一级圆柱齿减速器专业课程设计.doc

洛阳理工学院

机械设计课程设计

院系：机械工程学院
专业：机械电子工程
姓名：魏征
班级：B140213
学号：B14021325
指导老师：王长昕

机械设计课程设计
设计说明书
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设计课题：一级圆柱齿轮减速器
院系：机械工程学院
专业：机械电子工程
姓名：魏征
班级：B140213

目录
一、机械设计课程设计任务书 4
二、电动机选择 5
三、计算传动装置总传动比，并分配各级传动比 7
四、计算传动装置运动和动力参数 8
五、V带传动设计 9
六、齿轮传动设计 12
七、轴设计和校核 15
八、轴承、键、联轴器选择和校核 23
1.轴承选择和校核 23
2.键选择计算和强度校核 24
3.联轴器选择 24
九、 齿轮结构设计 24
十、减速器润滑和密封 26
1.润滑选择和确定 26
2.密封选择和确定 26
十一、箱体关键结构尺寸计算 27
十二、减速器附件选择和设计 28

一、机械设计课程设计任务书

一、题目：设计带运输机用减速器
减速器类型以下图所表示。

二、 已知条件：
1、载荷情况： 轻微震动、双向频繁开启
2、工作制度： 双班制

三、设计要求：
1、设计参数：
运输带工作拉力： F=2500 N 运输带工作速度：V=1.4 m/s
卷筒直径：D = 340 mm
2、减速器外廓尺寸： 不受限制
3、使用年限：八年 大修期四年
4、运输带速度许可误差：±5%之间

四、设计工作量：
1、减速器装配图一张
2、零件图两张 (1)从动齿轮 (2)从动轴
3、设计说明书份

五、 机器传动简图

一级圆柱齿轮减速器
图中 1——电动机 2——V带 3—— 齿轮 4——减速器
5——联轴器 6——卷筒 7——运输带

二、电动机选择
计算项目
计算及说明
计算结果
2.1选择
电动机
按工作要求和工作条件，选通常见途Y(IP44)系列笼型三
相异步电动机，全封闭自扇冷式结构，电压380V。
Y系列自扇冷式笼型三相异步电动机
2.2电动机功率
由,
工作机有效功率：
从电动机到工作机（滚筒）传送带间总效率为:
查表1-5得：
V带传动效率
圆柱齿轮（闭式）
滚动轴承
齿轮联轴器
卷筒传动效率
则电动机所需要工作效率为：
电动机所需功率：
选择电动机额定功率，
使，则可取

2.3电动机转速

传动卷筒轴转速

依据参考文件1中表14—2确定传动比范围，取V

带传动比i1=2~4，一级圆柱齿轮传动比ig=3~5，总传

动比i范围为：

i=（2×3）~（4×5）=6~20

电动机转速范围应为：

符合这一范围电动机同时转速有1000r/min，

1500r/min两种，由标准查出两种适用电动机型号，

所以有两种传动比方案，如表1—1所列

表1—1 传动比方案对照

方案
电动机型号
额定功率
Pm /kW
电动机转速/r·min-1
电动机质量/kg
传动装置传动比
同时
满载
总传动比
V带传动
减速器
1
Y132M1—6
4
1000
960
73
12.21
2
6.11
2
Y112M—4
4
1500
1440
43
17.81
2
8.91

综合考虑电动机和传动装置尺寸、结构和各级传动比，方案二比较适宜，所

以选定电动机型号为Y112M—4。其关键性能和安装尺寸见表1—2和表1—3。

表1—2 Y112M—4型电动机关键性能

电动机型号
额定功率/kW
同时转速/r·min-1
满载转速/r·min-1
额定转矩/N·m
Y112M—4
4
1500
1440
2.3

表1—3 Y112M—4型电动机外形尺寸 /mm

中心高度H
长宽高
L×(
安装尺寸
A×B
轴伸尺寸
D×E
平键尺寸
F×G
112
400×305×265
190×140
28×60
8×24
三、计算传动装置总传动比，并分配各级传动比
计算项目
计算及说明
计算结果
3.1传动装置总传动比

