机械设计减速器说明书.doc

目录
★ 设计题目 1
★ 设计原始数据 2
★ 设计内容 2
一、设计计算 2
二、图纸的绘制 2
三、编写课程设计说明书 2
★ 设计任务书 3
一、设计题目 3
（一）系统简图 3
（二）传动方案的分析 3
二、电动机的选择 3
（一）类型选择 3
（二）确定电动机功率与选型 3
三、计算传动装置的运动和动力参数 4
（一）总传动比 4
（二）分配传动比 5
（三）各动力参数分析 5
四、传动件的设计计算 6
（一） V带的设计计算 6
（二）高速级齿轮的设计 8
（三）低速级齿轮的设计 12
五、轴的设计 16
（一）输出轴的设计 16
（二）中间轴的设计 20
（三）输入轴的设计 22
六、平键联结的校核 26
（一）输出轴键的校核 27
（二）中间轴键的校核 27
（三）输入轴键的校核 28
七、箱体及其附件结构设计 28
（一）箱体的结构设计 29
（二）附件的结构设计 29
八、润滑方式 32
九、设计心得 33
十、参考资料 34

★ 设计题目：
牛头刨床是一种常用的平面切削加工机床，电动机经带传动、齿轮传动，最后带动曲柄转动，刨床工作时，是由导杆机构带动刨头和刨刀作往复运动，刨头右行时，刨刀切削，称工作行程，此时规定速度较低且均匀；刨头左行时，不进行切削，称空回行程，此时速度较高，以节省时间提高效率，为此刨床采用有急回特性的导杆机构。

牛头刨床的工艺规定如下：
1、刨床速度尽也许为匀速，并规定刨刀有急回特性。
2、刨削时工件静止不动，刨刀空回程后期工件作横向进给，且每次横向进给量规定相同，横向进给量很小并可随工件的不同可调。
3、工件加工面被抛去一层之后，刨刀能沿垂直工件加工面方向下移一个切削深度，然后工件能方便地作反向间歇横向进给，且每次进给量仍然规定相同。
4、原动机采用电动机。

★ 设计原始数据：

刨削平均速度
行程速度变化系数K
刨刀冲程H（mm）
切削阻力 （N）
空行程摩擦阻力（N）
刨刀越程量
刨头重量（N）
杆件比重（N/m）
机器运转速度许用不均匀系数[δ]
630
1.48
420
5500
275
21
650
340
0.05

★ 设计内容：
一、设计计算
1、电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算；
2、传动零件的设计；
3、轴的设计；
4、轴承及其组合的选择及校核；
5、箱体、润滑及附件的设计；
二、图纸的绘制
减速器装配图绘制，一个齿轮和一个轴零件图。
三、编写课程设计说明书
内容涉及：目录、设计题目、设计计算的所有内容、课程设计总结、参考文献等。

设计任务书
计算及说明
结果
一、设计题目：二级展开式圆柱齿轮减速器
（一）系统简图

（二）传动方案的分析
带式输送机由电动机驱动。电动机通过连轴器将动力传入减速器,再经联轴器将动力传至输送机滚筒,带动输送带工作。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简朴，但齿轮相对轴承位置不对称，因此规定轴有较大的刚度，高速级和低速级都采用直齿圆柱齿轮传动。
二、电动机的选择
（一）类型选择
电动机的类型根据动力源和工作条件,选用Y系列封闭式三相异步电动机。
（二）拟定电动机功率与选型
1、 根据机构位置和切削阻力拟定一个循环中阻力矩所做的功。

计算得:

2、计算刨刀切削运动所需的功率

计算得：

3、求效率
皮带传动：，第一级齿轮（含轴承）：，第二级齿轮（含轴承）：，联轴器及其他：；
得：
4、计算实际需要功率P。

5、选择电动机型号
按工作规定和工作条件查找，选用Y100L2-4型号三相异步电动机，其数据如下：
电动机额定功率 ；
同步转速 ；
满载转速 ；
三、计算传动装置的运动和动力参数
(一) 总传动比

