学士学位论文—-机械设计基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器.doc

《机械设计基础》课 程 设 计
说 明 书

题目：一级直齿圆柱齿轮减速器

学院（系）： 机电工程学院

年级专业 ：

学 号 ：

学生姓名 ：

指导老师 ：

目录

机械设计基础课程设计任务书 3
1.设计题目 3
2.设计任务 4
3.设计成果要求 4
4.传动方案拟定 4
5.电动机选择 4
6.计算总传动比及分配各级的传动比 5
7.运动参数及动力参数计算 5
8.传动零件的设计计算 6
9.减速器铸造箱体的主要结构尺寸设计 10
10.轴的设计 11
11.滚动轴承的选择和计算 17
12.键联接的选择和强度校核。 19
13.联轴器得选择和计算 20
14.减速器的润滑 20
15.润滑和密封说明 20
16.参考文献 21

机械设计基础课程设计任务书

指导老师：
专业 学号 姓名

1.设计题目
一级直齿圆柱齿轮减速器
1.1题目参数
` 学 号
参 数
201010814237

带拉力F(kN)
2300

滚筒直径D(mm)
320

带速V（m/s）
1.0

1.2减速箱的工作条件
电机
带传动
齿轮减速器
链传动
联轴器
滚筒
运输带
I 轴
II 轴
III 轴
F V
D

1.联轴器、2.电动机、3.减速器、4.链传动、5.链轮、6.输送链、7.挂钩
1.3 带式输送机在生产车间沿生产线运送成件产品或在食品厂
运送肉食品等，运转方向不变，工作载荷稳定。
1.4 工作寿命为20年，每年300个工作日，每日工作16小时。

2.设计任务
2.1选择电动机型号；
2.2计算皮带传动参数；
2.3选择联轴器型号；
2.4设计一级直齿圆柱齿轮减速器。

3.设计成果要求
3.1装配草图：一张坐标图（可以手画、允许修改）
3.2正式装配图：一张装配图
包括：标题栏、明细表、序号、四种尺寸、技术要求
3.3说明书：设计任务书在最前面，参照标准格式，大约一万字左右（包括图表、手写、注意材料的留底）
4.传动方案拟定
设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动
原始数据：滚筒圆周力F=2300N；带速V=1.0m/s；
滚筒直径D=320mm；

5.电动机选择
5.1电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机
5.2电动机功率选择：
（1）传动装置的总功率：
η总=η带×η4轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒
=0.95×0.994×0.97×0.99×0.94
=0.80
（2） 运输机主轴上所需要的功率：

电机所需的工作功率：

5.3 确定电动机转速：
计算滚筒工作转速：

按手册推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I’a=3~6。取V带传动比I’1=2~4，滚子链,则总传动比理时范围为。
根据容量和转速，由有关手册 查出有三种适用的电动机型号：因此有三种传支比方案：如指导书P15页第一表。综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，则选n=3000r/min 。

5.4确定电动机型号
根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y113S-5。
其主要性能：额定功率：3KW，满载转速2800r/min，额定转矩4.1。
6.计算总传动比及分配各级的传动比
6.1总传动比：
6.2分配各级传动比
据指导书P7表1，取齿轮i齿轮=4.0，（单级减速器i=3~6合理）
所以
7.运动参数及动力参数计算
(1) 计算各轴得输入功率
电动机轴：
轴1（减速器高速轴）
轴2（减速器低速轴）
轴3 （链轮轴输入功率 ）
(2) 计算各轴得转速
电动机轴
轴1
轴2
轴3
（3）计算各轴得转矩
电动机轴
轴1
轴2
轴3
8.传动零件的设计计算
8.1普通V带传动得设计计算
① 确定计算功率
则： ，式中，工作情况系数取＝1.2
② 根据计算功率与小带轮的转速，查《机械设计基础》图8-12普通V带型号选择线图，选择A型普通V带。
③ 确定带轮的基准直径
因为
取小带轮直径 ，
大带轮的直径
④ 验证带速 在之间。故带的速度合适。
⑤确定V带的基准直径和传动中心距
初选传动中心距范围为：，
即
取
V带的基准长度：

