一级斜齿圆柱齿轮减速器-机械设计基础课程设计大学论文.doc

仲恺农业工程学院

机械设计基础课程设计

设计项目题目：一级斜齿圆柱齿轮减速器

姓 名 郑晓鹏
院（系） 机电工程学院
专业班级 能源131班
学 号 201310814138
指导教师 李雪梅、陈姝
职 称 副教授、副教授
上交日期 2015年6月14日

仲恺农业工程学院教务处制
目 录
械设计基础课程设计任务书 5
1.设计题目 5
1.1设计参数 5
1.2工作条件 5
2.设计任务 5
3.确定传动方案 7
3.1传动方案简图 7
3.2分析传动方案 7
4.选择电动机 8
4.1选择电动机类型和结构形式 8
4.2确定电动机的容量（功率） 8
5.分配传动比 9
6.传动装置的运动和动力参数 10
6.1轴Ⅰ为减速箱高速轴，轴Ⅱ为减速箱低速轴 10
6.2各轴的转速 10
6.3各轴的输入转矩 10
7.V带传动设计 11
7.1确定计算功率 11
7.2选择V带带型 11
7.3确定带轮基准直径、 11
7.4验算带速v 11
7.5确定V带基准长度和中心距 12
7.6验算小带轮包角 12
7.7确定V带根数z 12
7.8确定压轴力 13
8.斜齿轮传动设计 13
8.1选择材料及确定许用应力 13
8.2轮齿弯曲强度设计计算 14
8.3校核齿面接触强度 15
9.轴的设计 17
9.1高速轴的设计 17
9.1.1选择轴的材料 17
9.1.2初步估算轴的最小直径 18
9.1.3轴的结构设计 18
9.1.4按弯扭合成应力校核轴的强度 20
9.2低速轴的设计 23
9.2.1选择轴的材料 23
9.2.2初步估算轴的最小直径 23
9.2.3轴的结构设计 23
9.2.4按弯扭合成应力校核轴的强度 24
10.滚动轴承的选择和计算 27
10.1高速轴选取滚动轴承 27
10.2低速轴选取滚动轴承 28
11.联轴器的选择和计算 29
11.1联轴器的计算转矩 29
11.2许用转速 29
11.3配合轴径 29
11.4配合长度 30
12键连接的选择和强度校核 30
12.1高速轴V带轮用键连接 30
12.1.1选用键类型 30
12.1.2键的强度校核 30
12.2低速轴齿轮用键连接 30
12.2.1选用键类型 30
12.2.2键的强度校核 31
12.3低速轴联轴器用键连接 31
12.3.1选用键类型 31
12.3.2键的强度校核 31
13.减速器的润滑 32
13.1齿轮传动的圆周速度 32
13.2齿轮的润滑方式与润滑油选择 32
13.3轴承的润滑方式与润滑剂选择 32
14.绘制装配图及零件工作图 32

械设计基础课程设计任务书
1.设计题目
一级斜齿圆柱齿轮减速器
1.1设计参数
参
数
学
号

带拉力F(kN)
滚筒直径D(mm)
转速（r/min）
38
1.9
320
55
1.2工作条件
1
2
3
4
5
6

1.电动机、2.V带传动、3.一级齿轮减速器、4.联轴器、5.滚筒、6.运输带
设计带式输送机传动系统 。采用单级圆柱齿轮减速器及V带传动，连续单向运转，载荷平稳。工作寿命为10年，每年300个工作日，两班制工作(每班8小时)。运输带速度允许误差±5％，卷筒效率为0.96。
2.设计任务
(1) 减速器装配图1张(1号图纸)
(2) 设计说明书一份，约3000~6000字（应包括分析确定传动方案，选择电动机，确定传动装置总传动比和分配传动比，计算传动装置的运动和动力参数，传动件设计，轴的设计，轴承的选择和寿命计算，键的强度校核、参考文献等内容。
3.确定传动方案
3.1传动方案简图
由设计任务书给定的工作机的性能要求，现确定传动方案设计简图如下