其中：为带传动传动比，为减速器高速级传动比，为减速器低速级传动比。
牛头刨床转速：

总传动比：

（二）分派传动比
皮带传动
减速器高速级齿轮传动比
减速器高速级齿轮传动比
（三）各动力参数分析
1、各转轴转速

2、各转轴功率

3、各转轴转矩

四、传动件的设计计算
（一） V带的设计计算
1、设计规定
电动机功率为 ，转速为 ，传动比为 ，天天工作8小时。
2、拟定计算功率
查表可得工作情况系数
故
3、选择V带的带型
根据，由图可得选用A型带。
4、拟定带轮的基准直径并验算带速
⑴ 初选小带轮的基准直径。
选取小带轮的基准直径
⑵ 验算带速
按计算式验算带的速度
由于，故此带速合适。
⑶ 计算大带轮的基准直径
大带轮的基准直径，圆整得 。
⑷ 拟定V带的中心距和基准直径
① 按计算式初定中心距
② 按计算式计算所需的基准长度

=1613mm
查表可选带的基准长度
③ 按计算式计算实际中心距

中心距的变化范围为。
5、验算小带轮上的包角

6、计算带的根数Z
（1）计算单根V带的额定功率
由查表可得
根据和A型带，查表可得、、。
故
（2）计算V带的根数Z
故取V带根数为3根
7、计算单根V带的初拉力的最小值
查表可得A型带的单位长度质量

应使带的实际初拉力。
8、计算压轴力
压轴力的最小值为

（二）高速级齿轮的设计
1、 设计规定
，工作寿命为2023，天天工作8小时。
2、 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
⑴ 选用直齿圆柱齿轮传动。
⑵ 减速器为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。
⑶ 材料选择：查表可选择小齿轮材料为40(调质)，硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢(调质)，硬度为240HBS，两者材料硬度差为40HBS。
（4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取
3、按齿面接触强度设计，按计算式试算即
⑴ 拟定公式内的各计算数值
Ⅰ试选
⑵ 小齿轮传递转矩
⑶ 选取齿宽系数
⑷ 查表材料的弹性影响系数。
⑸ 按齿面硬度选取小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限。
⑹ 按计算式计算应力循环次数

⑺ 选取接触疲劳寿命系数，。
⑻ 计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数，得

⑼ 计算相关数值
① 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值，由计算公式得

② 计算圆周速度

③ 计算齿宽及模数

④ 计算载荷系数
查表可得使用系数，根据，7级精度，查表可得动载系数，,，
故载荷系数
⑤ 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，按计算式得

⑥ 计算模数

3、按齿根弯曲强度设计，按计算式试算即

（1）拟定公式内的各计算数值
① 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 弯曲疲劳寿命系数，。
③ 计算弯曲疲劳许用应力 ，取弯曲疲劳安全系数，计算得

④ 计算载荷系数

⑤ 查表取齿形系数，。(线性插值法)
⑥ 查表取应力校正系数，。
⑦ 计算大、小齿轮的并加以计算

小齿轮的数值较大。
（2）设计计算

近似圆整,
大齿轮齿数 取98.
4、几何尺寸计算
（1）计算大、小齿轮的分度圆直径

（2）计算中心距

将中心距圆整为。
（3）计算齿轮宽度

圆整后取，。
（三）低速级齿轮
1、设计规定
，工作2023，天天工作8小时。
2、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
⑴ 选用直齿圆柱齿轮传动。
⑵ 为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。
⑶ 材料选择，小齿轮材料为40(调质)，硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢(调质)，硬度为40HBS.
⑷ 选小齿轮齿数，大齿轮齿数
3、按齿面接触强度设计，按计算式试算即
⑴ 拟定公式内的各计算数值
① 试选
小齿轮传递转矩
② 选取齿宽系数
③ 查表材料的弹性影响系数。
④ 按齿面硬度选取小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限。
⑤ 按计算式计算应力循环次数

⑥ 选取接触疲劳寿命系数，。
⑦ 计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数，得

⑵ 计算相关数值
① 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值，由计算公式得

② 计算圆周速度

③ 计算齿宽及模数

④ 计算载荷系数
查表可得使用系数，根据，7级精度，查表可得动载系数，,，
故载荷系数
⑤ 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，按计算式得

⑥ 计算模数

4、按齿根弯曲强度设计，按计算式试算即

（1）拟定公式内的各计算数值
① 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 弯曲疲劳寿命系数，。
③ 计算弯曲疲劳许用应力 ，取弯曲疲劳安全系数，计算得

