那位有单级圆柱齿轮减速器设计说明书

叶月恋人

一、前言
(一)
& Y! K* R+ U. ?8 q- O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。
- c5 S9 w; ~) L, Y/ \(二)
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。
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。
5 Q" V  |2 R, x* q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。
二、传动系统的参数设计
+ c% s# A  W! d/ B4 P: C: ~  O6 Z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）。
3 y& t, l# ]( R. s" q9 G6 k1 x0 u工作条件：预定使用寿命8年，工作为二班工作制，载荷轻。
& |7 u4 K8 n) B7 ?* h5 c' o2 O! 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。
( E6 P$ Q5 y4 W. ^1
、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：
①传动装置的总效率：
=0.98×0.99 ×0.96×0.99×0.96
: e0 z/ w) K. V: B7 o8 k②工作机所需的输入功率：
) s% `& d. ^+ A! n- f. T  B6 [; d- i因为 F=0.2 KN=0.2 KN= 1908N
, {! R3 h4 _! [- J! t* P=FV/1000η
) l5 c9 _  }! F  r# Y=1908×2/1000×0.96
=3.975KW
③电动机的输出功率：
=3.975/0.87=4.488KW
+ i1 H2 q" H7 ]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：
, n" ~8 q, k3 j) _/ w5 u4 Y8 P计算滚筒工作转速：
; Q$ O' W" l$ E8 e% ?=（60×v）/（2π×D/2）
=（60×2）/（2π×0.2）
6 d! M9 f! E, b: f! h( Z' F  d=96r/min
! \$ }" ^2 H% f  w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
3 t+ V* n- L" ~# \: R4 n⑷、确定电动机型号
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 。
& R( i" m; D) V0 v* Z% L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。
1 o. o% G7 [( }) o2 d% Q* j2
% c3 C6 m) U/ x5 f2 O2 A9 }4 D" Z、计算总传动比及分配各级的传动比
8 z: E% E" t% W; i2 x（1）、总传动比：i =1440/96=15
/ \, Q8 l9 w6 ]; K: E（2）、分配各级传动比：
根据指导书，取齿轮i =5（单级减速器i=3~6合理）
! D0 A9 x: n5 @% Y=15/5=3
3
+ b5 C2 G% x9 E" X) ?  g9 R、运动参数及动力参数计算
$ T& U1 X9 ~5 w, A  d( u3 q⑴、计算各轴转速（r/min）
=960r/min
: k/ c) p  G) _. j$ t5 }/ G! k# o=1440/3=480(r/min)
8 K* P, B% E8 M8 Z6 K# V=480/5=96(r/min)
⑵计算各轴的功率（KW）
电动机的额定功率Pm=5.5KW
: W8 m2 L/ g" N6 |5 j. l' u所以
P =5.5×0.98×0.99=4.354KW
, w  P  X3 r. N# {: I$ y=4.354×0.99×0.96 =4.138KW
) v+ h. ?8 p8 h% m. [. G: g=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
4 T9 ^$ W9 O- r7 N/ q=9550×4.138/96 =411.645N•m
) s/ l* ?% \; c4 F7 Z; B=9550×4.056/96 =403.486N•m
* }) C  d% m2 }7 r/ h三、传动零件的设计计算
' c2 z4 a3 m" Q7 e' z9 u1 m2 H0 _. r（一）齿轮传动的设计计算
  [* @1 Y* C  v" r- q8 }/ K（1）选择齿轮材料及精度等级
$ O. y5 N- G$ ?; B9 o0 V. k1 ]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：
% i+ V* _% }2 {3 @% v& ~传动比i
- X" N: L) o" ]' k7 J取小齿轮齿数Z =20。则大齿轮齿数：
=5×20=100
9 [0 r$ w% E% Y, W0 h，所以取Z
0 R2 |3 c3 d$ D. J1 P实际传动比
1 d  r6 V) H* I0 u1 H& f, Oi =101/20=5.05
; l' T2 o# Q7 [! d' [传动比误差：（i -i）/I=（5.05-5）/5=1%<2.5% 可用
齿数比：
8 y- V7 x* j/ T$ Gu=i
- Y! i, c) e3 x$ r6 \6 W9 ]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
; C) g4 c: w& e5 [5 k0 Vh *m=3，h ）m=3.75
9 _, p" a  S# u9 ch=（2 h ）m=6.75，c= c
分度圆直径：d =×20mm=60mm
2 z3 s" S2 [" {/ ~- F$ ^d =3×101mm=303mm
; \2 a9 X5 w) r/ P/ H0 K! U由指导书取
* V' I' {" A0 cφ
8 }+ Y% h9 O5 Q  p1 p. r: Q齿宽：
) \# }' M1 h" \- _9 `1 Lb=φ =0.9×60mm=54mm
=60mm ，
b
# Z. L8 h2 E7 e/ u% }) q% {齿顶圆直径：d ）=66，
- ~1 R2 o9 ?% c% t( |1 Ad
! {/ q' n0 a8 x8 H9 F齿根圆直径：d ）=52.5，
d ）=295.5
基圆直径：
d cos =56.38，
" E" K1 u) H: i& c- L6 ~d cos =284.73
8 z/ n6 F* F; Y! ?0 r(3)计算齿轮传动的中心矩a：
2 C/ W4 b$ B0 P& C7 Q0 k+ [; ^a=m/2(Z )=3/2(20+101)=181.5mm 液压绞车≈182mm
（二）轴的设计计算
3 N( m: F$ m" z$ N  Y3 E1 ?1
8 s0 J8 `6 F+ V9 i7 M+ d、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
8 e* i, x! Q; D7 R/ s# Q根据指导书并查表，取c=110
" ~# f: a. K" S: f5 n/ W; b所以 d≥110 (4.354/480) 1/3mm=22.941mm
2 e# K% F* V9 A/ f! Ed=22.941×(1+5%)mm=24.08mm
7 L% p' @9 z$ n4 C- v∴选d=25mm
* Q3 U; q  o" P, L& h; j$ c; f+ u⑵、轴的结构设计
4 J! L" J- W$ L①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
， L =（1.5～3）d ，所以长度取L
7 H) Y! @1 v* \# ?- q∵h=2c
9 ], B& Q2 s1 V0 jc=1.5mm
, g! O$ z$ r" q) E# }6 q6 s+2h=25+2×2×1.5=31mm
& i: q4 x8 P1 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：
3 A2 R# R# U$ }( j/ w5 Q4 |0 f4 cL =（2+20+55）=77mm
III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.
