一级圆柱齿轮减速器设计书.docx
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一级圆柱齿轮减速器设计书
一级圆柱齿轮减速器设计说明书
、设计课题:
设计一用于带式运输上的单级直齿圆柱齿轮减速器。
运输机连续工作，单向运转载荷变化不大，空载启动。
减速器小批量生产，使用期限10年，一班制
工作，卷筒不包括其轴承效率为96%运输带允许速度误差为5%
原始数据
题号
3
运输带拉力F
（KN
3
运输带速度V
（m/s）
1.5
卷筒直径D
（mr）i
400
设计任务要求：
1.减速器装配图纸一张（1号图纸）
2.轴、齿轮零件图纸各一张（3号图纸）
3.设计说明书一分
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
1、工作条件：
使用年限5年，工作为一班工作制，载荷平稳，环境清洁。
2、原始数据：
滚筒圆周力F=3000N
带速V=1.5m/s;
滚筒直径D=400mm
方案拟定：
采用V带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。
二、电动机选择
1、电动机类型和结构的选择：
选择丫系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可
靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。
2、电动机容量选择：
电动机所需工作功率为：
式
（1）:
Pd=PW/na（kw）
由式
（2）:
PW=FV/1000（KW）因此Pd=FV/1000na（KW）
由电动机至运输带的传动总效率为：
3
n总=niXq2Xn3Xn4Xn5
式中：
ni、n2、n3、n4、n5分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率。
取n1=0.96，n2=0.98，n3=0.97，n4=0.97
贝U:
n总=0.96X0.983X0.97X0.99X0.96
=0.83
所以：
电机所需的工作功率：
Pd=FV/1000n总
=（3000X1.5）/（1000X0.83）
=5.42（kw）
3、确定电动机转速
卷筒工作转速为：
n卷筒=60X1000•V/（n・D）
=（60X1000X1.5）/（400・n）
=71.66r/min
根据手册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'=3〜6。
取V带传动比11'=2〜4。
则总传动比理论范围为：
Ia'=6〜
24。
故电动机转速的可选范为
N'd=I'axn卷筒
=（6〜24）x71.66
=429.96〜1719.84r/min
则符合这一范围的同步转速有：
750、1000和1500r/min
根据容量和转速，由相关手册查出三种适用的电动机型号：
（如下表）
方
案
电动
机型
号
额定
功率
电动机转速
（r/min）
电动机重量
N
参
考
价格
传动装置传动
比
同步
转速
满载
转速
总传
动比
V带
传动
减速
器
1
Y132S-4
5.5
1500-
440
650
1200
18.6
3.5
5.32
2
Y132M2-
6
5.5
10009
）60
800
1500
12.4
2
2.8
4.44
3
Y160M2-
8
5.5
750
720
1240:
>100
9.31
2.5
3.72
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器传动比，可见第2方案比较适合。
此选定电动机型号为丫132M2-6其主要性能：
电动机主要外形和安装尺寸:
L
AC/2AD
A-B
中心高H
外形尺寸
LX
（AC/2+AD）X
HD
底角安装尺
寸AXB
地脚螺栓孔
直径K
轴伸尺寸
DXE
装键部位尺
寸FXGD
132
520X345X
315
216X178
12
28X80
10X41
三、确定传动装置的总传动比和分配级传动比：
由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n
1可得传动装置总传动比为：
ia=nm/n=nm/n卷筒=960/71.66=13.40
总传动比等于各传动比的乘积
分配传动装置传动比
ia=i0xi（式中i0、i分别为带传动
和减速器的传动比）
2、分配各级传动装置传动比：
根据指导书P7表1,取i0=2.8（普通V带i=2〜4）
因为：
ia=i0xi
所以：
i=ia/i0
=12.42/2.8
=4.44
四、传动装置的运动和动力设计：
将传动装置各轴由高速至低速依次定为I轴，U轴，……及
0,i1,……为相邻两轴间的传动比
n01,n12,……为相邻两轴的传动效率
PI,Pn,……为各轴的输入功率（KW
TI,Tn,……为各轴的输入转矩（N・m
nI,nn,……为各轴的输入转矩（r/min）
可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数
1、运动参数及动力参数的计算
（1）计算各轴的转数：
I轴：
nI=nm/i0
=960/2.8=342.86（r/min）
由指导书的表1得
n轴：
