机械设计课程设计二级圆柱齿轮减速器.docx

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机械设计课程设计二级圆柱齿轮减速器

项目一内容

设计计算依据和过程

计算结果

一、选择电动机

1、选择电动机类型

2、选择电动机容量

二、分配传动比

按工作要求选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压

380Vo查手册取机械效率：

V带传动效率q=0.96,滚动轴承效率（一对）n2=0.99，闭式齿轮传动效率n3=0.97,联轴器效率n4=0.99,传动滚筒效率n5=0.96。

"=0.96X0.99X0.97X0.99X0.96=0.825

输出功率：

Fv1600X1.5

Pd==-2.91kw

1000H1000X0.825

二选电动机的功率Ped=3kW

滚筒轴工作转速

60汉1000汉v60汉1000x1.5

nw==r/min=57.32r/min

JiD500兀

nm1420

（1）总传动比：

ia_-_24.77

nw57.32

（2）分配传动装置各级传动比取i0!

=2.75

则减速器的传动比为i=丄=9.0

i01

高级传动比：

i12=』1.4i=J1.4x9.01=3.55低级传动

i

比：

i23——2.54

i12

查手册，根据性价比选择同步转速为1420r/min电动机，选定电动机型号为Y型，额定功率3kw

nw=57.32r/min

i12=、'1.4i

i=9.0

i12=3.55

i23=2.54

三、运动和动力参数计算

0轴（电动机轴）

p°=Pd=2.91kW

n0=nm=1420r/min

P02.91

To=9550=9550N-m=19.57N•m

n01420

1轴（高速轴）

r=r口01=r匕=2.91kWx0.96=2.79kW

ni=n°=1420=516.36r/min

咕2.75

P,2.79

T1=95501=9550N-m=51.60N-m

山516.36

2轴（中间轴）

P2=R匕2=R耳2口3=2.79x0.99x0.97=2.68kW

片516.36

n2=——==145.45r/min

i123.55

P22.68

T2=9550——=9550N-m=175.90N•m

n2145.45

3轴（低速轴）

P3=P2口23=P2J5=2.68汉0.99=<0.97=2.57kW

n2145.45

n3-==57.26r/min

i232.54

P32.57

T3=9550亠=9550N•m=428.63N•m

n357.26

4轴（滚筒轴）

P4=P3H34=匕J“4=2.57x0.99況0.99=2.52kW

n357.26

n4===57.26r/min

i341

P42.52

T4=95504=9550N-m=420.29N•m

n457.26

轴名

功率P/kw

转矩T/Nm

转速

n（r/min

）

传动比

i

输入

输出

输入

输出

电动机轴

2.9

19.57

1420

1轴

2.79

2.76

51.60

51.08

516.36

9

2轴

2.68

2.65

175.90

174.14

145.45

3.55

3轴

2.57

2.54

428.63

424.34

57.26

2.54

滚动轴

2.52

2.49

420.29

416.09

57.26

1

电动机转速no=142Or/min，高速轴n,=516.36r/min,减速器输入额定

功率?

ed=3KW

（1）求计算功率?

c.

根据工作情况系数KA可得KA=1

故?

c.=KAP=13=3KW

（2）选V带型号，选用普通V带

根据mc=3kWn0=1420r/min，查出此坐标点位于A型与Z型

交界处，

故选用A型计算d’=80~100mm

（3）求大小带轮基准直径d2dt

由V带轮最小基准直径表，现取d<,=85mm

n,1420

d2=1d,（1-；）=■85（1-0.02）

n2513.36

=230.42mm

由V带轮标准直径系列取d2=236mm

（4）验算带速

n0二851420

v=——==6.32m/s

601000601000

带速在5~25m/s范围，合适。

（5）

n=516.36r/minn2=145.45r/minn3-57.26r/minn4-57.26r/minP’=2.79kw

P••2.68kw

2

P3-2.57kw

P4-2.52kw

「=51.60N.m

T2=175.90N.mT3=428.63N.m

T4=420.29N.m

dt=85mmd2=236mm

v=6.32m/s

求V带基准长度Ld和中心距a

初步选取中心距

a°=1.5（dt+d2）=1.5（85+236）=481.5mm

取ao=500mm符合0.7（dt+d2）

2

［仃.JT（d2—d1）

带长Lo=2a°+—（dt+d2）+

24a°

2

兀（236—85）

=2x500+（85+236）+）一

24x500

=1000+503.97+11.40=1515.37mm

查V带基准长度Ld表，对A型选用Ld=1600mm

计算实际中心距

Ld—L0

a&a0+

2

1600-1555.49

=500+=522.00mm

2

（6）验算小带轮包角0（!

