1、课程设计 机械设计 二级圆柱齿轮减速器设计机械设计课 程 设 计摘 要齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器,用于原动机和工作机或执行机构之间,起匹配转速和传递转矩的作用。齿轮减速器的特点是效率高、寿命长、维护简便，因而应用极为广泛。本设计讲述了带式运输机的传动装置二级圆柱齿轮减速器的设计过程。首先进行了传动方案的评述，选择齿轮减速器作为传动装置，然后进行减速器的设计计算（包括选择电动机、设计齿轮传动、轴的结构设计、选择并验算滚动轴承、选择并验算联轴器、校核平键联接、选择齿轮传动和轴承的润滑方式九部分内容）。运用AutoCAD软件进行齿轮减速器的二
2、维平面设计，完成齿轮减速器的二维平面零件图和装配图的绘制。关键词：齿轮啮合 轴传动 传动比 传动效率目 录1、引言 12、电动机的选择 22.1. 电动机类型的选择 22.2电动机功率的选择 22.3确定电动机的转速 23、计算总传动比及分配各级的传动比 43.1. 总传动比 43.2分配各级传动比 44、计算传动装置的传动和动力参数 54.1.电动机轴的计算 54.2.轴的计算(减速器高速轴) 54.3.轴的计算(减速器中间轴) 54.4.轴的计算(减速器低速轴) 64.5.轴的计算(卷筒轴) 65、传动零件V带的设计计算 75.1.确定计算功率 75.2.选择V带的型号 75.3.确定带轮
3、的基准直径dd1 dd2 75.4.验算V带的速度 75.5.确定V带的基准长度Ld和实际中心距a 75.6.校验小带轮包角1 85.7.确定V带根数Z 85.8.求初拉力F0及带轮轴的压力FQ 85.9.设计结果 96、减速器齿轮传动的设计计算 106.1.高速级圆柱齿轮传动的设计计算 106.2.低速级圆柱齿轮传动的设计计算 117、轴的设计 147.1.高速轴的设计 147.2.中间轴的设计 157.3.低速轴的设计 168、滚动轴承的选择 209、键的选择 2010、联轴器的选择 2111、齿轮的润滑 2112、滚动轴承的润滑 2113、润滑油的选择 2214、密封方法的选取 22结
4、论 23致 谢 24参考文献 252、电动机的选择2.1. 电动机类型的选择按已知的工作要求和条件，选用Y型全封闭笼型三相异步电动机。2.2电动机功率的选择Pd=Fv/(1000w)由电动机的至工作机之间的总效率为。w=123324561、2、3、4、5、6分别为带的传动、齿轮传动的轴承、齿轮传动、齿轮传动联轴器、卷筒轴的轴承、卷筒的效率。则w=0.960.9930.9720.970.980.96=0.82Pd=Fv/(1000w)=25001.710000.82=5.2kw2.3确定电动机的转速卷筒轴的工作转速为nW =601000VD=6010001.7300=108.28rmin取V带传
5、动比i 1=2 4。 齿轮传动比i2=840。则总传动比为i总=16160故电动机转速的可选范围nd=i总nW =16160108.28rmin=173217325rmin符合这一范围的同步转速有3000 rmin，再根据计算出的容量，由参考文献【1】 查得Y132s1-2符合条件型号额定功率同步转速满载转速Y132s1-25.5 kw3000rmin2900rmin3、计算总传动比及分配各级的传动比3.1. 总传动比i总=n电动/nW=2900/108.28=26.783.2分配各级传动比i1为V带传动的传动比 i1的范围（24） i1=2.5i2为减速器高速级传动比i3为低速级传动比i4为
6、联轴器连接的两轴间的传动比 i4 =1i总= i1 i2 i3 i4i2 i3=26.78/2.5=10.71i2=(1.3 i2 i3)1/2=3.7i3=2.94、计算传动装置的传动和动力参数4.1.电动机轴的计算n0=nm=2900rmin P0= Pd =5.2kw T09550P0n095505.22900=17.12N.m4.2.轴的计算(减速器高速轴)n1=n0i1 =29002.5=1160rminP1=P015.20.964.99kwT19550P1n1带95504.99116041.1N.m4.3.轴的计算(减速器中间轴)n2=n1i2=11603.7=313.51 rmi
7、nP2=P1223=4.990.9920.97=4.75kwT29550P2n295504.75313.51144.57 N.m4.4.轴的计算(减速器低速轴)n3=n2i3=313.512.9108.11rminP3P22344.750.990.970.974.42kwT39550P3n395504.42108.11390.53 N.m4.5.轴的计算(卷筒轴)n4=n3108.11rminP4P3564.420.980.964.16kwT49550P4n495504.16108.11367.41 N.m5、传动零件V带的设计计算5.1.确定计算功率 PC=KAP额=1.15.5=6.05
8、kw5.2.选择V带的型号 由PC的值和主动轮转速，由【1】图8.12选A型普通V带。5.3.确定带轮的基准直径dd1 dd2由【1】表8.6和图8.12 选取dd180mm ，且dd180mmdmin75mm 大带轮基准直径为。 dd2dd1n0n1=2900801160200mm按【1】表8.3选取标准值dd2200mm 则实际传动比i， i dd2dd1200802.5主动轮的转速误差率在5内为允许值5.4.验算V带的速度 Vdd1n06000012.14ms 在525 ms范围内5.5.确定V带的基准长度Ld和实际中心距a按结构设计要求初定中心距a0=500mm L02 a0dd1dd
9、22dd2dd124 a0 1000280216022000 =1446.8mm 由【1】表8.4选取基准长度Ld1400mm 实际中心距a为 aa0LdL02 1000+14001446.82 476.6mm5.6.校验小带轮包角1180dd2dd1a 57.3 18020080476.6 57.3 165.6120合格 5.7.确定V带根数Z ZPcP0 PcP0P0KKcP01.221.291.2229002800320028001.24kwP0Kbn011Ki 0.00102752900111.1373 0.3573kwKL0.96K0.97 Z6.051.240.35730.970.
