1级减速器课程设计

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1、摘要齿轮传动是应用极为广泛和特别重要的一种机械传动形式，它可以用来在空间的任意轴之间传递运动和动力，目前齿轮传动装置正逐步向小型化，高速化，低噪声，高可靠性和硬齿面技术方向发展，齿轮传动具有传动平稳可靠，传动效率高（一般可以达到94%以上，精度较高的圆柱齿轮副可以达到99%），传递功率范围广（可以从仪表中齿轮微小功率的传动到大型动力机械几万千瓦功率的传动）速度范围广（齿轮的圆周速度可以从0.1m/s到200m/s或更高，转速可以从1r/min到20000r/min或更高），结构紧凑，维护方便等优点。因此，它在各种机械设备和仪器仪表中被广泛使用。本文设计的就是一种典型的一级圆柱直齿轮减速器的传动

2、装置。其中小齿轮材料为40Cr（调质），硬度约为240HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度约为215HBS，齿轮精度等级为8级。轴、轴承、键均选用钢质材料。绪论进入21世纪以来， 随着科学技术、工业生产水平的不断发展和人们生活条件的不断改善市场愈加需要各种各样性能优良、质量可靠、价格低廉、效率高、能耗低的机械产品，而决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节是产品设计。机械产品设计中，首要任务是进行机械运动方案的设计和构思、各种传动机构和执行机构的选用和创新设计。这要求设计者综合应用各类典型机构的结构组成、运动原理、工作特点、设计方法及其在系统中的作用等知识，根据使用要求和

3、功能分析，选择合理的工艺动作过程，选用或创新机构型式并巧妙地组合成新的机械运动方案，从而设计出结构简单、制造方便、性能优良、工作可靠、实用性强的机械产品。企业为了赢得市场，必须不断开发符合市场需求的产品。新产品的设计与制造，其中设计是产品开发的第一步，是决定产品的性能、质量、水平、市场竞争力和经济效益的最主要因素.机械原理课程设计结合一种简单机器进行机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合、机构运动方案设计等，使学生进一步巩固、掌握并初步运用机械原理的知识和理论，对分析、运算、绘图、文字表达及技术资料查询等诸方面的独立工作能力进行初步的训练，培养理论与实际结

4、合的能力，更为重要的是培养开发和创新能力。因此，机械设计课程设计在机械类专业学生的知识体系训练中，具有不可替代的重要作用。本次我设计的是蜗杆减速器，以小见大，设计并不是门简单的课程，它需要我们理性的思维和丰富的空间想象能力。我们可以通过对步进送料机的设计进一步了解机械原理课程设计的流程，为我们今后的设计课程奠定了基础。 计算过程及计算说明一、传动方案拟定设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动1. 工作条件：滚筒及运输带效率=0.94.工作时，载荷有轻微冲击。室内工作，水分和灰分为正常状态，产品生产为批量生产，允许总速比误差4%，要求齿轮使用寿命为10年，二班工作制，轴承使用寿命不少于15000小时

5、，设计此工作条件下的齿轮减速器。2. 原始数据：滚筒圆周力F=3800N；带速V=1.10m/s；滚筒直径D=295mm； 二、电动机选择1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机2、电动机功率选择：（1）传动装置的总功率：总=带2轴承齿轮联轴器滚筒 =0.950.9920.970.990.94=0.840（2） 运输机主轴上所需要的功率：电机所需的工作功率： 3、确定电动机转速：计算滚筒工作转速： 按机械设计课程设计书P7表2-3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Ia=35。取V带传动比I1=24，则总传动比理时范围为Ia=620，故电动机转速的可选范围为 符合这一范

6、围的同步转速有三种，750r/min、1000r/min和1500r/min。优先选用同步转速为1000r/min的电动机查表17-1，选电动机同步转速为 r/min，满载转速 r/min的电动机。查得其型号和主要数据如下：电动机的安装及有关尺寸方案号电动机型号额定功率/KW同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)总传动比轴外伸轴径/mm轴外伸长度/mm1Y132S-45.51500144020.2138802Y132M2-65.5100096013.473880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=960r/min。4、确定电动机型号根据以上选用的

