二级直齿圆柱齿轮减速器课程设计说明书

1、二级直齿圆柱齿轮减速器课程设计说明书一、 设计题目： 二级直齿圆柱齿轮减速器1 要求：拟定传动关系：由电动机、 V 带、减速器、联轴器、工作机构 成。2 工作条件：双班工作，有轻微振动，小批量生产，单向传动，使用 5 年，运输带允许误差 5%。3 知条件：运输带卷筒转速 19r /min ，减速箱输出轴功率 P 4.25马力，二、 传动装置总体设计 ：1. 组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。2. 特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不 均匀，要求轴有较大的刚度。3. 确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将V 带设置在高速级。 其传动方案如下：.选择电机计算电机所需功

2、率 Pd： 查手册第 3页表 1-7 ：1带传动效率： 0.962 每对轴承传动效率： 0.993 圆柱齿轮的传动效率： 0.964 联轴器的传动效率： 0.9935 卷筒的传动效率： 0.96说明：电机至工作机之间的传动装置的总效率：1 24 32 4 5PwPw P 4 5 Pd3.67KW2 确定电机转速：查指导书第 7 页表 1 ：取 V 带传动比 i=2 4 二级圆柱齿轮减速器传动比 i=8 40 所以电动机转速的可选范围是： n电机 n卷筒 i总 19 2 4 8 40 304 3040r /min 符合这一范围的转速有： 750、1000、1500、 3000 根据电动机所需功率

3、和转速查手册第 155页表 12-1 有 4种适用的电 动机型号，因此有 4 种传动比方案如下：方案电动机型号额定功率同步转速额定转速重量总传动比r/minr/min1Y112M-24KW3000289045Kg152.112Y112M-44KW1500144043Kg75.793Y132M1-64KW100096073Kg50.534Y160M1-84KW750720118Kg 37.89综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、和带传动、减速器的传动比，可见第 3 种方案比较合适，因此选用电动机型号为Y132M1-6，其主要参数如下：额定 功率 kW满 载 转 速同步转速质量ADEFGHLAB

4、496010007321638801033132515280四 确定传动装置的总传动比和分配传动比：n 960总传动比： i 总 50.53 n卷筒 19分配传动比：取 i带 3.05则 i1 i2 50.53/3.05 16.49i1 2取 i1 1.3i2经计算 i2 3.56 i 1 4.56注： i带 为带轮传动比， i1为高速级传动比， i2为低速级传动比。五 计算传动装置的运动和动力参数：将传动装置各轴由高速到低速依次定为1轴、2 轴、3 轴、4轴01, 12, 23, 34 依次为电机与轴 1，轴 1与轴 2，轴 2与轴 3，轴 3与轴 4之 间的传动效率。. 各轴转速： n1

5、nm 960 314.86r /min1 i 带 3.05n1n2i1nm960m 68r /min i带 i1 3 4.63n2n3i2nm960 19.1r /mini带 i1 i2 3 4.63 3.562 各轴输入功率： p1 pd 01 3.67 0.96 3.52kW p2 p1 12 pd 01 12 3.67 0.96 0.99 0.96 3.21kWp3p223pd0112 23 3.67 0.96 0.99 0.96 0.99 0.96 3.05kWp4p334pd01 12 23 34 3.67 0.96 0.99 0.96 0.99 0.96 0.990.993 3kW

6、3 各轴输入转矩： Td 9550 pd 9550 3.67 w960T1 Td i带 01 36.5 3.05 0.96 106.9 N .mT2 T1 i1 12 Td i 带 i1 01 12 36.5 3.05 4.63 0.96 0.99 0.9636.5 3.05 4.63 3.56 0.96 0.99 0.96 0.99 0.96 T4340120112 2336.5 3.05 4.63 3.56 0.96 0.99 0.96 0.99 0.96 0.99 0.993 运动和动力参数结果如下表：轴名功率 P KW转矩 T Nm转速 r/min输入输出输入输出电动机轴3.6736.

