斜齿圆柱齿轮单级减速器设计说明书

1 斜齿圆柱齿轮单级减速器设计说明书 一、机械课程设计说明书 设计 题目：斜齿圆柱齿轮单级减速器 设计带式运输机的传动装置，双班制工作，单向运转，有轻微振动。 设计内容： （ 1） 减速器装配图一张； （ 2） 从动齿轮、从动轴零件图各一张； （ 3） 设计说明书一份。 已知 运输带 输送拉力 F=2速 V=s，传动 滚 筒直径 D=500预定使用寿命 10年 。 图 1 带式输送机的传动装置简图 1. 带传动； 2 设 计 计 算 及 说 明 结 果 二、传动方案的分析 经过分析，确定了传送带的转向，并确定了斜齿圆柱齿轮的旋向，如图一所示。 6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 1 . 2 4 5 . 8 4 / m i 三、电动机选择 根据电源及工作机工作条件，选用卧式封闭型 Y（ 列三相交流异步电动机。 1）工作机所需功率 由本书 2 2 1 . 2 / 2 . 4 V k N m s k W 2）电动机的输出功率 Pd P 由表 2 1 滚动轴承 3对（减速箱 2+卷筒 1对）2 圆柱齿轮 3 弹性联轴器 4 总效率： 331 2 3 4 0 . 9 5 0 . 9 9 0 . 9 7 0 . 9 9 0 . 8 8 则 2 . 4 2 . 7 30 . 8 8k W 查表 20 选用额定功率 3电动机。 4 5 . 8 4 / m i 2 2 dP 3 3 设 计 计 算 及 说 明 结 果 转速的选择 查表 2 V 带传动比范围 =2级圆柱齿轮传动比范围 =3电动机转速可选范围为： 12 2 7 5 . 0 4 1 1 0 6 . 1 6 / m i n i i r 考虑传动比不宜过大，电动机质量不宜过大，选用同步转速为750r/ 由表 20132 额定功率： 3载转速： 10 r/动机质量： 79 、计算传动装置的运动和动力参数 1、 总传动比： 7 1 0 / m i n 1 5 . 4 94 5 . 8 4 / m i 2、 分配各级传动比 ： 因 i= 据有关资料， V 带传动取 i=2理 ，这里取3， = 1)、 各轴转速（ r/ 0轴 n0=10 r/轴 r/轴 n = r/)、 计算各轴的 输入 功率（ 电动机的输出功率 轴 01 = 2 . 7 3 k W 0 . 9 5 = 2 . 5 9 k 轴23 = 2 . 5 9 k W 0 . 9 9 0 . 9 7 = 2 . 4 9 k 3)、 计算各轴 转 矩（ N 0轴009 5 5 0 3 6 . 7 2 0 轴 9 5 5 0 1 0 4 . 5 1 轴 9 5 5 0 5 1 8 . 7 5 1 3i 2 710 r/ r/n = r/ k 0 2 k 2 k 3 6 . 7 2T N m0 1 0 4 T N m 4 设 计 计 算 及 说 明 结 果 将运动和动力参数计算结果整理后列于下表： 表 1 运动和动力参数表 参数 0轴 轴 轴 转速 n/r10 率 P/矩 T/Nm 、传动零件的设计计算 1、设计 1)确定计算功率 工作情况系数2表 13k = 0 1 . 2 2 . 7 3 3 . 2 8k P k W k W 2)选择带型号 根据 710r/文献 2图 13步选用普通 3)选取带轮基准直径0, 2表 13取小带轮基准直径0d=160大带轮基准直径 0 0(1 )=3*( 式中， 为带的滑动率，通常取（ 1% 2%），查表后取475Id 。 大带轮转速0021(1 ) 2 3 4 . 3 7d r/)验算带速 v 0 1 6 0 7 1 0 / 5 . 9 5 /6 0 1 0 0 6 0 1 0 0 0m s m s 在 5 25m/ 5)a 初选中心距 a =1.5(d0+文献 2中式（ 13长0 002()2 ( )24( 4 7 5 1 6 0 )2 9 5 2 . 5 ( 1 6 0 4 7 5 ) 2 9 2 8 . 5 02 4 9 5 2 . 