nn=nI/i1
=324.86/4.44=77.22r/min
卷筒轴：
nM=nn
（2）计算各轴的功率：
I轴：
PI=PdXn01=PdXn1
=4.5X0.96=4.32（KVy
n轴：
Pn=PiXn12=PiXn2Xn3
=4.32X0.98X0.97
=4.11（KV）
卷筒轴：
P川=Pn・n23=Pn・n2•n4
=4.11X0.98X0.99=4.07（KVy
计算各轴的输入转矩：
电动机轴输出转矩为：
Td=9550•Pd/nm=9550X4.5/960
=44.77N•m
I轴：
TI=Td•i0•n01=Td•i0•n1
=44.77X2.8X0.96=120.33N•m
n轴：
Tn=TI・i1•n12=TI・i1•n2•n4
=120.33X4.44X0.98X0.99=518.34N•m
卷筒轴输入轴转矩：
Tm=Tn・n2•n4
=502.90N•m
计算各轴的输出功率：
由于I〜n轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：
故:
P'I=PIXn轴承=4.32X0.98=4.23KW
P'n=PnXn轴承=4.23x0.98=4.02KW
计算各轴的输出转矩：
由于I〜n轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：
则：
T'I=TIXn轴承
=120.33X0.98=117.92N•m
到：
n1=0.96
n2=0.98
n3=0.97
n4=0.99
i0为带传动传动
比
i1为减速器传动
比
滚动轴承的效率
n为0.98~0.995
在本设计中取
0.98
T'n=Tnxn轴承
=518.34x0.98=507.97N•m
综合以上数据，得表如下:
轴名
效率p（Kvy
转矩t（n•m
转速n
r/min
传动比i
效率
n
输入
输出
输入
输出
电动机轴
4.5
44.77
960
2.8
0.96
I轴
4.32
4.23
120.33
117.92
342.86
4.44
0.95
n轴
4.11
4.02
518.34
507.97
77.22
1.00
0.97
卷筒轴
4.07
3.99
502.90
492.84
77.22
由课本P134表9-5
查得KA=1.1
由课本P132表
9-2得，推荐的A
型小带轮基准直
径为75mm~125mm
（1）选择普通V带型号
由PC=KAP=1.1X5.5=6.05（KW
根据课本P134表9-7得知其交点在A、B型交界线处，故AB型两方案待定：
方案1:
取A型V带
确定带轮的基准直径，并验算带速：
则取小带轮d1=100mm
d2=n1•di•（1-&）/n2=i•di•（1-&）
=2.8X100X（1-0.02）=274.4mm
由表9-2取d2=274mm（虽使n2略有减少，但其误差小
于5%故允许）
带速验算：
V=n1•d1•n/（1000X60）
=960X100•n/（1000X60）
=5.024m/s
介于5~25m/s范围内，故合适
确定带长和中心距a：
0.7•（d1+d2）wa0<2•（d1+d2）
0.7X（100+274）262.08初定中心距a0=500，则带长为
L0=2•a0+n・（d1+d2）+（d2-d1）7（4•a0）
=2X500+n^（100+274）/2+（274-100）7（4X500）
=1602.32mm
由表9-3选用Ld=1400mm的实际中心距
a=a0+（Ld-L0）/2=500+（1400-1602.32）/2=398.84mm
验算小带轮上的包角a1
a仁180-（d2-d1）x57.3/a
=180-（274-100）x57.3/398.84=155.01>120合适
确定带的根数
Z=PC/（（P0+AP0）•KL-Ka）
=6.05/（（0.95+0.11）x0.96x0.95）
=6.26
故要取7根A型V带
计算轴上的压力
由书9-18的初拉力公式有
F0=500•PC-（2.5/Ka-1）/z•c+q•v2
=500x6.05x（2.5/0.95-1）/（7X5.02）+0.17x5.022
=144.74N
由课本9-19得作用在轴上的压力
FQ=2•z•F0•sin（a/2）
=2x7x242.42xsin（155.01/2）=1978.32N
方案二：
取B型V带
确定带轮的基准直径，并验算带速：
则取小带轮d1=140mm
d2=n1•d1•（1-&）/n2=i•d1•（1-&）
=2.8x140x（1-0.02）=384.16mm
由表9-2取d2=384mm（虽使n2略有减少，但其误差小
于5%故允许）
带速验算：
V=n1•d1•n/（1000x60）
=960x140•n/（1000x60）
=7.03m/s
由机械设计书
表9-4查得
P0=0.95
由表9-6查得
△P0=0.11
由表9-7查得
Ka=0.95
由表9-3查得
KL=0.96
介于5~25m/s范围内，故合适
确定带长和中心距a：
0.7•（d1+d2）wa0<2•（d1+d2）
0.7X（140+384）wa0<2X（140+384）
366.8初定中心距a0=700，则带长为
2
L0=2•a0+n・（d1+d2）+（d2-d1）/（4•a0）
2
=2X700+n^（140+384）/2+（384-140）/（4X700）=2244.2mm
