设计单级圆柱齿轮减速器的分享

UG的天空

一、前言
$ k+ {% y( Z+ J(一)
设计目的：
4 d! T6 M* `, ?5 b7 G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。
(二)
8 J. Z; t& Y$ _3 z传动方案的分析
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。
, e% |6 U7 B6 _, l+ }) U) [: |" K5 X+ s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。
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。
3 ~2 z( R; K; O) g4 ]7 X/ g: h减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。
# l9 u/ |. v; ]8 B8 S二、传动系统的参数设计
+ Z: t3 U9 y6 D4 w' M8 F3 Y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）。
工作条件：预定使用寿命8年，工作为二班工作制，载荷轻。
" Z8 M( e' z2 O) X7 F工作环境：室内灰尘较大，环境最高温度35°。
动力来源：电力，三相交流380/220伏。
' y1 e, X. j: z; H5 ~( l1
、电动机选择
（1）、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机
) l8 d! J- q. J: |- |( L7 f（2）、电动机功率选择：
, O0 L  V. L( N0 {①传动装置的总效率：
=0.98×0.99 ×0.96×0.99×0.96
. l+ R4 a, `  C# S% a②工作机所需的输入功率：
因为 F=0.2 KN=0.2 KN= 1908N
6 E1 E. {  R! a* |=FV/1000η
$ f! Q' V. z/ v# N3 J=1908×2/1000×0.96
=3.975KW
' W) R! ^+ z: x& o. ?' d6 B3 {4 v③电动机的输出功率：
=3.975/0.87=4.488KW
  A1 t' z- V' n( P5 l# }. ~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 。
" h7 ?' l; j5 k0 [' Y- N⑶、确定电动机转速：
计算滚筒工作转速：
=（60×v）/（2π×D/2）
=（60×2）/（2π×0.2）
=96r/min
" V% ]) f6 I; p5 S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
2 r4 |4 z% C: U' Q/ N: {* C7 X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
（1）、总传动比：i =1440/96=15
, T4 ]: `" B2 j5 G, J+ U（2）、分配各级传动比：
  _7 x3 _. V! D8 D9 E; z根据指导书，取齿轮i =5（单级减速器i=3~6合理）
6 N1 a) ^& ~" G0 D/ [8 {=15/5=3
2 x. f0 _% C- h" l& N$ B5 g3 、运动参数及动力参数计算
- B/ u4 u7 I$ K, Z$ N6 q⑴、计算各轴转速（r/min）
=960r/min
. Z2 W& g9 H: n=1440/3=480(r/min)
=480/5=96(r/min)
⑵计算各轴的功率（KW）
% B4 e: h" c" G电动机的额定功率Pm=5.5KW
2 [6 K' G6 j7 T9 M所以
) n( N3 t6 w% Y6 sP =5.5×0.98×0.99=4.354KW
% L4 ?  Q7 Z* Z=4.354×0.99×0.96 =4.138KW
=4.138×0.99×0.99=4.056KW
" y8 n1 ]& {8 `⑶计算各轴扭矩（N•mm）
2 z3 I5 K6 F; I% m9 L. f+ u6 M7 fTI=9550×PI/nI=9550×4.354/480=86.63N•m
! _4 P/ d9 K8 S6 Z# ?; Z7 f=9550×4.138/96 =411.645N•m
=9550×4.056/96 =403.486N•m
三、传动零件的设计计算
（一）齿轮传动的设计计算
（1）选择齿轮材料及精度等级
. D& y0 ?5 B+ \5 E0 ^& ]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
( C( O; V" E9 ]4 d  _! G/ h（2）确定有关参数和系数如下：
: v8 Z, J! M* W( U2 n1 p传动比i
取小齿轮齿数Z =20。则大齿轮齿数：
=5×20=100 ，所以取Z
实际传动比
0 s' u; \' |/ [# S% }5 Pi =101/20=5.05
3 r' k) {+ \' v* s$ ?; u4 y传动比误差：（i -i）/I=（5.05-5）/5=1%<2.5% 可用
2 P9 Z$ ~0 K" Z! S) L/ k齿数比： u=i
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°；
; e1 o! x6 o  z* H( R8 x$ I7 c则 h *m=3，h ）m=3.75
" h: z# ^* O& B! x: d. d. e7 k8 qh=（2 h ）m=6.75，c= c
7 B  N. V) C; A+ V& T) }分度圆直径：d =×20mm=60mm
6 D0 G! R5 D( b$ kd =3×101mm=303mm
# F6 D- A; r/ ?* Y1 g; d4 \% Q: b0 ~由指导书取 φ
齿宽： b=φ =0.9×60mm=54mm
; S) ^# Z7 i7 }$ s% c* r% M=60mm ，
b
齿顶圆直径：d ）=66，
d
齿根圆直径：d ）=52.5，
d ）=295.5
1 U. I; ]: |- A! V基圆直径：
6 }, l* f1 a0 rd cos =56.38，
: c: W# j+ P" T9 Ld cos =284.73
9 s* A" G# s  ^" p/ h2 |(3)计算齿轮传动的中心矩a：
a=m/2(Z )=3/2(20+101)=181.5mm 液压绞车≈182mm
1 s$ l% o2 f9 w% ^) A（二）轴的设计计算
: ^% Q3 v; P% l; H4 w1 、输入轴的设计计算
⑴、按扭矩初算轴径
选用45#调质，硬度217~255HBS
" V% L+ k( B  c" l( N8 k1 S& [根据指导书并查表，取c=110
' ]$ j! B! X9 ?所以 d≥110 (4.354/480) 1/3mm=22.941mm
