1、一级圆柱齿轮减速器的设计计算机械设计课程设计课题名称 一级圆柱齿轮减速器的设计计算 系 别 应用工程系 专 业 机电一体化 班 级 机电113 姓 名 XXX 学 号 XXXX 指导老师 XXXX 完成日期 2012年05月30日 第一章 绪论第二章 课题题目及主要技术参数说明2.1 课题题目 2.2 主要技术参数说明 2.3 传动系统工作条件2.4 传动系统方案的选择 第三章 减速器结构选择及相关性能参数计算3.1 减速器结构3.2 电动机选择3.3 动力运动参数计算第四章 齿轮的设计计算4.1 齿轮材料和热处理的选择4.2 传动零件尺寸的设计计算第五章 轴的设计计算5.2 轴几何尺寸的设计
2、计算5.2.按照扭转强度初步设计轴的最小直径 5.3轴的结构设计 5.4轴的强度校核 第七章 轴承、键和联轴器的选择 6.2 键的选择计算及校核绪 论本论文主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了机械设计基础、机械制图、工程力学、公差与互换性等多门课程知识，并运用AUTOCAD软件进行绘图，因此是一个非常重要的综合实践环节,也是一次全面的、 规范的实践训练。通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。主要体现在如下几个方面：（1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化
3、和扩展了相关机械设计方面的知识。（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。（4）加强了我们对Office软件中Word功能的认识和运用.第二章 课题题目及主要技术参数说明2.1课题题目带式输送机传动系统中的减速器。要求传动系统中含有单级圆柱齿轮减速器及V带传动。2.2 主要技术参数说明 输送带的最大有效拉力F=5.2KN，输送带的工作速度V=1.0 m/
4、s，输送机滚筒直径D=250 mm。2.3 传动系统工作条件 皮带输送机单向运动，又轻微震动,两班制工作,使用年限5年，输送机带轮轴转速的允许误差为上偏差百分之五下偏差百分之五，小批量生产，每年工作300天。2.4 传动系统方案的选择第三章 减速器结构选择及相关性能参数计算3.1 减速器结构本减速器设计为水平剖分，封闭卧式结构。3.2 电动机选择（一）工作机的功率Pw =FV/1000w（二）总效率 电动机总效率=124344w=0.960.9840.9720.990.96=0.79（三）所需电动机功率 =Pw/=Fv/1000=52001/10000.79=6.6KW (四)电动机的转速 卷
5、筒轴工作转速为nW =601000V/D=6010001/.014250=76.43r/min 电动机可选范围：nd=(i1i2in)nw=(18100) 76.43 r/min =(1375.747643) r/min 根据电动机的技术特性，符合这一范围电动机的同步转速有1500 r/min 和3000 r/min ，有二种适合的电动机型号可供选择。 传动比方案电动机型号额定功率/KW同步转速满载转速1Y132S-27.53000 r/min2920 r/min2Y132M-47.51500 r/min1440 r/min综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量和价格，选择方案1比较合适。因此选定
6、电动机的型号为Y132S2-2。 3.3动力运动参数计算 （1）各轴的功率 I轴的输入功率： P1 = Pd1 = 6.60.96 =6.33 (kw) II轴的输入功率：P2 = P123 =6.330.980.97=6.01(kw) III轴的输入功率：P3 = P223=6.010.980.97 =5.71(kw) 轴的输入功率: P4 =P324=5.710.980.99=5.54 (kw) (2)各轴的转速： n1 =nm/i1=2920/4.5 r/min =648.89 r/min II轴的转速：n2 =n1/i2=nm/i1i2=648.89/3 r/min =216.30 r
7、/min 轴的转速：n3= n2/i3 = nm/i1i2i3=216.30/2.9=74.59 r/min 轴的转速：n4= n3=74.59 r/min （3）各轴的转矩为：Td=pd/nm9550 =6.6/29209550 Nm =21.59 Nm 轴的输入转矩 ：T1 =Tdi1n1= 21.59 Nm4.50.96=93.27 Nm 轴的输入转矩：T2=T1i223=93.27 Nm30.980.97=265.99 Nm 轴的输入转矩 ：T3=T2i323=265.99 Nm2.90.980.97=733.27 Nm 轴的输入转矩：T4 =T324 = 733.27 Nm0.980
8、.99=711.42 Nm 讲上述数据列表如下：参数电动机轴轴轴轴轴 转速 n /(r.min-1) 292064889216.3074.5974.59 输入功率P/KW6.66.336.015.715.54输入转矩T/( Nm)21.5993.27265.99733.27711.42传动比i4.50.963 0.952.9 0.951 0.95效率 第四章 齿轮的设计计算4.1 齿轮材料和热处理的选择 小齿轮选用45号钢，调质处理，HB236 大齿轮选用45号钢，正火处理，HB1904.2 齿轮几何尺寸的设计计算 (1) 皮带轮传动的设计计算 由表得：kA=1.2PC=KAP=1.25.2=
