机械课程设计说明书一级圆柱齿轮减速器

机械设计课程设计 计算说明书

设计题目：单级直齿圆柱齿轮减速器

专业：安全工程 学号：05503214 设计者：仝艳民 指导老师：徐林红 时间：2005年12月

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设计题目：设计某车间螺旋输送带上的单级圆柱齿轮减速器。单向传动，工作有轻度

振动，两班制工作。输送机工作轴转速的允许误差为5%，减速器系小批量生产，使用年限为5年。

已知数据：输送机工作轴功率P（kw）=3.5

输送机工作轴转速n=70 r/min 圆锥齿轮传动比i=3.5

运动简图：

1.电动机 2，4 联轴器 3.减速器 5圆锥齿轮传动 6螺旋运输机

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目录

一、电动机的选择与计算--------------------------------------------------------4

二、传动装置的运动和动力参数计算-----------------------------------------5

三、单级直齿轮圆柱齿轮减速器设计校核-----------------------------------5

四、初算轴的直径-----------------------------------------------------------------7

五、选择联轴器--------------------------------------------------------------------7

六、初选滚动轴承-----------------------------------------------------------------8

七、减速器的结构与润滑--------------------------------------------------------8

八、相关的数据准备--------------------------------------------------------------8

九、减速器铸造箱体的结构尺寸-----------------------------------------------8

十、轴的校核-----------------------------------------------------------------------10

十一、滚动轴承的寿命校核-----------------------------------------------------13

十二、键连接强度校核-----------------------------------------------------------14

十三 设计小结---------------------------------------------------------------------15

附录 装配图和零件图 ------------------------------------------------------16

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一、 电动机的选择与计算：

1、电动机类型的选择：

电动机根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。 2、确定电动机的转速：

1000 r/min 和1500 r/min 3、电动机功率选择：

选择圆锥齿轮传动 η5=0.93

圆柱齿轮（8级精度）传动 η3=0.97 滚动轴承2对 η7=0.98 联轴器2个 η2=0.99

传动装置的总效率 η=η3×η5×η72×η22=0.97×0.93×0.98×0.99=0.85 电动机所需功率 Pd=P/η=3.5/0.85=4.1kw 所以选择电动机的额定功率为 4 kw。 4、电动机的型号确定：

电动机类型

额定功率 kw 同步转速

r/min

满载转速 r/min

总传动比

i

减速器传动比 i3

2

2

Y132M1-6 4 1000 960 13.7 3.91 Y112M-4 4 1500 1440 20.6 5.89

其中 总传动比 i= 电动机满载转速n / 输送机工作轴转速

圆柱齿轮传动比 i3= i / 圆锥齿轮传动比 当同步转速为1500 r/min 时， i3= 5.98 不在 3~5内。

所以 应选择Y132M1-6，该满载转速为960 r/min.

中心高H = 132mm ，外伸轴径为38mm ，轴外伸长度为80mm 。 5、传动比的分配：i3=3.91

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二、传动装置的运动和动力参数的计算：

1、各轴转速的计算：

nI = nm=960 r/min

nII= nI /nB= 960/3.91 = 245.5 r/min nIII= n = 70 r/min 2、各轴的输入功率计算：

PI= Pd×η2= 4.1×0.99 = 4.059 kw PII= PI×η72 = 4.059×0.982 = 3.898 kw

PIII= PII×η2×η5 = 3.898×0.99×0.93 = 3.589 kw 3、各轴的输入转矩计算：

TI=9550 PI/nI=9550×4.059/960 = 40.379 N󰀀m TII=9550 PII/nII=9550×3.898/245.5 = 151.633 N󰀀m TIII=9550 PIII/nIII=9550×3.589/70 = 489.642 n󰀀m

三、减速器（单级直齿齿轮传动）设计：

1、齿面接触强度计算：i =3.91

m （1） 作用在小齿轮上的转矩 TI= 40.391 N󰀀

（2）选择齿轮材料，确定许用接触应力

[σH]

