1、 课程设计课程名称：机械设计/机械设计基础课程设计课程名称：直齿圆柱齿轮减速器的设计学 院： 专业班级： 学 号： 姓 名： 联系方式 ： 指导老师： 2011 年 7 月 27 日目 录一、设计任务书3二、传动方案的拟定及说明4三、电动机的选择5四、计算传动装置的运动和动力参数6五、带的设计7六、齿轮传动设计8七、轴的设计10八、轴承的选择与寿命校核12九、键的选择与计算13十、联轴器的选择14十一、减速器附件的选择14十二、润滑与密封17十三、设计总结17十四、参考资料目录18一、课程设计任务书（一） 、课程设计题目：直齿圆柱齿轮减速器的设计（二） 、主要技术参数：下图所示为一带式输送机的
2、原理简图，该输送机每日工作 8 小时，每年工作250 天，使用期限为 10 年，其工作过程中载荷稳定，已知数据如表 1 所示。皮带传动副表 1题 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10滚筒直径（mm）300 310 320 330 340 350 360 370 380 390滚筒转矩T(N.m)120 125 130 135 140 145 150 155 160 165输 送 带 速度(m/s)1.5 1.55 1.6 1.52 1.58 1.53 1.46 1.41 1.42 1.45传 动 装 置 的 总 效率0.88 0.85 0.82 0.84 0.86 0.89 0.87
3、0.88 0.83 0.86题 号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20滚筒直径（mm）350 355 360 365 370 375 380 385 390 400滚筒转矩T(N.m)125 130 135 140 145 150 155 160 165 170输 送 带 速度(m/s)1.5 1.55 1.6 1.52 1.58 1.53 1.46 1.41 1.42 1.45电动机减速器传送带传 动 装 置 的 总 效率0.89 0.85 0.86 0.87 0.88 0.83 0.84 0.85 0.89 0.88（三） 、设计任务1、总体方案制定；2、绘制减速器
4、的装配图（0 号图或 1 号图） ；3、绘制零件图（12 张） ；4、编写设计说明书。（四） 、主要参考资料1、精密机械设计 机械工业出版社 20012、机械设计基础课程设计 高等教育出版社 1995项目 计算过程步骤 计算结果二、传动方案的拟定及说明1、任务要求：设计一个带式输送机，该输送机每日工作 8 小时，每年工作 250天，使用年限伟 10 年，其工作工作过程中载荷稳定。2、原始数据：滚筒直径：300mm 滚筒转矩：120NM输送带速度：1.5 m/s 传动装置总效率：0.883、基本设计方案：机器通常由原动机、传动装置和工作机等三部分组成。传动装置位于原动机和工作机之间，用来传递运动
5、和动力的，并可用以转速、转距的大小或改变运动形式，以适应工作机动功能要求。传动装置的设计对整台机器的性能、尺寸重量和成本都有很大的影响。好的传动方案，除了应满足机器的功能外，还应当工作可靠、结果简单、尺寸紧凑、传动效率高、成本低廉以及使用维护方便。估计传动装置的总传动比范围，以便选择合适的传动机构，由已知计算驱动卷筒的转速：nw = 601000v/(D)=6010001.5/(3.14300)=96 r/min选择 1000r/min 或 1500r/min 的电机作为原动机，则总传动比约为 10 或 15。而由课程设计课本表 21 可查得：带传动传动比为24，单级圆柱齿轮传动比为 36，初
