1、机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器1湖 南 理 工 学 院机械设计课程设计设计题目： 起重机传动装置设计 系 部 ： 专 业 ： 学生姓名： 起迄日期: 2013 年 12 月 24 日 2014 年 1 月 14 日指导老师： 教研室主任： 机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器2设计任务书1、题目设计用于起重机的机械传动装置一级直齿圆柱齿轮减速器。2、参考方案（1）V 带传动和一级闭式齿轮传动3、原始数据1、提升重量 G =750kgf；2、重物提升速度 =0.60m/s；3、滚动槽底直径 D=240mm ,钢丝绳直径 D=9.3mm；4、滚筒效率 j=0.96 ；5、工作情况：两班制，连续单向运
2、转，载荷较平稳；6、使用折旧期 10 年；7、工作环境：室内，灰尘较大，环境最高温度 35oC；8、动力来源：电力，三相交流，电压 380/220V；9、检修间隔期：四年一次大修，二年一次中修，半年一次小修；10、制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。11、允许误差：允许输送带速度误差 。 5%5、设计任务1、绘制减速器的装配图和部分零件工作图。减速器装配图一张（A0 或 A1） ；轴及轴上齿轮的零件图各一张（A3 或 A4） ；机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器3目录一 传动装置的总体设计1、传动方案的确定12、电动机的选择13、传动装置的总传动比的计算和分配34、传动装置的运动和动
3、力参数的确定3二 传动零件的设计1、V 带设计52、齿轮传动设计73、轴的设计114、滚动轴承的选择与校核计算185、键联接的选择及其校核计算196、联轴器的扭矩校核207、减速器基本结构的设计与选择21三 箱体尺寸及附件的设计1、箱体的尺寸设计232、附件的设计25四 设计心得 27五 参考文献 29机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器4六 主要设计一览表 30设计内容：一、 传动装置的总体设计1、确定传动方案本次设计选用的起重机的机械传动装置方案：V 带传动和一级闭式齿轮（封闭卧式结构）传动，其传动装置见下图。2、选择电动机（1）选择电动机的额定功率 起重机原始数据的第 6 组数据，即：题号
4、项目1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14卷筒槽底直径（mm）220 220 220 240 240 240 240 250 250 250 250 280 280 280钢丝绳直径（mm）9.3 9.3 9.3 9.3 9.3 9.3 9.3 11.0 11.0 11.0 11.0 11.0 11.0 11.0重物提升速度0.50 0.55 0.55 0.50 0.55 0.60 0.65 0.50 0.55 0.60 0.65 0.55 0.60 0.65机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器5（m/s）提升重量（kgf）780 750 800 780 750 750
5、720 900 750 700 720 800 750 720工作机所需功率为： KWvFP5.46.075 从电动机到工作机的传动总效率为： 2135其中 、 、 、 、 分别为 V 带传动、齿轮传动、弹性套柱销联轴12345器、滚筒、滚动轴承的效率，查取机械设计手册附录 3 选取 =0.96 1、 =0.98（ 8 级精度） 、 =0.99、 =0.96、 =0.96（球轴承）2 345故 2 213450.968.906.0.876 电动机所需功率为又因为电动机的额定功率KWPd14.876.0edP查简明机械设计手册附录 50，选取电动机的额定功率为 5.5kW，满足电动机的额定功率
6、。deP（1） 确定电动机的转速传动滚筒轴工作转速： min7.4201.3614.306rDvnw 查机械设计P 154 附表 8-4b， V 带常用传动比为 i1=25，圆柱齿轮传动一级减速器常用传动比范围为 i2=35（8 级精度） 。根据传动装置的总传动比i 与各级传动比 i1、i 2、i n 之间的关系是 i=i1i2in，可知总传动比合理范围为i=625。又 因为 ，mwin故 电动机的转速可选择范围相应为： 。符294.816r/min128.4r/min合这一范围的同步转速有 750r/min 和 1000r/min 两种。 机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器6（3） 确定电动机
