机械设计课程设计单级圆柱齿轮减速器的设计

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1、单级圆柱齿轮减速器的设计一、传动方案拟定1.工作条件：使用年限5年，工作为二班工作制，载荷平稳，环境清洁，工作环境为35度。2.原始数据：运输带拉力；带速；滚筒直径。机械传动装置一般由电动机、传动装置、工作机和机架四部分组成。单级圆柱齿轮减速器由带传动和齿轮传动组成，根据各种传动的特点，带传动安排在高速级，齿轮传动放在低速级。传动装置的布置图见图-1图-1二、选择合适的电动机1.选择电动机1)选择电动机类型按已知的工作要求和条件，选用 Y系列三相异步电动机。2)确定电动机功率工作机所需的功率按下式计算式中，带式输送机的效率=0.95，代入上式得 Y132M2-6电动机所需功率按下式计算式中，为

2、电动机到滚筒工作轴的传动装置总效率，根据传动特点，由表2-4查得：V带传动，一对齿轮传动，一对滚动轴承，弹性联轴器，因此总效率，即 确定电动机额定功率，使查表2-1取。3)确定电动机转速工作机滚筒轴的转速为 根据表2-3推荐的各类传动比的取值范围，取V带传动的传动比，一级齿轮减速器传动比，则传动装置的总传动比，故电动机转速的可选范围为 符合此转速要求的同步转速有750、1000两种，考虑综合因素，查表2-1，选择同步转速为1000的Y系列电动机Y132M2-6，其满载转速为。电动机参数见表-1 表-1型号额定功率/kW满载转速/r/min额定转矩最大转矩Y132M2-65.59602.0 2.

3、计算传动装置的总传动比并分配各级传动比1)传动装置的总传动比为 2)分配各级传动比为了使传动装置均匀合理，尺寸紧凑，重量最小。本传动装置由带传动和齿轮传动组成，因，为使减速器部分设计方便，取齿轮传动比，则带传动的传动比为 3计算传动装置的运动参数和动力参数1)各轴转速轴 轴 滚筒轴2）各轴功率轴 轴滚筒轴3）各轴转矩电动机轴 轴轴滚筒轴A、B型带A型带根据以上计算列出本传动装置的运动参数和动力参数数据表，见表-2 表-2参数轴号电动机轴轴轴滚筒轴转速n/(r/min)960307.6971.5671.56功率P/(kW)4.023.863.713.64转矩T/(Nmm)399911197814

4、94610484767传动比i3.124.31效率0.960.960.98三、传动零件的设计计算1.普通V带传动带传动的计算参数见表-3表-3项目参数4.029603.121）计算功率 根据工作条件，查表8-6取 2）选择V带类型由、，查图8-8,因处于A、B的中间区域，可同时选择A、B两种带型来计算，最后根据计算结果来分析选择。3）确定V带基准直径查表8-7可取：A型带取 B型带A型带B型带A型带B型带A型带取B型带取 取4）验算带速A型带带速在525m/s范围内，合适。B型带带速在525m/s范围内，合适。5）确定带的基准长度和实际中心距A型带因没有给定中心距的尺寸范围，按公式计算中心距。

5、取B型带中心距范围：取A型带计算V带基准长度查表8-2取标准值计算实际中心距B型带A型带B型带考虑安装、调整和补偿张紧力的需要，中心距应有一定的调节范围，调节范围为B型带查表8-2取标准值计算实际中心距考虑安装、调整和补偿张紧力的需要，中心距应有一定的调节范围，调节范围为6）验算小带轮包角A型带 合适B型带 合适7）确定V根数A型带由，查表8-5a、 查表8-5b得，查表8-8：，查表8-2：A型带根B型带根B型带合理因大于4，应取z=5根B型带与A型带类似，可查得：，代入公式计算得z=2.12，取z=3根计算结果见表-4表-4带型A1003155.02420006651615B1404257