6、步拟定以二级传动为主。由于其宽度尺寸大，带的寿命短，不宜在恶劣的条件下工作，但 a 方案的制造成本低，结构比较简单，所以还是符合了我们设计的要求，所以在这个设计中确定选择 a 方案。其方案如下所示：D300mmT120 N MV1.5m/s0.88nw96r/min三、电动机的选择目前应用最广泛的是 Y 系列三相异步电动机，其结构简单，起动性能好，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，无特殊要求的场合，如运输机、机床、风机、农机、轻工机械等。电动机功率的选择直接影响到电动机的工选择电动机型号1.选择电动机类型，按已知工作条件和要求选用效率高、工作可靠、结构简单、维护方
7、便、价格低的 Y 型卧式封闭结构三相异步电动机。2.选择电动机功率，工作机所需的电动机输出功率为：卷筒转速：n w96r/min卷筒功率：PwT n w /955012096/95501.21KW传动装置的总效率 =0.88Pd=Pw/=1.21/0.88=1.37 KW3. 电动机的额定功率Pd=1.37 KW 查表 20-1 可选额定功率为 1.5KW 的电动机Ped=1.5KW =Pd4. 电动机的转速为了选择电动机转速，先推算电动机转速的可选范围。由表21 查得 V 带传动常用传动比范围 i1 24，单级圆柱齿轮传动比范围 i2 36，则电动机转速可选范围为nd=nwi1 i2 =57
8、62304 r/min可见同步转速为 750r/min、1000r/min、1500r/min 的电动机均符合。这里初选同步转速为 1000r/min 和 1500r/min 的电机进行比较，如下表：一般常选用同步转速为 1000r/min 或 1500r/min 的电动机为原动机因此传动装置总传动比约为 9.79 和 14.58比较 1000r/min 和 1500r/min 的电动机参数：Pw1.21KWPd=1.37 KWPed=1.5KW电动机转速 传动装置的传动比方案 电动机 型号额定功率(KW) 同步 满载质量（kg） 总传动 比带传动单级减速期1 Y100L-6 1.5 1000
9、 940 33 9.79 2.8 3.502 Y90L-4 1.5 1500 1400 27 14.58 3 4.86由表中数据可知两个方案均可行，但方案 1 的传动比较小，传动装置尺寸较小。因此采用方案 1，选电机型号为 Y100L-6四、计算传动装置的远动和动力参数1、总传动比： i=n m /n w940/969.79取单级圆柱齿轮的传动比 i12.8，则 i2i/i19.79/2.83.502、传动装置的运动和动力参数1） 各轴转速电机轴为 0 轴，高速轴为轴，低速轴为轴n0nm940 r/minnn0 /i1940/2.8336r/minnn/i2336/3.5096 r/min i
10、12.8i23.50n0940 r/minn336r/minn96 r/min2) 各轴输入功率由表 24 可查得：V 带传动 10.96， 滚动轴承 20.99， 齿轮传动30.97P0Ped 1.5 KWPP011.50.96 1.44 kWPP23 1.440.990.971.38 kW 3） 各轴转矩T09550P0/n095501.5/94015.24 NmT9550P/n95501.44/33640.93NmT9550P/n95501.38/96137.28 Nm各轴输入功率：P01.5 KWP1.44 kWP1.38 kW各轴转矩：T015.24 NmT40.93NmT137.2
11、8Nm五、带的设计1）选择 V 带型号 根据上面计算结果，考虑到载荷变动较小，由精密机械设计表 75 查得 KA1.0。则Pd=PKA=1.51.01.5根据 Pd1.5 和 n0940r min-1，由精密机械设计 图 717 可查到这次设计选择 Z 型普通 V 带。2）确定带轮直径 D1、D 2。 带轮速度一般限制 525 m/s 范围内，因为 n0 940 r/min，所以带轮直径限制在 80100mm，为了减小机构体积选带轮直径为 100mm。大轮直径D2=n0/nD 1(1- )=274.4 mm（取 0.02）由精密机械设计表 77，取 D2280mm。3）验算带速 vvd 1n0