根据接触要求，采用齿面硬度 ≤350 HBS 小齿轮选用45钢，调质，硬度为260 HBS. 大齿轮选用45刚，调质，硬度为220 HBS. 确定许用应力 小齿轮

[σH] ：

[σH]1=380+0.7 HBS =380+0.7×260 = 562 MPa

5

大齿轮

[σH]2=380+0.7 HBS =380+0.7×220 = 534 MPa

ϕa =0.4

（3）选择齿宽系数 K ：取

（4）确定载荷系数K：因齿轮的相对轴承对称布置，且载荷较平稳，故取

K =1.35

（5）计算中心距：

a = 48 ×(i+1)× = 116.96 mm

（6）选择齿数并确定模数：取 Z1= 24

则 Z2=Z1×i=3.91×24=94 m=

3KTIiϕa H[σ]231.35×40.379×10 =48×(3.91+1)× 3 3.91×0.4×53422a2×116.96

==1.98mm

Z1+Z224+94

取标准模数 m=2

（7）齿轮的几何尺寸计算：小齿轮分度圆直径及齿顶圆直径

d1=m×z1=2×24=48mm dα1=d1×2m=48+2×2=52mm

大齿轮分度圆直径及齿顶圆直径

d2=m×z2=2×94=188mm dα2=d2×2m=188+2×2=192mm

中心距：a=

d1+d248+188

==118≈120mm 22

大齿轮宽度：b2=ϕa ×a=0.4×120=48mm 小齿轮宽度：b1=b2+5=53mm

（8）确定齿轮的精度等级与齿轮圆周速度：

v=πd1n1/60000=3.14×48×960/60000=2.41 m/s

根据工作要求和圆周速度，选用8级精度。

2、齿轮弯曲强度验算

（1）确定许用弯曲应力：

[σF]1=140+0.2×HBS=140+0.2×260=192 MPa

6

[σF]2=140+0.2×HBS=140+0.2×220=184 MPa

（2）查齿型系数YF比较 YF/

[σF] ：

小齿轮 Z1=24 ，查得 YF1 = 2.67 大齿轮 Z2=94 ，查得 YF2 = 2.22

[σF]1

YF1

=

Y2.672.22

=0.0139 ； F2==0.0121 192[σF]2184

因为

[σF]1[σF]2

YF1

>

YF2

所以，应验算小齿轮

（3）验算弯曲应力：计算时应以齿宽 b2代入得

2KT1YF12×1.35×40.379×103×2.67σF1===63.17<[σF1]

b2z1m248×24×22

所以齿轮校核为安全。

四、计算轴的直径：

轴的材料为45钢，取 C=106~117 ，工艺为调质。

d=c×3P/n⇒d1=(106~117)×34.059/960=17.14~18.92mm

取 d1=18.9 mm

d2=(106~117)×33.898/245.5=26.64~29.41mm

取 d2= 27.0 mm

因为键槽对轴的强度影响，

所以 d1=18.0×(1+5%)=19.8mm≈20mm ，选择 32 mm

d2=27.0×(1+5%)=28.4mm≈28mm, 选择 35 mm

五、选择联轴器：

由于轴的转速较高，为减小启动载荷，缓和冲击，所以应选用具有较小转动惯量和具有

m，转速弹性的联轴器，即选择弹性套柱销联轴器，又因为转矩轴I的转矩TI= 40.379 N󰀀

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m，转速为245.5 r/min,轴径为为960 r/ min,轴径为32mm; 轴II的转矩为TII=151.633 N󰀀

35mm.查表GB4323—84，选用型号TL6的弹性套柱销联轴器。

六、初选滚动轴承：

因该减速器采用圆柱齿轮传动，主要承受径向载荷，所以选用深沟球轴承。查表GB276—89轴I 上的轴承选用6207，轴II 上的轴承选用型号为6208。其寿命校核见后面十一。

七、减速器的结构与润滑：

1、 选择铸造箱体。

2、 齿轮传动润滑：润滑油，转速v=2.4m/s.