7、的型号选上述不同转速的电动机进行比较，查简明机械设计手册附录 50 及相关资料得电动机数据：选取同步转速为 1000r/min 的 M 系列电动机，型号为Y132M2-6。查简明机械设计手册表 19-5，得到电动机的主要参数：电动机的技术数据电动机型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）堵 转 转 矩额 定 转 矩 最 大 转 矩额 定 转 矩Y132M2-6 5.5 1000 960 2.0 2.0 表二3、传动装置的总传动比的计算和分配（1） 总传动比 01.275.496wmni（2） 分配各级传动比各级传动比与总传动比的关系为 i=i1i2。根据 V 带的传动比
8、范围 i1=2 5 ，初选 i14，则单级圆柱齿轮减速器的传动比为 i2=5，符合圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围 i2=35（8 级精度） ，且符合了在设计带传动和一级圆柱齿轮减速器组成的传动装置中，应使带传动比小于齿轮传动比，即 i 带 ddmin.（d d1 根据 P157 表8-8 查得） 2124,=14056mddi所 以 由机械设计P 157 表 8-8 查“V 带轮的基准直径” ，得 =560mm2d 误差验算传动比： （ 为弹性滑动21560=4.()4(1%)di误 率）误差 符合要求1.0%.054i误 带速 196v=7.3/60dnms满足 5m/s300mm，所以宜
9、选用 E 型轮辐式带轮。总之，小带轮选 H 型孔板式结构，大带轮选择 E 型轮辐式结构。（7）确定带的张紧装置选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。（8）计算单根 V 带的初拉力的最小值（F 0） min由机械设计表 8-3 得 B 型带的单位长度质量 q=0.18Kg/m.0 2 2min(2.5)(.592)6.() 0187.3.637edPKFqv Nz（9）计算压轴力已知 B 型带的初拉力 F0 277.62N, =150.80o，z=3，则11150.82sin=327.6sinN=62.4ooFz（10）带轮的材料选用灰铸铁，HT200。2、减速器内传动件的设计（齿轮
10、传动设计）（1）选择齿轮材料、热处理方法及精度等级 齿轮材料、热处理方法及齿面硬度机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器11因为载荷中有轻微振动，传动速度不高，传动尺寸无特殊要求，属于一般的齿轮传动，故两齿轮均可用软齿面齿轮。查机械设计P 191 表 10-1：小齿轮选用 45 号钢，调质处理，硬度236HBS；大齿轮选用 45 号钢，调质处理，硬度为 190HBS。 精度等级初选减速器为一般齿轮传动，圆周速度不会太大，根据机械设计P 197 表 10-4，初选 8 级精度。（2）按齿面接触疲劳强度设计齿轮由于本设计中的减速器是软齿面的闭式齿轮传动，齿轮承载能力主要由齿轮接触疲劳强度决定，其设计公式
11、为： 1231.5()EHdKMuZd 确定载荷系数 K因为该齿轮传动是软齿面的齿轮，圆周速度也不大，精度也不高，而且齿轮相对轴承是对称布置，试选载荷系数 Kt=1.3。 小齿轮的转矩115.28950/9010.2104/minkWMPnNNmr 接触疲劳许用应力limiHNKPS）接触疲劳极限应力由机械设计P 209 图 10-21 中的 MQ 取值线，根据两齿轮的齿面硬度，查得 45 钢的调质处理后的接触疲劳强度极限为=580MPa ， =530MPa lim1Hlim2H）接触疲劳寿命系数 ZN 应力循环次数公式为： N=60 n jth 工作寿命每年按 300 天，每天工作 16 小
12、时，故N1=602401(3001016) =6.912108机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器128812N6.920= 1.45i查机械设计P 207 图 10-19，且允许齿轮表面有一定的点蚀KHN1=0.90; KHN2=0.92。) 接触疲劳强度的最小安全系数 SHmin查机械设计得安全系数：S Hmin1 ）计算接触疲劳许用应力 。HP将以上各数值代入许用接触应力计算公式得lim1HN1nK580.952p MaSli22mn3.487.61pHPa）齿数比因为 Z2=i2 Z1，所以 215）齿宽系数由于本设计的齿轮传动中的齿轮为对称布置，且为软齿面传动，查机械设计P 205 表
13、10-7，得到齿宽系数的范围为 0.91.4。取 。1d）计算小齿轮直径 d1由于 ，故应将 代入齿面接触疲劳设计公式，得12p2p2331.5.589.1.304.851() 85.327m476EHdZKMud 圆周速度 v1124085.371.0/606ndv ms查机械设计P 197 表 1022，v 1 和 N2= ，查机械设计图 10-806318.41506318 得，, FN1.6KFN2.9)弯曲疲劳强度的最小安全系数 SFmin本传动要求一般的可靠性，查机械设计查得，取 SFmin1.4。）弯曲疲劳许用应力 将以上各参数代入弯曲疲劳许用应力公式得Flim1PNn25=0.
