同轴式二级圆柱直齿轮减速器的设计.docx
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同轴式二级圆柱直齿轮减速器的设计
设计说明书
1、选择电动机
1）电动机功率计算P
工作机功率：
=
=2.5kw
电动机需要功率：
Pd=Pw/η
总效率：
其中，η1_________联轴器，为0.99
η2_________III轴轴承效率，为0.99
η3_________低速级齿轮啮合效率，为0.97
η4_________II轴轴承效率，为0.99
η5_________高速级齿轮啮合效率，为0.96
η6__________I轴轴承效率，为0.99
Η7_________皮带效率，为0.96
故，η=0.86
Pd=2.5/0.86=2.9kw
2）电动机转速计算
工作机转速nw=14r/min
电动机转速:
nd=nw*i总*iV带
其中：
i总=8~40i总为减速器总传动比
iV带取5iV带为皮带传动比
故nd=560~2800r/min
3）选定电动机
根据求出的P、n查手册。
选定电动机：
型号：
Y100L2—4、
同步转速n=1500r/min、满载转速nm=1430r/min、
额定功率P额=3kw
2、传动比的分配
i总*iV带=nm/nw=1430/14=102.1
其中，i总=i高*i低，且i高=i低
故，i总=i低2=20.4
故，i低=4.5，i高=4.5
3、计算各轴的n，P，T
1）各轴转速
电动机轴:
nm为1430r/min
I轴:
nI=nm/5=286r/min
II轴:
nII=nI/i高=63.6r/min
III轴：
nIII=nII/i低=14.1r/min
2）各轴输入功率
电动机轴:
Pd=Pw/ŋ总=2.9kw
I轴:
PI=Pd*ŋ9=2.8kw
II轴:
PII=PI*ŋ78=2.7kw
III轴：
PIII=PII*ŋ56=2.6kw
3）各轴扭矩T
电动机轴：
Td=9550*Pd/nm=19.4N*m
I轴：
TI=Td*ŋ9=18.6N*m
II轴：
TII=TI*ŋ78*i高=79.6N*m
III轴：
TIII=TII*ŋ56*i低=344N*m
4、齿轮的设计计算
（一）、高速级齿轮的设计计算
1、选定尺寸类型、精度等级、材料及齿数
1）、选定圆柱直齿轮传动
2）、螺旋输送机机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度
3）、选定材料：
由表10-1选择小齿轮材料为40Cr调制，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢调制，硬度为240HBS
4）、选定小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数
2、按齿面接触强度计算
由设计公式进行试算，即
（1）、确定公式内各计算数值
1）、试选载荷系数Kt=1.3。
2）、计算小齿轮传递的扭矩
3）、由表10-7选取宽度系数Фd=1。
4）、由表10-6查得材料的弹性影响系数
5）、由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限为
=600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限为
=550MPa。
6）、由式10-13计算应力循环次数
7）、由图10-19取接触疲劳系数KHN1=0.9,KHN2=0.98
8）、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
1）、计算小齿轮分度圆直径
，代入
中较小者的值
=62.5544mm
2）、计算圆周速度v
3）、计算齿宽b
4）、计算齿宽与齿高之比b/h
模数
齿高
齿轮宽高比为：
5）、计算载荷系数
根据圆周速度v，7级精度，由图10-8查得动载荷系数Kv=1.11
直齿轮，
；
由表10-2查得使用系数
=1
由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，
=1.35
由b/h、KHB查图10-13得
故载荷系数
6）、按实际载荷系数矫正所算得的分度圆直径，由式10-10a得
7）、计算模数m
3、按齿根弯曲强度设计
由式10-5得弯曲强度设计公式为
（1）、确定公式内的各计算数值
1）、由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限、大齿轮的弯曲强度极限
2）、由图10-18取弯曲疲劳寿命系数