" w- N+ Y: r* z+ |d=22.941×(1+5%)mm=24.08mm
∴选d=25mm
⑵、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
②确定轴各段直径和长度
Ⅰ段：d =25mm
+ ]- q0 _! W  z4 s， L =（1.5～3）d ，所以长度取L
∵h=2c
6 x2 H1 L# f; C& ^c=1.5mm
0 I! g, `* I5 i2 }. U6 d( b" g+2h=25+2×2×1.5=31mm
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
9 b3 |* H* [: @7 c) D% DIII段直径：
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.
5 K  S% f( G/ P  q% Z=d=35mm，L =T=18.25mm，取L
Ⅳ段直径：
9 I/ |: E5 p( A5 E0 P由手册得：c=1.5
. n' o% V! C' }. n) g2 j9 G& u8 yh=2c=2×1.5=3mm
/ a/ X- m$ m% c6 R4 B  r! w3 c4 X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
7 P- y$ l* R+ M' m) ]8 ]$ M因此将Ⅳ段设计成阶梯形，左段直径为41mm
  m" [4 |8 d) J+2h=35+2×3=41mm
) e% A* c7 q+ }1 W  B; P长度与右面的套筒相同，即L
5 |% c. r" m0 u: c3 NⅤ段直径：d =50mm. ，长度L =60mm
取L
由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=80mm
% i4 n( U3 R5 s5 n8 ]Ⅵ段直径：d =41mm， L
Ⅶ段直径：d =35mm， L ＜L3，取L
2 、输出轴的设计计算
⑴、按扭矩初算轴径
选用45#调质钢，硬度（217~255HBS）
( \2 k4 ]6 A. o  K根据课本P235页式（10-2），表（10-2）取c=110
2 ^) t$ `3 K( `1 n7 I=110× (2.168/76.4) =38.57mm
/ v6 @; v- c7 e9 k/ L9 I3 ?考虑有键槽，将直径增大5%，则
d=38.57×(1+5%)mm=40.4985mm
∴取d=42mm
9 I, P% ~6 h9 A, w" S; N⑵、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
( X6 f. h/ R  f* V1 C3 J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 L = 50mm
( X+ W- ?0 |8 HL = 55mm
L = 60mm
L = 68mm
L =55mm
4 m' \4 O2 H. {* |5 vL
四、滚动轴承的选择
1 、计算输入轴承
/ M  y$ ?/ [% U4 M0 r$ y: v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.
2 、计算输出轴承
$ L& X9 e. \) f, I4 J3 \6 b选30211型角接球轴承，其内径d为55mm，外径D=100mm，宽度T为22.755mm
% t. x7 K# Z6 Q! W% `1 H五、键联接的选择
1 、输出轴与带轮联接采用平键联接
9 c& A$ ]+ N9 y# Q) \& I键的类型及其尺寸选择：
! R/ }  G  ?3 w) O+ \带轮传动要求带轮与轴的对中性好，故选择C型平键联接。
  r$ `8 i" @" s根据轴径d =42mm ，L =65mm
/ i9 G3 H4 n: m查手册得，选用C型平键，得： 卷扬机
; `( f; B( i( c7 L6 j装配图中22号零件选用GB1096-79系列的键12×56
0 {2 v: ]: v2 T, ?) h* T& r则查得：键宽b=12，键高h=8，因轴长L ＝65，故取键长L=56
2 、输出轴与齿轮联接用平键联接
$ ]. N( `0 B' m' Y8 D* Y/ t, W=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
则查得：键宽b=18，键高h=11，因轴长L ＝53，故取键长L=45
- j1 S, H" ^) T! I# q' `3 、输入轴与带轮联接采用平键联接 =25mm L
' [$ _7 x, d5 V. \4 o9 O3 }1 J查手册
- F. f, n* |4 }/ X# D; f+ Y选A型平键，得：
1 d$ w) L8 d7 @! A装配图中29号零件选用GB1096-79系列的键8×50
$ U6 W! S, L$ Q6 D则查得：键宽b=8，键高h=7，因轴长L ＝62，故取键长L=50
+ A) F) C4 L/ X4 g* p4 、输出轴与齿轮联接用平键联接
4 c3 j8 K; ^' U- V& A=50mm
6 a' f0 a2 ]+ L! V- d% KL
查手册
选A型平键，得：
, s; U- K/ x& I5 e- i: J装配图中26号零件选用GB1096-79系列的键14×49
则查得：键宽b=14，键高h=9，因轴长L ＝60，故取键长L=49
6 p4 v3 i5 ?( g/ u. N# [3 G六、箱体、箱盖主要尺寸计算
  V5 q: H0 Y  j7 n* ~4 ^9 L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：
: @' o( U3 L( ^- I+ F# A0 r- U七、轴承端盖
主要尺寸计算
: [, r2 F/ a$ ?8 v轴承端盖：HT150 d3=8
n=6 b=10
. y  }3 E! w3 n8 W- {6 N八、减速器的
8 w8 Z) s+ s5 Z减速器的附件的设计
, j; W# [- i) p$ k9 F5 p+ C8 ?+ }, ]+ @1
、挡圈 ：GB886-86
+ L6 k6 Y- J2 r; `) i( F; B2 b8 h' `查得：内径d=55，外径D=65，挡圈厚H=5，右肩轴直径D1≥58
! H$ m+ M6 `+ i1 ]0 z$ J! O2
0 c5 \8 ~7 i% G0 x、油标 ：M12：d =6，h=28，a=10,b=6，c=4，D=20，D
- ?7 T! o2 `: o- ^% S, F6 `7 |* e8 E% k3
、角螺塞
M18
( n* `( ^1 x; C  j2 ^, ?. n×
1.5 ：JB/ZQ4450-86
8 {; s0 g8 \" M$ c* r& U( m九、
4 u. W# f) y! U6 j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

huhaibotomy

您倒是把图上上来啊