3.2分析传动方案
机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置在原动机与工作机之间传递运动和动力，并改变运动形式、速度大小和转矩大小。传动装置的性能对机器的工作有很大的影响。此外，传动装置还应满足结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维修方便。因此需要合理设计传动方案。
本传动设计方案中原动机为电动机，电动机通过带传动将动力传入单级圆柱齿轮减速器，再通过联轴器将动力传至输送机滚筒，带动运输带工作。
因电动机输出的动力是高速级，可用带传动，带传动可吸收震动，缓和冲击，传动平稳，噪音小，因此适宜布置在高速级，并且带传动结构简单，成本低廉。而减速器采用闭式斜齿轮传动。斜齿轮的承载能力高，适宜高速传动且运作平稳，噪音小。闭式能防止灰尘、硬屑粒等进入齿面间而引起齿轮的失效。因此，此方案适合一级圆柱齿轮减速器的设计。
4.选择电动机
选择电动机时要根据工作机的工作特性、工作环境和工作载荷等条件，选择电动机的类型、结构、容量（功率）和转速，并在产品目录中选出其具体型号和尺寸。
4.1选择电动机类型和结构形式
无特殊要求时均应选用三相交流电动机，其中以三相异步交流电动机应用最广泛。Y系列三相笼型异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机，其结构简单、工作可靠、价格低廉，维护方便，因此广泛应用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上.
4.2确定电动机的容量（功率）
（1）工作机工作速度：

（2）工作机工作所需的功率 =1.9 * 0.921 / 0.96 = 1.82 Kw

（3）所需电动机的功率：Pd = Pw /η∑ =1.82 / 0.90 = 2.02 kW
式中：Pw ——工作机的有效功率，即工作机的输出功率，单位为kW，由工作机的工作阻力和运动参数确定；
η∑ ——从电动机到工作机输送带间的总效率。
而总效率为：η∑ = η1η2η3η4η5 = 0.96 * 0.99 * 0.97 * 0.99 * 0.99 = 0.90
η1、η2、η3、η4、η5 分别为带传动、高速轴处轴承、闭式齿轮传动、低速处轴承和联轴器传动的效率。查《机械设计课程设计指导书》P81页的表9.1得：V带传动效率为0.96，滚动轴承的球轴承效率为0.99，8级精度的一般齿轮传动（油润滑）效率为0.97，齿轮联轴器效率为0.99 。
注：轴承效率均指一对轴承而言。
对于载荷稳定、长期连续运行的机械如运输机，只须满足所选的电动机的额定功率即可。故查《机械设计课程设计指导书》P142页中表14.1确定电动机的额定功率=2.2KW。
（4）V带传动的范围为
闭式圆柱齿轮传动的范围为
∴电动机的转速范围为：
查《机械设计设计手册》P142页表14.1
符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min，取同步转速为1000r/min。

符合的电动机（多方案）
方案
电动机型号
额定功率
(KW)
电机转速
电机重量
参考价格
总传动比
同步转速
满载转速
1
Y132S-8
2.2
750
710

2
Y112M-6
2.2
1000
940

选择的一般原则：选1500r/min、1000r/min，不选750r/min
选用Y112M-6型电动机
Y112M-6型电动机
电动机型号
额定功率
(KW)
同步转速（r/min）
满载转速(r/min)
启动转矩
额定转矩
最大转矩
额定转矩
Y112M-6
2.2
1000
940
2.0
2.0

5.分配传动比
传动装置的总传动比
因V带传动的传动比推荐值为2~4，圆柱齿轮传动的传动比推荐值为3~8，且为使个传动件尺寸协调、结构匀称合理，应满足，所以取= 3，则
6.传动装置的运动和动力参数
6.1轴Ⅰ为减速箱高速轴，轴Ⅱ为减速箱低速轴
电动机轴输出功率
轴Ⅰ输入功率
轴Ⅱ输入功率
注：因为有轴承功率损耗，同一根轴的输入功率（或转矩）与输出功率（或转矩）数值是不同的，通常仅计算轴的输入功率或转矩。
6.2各轴的转速
电动机轴转速
轴Ⅰ转速
轴Ⅱ转速
6.3各轴的输入转矩
电动机轴输入转矩
轴Ⅰ输入转矩
轴Ⅱ输入转矩
各轴运动和动力参数表
轴名
功率
转速
转矩