7、59601轴3.523.48106.9105.8314.862轴3.213.18470.3465.6683轴3.053.021591.51559.619.14轴32.971575.61512.619.1六 设计 V 带和带轮：1. 设计 V 带 确定 V 带型号查课本 P205表 13-6 得： KA 1.2 则 Pc KA Pd 1.2 3.67 4.4kW根据 Pc=4.4, n0 =960r/min, 由课本 P205图 13-5 ，选择 A 型 V 带，取 d1 125。d2 n1 d1 1 3.05 125 0.98 373.63查课本第 206页表 13-7 取 d2 375。 n

8、2为带传动的滑动率 0.01 0.02。验算带速： Vd1n1125 960 6.28m/ s 带速在 5 25m/ s范围内，60 1000 60 1000 合适。 取 V带基准长度 Ld 和中心距 a：初步选取中心距 a： a0 1.5 d1 d2 1.5 125 375 750 ，取 a0 750。2由课本第 195 页式（ 13-2 ）得： L0 2a0 d1 d2 d 2 d1 2305.8查课24a0本第 202 页表 13-2 取Ld 2500。由课本第 206 页式 13-6 计算实际中心距： a a0 Ld L0 847.1 。2 验 算 小 带 轮 包 角 ： 由 课 本

9、第 195 页 式 13-1 得 ： d2 d1180 57.3 163 120 。a 求 V带根数 Z：由课本第 204页式 13-15 得： ZPcP0 P0 K KL 查课本第 203 页表 13-3 由内插值法得 P0 1.38 P0 0.108。EF AFEFBCAFACEF=0.08查课本第 202 页表 13-2 得 KL 1.09查课本第 204 页表 13-5 由内插值法得EF AFK 0.959。 1=163.0 EF=0.009BC ACK =0.95+0.009=0.9592.84则 ZPc4.4kWP0 P0 K KL 1.38 0.108 0.959 1.09 求作

10、用在带轮轴上的压力 FQ ：查课本 201页表13-1 得q=0.10kg/m ， 故 由 课 本 第 197 页 式 13-7 得 单 根 V 带 的 初 拉 力 ：F0 500Pc (2.5 1) qv2zv K500 4.4( 2.5 1) 0.10 6.282 190.9 N3 6.28 0.959作用在轴上压力：Fc 2ZF0 sin 2 3 190.9 sin 163 1132.8N 。 22七 齿轮的设计：1 高速级大小齿轮的设计：材料：高速级小齿轮选用 45 钢调质，齿面硬度为 250HBS。高速级大齿轮选用 45 钢正火，齿面硬度为 220HBS。查课本第166 页表 11-

11、7 得： H lim 1 550MpaH lim 2 540Mpa 。查课本第 165 页表 11-4 得：SH 1.1 SF 1.3 。H lim 1 550 Mpa故 H 1 500Mpa SH1.1H lim 2 540MpaH 2 490Mpa 。SH1.1查课本第 168 页表 11-10C 图得： F lim 1 200 MpaF lim 2 150Mpa 。故 F1 Flim1 200Mpa 154Mpa F2 Flim 2 150Mpa 115Mpa 。SF1.3SF1.3 按齿面接触强度设计： 9 级精度制造，查课本第 164 页 表 11-3 得：载荷系数 K 1.2 ，取

12、齿宽系数 a 0.4 计算中心距：由课本第165 页式 11-5 得：a u1 1KT 1au14.63 1 3 335 2 1.2 1.069 105 179.4490 0.4 4.63考虑高速级大齿轮与低速级大齿轮相差不大取a 210 m 2.5则 Z1 Z2 2a 168取 Z1 29 Z2 139 m实际传动比：传动比误差：139294.794.79 4.634.63100% 3.5% 5%齿宽： b aa 0.4 210 84 取 b2 84 b1 90高速级大齿轮： b2 84 Z 2 139高速级小齿轮：b1 90 Z 1 29 验算轮齿弯曲强度：查课本第167 页表 11-9