12、/60/10003.14100940/60/10004.9 ms -125 ms -14)确定带的基准长度 根据题意， 0.7（D1D2）1207）计算 V 带的根数 z。 由精密机械设计表 78 查得P0=0.28kW，由 精密机械设计表 79 查得 Ka0.95，由精密机械设计表 73 查得 KL1.16,由精密机械设计表 710 查得P 00.02kW,则 V 带的根数zP d/（P 0P 0）/K a/KL4.54取 z58）计算作用在轴上的载荷 Fz。 由精密机械设计表 711查得 Z 型 V 带单位长度质量 q0.06kg/m，按精密机械设计式（733）计算单根 V 带张紧力F05
13、00(2.5/K a-1）P d/z/v+qv2=163.29N按精密机械设计式（732）计算作用在轴上载荷Fz2zF 0sin(a1/2)=1606.59N9)带轮的设计 由 精密机械设计表（91）及表L=1613mm基准长度：Ld1600mm实际中心矩 aa487mm小带轮包角 11=159.4根数 z5V 带张紧力：F0=163.29N轴上载荷：Fz=1606.59NB=64查得小带轮用复板式B（z-1 ）e+2f=64，大带轮用椭圆轮辐式小带轮用复板式大带轮用椭圆轮辐式六、齿轮传动设计1） 选择齿轮材料和类型根据工作条件与已知条件知减速器采用闭式软齿面,考虑减速器外轮廓尺寸不宜过大，所
14、以，小齿轮选用 40Cr， 表面淬火， 4056HRC ，大齿轮材料为 45 钢（调质） ，硬度为 300HBS， 二者材料硬度差为 40HBS。精度等级选用 7 级精度，两个齿轮均为直齿齿轮2） 确定许用应力（1） 许用接触应力：由精密机械设计式（839）知H Hlimb/SHKHL按表 810 查得Hlimb117HRC+20 N/nm2（174820 ）N/nm 2836 N/nm 2Hlimb22HBS+69 N/nm2（230069 ）N/nm 2669N/nm 2故应按接触极限应力较低的计算，即只需求出 H2。对于调质处理的齿轮，S H1.1由于载荷稳定，故按式（841）求齿轮的应
15、力循环次数 NHNH 60n2t其中 n2n 1/i336/3.50=96 r/min ，t102508h20000 hNH 6096200001.1510 8循环基数 NH0 由图 841 中查得，当 HBS 为 300 时，NH02.5 107。因 NH N H0，所以 KHL1 。H2669/1.1N/mm 2608 N/mm2（2） 许用弯曲应力由式（846）知F Fimb/SFKFCKFL由表 811 知 Fimb1600N/mm 2Fimb2 1.8HBS1.8300 N/mm2540 N/mm2取 SF2，单向传动取 KFC1，因 NFVN Fo，所以 KFL1。得 F1600/
16、2 N/mm2300 N/mm2F2540/2 270 N/mm23） 计算齿轮的工作转距T19550000P/n 19550000 1.44/336 N/mm40929 N/mm4）根据接触强度，求小齿轮分度圆直径由式（838）知=843/2， =1， =1.05d1= 45 mm 32h1uTKdt许用接触应力Hlimb1=836N/nm2Hlimb2=669N/nm2SH1.1NH 1.15108KHL1H2=608 N/mm2许用弯曲应力：F1=300 N/mm2F2=270 N/mm2齿轮的工作转距：T140929 N/mm分度圆直径：d1 45 mmb=45mmb dd1=145m
17、m45mm选定 z1=30，z2=u z1=3.530=105m=d1/z1=45/30=1.5mmam/2（Z 1 Z 2）1.5/2 （30+105）101.25mm5） 验算弯曲应力由式（843）知F2Y FT1KKV/d12dm由图 844 查得 Z130 YF13.87Z2105 YF23.75F1/YF1300/3.8777.5 mm2 F2/YF2270/3.7572 mm2F2/YF2 F1/YF1故应验算大齿轮的弯曲应力F23.752 409291.051.15/45/45/1/1.5122.0N/mm 2 F2（弯曲强度足够）6）标准直齿圆柱齿轮几何尺寸（大齿轮）齿顶高 1