电动轴
2.02
960
20.10
轴Ⅰ
1.94
320
57.90
轴Ⅱ
1.86
55
322.96

7.V带传动设计
7.1确定计算功率
根据工作机功率、载荷稳定、两班制工作(每班8小时)即16个小时，查《机械设计基础》P222表13-9得：工作情况系数
∴
7.2选择V带带型
选择普通V带，又由计算功率和小带轮即电动机转速查《机械设计基础》图13-15得：工作点处于A型普通V带区域内，小带轮的基准直径=75~100mm
故选用A型普通V带。
7.3确定带轮基准直径、
小带轮的基准直径，=75~100mm，取小带轮基准直径。
一般V带传动的滑动率，取中间值。
大带轮基准直径
由《机械设计基础》P224页标准值得：
7.4验算带速v

带速处于5~30m/s的范围内，故合适。
7.5确定V带基准长度和中心距
初选取中心距。
取，符合
由《机械设计基础》式13-2得，带长
查《机械设计基础》表13-2得，对A型带选用
所需中心距

7.6验算小带轮包角
由《机械设计基础》式13-1得小带轮包角

一般应使，故主动轮上的包角合适。
7.7确定V带根数z
由小带轮基准直径和小带轮转速查《机械设计基础》表13-4得：单根普通A型V带的基本额定功率
由V带传动比和小带轮转速查《机械设计基础》表13-6得：单根普通A型V带额定功率增量
由小带轮包角查《机械设计基础》表13-8得：包角修正系数
由V带基准长度查《机械设计基础》表13-2得：带长修正系数
∴V带根数，故取3根。
7.8确定压轴力
查《机械设计基础》表13-1得：A型普通V带单位长度质量q=0.105kg/m
由《机械设计基础》式13-16得：初拉力

由《机械设计基础》式13-17得：轴上压力

因小带轮直径较小，采用实心式结构。大带轮直径属于中等，采用腹板式结构。
结构简图如下所示：

8.斜齿轮传动设计
8.1选择材料及确定许用应力
由于硬齿面的接触疲劳极限和弯曲疲劳极限较高，设计出来的传动尺寸较紧凑，故采用闭式硬齿面齿轮传动。
运输机为一般机器，转速不高，精度要求也不高，故选用8级精度。
材料选择：（当大、小齿轮都是硬齿面时，小齿轮的硬度应略高，也可和大齿轮相等）
小齿轮材料用渗碳淬火，齿面硬度为56~62HRC
接触疲劳极限，弯曲疲劳极限
大齿轮材料用渗碳淬火，齿面硬度为56~62HRC
接触疲劳极限，弯曲疲劳极限
查《机械设计基础》表11-5得：一般可靠度的最小安全系数，
由于齿轮是单面工作，
∴

8.2轮齿弯曲强度设计计算
由于是闭式硬齿面齿轮传动，故先按齿根弯曲强度设计计算，再校核齿面接触强度。
查《机械设计基础》表11-3得：均匀载荷、原动机为电动机的载荷系数K=1~1.2，因为齿轮为斜齿故取小值，所以K=1。
查《机械设计基础》表11-6得：齿轮相对轴承对称布置、硬齿面的齿宽系数，取
小带轮上的转矩
一般螺旋角，初选螺旋角
取，则，取。实际传动比为
与所要求的传动比相差误差不超过3%，故适合。
齿形系数、
查《机械设计基础》图11-8得：、
查《机械设计基础》图11-9得：、
∵
∴以大值0.00646代入求m
由《机械设计基础》式11-11得：法向模数
查《机械设计基础》表4-1得：取标准模数。
中心距，取。
修正螺旋角并计算主要尺寸：
螺旋角
齿轮分度圆直径