3.2分配传动比
取V带传动比为，则一级圆柱齿减速器传动比

四、计算传动装置运动和动力参数
计算项目
计算及说明
计算结果
4.1各轴转速
电动机轴、减速器高速轴为Ⅰ轴、低速轴为Ⅱ轴

电动机轴：
Ⅰ轴:
Ⅱ轴:
卷筒轴：

4.2各轴功率
V带传动效率
圆柱齿轮（闭式）
滚动轴承(一对)
齿轮联轴器
卷筒传动效率
Ⅰ轴：
Ⅱ轴：
卷筒轴：

4.3各轴转矩
Ⅰ轴：
Ⅱ轴：
卷筒轴：

表1—4 带式运输机传动装置各主轴关键参数计算结果
参数
轴名
电动机轴
Ⅰ轴
Ⅱ轴
工作机轴
转速/(r/min)
1440
411.43
80.83
80.83
功率P/kW
4
3.84
3.65
3.51
转矩T/(N·m)
26.52
89.13
431.24
414.70
传动比i
3.5
5.09
1
效率
0.96
0.95
0.97
五、V带传动设计
计算项目
计算及说明
计算结果
5.1计算功率
依据工作情况（双班制，一班按8个小时，载荷变动小），查参考文件2中表13—8得工况系数KA=1.3，PC= 1.3×4kW=5.2kW

5.2选V带型号
依据PC=5.2kw和nm=1440r/min，查参考文件2中图13—15一般V带选型图，选A型三角带
选一般V带A型
5.3计算传动比

5.4确定小带轮直径
经查参考文件2中表13—9，取=125mm (要大于或等于最小直径，并符合直径系列）

=125mm
5.5验算V带速度v
v===9.42m/s
在要求5m/s<v<25m/s范围内，合理

v=9.42m/s

5.6确定大带轮直径
大带轮直径=
取弹性滑动率=0.02
=3.5×125×（1－0.02）=429mm
经查参考文件2中表13—9，取=450mm，实际传动比===3.67
从动轮实际转速=mm/s
转速误差=0.046

对于带式输送装置，转速在±5%范围内是许可。

5.7初选中心距
=（0.7~2）（d1+d2）
d1=125mm ，d2=450mm
4031150mm
取=500mm

=500mm

5.8初选长度

=2×500+(125+450)+

=1956.02mm

5.9选择V带所需基准长度Ld

经查参考文件2中表13—2，找到和L0=1956.02mm相近数据，取Ld=mm

5.10实际中心距a
a=500+=523.99mm
由amin=a－ 0.015Ld ,, ɑmax=a＋0.015 Ld
可知，中心距可调整范围为
493.99mm <ɑ<553.99mm

a=523.99mm
5.11验算小带轮包角
=
=

经计算，小带轮包角取值合理

=146.690
5.12. 计算单根V带基础额定功率P1

依据d1=125mm和nm=1440r/min，经查参考文件2中表13—3，取得A型V带P1=1.92kW

P1=1.92kW
5.13. 额定功率增量

依据nm=1440r/min和i=3.5，经查参考文件2中表13—5，取得A型V带=0.17kW

=0.17kW
5.14. 计算V带根数Z
依据=146.690，查参考文件2中表13—7得包角系数=0.92，依据Ld=mm，经查参考文件2中表13—2得长度系数

Z=
==2.63
取Z=3根

Z=3根
标识：
A—1600×3
5.15.计算单根V带初拉力F0
F0=
=
=150N
经查参考文件2中表13—2知，每米长度质量q=0.10kg/m

F0=150N
5.16.确定带对轴压力FQ
FQ=2ZF0sin=2×3×150sin=862.2N
FQ=862.2N
5.17带轮结构和尺寸
由Y112M-4电动机知，其轴伸直径d=28mm，长度L=60mm。故小带轮轴孔直径
，毂长应小于60mm。
由机械设计手册，表14.1-24查得，小带轮结构为实心轮。
大带轮直径，选择轮辐式

