机械设计课程设计单级圆柱齿轮减速器设计

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1、 机 械 设 计 课 程 设 计单级圆柱齿轮减速器设计计 算 说 明 书 物 理 与 机 电 工 程 学院 机械设计制造及其自动化 专业设计者 指导教师 年 月 日 （ ） 目 录机械设计课程设计计算说明书一、传动方案拟定. 2二、电动机的选择 .2三、确定传动装置总传动比及分配各级的传动比. .3四、传动装置的运动和动力设计 .4五、普通V带的设计. .5六、齿轮的设计.8七、轴的设计.12八、键连接的设计20九、联轴器的设计21十、滚动轴承的设计2111、 润滑和密封的设计2112、 箱体的各结构设计说明2213、 设计小结.2214、 参考文献.23计算项目计 算 及 说 明计 算 结

2、果设计题目原始数据方案初拟设计简图电动机选用传动比各轴转速计算各轴功率计算各轴转矩计算V带设计工作载荷计算选择V带确定带轮直径中心距计算计算带的基准长度确定带根数计算带拉力计算压轴力带轮结构设计齿轮设计齿数确定强度校核计算小齿轮分度圆直径圆周速度计算载荷系数校核分度圆直径模数计算按齿根弯曲强度设计分度圆直径计算计算分度圆直径中心距确定计算齿轮齿宽静强度校核结构设计齿轮轴的设计轴的基本直径各段轴长度和直径的确定键的设计轴的受力分析低速轴的设计轴基本直径的确定确定轴各段直径和长度键的设计一、传动方案拟定、工作条件：连续工作，单向运载，载荷变化不大，空载启动。减速机小批量生产，使用期限8年，每日两班

3、制工作。运输带允许速度误差5%。、原始数据： 传送带主动轴所需扭矩T=950；带速V=1.6；鼓轮直径D=0.35m；3、方案拟定： 采用带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便，故选V带。1.电动机 2.V带传动 3.圆柱齿轮减速器4.连轴器 5.滚筒 6.运输带二、电动机选择1、电动机类型和结构的选择：选择Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械

4、。 2、电动机容量选择：根据已知条件，工作机的效率为： （1）工作机功率由下式计算： （2）得电动机的输出为： （3）根据机械设计手册附表K取电动机功率3、确定电动机的转速及传动比计算滚筒转速为： （4）根据各种机械传动的传动比表（P13、表3.2）推荐传动比范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围，取带传动比 。则总传动比理论范围为：故电动机转速的可选范围： （5）则符合这一范围的同步转速有：1000和1500 r/min根据容量和转速，由相关手册查出三种适用的电动机型号：（如下表）方案电动机型号额定功率电动机转速(r/min)同步转速满载转速1Y160L-61110009702Y160M-

5、411150014603Y180L-811750730综合考虑电动机和传动装置选Y160L-6三、确定传动装置的总传动比和分配级传动比：1.由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速可得传动装置总传动比为： （6）且总传动比等于各传动比的乘积。分配传动装置传动比： （7） 2、分配各级传动装置传动比： 各种机械传动的传动比表 取（普通V带 i=24）由（7）得： （8）四、传动装置的运动和动力设计将传动装置各轴由电动机至卷筒依次定为：为名称；为相邻两轴间的传动比；为相邻两轴的传动效率；为各轴的输入功率；为各轴的输入转矩；为各轴的输入转速 。可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力

6、参数1、 运动参数及动力参数的计算（1） 计算各轴的转速：（9）（2） 计算各轴的功率： （10）（3）计算各轴的输入转矩：电动机轴输出转矩为：（11）整理以上数据得：轴名效率P ）转矩T 转速n传动比效率电动机轴10.0699.0397030.96轴9.66285.29323.333.70.961轴9.271013.8587.311.000.985卷筒轴9.14999.6387.31表4-1（4）计算各轴的输出功率： 由于12轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率得： （12） 计算各轴的输出转矩：由于12轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率得： （13）五、 V带的设计1确定输送机载荷