10、964.06圆整得Z=45.8.求初拉力F0及带轮轴的压力FQ 由【1】表8.6查得q0.1kgm F0500Pc2.5K1zVqV2 113N 轴上压力Fq为 Fq2Fzsin165.6221134sin165.62 894.93N 5.9.设计结果 选用4根A1400GBT115441997的V带 中心距476.6mm 轴上压力894.93N 带轮直径80mm和200mm6、减速器齿轮传动的设计计算6.1.高速级圆柱齿轮传动的设计计算6.1.1.选择齿轮材料及精度等级 小齿轮选用45号钢调质,硬度为220250HBS。大齿轮选用45号钢正火，硬度为170210HBS。因为是普通减速器 故选
11、用9级精度 ，要求齿面粗糙度Ra3.26.3m6.1.2.按齿面接触疲劳强度设计T1=41.1Nm=41100Nmm由【1】表10.11查得K=1.1选择齿轮齿数 小齿轮的齿数取25，则大齿轮齿数Z2=i2Z1=92.5,圆整得Z1=93，齿面为软齿面，由【1】表10.20选取d=1由【1】图10.24查得 HLim1 =560 MPa HLim2 =530 MPa 由表【1】10.10查得 SH=1 N1=60njLh=6011601( 1030016) 3.34109 N2= N1 i2=3.341093.7=9.08108 查【1】图10.27知 ZNT1=0.9 ZN=1 H1= ZN
12、T1HLim1SH0.95601=504 MPa H2= ZNT2HLim2SH15301 =530 MPa 故d176.43KT1i21di2H1213 =76.431.1411003.7113.7504213 =46.62mm m= d1Z1=46.6225=1.86 由【1】表10.3知 标准模数 m=26.1.3.计算主要尺寸d1=m Z1=225=50mm d2=m Z2=293=186mm b=dd1=150=50mm 小齿轮的齿宽取 b2=50mm 大齿轮的齿宽取 b1=55m a=mZ1Z22=225932=118m6.1.4.按齿根弯曲疲劳强度校核 查【1】表10.13得 Y
13、F1 =2.65 YF2=2.18 应力修正系数YS 查【1】表10.14得 YS1=2.21 YS2=1.79 许用弯曲应力F 由【1】图10.25查得 Flim1 =210 MPa Flim2 =190 MPa 由【1】表10.10差得 SF=1.3 由【1】图10.26查得 YNT1=YNT2=0.9 有公式(10.14)可得 F1= YNT1Flim1SF =2100.91.3=145.38 MPa F2= YNT2Flim2SF =1900.91.3=131.54 MPa 故 F1 =2KT YF YSbm2Z1=76.19MPaF1=145.38MPa F2 =F1YF2YS2YF
14、1YS176.192.211.792.651.59 71.53MPaF2 131.54MPa所以齿根弯曲强度校核合格。6.1.5.检验齿轮圆周速度 Vd1n1600003.14501160600003.03 m/s 由【1】表10.22可知选9级精度是合适的6.2.低速级圆柱齿轮传动的设计计算6.2.1.选择齿轮材料及精度等级 小齿轮选用45号钢调质,硬度为220250HBS。大齿轮选用45号钢正火，硬度为170210HBS。因为是普通减速器 故选用9级精度 ，要求齿面粗糙度Ra3.26.3m6.2.2.按齿面接触疲劳强度设计T2=144.57Nm=145000Nmm n2=313.51rmi
15、n由【1】表10.11查得K=1.1选择齿轮齿数 小齿轮的齿数取31，则大齿轮齿数Z2=i3Z1=89.9,圆整得Z1=90，齿面为软齿面，由【1】表10.20选取d=1由【1】图10.24查得 HLim1 =550 MPa HLim2 =530 MPa 由表【1】10.10查得 SH=1 N1=60njLh=60313.511( 1030016) 9.03108 N2= N1 i3=9.031082.9=3.11108 查【1】图10.27知 ZNT1=1 ZN=1.06 H1= ZNT1HLim1SH15501=550 MPa H2= ZNT2HLim2SH1.065301 =562 MP
