机械设计课程设计-同轴式二级圆柱齿轮减速器.doc
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机械设计课程设计—同轴式二级圆柱齿轮减速器
目录
一、设计任务书 1
二、传动方案的拟定及说明 1
三、电动机的选择 3
四、计算传动装置总传动比和分配各级传动比 3
五、计算传动装置的运动和动力参数 4
六、传动件的设计计算 5
1. V带传动设计计算 5
2. 斜齿轮传动设计计算 7
七、轴的设计计算 12
1. 高速轴的设计 12
2. 中速轴的设计 15
3. 低速轴的设计 19
精确校核轴的疲劳强度 22
八、滚动轴承的选择及计算 26
1. 高速轴的轴承 26
2. 中速轴的轴承 27
3. 低速轴的轴承 29
九、键联接的选择及校核计算 31
十、联轴器的选择 32
十一、减速器附件的选择和箱体的设计 32
十二、润滑与密封 33
十三、设计小结 34
十四、参考资料 35
设计计算及说明
结果
一、设计任务书
设计一用于带式运输机上同轴式二级圆柱齿轮减速器
1.总体布置简图
2.工作情况:
工作平稳、单向运转
3.原始数据
F=
（KN）
运输带速度（m/s）
卷筒直径（mm）
5.5
0.75
410
4.设计内容
（1）电动机的选择与参数计算
（2）斜齿轮传动设计计算
（3）轴的设计
（4）滚动轴承的选择
（5）键和联轴器的选择与校核
（6）装配图、零件图的绘制
（7）设计计算说明书的编写
5.设计任务
（1）减速器总装配图1张（0号或1号图纸）
（2）齿轮、轴零件图各一张（2号或3号图纸）
（3）设计计算说明书一份
二、传动方案的拟定及说明
如任务书上布置简图所示，传动方案采用V带加同轴式二级圆柱齿轮减速箱，采用V带可起到过载保护作用，同轴式可使减速器横向尺寸较小。
6设计计算及说明
结果
三、电动机的选择
1.电动机类型选择
按工作要求和工作条件，选用一般用途的Ｙ（IP44）系列三相异步电动机。
它为卧式封闭结构。
2.电动机容量
（1）卷筒轴的输出功率
；
电动机的输出功率
传动装置的总效率
式中，为从电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。
由《机械设计课程设计》（以下未作说明皆为此书中查得）表2-4查得：
V带传动；滚动轴承；圆柱齿轮传动；弹性联轴器；传动滚筒效率；则
故因为P标准为（1—1.3）倍的Pd
（2）电动机额定功率
由第二十章表20-1选取电动机额定功率。
3.电动机的转速
由表2-1查得V带传动常用传动比范围，由表2-2查得两级同轴式圆柱齿轮减速器传动比范围，则电动机转速可选范围为
设计计算及说明
结果
可见同步转速为1500r/min和3000r/min的电动机均符合。
这里初选同步转速分别为1500r/min
如下表：
选定电动机型号为Y132S-4。
4.电动机的技术数据和外形、安装尺寸
由表20-1、表20-2查出Y90L-4型电动机的主要技术数据和外形、安装尺寸，并列表记录备份。
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
Y132S-4
5.5
1500
1440
2.2
2.3
H
D
E
G
K
L
Ｆ
质量（kg）
90
24
50
20
10
340
８
81
四、计算传动装置总传动比和分配各级传动比
1.传动装置总传动比
2.分配各级传动比
取V带传动的传动比，则两级圆柱齿轮减速器的传动比为
所得符合一般圆柱齿轮传动和两级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。
设计计算及说明
结果
五、计算传动装置的运动和动力参数
1.各轴转速
电动机轴为0轴，减速器高速轴为Ⅰ轴，中速轴为Ⅱ轴，低速轴为Ⅲ轴，各轴转速为
2.各轴输入功率
按电动机额定功率计算各轴输入功率，即
3.各轴转矩
电动机轴
高速轴Ⅰ
中速轴Ⅱ
低速轴Ⅲ
轴Ⅳ
转速（r/min）
1440
480
130.4
35.4
35.4
功率（kW）
5.5
5.28
5.07
4.87
4.77
转矩（）
36.5
105.05
369.18
1298.03
1291.38
传动比i
3
3.66
3.66
1
效率η
0.96
0.99×0.97
0.99×0.99
0.96
设计计算及说明
结果
六、传动件的设计计算
1.V带传动设计计算
（1）确定计算功率
由于是带式输送机，每天工作两班，查《机械设计》（V带设计部分未作说明皆查此书）表8-7得，工作情况系数
（2）选择V带的带型
由、由图8-11选用A型
（3）确定带轮的基准直径并验算带速
①初选小带轮的基准直径。
由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径
②验算带速v。
按式（8-13）验算带的速度
故带速合适。
③计算大带轮的基准直径。
根据式（8-15a）,计算大带轮基准直径
根据表8-8，圆整为
（4）确定V带的中心距a和基准长度
①根据式（8-20），初定中心距。
②由式（8-22）计算带所需的基准长度
由表8-2选带的基准长度
A型
设计计算及说明
结果
③按式（8-23）计算实际中心距a。
中心距变化范围为502.5～514.5mm。
（5）验算小带轮上的包角
（6）确定带的根数
①计算单根V带的额定功率
