机械设计课程设计_一级圆柱齿轮减速器的设计
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- 机械设计课程设计_一级圆柱齿轮减速器的设计一、传动方案拟定…………….……………………………….5
二、电动机的选择……………………………………….…….5
三、计算总传动比及分配各级的传动比……………….…….6
四、运动参数及动力参数计算………………………….…….6
五、传动零件的设计计算………………………………….….7
六、轴的设计计算………………………………………….....11
七、滚动轴承的选择及校核计算………………………….…13
八、键联接的选择及计算………..……………………………14
九、联轴器的选择及计算………..……………………………14
十、减速器的润滑………..……………………………………14
十一、设计总结………..…………………………………………15
学 号 带拉力 F(N) 带速度 V(m/s) 滚筒直径D(mm)
3 3400 1.25 310
计算过程及计算说明
一、传动方案拟定
第三组：设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动
工作条件：使用年限8年，工作为二班工作制，载荷平稳，环境清洁。
原始数据：滚筒圆周力F=3400N；带速V=1.25m/s；
滚筒直径D=310mm；
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：
η总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒
=0.95×0.992×0.97×0.99×0.94
=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：
按手册P7表1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I’a=3~6。取V带传动比I’1=2~4，则总传动比理时范围为I’a=6~24。
根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号：因此有三种传支比方案：如指导书P15页第一表。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=1500r/min 。
4、确定电动机型号
根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y132S-4。
其主要性能：额定功率：5.5KW，满载转速1440r/min，额定转矩2.2。
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
据指导书P7表1，取齿轮i齿轮=5.2（单级减速器i=3~6合理）
所以
四、运动参数及动力参数计算
计算各轴得输入功率
电动机轴：
轴Ⅰ（减速器高速轴）
轴Ⅱ（减速器低速轴）
计算各轴得转速
电动机轴
轴Ⅰ
轴Ⅱ
（3）计算各轴得转矩
电动机轴
轴Ⅰ
轴Ⅱ
参数 输入功率（kw） 转速（r/min） 扭矩 (N·m) 传动比
电动机 5.06 1440 33.56 带 齿轮
高速轴 4.81 400 114.84 3.6 5.2
低速轴 4.57 76.92 567.39
五、传动零件的设计计算
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《机械设计基础》图10-10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
④ 验证带速 在之间。故带的速度合适。
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《机械设计基础》表10-2，选取带的基准直径长度
实际中心距：
有48mm的调整量
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《机械设计基础》表10-5，得，由，查表10-6，得，
查表10-7，得，查表10-2，得
， 圆整取根。
⑧ 计算V带的合适初拉力
查《机械设计基础》表10-1，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 A A
基准宽度 11 11
基准线上槽深 2.75 2.75
基准线下槽深 8.7 8.7
槽间距 150.3 150.3
槽边距 9 9
轮缘厚 6 6
外径
内径 40 40
带轮宽度
带轮结构 实心式 腹板式
齿轮传动设计计算
（1）择齿轮类型，材料，精度，及参数
① 选用闭式斜齿圆柱齿轮传动（外啮合）
② 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，
③选取齿轮为8级的精度（GB 10095－1998）
齿面精糙度Ra≤1.6~3.2μm
④ 初选螺旋角
④ 选 小齿轮的齿数；大齿轮的齿数
（2）按齿面接触疲劳强度设计
①中心距
式中：
查《机械设计基础》图7-26 式中：；查表7-5 ：
查表7-4 ：；齿宽系数取：
②计算模数
查表7-1取模数标准值
计算中心距，
圆整中心距，取
④修正螺旋角：
⑤计算两齿轮分度圆直径
小齿轮
大齿轮
⑥计算齿宽
取小齿轮齿宽 （齿轮轴）；大齿轮齿宽（大齿轮）
（3）校核弯曲疲劳强度
①校核 其中
查《机械设计基础》表7-4：；查图7-23：；查图7-24：；查表7-5：。这里使用当量齿数。
，故满足。
② 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 5.2
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 25 130
分度圆直径 查表7-6 79.77 400.22
齿顶圆直径 略 85.77 406.22
齿根圆直径 df 查表7-6 72.27 392.72
齿轮宽 b 查表7-6 74 72
螺旋角方向 查表7-6 左旋 右旋
三，减速器铸造箱体的主要结构尺寸设计。
查《设计基础》表3-1经验公式，及结果列于下表。
名称 结果（mm） 名称 结果(mm)
底座壁厚 8 轴承盖固定螺钉直径 8
箱盖壁厚 8 轴承盖螺钉分布圆直径 130
底座上部凸圆厚度 12 轴承座凸缘端面直径 150
箱盖凸圆厚度 12 螺栓孔凸缘的配置尺寸 22，20，30
底座下部凸圆厚度 20 地脚螺栓孔凸缘尺寸 25，23，45
底座加强筋厚度 8 箱体内壁与齿轮距离 12
底盖加强筋厚度 7 箱体内壁与齿轮端面距离 12
地脚螺栓直径 16 底座深度 230