查《机械设计基础》表10-2，选取带的基准直径长度
实际中心距：
有12mm的调整量
⑥ 验算主动轮的最小包角
故主动轮上的包角合适。
⑦ 计算V带的根数z
由，，
查《机械设计基础》表8-10，得，由，查表8-11，得 ，
查表8-11，得，查表8-4，得
， 圆整取根。
⑧ 计算V带的合适初拉力
查《机械设计基础》表8-6，取
得
⑨ 计算作用在轴上的载荷

V带轮采用铸铁HT150或HT200制造，其允许的最大圆周速度为25m/s.

⑩带轮的结构设计
（单位）mm
带轮
尺寸

小带轮

大带轮
槽型
A
A
基准宽度
11
11
基准线上槽深
2.75
2.75
基准线下槽深
8.7
8.7
槽间距
150.3
150.3
槽边距
9
9
轮缘厚
6
6
外径

内径
40
40
带轮宽度

带轮结构
实心式
实心式

8.2 齿轮传动设计计算
（1）择齿轮类型，材料，精度，及参数
① 选用闭式直齿圆柱齿轮传动（外啮合）
② 选择齿轮材料；小齿轮材料都取为45号钢，调质，；大齿轮材料取为：45号钢,正火处理，
③选取齿轮9级的精度（GB 10095－2001）
齿面精糙度Ra≤1.6~3.2μm
④ 选 小齿轮的齿数；大齿轮的齿数
（2）按齿面接触疲劳强度设计
①中心距
式中：
查《机械设计基础》图7-26 式中；
查表10-10：

查图10.27得：
由式10.13可得：

查表10-11 ：；齿宽系数取：；
故

则采用m=1.5mm的模数

③ 计算中心距
圆整中心距，取

⑤计算两齿轮分度圆直径
小齿轮
大齿轮
计算齿宽
取小齿轮齿宽 ；大齿轮齿宽（大齿轮）
（3）校核弯曲疲劳强度
①校核 其中
查《机械设计基础》表10.11：；查表10.13：；查表10.25：；查表10-10：。这里使用当量齿数。
，故满足。
（4）验证齿轮的圆周速度v

由表10.22可知，选9级精度是合适的
② 齿轮传动的几何尺寸，制表如下：(详细见零件图)
名称

代号

计算公式
结果
小齿轮
大齿轮
中心距

95
传动比

4

法面模数

设计和校核得出
1.5

法面压力角

无

齿数
Z
无
25
100
分度圆直径

查表10-4
50
180
齿顶圆直径

无
40.5
153
齿根圆直径
df
查表10-4
41.25
146.25
齿轮宽
b
查表10-4
60
58
螺旋角方向

查表10-4
左旋
右旋
9.减速器铸造箱体的主要结构尺寸设计
查《设计基础》经验公式，及结果列于下表。
1）、减速器附伯的选择：
通气器：由于是在室内使用，选通气器（一次过滤），采用采用 M12×1.5。 油面指示器：选用游标尺 M12 。
起吊装置：采用箱盖吊耳、箱座吊耳。
放油螺塞：选用外六角油塞及垫片 M12×1.5。
根据《机械设计基础课程设计》表 11-1 选择适当型号：
起盖螺钉型号：GB/T5782-2000
M12×45,材料 5.8
高速轴轴承盖上的螺钉：GB5783～86 M8×25,材料 5.8 。
低速轴轴承盖上的螺钉：GB5782-2000 M8×25,材料 5.8。
螺栓：GB5782～2000 M16×120，材料 5.8
2）、箱体的主要尺寸：
(1)箱座壁厚=0.025*120+1=4mm, 取 d =8mm
(2)箱盖壁厚：

