机械课程设计-设计一电动绞车一级圆柱齿轮减速器.doc

机械设计课程设计
计算说明书

设计题目 设计一电动绞车一级圆柱齿轮减速器

目 录
一、设计任务书……………………………………………………3
二、传动装置总体设计……………………………………………2
三、传动零件设计…………………………………………………5
四、连轴器的选择…………………………………………………6
五、轴的结构设计和强度计算……………………………………5
六、滚动轴承的选择及计算………………………………………12
七、键联接的选择及校核计算……………………………………16
八、减速器附件的选择……………………………………………16
九、润滑与密封……………………………………………………17
十、其他技术说明
十一、设计小结
十二、参考资料

一、设计任务书
题目：设计一电动绞车一级圆柱齿轮减速器
一.结构简图
1电动机2.联轴器3.制动器4.减速器5.开式齿轮6.卷筒7.轴承
二.原始数据
输出功率 7.5kw
输出转速 750r/min
三.工作情况 :
工作寿命15年,每年300个工作日,每日工作16小时.
减速器工作平稳,运转方向不变.
四 设计内容:
1.电动机的类型、功率和转速的确定，传动系统总传动比的分配。
2．主要传动零件参数设计。
3．减速器结构设计。
五 设计任务
1． 减速器总装配图一张
2． 大齿轮、轴零件图各一张
3． 设计说明书一份

补充：目的
1.对齿轮、轴强度设计、轴系结构设计的一次开卷性考试；
2.运用、巩固所学的理论知识，培养学生进行机械设计的初步能力；
3.掌握一般机械传动装置的设计方法、设计步骤，为毕业设计打好基础；
4.运用和初步熟悉设计资料，了解有关部门的国标、部标及设计规范等 。
设计要求
1. 电动机类型的选择和功率、转速的选择，总传动比分配；
2. 传动系统设计（参数计算）；
3. 轴的结构设计（包括强度计算）；
4. 滚动轴承的选择，寿命计算；
5. 键、联轴器的选择及强度校核；
6. 箱体、润滑装置及减速器附属零件的设计；
几个规定：
1）用斜齿轮（齿宽系数取0.8-1）；
2）轴承用锥轴承；
3）中心距圆整为0、5尾数；
4）油润滑；
5）轴承盖用凸缘式轴承盖，不用嵌入式；
6）油标用尺式油标；

二、传动装置总体设计
电动机的选择
1、电动机类型的选择
对恒功率负载特性的机械而言，一般 选用机械变速的交流异步电动机。

2、电动机功率的选择
1） 工作机所需功率Pw
Pw＝7.5kW

2） 电动机的输出功率
Pd＝Pw/η
工作机所需工作功率由电动机至II轴的传动总效率为
Pd＝7.81kW

3、电动机型号的确定
由参考文献[2]表12－1查出电动机型号为Y160M1-2,其额定功率为11kW，满载转速2930r/min。基本符合题目所需的要求。

传动比分配

参考传动比为i=3.02
传动装置的运动和动力参数
1、高速轴
；
；
；
2、低速轴：
；

；

；
三、传动零件设计
斜齿轮的选定与校核
1． 选材料及许用应力
(1)小齿轮 20CrMnTi 渗碳淬火 硬度56-62HRC

大齿轮 20Cr 渗碳淬火 硬度56-62HRC

取SF=1.25 SH=1 ZH=2.5 ZE=189.8

2.按弯曲强度计算

按8级精度 取K=1.1 参考文献[1]（表11-3）
齿宽系数0.8 参考文献[1] (表11-6)
小齿轮转矩
初选螺旋角
齿数 Z1=24 Z2=3X24=72
齿形系数=26.7 =80
查图参考文献[1]11-8

YFa1=2.6 YFa2=2.2

YSa1=1.57 YSa2=1.75

对小齿轮进行弯曲强度计算
法向模数Mn >==1.26
查参考文献[1]表4-1 取Mn=2mm
中心矩 a==99
取a=100mm
确定螺旋角
齿轮分度圆直径
mm d2=(100-25)x2=150 mm
齿宽 mm
取b2=40mm b1=45mm

3.验算接触强度

4.齿轮圆周速度

对照表11-2选8级精度是合宜的

四、联轴器的选择
根据工作情况要求，决定高速轴1与电动机轴之间选用弹性柱销
联轴器。按参考文献[4]15-1，计算转矩为，由转矩变化较小，
查参考文献[1]表17-1有=1.5，所以=1.5×24.53=36.8N·m
根据=36.8N·m小于公称转矩，n=2900r/min小于许用转速及电动机
根据上述数据，可取TL弹性套柱销联轴器
型号
公称转矩
许用转矩
轴孔直径
质量
转动惯量
许用补偿量
TL4
63
4200
20
2.3
0.44
0.2

五、 轴的结构设计和强度校核
一、高速轴
（1） 选择材料

选用45优质碳素结构钢，经调质处理

（2）初步估算轴径

查表14-2取C=110
==15.07mm
考虑装联轴器加键需将其轴径增加5%，故取轴的最小直径为15.8mm
故取

（3）初选轴承
因要求选用圆锥滚子轴承根据工作要求及输入端的直径，由轴承产品目录中选取型号为30206的圆锥滚子轴承。

(4)轴的结构设计

如图所示，主要尺寸已标出.

