那位有单级圆柱齿轮减速器设计说明书

叶月恋人

一、前言
5 m3 u: p  [4 V- \(一)
设计目的：
通过本课程设计将学过的基础理论知识进行综合应用，培养结构设计，计算能力，熟悉一般的机械装置设计过程。
: X/ x+ ~; o4 h. }% S* K: w(二)
9 ~2 F" T* K- N0 t' w) K9 o传动方案的分析
# E' @5 D6 M5 X% ?& N1 L机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。
7 ~1 J+ E) h3 i6 w2 @1 Q" F( |本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。
; |1 _6 Y4 L; }% R$ h带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。
齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。
. X! }8 `  h& Z0 I减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。
二、传动系统的参数设计
: V; t$ l; E# w1 b4 R* N; ?原始数据：运输带的工作拉力F=0.2 KN；带速V=2.0m/s；滚筒直径D=400mm（滚筒效率为0.96）。
+ q9 J" r1 S7 k工作条件：预定使用寿命8年，工作为二班工作制，载荷轻。
工作环境：室内灰尘较大，环境最高温度35°。
7 L% V6 d, k" N动力来源：电力，三相交流380/220伏。
1
3 `8 f  n+ ]7 n6 ?2 n1 T: Q、电动机选择
2 ^4 Y, H! a# I: ^8 v' u（1）、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机
（2）、电动机功率选择：
①传动装置的总效率：
: q1 p5 A5 ^8 t3 a( m& _% [=0.98×0.99 ×0.96×0.99×0.96
; q8 `  N8 w* {5 \0 R6 M②工作机所需的输入功率：
: M$ m) n3 ^! |* Y+ F% U6 \因为 F=0.2 KN=0.2 KN= 1908N
+ q; O" Y: {9 r- G=FV/1000η
=1908×2/1000×0.96
3 D# H+ O5 O4 B=3.975KW
# B8 ~; s& G# P4 _③电动机的输出功率：
=3.975/0.87=4.488KW
( \( |+ B, O: H" n. h使电动机的额定功率P ＝（1～1.3）P ，由查表得电动机的额定功率P ＝ 5.5KW 。
⑶、确定电动机转速：
计算滚筒工作转速：
; ~. h6 L! }' l) x' T( Z=（60×v）/（2π×D/2）
=（60×2）/（2π×0.2）
" w$ G9 |' |, F' w. m+ E=96r/min
由推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I’ =3~6。取V带传动比I’ =2~4，则总传动比理时范围为I’ =6~24。故电动机转速的可选范围为n’ =（6~24）×96=576~2304r/min
⑷、确定电动机型号
. R# i* [% N; Z根据以上计算在这个范围内电动机的同步转速有1000r/min和1500r/min，综合考虑电动机和传动装置的情况，同时也要降低电动机的重量和成本，最终可确定同步转速为1500r/min ，根据所需的额定功率及同步转速确定电动机的型号为Y132S-4 ，满载转速 1440r/min 。
其主要性能：额定功率：5.5KW，满载转速1440r/min，额定转矩2.2，质量68kg。
2
、计算总传动比及分配各级的传动比
# |! {5 H" o' M  o  ?3 O# {（1）、总传动比：i =1440/96=15
1 O' N  }" o) u7 [% @- I（2）、分配各级传动比：
% m1 v7 j. F$ F' }9 M; y$ g" ]根据指导书，取齿轮i =5（单级减速器i=3~6合理）
=15/5=3
( O$ x) N* z) ?# ~3
- j5 ]2 `$ g- j! ~. |8 E4 U、运动参数及动力参数计算
/ ?: \# a8 k' V5 C2 }8 m: R0 W⑴、计算各轴转速（r/min）
=960r/min
+ N# a8 q* ~! N3 P. u% E5 a( ~8 H=1440/3=480(r/min)
2 l( p' l  j* S2 n3 v$ ?4 T=480/5=96(r/min)
! e3 A" h, O5 |( Q: y: q9 G+ _⑵计算各轴的功率（KW）
电动机的额定功率Pm=5.5KW
所以
P =5.5×0.98×0.99=4.354KW
6 S+ x6 H- g! z" n6 L$ \* h5 C8 T=4.354×0.99×0.96 =4.138KW
1 m# a& o/ G& Q8 t=4.138×0.99×0.99=4.056KW
⑶计算各轴扭矩（N•mm）
TI=9550×PI/nI=9550×4.354/480=86.63N•m
=9550×4.138/96 =411.645N•m
=9550×4.056/96 =403.486N•m
3 u$ W2 |* S% ^, c三、传动零件的设计计算
（一）齿轮传动的设计计算
- v# v% B) v& N9 j8 O% }（1）选择齿轮材料及精度等级
考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240~260HBS。大齿轮选用45#钢，调质，齿面硬度220HBS；根据指导书选7级精度。齿面精糙度R ≤1.6~3.2μm
（2）确定有关参数和系数如下：
传动比i
% R) K4 [, q4 ]. d" [% X6 u4 ?取小齿轮齿数Z =20。则大齿轮齿数：
=5×20=100
2 ~5 }# l6 |: s, \，所以取Z
/ @4 A1 B0 N9 L. F7 h/ \实际传动比