7、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Y132M2-6。其主要性能：额定功率：5.5KW，满载转速960r/min，额定转矩2.0。三、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比：2、分配各级传动比据机械设计课程设计书P7表2-3，取V带i带=3（单级减速器i=24合理）所以四、 运动参数及动力参数计算一、 计算各轴得输入功率电动机轴：轴（减速器高速轴）轴（减速器低速轴）二、 计算各轴得转速 电动机轴 轴 轴 三、 计算各轴得转矩电动机轴 轴 轴 参数输入功率（kw）转速（r/min）扭矩 (Nm)传动比电动机4.9796049.48带齿轮高速轴4.723014134.5低速轴

8、4.5471608五、 传动零件的设计计算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，查机械设计图5-9普通V带型号选择线图，选择A型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 验证带速 在之间。故带的速度合适。（4） 从动轮转速n,2 (r/min)和误差n,2=nmdd1/dd2=960100/300=320误差 （n,2n1）/ n1=0（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： 查机械设计表5-6，选取带的基准直径长度 实际中心距： 有48mm的调

9、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，查机械设计表5-3，得，由，查表5-4，得，查表5-8，得， 查表5-6，得， 圆整取根。（8） 计算V带的合适初拉力 查机械设计表5-2，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AA基准宽度1111基准线上槽深2.752.75基准线下槽深8.78.7槽间距150.3150.3槽边距99轮缘厚66外径内径40 40带轮宽度带轮结构 实心式 腹板式2、 齿轮传动设计计算（1）择齿

10、轮类型，材料，精度，及参数 选用闭式斜齿圆柱齿轮传动（外啮合） 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， 选取齿轮为8级的精度（GB 100951998）齿面精糙度Ra1.63.2m（2）按齿面接触疲劳强度初步计算齿轮参数 因为是闭式软齿面齿轮传动，故先按齿面接触疲劳强度进行设计，即按下式进 行试算， 式中各参数为： 试选载荷系数Kt=1.4； 计算小齿轮的转矩T1=9.55106P1/n1=9.551064.72/320=141005.75Nmm 按机械设计表6-7取齿宽系数d=1.0 齿数比u=4.5 选小齿轮的齿数；大齿轮的齿数 初选螺旋角

11、由，查机械设计图6-20得区域系数ZH=2.45； 由机械设计表6-3查得弹性影响系数ZE=189.8Mpa1/2； 许用接触应力由计算。查图6-14（d）、(C)得接触疲劳极限=550Mpa =390Mpa应力循环次数查图6-16（曲线1）得接触疲劳寿命系数ZN1=1.02 ZN2=1.11取安全系数SH=1.0 取初算小齿轮分度园直径d1t 得（3）确定传动尺寸计算圆周速度。 故8级精度合用。 计算载荷系数K各系数选择如下：查表6-1得使用系数KA1.0由v=1.15m/s，8级精度查图6-6得动载系数KV=1.13；查表6-2得齿间载荷分配系数Ka=1.2；查图6-10得齿向载荷分布系数

12、=1.15； K=KAKVKa=1x1.13x1.2x1.15=1.55 对d1t进行修正 确定模数mn 取为标准模数 计算中心距 圆整为 精算螺旋角精算分度圆直径计算齿宽取 (4)校核齿根弯曲强度 式中各参数为： K T1 b d1 mn 值同前； 由当量齿数 查表6-4得齿形系数 应力校正系数 斜齿轮的纵向重合度为由图6-21查得螺旋角影响系数=0.85 许用弯曲应力由计算查图6-15（d）（c）得弯曲疲劳极限，查图6-17得弯曲疲劳寿命系数取 安全系数 故 满足齿根弯曲疲劳强度。（5） 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 240传动比4

13、.5法面模数设计和校核得出3端面模数 3.07法面压力角螺旋角一般为 齿数Z 略25113分度圆直径 76.8347.2齿顶圆直径82.8353.2齿根圆直径 df69.3339.7齿轮宽b计算出8085螺旋角方向 左旋右旋六、 轴的设计1. 高速轴的设计。（1） 选择轴的材料：选取35号钢，调质，硬度为217 -255HBS。（2） 初步估算轴的最小直径 根据教材公式，取，则（3） 轴的机构设计，初定轴径及轴向尺寸 大带轮段：由于带轮与轴通过键联接，则轴应该增加3%，取 ，又带轮的宽度 ，则第一段的长度 轴承端盖段：根据定位要求，取，根据轴承端盖的装拆以及轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取