13、得： YF1 2.6 YF 2 2.2按最小齿宽 b2 84计算：2KT 1YF1 2 1.2 106.9 2.6 103bm2Z1284 2.52 2943.5MpaF 1F2YF2YF11 36.8MpaF 2所以安全。齿轮的圆周速度：d1n1V60 100029 2.5 314.8 1.19m / s60 1000查课本第162 页表 11-2 知选用 9 级的的精度是合适的。2 低速级大小齿轮的设计：材料：低速级小齿轮选用 45 钢调质，齿面硬度为 250HBS。低速级大齿轮选用 45 钢正火，齿面硬度为 220HBS。查课本第 166 页表 11-7 得： H lim 3 550 M

14、paH lim 4 540Mpa 。查课本第 165 页表 11-4 得： SH 1.1 SF 1.3 。故 H3 Hlim 3 550Mpa 500MpaH4SH1.1Hlim4 540Mpa 490Mpa 。SH1.1查课本第 168 页表 11-10C 图得： F lim 3 200 Mpa F lim 4 150Mpa 。故 F3 Flim3 200Mpa 154Mpa F4 Flim 4 150Mpa 115Mpa 。SF1.3SF1.3按齿面接触强度设计：9 级精度制造，查课本第 164 页表11-3 得：载荷系数 K 1.2，取齿宽系数0.5计算中心距：由课本第 165 页式 1

15、1-5 得：3.56 1取 a 250 m 4 则3 335 2 1.2 470.3 103490 0.4 3.56241.3Z3 Z 42a125取 Z3 27 Z4 98计算传动比误差：98 3.5627齿宽：b a 0.5 250 125 则取 b4 125 b3 b4 5 10 1303.56100% 1.9% 5% 合适低速级大齿轮： b4 125 Z 4 98低速级小齿轮： b3 130 Z 3 27验 算轮 齿弯曲 强 度： 查课本 第 167 页表 11-9 得 ：YF3 2.65 YF 4 2.253按最小齿宽 b4 125 计算：47.9Mpa F 32KT 3YF 3 2

16、 1.2 1591.5 2.65 103F3 2 2bm2Z 3125 42 27F 2 Y F 3 40.7 MpaF4 安全。YF3齿轮的圆周速度：Vd3n227 4 68 0.12m/ s60 1000 60 1000查课本第 162 页表 11-2 知选用 9 级的的精度是合适的八 减速器机体结构尺寸如下：名称符号计算公式结果箱座厚度0.025a 3 810箱盖厚度11 0.02a 3 89箱盖凸缘厚度b1b1 1.5 112箱座凸缘厚度bb 1.515箱座底凸缘 厚度b2b2 2.525地脚螺钉直径dfd f 0.036a 12M24地脚螺钉数目n查手册6轴承旁联结螺栓直径d1d1

17、0.72d fM12盖与座联结螺栓直径d2d2=( 0.5 0.6 )dfM10轴承端盖螺钉直径d3d3 =( 0.4 0.5 )d f10视孔盖螺钉 直径d4d 4 =( 0.3 0.4 )d f8定位销直径dd =( 0.7 0.8 )d28df ，d1，d2至 外箱壁的距 离C1查手册表 11 2df ， d2 至凸缘边缘距离C2查手册表 11 22816外箱壁至轴承端面距离l1l1 =C1+C2 +(5 10)50大齿轮顶圆 与内箱壁距 离11>1.215齿轮端面与内箱壁距离22>10箱盖，箱座m1,mm1 0.85 1,m 0.859肋厚8.5轴承端盖外径D2D2 D +

18、（ 5 5.5 ） d3120（1 轴）125（2 轴）150（3 轴）轴承旁联结螺栓距离SS D2120（1 轴）125（2 轴）150（3 轴）九 轴的设计：1 高速轴设计：材料：选用 45 号钢调质处理。查课本第 230 页表 14-2 取 35Mpa C=100 。 各轴段直径的确定：根据课本第 230 页式 14-2 得： d min C 3 P 1003 3.52 22.4 又因为装小带轮的电动机轴径 d 38，又因为高速 n1314.8轴第一段轴径装配大带轮，且 d1 0.8 1.2 38 所以查手册第 9 页表 1-16 取 d1 36。 L1=1.75d 1-3=60 。d2