由表9-3选用Ld=2244mm的实际中心距
a=a0+（Ld-L0）/2=700+（2244-2244.2）/2=697.9mm
验算小带轮上的包角a1
a仁180-（d2-d1）X57.3/a
=180-（384-140）X57.3/697.9=160.0>120合适
确定带的根数
Z=PC/（（P0+AP0）•KL・Ka）
=6.05/（（2.08+0.30）X1.00X0.95）
=2.68
故取3根B型V带
计算轴上的压力
由书9-18的初拉力公式有
F0=500•PC-（2.5/Ka-1）/z•c+q•v2
=500X6.05X（2.5/0.95-1）/（3X7.03）+0.17X7.032
=242.42N
由课本9-19得作用在轴上的压力
FQ=2•z•F0•sin（a/2）
=2X3X242.42Xsin（160.0/2）
=1432.42N
综合各项数据比较得出方案二更适合
由课本表9-2得，推荐的B型小带轮基准直径
125mm~280mm
带轮示意图如下:
六、齿轮传动的设计：
（1）、选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。
小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为45号钢调质，齿面硬度为250HBS大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为200HBS
齿轮精度初选8级
（2）、初选主要参数
Z1=20，u=4.5
Z2=Z1•u=20X4.5=90
取书a=0.3，则书d=0.5•（i+1）•=0.675
（3）
按齿面接触疲劳强度计算计算小齿轮分度圆直径
确定各参数值
T1=9.55X106xP/m=9.55X106x4.23/342.86
£t=1.88-3.2•（1/Z1+1/Z2）
=1.88-3.2
X（1/20+1/90）=1.69
ZeV4「
J~
'4169
4__0.77
\3
⑥许用应力查课本图6-21（a）
「Hiim』610MPa[bHiim2】560MPa
查表6-8按一般可靠要求取SH=1
则「h%lim1610MPa
Sh
[%]2（'Hlim2560MPa
Sh
取两式计算中的较小值，即[cH]=560Mpa
12
于是di>3|2kTlU1ZeZh乙卜du[ch]
52c21.21.18104.51189.82.50.77=3.1
\14.5560
=52.82mm
（4）确定模数
m=d1/Z1>52.82/20=2.641
取标准模数值m=3
（5）按齿根弯曲疲劳强度校核计算
Cf[cf]校核
bd1m
式中⑥小轮分度圆直径d^m・Z=3X20=60mm
2齿轮啮合宽度b=Wd-d1=1.0X60=60mm
3复合齿轮系数YFS1=4.38YFS2=3.95
4重合度系数丫&=0.25+0.75/£t
=0.25+0.75/1.69=0.6938
③许用应力查图6-22（a）
cFlim仁245MPacFlim2=220Mpa
查表6-8，取SF=1.25
则「F11%im1245196MPa
SF1.25
[bF1%im2220176MPa
Sf1.25
⑥计算大小齿轮的色并进行比较
bF
Yfs14.38002234丫fs23.950.02244
[bF1196176
Yfs1[bf11[bF12
取较大值代入公式进行计算则有
bF22口丫，52丫21"81053.950.6938
bd1m60603
=71.86<[bF]2
故满足齿根弯曲疲劳强度要求
（6）几何尺寸计算
d仁m•Z=3X20=60mm
d2=m・Z1=3X90=270mm
a=m-（Z1+Z2）=3X（20+90）/2=165mm
b=60mmb2=60
取小齿轮宽度b仁65mm
（7）验算初选精度等级是否合适
齿轮圆周速度v=n-di-n1/（60X1000）
=3.14X60X342.86/（60X1000）
=1.08m/s
对照表6-5可知选择8级精度合适。
七轴的设计
1,齿轮轴的设计
（1）确定轴上零件的定位和固定方式（如图）
1,5—滚动轴承2—轴3—齿轮轴的轮齿段4—套筒
6—密封盖7—轴端挡圈8—轴承端盖9—带轮10—键
（2）按扭转强度估算轴的直径
选用45#调质，硬度217~255HBS
轴的输入功率为PI=4.32KW
转速为nI=342.86r/min
PI的值为前
面第10页中给
出
在前面带轮的计算中已经得
到Z=3
其余的数据手
册得到
D1=^30mm
L1=60mm
D2=^38mm
L2=70mm
D3=^40mm
L3=20mm
D4=^48mm
L4=10mm
D5=^66mm
L5=65mm
根据课本P205（13-2）式，并查表13-2，取c=115
fP,r432
d>C^—1153i—-——26.76mm
\nz\342.86
（3）确定轴各段直径和长度
1从大带轮开始右起第一段，由于带轮与轴通过键联接，
则轴应该增加5%取D1P30mm又带轮的宽度B=（Z-1）e+2f=（3-1）x18+2X8=52mm
则第一段长度L仁60mm
2右起第二段直径取D2迤38mm
根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为30mm则取第二