18、1.5 1.5 mmah*m齿根高 1.25m 1.251.51.875mmf全齿高 2.25 m3.375mm齿顶圆直径 1 1+2 45+2 1.548mmadah2 2+2 157.5+21.5160.5mm齿根圆直径 1 1-2 45 21.87541.25mmfdf2 2-2 157.5 21.875 153.75mmffh基圆直径 1 1cos 45 cos 42mmb02 2cos 157.5 cos 148mmd齿 距 pm 3.14 1.54.71mm齿 厚 sp/22.355mm齿 槽宽 es2.355mm压力角 20齿数：Z1=30Z2=105模数：m=1.5mm中心距：
19、a101.25mm7）计算齿轮上的作用力。圆周力：F1t=2T/d=240929/45=1819NF2t=2T/d=2137.281000/157.5=1743N径向力：F1r= F1ttan =1819tan20=662.06NF2r= F2ttan =1743tan20=634.40N而轴向力 为零。a七、轴的设计1、根据精密机械设计 （庞振基 黄其圣主编.北京：机械工业出版社，2000.7，以后凡提及本书，简称机械 ）P257 公式，轴选 45 号钢，故 118107。可以算出轴的最小直径：Cm17.938.64.1807nP33mi1d）（ 6.2033in2）（考虑键槽对轴的强度等因
20、素的影响，应把上面的计算值略为增大：d1(1 4)（20.1020.27）18.0819.94mmd2(1 4)（30.0630.31）27.0629.84mmd2 通常作为轴的外伸段安装联轴器处的直径,轴上装有齿轮、带轮和联轴器处的直径应参照课设P117 选标准值，d1 选19.0mm，d2 选 28.0mm 的轴径比较合适（即 d1min=19.0mm d2min=28.0mm） 。2、各段轴直径的设计：根据课设P26 ，相邻轴径不同即形成轴肩，当轴肩用于轴上零件定位和承受轴向力时，应具有一定的高度。当配合处轴的直径小于 80mm 时，轴肩差一般可取 610mm。如果两相邻轴段的直径变化仅
21、仅是为了轴上零件装拆方便或区分加工表面时，两直径差略有差别即可，可选 15mm。按照这个原则，根据上面计算出来的轴的最小直径，小轴由小端到大端可以设计出各段轴的直径，分别为：19mm，23mm，24.5mm，30mm,24.5mm。大轴由小端到大端可以设计出各段轴的直径，分别为：28mm， 32mm， 34.5mm，40mm，45mm， 34mm，34.5mm。为了降低应力集中，轴肩处圆角不宜过小。一般配合表面处轴肩和零件孔的圆角、倒角尺寸见课设P119；装滚动轴承处轴肩的过渡圆角半径应按轴承的安装尺寸要求取值见课设P144。3、各段轴的长度设计 ：考虑到箱体铸造误差，齿轮端面与箱体内壁应留有
22、一定的距离：10mm（ ）22是箱体的壁厚，=0.025a+1=8 这里取 10mm 。轴承应尽可能靠近箱体内壁，但也需要一定的距离，其大小与润滑方式有关，本设计采用油润滑，轴承与箱体内壁的距离一般为 35mm,这里我取： m43轴承座宽度：L=+ +（510）10+13+11+640mm21C轴的最小直径：d1min19.0mmd2min28.0mm壁厚：10mm轴承座宽度：L=40mm和 的值由 课设P17 表 3-1 可差到，这里选取螺栓直径1C2M8，故 13mm， 11mm。12C端盖外端面到内端面：e=1.2 =1.2 6=7.2mm3d齿轮结构的选择：由小齿顶圆直径 48mm，根
