直齿圆柱齿轮减速器的设计—课程设计

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1、课 程 设 计 课程名称 机械设计/机械设计基础课程设计题目名称 直齿圆柱齿轮减速器的设计学生学院 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师 目 录一、设计任务书3二、传动方案的拟定及说明4三、电动机的选择5四、计算传动装置的运动和动力参数6五、带的设计7六、齿轮传动设计8七、轴的设计12八、轴承的选择与寿命校核16九、键的选择与计算17十、联轴器的选择18十一、减速器附件的选择18十二、润滑与密封22十三、设计总结22十四、参考资料目录23课程设计任务书一、 课程设计题目：直齿圆柱齿轮减速器的设计。二、 主要技术参数：下图所示为一带式输送机的原理简图，该输送机每日工作8小时，每年工作250天，使

2、用期限为10年，其工作过程中载荷稳定，已知数据如表1所示。表1题 号12345678910滚筒直径（mm）300310320330340350360370380390滚筒转矩T(N.m)120125130135140145150155160165输送带速度(m/s)1.51.551.61.521.581.531.461.411.421.45传动装置的总效率0.880.850.820.840.860.890.870.880.830.86题 号11121314151617181920滚筒直径（mm）350355360365370375380385390400滚筒转矩T(N.m)1251301351

3、40145150155160165170输送带速度(m/s)1.51.551.61.521.581.531.461.411.421.45传动装置的总效率0.890.850.860.870.880.830.840.850.890.88三、 设计任务1、 总体方案制定；2、 绘制减速器的装配图（0号图或1号图）；3、 绘制零件图（12张）；4、 编写设计说明书。四、主要参考资料1、精密机械设计 机械工业出版社 20012、机械设计基础课程设计 高等教育出版社 1995计算项目计算过程步骤计算结果二、传动方案的拟定及说明1、原始数据：滚筒直径：360mm 滚筒转速：150Nm输送带转速：1.46m/

4、s 传动装置的总效率：0.872、基本设计方案：机器通常由原动机、传动装置和工作机等三部分组成。传动装置位于原动机和工作机之间，用来传递运动和动力的，并可用以转速、转距的大小或改变运动形式，以适应工作机动功能要求。传动装置的设计对整台机器的性能、尺寸重量和成本都有很大的影响。一个好的传动方案，除了首先应满足机器的功能外，还应当工作可靠，结构简单，尺寸紧凑，传动效率高，成本低廉以及使用方便。为了估计传动装置的总传动比范围，以便选择合适的传动机构和拟定传动方案，可先由设计要求计算驱动筒的转速nw，即一般选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机，因此传动装置总传动比为1

5、3或19。根据总传动比数值，可初步拟定出以二级传动为主的方案，其草图如下。 D=310mmT=150NmV=1.46m/s=0.87三、电动机的选择1） 电动机类型和结构形式按工作要求和工作条件，选择一般用途的Y(IP44)系列三相异步电动机，为卧式封闭结构。2) 电动机容量(1) 卷轴的输出功率Pw (2) 电动机输功率Pd 传动装置的总效率 式中为V带传动效率： 为滚动轴承的传动效率： 为圆柱齿轮传动效率： 为弹性联轴器的传动效率： 为滚筒的传动效率：，则(3)电动机额定功率Ped由第二十章表20-1选取电动机额定功率3)电动机的转速为了便于选择电动机的转速，先推断电动机转速的可选范围。由

6、表2-1查得V带传动常用传动比范围，单级圆柱齿轮传动比范围，则电动机转速可选范围为可见同步转速为750r/min、1000r/min和1500r/min的电机均符合。这里初选同步转速为1000r/min和1500r/min的两种电机进行比较，如下表：方案电动机型 号额定功率（kW）电动机转速（r/min）电动机质量（kg）传动装置传动比同步满载总传动比V带传动单级减速器1YL100-61.510009403318.182Y90L-41.5150014002712.21由表中数据可知两个方案均可行，但方案2的传动比较小，传动装置结构尺寸较小，因此采用方案2，选定电动机的型号为Y90L-4。四、计

7、算传动装置的远动和动力参数1) 传动装置总传动比2) 分配各级传动比取单级圆柱齿轮减速器的传动比i2=4，则V带传动部分的传动比为所得i1值符合一般V带传动比的常用范围。4.计算传动装置的运动和动力参数1) 各轴转速电动机轴为0轴，减速器高速轴为I轴，低速轴为II轴，各轴转速为2)各轴输入功率按电动机额定功率Ped计算各轴输入功率，即3) 各轴转矩i=12.21=3.05i2=4五、带的设计1）选择V带的型号由设计任务知工作机每天工作8小时，载荷稳定，所使用为Y系列三相异步电动机，由精密机械设计表7-5(P122)查得工作情况系数则计算功率计算功率小带轮转速根据 精密机械设计 图7-17 (P

