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)
设计目的：
& X) N+ w6 @) o7 `% R+ W5 Z6 v+ R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)
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。
: O+ P* O3 x8 M4 Q( S+ 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。
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。
3 o; \' P* t" }( I二、传动系统的参数设计
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 }/ j7 m9 T$ i/ N; p6 i! o动力来源：电力，三相交流380/220伏。
1
* x- @( G4 F( Y" h7 m! F、电动机选择
. N& h) C) ^/ A2 E（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
②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
* v# u( h0 K! g+ M( }9 j# T③电动机的输出功率：
=3.975/0.87=4.488KW
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：
  F3 y$ i; M- i; Q计算滚筒工作转速：
1 x! Q, ^! ~3 U7 O. _0 I=（60×v）/（2π×D/2）
1 W; X3 w' S/ L- q0 m=（60×2）/（2π×0.2）
( i$ z, S  E; h6 Y=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
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 。
7 E/ k5 r, Y- x; G3 j2 I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
: A, |0 q8 r/ a4 Y, i# k（2）、分配各级传动比：
! F; M3 S7 E+ U! }$ u- M根据指导书，取齿轮i =5（单级减速器i=3~6合理）
! G5 y: f8 a- w& u# M  o=15/5=3
3
$ H6 I) ?8 I4 f) t、运动参数及动力参数计算
⑴、计算各轴转速（r/min）
7 M: w* I" x- B0 _; z& f( u=960r/min
" l+ L0 y. v7 N% B=1440/3=480(r/min)
=480/5=96(r/min)
$ h7 s8 y' F+ [4 J- k, v1 b! s⑵计算各轴的功率（KW）
& D1 s5 _- F3 p1 s电动机的额定功率Pm=5.5KW
所以
8 }1 S: n/ b! \( }" NP =5.5×0.98×0.99=4.354KW
=4.354×0.99×0.96 =4.138KW
) y2 W$ `3 S* y& }$ {. S1 O=4.138×0.99×0.99=4.056KW
⑶计算各轴扭矩（N•mm）
TI=9550×PI/nI=9550×4.354/480=86.63N•m
( T- ^7 m* z% P6 m=9550×4.138/96 =411.645N•m
=9550×4.056/96 =403.486N•m
三、传动零件的设计计算
（一）齿轮传动的设计计算
& F2 N& U3 D4 ^* o1 h; X' d+ p4 a（1）选择齿轮材料及精度等级
考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240~260HBS。大齿轮选用45#钢，调质，齿面硬度220HBS；根据指导书选7级精度。齿面精糙度R ≤1.6~3.2μm
/ q, t8 l6 y3 u7 R0 \. z" {（2）确定有关参数和系数如下：
传动比i
& J; E& S) t' T+ z4 \! \2 Q$ m取小齿轮齿数Z =20。则大齿轮齿数：
=5×20=100
- n  n! w+ V% l# ?8 J，所以取Z
实际传动比
i =101/20=5.05
8 C: o" W) _( D3 h; A/ W传动比误差：（i -i）/I=（5.05-5）/5=1%<2.5% 可用
/ f5 e# y4 G2 }2 e+ v+ ^8 T# l齿数比：
6 k! ~7 m# w" [, ru=i
) B7 d9 ^% M5 b  Q" {  e" ^6 {' @  w取模数：m=3 ；齿顶高系数h =1；径向间隙系数c =0.25；压力角 =20°；
. P+ k! i. E  M! J6 ~则
h *m=3，h ）m=3.75
h=（2 h ）m=6.75，c= c
分度圆直径：d =×20mm=60mm
$ g% }9 [  F  \) t; V! Xd =3×101mm=303mm
7 ?) j3 h. C! f1 I4 l0 U由指导书取
φ
* v8 X' G! P9 I齿宽：
b=φ =0.9×60mm=54mm
=60mm ，
7 Q; M9 _5 u' z6 j7 G, V( @b
齿顶圆直径：d ）=66，
6 a% ]. I4 M- M0 gd
" r/ F4 a! }: \齿根圆直径：d ）=52.5，
d ）=295.5
基圆直径：
d cos =56.38，
d cos =284.73
* ~& m- k, Y; z9 d0 r5 n, v(3)计算齿轮传动的中心矩a：
- T* M  C2 C. N6 O# }" xa=m/2(Z )=3/2(20+101)=181.5mm 液压绞车≈182mm
: ]% }" o: A+ Z  v; M& X7 h0 V（二）轴的设计计算
1
、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
* Q- y" `; P0 d! p2 a根据指导书并查表，取c=110
$ I0 A6 d% X( L所以 d≥110 (4.354/480) 1/3mm=22.941mm
9 O, O/ z+ n+ \8 G2 s2 Ld=22.941×(1+5%)mm=24.08mm
/ M6 m8 e! P! ^9 R2 L& `: N∴选d=25mm
( S/ i& I  U8 k6 h4 b& V⑵、轴的结构设计
) y! H2 k5 W2 ]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
， L =（1.5～3）d ，所以长度取L
2 h% e* |! ?6 E∵h=2c
1 h2 V: P0 c$ D, J! t( s$ O7 ic=1.5mm
+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：
( u! I' I3 b9 X6 V4 |L =（2+20+55）=77mm
; R# o& m6 _1 S% S* CIII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.