6、.03422406621553比较两种计算结果，A型带根数较多，选B型带合理。8）计算初拉力查表8-4,B型带Q=0.17kg/m9）计算对轴的压力2.圆柱齿轮设计已知齿轮传动的参数，见表-5表-5项目参数3.86307.74.31）选定齿轮精度等级、材料及齿数（1）运输机作为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。（2）材料及热处理由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。（3）选小齿轮齿数，大齿轮齿数取2）按齿面接触强度设计由设计计算公式（10-9a）进行试算，即（1）确定公式内的各计算数值试

7、选载荷系数计算小齿轮传递的转矩由表10-7选取齿宽系数由表10-6查得材料的弹性影响系数由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限；由式10-13计算应力循环次数 由图10-19查得接触疲劳寿命系数；计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得 （2）计算试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值计算圆周速度v计算齿宽b计算齿宽与齿高之比模数 齿高 计算载荷系数根据，8级精度，由图10-8查得动载系数；直齿轮，假设。由表10-3查得；由表10-4查得8级精度，小齿轮相对支承对称布置时由，查图10-13得；故载荷系数 按实际载荷系数校

8、正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得计算模数3）按齿根弯曲强度设计由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为（1）确定公式内的各计算数值由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数，计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得计算载荷系数K查取齿形系数由表10-5查得，查取应力校正系数由表10-5查得，计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。（2）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接

9、触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数2.224并就近圆整为标准值，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数 取28大齿轮齿数 取，在范围内，合适。4）几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 （2）计算中心距 （3）计算齿轮宽度 取，。5）验算合适6）绘制零件图四、轴的结构设计低速轴的参数见表-6表-6 项目参数3.86307.71.轴的结构设计1）轴上零件的布置对于单级减速器，低速轴上安装一个齿轮、一个联轴器，齿轮安装在箱体的中间位置；两个轴承安装在箱体的轴承座孔内，相对于齿轮对称布置；联轴器安装在箱体的外面一侧。为保证齿轮的轴向位置，还应在齿轮和轴承之间加一个套

10、筒。2）零件的拆装顺序轴上的主要零件是齿轮，齿轮的安装从方便加工的角度选轴上的零件从轴的右端装拆，齿轮、套筒、轴承、轴承盖、联轴器依次从轴的右端装入，左端的轴承从左端装入。3）轴的结构设计为便于轴上零件的安装，把轴设计为阶梯轴，后段轴的直径大于前段轴的直径，低速轴的具体设计如下。 轴段安装联轴器，用键周向固定。轴段高于轴段形成轴肩，用来定位联轴器。轴段高于轴段，方便安装轴承。轴段高于轴段，方便安装齿轮；用键周向固定。轴段高于轴段形成轴环，用来定位齿轮。轴段直径应和轴段直径相同，以使左右两端轴承型号一致。低速轴结构见图-2所示。图-22.确定各轴段的尺寸1）各轴段的直径 因本减速器为一般常用减速

11、器，轴的材料无特殊要求，故选用45钢。查表15-3：45钢的。代入设计公式考虑该轴段上有一个键槽，故应将轴径增大5%，即轴段的直径确定为。轴段的直径应在的基础上加上两倍的定位轴肩高度。这里取定位轴肩高度，即 考虑该轴段安装密封圈，故直径取轴段的直径应在的基础上增加两倍的非定位轴肩高度，但因该轴段要安装滚动轴承，故其直径要与滚动轴承内径相符合。这里取。同一根轴上的两个轴承，在一般情况下应取同一型号，故安装滚动轴承处的直径应相同，即。轴段上安装齿轮，为安装齿轮方便，取。轴段的直径，是定位轴环的高度，取，即。轴段的直径。 2）确定联轴器型号为了补偿由于制造、安装等的误差及两轴线的偏移，优先考虑弹性套

12、柱销联轴器，根据安装联轴器轴段的直径，查手册选联轴器型号为TL7，联轴器安装长度。因大齿轮转速较低，最后确定轴承润滑方式为脂润滑，故此处按脂润滑方式确定轴的长度。取轴承距箱体内壁的距离3）各轴段的长度3.按扭转和弯曲组合进行强度校核1）绘制轴的计算简图为计算轴的强度，应将载荷简化处理，直齿圆柱齿轮，其受力可分解为圆周力、径向力。两端轴承可简化为一端活动铰链，一端固定铰链，如图3-b所示。为计算方便，选择两个危险截面-、-，-危险截面选择安装齿轮的轴段的中心位置，位于两个支点的中间，距B支座的距离为157/2=78.5mm；-危险截面选择在轴段和轴段的截面处，距B支座的距离为56-31/2=40