3）、计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式10-12得
4）、计算载荷系数K
5）、查取齿形系数
由表10-5得齿形系数
6）、查取应力校正系数
由表10-5查得
7）、计算大、小齿轮的YFa*YSa/[aF],并加以比较
（2）、设计计算
=2.0007
取两次计算较小的模数m=2.0007
将模数就近圆整为标准值得m=2.5
按另一种方法计算出来的分度圆直径d=65.785mm
计算小齿轮齿数
取z1为z1=27
大齿轮齿数z2=z1*i=122
4、几何尺寸计算
（1）、计算分度圆直径
d1=z1*m=67.54mm
d2=z2*m=305mm
（2）、计算中心距
a=（d1+d2）/2=186.25mm
（3）、计算齿轮宽度
b=Фd*d1=67.5mm
取B2=68mm,B1=72mm
（2）、低速级齿轮的设计计算
设计步骤同高速级齿轮设计，设计计算结果如下：
模数m=4
齿数：
z1=27，z2=122
分度圆直径：
d1=108mm，d2=488mm
中心距：
a=298mm
齿宽：
B1=116mm，B2=112mm
因减速器为同轴式，故高速级齿轮中心距与低速级齿轮中心距应相等，为满足齿轮强度要求，故高速级齿轮应按照低速级齿轮设计。
因此，高速级与低速级齿轮参数均如下所示：
模数m=4
齿数：
z1=27，z2=122
分度圆直径：
d1=108mm，d2=488mm
中心距：
a=298mm
齿宽：
B1=112mm，B2=108mm
5、轴的设计计算与强度校核
（1）、高速轴的设计计算
1、已知条件：
轴的输入功率P、转速n、转矩T分别为：
P=2.8kW，n=286r/min，T=18.6Nm
2、初步确定轴的最小直径
先按式15-2初步确定轴的最小直径。
选取轴的材料为45钢，调质处理。
查表取A0=112，则最小直径
取安全系数S=1.3，最小直径为dmin=31mm
3、轴的结构设计
（1）、最小直径处显然是安装皮带轮，取皮带轮宽度为50，为保证其与轴端挡圈充分接触，应取轴的长度略小于其宽度,故，取第1段轴的长度和轴径分别为l1=49mm，d1=31mm，
（2）联轴器采用轴肩定位，取轴肩高度为4mm，故第2段轴径和长度分别为l2=50mm，d2=39mm，
（3）、初步确定滚动轴承型号
查设计手册，确定滚动轴承为6209，其尺寸为
故，第3段轴的轴径和长度分别为d3=45mm，l3=40mm，
（4）、第4段轴安装高速级齿轮，考虑到齿轮应与定位块充分接触，故应取轴的长度略短于齿轮宽度，现已知齿轮宽度为B=112mm，则，取第四段轴的轴径和长度分别为d4=50mm，l4=111mm，
（5）、齿轮采用轴肩进行定位，取轴肩高度为h=7mm,宽度为10mm，则第5段轴的轴径和长度分别为d5=64mm，l5=10mm。
（6）、第6段轴应考虑到轴承的安装尺寸，故其轴径和长度分别为
d6=56mm，l6=10mm。
（7）、第7段轴安装轴承，故d7=d3，则其轴径和长度分别为d7=45mm，l7=19mm。
（二）、中间轴的设计计算
1、已知条件：
轴的输入功率P、转速n分别为：
P=2.7kW，n=63.6r/min
2、初步确定轴的最小直径
先按式15-2初步确定轴的最小直径。
选取轴的材料为45钢，调质处理。
查表取A0=112，则最小直径
取安全系数S=1.2，故最小直径为dmin=48mm
3、轴的结构设计
（1）、最小直径处显然是安装滚动轴承，查设计手册，初步确定滚动轴承的型号为6210，基本尺寸为
，取轴承距箱体内壁距离为10，高速级小齿轮距箱体内壁距离为10，则第1段轴的轴径及长度分别为d1=50mm，l1=41mm
（2）、第2段轴安装中间轴大齿轮，由前面设计可知大齿轮宽度B=108，为保证齿轮与固定块的充分接触，应取轴的长度略小于齿轮宽度,故第2段轴的长度和轴径分别取l2=107mm，d2=65mm
（3）、齿轮采用轴肩定位，为保证两对齿轮能够正确啮合，取轴肩宽度为120mm，高度h=7mm，故第3段轴的轴径和长度分别为l3=120mm，d3=80mm
（4）、第4段轴安装中间轴小齿轮，为保证小齿轮与定位块充分接触，应取轴长略小于齿轮宽度。
前面已计算得小齿轮宽度为B=112mm，故，轴径和轴长分别为d4=65mm,l4=111mm
（5）、第5段轴安装轴承，取中间轴小齿轮距箱体内壁的距离为10mm，则d5=50mm，l5=41mm。
（三）、输出轴的设计计算
1、已知条件：
轴的输入功率P、转速n分别为：
P=2.6kW，n=14.1r/min
2、初步确定轴的最小直径
先按式15-2初步确定轴的最小直径。
选取轴的材料为45钢，调质处理。
查表取A0=112，则最小直径
取安全系数S=1.1，故最小直径为dmin=69.6