14、86MPa=132.07aS4KFli2Pmn.9.4）计算载荷系数 KK= A1.06.213VF）查取应力校正系数由表 10-5 查得， ,Sa1.58YSa2.04）设计计算 51332 21.4.01.68() 3.120 3207FaSdYKTm mz根据机械原理P180 表 10-1 查圆柱齿轮模数系列表的： m=3。按接触疲劳强度算得的分度圆直径 d1=87.204mm，算出小齿轮的模数机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器15； 187.20493dZm52（4） 几何尺寸计算 分度圆直径 d132987mzm4352 中心距 ad261)87(211）（ 齿轮宽度 b大齿轮宽度 2
15、1dm小齿轮宽度 936 其他几何尺寸的计算（ ， ）*ah*0.25c齿顶高 由于正常齿轮 ，ahm1a所以 *13am齿根高 由于正常齿()fc*0.25c所以 (.)37fah全齿高 (2*)1.6.fcmm齿顶圆直径 18769aadh43522 齿根圆直径 1.7.ff mdff 5.222齿厚 3.4.1PmS3、轴的设计机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器16（1） 高速轴的设计 选择轴的材料和热处理采用 45 钢，并经调质处理，查机械设计P 231 表 14-2，得其许用弯曲应力：，由表 14-2 查得： 。160Ma10326A 初步计算轴的直径由前计算可知：P 1=5.28KW
16、,n1=240r/min其中，A 取 112。1335.28.3m40dn主考虑到有一个键槽，将该轴径加大 5%，则=1.805%2.9.查机械设计手册P 458 附录 1，取 d=35mm 轴的结构设计高速轴初步确定采用齿轮轴，即将齿轮与轴制为一体。根据轴上零件的安装和固定要求，初步确定轴的结构。设有 7 个轴段。1 段：该段是小齿轮的左轴端与带轮连接，该轴段直径为 d1=35mm，查机械设计手册（软件版） ，取该轴伸 L180mm。 2 段： 参考机械设计P 365 表 15-2，取轴肩高度 h 为 1.5mm，则d2=d1+2h=38mm。此轴段一部分用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。3
17、段：此段装轴承，取轴肩高度 h 为 1mm，则 d3=d2+2h=40mm。选用深沟球轴承。查机械设计P 310 附录 13-1，此处选用的轴承代号为 6308，其内径为 40mm，宽度为 23 mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小 12mm。取此段长 L3=21mm。4 段与 6 段：为了使齿轮与轴承不发生相互冲撞以及加工方便，齿轮与轴承之间要有一定距离，取轴肩高度为 3.5mm，则 d4=d6=d3+2h=47mm，长度取 5mm，则 L4= L65mm。5 段：此段为齿轮轴段。由小齿轮分度圆直径 d =87mm 可知，d 5=87mm。因1为小齿轮的宽度为 93mm，则 L5=9
18、3mm。机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器177 段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即 d7=40mm，L 721mm。由上可算出，两轴承的跨度 mm123593126L 高速轴的轴段示意图如下： 按弯矩复合强度计算A、圆周力： 1204829.7tMFNdB、径向力： 01tan.tan175.r）绘制轴受力简图）绘制垂直面弯矩图轴承支反力： 175.98.72AYBFrN42145zt由两边对称，知截面 C 的弯矩也对称。截面 C 在垂直面弯矩为1 687.937.2cAYLMFNm机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器18如图）绘制水平面弯矩图 21264.954.85cAZLMFNm
19、）绘制合弯矩图 222211()537.154.81690.CVHMc Nm）绘制扭转图转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取 =0.6，10.6210260aMNm）绘制当量弯矩图截面 C 处的当量弯矩： 22221()690.(160)5194.ce Nm)校核危险截面 C 的强度轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的 C 处，W0.1d 43机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器19132051947660CeMcMPaPaW所以 轴强度足够。（2）低速轴的设计 选择轴的材料和热处理采用 45 钢，并经调质处理，查机械设计P 362 表 151，得其许用弯曲应力，查表 15-3 得： 。160Ma