16、a 故d176.43KT1i21di3H1213 =76.431.11450002.9112.9550213 =68.02mm m= d1Z1=68.0231=2.2 由【1】表10.3知 标准模数 m=2.56.2.3.计算主要尺寸d1=m Z1=2.531=77.5mm d2=m Z2=2.590=225mm b=dd1=177.5=77.5mm 大齿轮的齿宽取 b2=80mm 小齿轮的齿宽取 b1=85mm a=mZ1Z22=23190)2=151.25m6.2.4.按齿根弯曲疲劳强度校核 查【1】表10.13得 YF1 =2.53 YF2=2.22 应力修正系数YS 查【1】表10.1
17、4得 YS1=1.64 YS2=1.79 许用弯曲应力F 由【1】图10.25查得 Flim1 =210 MPa Flim2 =190 MPa 由【1】表10.10差得 SF=1.3 由【1】图10.26查得 YNT1=YNT2=1 有公式(10.14)可得 F1= YNT1Flim1SF =21011.3=162 MPa F2= YNT2Flim2SF =19011.3=146 MPa 故 F1 =2KT YF YSbm2Z1=85.4MPaF1=162MPa F2 =F1YF2YS2YF1YS185.42.221.792.531.64 81.8MPaF2 146MPa所以齿根弯曲强度校核合
18、格。6.2.5.检验齿轮圆周速度 Vd1n1600003.1477.5313.51600001.27 m/s 由【1】表10.22可知选9级精度是合适的7、轴的设计7.1.高速轴的设计7.1.1.选择轴的材料及热处理由已知条件知减速器传递的功率属于小功率 ，对材料无特殊要求 ，故选用45号钢并经调质处理。7.1.2.按钮转强度估算直径 根据表【1】表14.1得C107118 P1=4.99Kw，又由式 d1CP1n113 d11071184.9911601317.519.35 mm 考虑到轴的最小直径要连接V带，会有键槽存在故将估算直径加大35。取为18.0320.32mm 由设计手册知标准直
19、径为20mm7.1.3.设计轴的直径及绘制草图确定轴上零件的位置及固定方式 此轴为齿轮轴，无须对齿轮定位。轴承安装于齿轮两侧的轴段采用轴肩定位，周向采用过盈配合。确定各轴段的直径，由整体系统初定各轴直径。轴颈最小处连接V带d1=20mm，d2=27mm，轴段3处安装轴承d3=30mm，齿轮轴段d4=38mm，d5=d3=30mm。确定各轴段的宽度由带轮的宽度确定轴段1的宽度，B=(Z-1)e+2f（由【1】表8.5得）B=63mm，所以b1=75mm；轴段2安装轴承端盖，b2取45mm，轴段3、轴段5安装轴承，由【2】附表10.2查的，选6206标准轴承，宽度为16mm，b3=b5= 16mm
20、；齿轮轴段由整体系统决定，初定此段的宽度为b4=175mm。 按设计结果画出草图，如图1-1。图1-17.2.中间轴的设计7.2.1.选择轴的材料及热处理由已知条件知减速器传递的功率属于小功率 ，对材料无特殊要求 ，故选用45号钢并经调质处理。7.2.2.按钮转强度估算直径 根据表【1】表14.1得C107118 P2=4.75Kw，又由式 d1CP2n213 d11071184.75313.511326.7529.5 mm 由设计手册知标准直径为30mm7.2.3.设计轴的直径及绘制草图确定轴上零件的位置及固定方式 此轴安装2个齿轮，如图2-1所示，从两边安装齿轮，两边用套筒进行轴向定位，周
21、向定位采用平键连接，轴承安装于齿轮两侧，轴向采用套筒定位，周向采用过盈配合固定。确定各轴段的直径，由整体系统初定各轴直径。轴段1、5安装轴承，d1=30mm，轴段2、4安装齿轮，d2=35mm，轴段3对两齿轮轴向定位，d3=42mm，d4=35mm，d5=d1=30mm。确定各轴段的宽度如图2-1所示，由轴承确定轴段1的宽度，由【2】附表10.2查的，选6206标准轴承，宽度为16mm，所以b1= b5=33mm；轴段2安装的齿轮轮毂的宽为85mm，b2取83mm，轴段4安装的齿轮轮毂的宽为50mm，b4=48mm。按设计结果画出草图，如图2-1。图2-17.3.低速轴的设计7.3.1.选择轴