■qd2—d1o

0（1=180-X57.3

a

0236—854©v

=180X57.3=163.42>120

522.00

合适

（7）求V带轮根数z

z=巳

（P。

+30）50

今n!

=1420r/mindi=85mm

根据单根普通V带轮基本额定功率P0表可知P0=1.0KW

传动比i=一空——=236=2.83

d1（^®）85X（1—0.02）

根据带跟普通V带轮i式1时额定功率增量AP0表可知AP0

=0.17KW

由G1=163.42查表包角修正系数Kq得Ko（=0.97

a=522.00mm

五、各级传动零件参数计算

1、高速级齿轮的有关计算

（1）选择材料及确定需用应力

（2）按齿轮弯曲强度设计计算

查表带长修正系数kL得KL=1

3

z==2.64

（1+0.17）x0.97x1

取3根

（8）求作用在带轮轴上得压力Fq

查V带轮截面尺寸表得q=0.1kg/m

单根V带轮得初拉力

匸500Pc,2.5八2

F0（—1）+qv

zvKa

500x32.52

（—1）+0.1汉6.32

3汉6.320.97

=124.78+3.99=128.77N

作用在轴上得压力

%

Fq-2zFosin

2

16343:

=2x3x128.77xsin=764.56

2

（1）选择材料及确定许用应力，因要求结构紧凑故采用硬齿面组合

小齿轮用40MnB钢，表面淬火，齿面硬度为45~55HRC,

crHlim=1130~1210MPa

fe=690~720Mpa

大齿轮用45钢，表面淬火，齿面硬度为40~50HRC,

取sF=1.25,SH=1

取ZH=2.5,ZE=189.8

匚1】=.2】=归=^=560MPa

SF1.25

tjH1]_hH2】_^^_120°_1200MPa

Sh1

（2）按齿轮齿弯曲强度设计计算

齿轮按9级精度制造，取载荷系数K=1

齿宽系数电=0.6

小齿轮上的转矩

取3根普通V带

查图外齿轮得齿形系数YFa1得

丫Fa1=2.93,YFa2=2.28

由图外齿轮齿根修正系数丫sa1得

中心距

a=mn-乙

21864

=84.89mm

mm

2cos15

（3）验算齿面接触强度

（4）齿轮的圆周速度

2、低速级齿轮的有关计算

（1）选择材料及确定许用应力

（2）按齿面接触强

取a=85mm

确定螺旋角

门俾了1+Z2）2x（18+64）

R_arccos'*_arccos*15.27

2a2x85

齿轮分度圆直径

mnZ12x18

d|———37.32mm

cospcos15.27°

齿宽b=也=0.6疋37.32=22.39mm

取b2=30mmg=35mm

（3）验算齿面接触强度

；2KT1u+1

气bd12u

=189.8X2.5汇Jcos15.27°

；2x1x5.16x1043.56+1

XJ2MPa

\20X37.323.56

=1015.25MPa

女全！

（4）齿轮圆周速度

Jld1n0JlX516.36X37.32

v———1m/s<2m/s

60X100060X1000

故选用9级制造精度时合适的。

（1）采用软齿面

小齿轮用40MnB钢，调质处理，齿面硬度为241~286HBS，

crHlim=680~760MPacrFE=580~610Mpa

大齿轮用45号钢，调质处理，齿面硬度为197~286HBS,

crHlim=550~620MPacrFE2=410~480MPa

由表最安全系数SHSF参考取SF=1.25，SH=1.0

LyH1]==型=700Mpa

Sh1.0

fcrH^-Hlim2=辺=620MPa

Sh1.0

鼻]=毎*=60・=480Mpa

F1SF1.25

k=480=384MPa

F2SF1.25

（2）按齿轮齿接触强度设计计算

mn=2mm

d—37.32mm

d2=132.68mmda1=31.42mm

da2=104.05mmdft=24.67mm

df2=97.3mm

a=85mm

P=15.27：

6=35mm

b2=30mm

度计算

取ZE=189.8（表

11-4）

（3）验算齿轮弯曲强度

齿轮按7级精度制造，取载荷系数K=1

齿宽系数4d=0.5

小齿轮上得转矩T=9.55x106空

“2

取ZE=189.8

=9.551062.68N-mm

145.45

=1.76105N-mm

I2

2K「u+1，ZZEZH'

211.7610

=78.05mm

2.53-1

0.6

2.53

*189.8X2.5

620

取乙=32,Z2=322.54:

-82,故实际传动比i=2.53模数m=H=78.°5=2.44mm

z132

齿宽b=;d1=0.578.05=39.025mm

取b2=40mmb1=45mm

按标准模数表取m=2.5

实际dt=zm=322.5=80mmd2=zm=822.5=205mm

d!