齿宽
圆整取
∵要使大、小齿轮的齿宽满足以保证轮齿有足够的啮合宽度。

8.3校核齿面接触强度
查《机械设计基础》表11-4得：取弹性系数
由《机械设计基础》式11-8得：齿面接触应力
∵
∴安全。
斜齿轮各参数如下表所示：
斜齿齿轮各参数表
名称
符号
计算公式
结果
小齿轮
大齿轮
中心距

111mm
传动比

5.8
法面模数

设计和校核得出
1.5
端面模数

1.55
法面压力角

标准值
20°
螺旋角

一般为8°~20°
14.94°
齿顶高

1.5mm
齿根高

1.9mm
全齿高

3.4mm
齿数
Z

21
122
分度圆直径

32.60mm
189.40mm
齿顶圆直径

35.60mm
192.40mm
齿根圆直径

28.80mm
185.6mm
齿轮宽
b

30mm
25mm
螺旋角方向

左旋
右旋

由于小齿轮齿顶圆直径较小，故将小齿轮做成齿轮轴。
∴小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用腹板式结构。
大齿轮结构简图如下所示：

腹板式齿轮结构简图

9.轴的设计
9.1高速轴的设计
9.1.1选择轴的材料
轴的材料常采用碳钢和合金钢，其中以45钢应用最为广泛。45钢正火或调质用于较重要的轴，应用最为广泛。
∴轴的材料采用碳钢45钢调质，查《机械设计基础》表14-1得：
硬度为217~255HBS、强度极限。
9.1.2初步估算轴的最小直径
因为此轴是转轴，只传递转矩，故按扭转强度计算。
查《机械设计基础》表14-2得：45钢的C值为107~118。当只传递转矩时，C取较小值，故取C=110。
由《机械设计基础》式14-2得：

考虑键槽对轴的削弱，将d值加大5%，即
9.1.3轴的结构设计

高速轴简图

1) 初定轴径
考虑安装带轮时需要加装键及轴的刚度要求，取装带轮处轴径
由《机械设计课程设计指导书》表9.10得：零件倒圆或倒角在直径为18~30mm之间时取1.6mm。
故取密封处轴径，所以取
选用深沟球6206轴承，其尺寸为
故取轴承处轴径
由于滚动轴承的定位轴肩的直径应小于滚动轴承的内圈外径
取轴肩处轴径
由于小齿轮采用齿轮轴结构，齿轮的齿顶圆直径，分度圆直径
故取齿轮处轴径
2) 轴向尺寸
带轮宽度，取带轮处轴长
根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面与带轮的右端面间的距离为30mm，则取此段轴长
由于选用深沟球6206轴承，故取此段轴长
取轴肩出轴长
由于小齿轮的齿宽，故取此段轴长
各轴段的轴径与轴长如下表所示：
各轴段的轴径和轴长
轴段
名称
mm
带轮轴段
直径
长度
24
48
密封处轴段
轴径
轴长
28
55
轴承处轴段
轴径
轴长
30
24
左轴肩轴段
轴径
轴长
32
10
齿轮轴段
轴径
轴长
36
30
右轴肩轴段
轴径
轴长
32
10
轴承处轴段
轴径
轴长
30
24
总轴长

201

9.1.4按弯扭合成应力校核轴的强度
绘出轴的计算简图
⑴计算受力点的间距如下：

式中为两轴承中点间距离，为悬臂长度。
⑵计算作用在轴上的力
轴转矩
小齿轮受力分析：
圆周力
径向力
轴向力
带传动作用在轴上的压力：

⑶计算支反力
水平面
垂直面
由得：

由得：

⑷作弯矩图
水平面弯矩

垂直面弯矩

合成弯矩

⑸作转矩图

作计算弯矩图
当扭转剪应力为脉动循环变应力时,取系数,则

(7)按弯扭合成应力校核轴强度
轴的材料为碳钢45钢,调质,查《机械设计基础》表14-3得：
对称循环变应力时许用应力[]=60Mpa
由计算弯矩图可见：
C剖面的计算弯矩最大，该处轴径为的计算应力为
（安全）
D剖面轴径最小，该处的计算应力为
（安全）
⑹轴的计算简图如下图所示：