3、轴的结构设计
（1）、最小直径处显然是安装联轴器，查设计手册，确定联轴器的型号为LX5-Y，基本尺寸为
，为保证其与轴端挡圈充分接触，应取轴的长度略小于其宽度,故，取1段轴的长度和轴径分别为l1=141mm，d1=71mm。
（2）联轴器采用轴肩定位，取轴肩高度为5mm，故第2段轴径和长度分别为l2=50mm，d2=81mm。
（3）、初步确定滚动轴承型号
查设计手册，确定滚动轴承为6217，其尺寸为
故，第3段轴的轴径和长度分别为d3=85mm，l3=49mm。
（4）、第4段轴安装低速级齿轮，考虑到齿轮应与定位块充分接触，故应取轴的长度略短于齿轮宽度，现已知齿轮宽度为B=108mm，则，取第四段轴的轴径和长度分别为d4=90mm，l4=107mm。
（5）、齿轮采用轴肩进行定位，取轴肩高度为7mm，故d5=104mm，l5=10mm。
（6）、第6段轴应考虑到轴承的安装尺寸，故其轴径和长度分别为
d6=100mm，l6=10mm。
（7）、第7段轴安装轴承，故d7=d3，则其轴径和长度分别为
d7=85mm，l7=28mm。
（4）、输出轴的强度校核
1、求作用在齿轮上的力
已知齿轮的分度圆直径为
，而，
轴计算简图及载荷方向如下图所示。
则，
垂直方向，
，即
水平方向，
2、做出弯矩图和扭矩图
根据轴的计算简图和各力的值，做出弯矩图和扭矩图如下
3、按弯扭合成应力校核轴的强度
通过弯矩图和扭矩图可以明显看出，轴上齿轮处承受最大弯矩和扭矩，为危险截面。
根据式15-5及齿轮处的数据，以及单向旋转、扭转切应力为动脉循环变应力，取a=0.6，轴的应力为
前面已经选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得
故安全。
6、轴承的寿命校核（输出轴）
根据轴承寿命的计算公式
其中，查设计手册可得，深沟球轴承6217的基本额定动载荷
Cr=83.2kN，P为轴的输入功率，为2.6kW，n为轴的转速，为14.1r/min，代入计算公式，得出轴承的工作寿命为
而减速器的要求工作寿命为
因为
，故轴承符合要求。
7、键的选取与强度校核
（1）、输入轴键的选择
1、输入轴与皮带轮采用键连接，根据
d=31mm，l=49mm
查设计手册，选择键的型号为
C键10X45GB/T1096-2003
2、输入轴齿轮与输入轴采用键连接，根据
d=50mm，l=111mm
查设计手册，选取键的型号为
键14X100GB/T1096-2003
（2）、中间轴键的选择
1、中间轴大齿轮与轴的连接采用键连接，根据
d=65mm，l=107mm
查设计手册，选择键的型号为
键18X100GB/T1096-2003
2、中间轴小齿轮与轴的连接采用键连接，根据
d=65mm，l=111mm
查设计手册，选择键的型号为
键18X100GB/T1096-2003
（3）、输出轴键的选取
1、输出轴与联轴器连接处采用键连接，根据
d=71mm，l=141mm
查设计手册，选取键的型号为
C键20X125GB/T1096-2003
2、输出轴与输出轴齿轮连接处采用键连接，根据
d=90mm，l=107mm,
查设计手册，选取键的型号为
键25X1001096-2003
（4）、输出轴与输出轴齿轮连接处键的校核
1、已知条件
传递的转矩T=344000N·mm
轴的直径d=90mm
2、查设计手册可得
键的截面尺寸 b×h=25x14mm
键的长度 L=100mm
键的有效长度 L0=75mm
接触高度 k=5.6mm
许用应力 [σp]=110MPa
3、计算应力
4、校核计算结果：
，满足
八、减速箱的润滑与密封的选择
1.润滑方式的选择
在减速器中，良好的润滑可以减少相对运动表面间的摩擦﹑磨损和发热，还可起到冷却﹑散热﹑防锈﹑冲洗金属磨粒和降低噪声的作用，从而保证减速器的正常工作及寿命。
齿轮圆周速度：
高速齿轮
低速齿轮
由于V不均小于2m/s，所以轴承采用油润滑润滑，齿轮靠机体油的飞溅润滑。
2.润滑油的选择
由于该减速器是一般齿轮减速器，故选用N200工业齿轮油
3.密封方式的选择
输入轴和输出轴的外伸处，为防止润滑脂外漏及外界的灰尘等造成轴承的磨损或腐蚀，要求设置密封装置。
因用脂润滑，所以采用毛毡圈油封，即在轴承盖上开出梯形槽，将毛毡按标准制成环形，放置在梯形槽中以与轴密合接触；或在轴承盖上开缺口放置毡圈油封，然后用另一个零件压在毡圈油封上，以调整毛毡密封效果，它的结构简单。
所以用毡圈油封。
9、箱体的设计
名称
计算公式
结果
机座壁厚δ
δ=0.025a+1≥8
10mm
机盖壁厚δ1
δ1=0.02a+1≥8
10mm
机座凸缘壁厚
b=1.5δ
15mm
机盖凸缘壁厚
b1=1.5δ1
15mm