19、 40因为大带轮要靠轴肩定位，且还要配合密封圈，所以查手册 85 页表7-12 取 d2 40 ， L2=m+e+l+5=28+9+16+5=58。d3段装配轴承且 d3 d2，所以查手册 62页表 6-1 取d3 45。选用 6009 轴承。L3=B+ 3 +2=16+10+2=28。d4 段主要是定位轴承，取 d4 50 。 L4根据箱体内壁线确定后在确定。d5 装配齿轮段直径：判断是不是作成齿轮轴：e 2t1 2.5m查手册 51页表 4-1 得：t1 3.3mm得： e=5.9 < 6.25 。d6段装配轴承所以 d6 d3 45 L 6= L 3=28。2 校核该轴和轴承： L

20、1=73 L 2=211 L 3=963 作用在齿轮上的圆周力为： Ft 2T1 2 106.9 103 2948N t d129 2.5径向力为 Fr Fttg 2984 tg20 1073N作用在轴 1 带轮上的外力： F FQ 1132.8N 求垂直面的支反力：l F 211F1V 2 r 1073 800N1V l1 l2 73 211F2V Fr F1V 1073 800 273N求垂直弯矩，并绘制垂直弯矩图：M av F2vl2 273 211 10 3 57.6 N .mM a'v F1vl1 800 73 10 3 求水平面的支承力：由 F1H (l1 l2) Ftl2

21、 得l 211 F1H2 Ft2948 2197 N1H l1 l2 t 73 211F2H Ft F1H 2948 2197 751N求并绘制水平面弯矩图：M aH F1Hl1 2197 73 10158.2 N .mMa'H F2Hl2 751 211 10 3 158.4 N .mF1F l3F求 F 在支点产生的反力：96 1132.8 384.3Nl1 l2 73 211F2F F1F F 384.3 1132.8 1517.1N求并绘制 F 力产生的弯矩图：M 2F Fl3 1132.8 96 10 3 108.7NM a'F F1F l1 384.3 73 10

22、3 27.7NF在 a处产生的弯矩：M aF F1F l1 384.3 73 10 3 27.7Nm求合成弯矩图：考虑最不利的情况，把 Ma'F与 Ma2v Ma2H 直接相加 M aMa'FM a2VM a2H27.757.62158.22M a'MaFM a'2VM a'2H27.757.42158.42取折合系数0.6)求危险截面当量弯矩：从图可见， m-m处截面最危险，其当量弯矩为：Me M 2 ( T)2 196.22 (0.6 106.9) 2 206.4 N .m计算危险截面处轴的直径：因为材料选择 45#调质，查课本 225 页表 14-

23、1 得 B 650MPa ，查课本 231 页表 14-3 得许用弯曲应力 1b 60MPa ，则：d3Me0.1 1b3 206.4 1030.1 6032.5mm因为 d5 d4 da 50mm d ，所以该轴是安全的。3 轴承寿命校核：6轴承寿命可由式 Lh 10 (Cft) h进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用， h 60n PfP所以 P Fr ，查课本 259页表 16-9 ，10取 ft 1,fp 1.2,取 3按最不利考虑，则有： Fr1 F1v2 F12H F1F 8002 21972 384.3 2722.4NFr2 F22v F22H F2F2732 7512 15

24、17.1 2316.2N则 Lh 106 ( Cft ) h106(1 29.5 103 )3 6.3年 因此所该轴承符合要求。h 60n f PP60 314.8 1.2 2316.24 弯矩及轴的受力分析图如下：5 键的设计与校核根据 d1 36,T1 106.9 ，确定 V 带轮选铸铁 HT200，参考教材表 10-9, 由于 d1 36在 30 38范围内，故 d1轴段上采用键 b h： 10 8,采用 A 型普通键 :键 校 核 . 为 L1=1.75d 1-3=60 综 合 考 虑 取 l =50 得键为：b h l :10 8 504T1 dlh p 4 106.9 10336