14、端盖的外端面与带轮的端面间的距离为20mm，则取。 轴承段：选用6309型深沟球轴承，其尺寸为，那么该段的直径为，长度为。 齿轮段：取，根据前面计算结果可知小齿轮的宽度，故取。 轴承段：取直径为，长度为。 两轴承支点间的距离式中，大齿轮齿宽； a 箱体内壁与小齿轮端面的间隙； S 箱体内壁至轴承端面的距离； 轴承宽度； 高速轴的总长度：（4） 按弯扭合成应力校核轴的强度。 计算作用在轴上的力 圆周力： 径向力： 轴向力： 计算支反力因为该轴上两轴承与齿轮对称安装，所以：L2=L3=78.5mm所以水平面上支反力：垂直面上支反力：由 得 求得 又由 得 作弯矩图 水平面弯矩： 垂直面弯矩： 合成

15、弯矩： 作转矩图 当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数， 则： 按弯扭合成应力校核轴的强度 轴的材料是45号钢，调质处理，其拉伸强度极限，对称循环变应力时的许用应力。 由弯矩图可以知道，可见截面C的当量弯矩最大，故校核该截面的强度： (安全) 轴的结构图见零件图所示2. 低速轴的设计。（1） 选择轴的材料：选取35号钢，调质，硬度为217-255HBS（2） 初步估算轴的最小直径根据教材公式，取，则（3） 轴的机构设计，初定轴径及轴向尺寸 联轴器联接段：由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加3%，取，根据计算转矩，查标准GB/T5014-2003，选用LT9型弹性柱销联轴器，该半联轴器传递的公

16、称力矩Tn=1000Nm；半联轴器的长度为142mm，与轴配合部分的长度L1=84mm，故取第一段的长度。 轴承端盖段：根据定位要求，取，根据轴承端盖的装拆以及轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面与带轮的端面间的距离为20mm，则取。 轴承段：选用6313型深沟球轴承，其尺寸为，那么该段的直径为，长度为。 齿轮段：取，根据前面计算结果可知小齿轮的宽度，故取。 齿轮右端轴承台肩段：此段为齿轮定位段，其直径取，根据间隙距离要求，该段长度取。 自由段：考虑轴承用轴肩定位，由6313轴承查手册得轴肩处安装尺寸d6=77mm,该段长度取l6=14mm。 轴承段：取直径为，长度为。 两轴承支点

17、间的距离式中，小齿轮齿宽； a 箱体内壁与小齿轮端面的间隙； S 箱体内壁至轴承端面的距离； 轴承宽度； 低速轴的总长度：（4） 按弯扭合成应力校核轴的强度。 计算作用在轴上的力 小齿轮受力分析 圆周力： 径向力： 轴向力： 计算支反力因为该轴上两轴承与齿轮对称安装，所以：L2=L3=80.5mm所以水平面上支反力：垂直面上支反力：由 得 求得 又由 得 作弯矩图 水平面弯矩： 垂直面弯矩： 合成弯矩： 作转矩图 当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数， 则： 按弯扭合成应力校核轴的强度 轴的材料是45号钢，调质处理，其拉伸强度极限，对称循环变应力时的许用应力。有弯矩图可知，C处弯矩最大，假设C

18、处为最小直径，若 ，则轴其他地方都必符合要求。 (安全) 轴的结构图见零件图所示七、 滚动轴承的选择和计算1. 高速轴选取滚动轴承（1） 根据条件，轴承预计寿命不少于15000小时（2） 选取的轴承：查课程设计表12-5，选取型号为6309深沟球轴承（每根轴上安装一对）（3） 轴承计算 确定Cr查课程设计表12-5得知，轴承的基本额定动载荷Cr=52800N，基本额定静载荷C0=31800N。 计算FA/Co值，并确定e值 查机械设计表10-5得 e=0.2 计算当量动载荷P 由机械设计表10-5查得X=0.56 Y=1.78， 则 计算轴承寿命由机械设计表10-7查得=1.2 由表10-6查