地脚螺栓数目 6 外箱壁至轴承端面距离 47
轴承座联接螺栓直径 12 视孔盖固定螺钉直径 6
箱座与箱盖联接螺栓直径 10
六：轴的设计
高速轴的设计。
① 选择轴的材料：选取45号钢，调质，HBS＝230 240
② 初步估算轴的最小直径
根据教材公式，取，则
③ 轴的结构设计
考虑带轮的机构要求和轴的刚度，取装带轮处轴径，根据密封件的尺寸，选取装轴承处的轴径为
两轴承支点间的距离：，
式中： ―――――小齿轮齿宽，
―――――― 箱体内壁与小齿轮端面的间隙，
――――――― 箱体内壁与轴承端面的距离，
――――― 轴承宽度，选取6308型深沟球轴承，查表13-3，得到
得到：
带轮对称线到轴承支点的距离
式中：―――――轴承盖的凸缘厚度，
（）
―――――螺栓头端面至带轮端面的距离，
―――――轴承盖M8螺栓头的高度，查表可得
――――带轮宽度，
得到：
2.按弯扭合成应力校核轴的强度。
①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：
② 计算支反力
水平面：
垂直面： 得：
③ 作弯矩图
水平面弯矩：
垂直面弯矩：
合成弯矩：
④作转矩图
当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数，
则：
⑤ 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，A剖面的计算弯矩最大 ，该处的计算应力为：
(安全)
D 剖面的轴径最小，该处的计算应力为：
（安全）
⑥轴的结构图见零件图所示
低速轴的设计。
① 选择轴的材料：选取45号钢，调质，HBS＝230 240
② 初步估算轴的最小直径
根据教材公式，取，则
③ 轴的结构设计
考虑带轮的机构要求和轴的刚度，取装带轮处轴径，根据密封件的尺寸，选取装轴承处的轴径为
两轴承支点间的距离：，
式中： ―――――小齿轮齿宽，
―――――― 箱体内壁与小齿轮端面的间隙，
――――――― 箱体内壁与轴承端面的距离，
――――― 轴承宽度，选取6312型深沟球轴承，查表13-3，得到
得到：
2.按弯扭合成应力校核轴的强度。
①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：
② 计算支反力
水平面：
垂直面： 得：
③ 作弯矩图
水平面弯矩：
垂直面弯矩：
合成弯矩：
④作转矩图
当扭转剪力为脉动循环应变力时，取系数，
则：
⑤ 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处为最小直径，若 ，则轴其他地方都必符合要求。
(安全)
⑥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 选取的轴承：型号为6308深沟球轴承（每根轴上安装一对）
查《课程设计》表13-3和查《机械基础》表18-11，
②轴承A的径向载荷
轴向载荷：
轴承B的径向载荷：
轴向载荷： ;由此可见，轴承A的载荷大，应该验算轴承A.
③计算轴承A 的径向当量动载荷, 其中,
查表13-3得到：，取
，故查表18-11得：
则其径向当量动载荷
因两端选择同样尺寸的轴承，故选轴承A的径向当量动载荷为计算依据。工作温度正常，查《机械基础》表18-8得；按中等冲击载荷，查表18-9得，按设计要求，轴承得寿命为：
则：
由查《课程设计》表13-3,6309深沟球轴承得额定动载荷,所以选取得轴承合适。
2.低速轴选取滚动轴承
① 选取的轴承：型号为6312深沟球轴承（每根轴上安装一对）
查《课程设计》表13-3和查《机械基础》表18-11，
②轴承A的径向载荷
轴向载荷：
轴承B的径向载荷：
轴向载荷： ;由此可见，轴承A的载荷大，应该验算轴承A.
③计算轴承A 的径向当量动载荷, 其中,
查表13-3得到：，取
，故查表18-11得：
则其径向当量动载荷
因两端选择同样尺寸的轴承，故选轴承A的径向当量动载荷为计算依据。工作温度正常，查《机械基础》表18-8得；按中等冲击载荷，查表18-9得，按设计要求，轴承得寿命为：
则：
由查《课程设计》表13-3,6312深沟球轴承得额定动载荷,所以选取得轴承合适。
八：键联接得选择和强度校核。
高速轴与V带轮用键联接
① 选用圆头普通平键（C型）
按轴径d=30mm，及带轮宽，查表10-1选择C856（GB/T 1096-1979）
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）
低速轴与齿轮用键联接
① 选用圆头普通平键（A型）
轴径d=70mm,及齿轮宽，查表10-1选键2063（GB/T 1096-1979）
② 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）
联轴器键联接
① 选用圆头普通平键（A型）
轴径d=50mm,及轮毂，查表10-1选键1680（GB/T 1096-1979）
② 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
联轴器得计算转矩，因在前面已经考虑功率备用系数1.2，故
式中：查表取工作系数
根据工作条件，选用十字滑块联轴器，许用转矩
许用转速；配合轴径，配合长度。
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；由表14-1，选用L－AN32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L－XAAMHA2(GB491-1987)
只需要填充轴承空间的1/2~1/3.并在轴承内侧设挡油环
F=3400N
V=1.25m/s
D=310mm
η总=0.840
P工作=5.06KW
n滚筒=77.01r/min
电动机型号
Y132S-4
i总=18.70
据手册得
i齿轮=5.2
i带=3.6
=33560N·mm
=114840N·mm
=567390N·mm
dd2=327mm
V=6.78m/s
a0=500mm
Ld=1600mm
=461.16mm
=150.92
Z=6根
F0=133.18N
FQ =1547.04N
a =240mm
i齿=5.2
m=3mm
Z1=25
Z2=130
d1=64mm
d2=352mm
b2=72mm
b1=74mm
d≥25.4mm
=142mm
=110mm
Ft =2991.79N
Fr=1114.68N
Fa=654.5N
P=3625.9N
C=26826.7N
P=2534.85N
C型平键8×56
A型平键20×63
A型平键16×80
V=1.6m/s...
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