23、据课设P66 表 9-2，齿轮的1a结构可以选取腹板式自由锻；又根据轴上装齿轮段的直径d=30mm，可确定相关尺寸如下：1.6d1.6 3048mm；1dL=(1.21.5)d （1.21.5） 303645B，这里取 L= B45mm；由大齿顶圆直径 160.5mm，又根据轴上装齿轮段的直径2add=40mm，可确定相关尺寸如下：1.6d1.6 4064mm2dL=(1.21.5)d （1.21.5） 404860B这里取 B48mm；，m1045.0） （这里取 10mm；D1= 2 =41.25210=21.25mm;fd0D00.5（D1 d1）=0.5(21.25+48)=34.63
24、；C=0.3 B=0.34012mm ；r 5；由大齿顶圆直径 160.5mm，又根据轴上装齿轮段的直径2add=40mm，可确定相关尺寸如下：1.6d1.6 4064mm2L=(1.21.5)d（1.2 1.5） 404860B这里取 L=B=48mmD1= 2 =153.75mm210=133.75mm;fd0D00.5（D1 d1）=0.5(133.75+64)=98.88；C=0.3 B=0.35015mm ；r 5；螺栓 M8：13mm1C11mm2综合计算，确定各段轴长：根据上面的计算及已知题目要求，各段轴长依次为：高速轴： 60mm，50mm，12mm ，45mm， 12mm低速
25、轴： 60mm, 50mm，25.5mm，48mm，11.5mm，1mm， 14mm3、轴的校核强度校核：轴选 45 号钢（正火） 。两轴承中心距为：=91mmaL轴在水平面上支承面反力： NFtRCHB 5.90218水平的弯力矩： mMRBHI 7.24/./.LA垂直面中的径向反力： NFrRCVB 03.126.垂直面的弯曲力矩： mMRBVIH 2.7/.3/LA合成弯矩： NIHIWI 1.5863.075.2422轴截面的当量弯矩： mTII 63497)5.409286.(1.58)2其中 .0b由此算出的直径， min331bI 1984.65.097.Mdd 故轴符合强度要
26、求。八、轴承的选择与寿命校核1、轴承的选定：根据任务书上表明的条件：载荷平稳、轻微冲击，齿轮选直齿主要承受径向力，轴承可以选择深沟球轴承。由轴的长度设计知道，轴上安装轴承的相应段的直径 =24.5mm， 34.5mm, 由课设P1441d2d表 15-3 可查找适合的轴承，我选择了轻窄（2）系列的 6205 和6207。其尺寸分别如下：内径 =25mm; 35mm;1d2外径 D =47mm; D =62mm;宽度 =15mm; =17mm 01B022.轴承的强度校核。滚动轴承的当量载荷为： ）（ arpYFXfP 0 ， X=1；r er则 N56.128.98906.37815.04.F
27、fP22rp ） （ ） （ h23.5714162.00PCnL3maxiax0h ）（）（）（ 而题目要求的轴承寿命为 ，故轴承的寿命完hLh ）（ max10全符合要求。九、键的选择与计算1、图上标号的键标号 5，bh=108，L=56mm；标号 14，bh=66，L=56mm；标号 18，bh=149，L=40mm。2.键的强度校核：键都采用 45 号钢。齿轮轴上的键圆周力NdTFt 3.940152.挤压强度 MPa5Pa.847103.92stPhl 剪切强度 12056. MblFst故此键符合强度要求。外伸轴上的键圆周力 NdTFt 7.13965.24挤压强度 1502.80
28、7PstP MaPahl 剪切强度 .2361.9blFst十、联轴器的选择根据上面算出的数值在课设P163 选取选用弹性柱销联轴器，故选择型号为 TL4,TL5 的弹性柱销联轴。TL4 部分参数如下：公称扭矩：63Nm许用转速（钢）：5700r/min轴孔直径：20mm轴孔长度：52mmTL5 部分参数如下：公称扭矩：250Nm许用转速（钢）：4600r/min轴孔直径：28mm轴孔长度：62mm十一、减速器附件的选择1、轴承盖：作用是固定轴承、承受轴向载荷、密封轴承座孔、调整轴系位置和轴承间隙等。类型有凸缘式和嵌入式，本设计采用凸缘式。参数如下低速轴轴承盖 ：D62mm d36mmd0=d