④ 计算载荷系数

⑤ 查表取齿形系数，。(线性插值法)
⑥ 查表取应力校正系数，。
⑦ 计算大、小齿轮的并加以计算

大齿轮的数值较大。
（2）设计计算

近似圆整,
大齿轮齿数
5、几何尺寸计算
（1）计算大、小齿轮的分度圆直径

（2）计算中心距

（3）计算齿轮宽度

圆整后取，。

五、轴的设计
（一）输出轴的设计
1、输出轴上的功率：
转速：
转矩：
2、求作用在齿轮上的力
低速级大齿轮的分度圆直径为

3、计算轴的最小直径
（1）可选轴的材料为45钢，调质解决。查表可取
。
（2）选取联轴器
（3）联轴器计算扭矩
按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，选用HL3型弹性柱销联轴器。其公称转矩为 ,半联轴器的孔径 ，故取，半联轴器长度 ，半联轴器与轴配合的毂孔长度 。
4、拟定轴上零件的装配草图方案(见下图)

5、根据轴向定位的规定，拟定轴的各段直径和长度
（1）为满足半联轴器轴向定位规定，Ⅰ-Ⅱ右端有一轴肩，故，左端用轴段挡圈定位，按轴段直径取挡圈直径 ，半联轴器与轴配合毂孔长。
（2）初选流动轴承6011，则其尺寸为，故，而 。右端轴承采用轴肩轴向定位，查手册轴肩定位高度为h=3.5mm，因此
（3）取安装 齿轮处的轴段Ⅳ-Ⅴ 直径为58mm，齿轮的左端与左端轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为60mm，取 。齿轮左端采用轴肩定位，轴肩高度 ，取h=5mm，故轴环处的直径 ，轴环宽度为 ，取 。
（4）轴承端盖的总宽度为24mm，根据轴承端盖的装拆及其便于对轴承添加润滑脂的规定，取端盖的外断面与半联轴器右端面的距离为l=30mm，故取 。
（5）取齿轮距箱体内壁距离a=15mm，上一级齿轮与这个齿轮之间的距离c=15mm，考虑到箱体铸造误差，在拟定轴承位置时应距箱体一段距离s=10mm，滚动轴承宽B=18mm，上一级齿轮轮毂长为L=52mm，则

6、轴上零件的周向定位
齿轮、半联轴器与轴均采用平键连接。
键 = ，同时为了保证齿轮和轴有良好的对中性，故配合为 ，半联轴器与轴的链接选用平键 ，配合为 ，滚动轴承与轴用过渡配合来保证的，此处轴的直径尺寸为公差m6.
7、拟定轴上的倒角 （见图）
8、拟定轴上载荷和弯扭矩图

9、按弯扭合成应力校核轴的强度
根据上图中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取，轴的计算应力
已选定轴的材料为45Cr，调质解决。查得。因此，故安全。

（二） 中间轴的设计
1、中间轴上的功率：
转速：
转矩：
2、求作用在齿轮上的力
低速级大齿轮的分度圆直径为

3、计算轴的最小直径
可选轴的材料为45钢，调质解决。查表可取
。
4、拟定轴上零件的装配草图方案(见下图)

5、根据轴向定位的规定，拟定轴的各段直径和长度
初选滚动轴承6006，则其尺寸为，故，两端用挡圈定位，挡圈直径为30mm，取安装齿轮处直径为 ，对于二级齿轮宽度为65mm，为使套筒端面压紧齿轮，取 ，为使二级齿轮可以很好的啮合，则，结合输出轴 。齿轮右端采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d,取h=5mm，轴环处直径 ，轴环处宽度 。对于一级齿轮宽为52mm，为使套筒端面压紧齿轮，取 ，结合输出轴此处套筒为30.5mm。
6、轴上零件的周向定位
齿轮、半联轴器与轴均采用平键连接。
键 = ，同时为了保证齿轮和轴有良好的对中性，故配合为 ，Ⅳ-Ⅴ与轴的链接选用平键 ，配合为 ，滚动轴承与轴用过渡配合来保证的，此处轴的直径尺寸为公差m6.
7、拟定轴上的倒角 （见图）
8、拟定轴上载荷和弯扭矩图
（三）输入轴的设计
1、输入轴上的功率：
转速：
转矩：
2、求作用在齿轮上的力
齿轮的分度圆直径为

3、计算轴的最小直径
（1）可选轴的材料为45钢，调质解决。查表可取
。
（2）选取联轴器
（3）联轴器计算扭矩
按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，选用HL1型弹性柱销联轴器。其公称转矩为 ,半联轴器的孔径 ，故取，半联轴器长度 ，半联轴器与轴配合的毂孔长度 。
4、拟定轴上零件的装配草图方案(见下图)

