单级减速器的设计

1、单级齿轮减速箱设计设计说明书第一部分机械设计课程设计任务书来源（原始资料）第二部分传动方案的拟定及说明第三部分电动机的选择第四部分计算传动装置的运动和动力参数第五部分三角带传动设计第六部分齿轮的设计计算第七部分轴的设计计算第八部分滚动轴承的选择及计算第九部分减速器附件的选择第十部分箱体结构的设计第十一部分润滑与密封第十二部分设计与小结第十三部分参考资料目录第一部分机械设计课程设计任务书来源（原始资料）1题目：单级齿轮减速箱设计2、工作情况：一般条件，通风良好，连续工作，中等冲击，双向旋转，一天1班，寿命8年，减速器输出扭矩600N.m,输出转速不大于 500r/min ;（学号尾号为单号学生）

2、一般条件，通风良好，连续工作，均匀，双向旋转，一天2班，工作时间10年，每年按300天计，减速器输出扭矩 600N.m,输出转速不大于 500r/min。（学号尾号为双号学生）3、要求：、减速器总装配图一张（2号图纸）、齿轮、轴零件图各一张（3号图纸）、设计说明书一份（不少于5000字）说明书内容：设计任务来源（原始资料）传动方案的拟定及说明（至少三种方案）电动机的选择计算传动装置的运动和动力参数齿轮的设计计算轴的设计计算滚动轴承的选择及计算减速器附件的选择润滑与密封设计小结（11）参考资料目录4、考核:小组内成员的内容不能一样；答辩带式运输机传动示意图第二部分传动方案的拟定及说明1、工作情况

3、选择一般条件，通风良好，连续工作，均匀，双向旋转，一天2班，工作时间10年,每年按300天计，减速器输出扭矩600N.m输出转速不大于500r/min。2、多种传动类型优缺点对比（1）带传动特点：传动平稳、能缓冲减振，但承载能力较小，即传递相同的转 矩时结构尺寸较其它传动形式大些。此外，带传动宜布置在高速级。（2）链传动的特点是运转不均匀、有冲击，不适于高速传动，应布置在低速级。（3）蜗杆传动的特点是可以实现较大的传动比、尺寸紧凑、传动平稳，但效率 较低，适用于中、小功率且间歇运转的场合。对于传递动力且连续工作的场合， 应选择多级齿轮传动来实现大传动比。（4）圆锥齿轮加工较困难，大直径、大模数

4、的圆锥齿轮加工更为困难，所以只有在需改变轴的布置方向时才采用。 此外，圆锥齿轮传动尽量放在高速级，并限 制传动比，以减小圆锥齿轮的直径和模数。（5）斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好，承载能力大，常用在要求结构尺寸 小或要求传动平稳的场合。（6）开始齿轮传动的工作环境较差、润滑条件不好、磨损较严重、寿命较短， 应布置在低速级或用于不重要的场合。传动类型优点缺点一级蜗杆传动传动比大、结构紧凑、传 动平稳、噪音低。具有自锁性（单向旋转）、 效率低、成本高。一级直齿圆柱齿轮传动承载能力和速度范围大、 传动比恒定、效率咼。噪音大、成本高、一级斜齿圆柱齿轮传动承载能力和速度范围大、 传动比恒定、效率咼、啮

5、 合重合度大、传动平稳。成本咼、有轴向力产生。普通V带传动传动平稳、噪音小、能缓 冲吸振、成本低。轴间距大、外轮廓大（不 能作减速器）、传动比不 恒定、寿命短。表21常见的机械传动的主要性能选用指标传动机构平带传动V带传动圆柱摩擦轮传动链传动齿轮传动蜗杆传动功率/kw（常用值）小中小中大小(< 20)(< 100)(< 20)(< 100)(< 50 000 )(< 50)单级常用值24242425圆柱 圆锥10403523传动比最大值57568580传动效率0.900.970.960.88 ! 0.900.930.970.880.980.400.95许用的