（3）箱盖凸缘厚度 ：
(4)箱座凸缘厚度：b=1.25 d=1.5*8=10mm
(5)箱座底凸缘厚度：b1=2.5d=2.5*8=20mm
(6)地脚螺钉直径：df =0.036a+12=0.036×120+12=16.32mm 取df=20mm (7)地脚螺钉数目：n=4 (因为 a<250)
(8)轴承旁连接螺栓直径：d1= 0.75df =0.75×20= 15mm 取 d1=16mm
(9)盖与座连接螺栓直径： d2=(0.5-0.6)df =10～12mm 取 d2= 12mm
(10)连接螺栓 d2 的间距：L=100～200mm
(11)轴承端盖螺钉直径：d3=(0.4-0.5)df=8～10mm 取 d3= 8mm
(12)检查孔盖螺钉直径：d4=(0.3-0.4)df=6～8mm 取 d4=8mm
(13)定位销直径：d=(0.7-0.8)d2=8.4～9.6mm 取 d=8mm
(14) df 、d1 、d2 至外箱壁距离 C1=26mm
(15) df、d2 至外箱壁距离 C2=24mm
（16）轴承旁凸台半径 R1=C2=24mm
(17)凸台高度：根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准
(18)外箱壁至轴承座端面的距离：=58mm
(19)铸造过度尺寸:
(20)大齿轮顶圆与内箱壁的距离：
（21）齿轮端面与内箱壁间的距离：
(22)箱盖、箱座肋厚：
10.轴的设计
10.1高速轴的设计
① 选择轴的材料：选取45号钢，调质，HBS＝217 255

② 初步估算轴的最小直径
根据教材公式，取，则，要将估计的直径加大3%~5%。故取
③ 轴的结构设计
考虑带轮的机构要求和轴的刚度，取装带轮处轴径，根据密封件的尺寸，选取装轴承处的轴径为
两轴承支点间的距离：
式中有，小齿轮齿宽，,箱体内壁与小齿轮端面的间隙,箱体内壁与轴承端面的距离，轴承宽度，选取6308型深沟球轴承，查表13-3，得到
得到：
带轮对称线到轴承支点的距离
式中：轴承盖的凸缘厚度，
螺栓头端面至带轮端面的距离，,轴承盖M8螺栓头的高度，查表可得带轮宽度，,得到：
1） 确定各轴端的直径 如图所示，轴段1的直径最小，；为了在轴端2上顺利装上轴承，故取轴端2的直径为：用同样的方法确定轴端3,4的直径为：
2） 确定各轴段的长度 因为小齿轮宽度为50mm，轴段3的长度应短于齿轮宽度，取为48mm；为保证齿轮端面与箱体内部不碰撞，则齿轮内壁与壳体保持一定距离，则取15mm，轴承端面距箱体内壁的距离为5mm，则轴段4的长度为20mm，轴承支点距离；根据箱体结构及带轮中心线要有一定的距离，则。在1,3轴段上加工键槽，是两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽的长度比相应的齿轮宽小约5~10mm
2. 按弯扭合成强度校核轴径：
轴上的扭矩：
192785.8N.mm

圆周力：
径向力：
轴向力：
a)画出轴的受力图：如图（a）所示,
b)作小平面内弯矩图：如图（b）所示，
支点反力为

1-1截面处的弯矩为

2-2截面处的弯矩为

c)作垂直面内的弯矩图：如图（c）所示,
支点反力为

1-1截面左侧弯矩为

1-1截面右侧弯矩为

2-2截面处的弯矩为

d)合成弯矩图，如图（d）所示，

1-1截面：

2-2截面：

e)求转矩图，如图（e）所示。
192785.8N.mm
f)求当量弯矩
因减速器单向运转，故可认为转矩为脉动循环变化，修正系数为0.6.
1-1截面：

2-2截面：

g）确定危险截面及校核强度
由图可以看出，截面1-1，2-2所受转矩相同，但弯矩，且轴上还有键槽，故，截面1-1可能是危险截面，但由于轴径，故也应对截面2-2进行校核。
1-1截面：

