一级直齿圆柱齿轮减速器的设计

一级减速器设计说明书

课题：一级直齿圆柱齿轮减速器的设计学院：

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指导老师：

南通纺织职业技术学院

目录

一、设计任务书............................................

二、电动机的选择..........................................

三、传动装置运动和动力参数的计算..........................

四、V带的设计 ............................................

五、齿轮传动设计与校核....................................

六、轴的设计与校核........................................

七、滚动轴承的选择与校核计算..............................

八、键连接的选择与校核计算................................

九、联轴器的选择与校核计算................................

十、润滑方式及密封件类型的选择............................ 十一、设计小节............................................ 十二、参考资料............................................

二设计任务说明书

1、减速器装配图1张；

2、主要零件工作图2张；

3、设计计算说明书

原始数据：输送带的工作拉力;F=1900

输送带工作速度：V=1.8

滚筒直径：D=450

工作条件：连续单向运载，载荷平稳，空载起动，使用期限5年，小

批量生产，两班制工作，运输带速度允许误差为5%

传动简图:

1电动机2皮带轮3圆柱齿轮减速器4联轴器5输送带

二 电动机的选择

工作现场有三相交流电源，因无特殊要求，一般选用三相交流异步电动机。最常用

的电动机为Y 系列鼠笼式三相异步交流电动机，其效率高，工作可靠，结构简单，维护方便，价格低，适用于不易燃、不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。本装置的工作场合属一般情况，无特殊要求。故采用此系列电动机。 2.电动机功率选择

1选择电动机所需的功率: 工作机所需输出功率Pw=1000

FV

故Pw=

1000

8

.19001?= 3.42 kw 工作机实际需要的电动机输入功率Pd=η

w

p

其中54321ηηηηηη=

查表得：1η为联轴器的效率为0.98

2η 为直齿齿轮的传动效率为0.97 3η 为V 带轮的传动效率为0.96 54.ηη 为滚动轴承的效率为0.99 故输入功率Pd=

98

.099.099.096.097.098.0 3.42

?????=3.76KW

3.选择电动机的转速 76.43450

14.31000

8.16010060n =???=??=

D V π卷卷 r/min

按《机械设计手册》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2~5i =减速器，取V 带传动比4~3=带i ，则总传动比合理范围为I

总

=6~20。故电动机转速的可选范围为=?=滚筒总电n n i (6~20)x76.43=到之间 查表得符合这一范围的同步转速有960和1420r/min 。

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，因此有三种传动比方案，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，可见第2方案比较适合

所以选择Y132M1-6 额定功率4kw ，满载转速960，功率因素0.77 4.传动比的计算与分配 总i ==?带齿i i 960/86=12 所以齿i =4 带i =3

四．传动装置的运动和动力参数的计算

1.计算各轴转速 电机轴 n=960（r/min ）

主动轴nI=nm/i 带=960/2=480(r/min) 输出轴nII=nI/i 齿=480/6=80(r/min) 滚筒转速 nll=80（r/min ） 2.计算各轴的功率（KW ）

主动轴PI=Pd ×η带=3.9×0.96=3.744KW

输出轴PII=PI ×η轴承×η齿轮=3.744×0.99×0.97=3.6KW

3.计算各轴转矩

TI=9550pl/n1 =9550x3.74/480=74.41KN.m

TII =9550pll/n2=9550x3.6/80=429KN.m

五.皮带轮的传动计算

1.皮带轮传动的设计计算

选择普通V 带轮

插《机械设计手册》得：kA=1.2 Pd=KAP=1.2×4=4.8KW 据Pd=4.8KW 和n1=480r/min 查表得：选用A 型V 带

2.确定带轮基准直径以及中心距的确定 取d1=100 d2=1i d ?带=3x100=300

根据）21021(2)(7.0d d a d d +<<+ 初选中心距为ao=800

3.确定皮带长度

Ld=2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0

=2x800+3.14x(100+300)÷2+)100-300(2÷4x800=1450.5 查《机械技术基础》得选取相近的L=1600 4确定中心距

2Ld)-ao a ÷+

=L （ =800+（1600-1450)÷2=875 5.验算小带轮包角

α1=180-57.30 ×(dd2-dd1)/a =180-57.30x200÷875

=165.94≥120 所以包角符合要求 6.计算皮带轮的根数

Z= Pd/[(P0+△P0)K αKL] 查表P0=0.97 Ka=0.95 KL=1.03 0P ?=0.11 =4.8÷[0.97+0.11)x0.95x1.03=4.45

所以选A型V带5根皮带轮

六．齿轮的设计与校核

1.选择齿轮材料与热处理

所设计齿轮传动属于闭式传动，通常齿轮采用软齿面。查阅表[1] 表6-8，选

用价格便宜便于制造的材料，小齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度260HBS；大齿轮材

料也为45钢，正火处理，硬度为215HBS；

精度等级：运输机是一般机器，速度不高，故选8级精度。

2.按齿面接触疲劳强度设计

由d1≥ (6712×kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3

确定有关参数如下：传动比i齿=4

取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1= 4×20=80 查表齿宽系数因为是对称分布取φd=1.1