25、8 50 1037.1Mpa p 查课本155 页表 10-10 b 50 60 所选中间轴的设计：材料：选用 45 号钢调质处理。查课本第 230 页表 14-2 取35Mpa C=100。根据课本第 230页式 14-2 得： d min C3 n2 1003 68 36.1d1段要装配轴承，所以查手册第 9 页表 1-16 取d1 40，查手册 62 页表 6-1 选用 6208轴承， L1=B+ 3+ 2+2 3 =18+10+10+2=40。d2 装配低速级小齿轮， 且 d2 d1 取 d2 45 ，L2=128，因为要比齿轮孔长度少 2 3 。 d3段主要是定位高速级大齿轮，所以取

26、 d3 60，L3= 4 =10。d4 装配高速级大齿轮，取 d4 45 L 4=84-2=82 。d5段要装配轴承，所以查手册第 9 页表 1-16 取d5 45，查手册 62 页表 6-1 选用 6208轴承， L1=B+ 3+ 2+3+2 3 =18+10+10+2=43。 校核该轴和轴承： L1=74 L 2=117 L 3=943作用在 2、3 齿轮上的圆周力： Ft2 2T2 2 470.3 10 2707N t2 d2139 2.5Ft32T2d32 470.3 10327 48709N径向力：Fr2 Ft2tg 2707 tg20 985NFr3 Ft3tg 8709 tg20

27、 3169N求垂直面的支反力Fr3l3 Fr2 (l2 l3) 985 (117 94) 3169 94F1V316Nl1 l2 l3 74 117 94F2V Fr3 F1V Fr2 3169 316 985 2500N计算垂直弯矩：M aVm F1Vl1 316 74 10 3 3M aVn F1V (l1 l2) Fr2l2 316 (74 117) 985 117 10 53.5N .m求水平面的支承力：F1H4586NFt3l3 Ft2 (l2 l3) 8709 94 2707 211 l1 l2 l374 117 94F2H Ft2 Ft3 F1H 2707 8709 4586 6

28、830N计算、绘制水平面弯矩图：M aHm F1Hl1 4586 74 10 3 323N.m3M aHn F2H (l1 l2) Ft3l2 6830 (74 117) 8709 117 10 295N.m求合成弯矩图，按最不利情况考虑：M am M avm M aHm 23.92 3232 M an M a2vn M a2Hn 53.52 2952 300N.m求危险截面当量弯矩：从图可见， m-m,n-n 处截面最危险， 其当量弯矩为：(取折合系数 0.6 )M e M a2n ( T2)2 3002 (0.6 470.3)2 411N.mM e'M a2m ( T2)2323.

29、82 (0.6 470.3)2 413N.m计算危险截面处轴的直径：n-n 截面 : d 3 M e 3 411 10 40.9mm0.1 1b 0.1 60 m-m 截面 : d 3 M e3 413 10 40.9mm0.1 1b 0.1 60由于 d2 d4 45mm d ，所以该轴是安全的。轴承寿命校核：轴承寿命可由式 Lh 10 (Cft) h进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的 h 60n PfP作用，所以 P Fr ，查课本 259页表 16-9 ，10取 ft 1,fp 1.1,取 3 Fr1 F1v2 F12H 3162 45862 4596NFr2F22vF22H 2500

30、268302 7273N则Lh10(Cft)h 10 (1 29.5 10 )32.12y ，轴承使用寿命在 2 3年范h 60n2 PfP60 68 1.1 7273围内，因此所该轴承符合要求。 弯矩及轴的受力分析图如下： 键的设计与校核：已知 d2 d4 45,T2 参考教材表 10-11 ，由于 d2 (44 50)所以取b h:14 9因为齿轮材料为45 钢。查课本 155 页表 10-10 得 b 100 120L=128-18=110 取键长为 110. L=82-12=70 取键长为 70根据挤压强度条件，键的校核为：4T2dhl4 470.3 10345 9 70 1482.9