2 a, B$ i! I/ o# V7 d9 e" H* @=d=35mm，L =T=18.25mm，取L
: }' X* I. e8 g* Q- X; ^3 MⅣ段直径：
! ~" A7 C( J: R由手册得：c=1.5
* x- H, x. e# o4 J! N' D+ kh=2c=2×1.5=3mm
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
  r3 v3 n( W  A/ l) U因此将Ⅳ段设计成阶梯形，左段直径为41mm
+2h=35+2×3=41mm
. r4 R8 f# z/ s( a长度与右面的套筒相同，即L
Ⅴ段直径：d =50mm. ，长度L =60mm
' O& ?! J4 k  N5 y; J: ]: V$ l( O; Y$ P取L
由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=80mm
2 X& m! r4 [  M  u2 }Ⅵ段直径：d =41mm， L
2 l" a. Z! e: f' LⅦ段直径：d =35mm， L ＜L3，取L
4 z; M$ e2 T! @- B! O( }% Z; m6 E2
9 K5 E) p4 m# r, b、输出轴的设计计算
6 q$ @2 q* `  J% u0 C⑴、按扭矩初算轴径
. K5 f% x. b0 V) q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
考虑有键槽，将直径增大5%，则
d=38.57×(1+5%)mm=40.4985mm
. P% p' w+ o& C  g3 z∴取d=42mm
' ?: P' i6 }, w+ ?4 y3 \, E% W⑵、轴的结构设计
' }$ J# ]5 ~4 j9 z+ h- j8 L①轴的零件定位，固定和装配
) ?3 T  I+ ]' p) S7 z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
+ P% ~. N6 {, G7 C9 b, F6 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。
/ n; {3 Z( p5 c7 K% y- X则
d =42mm
8 b) @3 V% U! {% t5 [4 RL
3 C# l( k2 d' h: l# I; H= 50mm
L
= 55mm
L
# ]: t" {( O: b= 60mm
5 F; r, O3 Y5 A6 p! G+ M1 U5 JL
= 68mm
" U; H& X/ [9 w5 RL
=55mm
6 Q4 {& k/ v' S& T6 W. Z5 E& ]L
四、滚动轴承的选择
8 {$ E( @& {3 v) m1
、计算输入轴承
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
6 O0 {! n2 R9 H% R、计算输出轴承
- Q1 C7 P6 L" u7 e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
1
6 B& {7 [* c* S7 z/ n! Y1 Y- f) 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：
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
: w. ?+ D7 s0 h8 x  Q# p查手册得，选用C型平键，得： 卷扬机
3 R/ k  O# i8 c6 e: M$ N+ O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
) x  o3 E, ^% \2
、输出轴与齿轮联接用平键联接
0 F( s% \0 n: F; F1 J0 }; V4 J=60mm,L
查手册得，选用C型平键，得：
" x& e- `' f) C/ j0 b, W/ X8 H* y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
6 X! [8 B2 y$ o1 x、输入轴与带轮联接采用平键联接
3 m; U0 a, `) V=25mm
L
查手册
选A型平键，得：
装配图中29号零件选用GB1096-79系列的键8×50
5 }) s+ y9 N) q5 H+ [  q( W. Z则查得：键宽b=8，键高h=7，因轴长L ＝62，故取键长L=50
4
. J# x7 a3 G- r$ i+ ?7 O. ~& h* l9 Y. g、输出轴与齿轮联接用平键联接
=50mm
L
查手册
选A型平键，得：
$ @2 T- H8 M: o( i装配图中26号零件选用GB1096-79系列的键14×49
( \7 L! ]) `. _. {. ?8 U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
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
7 I; P$ V. w  V2 \主要尺寸计算
轴承端盖：HT150 d3=8
# G# G5 ]+ a4 {4 en=6 b=10
$ N7 ]& \) v, }; X( i八、减速器的
/ B0 o3 x* y$ A, H减速器的附件的设计
1
2 v0 ]5 S" M' n& h+ N; z' M、挡圈 ：GB886-86
$ }: W$ w  ~" _/ a/ f* w3 d$ D查得：内径d=55，外径D=65，挡圈厚H=5，右肩轴直径D1≥58
, O- i; d3 a% M8 z& }% }" B2
、油标 ：M12：d =6，h=28，a=10,b=6，c=4，D=20，D
3
9 v+ a* Z* W% Y/ K, N% r+ h" A、角螺塞
M18
! M0 s$ f/ m. O9 }( a. {/ {×
1.5 ：JB/ZQ4450-86
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