴端挡圈定位,查《设计手册》（p59）怕表按轴端去挡圈直径,半联轴器与轴配合的毂孔长度:,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故段的长度应比略短,取:.
<2>初步选择滚动轴承,因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 ,故选用深沟球轴承,参照工作要求并根据:.
由《设计手册》表选取型轴承,尺寸:，轴肩
故，左端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位,右端滚动轴承采用套筒定位.
<3>取安装齿轮处轴段的直径：，齿轮右端与右轴承之间采用套筒定位,已知齿轮轮毂的宽度为,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短与轮毂宽度,故取：,齿轮右端采用轴肩定位,轴肩高度,取,则轴环处的直径：，轴环宽度：,取
<4>轴承端盖的总宽度为：,取：.
<5>取齿轮距箱体内壁距离为:.
.
至此,已初步确定了轴的各段直径和长度.
(3)轴上零件的周向定位
齿轮,半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接
按查手册表4-1,得:平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为:.
为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,查《设计手册》（P106）选择齿轮轮毂与轴的配合为;,半联轴器与轴的联接,选用平键为:,半联轴器与轴的配合为:.
滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为:.《设计手册》（p110）
(4)确定轴上圆角和倒角尺寸,
参照《设计手册》 p16，表1-27,取轴端倒角为:,各轴肩处圆角半径 ,处轴肩定位轴承,轴承圆角半径应大于过渡圆角半径,由手册,故取段为.
(5)求轴上的载荷
在确定轴承的支点位置时,查手册表6-7,轴承型,取因此,作为简支梁的轴的支撑跨距,据轴的计算简图作出轴的弯矩图,扭矩图和计算弯矩图,可看出截面处计算弯矩最大 ,是轴的危险截面.
(6)按弯扭合成应力校核轴的强度

<1>作用在齿轮上的力
因已知低速级大齿轮的分度圆直径为:，
得：，，
<2>求作用于轴上的支反力
水平面内支反力:

垂直面内支反力

<3>作出弯矩图
分别计算水平面和垂直面内各力产生的弯矩.

计算总弯矩:

<4>查《机械设计》（P373）得=0.6
作出扭矩图:.
<5>作出计算弯矩图:,
.

<6>校核轴的强度
对轴上承受最大计算弯矩的截面的强度进行校核.
由课本式15-5,得:
由课本表15-4,得:, 故安全.

第六部分 轴承、键和联轴器的选择

6.1 轴承的选择及校核
1.轴承的选择：
轴承1：6405深沟球轴承
轴承2：6208深沟球轴承
2.校核轴承6505：
6405深沟球轴承，查《设计手册》p75：
由课本表13-6，取
由《机械设计》表13-5，查得：,
计算当量动载荷：,
计算轴承寿命，由课本式13-5，得：取: ε=3深沟球轴承）
则：
满足要求
3. 校核轴承6208：
6208深沟球轴承，查《设计手册》p75：
由课本表13-6，取
由《机械设计》表13-5，查得：,
计算当量动载荷：,
计算轴承寿命，由课本式13-5，得：取:ε=3（深沟球轴承）
则：
满足要求

6.2、键的选择及强度校核
1.输入轴：键， ，型.
2.输出轴：键， ，型.
查《机械设计》表3.1， ,式6-1得强度条件:.k=0.5h
校核键1：;
键2：;
所有键均符合要求.
6.3.联轴器的选择
由《机械设计》P351式14-1得:联轴器的计算转矩:
由表14-1,查得:,
按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查《设计手册》表8-7,
选择联轴器为弹性柱销联轴器
型号为：型联轴器:
公称转矩:许用转速:.
型联轴器,其公称转矩为:
半联轴器的孔径:,故取:.
半联轴器与轴配合的毂孔长度为:.

第七部分 减速器润滑、密封及箱体
主要结构尺寸的计算
7.1 润滑的选择确定
1.减速器的润滑方式：
齿轮速度为1.0912，应用喷油润滑。但考虑成本及需要选用浸油润滑。
轴承采用润脂润油
2.选择润滑油：工业闭式齿轮油选用150号机械油最低—最高油面距10～20mm，需油量为1。5升。
3.轴承润滑选用ZL—3型润滑油，用油量为轴承间隙的1／3～1／2为宜

参考文献：

[1] 濮良贵，纪名刚．《机械设计》．8版．北京：高等教育出版社，2007．
[2] 吴宗择，罗圣国．《机械设计课程设计指导书》．3版．北京：高等教育出版社，2007
[3] 孙桓等，《机械原理》7版，北京，高等教育出版社，2007
[4]王少怀，徐东安的人编著《机械设计使用手册》，上，下册，2009年十月第二版，机械工业出版社。
[5] 《设计手册》第五版，杨黎明等主编，国防工业出版社，2008.
[6] 《机械设计课程设计》，孙岩等主编，北京理工大学出版社，2007。
[7] 《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，2006。
孔凌嘉，毛钱德，简明机械设计手册，北京理工大学，2008. 余桂英，郭纪林，刘勇，AutoCAD 2006中文版使用教程，大连理工大学出版社，2006.
汝元功，唐熙民，机械设计手册，北京：高等教育出版社，1995
仙波正庄.齿轮强度计算.姜永，等译.北京：化学工业出版社，1985.
机械工程手册编写委员会.机械设计手册.3版.北京：化学工业出版社，1995.
周开勤.机械零件设计手册.4版.北京：高等教育出版社，1994.

=119.427r/min

=0.8855

=2.03kW

Y112M-4型号：
额定功率2.5kw
满载转速1430r/min

=11.9

1807N

657.7N

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一级斜齿圆柱齿轮减速器
学院（系）：
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专 业：
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班 级：
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学 号：
1001210207
指导老师：
朱双霞
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