5、根据轴向定位的规定，拟定轴的各段直径和长度
（1）为满足半联轴器轴向定位规定，Ⅰ-Ⅱ右端有一轴肩，故，左端用轴段挡圈定位，按轴段直径取挡圈直径 ，半联轴器与轴配合毂孔长。
（2）初选滚动轴承6007，则其尺寸为，故，而 。右端轴承采用轴肩轴向定位，查手册轴肩定位高度为h=3mm，因此
（3）取安装 齿轮处的轴段Ⅳ-Ⅴ 直径为40mm，齿轮的左端与左端轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为57mm，取 。齿轮左端采用轴肩定位，轴肩高度 ，取h=5mm，故轴环处的直径 ，轴环宽度为 ，取 。
（4）轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及其便于对轴承添加润滑脂的规定，取端盖的外断面与半联轴器右端面的距离为l=30mm，故取 。
（5）根据中间轴来依次定位输入轴，，。
6、轴上零件的周向定位
齿轮、半联轴器与轴均采用平键连接。
键 = ，同时为了保证齿轮和轴有良好的对中性，故配合为 ，半联轴器与轴的链接选用平键 ，配合为 ，滚动轴承与轴用过渡配合来保证的，此处轴的直径尺寸为公差m6.
7、拟定轴上的倒角 （见图）
8、拟定轴上载荷和弯扭矩图

9、按弯扭合成应力校核轴的强度
根据上图中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取，轴的计算应力

已选定轴的材料为45Cr，调质解决。查得。因此，故安全。

六、平键联结的校核
（一）输出轴键的校核
1、输出轴齿轮处键：此处选用的键为 =，
根据公式

其中：

轴、齿轮、键三者都是钢材料、轻微冲击，则

强度条件符合规定。
2、输出轴半联轴器处键：此处选用的键为 =

轴、齿轮、键三者都是钢材料、轻微冲击，则

强度条件符合规定。

（二）中间轴键的校核
1、二级齿轮处键：此处选用的键为 =，
根据公式

其中：

轴、齿轮、键三者都是钢材料、轻微冲击，则

强度条件符合规定。
2、一级齿轮处键：此处选用的键为 =，
根据公式

其中：

轴、齿轮、键三者都是钢材料、轻微冲击，则

强度条件符合规定。
（三）输入轴键的校核
1、输入轴齿轮处键：此处选用的键为 =，
根据公式

其中：

轴、齿轮、键三者都是钢材料、轻微冲击，则

强度条件符合规定。
2、输出轴半联轴器处键：此处选用的键为 =

轴、齿轮、键三者都是钢材料、轻微冲击，则

强度条件符合规定。

七、箱体及其附件结构设计
（一）箱体的结构设计
箱体采用剖分式结构，剖分面通过轴心。下面对箱体进行具体设计。
1、拟定箱体的尺寸与形状
箱体的尺寸直接影响它的刚度，一方面拟定合理的箱体壁厚。
为了保证结合面连接处的局部刚度与接触刚度，箱盖与箱座连接部分都有较厚的连接壁缘，箱座底面凸缘厚度设计得更厚些。
2、合理设计肋板；
在轴承座孔与箱底接合面处设立加强肋，减少了侧壁的弯曲变形。
3、合理选择材料；
由于铸铁易切削，抗压性能好，并具有一定的吸振性，且减速器的受载不大，所以箱体可用灰铸铁制成。

（二）附件的结构设计
1、检查孔和视孔盖
检查孔用于检查传动件的啮合情况、润滑情况、接触斑点及齿侧间隙，还可用来注入润滑油，检查要开在便于观测传动件啮合区的位置，其尺寸大小应便于检查操作。视孔盖用铸铁制成，它和箱体之间加密封垫。
2、放油螺塞
放油孔设在箱座底面最低处，其附近留有足够的空间，以便于放容器，箱体底面向放油孔方向倾斜一点，并在其附近形成凹坑，以便于油污的汇集和排放。放油螺塞为六角头细牙螺纹，在六角头与放油孔的接触面处加封油圈密封。
3、油标
油标用来指示油面高度，将它设立在便于检查及油面较稳定之处。
4、通气器
通气器用于通气，使箱内外气压一致，以避免由于运转时箱内温度升高，内压增大，而引起减速器润滑油的渗漏。将通气器设立在检查孔上，其里面尚有过滤网可减少灰尘进入。
5、起吊装置
起吊装置用于拆卸及搬运减速器。减速器箱盖上设有吊孔，箱座凸缘下面设有吊耳，它们就组成了起吊装置。
6、起盖螺钉
为便于起盖，在箱盖凸缘上装设2个起盖螺钉。拆卸箱盖时，可先拧动此螺钉顶起箱盖。
7、定位销
在箱体连接凸缘上相距较远处安顿两个圆锥销，保证箱体轴承孔的加工精度与装配精度。

