那位有单级圆柱齿轮减速器设计说明书

叶月恋人

一、前言
! P1 f0 l4 N, L7 C(一)
设计目的：
9 S7 O" R& j# d' D. H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)
. k' n' B' m; t9 L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。
  S: W) H- m: e  |+ h- o/ N5 `2 ^6 g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。
# `3 B8 }3 o3 {; L" R0 f4 i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。
减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。
# Y9 C7 J5 y: o$ w9 o- a* s二、传动系统的参数设计
! e0 {& Z* y" V9 o2 J( r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。
工作环境：室内灰尘较大，环境最高温度35°。
) @1 V$ g* g. J! ]动力来源：电力，三相交流380/220伏。
5 N* g) [1 c7 p; Y1
、电动机选择
（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：
' m2 |  a, \1 n3 M( B①传动装置的总效率：
' q$ a# z8 O8 D# j6 O) [=0.98×0.99 ×0.96×0.99×0.96
0 Y' y8 R4 z, [+ _! ^) A②工作机所需的输入功率：
因为 F=0.2 KN=0.2 KN= 1908N
=FV/1000η
=1908×2/1000×0.96
=3.975KW
. y, X- u, Q8 @# R③电动机的输出功率：
=3.975/0.87=4.488KW
, k& ]7 L' T1 q) [. n# Y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 。
% h, U7 r- d5 G- G⑶、确定电动机转速：
3 V. R& x* m6 I' p8 Q: H9 W4 t计算滚筒工作转速：
=（60×v）/（2π×D/2）
. M# D  L! M6 c1 J=（60×2）/（2π×0.2）
=96r/min
9 V3 O3 T; E1 p9 _9 e& g: g* x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
# q% ?% v( {) }* C8 g" N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 。
5 x3 T4 M( D; a# f/ v4 B0 p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
) I  F0 A, V% O0 |、计算总传动比及分配各级的传动比
" _+ [# _! `2 h6 ?% O& e0 Y+ V（1）、总传动比：i =1440/96=15
（2）、分配各级传动比：
2 d- ^- i3 Q. @# K! d' V! l根据指导书，取齿轮i =5（单级减速器i=3~6合理）
  _$ d6 c. A# s4 @! [=15/5=3
+ z& h% u- |; }! X$ L7 ?3
、运动参数及动力参数计算
- `8 G1 \) r. f- c  y# |9 E⑴、计算各轴转速（r/min）
=960r/min
4 O) B4 E% \6 Y* e" {$ B=1440/3=480(r/min)
=480/5=96(r/min)
. T" Q. V+ g1 `; q+ l  }  q3 t⑵计算各轴的功率（KW）
电动机的额定功率Pm=5.5KW
$ [% T" @$ c) |- |所以
P =5.5×0.98×0.99=4.354KW
; Y9 H, ~% `# I=4.354×0.99×0.96 =4.138KW
=4.138×0.99×0.99=4.056KW
: {! D# T# f9 w- z' y6 b4 A⑶计算各轴扭矩（N•mm）
/ F. o. X4 f! rTI=9550×PI/nI=9550×4.354/480=86.63N•m
, J  Y; }0 t# X  X6 K3 ~=9550×4.138/96 =411.645N•m
3 ^/ i" r5 u. c; q! s6 N1 l=9550×4.056/96 =403.486N•m
三、传动零件的设计计算
9 k2 _7 J) W( P# G0 H（一）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
& m& n8 K' ~$ S4 t+ @+ ?$ ^（2）确定有关参数和系数如下：
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
i =101/20=5.05
传动比误差：（i -i）/I=（5.05-5）/5=1%<2.5% 可用
; ~  x+ @! @; m! H& ?齿数比：
4 Q9 J+ |+ ?# u8 Pu=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°；
则
9 t$ @, E& X3 @h *m=3，h ）m=3.75
h=（2 h ）m=6.75，c= c
分度圆直径：d =×20mm=60mm
d =3×101mm=303mm
由指导书取
φ
齿宽：
b=φ =0.9×60mm=54mm
=60mm ，
b
& z9 y* L4 t& N& k& _$ F% C齿顶圆直径：d ）=66，
$ z- y) Y& k4 M7 |d
( y8 i: a/ \4 b7 n齿根圆直径：d ）=52.5，
  O# l% g4 ?  M! }5 O% K% Cd ）=295.5
  T6 _4 u; g) [5 h) |! y1 L* x( b$ T基圆直径：
d cos =56.38，
% w+ h1 n5 ^0 R3 Cd cos =284.73
& J; S; d# J  C# q9 @! }(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
+ ^/ M: ]* b  Q: |$ @9 R, D（二）轴的设计计算
& ^  t. N3 u" P+ T: g1
4 Z) k2 F) ~. _9 c、输入轴的设计计算
7 u7 V% ^3 G4 E, k6 V⑴、按扭矩初算轴径
选用45#调质，硬度217~255HBS
根据指导书并查表，取c=110
所以 d≥110 (4.354/480) 1/3mm=22.941mm
d=22.941×(1+5%)mm=24.08mm
∴选d=25mm
% u* B1 }# A% r: L' i  ?⑵、轴的结构设计
①轴上零件的定位，固定和装配
7 A% w; r+ h- d& M$ B; k% X( F" U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
( j, H6 L- z5 p* a/ |， L =（1.5～3）d ，所以长度取L
% ~3 @" f0 Q' o" @  z3 R! x∵h=2c
1 B% P+ y; U- S; \' Pc=1.5mm
+2h=25+2×2×1.5=31mm
! ^, ?1 @8 z' N" L& C4 @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：
; t% p# H- n9 O0 z1 E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.