22、的材料及热处理由已知条件知减速器传递的功率属于小功率 ，对材料无特殊要求 ，故选用45号钢并经调质处理。由【1】表14.7查的强度极限b650MP，再由表14.2得需用弯曲用力1b60MPa。7.3.2.按钮转强度估算直径 根据【1】表14.1得C107118 P3=4.42Kw，T3390.53 N.mn3108.11rmin又由式 d1CP3n313 d11071184.42108.111337.4541.3 mm考虑到轴的最小直径要安装联轴器，会有键槽存在故将估算直径加大35。取为38.5743.37mm由设计手册知标准直径为40mm7.3.3.设计轴的直径及绘制草图确定轴上零件的位置及
23、固定方式 如图3-1所示，齿轮的左右两边分别用轴肩和套筒对其轴向固定，齿轮的周向固定采用平键连接，轴承安装于轴段2和轴段6 处，分别用轴肩和套筒对其轴向固定，周向采用过盈配合固定。确定各轴段的直径，由整体系统初定各轴直径。轴颈最小处连接轴承d1=40mm，轴段2轴段6处安装轴承d2=d6=45mm， d3=53mm，轴段4对齿轮进行轴向定位，d4=63mm，轴段5安装大齿轮，d5= 56mm。确定各轴段的宽度由联轴器的宽度确定轴段1的宽度，选用HL型弹性柱销联轴器，由【2】附表9.4查得选HL3型号，所以b1取94mm；轴段2安装轴承端盖和轴承，由【2】附表10.2查的，选6209标准轴承，宽
24、度为b2取65mm，由整体系统确定轴段3取65mm，b4=12.5mm，轴段5安装的齿轮轮毂的宽为80mmb5=78mm，轴段6安装轴承和套筒，b6=38.5mm。按设计结果画出草图。如图3-1。 7.3.4.按弯扭合成强度校核轴径画出轴的受力图。（如图3-2）做水平面内的弯矩图。（如图3-3） 圆周力 FT 2T3d39053022253471.38N 径向力 FrFttan3471.380.3641263.58N 支点反力为 FHAL2FTL1L23471.38126681262254.61N FHcL1FTL1L23471.386868126 1216.77N B-B截面的弯矩 MHB左
25、FHAL12254.6168153313.48 N.mm MHB右FHCL21216.77126153313.02 N.mm做垂直面内的弯矩图。（如图3-4） 支点反力为FVAL2FrL1L2）1263.5812668126820.58 N FVcL1FrL1L21263.586868126442.90 N B-B截面的弯矩 MVB左FVAL1820.586855806.24N.mm MVB右FVCL2442.9012655805.40N.mm做合成弯矩图。（如图3- 5） 合弯矩 Me左MHB左2MVB左2 12 153313.48255806.242 12 163154.4 N.mmMe右
26、MHB右2MVB右2 12 153313.02255805.402 12163153.68 N.mm求转矩图。（如图3- 6） T39550P3n395504.42108.11390.53 N.m求当量弯矩。修正系数0.6 MeM2T212285534.21 N.mm确定危险截面及校核强度。 eBMeW285534.210.1（50）316.26MPa 查【1】表14.2得知 满足1b 60MPa的条件 故设计的轴有足够的强度，并有一定的余量。图3-18、滚动轴承的选择轴型号d（mm）D（mm）B（mm）高速轴6206306216中间轴6206306216低速轴62094585199、键的选择
27、 由【1】表14.8查得，选用A型普通平键轴轴径（mm）键宽（mm）键高（mm）键长（mm）高速轴206660中间轴35108703510840低速轴40128845616106810、联轴器的选择 低速轴和滚筒轴用联轴器连接，由题意选LT型弹性柱销联轴器，由【2】附表9.4查得HL3联轴器型号公称扭矩（Nm）许用转速（rmin）轴径（mm）轴孔长度（mm）D（mm）HL36305000406016011、齿轮的润滑采用浸油润滑，由于低速级周向速度低，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为35mm。12、滚动轴承的润滑如果减速器用的是滚动轴承，则轴承的润滑方法可以根据齿轮或蜗杆的圆周速度来选择：圆周速度在2ms3ms以上时，可以采用飞溅润滑。把飞溅到箱盖上的油，汇集到箱体剖分面上的油沟中，然后流进