7、由输送机载荷变动小，工作情况系数表（P156、表8-7），查得工况系数=1.1 （14）式中：计算功率，；所需传递功率，。2 选取V带型号 根据，据普通V带选型图（P157,图8-11）选择B型V带d1=140mm。3确定带轮直径 , 1) 选小带轮直径参考图3.16选取=140mm2) 验算带速 （15）满足要求3) 确定从动轮基准直径 （16）据普通V带轮的基准直径系列表（P157，表8-8）取标准值=400mm。4) 计算实际传动比 （17）5) 验算传动比相对误差 理论传动比=3 传动比相对误差 =4.7%5% 合格 （18）4定中心距和基准带长（优选值查表P82）1) 初定中心距据式

8、：0.7（）2（） （19） 带入数据得：2) 计算带的基准长度据式：2+（）+ （20）带入数据得： 查V带的基准长度系列及长度系数表（P146,表8-2）取标准值3) 计算中心距 （21）4) 确定中心距调整范围 （22）5) 验算包角 （23）6.确定V带根数1) 确定额定功率 由及查单根普通V带的基本额定功率（P152，表8-4a）用插值法,求得：=2.112) 确定各修正系数 查单根普通V带额定功率的增量表（P153，表8-4b）得功率增量： 查包角修正系数表（P155,表8-5）得=0.95查V带的基准长度系列及长度系数表（P146,表8-2）得：=13) 确定V带根数 （24）选

9、择6根B型V带7 确定单根V带初拉力 查V带单位长度的质量表（P149，表8-3）得： （25）8 计算轴压力 （26）9带轮结构设计 小带轮采用腹板式结构 大带轮采用辐条式结构 计算带轮轮宽B查轮槽截面尺寸表（P161，表8-10） （27） 6、 齿轮的设计1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1) 类型选择：根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动2) 精度选择 输送机为一般工作机，采用普通减速器，速度不高，查各类机器所用的齿轮传动的精度等级范围表（P210，表10-8）取8级精度3) 材料选择P（145） 由常用齿轮材料及力学性能表10-1选择小齿轮材料为40Cr调质处理硬度大齿轮材料为45钢

10、调质处理硬度为两轮齿面硬度差为40，在2550之间，故合格。4) 初选齿数小齿轮齿数：大齿轮齿：，所以取 （28）实际传动比为：2按齿面接触疲劳强度设计 （29）1) 确定设计公式中各参数初选载荷系数=1.32) 小齿轮传递的转矩 （30） 3）由圆柱齿轮的齿宽系数表（P205，表10-7）得=1。4） 由弹性影响系数表（P201，表10-6）得=189.85） 由齿轮接触疲劳强度极限图（P209，图10-21(b)）小、大齿轮的接触疲劳极限 6）应力循环次数 （31）7）由接触疲劳寿命系数图（P207，图10-19）得接触寿命系数：=0.94 =0.978）计算许用应力 取失效率为1%，最小

11、安全系数由式：得： (32)（2）设计计算1) 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。（33）2) 计算圆周速度 （34）合格3) 计算齿宽。 （35）4) 计算齿宽与齿高之比。模数： （36）齿高： （37）5) 计算载荷系数K（P151） 由使用系数表（P193，表10-2）根据，8级精度由动载系数图（P194，图10-8）得动载系数。直齿轮，则。查齿向载荷分布系数表（P196,表10-4）得，由，查（P198图10-13）得弯曲强度计算的齿向载荷分布系数则 （38）6) 按实际载荷系数校核分度圆直径： （39）7) 计算模数。 （40）3. 按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为： （4

12、1）（1） 确定公式内各值的计算数值1） 由弯曲疲劳极限图（P208，图10-20(c)）查得：小齿轮：,大齿轮：2) 由弯曲疲劳系数图（P206，图10-18）查得： 3) 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳许用系数，由式得： （42）4） 计算载荷系数。 (43)5) 由（P200，表10-5）查取齿形系数。查取齿形系数得：查取应力校正系数得：6） 计算大小齿轮的并加以比较。 （44）大齿轮的数值大。（2） 设计计算 （45）对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数值大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数。可由弯曲疲劳强度算得的模数2.332就近圆整为标准值。由按接触强度算得的，算出小齿轮齿数：