8、122) V型带选型图，选择Z型普通V带2）确定带轮直径D1、D2由精密机械设计表7-6 带轮最小基准直径知Z型V带带轮速度一般限制525 m/s范围内，因为，所以带轮直径限制在100500mm，为了减小机构体积选带轮直径为106mm大轮直径根据V带基准直径表，把圆整为280mm3）验算带速m/s4）确定带的基准长度题目对中心距没有特殊要求，利用精密机械设计式7-29 确定中心距a0的范围根据题意，取定中心距为1.5按精密机械设计式（712）计算带的近似长度L=1707.46根据表7-3取5）确定带的实际中心距：按精密机械设计式（7-30）修正后的中心距值为a=601.276）验算小带轮包角=

9、160.4符合要求7）计算V带的根数由精密机械设计表78查得=0.28kW，由精密机械设计表79查得0.95，由精密机械设计表73查得1.18,由精密机械设计表710查得0.02kW,则V带的根数z4.43取z58）计算作用在轴上的载荷作用在轴上的载荷其中利用上两式计得：=56.05N=551.98N9）确定带轮的结构尺寸由课程设计P64表9-1查得，在106mm，的情况下，小带轮应采用辐板式，大带轮应采用孔板式=64mm106mmm/smma=601.27z5=56.05N=551.98N=64mm六、齿轮传动设计1) 选择齿轮材料和类型根据工作条件与已知条件知减速器采用闭式软齿面,考虑减速

10、器外轮廓尺寸不宜过大，要求高速齿轮硬度比低速齿轮高，所以小齿轮1材料为45钢（调质），硬度为300HBS， 二者材料硬度差为40HBS。大齿轮2选用40Cr， 表面淬火， 40-56HRC，精度等级选用7级精度，两个齿轮均为直齿齿轮。2) 确定许用应力(1)许用接触应力：由精密机械设计式8-39得按表8-10查得小齿轮大齿轮按接触极限应力较低的计算，即只需求出H2对于调质处理的齿轮SH=1.1由于载荷稳定，故按式8-41，求齿轮的应力循环次数NH其中t=10x250x8h=20000h循环基数NH0由图841中查得，当HBS为300时，NH02.5107因NH NH0，所以KHL1。(2)许用

11、弯曲应力由式8-46知由表8-11知取SF=2，单向传动取KFc=1，因NFVNFo，所以KFL=1。得3) 计算齿轮的工作转矩4) 根据接触强度，求小齿轮分度圆直径由式8-38知齿轮在支承间为对称布置，所选齿轮为软齿面，且载荷稳定，轴刚性高，根据表8-9，选取齿宽系数根据齿宽系数由图8-38读出载荷集中系数本设计为钢制的直齿圆柱齿轮传动，故取其中齿数比最后小齿轮分度圆直径选定模数m=2,则小齿轮齿数 大齿轮齿数 两齿轮的中心距验算直齿齿轮齿根弯曲应力由式8-43知由图8-44查得动载荷系数取则齿轮齿根弯曲应力5) 标准直齿圆柱齿轮几何尺寸（大齿轮）齿顶高齿根高全齿高齿顶圆直径齿根圆直径基圆直

12、径齿距pm3.1426.28mm齿厚sp/23.14mm齿槽宽es3.14mm压力角由以上数据可确定小齿轮的宽度为了保证在安装精度不高的情况下保证全齿宽啮合，大齿轮齿宽应比小齿轮齿宽略小，这里取根据课程设计P66表9-2，小齿轮的的结构可以采用齿轮轴结构，大齿轮的结构可以选取腹板式自由锻。6) 计算齿轮上的作用力圆周力：2621.1N2037.6N径向力：两齿轮轴向力都为0七、轴的设计1、 根据精密机械仪器设计公式（10-2），轴取45号钢，故C=107118所以：高速轴低速轴考虑键槽对轴的强度等因素的影响，应把上面的计算值略为增大：参照课程设计P117选标准值，选20.0mm，选31.5mm

13、的轴径比较合适，即=20.0mm=30.0mm2、各段轴直径的设计：根据课设P26，相邻轴径不同即形成轴肩，当轴肩用于轴上零件定位和承受轴向力时，应具有一定的高度。当配合处轴的直径小于80mm时，轴肩差一般可取610mm。如果两相邻轴段的直径变化仅仅是为了轴上零件装拆方便或区分加工表面时，两直径差略有差别即可，可选15mm。按照这个原则，根据上面计算出来各段轴的最小直径，高速轴由小端到大端可以设计出各段轴的直径分别为：20mm（装V带轮轴段）28mm, 30mm（装轴承轴段）37mm（齿轮轴轴段）30mm（装轴承轴段）低速轴由小端到大端为：30mm（装联轴器轴段）40mm，45mm（装轴承轴段