2-2截面：

满足，故设计的轴有足够强度。（安全）
⑥轴的结构图见零件图所示

10.2低速轴的设计
① 选择轴的材料：选取45号钢，调质，HBS＝217 255
② 初步估算轴的最小直径
根据教材公式，取，则
③ 轴的结构设计
考虑带轮的机构要求和轴的刚度，取装带轮处轴径，根据密封件的尺寸，选取装轴承处的轴径为
两轴承支点间的距离：，
式中：小齿轮齿宽，,箱体内壁与小齿轮端面的间隙，,箱体内壁与轴承端面的距离，,轴承宽度，选取6312型深沟球轴承，查表13-3，得到
得到：

1) 确定各轴端的直径 估算有，如图所示，轴段1的直径最小，；为了在轴端2上顺利装上轴承，故取轴端2的直径为：用同样的方法确定轴端3,4的直径为：
2）确定各轴段的长度 因为小齿轮宽度为45mm，轴段3的 长度应短于齿轮宽度，取为 43mm；为保证齿轮端面与箱体内部不碰撞，则齿轮内壁与壳体保持一定距离，则取15mm，轴承端面距箱体内壁的距离为5mm，则轴段4的长度为20mm，轴承支点距离；根据箱体结构及带轮中心线要有一定的距离，则。在1,3轴段上加工键槽，是两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽的长度比相应的齿轮宽小约5~10mm。
2.按弯扭合成应力校核轴的强度。
①按弯扭合成强度校核轴径：
a）轴上的扭矩：
40181.7N.mm
圆周力：
径向力：
轴向力：
b)画出轴的受力图：如图（a）所示,
c)作水平面内弯矩图：如图（b）所示，
支点反力为

1-1截面处的弯矩为

2-2截面处的弯矩为

d)作垂直面内的弯矩图：如图（c）所示,
支点反力为

1-1截面左侧弯矩为

1-1截面右侧弯矩为

2-2截面处的弯矩为

e)合成弯矩图，如图（d）所示，

1-1截面：

2-2截面：

f)求转矩图，如图（e）所示。
40181.7N.mm
g)求当量弯矩
因减速器单向运转，故可认为转矩为脉动循环变化，修正系数为0.6.
1-1截面：

2-2截面：

h）确定危险截面及校核强度
由图可以看出，截面1-1，2-2所受转矩相同，但弯矩，且轴上还有键槽，故，截面1-1可能是危险截面，但由于轴径，故也应对截面2-2进行校核。
1-1截面：