13、.5mm。图-3 轴的强度计算垂直平面水平平面2）计算轴上的作用力从动轮的转矩 齿轮分度圆直径 齿轮的圆周力齿轮的径向力3）计算支反力及弯矩（1）计算垂直平面内的支反力及弯矩a.支反力：对称布置，只受一个力，故b.垂直平面的弯矩-截面 -截面 （2）计算水平平面内的支反力及弯矩a.支反力：对称布置，只受一个力，故b.垂直平面的弯矩 -截面 -截面 （3）计算各截面的合成弯矩-截面-截面（4）计算转矩（5）确定危险截面及校核其强度按弯矩组合计算时，转矩按脉动循环变化考虑，取。按两个危险截面校核：-截面的应力轴段轴段轴段轴段轴承型号：63126308-截面的应力查教材表12-1及表12-4的。、均

14、小于，故轴的强度满足要求。五、键的选择及强度校核1.选择键的尺寸低速轴在轴段和轴段两处各安装一个键，按一般使用情况选择采用A型普通平键联接，零件手册选取键的参数见表-7。表-7轴段轴段标记为：键1：GB/T 1096 键 键2：GB/T 1096 键 2.校核键的强度轴段上安装联轴器，联轴器材料为铸铁，载荷性质为轻微冲击，查表6-2 。轴段上安装齿轮，齿轮材料为钢，载荷性质为轻微冲击，查表6-2 。静联接校核挤压强度：轴段：计算应力略大于许用应力，因相差不大，可以用已确定的尺寸，不必修改。轴段所选键联接强度满足要求。六、选择轴承及计算轴承寿命1.轴承型号的选择低速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号

15、为6312。高速轴选轴承类型为深沟球轴承，型号为6308。2.轴承寿命计算低速轴：正常使用情况，查教材表13-9和13-10得：，查手册轴承6312的基本额定动载荷，因齿轮相对于轴为对称布置，轴承的受力一样，可只计算一处，计算B处，当量动载荷代入公式低速轴轴承因转速较低，使用时间太长，实际应用中会有多种因素影响，要注意观察，发现损坏及时更换。七、选择轴承润滑与密封方式轴承的润滑方式取决于浸油齿轮的圆周速度，即大齿轮的圆周速度 应选脂润滑。因轴的转速不高，故选用接触式毡圈密封。八、箱体及附件的设计1.箱体的选择一般使用情况下，为制造和加工方便，采用铸造箱体，材料为铸铁。箱体结构采用剖分式，剖分面

16、选择在轴线所在的水平面上。箱体中心高度，箱体厚度2.选择轴承端盖选用凸缘式轴承盖，根据轴承型号设计轴承盖的尺寸：高速轴：，,低速轴：，,3.确定检查孔与孔盖检查孔尺寸：，；检查孔盖尺寸：，；4.通气器选用5-15中。5.油标装置选用5-161P47中。6.螺塞选用表5-191P50中。7.定位销定位销选用圆锥销。查表5-201P51:销钉公称直径。 九、设计小节课程设计过程中出现的问题几乎都是过去所学的知识不牢固，许多计算方法、公式都忘光了，要不断的翻资料、看书。虽然过程很辛苦，有时还会有放弃的念头，但始终坚持下来，完成了设计，而且巩固了许多以前没学好的知识，提高了运用所学知识的能力。我相信，通过这次的实践，能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作，有能力设计出结构更紧凑，传动更稳定精确的设备。参考文献:1 柴鹏飞.机械设计课程设计指导书.北京：机械工业出版社，20082 濮良贵.机械设计.北京：高等教育出版社，20013 周开勤.机械零件手册.北京：高等教育出版社，20014 路永明.机械设计课程设计.北京：石油大学出版社，20005 路永明.新编机械设计手册.北京：石油大学出版社，19996 卢玉明.机械设计基础.北京：高等教育出版社，1998