20、03126A 初步计算轴的直径由前计算可知：P 2=5.12KW,n2=47.97r/min计算轴径公式： 32PdAn即：其中，A 取 112。 mnd7.59.413322 考虑到有一个键槽，将该轴径加大 5%，则2.60.752查机械设计手册（软件 2008 版） 轴伸直径，取 d=56mm 轴的结构设计根据轴上零件得安装和固定要求，并考虑配合高速轴的结构，初步确定低速轴的结构。设有 6 个轴段。1 段： 此段装联轴器。装联轴器处选用最小直径 d1=60mm，根据机械设计手册（软件 2008 版） ，选用 弹性套柱销联轴器，其轴2601BJLT孔直径为 60mm，轴孔长度为 84mm。根
21、据联轴器的轴孔长度，又由机械设计手册（软件 2008 版） ，取轴伸段（即段）长度L182mm。2 段：查机械设计 ，取轴肩高度 h 为 1.5mm，则,此轴段一部分长度用于装轴承盖，一部mhd635.12601 分伸出箱体外。机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器203 段：取轴肩高度 h 为 1mm，则 。此段装mhd6512323 轴承与套筒。选用深沟球轴承。查机械设计表 13-1，此处选用的轴承代号为 6213，其内径为 65mm，宽度为 23mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小 12mm。取套筒长度为 10mm，则此段长L3=（23-2）+10+2=33mm。4 段：此段装齿轮，取
22、轴肩高度 h 为 2.5mm，则d4=d3+2h= mm。因为大齿轮的宽度为 87mm，则 L4=87-652.702=85mm5 段：取轴肩高度 h 为 2.5mm，则 d5=d4+2h=75mm，长度与右面的套筒相同，即 L5=10mm。6 段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即 d6=65mm，L 621mm。由上可算出，两轴承的跨度 L 。12310873m 低速轴的轴段示意图如下： 按弯矩复合强度计算A、圆周力: NdMFt 4.6843510922 B、径向力： tr 72.105tan.an22 ）求支反力 FAX、F BY、 FAZ、F BZrBYA 86.527.10
23、2NtBZA .34.62)由两边对称，知截面 C 的弯矩也对称。截面 C 在垂直面弯矩为受力图：机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器21mNLFMAYc 9.54321086.521）截面 C 在水平面上弯矩为：AZ 342）合成弯矩为： mNMCC 12.6084)()( 3.1529.2212）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取 =0.6，截面 C 处的当量弯矩：Cec 73.69)()( 60842222)校核危险截面 C 的强度轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的 C 处，W0.1d 43pa6045.18.073691MpaWMecec 所以轴强度足够。（3）确定滚动轴承的润滑和密封
24、由于轴承周向速度为 1m/s (A-B)=35-23=12mm；低速轴：L 2(A-B)=45-38=7mm由前设定高速轴的 L =80mm，低速轴的 可知，满足要求。1 8m( 8 ) 确定轴的轴向尺寸高速轴（单位：mm）：D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7各轴段直径35 38 40 47 87 47 40L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7各轴段长度80 80 31 5 93 5 21低速轴（单位：mm）：D1 D2 D3 D4 D5 D6各轴段直径60 63 65 70 75 65L1 L2 L3 L4 L5 L6各轴段长度82 105 33 85 10 214、滚动轴承的选择
25、与校核计算根据机械设计理论知识可知推荐的轴承寿命最好与减速器寿命相同，取 10年，一年按 300 天计算， T h=(3001082)= 48000h（1）高速轴承的校核选用的轴承是 6308 深沟型球轴承。轴承的当量动负荷为 )(ardYFXfP由机械设计P 321 表 136 查得，f d1.21.8，取 fd=1.2。机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器23因为 Fa1=0N，F r1= 1757.9N，则 dPfXFr查机械设计P 321 表 135 得，X= 1，Y= 0 。1.27.92.48.9drfXNK查机械设计p320 表 13-3 得：f t=1 查机械设计p319 得：深沟