段的长度L2=70mm
3右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6208型轴承，其尺寸为dxDxB=40X80x18,那么该段的直径为D3=O40mm长度为L3=20mm
（④右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩，其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D4=^48mm长度取L4=10mm
5）右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为①66mm分度圆直径为①60mm齿轮的宽度为65mm则，此段的直径为D5=O66mm长度为L5=65mm
6右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩，其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D6=O48mm
长度取L6=10mm
7右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D7=
①40mm长度L7=18mm
（4）求齿轮上作用力的大小、方向
⑦小齿轮分度圆直径：
d仁60mm
2作用在齿轮上的转矩为：
T1=1.18x105N•mm
3求圆周力：
Ft
5
Ft=2T2/d2=2x1.18x10/60=1966.67N
⑷求径向力Fr
Fr=Ft•tana=1966.67xtan200=628.20N
Ft,Fr的方向如下图所示
（5）轴长支反力
根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位
置，建立力学模型。
水平面的支反力：
RA=RB=Ft/2=983.33N
垂直面的支反力：
由于选用深沟球轴承则Fa=0
那么RA=RB=Frx62/124=314.1N
（6）画弯矩图
右起第四段剖面C处的弯矩：
水平面的弯矩：
MC=Px62=60.97Nm
垂直面的弯矩：
MC1=MC2=RAx62=19.47Nm
合成弯矩：
|22：
22
MC1MC2\'McMC1V60.9719.4764.0Nm
（7）画转矩图：
T=Ftxd1/2=59.0Nm
（8）画当量弯矩图
因为是单向回转，转矩为脉动循环，a=0.6可得右起第四段剖面C处的当量弯矩：
MeC2VMC22（aT）273.14Nm
（9）判断危险截面并验算强度
①右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段
相差不大，所以剖面C为危险截面。
已知MeC2=73.14Nm由课本表13-1有：
D6=^48mm
L6=10mm
D7=^40mm
L7=18mm
Ft=1966.66Nm
Fr=628.20NmRA=RB
=983.33Nm
RA=RB
=314.1N
MC=60.97NmMC1=MC2
=19.47Nm
MC1=MC2
=64.0Nm
T=59.0Nm
a=0.6
MeC2=73.14Nm
2-11
[c-1]=60Mpa贝U:
（Te=MeC2/W=MeC2/（0.1•D『）
=73.14X1000/（0.1X443）=8.59Nm<[c-1]
②右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面：
MD（aT）20.65935.4Nm
ce=MD/W=MD/（0.1•D13）
=35.4X1000/（0.1X30）=13.11Nm<[c-1]
所以确疋的尺寸是安全的。
受力图如下：
=60Mpa
MD=35.4Nm
输出轴的设计计算
（1）确定轴上零件的定位和固定方式（如图）
1
1,5—滚动轴承2—轴3—齿轮4—套筒6—密封盖
7—键8—轴承端盖9—轴端挡圈10—半联轴器
（2）按扭转强度估算轴的直径
选用45#调质，硬度217~255HBS
轴的输入功率为PH=4.11KW
转速为nII=77.22r/min
根据课本P205（13-2）式，并查表13-2，取c=115
[P『411
d>C31153•43.28mm
飞ni\77.22
（3）确定轴各段直径和长度
1从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，
则轴应该增加5%取①45mm根据计算转矩TC=KA^TI=1.3X518.34=673.84Nm查标准GB/T5014—2003,选用LXZ2型弹性柱销联轴器，半联轴器长度为I仁84mm轴段长L仁82mm
2右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取
①52mm根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为30mm故取
该段长为L2=74mm
③右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6211型轴承，其尺寸为dXDXB=55X1
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