19、得=1 6309型轴承为深沟球轴承，寿命指数=3。则预期寿命足够，所以选取得轴承合适。2. 低速轴选取滚动轴承（1） 根据条件，轴承预计寿命不少于15000小时（2） 选取的轴承：查课程设计表12-5，选取型号为6313深沟球轴承（每根轴上安装一对）（3） 轴承计算 确定Cr查课程设计表12-5得知，轴承的基本额定动载荷Cr=93800N，基本额定静载荷C0=60500N。 计算FA/Co值，并确定e值 查机械设计表10-5得 e=0.19 计算当量动载荷P 由机械设计表10-5查得X=0.56 Y=1.78， 则 计算轴承寿命由机械设计表10-7查得=1.2 由表10-6查得=1 6309型

20、轴承为深沟球轴承，寿命指数=3。则预期寿命足够，所以选取得轴承合适。八、 键联接得选择和强度校核。1、 高速轴与V带轮用键联接 选用圆头普通平键（C型）按轴径d=35mm，及带轮宽，由课程设计查表11-28选择C1440（GB/T 1096-2003） 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）2、 低速轴与齿轮用键联接 选用圆头普通平键（A型）轴径d=70mm,及齿轮宽，由课程设计查表11-28选键2070（GB/T 1096-2003） 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）3

21、、 联轴器键联接 选用圆头普通平键（A型）轴径d=55mm,及轮毂，由课程设计查表11-28选键16700（GB/T 1096-2003） 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）九、 联轴器得选择和计算弹性套柱销联轴器具有一定补偿两轴线相对偏移和减振缓冲能力，适用于安装底座刚性好，冲击载荷不大的中、小功率轴系传动，可用于经常正反转、起动频繁的场合，工作温度为-C。由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，选用弹性套柱销联轴器 K=1.2，=95501.24.72/320=141 Nm选用TL9 GB/12458199

22、0弹性套柱销联轴器，公称尺寸转矩=1000（Nm），。采用Y型轴孔，A型键，轴孔直径取d=55mm，轴孔长度L=112mm. TL4型弹性套柱销联轴器有关参数型 号公称转矩T（Nm）许用转数n（r/min）轴孔直径d（mm）轴孔长度L（mm）外径D（mm）材料轴孔类型 键槽类型TL41000285055112250HT200Y型A型十、 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；查课程设计选用LAN32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LXAAMHA2(

23、GB491-1987)只需要填充轴承空间的1/21/3.并在轴承内侧设挡油环F=3800NV=1.10m/sD=295mm总=0.840Pw=4.18KWP工作=4.97KWn滚筒=71.25r/min电动机型号Y132S-4i总=18.70i带=3i齿轮=4.5 =49475.9Nmm=141005.7Nmm=608140.5Nmmdd2=300mmV=5.024m/sa0=500mmLd=1600mm=476mm=155.92Z=6根F0=169.64NFQ =NT1=141005.75Nmm K=1.55十一、 减速器铸造箱体的主要结构尺寸计算结果列于下表：名称代号尺寸（mm）箱座壁厚8

24、箱盖壁厚8箱座凸缘厚度12箱盖凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺栓直径查表5-120地脚螺栓数目4轴承旁联接螺栓直径16箱盖与箱座联接螺栓直径10联接螺栓的间距100150轴承端盖螺钉直径10检查孔盖螺钉直径10定位销直径10、至外箱壁距离24、至凸缘边缘距离20沉头座直径33轴承旁凸台半径20凸台高度300外箱壁至轴承座端面距离70轴承座孔边缘至轴承螺栓轴线的距离20箱盖、箱座肋厚87轴承端盖外径20轴承旁联接螺栓距离24参考文献（1）唐增宝，常建娥主编机械设计课程设计（第三版）华中科技大学出版社 ，2006（2）王为 ，汪建晓主编机械设计设计华中科技大学出版社，2007（3）李琳，李杞仪主编机械原理中国轻工业出版社，2009（4）陈铁鸣主编新编机械设计课程设计图册高等教育出版社，2003附 件（1） 输入轴受力简图校核分析图（2） 输出轴受力简图校核分析图（3） 减速器总装图一张(A1)（4） 轴的零件图一张（A3）（5） 大齿轮零件图一张（A3）44