润滑油牌号：全损耗系统用油 GB443- 89,AN150. 润滑方式：油池侵油润滑。

3、 滚动轴承的润滑：润滑油，牌号GB443-89,AN150,全损耗系统用油。 润滑方式：飞溅润滑。

八、有关的数据准备：

（1） 齿轮传动主要尺寸：a=120mm.

小齿轮： d = 48 mm dα= 52 mm b = 53 mm 轮毂长度为 55 mm

大齿轮：d = 188 mm dα= 192 mm b = 48 mm 轮毂长度为 50 mm （2） 电动机安装尺寸：H = 132 mm d = 38 mm L= 80 mm

联轴器的轴孔直径：

联轴器2：主动端 dz= 38 mm L1= 60 mm 从动端 d2= 32 mm L = 82 mm 联轴器4：主动端 dz= 35 mm L = 60 mm 从动端 d2= 32 mm L = 82 mm （3） 减速器传动件的圆周速度 v = 2.4 m/s

滚动轴承的润滑方式：飞溅润滑。

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九、减速器铸造箱体的结构尺寸：单位 mm

箱座体壁厚：δ=8 箱盖壁厚：δ1=8

箱座、箱盖上的肋厚：b = 12 b1=12 b2=20 轴承旁凸台的高度和半径：h = 45 R1= 23 轴承盖（即轴承座）的外径：D2=107, 115 地脚螺钉：直径 df= 16 数目 n = 4 通孔直径 d'f= 20 沉头座直径 D0= 45

地座凸缘尺寸 C1= 25 C2= 23 联接螺栓：轴承旁联接螺栓直径 d1= 12 箱底、箱盖联接螺栓直径 d2= 8 联接螺栓直径 d = 8 通孔直径 d'= 9 沉头座直径 D = 20

凸缘尺寸 C1= 15 C2= 12 定位销直径：d = 8 轴承盖螺钉直径：d3= 7 视孔盖螺钉直径：d4= 6

箱体外壁至轴承断面的距离：L1= 35 大齿轮顶圆与箱体内壁的距离：Δ1= 10 轮齿端面与箱体内的距离：Δ2= 8

轴承盖：小轴承盖 d0= 9 d5= 70 D0= 92 b = 10 h = 10

9

D5= 68 D2=112 大轴承盖 d0= 9 d5= 78 D0= 100 D5= 76 D2=120 B = 10 h = 10

十、轴的校核：

T 已知：T= 151.633 , α0=200；大齿轮节圆直径 d = 188 mm ；轴的材料45钢，调质；

1、 II轴（低速轴）

FRBHFRBVFtFrFRCHFRCV a =85 b=48 c=48 σB=700 MPa （1） 决定作用在轴上的载荷： 2T2×151.633×103FRBH===1613NFtd188 圆周力 FRBVFRCV Fr 径向力 Fr=Ft×tgα0=587N （2） 决定支点的反作用力及弯曲力矩： 水平弯矩图

FRBH Ft FRCH

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FRCH=FRBH=

Ft×c1613×48

==806N b+c48+48

则截面1-1的弯曲力矩

M1H=FRBH×b=806×48=38712N󰀀mm

垂直弯矩图

FRBV Fr FRCV

FRCV=FRBV=Fr×c587×48==294N b+c48+48 截面1-1的弯曲力矩 M1H'=FRBV×b=294×48=14088N󰀀mm 合成弯矩

'M1=M1H2+M1H'2=387122+140882=41196N󰀀mm

轴上的转矩图

mm T = 151.633×103N󰀀

画出当量弯矩图

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已知轴的材料为45钢，调质，其

σB=700MPa，查表得

[σ1B]=65MPa [σ0B]=110MPa

α=

[σ1B]=65=0.59 [σ0B]110

M1'2+(αT)2=411962+(0.59×151633)2=98493N󰀀mm

轴截面1-1处的当量弯矩： M1=

截面2-2处的当量弯矩：M2=αT=0.59×151633=89463N󰀀mm

截面1-1：σ−1b=截面2-2: σ−2b

M198493

==11MPa<[σ−1b] 0.1d30.1×453M298493===21MPa<[σ−2b] 330.1d0.1×35

2、I轴(高速轴)