i =101/20=5.05
传动比误差：（i -i）/I=（5.05-5）/5=1%<2.5% 可用
齿数比：
0 J8 @) t; u0 A$ g8 Q, J7 S1 V6 @u=i
" T+ K8 A% ^/ B- C/ h' t3 j6 N取模数：m=3 ；齿顶高系数h =1；径向间隙系数c =0.25；压力角 =20°；
, P& F1 V* W& d/ O& ~则
h *m=3，h ）m=3.75
/ p8 P' A2 a/ E+ c; O4 P6 rh=（2 h ）m=6.75，c= c
分度圆直径：d =×20mm=60mm
% o: w* @0 e. V- Q) c1 ^d =3×101mm=303mm
6 ^8 a. S1 X" \6 {由指导书取
φ
* M. j; F0 O* }( L( K- ^0 G: x' S齿宽：
5 A4 a  F! U+ a0 K. m8 ]+ vb=φ =0.9×60mm=54mm
  _+ \# u% V# t/ c/ W5 Y/ p3 d6 v=60mm ，
b
齿顶圆直径：d ）=66，
d
0 Z5 Y6 \6 F; ?& y( S. f齿根圆直径：d ）=52.5，
d ）=295.5
) S; d3 j6 o2 I* E2 G基圆直径：
d cos =56.38，
* M4 U* C5 E5 u) H/ K- D* \d cos =284.73
: d$ G+ D8 k. l. k) U# Z(3)计算齿轮传动的中心矩a：
* o& u2 s& L4 l' S' L- da=m/2(Z )=3/2(20+101)=181.5mm 液压绞车≈182mm
9 n0 A- {. c* ?2 C/ d3 g% M- y（二）轴的设计计算
1
、输入轴的设计计算
⑴、按扭矩初算轴径
. _" C# j) e0 c3 R7 B1 @5 Z3 }选用45#调质，硬度217~255HBS
1 h& v) D2 U: ?# P根据指导书并查表，取c=110
7 s& L  p0 |- o8 C' Q* D, ]( I) T3 ?所以 d≥110 (4.354/480) 1/3mm=22.941mm
d=22.941×(1+5%)mm=24.08mm
$ _5 _2 ?$ w2 Y& v; ?: d% t. Q5 K∴选d=25mm
8 J' |) s- k7 D( Z, Y: f3 x⑵、轴的结构设计
①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
! X' g( e' R: c* n②确定轴各段直径和长度
Ⅰ段：d =25mm
. B6 z9 o7 K" X7 q, V， L =（1.5～3）d ，所以长度取L
∵h=2c
c=1.5mm
+2h=25+2×2×1.5=31mm
: H/ B3 c' e( A  K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：
L =（2+20+55）=77mm
III段直径：
* s; e; y  P/ N3 T  ^6 V9 k: ~" [5 s初选用30207型角接触球轴承，其内径d为35mm,外径D为72mm，宽度T为18.25mm.
0 z( y2 I6 D! |$ [% Z=d=35mm，L =T=18.25mm，取L
Ⅳ段直径：
* V0 A$ J3 \3 o由手册得：c=1.5
. j2 V* J% b6 m  E* o1 m& g% I- _h=2c=2×1.5=3mm
* f* i' j# v- L此段左面的滚动轴承的定位轴肩考虑，应便于轴承的拆卸，应按标准查取由手册得安装尺寸h=3.该段直径应取：d =（35+3×2）=41mm
因此将Ⅳ段设计成阶梯形，左段直径为41mm
+2h=35+2×3=41mm
0 K; y+ J2 S9 A; K' L, @7 m/ A长度与右面的套筒相同，即L
5 F# w0 N& D' _0 ^7 jⅤ段直径：d =50mm. ，长度L =60mm
4 m4 n; @+ g- c- W3 I0 G& [) @取L
由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=80mm
Ⅵ段直径：d =41mm， L
; c5 F7 ^6 K9 S$ M- b( f4 RⅦ段直径：d =35mm， L ＜L3，取L
2
、输出轴的设计计算
. r. W$ u) }* C# d⑴、按扭矩初算轴径
选用45#调质钢，硬度（217~255HBS）
根据课本P235页式（10-2），表（10-2）取c=110
) i, S6 e9 Q4 `6 B=110× (2.168/76.4) =38.57mm
' `8 k9 y: c  W考虑有键槽，将直径增大5%，则
( }0 d; V8 M) `% q  O- i* \  dd=38.57×(1+5%)mm=40.4985mm
∴取d=42mm
- M9 B4 K6 S3 R7 |* f/ a( t⑵、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30211型角接球轴承，其内径d为55mm，外径D=100mm，宽度T为22.755mm。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42.755mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。
则
d =42mm
3 f( Q$ n2 W& |' k; M8 U* ^& qL
= 50mm
$ _, m' U/ f! d- WL
= 55mm
L
/ y7 z' _+ F$ k) {' ]= 60mm
: @  |8 {1 o4 H1 aL
8 V# J2 Z& F) w6 _= 68mm
, i: D4 r0 d! y1 [- K3 q& T( l" HL
=55mm
8 ~8 H/ G6 q: N; b0 q# rL
四、滚动轴承的选择
1
- ~3 ]+ X! S! \8 F、计算输入轴承
/ V+ v; X3 v- ^; N" A选用30207型角接触球轴承，其内径d为35mm,外径D为72mm，宽度T为18.25mm.