5a d 5 1 8 T N m 3 cP 0 160d 75Id 1505 设 计 计 算 及 说 明 结 果 由文献 2中表 13度 150由式（ 13算实际中心距 00 3 1 5 0 2 9 2 8 . 5( 9 5 2 . 5 ) 1 0 6 3 . 2 522a m m m m 6）验算包角 1 ，由式（ 13 01 1 8 0 5 7 . 3 1 6 3 . 0 2 1 2 0 ，合适 7)确定 z 由式（ 13得 00() P K K 710 r/ 160d 查表 130=表 13 表 13角系数 K=表 13K =表 由公式得 3 . 2 8 1 . 7 0( 1 . 6 9 0 . 0 9 ) 0 . 9 6 1 . 1 3z 故选 2根 8)求作用在带轮轴上的压力 表 13q=m，故可由式（ 13单根 2022 . 55 0 0 ( 1 )3 . 2 8 2 . 55 0 0 ( 1 ) 0 . 1 5 . 9 52 5 . 9 5 0 . 9 62 2 4 . 6 2q vz v 轴上载荷： 10 163?2 s i n 2 2 2 2 4 . 6 2 s i n 8 8 8 . 6 122QF z F N 9)带轮的结构及其尺寸 由文献 1表 9带轮的结构形式为椭圆轮辐式（ E），轮槽槽型 根据轮槽数 2，带轮基准直径 475得轮毂长度 l=60系列选得孔径 32得轮缘宽度 35 2、 齿轮传动的设计计算 1)选择齿轮材料及精度等级 根据工作要求， 考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。 小齿轮： 45 钢，表面淬火，齿面硬度 40li m 1 1130H M P a ， 690 P a ；大齿轮： 45 钢，表面 淬火，1 0 6 3 a m m 1 1 6 3 1 2 0 带数： 2根 8 8 轮毂长度 60径 32Q 6 设 计 计 算 及 说 明 结 果 齿面硬度 40li m 1 1130H M P a ， 690 P a 。（ 文献2表 11 查文献 2表 11， 查文献 2表 11Z= 故： l i m 112 1 1 3 0 112 690 5 5 21 . 2 5 a M P 由于硬度小于 350软齿面，所以按接触强度设计，再验算弯曲强度。 2）按齿面接触强度计算 设齿轮按 8 级精度制造。查文献 1表 取载荷系数 K= 11齿宽系数d= 11 1 0 4 T N m 初选螺旋角 =15 齿数 5，则 5 * 25 * 29 实际传动比2129 5 25i 齿形系数1 325 2 7 . 7 4c o s 1 5，2 3129 1 4 3 . 1 4c o s 1 5查图 11 查图 11 331 1 2 2122 . 6 5 1 . 6 1 7 . 7 3 1 0 7 . 3 6 1 0 6 8 0 F a S a F a S Y Y 应对小齿轮进行弯曲强度计算 法向模数： 5 29 实际传动比 2 7 设 计 计 算 及 说 明 结 果 211321132322c o s2 1 . 2 1 0 4 5 1 07 . 7 3 1 0 c o s 1 50 . 8 2 51 . 5 4F a S 由表 4 中心距12() 2 ( 2 5 1 2 9 ) 1 5 9 . 4 32 c o s 2 c o s 1 5 Za m m 取 160a 确定螺旋角 12() 2 ( 2 5 1 2 9 )a r c c o s a r c c o s 1 5 4 4 2 6 2 2 1 6 0nm z 齿轮分度圆直径 11 2 2 5 5 1 . 9 4 8c o s c o m m 22 2 1 2 9 2 6 8 . 0 5 2c o s c o m m 齿宽1 0 . 8 5 1 . 9 4 8 4 1 . 5 6db d m m m m 取2 42b 1 50b )验算齿面接触强度 2121H E Zb d u 22 1 . 2 1 0 4 5 1 0 6 . 1 61 8 9 . 8 2 . 5 c o 5 1 . 9 4 8 5 . 