9.2低速轴的设计
9.2.1选择轴的材料
轴的材料常采用碳钢和合金钢，其中以45钢应用最为广泛。45钢正火或调质用于较重要的轴，应用最为广泛。
∴轴的材料采用45钢调质，查《机械设计基础》表14-1得：
硬度为217~255HBS、强度极限。
9.2.2初步估算轴的最小直径
因为此轴是转轴，只传递转矩，故按扭转强度计算。
查《机械设计基础》表14-2得：45钢的C值为107~118。当只传递转矩时，C取较小值，故取C=110。
由《机械设计基础》式14-2得：

考虑两个键槽对轴的削弱，将d值加大10%，即
9.2.3轴的结构设计
1) 初定轴径
考虑联轴器的结构要求及轴的刚度，取装联轴器处轴径
由《机械设计课程设计指导书》表9.10得：零件倒圆或倒角在直径为30~50mm之间时取2.0mm。
故取密封处轴径
选用深沟球6209型轴承，其尺寸为
故取轴承处轴径
由于大齿轮采用腹板式结构，故取齿轮处轴径
由于齿轮的定位轴肩的直径应大于齿轮处的轴径
故取轴肩处轴径
2) 轴向尺寸
由轴Ⅱ输入转矩，查《机械设计课程设计指导书》P132页表13.1，取联轴器宽度，取联轴器处轴长
根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面与联轴器的右端面间的距离为30mm，则取此段轴长
由于选用深沟球6209型轴承，故取此段轴长
由于大齿轮的齿宽，故取此段轴长
取轴肩出轴长
各轴段的轴径与轴长如下表所示：

各轴段的轴径和轴长
轴段
名称
mm
联轴器轴段
直径
长度
39
60
密封处轴段
轴径
轴长
43
55
轴承处轴段
轴径
轴长
45
27
齿轮轴段
轴径
轴长
48
25
右轴肩轴段
轴径
轴长
52
10
轴承处轴段
轴径
轴长
45
27
总轴长

204

9.2.4按弯扭合成应力校核轴的强度
绘出轴的计算简图
⑴计算受力点的间距如下：

式中为两轴承中点间距离，为悬臂长度。
⑵计算作用在轴上的力
大齿轮受力分析：
圆周力
径向力
轴向力
⑶计算支反力
水平面
垂直面
由得：
∴
由得：

⑷作弯矩图
水平面弯矩

垂直面弯矩

合成弯矩

⑸作转矩图

作计算弯矩图
当扭转剪应力为脉动循环变应力时,取系数,则

按弯扭合成应力校核轴强度
轴的材料为45钢,调质,查《机械设计基础》表14-3得：
对称循环变应力时许用应力[]=60Mpa
由计算弯矩图可见：
C剖面的计算弯矩最大，该处轴径为的计算应力为
（安全）
D剖面轴径最小，该处的计算应力为
（安全）
⑹轴的计算简图如下图所示：

低速轴受力简图

10.滚动轴承的选择和计算
10.1高速轴选取滚动轴承
选取的轴承：选用深沟球6206轴承
轴承A的径向载
轴向载荷：
轴承B的径向载荷：
轴向载荷：
由此可见，轴承A的载荷大，应该验算轴承A.
沟球6206轴承基本额定静载荷，基本额定动载荷
，取