14、）50mm（装齿轮轴段）55mm（装轴环段）45mm（装轴承轴段）为了降低应力集中，轴肩处圆角不宜过小。一般配合表面处轴肩和零件孔的圆角、倒角尺寸见课设P119；装滚动轴承处轴肩的过渡圆角半径应按轴承的安装尺寸要求取值见课设P144。3、各段轴的长度设计(1)考虑到箱体铸造误差，齿轮端面与箱体内壁应留有一定的距离：取是箱体的壁厚，取8mm。(2)轴承应尽可能靠近箱体内壁，但也需要一定的距离，其大小与润滑方式有关，本设计采用油润滑，轴承与箱体内壁的距离一般为35mm,这里取：(3)轴承座孔宽度：（公式见课程设计P33）和的值由课程设计P17的表3-1可查到，这里选取螺栓直径M12，故=18mm=

15、16mm。(4)端盖外端面到内端面：(公式见课程设计P77，e为轴承盖凸缘厚度，为轴承盖螺钉直径)=1.2=1.2X6=7.2mm=1.2=1.2X8=9.6mm由大齿顶圆直径，又根据轴上装齿轮段的直径d=50mm，可确定相关尺寸如下：1.6d1.6x5080mm（P66）=(1.21.5)d（1.21.5）506075B取（为法向模数）这里取10mm；（目前为止还不知道以下部分有什么用）=2=172-2x8=156mm0.5（）=0.5x(156+72)=114mm；C=0.3 B=0.3x40=12mmr5；(5)综合计算，确定各段轴长：高速轴：65mm,47mm,17mm,78mm,17

16、mm（总长为224mm）低速轴：60mm,46mm,35mm,60mm,16mm,16mm（总长为233mm）(6) 轴的校核强度校核：轴选45号钢（正火）1）高速轴I:两轴承中心距为：LA1=91mm齿轮轴在水平面上支承面反力：水平的弯力矩：垂直面中的径向反力：垂直面的弯曲力矩：合成弯矩：由精密机械设计表10-1查出45号钢强度极限并由表10-3查出与其对应的故轴截面的当量弯矩：由此算出的直径，故高速轴符合强度要求。2）低速轴：两轴承中心距为：LA2=97mm齿轮轴在水平面上支承面反力：水平的弯力矩：垂直面中的径向反力：垂直面的弯曲力矩：合成弯矩：轴截面的当量弯矩：由此算出的直径，故低速轴符

17、合强度要求。轴的最小直径：=20.0mm=30.0mm8mmL=50mm螺栓M12=18mm=16mm八、轴承的选择和寿命校核1) 轴承的选定根据任务书上表明的条件：载荷平稳、齿轮为直齿，主要承受径向力，轴承可以选择深沟球轴承。由轴的长度设计指导，轴上安装轴承相应段的直径d1=30mm，d2=45mm，由课程设计P114表15-3可查找适合的轴承，选择特轻（1）系列的6006和6009。其尺寸分别如下：外径：内径：宽度：2) 轴承的强度校核（1）高速轴轴承：（标号为1）滚动轴承的单量载荷为：式中载荷系数取这里取较大值径向载荷 其中Fz为皮带轮在轴上水平方向的载荷轴向载荷查表得径向动载荷系数和轴

18、向动载荷系数X=1，Y=0轴承的寿命该轴承寿命符合设计要求（2）低速轴轴承：（标号为1）滚动轴承的单量载荷为：式中载荷系数取这里取较大值径向载荷轴向载荷查表得径向动载荷系数和轴向动载荷系数X=1，Y=0轴承的寿命该轴承寿命符合设计要求九、键的选择和计算1 键的选择：低速齿轮上的键：根据低速轴的直径，选择低速轴上键的尺寸，L1=40带轮上的键：根据轴的直径，选择键的尺寸为，L2=45联轴器上的键：，L3=452.键的强度校核：键都采用45号钢。（1） 低速齿轮轴上键的强度校核圆周力2037.6N挤压强度剪切强度故此键符合强度要求。（2） 带轮上键的强度校核圆周力2037.6N挤压强度剪切强度故此