六、齿轮传动设计
已知传输功率kW，小齿轮转速r/min，，由

电动机驱动，双班制工作，使用寿命8年。计算结果及步骤以下：

计算项目
计算和说明
6.1.选择材料及确定许用应力

小齿轮选择号钢(调质），齿面硬度为；
,（表11-1）。
大齿轮选择号钢（正火），齿面硬度为,
，（表11-1）
由教材P171，表11-5，取，

6.2按齿面接触疲惫强度设计

查教材P169,表11-3，取载荷系数；查教材P175，表11-6，宽度系数。
小齿轮上转矩

查教材P171，表11-4，取
小齿轮分度圆直径

齿数取，则。故实际传动比（误差为0.2%<5%）
模数
齿宽 ，取，
查教材P57，表4-1 取
实际 ，

中心距
6.3验算轮齿弯曲强度
齿形系数 (图11-8)，(图11-9)
，

所以安全。

齿轮圆周速度

对照教材P168，表11-2 可知选择9级精度是合宜。
齿顶高
齿根高
小齿轮齿顶圆直径
齿根圆直径
大齿轮齿顶圆直径
齿根圆直径

七、轴设计和校核
计算项目
计算和说明
7.1输入轴最小直径设计和作用力计算

齿轮选择号钢(调质），齿面硬度为；
（1）按扭转强度初步设计轴最小直径
选择45号钢，调质处理，
（教材P241，表14-1）
查教材P245，表14-2，取
Ⅰ轴
考虑键槽
选择标准直径 ()
以上计算轴径作为输入轴外伸端最小直径。
（2）轴结构设计，轴上零件定位、固定和装配
一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、
右面全部有轴肩轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别和轴承端盖
定位，采取过渡配合固定。
求齿轮上作用力大小、方向
小齿轮分度圆直径：

作用在齿轮上转矩为：

圆周力：

径向力：

7.2输入轴结构设计和校核

为了满足大带轮轴向定位要求，如上图，A-B轴段右端制出一轴肩，故取B-C段直径；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径.
初步选择滚动轴承
因轴转速较高，且只承受径向载荷，故选择深沟轴承。据《机械设计课程设计》定出滚动轴承型号6208。其尺寸为。故取，而因为在齿轮和轴承之间要加上甩油环，取油环宽度为15mm,又轴应比轴承和甩油环长度之和稍短（轴不露头），故。右端滚动轴承采取轴肩进行轴向定位，由取，故取。
左边甩油环采取轴肩定位，故取轴段直径，，轴段为齿轮轴上齿轮位置，齿宽，齿顶圆直径，则可取。
据《机械设计课程设计》设计轴承盖尺寸结构和轴结构设计，依据轴承端盖装拆及便于对轴承添加润滑脂要求，取，。
轴上零件周向定位
齿轮，小齿轮和轴周向定位均采取平键连接，由教材P156，查表10-9，按，查得A型平键为：

滚动轴承和轴周向定位是由过渡配合来确保，此处选轴直径尺寸公M6。
计算轴上载荷
确定轴承指点为位置，简支梁轴支承跨距。依据轴结构图作出轴计算简图，再作出轴弯矩图和扭矩图。从轴结构图和弯矩图和扭矩图中能够看出截面C是轴危险截面。
截面C处支反力F：
水平面H上：

垂直面V上： ，

弯矩M：

水平面H上：

垂直面V上：

总弯矩：

轴传输转矩

则其受力图和弯矩图图：

按弯矩合成应力校核轴强度
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩截面(即危险截面C)强度。
依据式及以上数据和轴单向旋转，扭矩切应力为脉动循环变应力，取
轴计算应力：

故安全。

7.3输出轴最小直径设计和作用力计算
大齿轮选择号钢（正火），齿面硬度为

按扭转强度初步设计轴最小直径

，（表11-1）

Ⅱ轴

考虑键槽

选择标准直径

轴结构设计，轴上零件定位、固定和装配

单级减速器中，能够将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，该设计润滑方法为脂润滑，有甩油环，齿轮一面用轴肩定位，另一面用甩油环定位，周向定位采取键和过渡配合，两轴承分别以甩油环定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，齿轮、右轴承和联轴器依次从右面装入。

求齿轮上作用力大小、方向

大齿轮分度圆直径：

作用在齿轮上转矩为：

圆周力：

径向力：

7.4输出轴结构设计和校核

查标准GB/T5014-，选择LX3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250。半联轴器孔径，故取，半联轴器和轴配合毂孔长度。
为了满足半联轴器轴向定位要求，如上图，轴段左端需制出一轴肩，故取段直径；右端用轴端挡圈定位，按轴端直径去挡圈直径，半联轴器和轴配合毂孔长度。为了确保轴端挡圈只压在半联轴器上，而不压在轴端面上，故端长度应比略短部分，现取。
初步选择滚动轴承。因轴转速较高，且只承受径向载荷，故选择深沟球轴承。据《机械设计课程设计》，表定出滚动轴承型号为6211。其尺寸为。故取，左，右端滚动轴承皆采取甩油环进行轴向定位，取甩油环宽度15mm,故，。
取安装齿轮处轴端直径，齿轮左端和左轴承之间采取轴肩定位，轴肩高，取，。已知齿轮轮毂宽度为60mm，为了是甩油环端面可靠地压紧齿轮，此轴端应略短于轮毂宽度，故取。