31、Mpa4T2dhl4 470.3 10345 9 100 1454Mpa所以所选键为 : b h l :14 9 70 b h l :14 9 110从动轴的设计：确定各轴段直径计算最小轴段直径。14-2 得：因为轴主要承受转矩作用，所以按扭转强度计算，由式d1 C 3 P3 100 3 3.56 57.1mm考虑到该轴段上开有键槽，因此取n319.1d1 57.1 (1 5%) 59.9mm 查手册 9 页表 1-16 圆整成标准值， 取 d1 63mm 为使联轴器轴向定位，在外伸端设置轴肩，则第二段轴径d2 70mm 。查手册 85 页表 7-2 ，此尺寸符合轴承盖和密封圈标准值， 因此取

32、 d2 70mm。 设计轴段 d3，为使轴承装拆方便，查手册62 页，表 6-1 ，取 ，采用挡油环给轴承定位。选轴承 6215: D 130,B 25,da 84 。 d3 75 设计轴段 d4 ，考虑到挡油环轴向定位，故取 d4 80 设计另一端轴颈 d7 ，取 d7 d3 75mm ，轴承由挡油环定位，挡油环另一 端靠齿轮齿根处定位。 轮装拆方便， 设计轴头 d6，取d6 d7，查手册 9 页表 1-16 取d6 80mm。 设计轴环 d5 及宽度 b使齿轮轴向定位，故取 d5 d6 2h 80 2 (0.07 80 3) 97.2mm 取 d5 100mm b 1.4h 1.4 (0.

33、07 80 3) 12mm,确定各轴段长度。l1有联轴器的尺寸决定 l1 L 107mm ( 后面将会讲到 ).l2 m e L 5 50因为 m L2 B 2 54 25 10 19mm, 所以 l2 m e L 5 19 9 16 5 50mm 轴头长度 l6 lh 2 3 125 3 122因为此段要比此轮孔的长度短 2 3l 3 B 3 2 3 38其它各轴段长度由结构决定。4）校核该轴和轴承： L1=97.5 L 2=204.5 L 3=116求作用力、力矩和和力矩、危险截面的当量弯矩作用在齿轮上的圆周力：8119NF 2T3 2 1591.5 103t d498 4径向力： Fr

34、Fttg 8119 tg20 2955N2 1591.5 3 F F0 0.25103 2947N0 270求垂直面的支反力：F1V l2Fr204.5 2955 2088N1V l1 l2 97.5 204.5F2V Fr F1V 2955 2088 867N计算垂直弯矩：M av F2vl2 867 204.5 10 3 M a'v F1vl1 2088 97.5 10 3 203.5 N .m 求水平面的支承力。F1Hl2Ftl1 l2204.5 81193021038NF2H Ft F1H 5714 3755 1959N计算、绘制水平面弯矩图。M aH F1Hl1 3755 8

35、4.5 10 3 317N.mM a'H F2H l2 1959 162 10 3 317 N .m求 F 在支点产生的反力F1FFl3l1 l22497 1161158NF2FF1F F 1158 2947 4105N求 F 力产生的弯矩图M 2F Fl 3 2947 116 10 3 341NM mF F1Fl1 1158 97.5 10 3 100.1NF在 a处产生的弯矩：M mF F1F l1 1158 97.5 10 3 100.1N求合成弯矩图。考虑最不利的情况，把 MmF 与 Ma2v Ma2H 直接相加。Mam MmF M a2v Ma2H 100.1 180.82

36、476.32 628N.m求危险截面当量弯矩。从图可见， m-m处截面最危险，其当量弯矩为： (取折合系数0.6 )Me M a2m ( T3)2 6282 (0.6 1591)2 1142 N .m计算危险截面处轴的直径。因为材料选择 45#调质，查课本 225 页表 14-1 得 B 650MPa ，查课本 231页表 14-3 得许用弯曲应力 1b 60MPa ，则：d3Me0.1 1b3 142 1030.1 6057.5mm考虑到键槽的影响，取 d 1.05 57.5 60.3mm因为 d5 80mm d ，所以该轴是安全的 5)轴承寿命校核。轴承寿命可由式Lh 1600n (PCffPt ) h进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以 P Fr ，查课本 259页表 16-9 ，10取 ft 1,fp 1.2,取 3按最不利考虑，则有： P Fr F1v2 F12H F1F 20882 57382