  i0 P8 V$ }1 |4 U. I=d=35mm，L =T=18.25mm，取L
Ⅳ段直径：
由手册得：c=1.5
+ H+ b$ j8 P" k) _% \$ V! ~h=2c=2×1.5=3mm
4 R/ G" U! ?. U. o, u" 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
$ n% K; ]! q' c- @7 C因此将Ⅳ段设计成阶梯形，左段直径为41mm
+2h=35+2×3=41mm
! a6 [! O& T7 ~5 U- z* b. y  f长度与右面的套筒相同，即L
8 \" O% @* z, Q( kⅤ段直径：d =50mm. ，长度L =60mm
取L
+ r4 K7 _7 L0 W+ P8 D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
- ]2 B5 A, _  t3 O  ?- b' {' b# oⅦ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）
根据课本P235页式（10-2），表（10-2）取c=110
=110× (2.168/76.4) =38.57mm
7 S6 F: S, b8 b6 d' ?2 _* I# C考虑有键槽，将直径增大5%，则
d=38.57×(1+5%)mm=40.4985mm
∴取d=42mm
⑵、轴的结构设计
①轴的零件定位，固定和装配
% b+ i- n) I: }2 x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。
; F1 b$ b) n' o; E" V②确定轴的各段直径和长度
  l% O+ W7 A7 a2 I# T5 C$ P0 r4 A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。
% O+ N* a) u- \; S3 S& \. G4 ]则
d =42mm
, V; C/ n6 U4 Q( ?L
7 d) [  `$ \1 ^- p% ~; g' k: w; c8 `= 50mm
L
= 55mm
- h9 C9 `8 ~+ R" YL
= 60mm
8 I) {& u" y5 M1 R5 l4 fL
= 68mm
/ x6 e& D! l- ]6 pL
=55mm
( G- @" B6 M1 V; f7 }$ gL
四、滚动轴承的选择
3 \. j8 q& c) u) [5 v7 \. O1 J) Q1
5 `, H! k6 W% l: X、计算输入轴承
* J- C7 d6 X' S# [( B5 w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.
- Y6 P: I7 W( L, v' R  b* L; ^2
$ c( G, U" v' v. `2 G. i、计算输出轴承
5 h/ H' b; e/ Z8 `1 @* F2 K- x选30211型角接球轴承，其内径d为55mm，外径D=100mm，宽度T为22.755mm
% V  ]% Y5 k4 D# Y7 I1 ^五、键联接的选择
8 u' G' k0 K  Z- k1
$ u5 Z/ g  Y+ j5 G- ^% R( R、输出轴与带轮联接采用平键联接
键的类型及其尺寸选择：
' Z4 C2 Y6 A- i* @" r带轮传动要求带轮与轴的对中性好，故选择C型平键联接。
9 Y4 T$ G8 m& l/ c* n根据轴径d =42mm ，L =65mm
查手册得，选用C型平键，得： 卷扬机
装配图中22号零件选用GB1096-79系列的键12×56
) K8 K7 a3 M- f3 C' [则查得：键宽b=12，键高h=8，因轴长L ＝65，故取键长L=56
2
! M& I. u' t' A3 }4 N$ `0 O、输出轴与齿轮联接用平键联接
, v  D4 N9 ~) T- t7 G* M( N=60mm,L
查手册得，选用C型平键，得：
6 _2 q# p6 i" _& v$ M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
4 H& C, S' i6 S9 @3
、输入轴与带轮联接采用平键联接
=25mm
4 X- v) `5 C: i! i' XL
查手册
选A型平键，得：
6 C2 W6 \- o3 z0 K装配图中29号零件选用GB1096-79系列的键8×50
则查得：键宽b=8，键高h=7，因轴长L ＝62，故取键长L=50
+ S) t5 i5 h1 ~; j2 F3 p4
、输出轴与齿轮联接用平键联接
=50mm
' W+ ?/ x3 A2 _L
+ i9 ~% Y, {- g/ b) O查手册
' M$ Y2 K. q9 f4 k) d选A型平键，得：
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
- l$ ?  D2 s1 W' p$ p7 i( v六、箱体、箱盖主要尺寸计算
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
主要尺寸计算
% Y5 k4 N) k' A" H' x( u. U  x# i# t轴承端盖：HT150 d3=8
n=6 b=10
3 p$ C  F- P- W$ L% {+ D八、减速器的
减速器的附件的设计
1
、挡圈 ：GB886-86
, `& x8 b8 C' L& f# N7 J查得：内径d=55，外径D=65，挡圈厚H=5，右肩轴直径D1≥58
2
、油标 ：M12：d =6，h=28，a=10,b=6，c=4，D=20，D
  r5 E: `; A* t: C# L3
4 n; H' M# U( G) M0 a& t3 i、角螺塞
M18
×
1.5 ：JB/ZQ4450-86
$ t5 }- i# a; F& u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
0 n' e/ T' h, F' f2、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