2-2截面：

满足，故设计的轴有足够强度。
i)轴的结构图见零件图所示

11.滚动轴承的选择和计算
11.1 高速轴选取滚动轴承
① 选取的轴承：型号为6308深沟球轴承
②轴承A的径向载荷
轴向载荷：
轴承B的径向载荷：
轴向载荷： ;由此可见，轴承A的载荷大，应该验算轴承A.
③计算轴承A 的径向当量动载荷, 其中,
查表13-3得到：，取
，故查表18-11得：
则其径向当量动载荷
因两端选择同样尺寸的轴承，故选轴承A的径向当量动载荷为计算依据。工作温度正常，查《机械基础》得；按中等冲击载荷，查表可得，按设计要求，轴承得寿命为：
则：
由查《课程设计》表6309深沟球轴承得额定动载荷,所以选取得轴承合适。
11.2 低速轴选取滚动轴承
① 选取的轴承：型号为6312深沟球轴承
查《课程设计》和查《机械基础》指导书有，
②轴承A的径向载荷
轴向载荷：
轴承B的径向载荷：
轴向载荷： ;由此可见，轴承A的载荷大，应该验算轴承A.
③计算轴承A 的径向当量动载荷, 其中,
查表13-3得到：，取
，故查表18-11得：
则其径向当量动载荷
因两端选择同样尺寸的轴承，故选轴承A的径向当量动载荷为计算依据。工作温度正常，查《机械基础》得；按中等冲击载荷，得，按设计要求，轴承得寿命为：
则：
由查《课程设计》得：6312深沟球轴承得额定动载荷,所以选取得轴承合适。
12.键联接的选择和强度校核。
12.1高速轴与V带轮用键联接
① 选用圆头普通平键（C型）
按轴径d=20mm，及带轮宽，查表10-1选择C856（GB/T 1096-1979）
强度校核
键得材料选为45号钢，V带轮材料为铸铁，查表得键联接得许用应力键得工作长度，，挤压应力
（安全）
12.2低速轴与齿轮用键联接
① 选用圆头普通平键（A型）
轴径d=30mm,及齿轮宽，查表10-1选键2063（GB/T 1096-1979）
② 强度校核
键材料选用45号钢，齿轮材料为铸钢，查表得许用应力
键得工作长度；，挤压应力：
（安全）
1、 联轴器键联接
① 选用圆头普通平键（A型）
轴径d=50mm,及轮毂，查表10-1选键1680（GB/T 1096-1979）
② 强度校核
键材料选用45号钢，齿轮材料为铸钢，查表得许用应力
键得工作长度；，挤压应力：
（安全）
13.联轴器得选择和计算
联轴器得计算转矩，因在前面已经考虑功率备用系数1.2，故
式中：查表取工作系数
根据工作条件，选用十字滑块联轴器，许用转矩
许用转速；配合轴径，配合长度。
14.减速器的润滑
齿轮传动的圆周速度
因为：，所以采用浸油润滑；由表14-1，选用L－AN32全损耗系统用油（GB443-1989）,大齿轮浸入油中的深度大约1-2个齿，单不应少于10mm。对轴承的润滑， 因 为：，采用脂润滑，由表14-2选用钙基润滑酯L－XAAMHA2(GB491-1987)
只需要填充轴承空间的1/2~1/3.并在轴承内侧设挡油环
15.润滑和密封说明
15.1润滑说明：
因传动的圆周速度，采用浸油润滑，大、小圆柱齿轮采用飞溅润滑，润滑油使用50号机械润滑油。

15.2密封说明：
在试运转过程中，所有联接面及轴伸处都不允许漏油。剖分面允许涂以密封胶或水玻璃，不允许使用任何碘片。轴伸处密封应涂上润滑脂。

16.参考文献
[1]机械设计课程设计，第二版，朱文坚 黄平 主编。
[2]机械设计课程设计，主编： 朱家诚 主审：朱文子。
[3]机械课程设计简明手册，骆素君 朱诗顺 主编。
[4]机械设计课程上机与设计， 程志红 唐大放 编著。
[5]机械设计基础，（第三版），陈立德 主编。

F=2300N
V=1.0m/s
D=320mm

η总=0.80

P工作=2.88KW

n滚筒=59.7r/min

电动机型号
Y113S-5

i总=46.9

据手册得
i齿轮=4.0
i带=3.35

=9.8N·m
=24.4N·m
=120N·m

dd2=301.5mm

V=6.78m/s

a0=120mm

Ld=925mm

=962.5mm

=150.92

Z=2根

F0=102N

FQ =396.7N

a =95mm

i齿=4

m=1.5mm

Z1=25
Z2=100
d1=50mm
d2=180mm

b2=58mm
b1=60mm

d≥25.6mm

=161mm

=110mm

Ft =1927.9N
Fr=738.6N
Fa=633.49N

Ft =2009N
Fr=769.75N
Fa=660.1N

P=3625.9N

C=26826.7N

P=2534.85N

C型平键8×56

A型平键20×63

A型平键16×80

V=1.6m/s

21