1 6 2H 安全。 4)齿轮圆周速度 1 5 1 . 9 4 8 2 3 6 . 6 7 / 0 . 6 4 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s m s 对照表 11 9 级精度即可。 2nm m m 1 5 4 4 2 6 1 5 1 8d m m2 2 6 8 . 0 5 2d m m1 50b 42b 5 6 H M P a 圆周速度 v m s 9级精度 8 设 计 计 算 及 说 明 结 果 5)大齿轮尺寸设计 根据文献 1 9 *1 2 2 7 2 . 0 5 2a a nd d h m m m ， 1 2 . 5 2 6 3 . 0 5 2d m m m ， 2 42b 采用腹板式齿轮，批量较小，故用自由锻（图在文献 1 取孔径 d=62 整为 100 l=3b， 取 l=76 0 ( 2 . 5 4 ) 1 0，取0暂取 10 102 2 4 3 . 0 5 2fD d m m ，圆整为 244 故0 2 6 3 . 0 5 2 2 4 4 9 . 5 2 62 m m m m ，在 810围内合适。 0 1 10 . 2 5 ( ) 3 6d D d m m ， D1+=244+100)=172=整为 13 r=5， n=， 键选用：键 18纳如下表所示： 法向模数 齿数 29 齿形角 20 螺旋角 15 44 26” 螺旋方向 右旋 精度等级 9 齿轮中心距及其极限偏差 a 60 对齿轮 齿数 25 分度圆直径 顶圆直径 根圆直径 缘厚度 0 7 2 2ad m m 2 6 3 2fd m m 孔径 62毂长度 76齿轮键： 键 189 设 计 计 算 及 说 明 结 果 轮缘内径 44 轮毂外径 00 腹板孔中心线直径 D 172 腹板孔直径 6 轮齿倒角 n 1 腹板圆角 r 5 腹板厚度 c 13 六、轴的设计计算 为方便轴的设计，先设计轴承盖、联轴器的尺寸，再据此设计轴的尺寸。 1)轴承盖（根据文献 1 0208 圆锥滚子轴承，外径 D=80 螺钉直径 钉数： 4, d0=9+0020e=e,取 67 8066两轴承盖尺寸相同，但有一轴承盖为透盖，由文献16 8 19 212 角接触球轴承，外径 D=110 螺钉直径 0钉数： 6, d0=11+3560e=2e,取 8螺钉直径 钉数： 4 外径： 120度 轴轴承盖 螺钉直径 0钉数： 6 外径： 16010 设 计 计 算 及 说 明 结 果 5令箱体轴承孔凸台端面平齐。 600508两轴承盖尺寸相同，但有一轴承盖为透盖，由文献16 5 26 选用脂润滑，轴承端面与箱体内壁距离为 12轴：（齿轮轴） 材料： 45号钢，轮齿部分表面淬火。 由文献 24=110， 估算最小直径 13312 . 5 91 1 0 2 4 . 4 12 3 6 . 6 7d C m ， 由文献 1 15选一对 30208 圆锥滚子轴承，d=40D=80B=18T= 挡油盘 挡油盘到轮齿端面： 23d =46比齿根圆略小取得。 齿宽： 50端面到另一挡油盘： 23据对称性设计） 与轴承配合段： 18 与轴承盖配合段长度： d” =38据文献 1 16长度 67出轴承盖 20 带轮轮毂长度为 60虑用轴端挡圈，要比轮毂长度短1长度 l=18+14+23+50+23+14+18+67+59=286 长度 4711 设 计 计 算 及 说 明 结 果 如下图所示： 齿轮轴） 材料： 45号钢。 由文献 24=110， 估算最小直径 13312 . 4 91 1 0 4 1 . 6 64 5 . 8 4d C m ， 由文献 1 15选一对 7212接触球轴承，d=60D=110B=22挡油盘： 定位轴肩左端长度： 22（轴承） +14（挡油盘） =36位轴肩：直径 72 10据轴承内圈查表后设计） 与齿轮孔配合部分长度： 76（轮毂） 4d=62 与挡油盘、轴 承配合段长度： 22+24+2=48d =60 与轴承盖配合段长度： d” =55据文献 1 16长度 67出轴承盖 20 与联轴器配合段长度 l=112据文献 1 17 总长度 l=22+14+10+74+48+67+112=347 如下图所示： 86mm 4712 设 计 计 算 及 说 明 结 果 1 0 4 T N m，1 5 1 8d m m圆周力：12 4 0 2 3 . 