9、6.24KW由图查得：选用A型V带（2）确定带轮基准直径，并验算带速推荐的小带轮基准直径为75100mm则取dd1=100mmdmin=120dd2=n1/n2dd1=360mm实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=216r/min转速误差为：n2-n2/n20.05(允许)带速V：V=dd1n1/601000=5120度（能满足要求）（5）确定带的根数Z=PC/P=PC/(P1+P1)KKL=6.24/(0.95+0.11) 0.960.96=6.39取Z=7根。所采用V带为B-2500*2( 3 )、齿轮传动的设计计算（1）选择齿轮材料及精度等级考虑减速器传递功率不在，所以齿轮采用软齿面
10、。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240260HBS。大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度220HBS；选7级精度。齿面精糙度Ra1.63.2m(2)按齿面接触疲劳强度设计由d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3确定有关参数如下：传动比i齿=4.5取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=4.520=90实际传动比I0=90/2=45齿数比：u=i0=4.5取d=0.9(3)转矩T1T1P1/n19550106=6.33/648.899550106=9875.11（Nm） (4) 选载荷系数K由原动机为电动机，工作机为带式输送机，载荷平稳，齿轮在两轴承间对称布置。取K1.1
11、 (5) (5)许用接触应力HH= HlimZNT/SH：HlimZ1=570Mpa HlimZ2=250Mpa接触疲劳的寿命系数：ZNT1=0.92 ZNT2=0.98通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0H1=Hlim1ZNT1/SH=5700.92/1.0Mpa=524.4MpaH2=Hlim2ZNT2/SH=2500.98/1.0Mpa=245Mpa故得：d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3=76.4319875.11(4.5+1)/0.94.534321/3mm=48.97mm模数：m=d1/Z1=48.97/20=2.45mm取标准模数：m=
12、2.5mm (6)校核齿根弯曲疲劳强度F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaH确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mZ1=2.520mm=50mmd2=mZ2=2.590mm=225mm齿宽：b=dd1=0.9120mm=106mm取b=106mm b1=50mm (8)许用弯曲应力F F= Flim YSTYNT/SFFlim1=290Mpa Flim2 =210MpaYNT1=0.88 YNT2=0.9试验齿轮的应力修正系数YST=2按一般可靠度选取安全系数SF=1.25计算两轮的许用弯曲应力F1=Flim1 YSTYNT1/SF=29020.88/1.25Mpa=408.32MpaF2
13、=Flim2 YSTYNT2/SF =21020.9/1.25Mpa=302.4Mpa将求得的各参数代入式F1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1=(2150021.8/452.5220) 2.801.55Mpa=77.2Mpa F1F2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1=(2150021.8/452.52120) 2.141.83Mpa=11.6Mpa F2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够(9)计算齿轮传动的中心矩aa=m/2(Z1+Z2)=2.5/2(20+90)=137.5mm(10)计算齿轮的圆周速度VV=d1n1/601000=3.1450648.89/601000=1.7m
14、/s第五章 轴的设计计算(一) 输入轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调质，硬度217255HBS取c=115d115 (2.304/458.2)1/3mm=19.7mm考虑有键槽，将直径增大5%，则d=19.7(1+5%)mm=20.69选d=22mm2轴上零件的定位，固定和装配单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和大筒定位，则采用过渡配合固定3. 轴各段直径和长度Id1=22mm 长度取L1=50mmh=2c c=1.5mmII段:d2=d1+2h=22+221.5=28mmd2=2
15、8mm初选用7206c型角接触球轴承，其内径为30mm,宽度为16mm.考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：L2=（2+20+16+55）=93mmIII段直径d3=35mmL3=L1-L=50-2=48mm段直径d4=45mm由手册得：c=1.5 h=2c=21.5=3mmd4=d3+2h=35+23=41mm长度与右面的套筒相同，即L4=20mm但此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑，应便于轴承的拆卸，应按
16、标准查取由手册得安装尺寸h=3.该段直径应取：（30+32）=36mm因此将段设计成阶梯形，左段直径为36mm段直径d5=30mm. 长度L5=19mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=100mm(3)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d1=50mm求转矩：已知T2=50021.8Nmm求圆周力：FtFt=2T2/d2=50021.8/50=1000.436N求径向力FrFr=Fttan=1000.436tan200=364.1N因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=50mm(7)校核危险截面C的强度由式（6-3）e=Mec/0.1d33=99.6/0.1413=14.5MPa -1b=6