19、键符合强度要求。（3） 联轴器上键的强度校核圆周力2037.6N挤压强度剪切强度故此键符合强度要求。十、联轴器的选择根据上面算出的数值在课设P163选取选用弹性柱销联轴器，故选择型号为TL6的弹性柱销联轴。部分参数如下：公称扭矩：250Nm许用转速（钢）：3800r/min轴孔直径：32mm轴孔长度：60mm十一、减速器附件的选择(1) 轴承盖：主要作用是固定轴承、承受轴向载荷、密封轴承坐孔、调整轴系位置和轴承间隙。轴承盖有凸缘式和嵌入式，本设计采用凸缘式，具体参数如下1) 高速轴轴承盖：轴承外径 螺钉直径 螺钉孔直径螺钉中心所在圆周直径 轴承盖外径2) 低速轴轴承盖：轴承外径 螺钉直径 螺钉

20、孔直径 螺钉中心所在圆周直径 轴承盖外径(2) 箱座高度大齿轮齿顶圆直径由课程设计表4-1查出的荐用值为为了使箱体结构紧凑，在满足条件下取窥视孔和视孔盖: 为了便于检查箱内传动零件的啮和情况及将润滑油注入箱体内，在箱盖顶部设置窥视孔，为了防止润滑油飞溅出来和污物进入箱体内，在窥视孔上加设视孔盖。视孔盖的尺寸如下：A66mmA198mmA082mmB52mmB168mmB060mmd4取M6h取2mm通气器：减速器工作时箱体内温度升高，气体膨胀，箱内气压增大。为了避免由此引起密封部位的密封性下降造成润滑油向外渗漏，在视孔盖上加设通气器，以保持箱内压力正常和保证箱体的密封性。尺寸如下：d取M161

21、.5D22mmD119.6mmS17mmL23mml=12mma2mmd15mm油面指示器：用于检查箱内油面高度，以保证传动件的润滑。一般设置在箱体上便于观察、油面较稳定的部位。本设计设在低速轴附近。油标尺型号选M12，具体尺寸参照课设P78。定位销：为了保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔的安装精度，在箱盖与箱座的联结凸缘上配装两个定位销。两销的距离越远越可靠，因此设置在箱体联结凸缘的对角处，并作非对称布置。型号为M8，具体尺寸参照课设P142。起盖螺钉：为了保证减速器的密封性，在箱体剖分接合面上涂水玻璃或密封胶。为便于拆卸箱盖，在箱盖凸缘上设置2个起盖螺钉，型号为M8，螺纹有效长度大于箱盖凸

22、缘厚度，螺钉底部制成半球形。起吊装置：为了搬运和装卸箱盖，在箱盖上装有吊环螺钉，铸出吊耳。为了搬运箱座或整个减速器，在箱座两端；联结凸缘处铸出吊钩。根据起重量选择吊环螺钉为M8，尺寸参照课设P81。放油孔及螺塞：为了排出油污，在减速器最底部设置放油孔，并用放油螺塞和密封垫圈将其堵住。放油孔不能高于油池底面，且在放油孔门口的箱座内壁设置凹槽，以避免油排不净。型号为M141.5，放油螺塞的结构和尺寸参照课设P79。大齿轮一侧箱盖外表面圆弧半径箱盖壁厚故取由课程设计表4-1查得R=101.6.30十二、润滑与密封1、由于在本设计中采用油润滑，高速轴轴承旁的小齿轮的齿顶圆小于轴承的外径，为防止齿轮啮合

23、时所挤出来的热油大量冲向轴承内部，增加轴承的阻力，需要在轴承和齿轮之间设置挡油盘。2、密封毡圈：在减速器的输入轴和输出轴的外伸段，应在轴承盖的轴孔内设置密封件以提高密封性，防止油留出箱体外。计算可知高速轴上线速度V5m/s故本设计可采用密封毡圈。由课程设计表16-9根据两轴轴径查出油封毡圈和沟槽相关参数。十三、设计总结这次课程设计是对以前所学知识的一次全面综合的检验，同时也是理论运用于实践的尝试。这次课程设计，把大一，大二大部分机械类课程的课本都翻了个遍，工程制图、工程力学、材料力学和精密机械设计，深刻体会到了“书到用时方恨少”的滋味。课程设计内容看似简单，当真正着手做起来却困难重重，计算、校

24、核、画图、再计算、再画图都必须严格按照手册等文献中的规定选取数据，很多数据改了又改，图也是画了又画，最终才得出满意的结果。这次课程设计另外一个收获就是掌握了Auto CAD 的基本操作，对计算机辅助设计有了系统全面的认识，同时也领略到了利用计算机辅助机械设计的魅力，而这将成为未来机械设计的发展趋势。这次课程设计能够顺利完成，还要感谢査老师和林老师的指导，以及小组成员的积极配合，非常感谢你们！十四、参考资料目录1、精密机械设计（庞振基 黄其圣主编.北京：机械工业出版社，2009.6）2、机械设计、机械设计基础课程设计（王昆等主编.北京：高等教育出版社，1995（2009重印）3、工程制图（左宗义 冯开平主编.广州：华南理工大学出版社，2008.7）30