6 4径向力： t a n 4 0 2 3 . 6 4 t a n 2 0 1 5 2 1 . 5 4c o s c o F N N 轴向力： t a n 4 0 2 3 . 6 4 t a n 1 1 3 4 . 0 7a I t N N 轴承 30208，查文献 1 15根据轴各段长度算得受力位置尺寸 1)垂直面支承反力 16 3 . 7 5 2 6 5 2 9 . 5 16 3 . 7 5 2r I a 21 ( 1 5 2 1 . 5 4 5 2 9 . 5 1 ) 9 9 2 . 0 3N V r I N F N N 2)水平面支承反力 124 0 2 3 . 6 4 2 0 1 1 . 8 222 N F F N 3)力 11 0 0 . 7 5 8 8 8 . 6 1 1 0 0 . 7 5 7 0 2 . 1 86 3 . 7 5 2 6 3 . 7 5 2 N 21 8 8 8 . 6 1 7 0 2 . 1 8 1 5 9 0 . 7 9 F N N N 4 0 2 3 1 5 2 1 1 1 3 4 1 5 2 9 . 5 1 9 9 2 . 0 3 2 0 1 1 . 8 2 2 0 1 1 13 设 计 计 算 及 说 明 结 果 4)垂直弯矩 2 6 3 . 7 5 6 3 . 2 4a v N m m N m 1 6 3 . 7 5 3 3 . 7 6a v N m m N m 5)水平弯矩 1 6 3 . 7 5 2 0 1 1 . 8 2 6 3 . 7 5 1 2 8 . 2 5a H N m m N m m N m 6) 2 1 0 0 . 7 5 8 8 8 . 6 1 1 0 0 . 7 5 8 9 . 5 3 m m N m m N m 21 4 4 . 7 62a F N m 各弯矩图 如下： 在 考虑最坏情况 2 2 2 24 4 . 7 6 6 3 . 2 4 1 2 8 . 2 5 1 8 7 . 7 6a a F a v a M M N m 8)该轴的转矩 1 0 4 T N m9)求危险截面的当量弯矩 根据文献 2机器单项运转，对不变的转矩， 1 7 0 2 1 5 9 0 3 . 2 4 m 1 2 8 . 2 5 m 4 4 m 1 8 7 m 1 0 4 T N m 14 设 计 计 算 及 说 明 结 果 2 2 2 2( ) 1 8 7 . 7 6 ( 0 . 3 1 0 4 . 5 1 ) 1 9 0 . 3 5 T N m 10)计算危险截面处的直径 轴的材料选用 45 号钢，调质处理，由表 14得650B M ，由表 14 6 0b M P a 3311 9 0 . 3 5 1 0 0 0 3 1 . 6 60 . 1 0 . 1 6 0e m m m 2d m m，所以安全。 轴： 5 1 8 T N m，2 2 6 8 . 0 5 2d m m圆周力：22 2 5 1 8 . 7 5 = 3 8 7 0 . 5 22 6 8 . 0 5 2径向力： t a n 3 8 7 0 . 5 2 t a n 2 0 1 4 6 3 . 6 4c o s c o F N N 轴向力： t a n 3 8 7 0 . 5 2 t a n 1 0 9 0 . 9 1 N N 轴承 7012文献 151)垂直面支承反力 15 2 . 3 1 3 4 . 0 3 6 6 6 . 0 35 2 . 3 2 1 9 0 m 3 1 d m m 3 8 7 0 1 4 6 3 1 0 9 0 15 设 计 计 算 及 说 明 结 果 21 ( 1 4 6 3 . 6 4 + 6 6 6 . 0 3 ) 2 1 2 9 . 6 7N V r N F N N 2)水平面支承反力 123 8 7 0 . 