由和，查表8-4a得
根据，i=3和A型带，查表8-4b得
查表8-5得，查表8-2得,
②计算V带的根数z。
取4根。
（7）计算单根V带的初拉力的最小值
由表8-3得Z型带的单位长度质量q=0.1kg/m，所以
应使带的实际初拉力
（8）计算压轴力
4根
设计计算及说明
结果
2.直齿轮传动设计计算
按低速级齿轮设计：
小齿轮转矩，小齿轮转速，传动比。
（1）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
①选用直齿圆柱齿轮
②运输机为一般工作机器，速度不高，故选7级精度（GB10095-88）
③由《机械设计》（斜齿轮设计部分未作说明皆查此书）表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS。
④选小齿轮齿数：
大齿轮齿数
（2）按齿面接触强度设计
按式（10-21）试算，即
①确定公式内各计算数值
a）试选载荷系数
b）小齿轮传递的传矩
c）由表10-7选取齿宽系数
d）由表10-6查得材料弹性影响系数
e）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限
f）由式10-13计算应力循环次数：
直齿圆柱齿轮
7级精度
设计计算及说明
结果
g）由图10-19查得接触疲劳寿命系数
h）计算接触疲劳许用应力：
取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得
②计算
a）试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得
b）计算圆周速度
c）齿宽b及模数mnt
d）计算载荷系数K
由表10-2查得使用系数
根据，7级精度，由图10-8查得动载系数；
由表10-4查得=1.436.；
表10-3查得；
图10-13查得
设计计算及说明
结果
故载荷系数：
e）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得
f）计算模数
（3）按齿根弯曲强度设计
由式（10-17）
①确定计算参数
a）计算载荷系数
b）查取齿形系数
由表10-5查得
c）查取应力校正系数
由表10-5查得
d）计算弯曲疲劳许用应力
由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限
设计计算及说明
结果
由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数
取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得
e）计算大、小齿轮的，并加以比较
大齿轮的数值大
②设计计算
对比计算的结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取，已可满足弯曲强度。
但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。
于是有
取，则
实际传动比：
传动比误差：
允许
（4）几何尺寸计算
①分度圆直径
②计算中心距
将中心距圆整为231mm
③齿轮宽度取
设计计算及说明
结果
由于是同轴式二级齿轮减速器，因此两对齿轮取成完全一样，这样保证了中心距完全相等的要求，且根据低速级传动计算得出的齿轮接触疲劳强度以及弯曲疲劳强度一定能满足高速级齿轮传动的要求。
为了使中间轴上大小齿轮的轴向力能够相互抵消一部分，故高速级小齿轮采用左旋，大齿轮采用右旋，低速级小齿轮右旋大齿轮左旋。
高速级
低速级
小齿轮
大齿轮
小齿轮
大齿轮
传动比
3.66
模数（mm）
3
中心距（mm）
231
齿数
33
121
33
121
齿宽（mm）
105
100
105
100
直径（mm）
分度圆
99
363
99
363
齿根圆
91.5
355.5
91.5
355.5
齿顶圆
105
369
105
369
旋向
左旋
右旋
右旋
左旋
设计计算及说明
结果
七、轴的设计计算
1.高速轴的设计
（1）高速轴上的功率、转速和转矩
转速（）
高速轴功率（）
转矩T（）
480
5.28
105.05
（2）作用在轴上的力
已知高速级齿轮的分度圆直径为=99，根据《机械设计》（轴的设计计算部分未作说明皆查此书）式（10-14），则
（3）初步确定轴的最小直径
先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。
选取轴的材料为45钢，调质处理。
根据表15-3，取,于是得
（4）轴的结构设计
1）拟订轴上零件的装配方案（如图）
ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ
设计计算及说明
结果
2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
①为了满足V带轮的轴向定位，Ⅰ-Ⅱ轴段右端需制出一轴肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直径dⅡ-Ⅲ=30mm。
V带轮与轴配合的长度L1=118mm，为了保证轴端档圈只压在V带轮上而不压在轴的端面上，故Ⅰ-Ⅱ段的长度应比L1略短一些，现取LⅠ-Ⅱ=115mm。