3.小齿轮的转矩T1=9.55×106×P1/n1=9.55×106×3.744/480=74490N.mm

4.载荷系数k : 取k=1.2

5.计算循环应力次数许用接触应力[σH]

[σH]= σHlim ZN/SHmin 查表：

σHlim1=610Mpa σHlim2=500Mpa

接触疲劳寿命系数Zn：按一年300个工作日，每天24h计算，由公式N=60njtn

N1=60×480×5×300×8=345600000

N2=N/u=345600000/4=86400000

根据《机械设计手册》，得 ZN1=1 ZN2=1.05

按一般可靠度要求选取安全系数SHmin=1.0

[σH]1=σHlim1ZN1/SHmin=610x1/1=610 Mpa

[σH]2=σHlim2ZN2/SHmin=500x1.05/1=525Mpa

故得：

d1≥ (6712×kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3

=49.04mm

模数：m=d1/Z1=49.04/20=2.45mm

查书可得，取m=2.5

6.计算齿轮主要尺寸

分度圆直径：d1=mZ1=2.5×20mm=50mm

d2=mZ2=2.5×80mm=200mm

齿宽：b=φdd1=1.1×50mm=55mm

取b2=55mm b1=60mm

7计算齿轮的圆周速度V

V=πn1d1/60×1000=3.14×480×50/60×1000=1.25 m/s

因为V＜6m/s，故取8级精度合适．

8.计算齿轮传动的中心矩a

a=(d1+d2)/2= (50+200)/2=125mm

9.验算齿轮的弯曲强度

(1)复合齿形因数YFs查表得：YFS1=4.35,YFS2=3.95

(2) 许用弯曲应力 [σbb]= σbblim YN/SFmin

(3)查表得弯曲疲劳极限σbblim应为：σbblim1=490Mpa σbblim2=410Mpa

(4）查表得弯曲疲劳寿命系数YN： YN1=1 YN2=1

（5）弯曲疲劳的最小安全系数SFmin ：按一般可靠性要求，取SFmin =1

（6)计算得弯曲疲劳许用应力为

[σbb1]=σbblim1 YN1/SFmin=490×1/1=490Mpa

[σbb2]= σbblim2 YN2/SFmin =410×1/1=410Mpa

(7)校核计算

σbb1=2kT1YFS1/ b1md1=71.86pa< [σbb1]

σbb2=2kT1YFS2/ b2md1=72.61Mpa< [σbb2]

故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够

七、轴的设计与校核

1.选择轴的材料

选轴的材料为45号钢，调质处理

2.轴的最小直径336][2.0/P 1055.9n

P

C n d T ?=?≥τ取C=110或][T τ=30

计算得d ≥37.73 所以取dmin =40

3.轴的结构设计

根据轴上零件的定位、装拆方便的需要，同时考虑到强度的原则，主动

轴和从动轴均设计为阶梯轴。

计算2d

11.0~07.0212d d d ??+=）（=48~6.43

因2d 必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取2d =44mm ； 计算3d

d3=d2+（1~5）mm=45~49mm. 且3d 必须与轴承的内径一致，圆整

3d =45mm ，初选轴承型号为6209

计算4d

d4=d3+(1~5)mm=46~50,为装配方便而加大直径，应圆整为标准直

径，一般取0，2，5，8尾数，取4d =50mm ；

计算5d

'5444422(0.07~0.1)45.6~48d d a d d mm =+=+??=

d5=d4+2?(0.07~0.1)xd4=57~60

取5d =58mm ； 计算6d

d6=d3=45 同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。

从动轴长度的选取

单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。大带轮轮毂靠轴肩、平键和螺栓分别实现轴向定位和周向固定。

考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，安装齿轮段长度为轮毂宽度小2mm。

L1=60 L2=50 L3=55 L4=55 L=65 L5=10 L6=70

4.从动轴的校核计算

按许用应力校核轴的弯曲强度 轴的受力简图 （图A ）（L =113mm ）

（1)求支持反力

水平面支反力0.50.51446723HA HB t R R F N ==?=?= 垂直面支反力 0.50.5526263VA VB r R R F N ==?=?=

（2)作弯矩图

水平弯矩（图B ）0.50.511372340850.HC HA M LR N mm =?=??=

垂直弯矩（图C ）0.50.511326314860.VC

VA M LR N mm =?=??=

（3）求合成弯矩，作出合成弯矩图（图E ）

2222486001768543469.C HC VC M M M N mm =+=+=

（4）.作扭矩图（图D ）

C 点左 '0.T N mm = C 点右 21336

1446242928.22

t d T T F N mm ==?