5 2 1 9 3 5 . 2 822 N F F N 3)F 在支点产生反力 12 1 0 . 7 2 4 5 . 9 75 2 . 3 2 21 2 4 5 . 9 7 3 6 8 . 0 8 3 6 8 . 0 8 F N N N 4)垂直弯矩 2 5 2 . 3 1 1 1 . 3 8a v N m m N m 1 5 2 . 3 3 4 . 8 3a v N m m N m 5)水平弯矩 1 5 2 . 3 1 9 3 5 . 2 8 5 2 . 3 1 0 1 . 2 2a H N m m N m m N m 6) F 产生的弯矩 2 2 1 0 . 7 1 2 2 . 1 1 2 1 0 . 7 2 5 . 7 3 m m N m m N m 21 1 2 . 8 62a F N m 各弯矩图如下： 在 考虑最坏情况 1 6 6 6 2 2 1 2 9 . 6 7 1 9 3 5 1 9 3 5 2 4 5 3 6 8 1 1 . 3 8 m 1 0 1 . 2 2 m 1 2 m 16 设 计 计 算 及 说 明 结 果 2 2 2 21 2 . 8 6 1 1 1 . 3 8 1 0 1 . 2 2 1 6 3 . 3 6a a F a v a M M N m 8)该轴的转矩 5 1 8 T N m转矩图：（比例为上面弯矩的 1/4） 9)求危险截面的当量弯矩 根据文献 2机器单项运转，对不变的转矩， 2 2 2 2( ) 1 6 3 . 3 6 ( 0 . 3 5 1 8 . 7 5 ) 2 2 5 . 9 1 T N m 10)计算危险截面处的直径 轴的材料选用 45 号钢，调质处理，由表 14得650B M ，由表 14 6 0b M P a 3312 2 5 . 9 1 1 0 0 0 3 3 . 5 20 . 1 0 . 1 6 0e m m m 8d m m，所以安 全。 七、滚动轴承的选择及寿命校核计算 1 6 3 m 5 1 8 T N m 2 2 5 m 3 3 d m m 17 设 计 计 算 及 说 明 结 果 转速 n 2 3 6 . 6 7 / m i n 1 4 0 2 1 0 I r ，选用圆锥滚子轴承 30208 查表 16e=虑最坏情况： 2 2 2 21 1 1 1 7 0 2 . 1 8 5 2 9 . 5 1 2 0 1 1 . 8 2 2 7 8 2 . 5 2r Q N V N F F N 2 2 2 22 2 2 2 1 5 9 0 . 7 9 9 9 2 . 0 3 2 0 1 1 . 8 2 3 8 3 3 . 9 0r Q N V N F F N 1 1 3 4 . 0 7A a N 查表 16 11 2 7 8 2 . 5 2 8 6 9 . 5 32 0 . 4 c o t 2 0 . 4 c o 23 8 3 3 . 9 0 1 1 9 8 . 0 82 0 . 4 c o t 2 0 . 4 c o 因为122 0 0 3 . 6 0S A N F ， 所以 2为压紧端， 1为放松端。 计算当量动载荷： 11 8 6 9 . 5 3 N21 2 0 0 3 . 6 0a S F N 118 6 9 . 5 3 0 . 3 1 22 7 8 2 . 5 2 222 0 0 3 . 6 0 0 . 5 2 23 8 3 3 . 9 0 查表 161=1， ， 当量动载荷： 11 2 7 8 2 . 5 2 N2 2 1 2 2 F Y F( 0 . 4 3 8 3 3 . 9 0 1 . 6 2 0 0 3 . 6 0 ) 4 7 3 9 . 3 2 因为21 1 2 7 8 2 . 5 2 3 8 3 3 . 9 0 1 3 4 1 8 6 9 1 1 9 8 . 0 8 8 6 9 2 0 0 3 . 6 018 设 计 计 算 及 说 明 结 果 所以 2 4 7 3 9 . 3 2P P N。 根据文献 2表 3查得当量动载荷 结构要求轻微振动，查表 16 10 1066 3 31 0 1 0 6 32132926 0 6 0 2 3 6 . 