17、0MPa该轴强度足够。输出轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调质钢，硬度（217255HBS）取c=115dc(P3/n3)1/3=115(2.168/74.59) 1/3=35.08mm取d=35mm2、轴的结构设计（1）轴的零件定位，固定和装配单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶状，左轴承从左面装入，齿轮套筒，右轴承和皮带轮依次从右面装入。（2）确定轴的各段直径和长度初选7207c型角接球轴承，其内径为35mm，宽度为17mm。
18、考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为20mm，则该段长41mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。(3)按弯扭复合强度计算求分度圆直径：已知d2=300mm求转矩：已知T3=271Nm求圆周力Ft：根据课本P127（6-34）式得Ft=2T3/d2=2271103/300=1806.7N求径向力Fr根据课本P127（6-35）式得Fr=Fttan=1806.70.36379=657.2N两轴承对称LA=LB=49mm(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=657.2/2=328.6NFAZ=FBZ=Ft/2=1806.7/2=903
19、.35N(2)由两边对称，书籍截C的弯矩也对称截面C在垂直面弯矩为MC1=FAYL/2=328.649=16.1Nm(3)截面C在水平面弯矩为MC2=FAZL/2=903.3549=44.26Nm(4)计算合成弯矩MC=（MC12+MC22）1/2=（16.12+44.262）1/2=47.1Nm(5)计算当量弯矩：根据课本P235得=1Mec=MC2+(T)21/2=47.12+(1271)21/2=275.06Nm(6)校核危险截面C的强度由式（10-3）e=Mec/（0.1d）=275.06/(0.1453)=1.36Mpa-1b=60Mpa此轴强度足够第七章 轴承、键和联轴器的选择根据
20、条件，轴承预计寿命163005=24000小时1、计算输入轴承（1）已知n=216.30r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N初先两轴承为角接触球轴承7206AC型轴承内部轴向力FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N(2) FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端FA1=FS1=315.1N FA2=FS2=315.1N(3)求系数x、yFA1/FR1=315.1N/500.2N=0.63FA2/FR2=315.1N/500.2N=0.63得e=0.68FA1/FR1e x1=1 FA2/FR248720h预期寿命足够2、
21、计算输出轴承(1)已知n=74.59Fa=0 FR=FAZ=903.35N试选7207AC型角接触球轴承FS=0.063FR,则FS1=FS2=0.63FR=0.63903.35=569.1N(2)计算轴向载荷FA1、FA2FS1+Fa=FS2 Fa=0任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端两轴承轴向载荷：FA1=FA2=FS1=569.1N(3)求系数x、yFA1/FR1=569.1/903.35=0.63FA2/FR2=569.1/930.35=0.63得：e=0.68FA1/FR1e x1=1y1=0FA2/FR248720h此轴承合格2、计算输出轴承(1)已知n= 74.59 r/
22、minFa=0 FR=FAZ=903.35N试选7207AC型角接触球轴承FS=0.063FR,则FS1=FS2=0.63FR=0.63903.35=569.1N(2)计算轴向载荷FA1、FA2FS1+Fa=FS2 Fa=0任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端两轴承轴向载荷：FA1=FA2=FS1=569.1N(3)求系数x、yFA1/FR1=569.1/903.35=0.63FA2/FR2=569.1/930.35=0.63得：e=0.68FA1/FR1e x1=1y1=0FA2/FR248720h此轴承合格3. 键联接的选择及校核计算轴径d1=22mm,L1=50mm查手册得，选用C
23、型平键，得：键A 87 GB1096-79 l=L1-b=50-8=42mmT2=48Nm h=7mmp=4T2/dhl=448000/22742=29.68MpaR(110Mpa)2、输入轴与齿轮联接采用平键联接轴径d3=35mm L3=48mm T=271Nm选A型平键键108 GB1096-79l=L3-b=48-10=38mm h=8mmp=4T/dhl=4271000/35838=101.87Mpap(110Mpa)3、输出轴与齿轮2联接用平键联接轴径d2=51mm L2=50mm T=61.5Nm选用A型平键键1610 GB1096-79l=L2-b=50-16=34mm h=10mmp=4T/dhl=46100/511034=60.3Mpap忽略此处.