机座底凸缘壁厚
b2=2.5δ
25mm
地脚螺钉直径
df=0.036a+12=17.904
20mm
地脚螺钉数目
a<250,n=4
4
轴承旁联接螺栓直径
d1=0.75
16mm
箱盖与箱座联接螺栓直径d2
d2=（0.5～0.6）
12mm
联接螺栓d2间距
L=150～200
160mm
轴承盖螺钉直径
d3=（0.4～0.5）
10mm
窥视孔螺钉直径
d4=（0.3～0.4）
8mm
定位销直径
d=（0.7～0.8）
10mm
轴承旁凸台半径
R
=C
Rf=24mm
R1=20mm
R2=16mm
轴承盖螺钉分布圆直径
D1=D+2.5d3
（D为轴承孔直径）
D11=97mm
D12=105mm
D13=125mm
轴承座凸起部分端面直径
D2=D1+2.5d3
D21=122mm
D22=130mm
D23=150mm
大齿顶圆与箱体内壁距离Δ1
Δ1>1.2δ
14mm
齿轮端面与箱体内壁距离Δ2
Δ2>δ
10mm
df,d1,d2至外机壁距离
C1=1.2d+（5～8）
C1f=30mm
C11=20mm
C12=20mm
df,d1,d2至凸台边缘距离
C2
C2f=24mm
C21=20mm
C22=16mm
机壳上部（下部）凸缘宽度
K=C1+C2
Kf=54mm
K1=40mm
K2=36mm
轴承孔边缘到螺钉d1中心线距离
e=（1～1.2）d1
16mm
轴承座凸起部分宽度
L1≥C1f+C2f+（3～5）
58mm
吊环螺钉直径
dq=0.8df
16mm
10、减速器附件的选用
1.观察孔盖
由于减速器属于中小型，查表确定尺寸如下（单位：
mm）
检查孔尺寸
检查孔盖尺寸
B
L
b1
L1
b2
L2
R
孔径d4
孔数n
68
120
100
150
84
135
5
6.5
4
2.通气器
设在观察孔盖上以使空气自由溢出，现选通气塞。
查表确定尺寸如下：
D
D
D1
S
L
l
a
d1
M20×1.5
30
25.4
22
28
15
4
6
3.游标
选游标尺，为稳定油痕位置，采用隔离套。
查表确定尺寸如下：
d
d1
d2
d3
h
a
b
c
D
D1
M12
4
12
6
28
10
6
4
20
16
4.油塞
d
D0
L
h
b
D
S
e
d1
H
M18×1.5
25
27
15
3
28
21
24.2
15.8
2
5.吊环螺钉
d
d1
D
d2
h1
l
h
r1
r
a1
d3
a
b
D2
h2
d1
M16
14
34
34
12
28
31
6
1
6
13
4
16
22
4.5
62
6.定位销
为保证箱体轴承座的镗制和装配精度，需在箱体分箱面凸缘长度方向两侧各安装一个圆锥定位销。
定位销直径d=（0.7～0.8）d2,d2为凸缘上螺栓直径，长度等于分箱面凸缘总厚度。
7.起盖螺钉
为便于开启箱盖，在箱盖侧边凸缘上安装一个起盖螺钉，螺钉螺纹段要高出凸缘厚度，螺钉端部做成圆柱形。
第三章设计总结
作为一名机械设计制造及自动化大三的学生，我觉得能做类似的课程设计是十分有意义，而且是十分必要的。
在已度过的大三的时间里我们大多数接触的是专业基础课。
我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去锻炼我们的实践面？
如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？
我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。
在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当数查阅大量的设计手册了。
为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计手册是十分必要的，同时也是必不可少的。
我们是在作设计，但我们不是艺术家。
他们可以抛开实际，尽情在幻想的世界里翱翔，我们是工程师，一切都要有据可依.有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。
参考文献
1.《机械原理》孙桓、陈作模、葛文杰主编高等教育出版社2006年
2.《机械设计》濮良贵纪名刚主编高等教育出版社2001年
3.《机械设计手册》吴宗泽﹑罗圣田主编高等教育出版社1993年
4.《机械设计课程设计》刘俊龙﹑何在洲主编机械工业出版社1992年
5.《机械设计课程设计》卢颂峰﹑王大康主编北京工业大学出版社1993年
6.《机械设计课程设计》蔡广新主编机械工业出版社2002年
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