轴上零件周向定位
齿轮，半联轴器和轴周向定位均采取平键连接，据《机械设计手册》，按,查得A型平键为
同时为了确保齿轮和轴配合良好对中性，故选择齿轮轮毂和轴配合为滚动轴承和轴周向定位是由过渡配合来确保，此处选轴直径尺寸公差为M6
轴上载荷
确定轴承指点为位置，简支梁轴支承跨距。依据轴结构图作出轴计算简图，再作出轴弯矩图和扭矩图。从轴结构图和弯矩图和扭矩图中能够看出截面C是轴危险截面。
截面C处支反力F：
水平面H上：

垂直面V上：

弯矩M：
水平面H上：

垂直面V上：

总弯矩：

轴传输转矩

则其受力图和弯矩图图：

按弯矩合成应力校核轴强度
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩截面强度。
依据式及以上数据和轴单向
旋转，扭矩切应力为脉动循环变应力，取

轴计算应力：

故安全。

八、 轴承、键、联轴器选择和校核
计算项目
计算和说明

8.1轴承选择和校核

初步选择滚动轴承。因轴转速较高，且只承受径向载荷，故选择深沟球轴承。依据初算轴径，考虑轴上零件轴向定位和固定，估量初装轴承处轴径并假设选择轻系列，查《机械设计手册》定出滚动轴承型号列表以下：
轴号
轴承型号
基础尺寸mm
基础额定载荷
d
D
B

1
6208
40
80
18
29.5
2
6211
55
100
21
43.2
依据条件，轴承估计寿命
8年300天16小时=38400小时
Ⅰ轴轴承使用寿命计算
小齿轮轴承型号选择6208，查得，
，，,
径向当量动载荷：
Ⅰ轴承寿命：
故满足寿命要求。
Ⅱ轴轴承使用寿命计算
大齿轮轴承型号选择6211，查得，
，，,
径向当量动载荷：
Ⅱ轴承寿命：

故满足寿命要求。

8.2键选择计算和强度校核

Ⅰ轴上键：
查手册，选择A型平键。 ,
A键
依据式
故键强度符合要求
Ⅱ轴上键：
键
键
依据式

故键强度符合要求

8.3联轴器选择

在减速器输出轴和工作机之间联接用联轴器因轴转速较低、传输转矩较大，选择弹性柱销联轴器。
查手册，得

查手册，选择 LX3 型号轴孔直径为45 mm凸缘联轴器，公称转矩
选择LX3型弹性柱销联轴器，公称尺寸转矩，，适宜。
采取J型轴孔，半联轴器长度，轴孔长度
以下为LX3型弹性柱销联轴器相关参数：
型号
公称转矩

许用
转速

轴孔
直径

轴孔
长度

外径

材料
键槽
类型
LX3
1250
4700
45
84
160
HT200
A型

九、 齿轮结构设计
计算项目
计算和说明

齿轮结构设计

据教材P182知： 当齿顶圆直径，可做成实心结构；
当齿顶圆直径，可做成腹板式结构齿轮。
故小齿轮采取齿轮轴结构，大齿轮采取铸造毛坯腹板式结构。

大齿轮相关尺寸计算以下：

轴孔直径
轮毂直径
轮毂长度 ，取
轮缘厚度 ， 取
齿全高
轮缘内径
腹板厚度

腹板中心孔直径
所以可取198mm
腹板孔直径 取mm
齿轮倒角

十、减速器润滑和密封

10.1润滑选择和确定

润滑方法
齿轮 ，选择浸油润滑,所以机体内需要有足够润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面距离不应小于。对于单级减速器，浸油深度约为一个齿高，这么就能够决定所需油量，单级传动,每传输需油量。
对于滚动轴承来说，因为齿轮圆周速度,传动件速度不高，溅油效果不大，选择润滑脂。这么结构简单，易于密封，维护方便，使润滑可靠。为预防轴承室中润滑脂流入箱内而造成油脂混合，在箱体轴承座箱内一侧装设甩油盘。
润滑油牌号和用量
齿轮润滑选择全系统损耗油，最低～最高油面距，需油量为左右
轴承润滑选择润滑脂，填充量为轴承室，每隔六个月左右补充或更换一次。
10.2密封选择和确定

箱座和箱盖凸缘接合面密封选择在接合面涂密封漆或水玻璃方法。
观察孔和油孔等处接合面密封在观察孔或螺塞和机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封。
轴承孔密封
闷盖和透盖用作密封和之对应轴承外部
轴外伸端和透盖间隙，因为选择电动机为低速、常温、常压电动机，则能够选择毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达成密封目标。毛毡含有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又能够将润滑油自行刮下反复自行润滑。
十一、箱体关键结构尺寸计算
箱体用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。
箱体结构尺寸选择以下表：
名称
符号
尺寸（mm）
箱座壁厚