（5）轴上受力分析

齿轮上的作用力
圆周力：1226.5N
径向力：=470.0N
轴向力：=403.3N

求轴承的支反力
水平面上支反力：
因为圆锥滚子轴承30206的T为17.25，a为13.8，故

L=43+9x2+5x2+3.45x2=77.9mm

垂直面上支反力:

（6）画垂直面弯矩图

(7) 水平面上弯矩图

(8) 合成弯矩

(9)求轴传递的转矩

(10)求危险截面的当量弯矩

认为轴的扭切应力是脉动循环变应力,取折合系数

弯矩图如下：

(11)计算危险截面处轴的直径
校核轴的强度
　　 一般而言，轴的强度是否满足要求只需对危险截面进行校核即可，而轴
的危险截面多发生在当量弯矩最大或当量弯矩较大且轴的直径较小处。易
知危险截面在最大弯矩 处。

选用45优质碳素结构钢，经调质处理。
查表14-1得 查表14-3得
则
考虑键槽对轴的削弱，将值增大5%
故d=1.05x17.6=18.57mm
比较设计尺寸，该轴强度满足要求。

二、低速轴
（1）选择材料

选用45优质碳素结构钢，经调质处理

（2）初步估算轴径

查表14-2取C=110
=23.2mm
考虑装联轴器加键需将其轴径增加5%，故取轴的最小直径为24.36mm

（3）初选轴承
因要求选用圆锥滚子轴承。根据工作要求及输入端的直径，由轴承产品目录中选取型号为30206的圆锥滚子轴承。

（4）轴的结构设计
如图所示，主要尺寸已标出.

（5）轴上受力分析

齿轮上的作用力
圆周力：-1170N
径向力：=-448.3N
轴向力：=-384.68N

求轴承的支反力

L=3.45*2+38+9*2+5*2=72.9mm

水平面上支反力：
垂直面上支反力:

（6）画垂直面弯矩图

(7) 水平面上弯矩图

(8) 合成弯矩

(9)求轴传递的转矩

(10)求危险截面的当量弯矩

轴的扭切应力是脉动循环变应力,取折合系数

弯矩图如下：

(11)计算危险截面处轴的直径
一般而言，轴的强度是否满足要求只需对危险截面进行校核即可，而轴的危险截面多发生在当量弯矩最大或当量弯矩较大且轴的直径较小处。易知危险截面在最大弯矩处。
选用45优质碳素结构钢，经调质处理。
查表14-1得 查表14-3得
则
考虑键槽对轴的削弱，将值增大5%

故d=1.05x20.1=21mm

比较设计尺寸，该轴强度满足要求。

六、滚动轴承的选择与寿命计算
高速轴滚动轴承
（1）轴承的选择

高速轴的轴承既受一定径向载荷，同时还承受轴向载荷，

选用圆锥滚子轴承，初取d=30㎜,查文献[1]附表3，选用型号为30206，

其主要参数有：d=30㎜,Cr=43.2KN. Y=1.6
查表16-11:当时，X=1，Y=0；
当时，X=0.4,Y=1.6。

(2）计算轴承受力
如 图

Fa=403.3N Fr=470N

求轴承的径向载荷

根据“轴的设计”中已算出的中间轴轴承的支反力，

=627.24N
=700.36N

求轴承的轴向载荷

=627.24/2×1.6=196.01N
=700.36/2×1.6=218.86N
因，使轴承1被压紧，2放松
故：
218.86+403.3=622.16N
=218.86N