' p3 m) O/ d* Y0 ~9 A- w=d=35mm，L =T=18.25mm，取L
& D8 B* f; L: g+ j+ nⅣ段直径：
由手册得：c=1.5
2 S7 I" P4 x* Q$ b' {; Wh=2c=2×1.5=3mm
: }" p* w' U: t! b8 M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
) N0 ?, R' ?, D8 V' k5 u! D1 g) O因此将Ⅳ段设计成阶梯形，左段直径为41mm
+2h=35+2×3=41mm
7 I, ]" ^- q. ^- F5 `/ ?长度与右面的套筒相同，即L
Ⅴ段直径：d =50mm. ，长度L =60mm
2 A( |- J: p6 X& d* G取L
5 ?# ~$ [3 G, t7 L' Y% H: c" E由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=80mm
* L; ]" a) @* j/ l0 gⅥ段直径：d =41mm， L
% b7 H) p% P. c& t) bⅦ段直径：d =35mm， L ＜L3，取L
8 O6 N! [" W0 I2
、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）
/ O( S8 Z. e( D4 t  a, C根据课本P235页式（10-2），表（10-2）取c=110
5 g- t+ t* d& ~" ^' A+ d=110× (2.168/76.4) =38.57mm
考虑有键槽，将直径增大5%，则
) i0 Z/ t7 t; Wd=38.57×(1+5%)mm=40.4985mm
& B# J$ F* U) w2 d∴取d=42mm
⑵、轴的结构设计
①轴的零件定位，固定和装配
. q& y1 D5 j. ?& J! `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
& b. `, x/ z$ \# O: h& h) b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。
3 c% U  e) X1 t则
: T& R/ U1 ]7 u, v% ^- w1 kd =42mm
. d/ L. }4 M7 d5 LL
( @9 G2 z( n& m= 50mm
L
0 V- ?( j# {0 _3 C2 }= 55mm
L
= 60mm
9 m% @% m9 B5 ^( FL
= 68mm
- |- v6 i; o6 I+ P0 h9 v, z! GL
% j9 O! q$ }1 W- a=55mm
8 j. @9 \5 v: W  g% I, QL
8 k& h+ n: v' A: }. |& i1 K" R+ B四、滚动轴承的选择
1
6 }. Y( Z  s/ w+ D9 V、计算输入轴承
' m4 g- s/ A/ L# @+ p) y, i+ R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
; y' e2 R- @9 K# Q+ P3 \1 d、计算输出轴承
. X+ b" T. t. y1 K* H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
0 q: r6 [; L6 F0 c1
、输出轴与带轮联接采用平键联接
键的类型及其尺寸选择：
带轮传动要求带轮与轴的对中性好，故选择C型平键联接。
6 q0 Z7 H; f, t根据轴径d =42mm ，L =65mm
# v/ M0 S' F% _/ |& S0 q, [8 M; L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
则查得：键宽b=12，键高h=8，因轴长L ＝65，故取键长L=56
2
1 P5 M" M- P1 X# @, L、输出轴与齿轮联接用平键联接
, v  T& g7 \4 P& H* {=60mm,L
查手册得，选用C型平键，得：
; U4 D* t3 @3 n! e' i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
3
% \$ P. \- y, E, K9 V& [% [% b、输入轴与带轮联接采用平键联接
=25mm
L
查手册
5 m0 U2 r' ?  w% f$ [$ H4 ?选A型平键，得：
  g. _; ?- ]1 C% `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
4
、输出轴与齿轮联接用平键联接
=50mm
" C6 X& b7 Y' S' K: D' ?- U# ^L
查手册
; W9 U: T. ^: }  Y选A型平键，得：
) g2 e9 P" J3 H' U$ v( g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
六、箱体、箱盖主要尺寸计算
6 n# U$ }% Y8 X9 v- }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：
/ X- H$ Y- ~% m+ A2 h; s; t  d七、轴承端盖
主要尺寸计算
轴承端盖：HT150 d3=8
; l, t" P  I9 n2 M, Xn=6 b=10
八、减速器的
& V$ Y' W+ P' N' [  _' @4 Z8 |% C  {减速器的附件的设计
2 o) N: s9 ?4 z, E1 h1
、挡圈 ：GB886-86
3 k0 a; _% s) ?* L7 ~% f查得：内径d=55，外径D=65，挡圈厚H=5，右肩轴直径D1≥58
2 q  F0 |8 F1 X1 S, |2
、油标 ：M12：d =6，h=28，a=10,b=6，c=4，D=20，D
! Q; S8 a6 @6 ]# H6 ?0 R; m3
7 m4 Q! H0 c# K# k! N6 ~' Z) D、角螺塞
) [  \' ?$ v. F/ {5 {) OM18
×
1.5 ：JB/ZQ4450-86
3 x* M3 ^6 Y9 n2 Z9 L九、
设计参考资料目录
  }% x/ x7 ~- J  @) o8 D9 P. F: i1、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
5 u$ _) v5 @, @$ X! ~' n. j/ X  h2、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