13、 ， （46）大齿轮齿数：，取。4. 几何尺寸计算（1） 计算分度圆直径：（47）（2） 计算中心距：（48）（3） 计算齿轮齿宽： （49）取5.静强度校核 由于传动平稳，无严重过载，载荷变动小，不需静强度校核6.结构设计 大齿轮采用孔板式；小齿轮与轴制成齿轮轴7.结构尺寸及相关参数名称代号小齿轮大齿轮a2020m2.52.5Z38141b10095ha2.52.5hf3.1253.125h5.6255.625da100357.5df88.75346.25db89.27331.24S3.933.93d95352.5中心距223.75七、轴的设计1齿轮轴设计1，5滚动轴承 2轴 3齿轮轴的轮齿

14、段 4套筒 6密封盖 7轴端挡圈 8轴承端盖 9带轮 10键1估算轴的基本直径由轴的常用材料及其主要力学性能表（P362，表15-1）据此轴为齿轮轴故应该同齿轮选用同种材料用40Cr，调质处理，估计直径d查得，取C=118（P32），由公式：得： （50） 所求应为受扭部分的最细处，即装带轮处的轴径，该处有一键槽，故轴径应增大4%，即取标准值。2确定轴各段直径和长度 从大带轮开始右起第一段，由于带轮与轴通过键联接，则轴应该增加3%，根据上述基本直径的确定选取，又由公式（27）得带轮宽度，为保证轴端挡圈能压紧带轮，此段长度应略小于带轮的宽度，故取第一段长度。 右起第二段为满足带轮的轴向固定要求设

15、一轴肩，该段轴径应满足油封标准取，据油封装置的标准表（P217），取，根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为25mm，由减速器及轴承盖的结构设计，取轴承盖的总宽度为20mm，则取第二段的长度。 右起第三段，该段选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，轴承内径应大于油封处轴径，选用6209型轴承，其尺寸为dDB=458519，两端轴承一致，那么该段的直径为，为方便定位及拆卸，加上5mm的挡油圈，取长度为右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，即工作尺寸。取，该段长度直接反应齿轮端面到内壁的距离，取20mm，则该段长度取

16、。 右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为，分度圆直径为，齿轮的宽度为，则，此段的直径为，长度为。 右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，为保证结构的对中行，该段应与第四段取值相同，取， 长度取。 右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，两轴承一致，取轴径为，长度。 所以高速轴长度为： （51）3传动零件的周向固定及其他尺寸据带轮出直径和长度，由普通平键表(附录一)带轮处采用A型普通平键，（圆头普通平键）为加工方便，参照6209型轴承安装尺寸，轴上过渡圆角半径全部取轴端倒角为,查键及键槽剖面尺寸表，得：轴深度，毂深度4轴的受力分析1) 求轴传递的转矩2) 求

17、轴上作用力齿轮上圆周力： (52)齿轮上的径向力： (53)齿轮上的轴向力为0。3) 确定轴的弯距左右轴承的支反力作用点到齿轮作用力作用点的距离为： （54）带轮作用点到最近轴承作用点的距离为： （55）5.按当量弯矩校核轴的强度1）作轴的空间受力简图 （ 图a）2）作垂水平受力图和弯矩图（图b）（56）3）求垂直面受力图和弯矩图（图c） (57) 4） 求合成弯矩图（e）】 （58）5） 作转矩T图（图f）6） 由弯扭合成强度条件： (59) 式中：轴的抗弯截面系数，7）按当量弯矩校核轴的强度校核弯矩和扭矩的截面强度。因为扭转切应力为脉动循环变应力所以=0.6可得齿轮处的当量弯矩最大。为：（