6 7 1 . 2 4 . 7 4f P 题目要求使用十年，即： 1 0 3 6 5 1 6 5 8 4 0 0 ，所以满足要求。 轴： 选用角接触球轴承 7212速 n 4 5 / m i 查表 16e=虑最坏情况： 2 2 2 21 1 1 1 2 4 5 . 9 7 6 6 6 . 0 3 1 9 3 5 . 2 8 2 2 9 2 . 6 5r F N V N F F N 2 2 2 22 2 2 2 3 6 8 . 0 8 2 1 2 9 . 6 7 1 9 3 5 . 2 8 3 2 4 5 . 7 2r F N V N F F N 1 0 9 0 . 9 1A a N 查表 16 110 . 6 8 0 . 6 8 2 2 9 2 . 6 5 1 5 5 9 . 0 0 N N 220 . 6 8 0 . 6 8 3 2 4 5 . 7 2 2 2 0 7 . 0 9 N N 因为122 6 4 9 . 9 1S A N F ， 所以 2为压紧端， 1为放松端。 计算当量动载荷： 11 1 5 5 9 . 0 0 N4 7 3 9 213292 1 2 2 9 2 . 6 5 3 2 4 5 . 7 2 0 9 0 1 1 5 5 9 . 0 0 2 2 0 7 . 0 919 设 计 计 算 及 说 明 结 果 21 2 6 4 9 . 9 1a S F N 11222 6 4 9 . 9 1 0 . 8 23 2 4 5 . 7 2 查表 161=1， ， 当量动载荷： 11 2 2 9 2 . 6 5 N2 2 1 2 2 ( 0 . 4 1 3 2 4 5 . 7 2 0 . 8 7 2 6 4 9 . 9 1 ) 3 6 3 6 . 1 7 F Y F N N 因为21 所以 2 3 6 3 6 . 1 7P P N。 根据文献 2表 2查得当量动载荷 结构要求轻微振动，查表 16 10366 31 0 1 0 5 8 . 28600526 0 6 0 4 5 . 8 4 1 . 2 3 . 6 4f P 题目要求使用十年，即： 1 0 3 6 5 1 6 5 8 4 0 0 ，所以满足要求。 八、键连接的选择及校核计算 根据文献 2（ 10,表 10 1 0 0 P 校核 1)大齿轮传动： 键 18=m， d=62mm,h=11mm,l=56 1 5 5 9 . 0 0 2 6 4 9 . 9 1 6 3 6 860052 20 设 计 计 算 及 说 明 结 果 4 5 1 8 . 7 5 5 4 . 3 3 0 . 0 6 2 0 . 0 1 1 0 . 0 5 6 a M P a 2)带轮 键 10=d=32 h=8l=50 1 0 4 . 5 1 3 2 . 6 6 0 . 0 3 2 0 . 0 0 8 0 . 0 5a M P a 3)联轴器 键 14=d=48 h=9l=100 5 1 8 . 7 5 4 8 . 0 3 0 . 0 4 8 0 . 0 0 9 0 . 1a M P a 所以键全部满足要求。 九、联轴器的选择 本减速器属于低速重载减速器，齿轮传动大。根据文献1 17用弹性柱销联轴器，该联轴器用于载荷较平稳，对缓冲要求不高的中低速轴系传动。 根据文献 2式（ 17： C A T由表 17 工作情况系数 用型号为 8要参数为： 公称转矩 1250N m 轴孔长度 L=112 径 48 . 5 5 1 8 . 7 5 7 7 8 . 1 3C A I I T N m T 转速 4 5 . 8 4 / m i n n r n 满足要求 5 4 . 3 3p M P a 3 2 . 6 6p M P a 4 8 . 0 3p M P a 1250N m 7 7 8 . 1 3 m 21 设 计 计 算 及 说 明 结 果 十、减速器箱体及附件 参考依据：文献 1 3位： 名称 符号 尺寸 箱座壁厚 8 箱盖壁厚 1 8 箱座凸缘厚度 b =12 箱盖凸缘厚度 1b =12 箱座底凸缘厚度 2b =20 地脚螺钉直径 a+