减速器铸造箱体的结构尺寸
名称
公式
数值(mm)
箱座壁厚
δ=0.025a+3≥8
8
箱盖壁厚
δ1=0.02a+3≥8
8
箱体凸缘厚度
箱座
b=1.5δ
12
箱盖
b1=1.5δ
12
箱座底
b2=2.5δ
20
加强肋厚
箱座
m≈0.85δ
6.8
箱盖
m1≈0.85δ
6.8
地脚螺钉直径和数目
df=0.036+12
M20
n=4
轴承旁联接螺栓直径
d1=0.72 df
M12
箱盖和箱座联接螺栓直径
d2=0.6 df
M10
轴承盖螺钉直径和数目
高速轴
d3 =（0.4-0.5）df
M6
n=4
中间轴
M6

低速轴
M8
轴承盖外径D2
高速轴
D2=D+5d3
92
中间轴
130
低速轴
92
观测孔盖螺钉直径
d4=0.4 df
M8
df、d1、d2至箱外壁距离
df
C1
26
d1
18
d2
16
df、d1、d2
至凸缘边沿的距离
df
C2
24
d1
16
d2
14
大齿轮齿顶圆与内壁距离
Δ1>1.2δ
10
齿轮端面与内壁距离
Δ2>δ
10
外壁至轴承座端面的距离
l1=C2+C1+(5～10)
48

八、润滑方式
由于所设计的减速器齿轮圆周速度较小，低于12m/s，故齿轮的润滑方式选用油润滑，轴承的润滑方式选用脂润滑。考虑到减速器的工作载荷不是太大，故润滑油选用中负荷工业齿轮油（GB5903——1986），牌号选68号。润滑油在油池中的深度保持在68——80mm之间。轴承的润滑脂选用合成锂基润滑脂（SY1413——1980）。牌号为ZL——2H。由于轴承选用了脂润滑，故要防止齿轮的润滑油进入轴承将润滑脂稀释，也要防止润滑脂流如油池中将润滑油污染。所以要轴承与箱体内壁之间设立挡油环。密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封，联接
凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为 ,密封的表面要通过刮研。并且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，并匀均布置，保证部分面处的密封性。

七、设计优缺陷和设计心得
这次课程设计是我大学以来第一次系统的全面的进行机械设计工作，深刻的了解了机械设计，对以后从事机械设计工作打下了坚实的基础，与此同时，由于大一大二对于专业课的学习不是很系统，加之理解不深刻，导致本次设计碰到很大障碍，不得不重新捡起原先的课本进行复习，也温习了原先的课程。
这个减速器总的来说是严格按照机械设计的说明来设计的，但是至于优化问题，由于经验欠缺，加之时间较短，没有涉及很多。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础.更加激励我好好学习，为以后自己的发展，社会的进步作出自己的奉献。
通过课程设计，也让我我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致．课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有2次由于不小心我计算犯错，只能毫不情意地重来。重来意味着效率和质量的下降，因此从那以后我时刻提醒自己，一定要养成高度负责，认真对待的良好习惯。这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练，短短三周是课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺少，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的局限性，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用，以后我必须更加努力，理论与实践同时进步。
最后，我要感谢我的老师，是您的敬业精神感动了我，是您的教导启发了我，是您的盼望鼓励了我，我感谢老师您今天又为我增添了一幅坚硬的翅膀．今天我为你们而骄傲，明天你们为我而自豪

十、参考资料
参考文献：
[1]濮良贵，纪名刚主编，《机械设计》(第八版)，高等教育出版社，2023.
[2]王昆，何小柏，汪信远主编，《机械设计机械设计基础课程设计》，高等教育出版社，2023.
[3]王三民主编，《机械设计计算手册》，化学工业出版社

P = 43kw

各轴转速：

各轴功率：

各轴转矩：