18、59）由图（a）和（g）可见，齿轮处当量弯矩最大，故应对此段轴校核，查轴的常用材料及主要力学性能表（P362，表15-1）40Cr，故按照式子（59）得： （60）故轴的强度合格（各图见图7-1）2低速轴的设计1，5滚动轴承 2轴 3齿轮 4套筒 6密封盖 7键 8轴承端盖 9轴端挡圈 10半联轴器1.估算轴的基本直径选用45钢，正火处理估计直径轴的常用材料及其主要力学性能表（P362，表15-1），得，取C=118（P32），由公式：得：所求得为受扭部分的最细处，由于该处装联轴器且一键槽估值径应增大3%即取值，由（附录J）初选联轴器HL4Y2.确定轴各段直径和长度从联轴器开始右起第一段，由于

19、联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加3%，取，查课程设计书，选用HL4Y型弹性柱销联轴器，半联轴器长度为,为方便定位取轴段长。右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取距离为20mm，由减速器及轴承盖的结构设计，取轴承盖的总宽度为20mm故取该段长为。右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6013型轴承，其尺寸为dDB=6510018，那么该段的直径为，由右端轴承处含套筒：此段包括四部分轴承内圈宽度为18mm,考虑到箱体内壁装配是留有余地轴承左端面与箱体内壁的间装有挡油板距取5mm箱体内壁与齿轮

20、右端面间距取21mm,齿轮轮毂宽度与齿轮处轴段长度之差为2mm故长度为。右起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加4%，直径取取68mm，齿轮宽度为b=95mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为。右起第五段，考虑齿轮的轴环定位,定位轴环，取轴环的直径为,长度取右起第六段，该段为滚动轴承定位轴肩处，据（附录E）取轴径为，长度 7， 右起第七段，该段为滚动轴承安装全轴长： （61）3.传动零件的周向固定及其他尺寸齿轮用A型圆头普通平键连接。联轴器处为键A型圆头普通平键连接，参照6013型轴承的安装尺寸，轴上过渡圆角半径全部取r=1mm，轴端倒角为2图7-1图7-2采用V带传动选择

21、Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机查表：选Y160L-6选择B型V带d1=140mm=7.11m/s满足速度要求（5m/s25 m/s）取d2=420mm=2.857取=700mm=2272.37mm取=2240mma=772.5mm取839.7mm取=738.9mm=0.306(kw)=0.95=1Z=6=240.49N=140mm采用腹板式结构=400mm采用辐条式结构选用直齿圆柱齿轮传动取8级精度小齿轮材料为40C，调质处理齿面硬度大齿轮材料为45钢，调质处理齿面硬度为=1.3=1=189.8=650Mpa=550Mpa=0.94 =0.97=611MPa=533.5MPa

22、=1.57合格K=1.504d1=95.27mmm=3.5=95mm=352.5mm大齿轮采用孔板式小齿轮与轴制成齿轮轴 选用6209型轴承L=315mm=0.6故轴的强度合格轴的强度合格选用6013型轴承轴的受力分析轴强度的校核键的设计联轴器的设计滚动轴承的设计润滑和密封设计结构设计设计小结参考文献4轴的受力分析1）求轴传递的转矩2）求轴上作用力电动机空载启动 不受压轴力齿轮上圆周力 （62）齿轮上的径向力 （63）3）确定轴的跨距左右轴承的支反力作用点到齿轮作用力作用点的距离为：5.按当量弯矩校核轴的强度1）作轴的空间受力简图 （ 图b）2）作水平面受力图和弯矩图（图c） （64）3）求垂

23、直面受力图和弯矩图（图d） （65） 4） 求合成弯矩图（e）（66）5） 作转矩T图（图f）T=1013.856）做当量弯矩图Me （67）7） 按当量弯矩校核轴的强度： (59) 式中：轴的抗弯截面系数，按当量弯矩校核轴的强度校核弯矩和扭矩的截面强度。因为扭转切应力为脉动循环变应力所以=0.6。查轴的常用材料及主要力学性能表（P362，表15-1）45钢，由图（a）和（g）可见，齿轮处当量弯矩最大，故应对此段轴校核。故轴的强度合格（各图见图7-2）八.键连接的设计1高速轴处 轴段直径为轴长为116mm，由普通平键表(附录一)带轮处采用A型普通平键，（圆头普通平键）取有效键长：按抗压强度计算

