一级减速器的设计说明书终极版解读.docx

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一级减速器的设计说明书终极版解读

一级减速器的设计

姓名：

郭丹阳

班级：

12模具305

学号：

201210230541

指导老师：

曾珠老师

时间：

2013.12.20

一、设计任务书4..

二、选择电动机5.

三、V带的设计计算9.

四、齿轮的设计12

五、轴的设计及计算14

（一）从动轴设计1.4

六、轴承的设计与计算1.7

（一）从动轴上的轴承17

（二）主动轴上的轴承18

七、键连接的选择19

（一）根据轴径的尺寸，选择键19

八、箱体的设计19

（一）减速器附件的选择19

（二）箱体的主要尺寸20

九、润滑和密封的选择，润滑剂的选择及装油量计算21

（一）减速器的润滑21

（二）减速器的密封22

十、设计小结22

十^一、参考文献22

、八、亠

刖言

（一）设计目的：

通过本课程设计将学过的基础理论知识进行综合应用，培养结构设计，计算能力，熟悉一般的机械装置设计过程。

（二）传动方案的分析

机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。

传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。

传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。

合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。

本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。

传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速

带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。

齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。

本设计采用的是单级直齿轮传动。

减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成

、设计任务书1.原始数据

（1）已知条件

输送带工作拉力5kN输送带速度1.4m/s卷筒直径450mm

（2）工作条件

1）工作情况:

两班制工作（每班按8h计算），连续单项运转，载荷变化不大，空

载启动；输送带容许误差±5%;滚筒效率n=0.96。

2）工作环境：

室内，灰尘较大，环境温度30C左右

3）使用期限：

折旧期8年，4年一次大修。

4）制造条件及批量：

普通中、小制造厂，小批量

（3）设计工作

设计说明书一份。

减速器装配图一张。

减速器主要零件的工作图1〜3张。

设计带式运

（简图如

输机传动装置

下）

、选择电动机

设计项目

计算内容

计算结果

电动机类

型

按照工作要求和条件，选用丫系列一般用途的

全封闭自扇冷笼型三相异步电动机

工作所需的功率fw=5000WVw=1.4m/s

nW=0.96m/spw二Fw"Vw=7.29

1000w

电动机的输出功率：

Po=百

总效率口hjg叮化

电动机的

功率

查表1—15（P11）得：

传动效率\=0.96

一对齿轮传动功率*=0.97一对滚动轴承效

率“r=0.99滑块联轴器效率3=0.99

□=0.96X0.97X0.99x0.992=0.903

P0=Pw=8.1

所以选取电动机额定功率使Pm=（1~1.3）P0并

由本手册第一篇有关丫系列电动机技术数据的

Pm"1K

电动机的

转速

传动装置的总传动

表中取电动机的额定功率为Pm=11kW

滚动轴承的转速为：

60Vw60"0x1.4/.匚c/匚/•

nw==r/min二59.45r/min

450汉兀450兀

按［1］手册一篇推荐的各种传动机构传动比的

范围。

取V带传动比ib=2~4单级圆柱齿轮传动

比ig=3~5则总传动比范围为

i=（2X3）~（4X5）=6~20

n，=ig

=（6~20）x59.45r/min=356.7~1189r/min

电动机的冋步转速符合这范围的有750r/min

和1000r/min两种。

为降低电动机的重量和价格由第篇有关表选取冋步转速为1000r/min

的丫系列电动机Y160-6.其满满载转速为

nm=970r/min

1）传动装置的总传动比：

〔皿=9=13

nw5.4

2）分配各级传动比：

由式in."为使V带传

动的外轮廓尺寸不至过大。

取传动比ib=3.5.则

nm=970r/min

i=16.32

比并分配各级传动比

动装置的转速的运动参数和动力参数

齿轮传动的比为：

ig-i—16.32_4.7

gib3.5

1）各轴的转速

I轴：

n,=nm=97°=277.14r/min

ib3.5

II轴：

n口=ni=277.14=58£7r/m

ib4.7

滚筒轴nw=n川=58.97r/min

2）各轴功率n

I轴:

P[=Pm%b=11%0.96=10.56Kw

II轴：

□n

F=P广r汉g=10.56汉0.99汉0.97Kw=10.1

滚筒轴nn

Pw=r汇c=10.14汉0.99汉0.99Kw=9

3）各轴的转矩

电动机轴：

P11

T0=955』=955汉——N=10.3N*m

nm970

I轴：

P1056

T“=9550丄=9550汉N・m=363.89N*m

nI277.14

II轴：

P1014

T”一9550II—9550^'—1642.14N・m

n“58.97

ig=4.7

n】=277.14r/min

n口=58.97r/min

nw=58.97r/min

PL10.56Kw

屯=10.14Kw

巳=9.94Kw

T0=108.3N*m

「=363.89N・m

滚筒轴

P994

Tw=955w=955汉一N=16.75N

r）w58.97

T口=1642.14N•m

TW=1609.75N

参数

轴号

电动机轴

I轴

II轴

滚筒轴

转速n/

（r*min-1）

970

277.14

58.97

功率P/KW

10.56

10.14

9.94

转矩T/（N*m）

108.3

363.89

1642.14

1609.75

传动比i

3.5

4.7

效率？

0.96

0.98

三、V带的设计计算

设计项目

计算内容

计算结果

设计功率

选择带型

传动比

小带轮的

基准直径

大带轮的

基准直径

带速

初定轴间

巳=Ka・P=1.2"1KW=13.2KW

据匕=13.2KW和m=970r/min

由[1]陽图11-3选取

i=比=3.5

r）2

按[1]P459表11-13和表11-14选定

dd1=140mm

dd2=idd1（1-◎=3.5汇140（1-0.02）mm=480.2mm查表

11-13取标准值dd2=500

兀dd1rh3.14X40乂970「一，

v—一-7.11m/s

60勺00060000

因为5m/s"兰25m/s所以v符合要求

按要求取0.7（d1+d2）a。

兰2（d1+d2）

Ka=1.2

Fd=13.2Kw

B型

i=3.5

dd1=140mm

dd2=500mm

v=7.11m/s

a°=837

448_a°_1280a。

二837

L—0・上亠•也空

所需基准

长度

实际轴间

距

小带轮包

角

单根v带

传递的额

定功率

传动比

i=1的额

定功率增

24a°

L“2837mm3・14（14050°）mm

（500-140）

亠mm

4837

=1674mm1004.8mm38.71mm=2690.51mm

据巳43就近原则取Ld=2700mm

Ld-L。

丄2700-2690.51aa°=837mmmm

=842mm

amin=a-0.015Ld=（842-0.0152700mm

=801.5mm

amax=a0.03Ld=（8420.032700）mm

=923mm

务=180_（九-如）573

-180-

（500-140）57.3

842

=156。

-120

符合条件

据dd1和片查表11-11d得

R：

2.08KW

据带型、i查表11-11d得

也R=0.30KW

a二842mm

a1=156。

R=2.08KW

R1=0.30KW

加量

查表11-8:

Ka=0.95

查表11-10:

V带的根

Kl=1.04

数

負Pd

（R7R）KaKL

Z=6

-13・2-561

（2.08十0.30）域0.95".04

取整数Z=6

单根V带

的预紧力

查［1］表11-9q=0.17m/kgm」

F。

=500〈（2.5/Ka）-1）（Fd/Zv）+qv2

=対00姻.5/0.95）—1113.2/（6疋7.11”0.17汉7.112k

=260.6N

F。

=260.6N

作用在轴

F「=2F°Zsin（a1/2）=2^260.6x7sin（157/2）N

上的力

=145.23N

带轮的结

构尺寸

以小轮为例确定其结构尺寸：

由电动机型号知，其轴伸直径d=42mm,长度

E=110mm，故小带轮轴孔直径应取d°=42mm,

毂长应小于110mm

查表11-15，小轮为实心轮。

F「=145.23N

按比例绘制齿轮图（见附页一）

四、齿轮的设计

设计项目

计算内容

计算结果

1.选择齿轮材料和热处理工艺

2.按齿面接触疲劳强度设计

3.小齿轮许用接触应力

4.小齿轮转矩

5.齿宽因数

6.载荷因

小齿轮选用45钢调质处理，齿面平均硬度

220HBS大齿轮选用45钢正火，齿面平均硬度180HBS.

此齿轮为闭式软齿轮传动，按齿面接触疲劳强度设计

查⑵R32表4-21，BH】=485N/mm2

「—9550汉10.56—363.89N*m

277.14

屮d=0.8~1.2

小齿轮45钢调

质220HBS大

齿轮45钢正火

180HBS

kH】=485N/mm"

T=363.89N*m

取屮d=1

K=1.5

7.小齿轮

分度圆直

径

8.确定几

何尺寸

9.校核小齿根弯曲

疲劳强度

K=1.2~2

取6"，•二-i=4.7

则小齿轮直径为:

di^CmA3m''-

=17663

\1X485

108

KTi

1.5363.894.71

'4.7

取Z^27，Z2JZ1=4.727=126.9

m，

1驚4模数取标准值，

m=4

分度圆直径d=mzd2二mz2=4127二508

中心距a=mZ1Z2=427127=308

齿宽b=dd1=1108=108，取b2=108mm、

S=b25~10mm=112mm

查［2］表4-21，

>~f1=400N/mm2>~fL=290N/mm2

复合齿形因素Yfs查图10-30,Yfs1=4.3,Yfs2=3.99

按式（10-30）计算齿根弯曲应力J

CF1二

CmAmK「YFS1

bd1m

=100.63N/mm2

d1二108mm

m=4

d1二108mm

d2=508mm

a=308mm

b^112mm

b2=108mm

］=400N/mm2

L，f2=290N/mm2

1312.631.5363.894.3

108"08汉4

N/mm

G’=100.63N/mm2弯；二2=93.38N/mm2

曲疲劳强度足

Yfsi4.3

五、轴的设计及计算

选轴的材料为45号钢，调质处理。

查［2］表14-3知

强度极限匚B=600MPa,屈服极限匚S二200MPa,弯曲疲劳极限匚/二55MPa,

2、按扭转强度估算轴的最小直径

单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，

从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为：

d—C3p

按扭转强度初估轴的直径，查［2］表14-2得c=118〜107,取

c=112则：

从动轴：

dXC3i』mm=1123：

1004mm=63mm

Fn1107

考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取d=65mm

3、轴的结构设计

轴结构设计时，需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固

定方式，按比例绘制轴系结构草图

（见附页二）

1）、联轴器的选择

可采用弹性柱销联轴器，查［1］表7-5可得联轴器的型号为：

GY7凸缘联轴器丫55112GB/T5843-2003

丫55灯12

主动端：

丫型轴孔、A型键槽、d^i=42mm、L=112mm;

从动端：

丫型轴孔、A型键槽、d1=65mm、L=112mm;

2）、确定轴上零件的位置与固定方式

单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置

在齿轮两边。

轴外伸端安装联轴器，齿轮靠油环和套筒实现

轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴

承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，轴通

过两端轴承盖实现轴向定位，联轴器靠轴肩平键和过盈配合

分别实现轴向定位和周向定位。

3）确定各段轴的直径

将估算轴d=50mn作为外伸端直径d1与联轴器相配，

考虑联轴器用轴肩实现轴向定位，取第二段直径为d2=60mm

齿轮和右端轴承从右侧装入，考虑装拆方便以及零件固定的要求，装

轴承处d3应大于d2,取d3=65mm为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大于d3，取d4=70mm齿轮右端用用套筒固定，左端用轴肩定位，轴肩直径d^80mm,满足齿轮定位的同时，还应满足左侧轴承的安装要求，根据选定轴承型号确定.右端轴承型号与左端轴承相同，取

d6=65mm

4）选择轴承型号.由表16-2及表16-4初选深沟球轴承，代号为6213,查机械设计手册可得：

轴承宽度B=23,安装尺寸dam.=74mm,,选轴肩直径d5=80mm.

5）确定各段轴的长度

I段：

di=50mm长度取Li=82mm

II段:

d2=60mm长度取L2=64mm

III段直径d3=65mm此段安装轴承，轴承右端靠套筒定位，轴承左端靠轴承盖定位初选用6213深沟球轴承，其内径为65mm宽度为

23mm取轴肩挡圈长为10mm

L3=5+10+11.5+11.5=38mm

W段直径d4=70mm此段安装从动齿轮，由上面的设计从动齿轮齿宽

b=116mmL4116—5=111mm

V段直径d5=78mm.长度L5=12mm

W段直径d^65mm，长度Le=24mm

由上述轴各段长度可算得轴支承跨距

L二（11.5+12+45）x2=137mm

4、轴的强度校核

按弯矩复合强度计算

从动齿轮分度圆直径d^360mm,此段轴直径d=70mm

1）绘制轴受力简图（如图a）

齿轮所受转矩

作用在齿轮上的圆周力：

Ft=2T/d=23.64105/360N=2022N

径向力：

Fr=Ftan200=2022xtan200=4523N

该轴两轴承对称，所以La=Lb=L=68.5mm

2）求垂直面的支承反力

Fay=FbyFr4523=2261.5N

求水平面的支承反力

Faz=FbzFt2202N=1101N

3）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

M1二局L/2=2261.5X68.5X10"/2=77.5N•m

截面C在水平面上弯矩为：

M2二氐L/2=1101X68.5Xp」/2=37.7N•m

221/2221/2

M=（Mc1+M2）=（77.5+37.7）=6081.65N•m

Mec二[MC+（aT）2]1/2

二[60812+（0.6X363.89）2]1/2=567.4N•m

轴的材料选用45钢，调制处理，由表14-1查得二B=650MPa，由表

14-3查得匕门】=60MPa，则

Mec567.4『I

二e七3丁Pa=16.6MPa:

：

I-仆，60MPa

0.1d0.1汉70汉10

•••该轴强度足够。

六、轴承的设计与计算

（一）从动轴上的轴承

由初选的轴承的型号为：

6213,查表6-1（课程设计手册）可

知:

d=65mm,外径D=120mm,宽度B=23mm基本额定动载荷

C「=57.2kN,基本额定静载荷Cor=40.0kN极限转速6300r/min

根据设计条件要求，轴承预计寿命为Lh=5X300X16=24000h

1/T

轴承基本额定动载荷为C=—^―Lh:

ft<106丿

转速n=107r/min,ft=1,（表16-8）fp=1.5（表16-9）

对于球轴承；-3

1/3

缶M1.5^906‘60x107»ccc”“““八“

所以C=6—x24000I=7286N=7.286kN

1<106丿

因为Cr=57.2kN，所以C:

：

Cr，故所选轴承适用

（二）主动轴上的轴承

由初选的轴承的型号为：

6216,查表6-1（课程设计手册）可知:

d=80mm,

外径D=140mm宽度B=26mm基本额定动载荷C^31.5kN,基本额定静载荷c°r=20.5kN极限转速9000r/min

根据设计条件要求，轴承预计寿命为Lh=5X300X16=24000h

轴承基本额定动载荷为C=fP罟LhJ

深沟球轴承只考虑径向载荷，则当量动载荷P=F^940.5N

转速n=429r/min,ft=1,（表16-8）fp=1.5表16-9）

对于球轴承；二3

所以C=15940■&色笄24000=12015N=12.015kN

1V106丿

因为Cr=57.2kN，所以C:

Cr，故所选轴承适用

七、键连接的选择

（一）根据轴径的尺寸，选择键

键1,主动轴与V带轮连接的键为：

GB/T1096键10X8X63

键2,主动轴与小齿轮连接的键为：

GB/T1096键14X9X70

键3,从动轴与大齿轮连接的键为：

GB/T1096键20X12X70

键4,从动轴与联轴器连接的键为：

GB/T1096键16X10X80

查［1］（表6-2）

八、箱体的设计

（一）减速器附件的选择

通气器：

由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M12X

1.5

油面指示器：

选用游标尺M12

起吊装置：

采用箱盖吊耳、箱座吊耳

放油螺塞：

选用外六角油塞及垫片M12<1.5

根据［1］选择适当型号：

起盖螺钉型号：

GB/T5782-2000M12X45,材料5.8

高速轴轴承盖上的螺钉：

GB5783-86M8X25,材料5.8

低速轴轴承盖上的螺钉：

GB5782-2000MX25,材料5.8

螺栓：

GB5782-2000M16X120,材料5.8

（二）箱体的主要尺寸

（1）箱座壁厚：

、=0.025a+1=0.025X308+仁8、7

取=10mms

（2）箱盖壁厚：

、「=0.85、=8.5mm

取4=10mm

⑶箱盖凸缘厚度：

6=1.5」=1.5X10=15mm

⑷箱座凸缘厚度：

b=1.5=1.5X10=15mm

（5）箱座底凸缘厚度：

b2=2.5=2.5X10=25mm

（6）地脚螺钉直径：

df=0.047a+8=0.047X308+8=22.4mm

取df=24mm

⑺地脚螺钉数目：

n=4

（8）轴承旁连接螺栓直径：

d1=0.75df=0.75X24=18mm

取d1=20mm

（9）盖与座连接螺栓直径：

d2=（0.5-0.6）df=12〜14.4mm

取d2=12mm

（10）连接螺栓d2的间距：

L=150〜200mm

（11）轴承端盖螺钉直径：

d3=（0.4-0.5）df=9.6〜12mn取d3=10mm

（12）检查孔盖螺钉直径：

d4=6mm

（13）定位销直径：

d=（0.7-0.8）d2=7〜8mm取d=8mm

（14）df、d1、d2至外箱壁距离G=24mm

（15）df、d2至外箱壁距离C=22mm

（16）轴承旁凸台半径R=G=22mm

（17）凸台高度：

根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准（18）外箱壁至轴承座端面的距离：

Li=G+G+（5〜8）=52mm（19）铸造过度尺寸x=3mm,y=15mm,R=5mm

（20）大齿轮顶圆与内箱壁间的距离：

.12：

取M=14mm

（21）齿轮端面与内箱壁间的距离厶2…取®"2mm

22）箱盖、箱座肋厚：

m°85小亦取29mm

ms：

0.856=8.5mm,取m=9mm

（23）轴承端盖外径为：

D2=D^（5〜5.5）da,D-轴承外径

小轴承端盖D2=180mm大轴承端盖D2=200mm

（24）轴承旁连接螺栓距离S:

取S=200mm.

九、润滑和密封的选择，润滑剂的选择及装油量计算

（一）减速器的润滑

1.齿轮的润滑

采用浸油润滑，由于为单级圆柱齿轮减速器，速度v<12m/s,当m<20时，浸油深度h约为1个齿高，但不小于10mm所以浸油高度约为36mm

2.滚动轴承的润滑

由于轴承周向速

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