4 d3 q4 p, n# R" ], ?1 v2
、计算输出轴承
选30211型角接球轴承，其内径d为55mm，外径D=100mm，宽度T为22.755mm
五、键联接的选择
# @2 G- k8 f/ G9 h% n1
* t8 f3 X3 \1 S6 F! j  q! E1 P、输出轴与带轮联接采用平键联接
键的类型及其尺寸选择：
* ?% ?5 d$ a* c1 T( M  S带轮传动要求带轮与轴的对中性好，故选择C型平键联接。
根据轴径d =42mm ，L =65mm
查手册得，选用C型平键，得： 卷扬机
- r* E4 W/ D+ b: k装配图中22号零件选用GB1096-79系列的键12×56
" Z  l# p; v) k% ]  [. w则查得：键宽b=12，键高h=8，因轴长L ＝65，故取键长L=56
$ y* \! B# \6 Q$ W5 R2
4 x+ b9 ~7 n0 p. @. T% r、输出轴与齿轮联接用平键联接
+ u$ c3 a) U+ \1 ]! L' r=60mm,L
查手册得，选用C型平键，得：
装配图中 赫格隆36号零件选用GB1096-79系列的键18×45
% j" X" N9 x- i. `( h0 `2 S& J则查得：键宽b=18，键高h=11，因轴长L ＝53，故取键长L=45
3
2 I- R2 b+ H6 ]7 D7 l' @5 W& j5 j、输入轴与带轮联接采用平键联接
=25mm
L
; `4 a8 c5 {+ t5 [+ |8 d; }& e查手册
9 Q. N7 q( R, m0 K+ O选A型平键，得：
9 u" B  D! v8 Q装配图中29号零件选用GB1096-79系列的键8×50
) }1 r  _* C' W: G则查得：键宽b=8，键高h=7，因轴长L ＝62，故取键长L=50
9 n4 }1 Y  ]9 S" l2 [# e4
、输出轴与齿轮联接用平键联接
=50mm
L
查手册
选A型平键，得：
装配图中26号零件选用GB1096-79系列的键14×49
( t" `3 @- W% B则查得：键宽b=14，键高h=9，因轴长L ＝60，故取键长L=49
7 h0 s8 D- X0 y/ Z5 ?, p7 o六、箱体、箱盖主要尺寸计算
, ]/ d7 z$ b$ J4 S箱体采用水平剖分式结构，采用HT200灰铸铁铸造而成。箱体主要尺寸计算如下：
七、轴承端盖
' l  E  j- U' Z5 ?# ~, ~主要尺寸计算
轴承端盖：HT150 d3=8
8 A% \! Y9 m7 x* B  c4 ]2 Jn=6 b=10
- t& a! o$ f  K: j: l八、减速器的
减速器的附件的设计
- m, o4 X: X8 b2 o/ R1
) [/ o0 `' Z& L4 m5 K6 [  E、挡圈 ：GB886-86
3 o) ?0 X8 a* f3 A2 O. T9 N0 N4 \查得：内径d=55，外径D=65，挡圈厚H=5，右肩轴直径D1≥58
7 Q- ~$ J* u% j& a8 m  `2
" O7 n5 H( \. c- ?1 S% U、油标 ：M12：d =6，h=28，a=10,b=6，c=4，D=20，D
. M+ k0 ?, l$ \) |+ U3 k  {3
' c- K$ i+ A7 m* ]& v. e; F、角螺塞
M18
×
' A. t2 l# Z1 F7 \* k) H! D* ~1.5 ：JB/ZQ4450-86
& V) F3 p/ j+ c' [7 v6 N九、
设计参考资料目录
1、吴宗泽、罗圣国主编.机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，1999.6
2、解兰昌等编著.紧密仪器仪表机构设计.杭州：浙江大学出版社，1997.11