查《机械设计基础》P285表16-11得： X=0.56，Y=1.55
则其径向当量动载荷
因两端选择同样尺寸的轴承，故选轴承A的径向当量动载荷为计算依据。工作温度正常，查《机械设计基础》P284得；按中等冲击载荷，查表可取，按设计要求，轴承的预期寿命为：
则： ，
所以选取得轴承合适。
10.2低速轴选取滚动轴承
选取的轴承：型号为6209深沟球轴承
轴承A的径向载
轴向载荷：
轴承B的径向载荷：
轴向载荷：
由此可见，轴承B的载荷大，应该验算轴承B.
沟球6209轴承基本额定静载荷，基本额定动载荷
由于，X=1，Y=0
则
因两端选择同样尺寸的轴承，故选轴承A的径向当量动载荷为计算依据。工作温度正常，查《机械设计基础》P284得；按中等冲击载荷，查表可取，按设计要求，轴承的预期寿命为：
则： ，
所以选取得轴承合适。

滚动轴承参数
参数
轴承型号
基本额定动载荷（KN）
高速轴轴承
6206
19.5
低速轴轴承
6209
31.7

11.联轴器的选择和计算
11.1联轴器的计算转矩
查《机械设计基础》表17-1得：工作情况系数
故计算转矩为
根据工作条件，选用金属滑块联轴器, 查《机械设计课程设计指导书》表13.5得：滑块联轴器许用转矩[T]=500
11.2许用转速
许用转速[n]=250r/min
11.3配合轴径
配合轴径d=39mm
11.4配合长度
配合长度L=60mm
联轴器参数
联轴器型号
许用转矩
许用转速
配合轴径
配合长度

500
250
39
60

12键连接的选择和强度校核
12.1高速轴V带轮用键连接
12.1.1选用键类型
选用圆头普通平键(A型键)轴径d=24mm,轮毂长B=48mm,查《机械设计课程设计指导书》表11.27选键 ， h=7mm
12.1.2键的强度校核
材料选用45钢，V带轮材料为铸铁，查《机械设计基础》表10-11得轻微冲击下键连接的铸铁材料的许用挤压应力[]=50~60Mpa。按键工作长度， 键所受的挤压应力为（安全）
12.2低速轴齿轮用键连接
12.2.1选用键类型
选用圆头普通平键(A型键)轴径d=48mm,齿宽B=25mm，查《机械设计课程设计指导书》表11.27选键 ，h=9mm
12.2.2键的强度校核
材料选用45钢，齿轮材料为铸钢，查《机械设计基础》表10-11得：铸钢的许用挤压应力，按键工作长度，
键所受的挤压应力为
12.3低速轴联轴器用键连接
12.3.1选用键类型
选用圆头普通平键(A型键)轴径d=39mm,轮毂长B=60mm,查《机械设计课程设计指导书》表11.3选键，h=8mm
12.3.2键的强度校核
键材料选用45钢，联轴器材料为铸钢，查《机械设计》表14.2得：铸钢的许用挤压应力，按键工作长度，
键所受的挤压应力为（安全）

各键参数（mm）
参数
型号
键长
键高
高速轴带轮键
8×45
45
7
低速轴齿轮键
14×22
22
9
低速轴联轴器键
12×56
56
8

13.减速器的润滑
13.1齿轮传动的圆周速度

13.2齿轮的润滑方式与润滑油选择
因v<12m/s,所以采浸油润滑，查《机械设计基础》表11-7和《机械设计课程设计指导书》P 95表10.6，由齿轮接触应力选用润滑油牌号L－CKC320（中负荷工业齿轮油），因v = 0.55 m/s ，大齿轮浸入油中的深度为齿轮半径的1/6。
13.3轴承的润滑方式与润滑剂选择
高速轴轴承速度因数
低速轴轴承速度因数
当时，滚动轴承可采用润滑脂润滑，因此轴承润滑采用润滑脂润滑。
查《机械设计课程设计指导书》表10.7选用钙基润滑脂L-XAAMHA2，装脂量不宜多于轴承空隙的1/3~1/2，并在轴承内侧设挡油环，使油池中的油不能进入轴承以致稀释润滑脂。
14.绘制装配图及零件工作图
减速器的装配工作图参考附带的图纸。

参考文献：
【1】杨可桢、程光蕴等主编. 《机械设计基础》. 高等教育出版社. 2013. 8
【2】宋宝玉主编. 《机械设计课程设计指导书》. 高等教育出版社. 2006. 8