求轴承的当量动载荷P

轴承Ⅰ：>=e
1308.57N
轴承Ⅱ：>=e
899.72N
因轴承尺寸相同且,故应以作为轴承寿命计算的依据。

求轴承的实际寿命

已知滚子轴承=10/3

查表16-8和16-9得到温度系数ft=1 载荷系数fp=1.1

=>

故所选轴承满足要求。

低速轴滚动轴承的选择与寿命计算
（1）轴承的选择

同样选用型号为30206

（2）计算轴承受力 如下图

求轴承径向载荷

根据“轴的设计”中已算出的低速轴的轴承支反力，

有：
=596.78N
=671.66N

求轴承的轴向载荷

=186.49N
=209.89N
因，使轴承2被压紧,1放松
故：

=186.49N

571.17N

求轴承的当量动载荷P

轴承Ⅰ：
>=e;
537.10N

轴承Ⅱ：
>=e;
1182.54N

因轴承尺寸相同且,故应以作为轴承寿命计算的依据。

求轴承的实际寿命

已知滚子轴承=10/3

查表16-8和16-9得到温度系数ft=1, 载荷系数fp=1.1;

>
故所选轴承满足要求。

七、键联接的选择和验算
一、联轴器与高速轴轴伸的键联接
采用圆头普通平键（GB1095-79），由d=20㎜，查参考文献[1]
表10-9,得b×h=6×6,因联轴器长52㎜，故取键长L=45㎜，
即d=20㎜,h=6㎜,l=L-b=39㎜,T=24.53N·m
由轻微冲击，查参考文献[4]表10-10得110MPa,
所以20.9MPa<=110MPa
故此键联接强度足够。

二、小齿轮与高速轴的键联接
采用圆头普通平键（GB1095-79），由d=35㎜，查参考文献[1]
表10-9，得b×h=10X8,因小圆锥齿轮齿宽45㎜，故取键长L=35㎜，
即d=35㎜,h=8㎜,l=L-b=25㎜,T=24.53N·m
由轻微冲击，查参考文献[2]表10-10得=110MPa,
所以14MPa<=110MPa

故此键联接强度足够。

三、大齿轮与低速轴的键联接
采用圆头普通平键（GB1095-79）由d=35㎜，查参考文献[1]表10-9

得b×h=10x8,取键长L=32㎜，即d=35㎜,h=8㎜,l=L-b=22㎜,T=70.2N·m
由轻微冲击，查参考文献[4]表10-10得=110MPa,
所以49MPa<=110MPa

故此键联接强度足够。

八、减速器附件的设计
（1）检查孔：

为检查传动零件的啮合情况，并向箱体内注入润滑油，在箱体顶部能直接
观察到齿轮啮合的部位处设置检查孔，平时，检查孔的盖板用螺钉固定在
箱盖上。参看参考文献[2]表11-4选L1=90mml2=75mm型

（2）通气器：
减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大，为使箱内热胀空气能
自由排出，以保持箱内压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件等其他
缝隙渗漏，在箱体顶部装设通气器。参看参考文献[2]表11-5选提手式通气器.

（3）轴承盖：
为固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔两端用轴承盖
封闭。参看参考文献[2]表11-10采用凸缘式轴承盖，利用六角螺栓固定在
箱体上，外伸轴处的轴承盖是通孔，其中有密封装置。

（4）定位销：

为保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔制造和加工时的精度，在箱盖与箱座
的纵向联接凸缘上配装定位销，参看参考文献[2]表4-4采用两个圆锥销。
具体数据参看零件图.

（5）油尺：

为方便检查减速器内油池油面的高度，以经常保待油池内有适量的油，在箱
盖上装设油尺组合件。查参考文献[2]表7-9选M=12类型.

（6）放油螺塞；

为方便换油时排放污油和清洗剂，在箱座底部、油池的最低位置开设
放油孔，平时用螺塞将放油孔堵住，放油螺塞和箱体接合面间应加防漏用的
垫圈。

（7）启箱螺钉：

为方便拆卸时开盖，在箱盖联接凸缘上加工2个螺孔，旋入启箱用的
圆柱端的启箱螺钉。取M6X10.

八、润滑与密封
一、齿轮的润滑
采用浸油润滑，由于低速级周向速度为，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为25mm。

二、 滚动轴承的润滑
由于轴承周向速度为，所以宜开设油沟、飞溅润滑。

三、 润滑油的选择
齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。

四、 密封方法的选取
选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。

参考文献：
[1]杨可桢等主编：机械设计基础，高等教育出版社，2006
[2]吴宗泽主编：机械设计课程世纪手册，高等教育出版社，2004

η=0.96

Pd＝7.81kW

电动机型号为Y160M1-2

i=3.02

Mn=2mm

a=100mm

=16.26

mm
d2 =150mm

b2=40mm b1=45mm

8级精度是合宜

联轴器的选择
弹性柱销联轴
器TL4型

C=110

30206的圆锥滚子轴承

30206的圆锥滚子轴承

滚子轴承=10/3

所选轴承满足要求

所选轴承满足要求

b×h=6×6

b×h=10X8

b×h=10x8