26、球轴承的寿命指数为 3 ；查机械设计手册（软件 2008 版） 得：Cr= 40.8KN；则 663102104.80()()52498029trhfCLhhnP所以预期寿命足够，轴承符合要求。（2）低速轴承的校核选用 6213 型深沟型球轴承。轴承的当量动负荷为 )(ardYFXfP由机械基础P 407 表 186 查得，f d1.21.8，取 fd=1.2。因为 Fa2=0N，F r2=1705.72N，则 fr查机械基础P 407 表 185 得，X=1，Y=0。 kNXfrd 0469.2.72.10. 查机械设计P320 表 13-4 得：f t=1 ；查机械设计P321 得：深沟球
27、轴承的寿命指数为 3;查机械设计手册（软件 2008 版） 得：Cr=57.2KN；则66310 61057.2()()480.149.thfCL hnP所以预期寿命足够,轴承符合要求。5、键联接的选择及其校核计算（1）选择键的类型和规格轴上零件的周向固定选用 A 形普通平键，联轴器选用 B 形普通平键。 高速轴（参考机械设计手册（软件 2008 版）平键：根据带轮与轴连接处的轴径 35mm，轴长为 80mm，查得键的截面尺寸 b10mm ，h8mm 根据轮毂宽取键长 L60mm机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器24高速齿轮是与轴共同制造，属于齿轮轴。 低速轴：根据安装齿轮处轴径 ，查得键的截面
28、尺寸 ，根据470dm201bhm轮毂宽取键长 。265L根据安装联轴器处轴径 ，查得键的截面尺寸1，取键长 L=72mm。160bhm（2）校核键的强度 高速轴轴端处的键的校核：键上所受作用力： 2102.105.735MFNd）键的剪切强度 (0.68)6Pa125.720.60FPaAbl 键的剪切强度足够。）键联接的挤压强度(0.915)015MPae 2.7.2(17.20)612086e eF MPaAhl 键联接的挤压强度足够。 低速轴两键的校核A、 低速轴装齿轮轴段的键的校核：键上所受作用力： NdMF86.291703.12）键的剪切强度 Mpapabl 4.65208.91
29、键的剪切强度足够。）键联接的挤压强度机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器25MpaMpahlFAee 1206)0.271(91.726512.843 键联接的挤压强度足够。B、低速轴轴端处的键的校核：键上所受作用力 ： NdF31609.12）键的剪切强度 MpapaMblA9.872163键的剪切强度足够。）键联接的挤压强度 MpapablFe 1206)0.271(54.927103 键联接的挤压强度足够。6、联轴器的扭矩校核低速轴：选用 弹性套柱销联轴器，查机械设计手册（软件 2008 版）1201BJLTP 484 附录 33，得许用转速 n3800r/min则 n247.97r/min
30、250mm，所以 n=6轴承旁螺栓直径 ： 1fd.7521.6.0 . 凸缘联接螺栓直径 ： ,取 12mm2 f8216() （ 0 ） 2d凸缘联接螺栓间距 L： ， 取 L100mm( )轴承盖螺钉直径 与数量 n：高速轴上的轴承：d 3=8, n43低速轴上的轴承： d 3=10，n6检查孔盖螺钉直径 ： ,取 d48mm4f0.46.08m 5检查孔盖螺钉数量 n：因为 D=120mm100mm,所以 n=6启盖螺钉直径 d5（数量）： （2 个）52d1 定位销直径 d6（数量）： （2 个）60.8 . 96齿轮圆至箱体内壁距离 ： ，取 10mm1.m 1小齿轮端面至箱体内壁
31、距离 ： ，取 10mm 212轴承端面至箱体内壁距离 ：当轴承脂润滑时， 1015 ，取 103 33大齿轮齿顶圆至箱底内壁距离 ： 3050 ，取 40mm 44箱体内壁至箱底距离 ： 20mm0h减速器中心高 H： ，取 H280mm。a2403R+2076m 箱盖外壁圆弧直径 R： 18 箱体内壁至轴承座孔外端面距离 L1：1LC+2 （ 5 0） 8+6 50机械设计 一级直齿圆柱齿轮减速器30箱体内壁轴向距离 L2： 12b+m 0 3两侧轴承座孔外端面间距离 L3： 1250 四、设计心得作为机械专业的第一个设计单级圆柱直齿减速器的设计终于在经过数月的努后告于段落。回顾整个设计过程，从刚开始的设计简单的齿轮的参数开始就遇到了重重困难，归结原因还是因为上课时没有认真听讲 ，讲授的知识没有及时消化、理解，也应现了“万事开头难”的经典。不过，在自己的努力和同学的辅导下，我慢慢开始去解决问题，从内到外、从大到小、从简单到复杂、从无厘头到逻辑上的安排，就这样慢慢学习着解决问题。设计中对标准的查取过程从一开始的烦躁到后来的每查到一次标准后的喜悦，鼓励了我也同时培养了我做事细心的心态。此外，在软件的使用部分，此次的设计的出图采用 AUTOCAD2008 软件，长时间没练过手了，所以刚开始很盲目、简单的操作就要想很久或者还在翻资料