=?= （5)作危险截面当量弯矩图（图E ）

该轴单项工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取α

=0.59

149774.eaC M N mm ===

(6)校核危险截面轴径

Q 45号优质碳素钢调质处理时，查《机械设计基础》 650b Mp σ= 360s Mp σ= 280e Mp σ= []160b MPa σ-=

min 29.2C d mm ≥==

C 剖面的轴径35029.2d mm mm => 故：强度足够

5.主动轴校核计算 同理

d1=c

1

1

3

n P =115x0.3555=35 d2=38 d3=40 d4=45 d5=50 d6=40 L1=45 L2=42 L3=46 L4=55 L5=10 L6=42

八．滚动轴承的选择与校核计算 1.从动轴的滚动轴承选择与校核

初步选择6209滚动轴承 尺寸如 表1

寿命计划：

要求轴承寿命：（5年，按每年工作365天，每班工作24个小时）

243655??=L =43800h

计算选用轴承寿命 查《机械零件设计手册》 基本额定动负荷6.25=r C KN 动载荷系数1X = 0Y = 当量动载荷 34.602==+a r YF XF P

温度系数1t f = 载荷系数 1.5p f = 对球轴承寿命系数3ε=

Lh = δ

???? ??P f C f n p r t 266010= 3

634.6025.1100016.25589.1176010??

?

??????=7254134h<43800h 所以强度符合要求

2.主动轴的滚动轴承的选择与校核

根据之前设计的主动轴直径 初选6208滚动轴承

要求轴承寿命：（5年，按每年工作365天，每班工作24个小时）

243655??=L =43800h

计算选用轴承寿命 查《机械零件设计手册》 基本额定动负荷18=r C KN 动载荷系数1X = 0Y = 当量动载荷 34.602==+a r YF XF P

温度系数1t f = 载荷系数 1.5p f = 对球轴承寿命系数3ε=

Lh = δ

???

? ??P f C f n p r t 266010= 3

634.6025.11000118589.1176010???

??????=634987h<43800h 所以强度符合要求

九、联轴器的选择

由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑拆装方便及

经济问题，选用弹性套柱联轴器 K=1.3

C T =9550

II II n KP =9550×=?80

6

.33.1558.67KN.M 选用TL8型弹性套住联轴器，公称尺寸转矩n T =600，C T

十、键的选择与校核

1.材料选择及其许用挤压应力

选择45号优质碳素钢，，查《机械零件设计手册》

其许用挤压应力100jy MPa σ??=??

2.主动轴外伸端，d=40考虑到键在轴中部安装，选择平键就可以了，且联轴器轴长度=62mm ，故选择12x8x100 GB/T1096型键。 b=12 h=8 L=100 静连接工作面挤压应力

1003585.0/744102hdl 5.0/2jy ????==T σ=10.36MPa<}{jy σ 则：强度足够， 合适

3.从动轴外伸端，d=50考虑到键在轴中部安装，选择平键就可以了，故

（r/min ）选择。

b=14 L=50 h=9 静连接工作面的挤压应力：

222242958

77.50.50.583249jy jy T MPa hdl σσ???=

==

28.61503585.0/4290002hdl 5.0/22jy =????==T σ}

{jy σ<

则：强度足够，合适

十一、润滑方式以及密封方式的选择

1.润滑方式、密封方式简要说明

（1)齿轮的速度小于5m/s 查《机械零件设计手册》P981表3·14-26，选用浸油润滑方式

并根据表3·14-27，选用150号机械油；

(2)轴承采用润油脂润滑，并根据表3·14-23选用ZL-3型润油脂

2.密封件的选择

(1)轴承内部与机体内部处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部

(2)轴承外部与端用半粗羊毛毡圈加以密封

（3）箱座与箱盖凸缘结合面与观察孔、油孔之间都采用静密封方式

十二、课程设计小节

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，和同学们相互探讨。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，而且学到了，应该是补回了许多以前没学好的知识，同时巩固了这些知识，提高了运用所学知识的能力。

此次减速器的设计，是我上大学以来的第一次简单的设计。这次设计只是对减速器的基本尺寸和形状的设计的了解，并没有进行公差配合以及位置度等技术要求。通过这次减速器的设计，我体会到了在机械加工与设计中。参数选取的重要性，以及参数的合理性。每个参数的选取都是按照相应的国家标准来进行选定的，而不是随意地乱取参数。机械是各个学科的综合，不论是实践还是理论都有太多需要学习的。

本次设计我觉得有以下几个特点：

1.零件的结构多种多样，相当的复杂难选，对于如何选取和运用，我都还

不是非常熟练。

2.几何参数的选用，要查阅大量的课外资料，才能达到选取最优化的几何

参数，满足设计要求，而我自己所选的参数还不能达到最优化几何参数。

3.选取的参数之间的关联性太强，而我自己还不能较好的利用起来。

尽可能的多用标准件能节省大量的设计时间，提高效率。十二、参考资料

1《机械设计手册》

2 《机械技术基础》

3 《工程制图》

4 《机械设计》

5 《机械设计基础课程设计指导书》