■d280-205

中心距a=-mm=142.5mm

22

（3）验算齿轮弯曲强度

齿形系数YFa1=2.6YSa1=1.63,

YFa2=2.27YSa2=1.76

2KT1YFa1YSa121516002.61.63

bm2Z1452.5232

=48.60MPa-t.F=480MPa

YFa2YSa2

YFag

2.27H1.76

=48.60

2.61.63

=45.80MPa-t:

F2」-384MPa

Z3=30

Z4=76

m=3

6=45mmb2=40mm

dt=80mm

d2=205mm

da1=85mm

da2=210mm

df73.75mm

df2=198.75mm

a=142.5mm

（4）齿轮的圆周速度

二安全

（4）齿轮圆周速度

7：

d1二80145.45

v0.61m/s2m/s

601000601000

故选用9级制造精度时合适的。

六、轴的设计

，三轴的材料选40MnBtr]=40~52MPaC=98~107

轴的C=98

C=118~107二轴的

二轴的材料选45钢，AI-30~40MPa

C=107

轴承轴向载荷系数Y=0

当量动载荷P=1X1522.03+0X0=1522.03N

温度系数ft=1

载荷系数fp=1.2

由于是按10年，一年300天，单班制工作，共24000小时。

轴承预期寿命Lh=24000h

基本额定动载荷:

=7949.54N

查手册选60209轴承，其Cr=31500N>7433.40N所以选60209轴承适用。

高速轴轴承的校核

高速轴：

30204

2「251.60

圆周力Ft1==2765.27N

d,37.3210

径向力Fr1=Ft1tan:

•=2765.27tan20=1006.48N

轴向力FFt1tan：

=2765.27tan15.27=754.94N

查得e=1.5tana=1.5tan12°57'10〃=0.345

X=0.4Y=0.4cot12°57'10〃=1.740

当量动载荷P=0.4X1006.48+1.740X754.94=1716.19N轴承预期寿命Lh=24000h

温度系数ft=1,载荷系数fp=1.2

中间轴轴承的校核

八、键的选择与

校核

查手册，选30204轴承，其Cr-282000N>18657.42N

所以选30204轴承适用。

中间轴：

30207

现按中间轴斜齿轮计算

间中亠2T22075.9

圆周力Ft2=——==4397.5N

d280X10一

径向力Fr2=Ft2tan20=4397.5汉tan20”=1600.56N

查得e-1.5tana-1.5tan14°02'10〃-0.375

X-0.4Y-0.4cot14°02'10〃-1.60

当量动载荷P-0.4X1600.56+1.60X0-640.224N

轴承预期寿命Lh-24000h

温度系数ft-1,载荷系数fp-1.2

径向基本额定动载何值

1

fpp『60n左

C=（——Lh1-4562.50N

查手册，选30207轴承，其Cr-54200N>4562.50N

所以选30207轴承适用。

第一轴带轮处直径dt-19mm键b-6mmh-6mm（倒角c-0.25长度

L-25ti-3.5mm

第二轴带轮处直径d1-30mm键b-8mmh-7mm倒角c-0.5长度

L-25t1-5.0mm

第三轴联轴器直径d2-40mm键b-12mmh-8mm倒角c-0.5长度

L-32t1-5.0mm

九、轴的校核

由题选[erp]=110Mpa;[p]=40Mpa

4T

一轴：

石p==17.92Mpa<[◎p]=110Mpa

pdhlp

4T

二轴：

crp==23.03Mpa<[crp]=110Mpa

P1dhlp

一“4T

二轴：

crp==41.44Mpa<[crp]=110Mpa

1dhl

间中亠2Ti2X318

圆周力Ft___3533.3N

d10.18

/…亠Fttan20°3533.3xtan20°

径向力F「===1286.0N

11

法向力Fa=°

1.求垂直面的支撑反力

齿轮分度圆直径dt=180mm

带轮上外力Fq=864.59N

|1=50.5mm，|2=95mml=145.5mm

d

Fr4—Fa-

F2-

l

1286X95

==839.7N

145.5

F?

v=F「—F1V=（1286—839.7）=446.3N

2.求水平面的支撑反力

Fl3533.3*50.5

F1h=F2h===1226.3N

L145.5

3.绘垂直面的弯矩图

95

Mav=F2vl2=446.3汇=42.4N‘m

1000

^50.5

Mav—F1vl!