24、，据（P106，表6-2）强度满足要求2低速轴齿轮用A型圆头普通平键连接。轴段直径：，取。有效键长：抗压强度计算强度满足要求。 联轴器处为键A型圆头普通平键连接。，取有效键长：抗压强度计算强度满足要求九、联轴器的设计 两轴间相对位移较小，运转平稳，且结构简单，对缓冲要求不高故选用弹性柱销联轴器。载荷计算：据公式 据（P351,表14-1）取 根据，轴径d，转速n查标准GB5014-1985选用HL5Y弹性柱销联轴器，符合要求十、滚动轴承的设计1高速轴处1)初步计算当量动载荷P轴承在工作过程中只受径向力p=2190N 根据条件轴承预计寿命温度系数，载荷系数=1.1计算额定动载荷选6209型轴承C

25、r=31500N2.低速轴处计算当量动载荷P轴承在工作过程中只受径向力p= =2094N计算额定动载荷选6013型轴承Cr=32000N十一、 润滑和密封的设计1) 齿轮：传动件圆周速度小于12m/s，采用油池润滑，大齿轮浸入油池一定深度，齿轮运转时把润滑油带到啮合区，甩到箱壁上，借以散热，对于单机减速器浸油深度为一个齿全高，油量0.350.75L/kw，根据运动粘度查表10-12（P235）查阅润滑油牌号选齿轮油 滚动轴承：传动圆周速度小，采用脂润滑，承载能力高，不易流失，便于密封和维护。选用滚珠轴承脂（SY1514-1982）2) 密封:滚动轴承增加密封圈，防止灰尘进入造成轴承磨损。 由于

26、选用的电动机为低速，常温，常压的电动机则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达到密封的目的。毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑，取以及。十二、箱体的各结构设计说明为保证减速器正常工作，应考虑油池注油，排油面高度，加工及装拆检修，箱座的定位，吊装等附件的设计1) 检查孔：为检查传动件的啮合情况并向箱内注入润滑油，应在箱体的适当位置设置检查孔，平时检查孔盖板用螺钉固定在箱盖上。2) 通气器：保持箱内外压力平衡，避免使润滑油渗漏因而设置通气器。3) 轴承盖：固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷轴承座孔两

27、端用轴承盖封油，采用嵌入式轴承盖。4) 定位销：保证拆装箱盖时，能够正确定位，保持轴承座孔制造加工时的精度应在精加工轴承孔前，在箱盖与箱座的连接凸缘上配装定位销，采用非对称布置。5) 油面指示器：采用油标尺检查箱内油池面的高度经常保持油池内有适量的油。6) 放油螺塞：在箱座底部，油池的最低位置处开设放油孔，平时用螺赛堵住。7) 启箱螺钉：为方便开启平时用水玻璃或密封胶连接的箱体剖面，增设启箱螺钉在启盖时旋动螺钉将箱盖顶起。8) 起吊装置：为便于搬运在箱体设置起吊装置吊环或吊钩等。9) 密封装置：在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和污物进入机体内。十三、设计小结机械设计课程设计

28、是我们机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程一次重要的、较为全面、综合性与实践性环节。两周的课程设计既能让我们温故又能让我们有所知新。(1) 通过这次机械设计课程的设计，巩固、加深了已经学过的机械设计理论课程，综合运用了机械设计课程和其他有关先修课程的理论到生产实际生活中。(2) 进一步掌握机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程，掌握国标以及规范等设计资料的运用能力。(3) 能有效对我们进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。（4）这也是对我们的一次考验，培养我们必须有的耐心，以及严谨的学习态度的一次好机会。十四.参考资料：【1】机械设计课程设计，科学出版社，于惠力，张春宜，潘承怡主编 2011.4【2】机械设计第八版，高等教育出版社，濮良贵，纪名刚主编 2010.11【3】机械设计手册机械工业出版社2003年3 月第2版 第4卷T=1013.85轴的强度满足要求强度满足要求强度满足要求强度满足要求选用HL5Y弹性柱销联轴器选6209型轴承选6013型轴承齿轮油选用滚珠轴承脂（SY1514-1982）