29、3+1=6+1=7；m765.2d.30 ；92 ；311.emeD4=D-(1015)62-1250；D5=D0-3d3=77-18=59；D6=D-(24)60高速轴轴承盖 D47mm d36mmd0=d3+17；m625.4d.230 ；7；em1eD4=D-(1015)35；D5=D0-3d3=44；D6=D-(24)45。轴承盖的实际尺寸还需考虑箱体外形美观，加工方便等因素来确定。2、箱体的设计箱座高度：箱体高度除了应满足齿顶圆到油池底面的距离不小于 3050mm 外，还应使箱体能容纳一定量的润滑油，以保证润滑和散热。根据传动件的浸油深度确定油面高度，算出贮油量。若贮油量不能满足要求
30、，则将箱底面下移，增加箱座高度。Hd a2/2+(3050)+20=160.5/2+40+20=140.25mm窥视孔和视孔盖：为了便于检查箱内传动零件的啮和情况及将润滑油注入箱体内，在箱盖顶部设置窥视孔，为了防止润滑油飞溅出来和污物进入箱体内，在窥视孔上加设视孔盖。视孔盖的尺寸如下：A100mmA1130mmA0115mmB46mmB176mmB061mmd4 取 M6h 取 2mm通气器：减速器工作时箱体内温度升高，气体膨胀，箱内气压增大。为了避免由此引起密封部位的密封性下降造成润滑油向外渗漏，在视孔盖上加设通气器，以保持箱内压力正常和保证箱体的密封性。尺寸如下：d 取 M161.5D22
31、mmD119.6mmS17mmL23mml=12mma2mmd15mm油面指示器：用于检查箱内油面高度，以保证传动件的润滑。一般设置在箱体上便于观察、油面较稳定的部位。本设计设在低速轴附近。油标尺型号选 M12，具体尺寸参照课设 P78 。定位销：为了保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔的安装精度，在箱盖与箱座的联结凸缘上配装两个定位销。两销的距离越远越可靠，因此设置在箱体联结凸缘的对角处，并作非对称布置。型号为 M8，具体尺寸参照课设P142。起盖螺钉：为了保证减速器的密封性，在箱体剖分接合面上涂水玻璃或密封胶。为便于拆卸箱盖，在箱盖凸缘上设置 2 个起盖螺钉，型号为 M8，螺纹有效长度大于箱
32、盖凸缘厚度，螺钉底部制成半球形。起吊装置：为了搬运和装卸箱盖，在箱盖上装有吊环螺钉，铸出吊耳。为了搬运箱座或整个减速器，在箱座两端；联结凸缘处铸出吊钩。根据起重量选择吊环螺钉为 M8，尺寸参照 课设P81。吊耳： B=C1+C2=13+11=24，H=0.8 24=19.2h=0.519.2=9.6，r2=0.25B=6，b=20放油孔及螺塞：为了排出油污，在减速器最底部设置放油孔，并用放油螺塞和密封垫圈将其堵住。放油孔不能高于油池底面，且在放油孔门口的箱座内壁设置凹槽，以避免油排不净。型号为M141.5，放油螺塞的结构和尺寸参照课设P79。十二、润滑与密封1、由于在本设计中采用油润滑，高速轴
33、轴承旁的小齿轮的齿顶圆小于轴承的外径，为防止齿轮啮合时所挤出来的热油大量冲向轴承内部，增加轴承的阻力，需要在轴承和齿轮之间设置挡油盘。2、密封毡圈：在减速器的输入轴和输出轴的外伸段，应在轴承盖的轴孔内设置密封件以提高密封性，防止油留出箱体外。本设计采用密封毡圈。轴承盖上所选的密封毡圈参数如下：小轴： 大轴：d0=25mm； d0=32mm；d24mm； d31mm；D=37mm； D=44mm；b=5mm； b=5mm；D1=38mm； D1=45mm；d1=26 mm； d1=33mm； ； ；m4b1 m4b1； ；5.2 5.2十三、设计总结十四、参考资料目录1、 精密机械设计 （庞振基 黄其圣主编.北京：机械工业出版社，2000.7）2、 机械设计、机械设计基础课程设计 （王昆等主编.北京：高等教育出版社，1996（2004 重印）3、 机械零件设计手册第三版上（葛志祺主编.冶金工业出版社出版，1974.4）4、 工程制图 （左宗义 冯开平主编.广州：华南理工大学出版社，2002.8）