8
箱盖壁厚

8
地脚螺栓直径

20
地脚螺栓数目

4
箱座凸缘厚度

12
箱盖凸缘厚度

12
箱座底凸缘厚度

20
轴承旁连接螺栓直径

16
箱盖和箱座连接螺栓直径

10
连接螺栓间距

轴承盖螺钉直径

8
视孔盖螺钉直径

8
定位销直径

8
至外机壁距离

26，22，16
至凸缘边缘距离

24,14
轴承旁凸台半径

16,14
凸台高度

依据低速级轴承座外径确定，方便于扳手操作为准。
外箱壁至轴承座端面距离

56
大齿轮顶园和内箱壁距离

10
齿轮端面和内箱壁距离

10
箱盖肋厚

7
箱座肋厚

7
轴承端盖外径

120,130
轴承旁联接螺栓距离

尽可能靠近，以
十、 减速器附件选择和设计
计算项目
计算和说明
12.1轴承端盖

材料为：HT150 依据下列公式对轴承端盖进行计算：
d0=d3+1mm；D0=D +2.5d3； D2=D0 +2.5d3；e=1.2d3； e1≥e；
m 由结构确定；
D4=D -(10～15)mm；D5=D0 -3d3；D6=D -(2～4)mm；
d1、b1 由密封尺寸确定；
b=5～10，h=(0.8～1)b
小轴轴承端盖：
由 d3=8mm，D=80mm
可知： D0=100mm，D4=66mm，D2=120mm，e=9.6mm,D5=76；
大轴轴承端盖：
由 d3=8mm，D=100mm
可知： d0=9mm，D0=120mm，D2=140mm，e=9.6mm，
e1>9.6mm，D4=76mm,D5=96mm,D6=98mm。
12.2视孔和视孔盖
窥视孔用于检验传动零件啮合、润滑及轮齿损坏情况，并兼作注油孔，可向减速器箱体内注入润滑油。
查手册，据 A=120mm，d4=8mm
则 A1=A+（5～6）·d4,
取 A1=160mm，A2=（A+A1）/2=140mm；B1=箱体宽-（15～20）=80mm，
则 B=B1-（5～6）·d4=40mm，B2=（B+B1）/2=60mm；
取 R=8mm，h=4mm， ∆ =4mm。
12.3油标
用来指示箱内油面高度，应设置在便于检验和油面较稳定处。查《机械设计课程设计》油尺在减速器上安装，采取螺纹连接。油尺上两条刻线位置，分别对应最高和最低油面。
据手册，选择 d=M12，d1=4mm，d2=12mm，d3=6mm,h=28mm,a=10mm,b=6mm,c=4mm,D=20mm,D1=16mm
12.4放油孔和螺塞
为排了将减速器箱体内污油排放洁净，应在油池最低位置处设置放油孔，放油孔应安装在减速器不和其它部件靠近一侧，方便放油。平时放油孔用螺塞堵住，并配有封油垫圈。查《机械设计课程设计》，选择 d=M16×1.5 系列。
12.5启盖螺钉

为预防漏油，在箱座和箱盖接合面处涂有密封用水玻璃或密封胶，所以在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖，旋动启箱螺钉可将箱盖顶。
12.6定位销

对由箱盖和箱座经过联接而组成剖分式箱体，为确保其各部分在加工及装配时能够保持正确位置，尤其是为确保箱体轴承座孔加工精度及安装精度。定位销直径 d=（0.7～0.8） d2，·故取 d=8mm。
12.7轴承盖螺钉

轴承盖螺钉，轴承盖旁连接螺栓，箱体和箱盖连接螺栓：用作 定位销：安装连接用，据手册，表 14-10 等可查得d=8mm。

参考文件：
[1]《机械设计手册》编委会．机械设计手册.齿轮传动[M]．第4版. 北京：机械工业出版社，.3
[2]《机械设计手册》编委会．机械设计手册.带传动和链传动[M]．第4版. 北京：机械工业出版社，.2
[3]《机械设计手册》编委会．机械设计手册.滚动轴承[M]．第4版. 北京：机械工业出版社，.3
[4] 杨可桢，程光蕴，李仲生．机械设计基础[M]．第五版. 北京：高等教育出版社，.5
[5] 龚溎义．机械设计课程设计指导书[M]．第二版. 北京：高等教育出版社，1990.4
[6] 龚溎义．机械设计课程设计图册[M]．第三版. 北京：高等教育出版社，1989.5
[7] 卜炎．机械传动装置设计手册[M]．第一版. 北京：机械工业出版社，1998.12