②初步选择滚动轴承。
因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。
参照工作要求并根据dⅡ-Ⅲ=35mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30208，其尺寸为d×D×T=40mm×80mm×19.75mm，故dⅢ-Ⅳ=dⅦ-Ⅷ=40mm；而LⅢ-Ⅳ=18+18=36mm，LⅤ-Ⅵ=10mm。
右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。
由手册上查得30208型轴承的定位轴肩高度h=4.5mm，因此，套筒左端高度为4.5mm，dⅤ-Ⅵ=48mm。
③取安装齿轮的轴段Ⅳ-Ⅴ的直径dⅣ-Ⅴ=42mm，取LⅣ-Ⅴ=100mm齿轮的左端与左端轴承之间采用套筒定位。
④轴承端盖的总宽度为30mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。
根据轴承端盖的装拆，取端盖的外端面与V带轮右端面间的距离L=30mm，故取LⅡ-Ⅲ=60mm。
至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。
3）轴上零件的轴向定位
V带轮与轴的周向定位选用平键8mm×7mm×63mm，V带轮与轴的配合为H7/r6；齿轮与轴的周向定位选用平键12mm×8mm×80mm，为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合为H7/m6；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。
4）确定轴上圆角和倒角尺寸
参考表15-2，取轴端倒角，各圆角半径见图
轴段编号
长度（mm）
直径（mm）
配合说明
Ⅰ-Ⅱ
115
30
与V带轮键联接配合
Ⅱ-Ⅲ
60
35
定位轴肩
Ⅲ-Ⅳ
36
40
与滚动轴承30208配合，套筒定位
Ⅳ-Ⅴ
100
40
与小齿轮键联接配合
Ⅴ-Ⅵ
10
42
定位轴环
Ⅵ-Ⅶ
18
40
与滚动轴承30208E配合
总长度
333mm
（5）求轴上的载荷
首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。
在确定轴承支点位置时，从手册中查取a值。
对于30208型圆锥滚子轴承，由手册中查得a=12mm。
因此，轴的支撑跨距为
L1=118mm，L2+L3=97.5+90=187.5mm。
根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。
从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面C是轴的危险截面。
先计算出截面C处的MH、MV及M的值列于下表。
设计计算及说明
结果
设计计算及说明
结果
载荷
水平面H
垂直面V
支反力F
，
C截面弯矩M
总弯矩
扭矩
（6）按弯扭合成应力校核轴的强度
根据式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取，轴的计算应力
已选定轴的材料为45钢，调质处理。
由表15-1查得。
因此，故安全。
2.中速轴的设计
（1）中速轴上的功率、转速和转矩
转速（）
中速轴功率（）
转矩T（）
131.15
5.07
369.18
（2）作用在轴上的力
已知高速级齿轮的分度圆直径为，根据式（10-14），则
安全
设计计算及说明
结果
（3）初步确定轴的最小直径
先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。
选取轴的材料为45钢，调质处理。
根据表15-3，取,于是得
（4）轴的结构设计
1）拟订轴上零件的装配方案（如图）
ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ
2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
①初步选择滚动轴承。
因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。
参照工作要求并根据dⅠ-Ⅱ=dⅤ-Ⅵ=40mm，由轴承产品目录中初步选取标准精度级的单列圆锥滚子轴承30308，其尺寸为d×D×T=40mm×90mm×25.25mm，故LⅠ-Ⅱ=LⅤ-Ⅵ=25+20=45mm。
两端滚动轴承采用套筒进行轴向定位。
由手册上查得30308型轴承的定位轴肩高度h=4.5mm，因此，左边套筒左侧和右边套筒右侧的高度为4.5mm。
②取安装大齿轮出的轴段Ⅱ-Ⅲ的直径dⅡ-Ⅲ=45；齿轮的左端与左端轴承之间采用套筒定位。
③为了使大齿轮轴向定位，取dⅢ-Ⅳ=50mm，又由于考虑到与高、低速轴的配合，取LⅢ-Ⅳ=105mm。
至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。
设计计算及说明
结果
3）轴上零件的轴向定位
大小齿轮与轴的周向定位都选用平键14mm×9mm×70mm，为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。
4）确定轴上圆角和倒角尺寸