已知:T=40379N.mm d=48mm a=95mm

b=48mm c=48mm [σ−1b]=65MPa 其图形同II轴: 圆周力: Ft=

α=0.59 α0=200

2T2×40379==1682N d48

0

0

径向力: Fr=Ft󰀀tgα=1682×tg20=612N 水平面弯矩：FRBH=FRCH=

Ft󰀀c1682×48

==841N b+c48+48

M1H=FRBH󰀀b=841×48=40368N󰀀mm 垂直面弯矩：FRBV=FRCV=

Fr󰀀c612×48

==306N b+c48+48

M1H'=FRCV󰀀c=306×48=14688N󰀀mm 合成弯矩：

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M1=

'

M1H2+M1H'2=403682+146882=42957N󰀀mm

mm 转矩：T=40397N󰀀

当量弯矩：

M1=M1'2+(αT)2=429572+(0.59×40379)2=49121N󰀀mm M2=αT=0.59×40379=23824N󰀀mm

截面1-1：σ−1b=

M149121

==6.7MPa<[σ−1b] 33

0.1d0.1×42M223824

==7.3MPa<[σ−2b] 0.1d30.1×323

σ−2b=

∴ 轴I.II均满足强度校核

十一.滚动轴承的寿命校核：

轴I上的轴承力为深沟球轴承6207 Fr=

3062+8412=909 C0=15.2×103N

X=0.56 fp=1.2 P=XFr=0.56×909=509N c=P3n󰀀Lh960×43800󰀀fp=4803×1.2×509=8314N〈c

1666716667轴II上的轴承为深沟球轴承6208

Fr=8062+2942=858 n=245.5r/min

查GB/T276—94 表得：c=29.5×103N c0=18.00×103N X=0.56 fp=1.2

则 P=XFr=0.56×858=480N c=P3n󰀀Lh245.5×43800󰀀fp=4803×1.2=4977N〈c

1666716667 ∴满足寿命校核条件

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十二.键联接强度校核：

材料45钢

键选择平键：轴的直径为45mm，装键处轴的长度为48mm，所以查表GB1096—79。

选择公称尺寸b×h×L=14×9×40 (mm) 半径 rmin=0.25,rmax=0.40,L=40min 已知 Ft=1613n.[σp]=40MPa 则 Ls=L−2R=L−2× σP=

3

b

=40−14=26mm 2

2Ft2×1613

==14MPa〈[σP] h󰀀LS9×26

τ=

Ft1613==4.4MPa〈[τ] b󰀀LS14×26

∴满足键联接强度校核条件

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设计小结：

机械设计要设计每个零部件，设计其传动装置，进行参数设计。传动零件，轴，健和轴承等的设计计算。在设计中很多要先进行初步计算，利用初步计算的结果在进行下一步的计算。如果下面的结果不理想，则重复修改初步结果，直到满意为止。这其中有很多反复工作，必须要有足够的耐心，保证结果的合理正确性。

设计时，全面考虑机械零部件的强度，刚度，工艺性，经济性和维护等要求。如轴承的选择应大部分考虑经济及实用性，在满足各种使用条件下，应优先考虑价格低廉的深沟球轴承。

再画出装配图前，要先画草图。因为有些零件需要先经初算和绘草图，得出初步符合设计条件的基本结构尺寸，然后再进行必要的计算，根据计算的结果再对结构和尺寸进行修改。

在设计中尽量采用使用标准和规范，有利于零件的互换性与工艺性。

课程设计一定要按顺序步骤进行。如果不按顺序，则有可能数据缺少依据，是错误的。所以一定要先把设计内容步骤顺序理清。

画装配图时，一定要找好比例，按规定的尺寸作图，我有许多零件因为没有按规定尺寸作图，不符合要求，全部都要重新改过。作图时还要注意细节问题，如油沟，键，倒角等。

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附录：

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