—839.7X-42.4Nm

1000

4.绘水平面的弯矩图

50.5

MaH=F1Hh=1266.3疋=63.9N■m

1000

5.求合成弯矩图，考虑到最不利情况

Ma=Mav'MaH=76.7Nm

'i'22~

Ma「MavMaH=76.7Nm

6.求轴传递的转矩

d1180

T=Ft=3533.3318.0Nm

VV1000

7.求危险截面a-a的当量弯矩

认为轴的切应力是脉动循环应力，取折合系数:

-=0.6

/V:

V

Me=Ma亠［:

汀V05.6Nm

8.计算危险截面a-a处轴的直径

轴的材料选用40Cr钢，调质处理，由表查得；壮=750MPa，由

表查得L-±J-70MPa，则

考虑到键对皱的削弱作用，将d值加大5%

d=1.0530.8=32.4mm:

:

:

50mm满足条件

df=（0.5~0.6）df箱盖与箱座联接螺栓直径

取df=10

联接螺栓d2的间距1=150~200

轴承端盖螺钉直径

窥视孔盖螺钉直径

d=（

d3=（0.4~0.5）df

取d3=8

d4=（0.3~0.4）df

取d4=4

0.7〜0.8）d2

取d=7

轴承旁凸台半径Rt=20

J=0,+c°十（5~8）+6

内箱壁至轴承底端面距离112

取l,=50

大齿轮顶圆与内壁距离>1.2§=9.6

齿轮面与内壁距离亠>6=8

箱盖、箱座肋厚m,^0.85^m2拓0.856

轴承端盖外径D2=D+（5〜5.5）d3

轴承端盖凸缘半径t—（1〜1.2）d3—15

箱体及减速器附件说明：

箱壳是安装轴系组件和所有附件的基座，它需具有足够的强度、刚度和良好的工艺性。

箱壳采用HT200灰铸铁铸造而成，易得到美观的外表，还易于切削。

为了保证箱壳有足够的刚度，常在轴承凸台上下做出刚性加固筋。

轴承采用润滑脂润滑，在轴承与轴肩联接处，采用挡油环结构。

防止箱体内全损耗系统用油将油脂洗去。

箱体底部应铸出凹入部分，以减少加工面并使支撑凸缘与地良好接触。

减速器附件：

1）视孔和视孔盖箱盖上一般开有视孔，用来检查啮合，润滑和齿轮损坏情况，并用来加注润滑油。

为了防止污物落入和油滴飞出，视孔需用视孔盖、垫片和螺钉封死。

2）油塞在箱体最底部开有放油孔，以排除油污和清洗减速器。

放油孔平时用螺塞和封油圈封死。

3）油标杆式油标结构简单，使用方便，应用较多，对于中小型减速器，最高油面与最低油面间差值常

取5~10mm。

一般要浸到1~2个齿，但不超过齿轮半径的1/3。

4）吊环、吊耳为了便于搬运减速器，常在箱体上铸出吊环和吊耳。

起吊整个减速器时，一般应使用箱体上的吊环。

对重量不大的中小型减速器，如箱盖上的吊环、吊耳的尺寸根据减速器总重决定，才允许用来起吊整个减速器，否则只用来起吊箱盖。

5）定位销为了加工时精确地镗制减速器的轴承座孔，安装时保证箱盖与箱体的相互位置，再分箱面凸缘两端装有两个直径为A6的圆锥销，以便定位。

长度应大于凸缘的总厚度，使销钉两端略伸凸缘以利拆装。

6）启盖螺钉为保证箱体密封，通常在剖分面上涂水玻璃或密封胶，因而在拆卸时不易分开。

为此需在箱盖凸缘的适当位置设置1~2个启盖螺钉。

启盖螺钉的直径可取与箱盖凸缘联接直径相同，端部应加工为圆柱或半圆形，以免其端部螺纹被损坏。

滚动轴承的外部密封装置：

为了防止外界灰尘、水分等进入轴承，为了防止轴承润滑油的泄漏，在透盖上需加密封装置。

在此，我用的是毡圈式密封。

因为毡圈式密封适用于轴承润滑脂润滑，摩擦面速度不超过4〜5m/s

的场合。

心得小结

机械设计课程设计终于要画上一个不太圆满的句号了，但在这过程中收获了很多，学到了很多。

。

开始接触这门课，我不知道能不能很好的学好这门课，大一的时候曾接触过这门课，自己感觉难度很大，现在却要画出二级圆柱齿轮减速器的装配图，心里更没底了。

随着制图的学习，老师耐心细致的讲解，自己的思考，最后慢慢地将减速器的总体结构，布局要求，制造加工性能，制图的方法等一系列的问题想清楚，减速器的设计也慢慢完成。

这对于我来说确实有点难度，可是，一份耕耘一份收获，努力了就会有收获。

设计之初我总是凭自己的想象去画图，去构造，不讲究很多。

但是经过这一段时间的练习我才发现原来机械制图中还有很多规定，并不是可以随心所欲的。

在表示零件的时候怎么去画，在画装配图时又要注意哪些画图的技巧，联接的画法和表示，尺寸的标注以及