参考表15-2，取轴端倒角，各圆角半径见图
轴段编号
长度（mm）
直径（mm）
配合说明
Ⅰ-Ⅱ
45
40
与滚动轴承30308配合，套筒定位
Ⅱ-Ⅲ
100
45
与大齿轮键联接配合
Ⅲ-Ⅳ
105
50
定位轴环
Ⅳ-Ⅴ
92
45
与小齿轮键联接配合
Ⅴ-Ⅵ
45
40
与滚动轴承30308配合
总长度
387mm
（5）求轴上的载荷
首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。
在确定轴承支点位置时，从手册中查取a值。
对于30308型圆锥滚子轴承，由手册中查得a=19mm。
因此，轴的支撑跨距为
L1=76mm，L2=192.5mm，L3=74.5mm。
根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。
从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面C是轴的危险截面。
先计算出截面C处的MH、MV及M的值列于下表。
载荷
水平面H
垂直面V
支反力F
C截面弯矩M
总弯矩
扭矩
设计计算及说明
结果
设计计算及说明
结果
（6）按弯扭合成应力校核轴的强度
根据式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取，轴的计算应力
已选定轴的材料为45Cr，调质处理。
由表15-1查得。
因此，故安全。
3.低速轴的设计
（1）低速轴上的功率、转速和转矩
转速（）
中速轴功率（）
转矩T（）
35.83
4.87
1298.03
（2）作用在轴上的力
已知低速级齿轮的分度圆直径为，根据式（10-14），则
（3）初步确定轴的最小直径
先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。
选取轴的材料为45钢，调质处理。
根据表15-3，取，于是得
（4）轴的结构设计
1）拟订轴上零件的装配方案（如图）
ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ
安全
设计计算及说明
结果
2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
①为了满足半联轴器的轴向定位，Ⅵ-Ⅶ轴段左端需制出一轴肩，故取Ⅴ-Ⅵ段的直径dⅤ-Ⅵ=64mm。
半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=118mm，为了保证轴端档圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故Ⅵ-Ⅶ段的长度应比L1略短一些，现取LⅥ-Ⅶ=112mm。
②初步选择滚动轴承。
因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。
参照工作要求并根据dⅤ-Ⅵ=64mm，由轴承产品目录中初步选取标准精度级的深沟球轴承6013，其尺寸为d×D×B=70mm×110mm×20mm，故dⅠ-Ⅱ=dⅣ-Ⅴ=70mm；而LⅠ-Ⅱ=20mm，LⅣ-Ⅴ=20+20=40mm。
左端滚动轴承采用轴环进行轴向定位。
由表15-7查得6014型轴承的定位高度h=6mm，因此，取得dⅡ-Ⅲ=82mm。
右端轴承采用套筒进行轴向定位，同理可得套筒右端高度为6mm。
③取安装齿轮出的轴段Ⅲ-Ⅳ的直径dⅢ-Ⅳ=75mm；齿轮的右端与右端轴承之间采用套筒定位。
已知齿轮轮毂的宽度为98mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取lⅢ-Ⅳ=87mm。
④轴承端盖的总宽度为30mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。
根据轴承端盖的装拆，取端盖的外端面与联轴器左端面间的距离L=30mm，故取LⅤ-Ⅵ=60mm。
至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。
3）轴上零件的轴向定位
半联轴器与轴的联接，选用平键为18mm×11mm×112mm，半联轴器与轴的配合为H7/k6。
齿轮与轴的联接，选用平键为20mm×12mm×112mm，为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6。
4）确定轴上圆角和倒角尺寸
参考表15-2，取轴端倒角，各圆角半径见图
轴段编号
长度（mm）
直径（mm）
配合说明
Ⅰ-Ⅱ
38
70
与滚动轴承6014配合
Ⅱ-Ⅲ
10
80
轴环
Ⅲ-Ⅳ
100
75
与大齿轮以键联接配合，套筒定位
Ⅳ-Ⅴ
40
70
与滚动轴承6014配合
Ⅴ-Ⅵ
60
64
与端盖配合，做联轴器的轴向定位
Ⅵ-Ⅶ
112
60
与联轴器键联接配合
总长度
360mm
设计计算及说明
结果
设计计算及说明
结果
（5）求轴上的载荷
首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。
在确定轴承支点位置时，从手册中查取a值。
对于30314型圆锥滚子轴承，由手册中查得a=31
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