6、线速度（m/s）< 25< 2530<1525< 40< 2050<1535外廓尺寸大大大大小小传动精度低低低中等高高工作平稳性好好好较差一般好自锁能力无无无无无可有过载保护作用有有有无无无使用寿命短短短中等长中等缓冲吸振能力好好好中等差差要求制造及安装精度低低好中等高高要求润滑条件不需不需一般不需中等高高环境适应性不能接触酸、碱、一般好一般一般油类、爆炸性气体3传动方案分析及拟定（1）运输带的工作拉力F=3.2KN（2）运输带的工作速度v=2m/s（3）卷筒直径D=400mm（4）使用寿命10年（5） 工作情况：通风良好，连续工作，均匀，双向旋转，一天2班

7、（6）制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量（7）工作环境：通风良好（8）边界连接条件：原动机采用一般工业电动机；传动装置与工作机分别在不 同底座上，用弹性联轴器连接（9）外形拟定：第三部分电动机的选择1、按工作要求和工作条件选用 丫系列(IP44)小型三相笼型异步电动机，该型 电动机为一般用途笼型封闭自扇冷式结构，具有防止灰尘或其他杂物入侵的特点，B级绝缘，可采用全压或降压起动。该型电动机的工作条件为：环境温度 -15+40C,相对湿度不超过90%海拔高度不超过1000m电源额定电压360V, 频率50Hz。2、确定电动机的功率：(1) 传动装置的总效率：n总=n 2轴承Xn齿轮Xn联轴

8、器2Xn滚筒=0.99 X 0.97 X 0.99 X 0.95=0.90(2 )电机所需的工作功率：Pd=FV/1000耳总=3200 X2/( 1000X 090)=7.11KW3、确定电动机转速： 滚筒轴的工作转速：Nw=60X 1000V/ (n D)=60X 10002/ (nX400)=95.5r/min单级圆柱齿轮传动比范围ic < 7.1，故电动机转速的可选范围为 nd=i XNwC7.1 X95.5=678.05r/min。由指导书机械设计课程设计手册表12-1查出适合电动机型号：(如下表)电动机转速(r/mi n)电动机质量kg电动机型 号额定功率kw同步转速满载转速

9、Y 160L-87.5750720145由选定电机的满载转速 nm 传动比i=nm/Nw=720/95.5=7n 小齿=n m=720 (r/min)n 大齿=n 小齿 /i=720/7=102.9(r/mi n)第四部分计算传动装置的运动和动力参数将传动装置各轴由高速和低速依次定为I轴， U轴i为相邻两轴间的传动比n 1,n 2，.为各传动构件的传动效率PI,PH, .为各轴的输入功率，(KvyTI,TH, .为各轴的输入转矩(n I ,nH ,.为各轴的输入转速(r/min )可按电动机轴至工作运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数 1、运动参数及动力参数的计算(1) 计算各轴的转数：

10、I 轴：n I =nm=720(r/min )II 轴:n H = n m i =720/7=102.9r/min(2) 计算各轴的功率：I 轴:P I =Pdxn=7.11 X.97=6.90 ( KWH轴：P H = P IX2Xn3=6.90 X).99 X0.97 =6.63 (KV)(3 )计算各轴的输入转矩：电动机轴输出转矩为：Td=9550 Pd/nm=9550X7.11/720=94.31N -mmI轴：T I = Td -n仁94.31 X).97=91.48 N mmH轴：T H = T Ii 耳2 耳3=91.48 X7>0.99 >0.97=614.94N

11、mm(4 )计算各轴的输出功率：由于IH轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：故：P'I =PIXn 轴承=6.90 X).99=6.83KWP'H = P HXn 轴承=6.63 X0.99=6.56 KW计算各轴的输出转矩：由于in轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：则:T'l = T IXn 轴承=91.48 >0.99=9O.57N -mmT'n = T nxn 轴承=614.94 >0.99=608.79 N -mm综合以上数据，得表如下：轴名功率p ( Kvy转矩T ( N mm转速nr/mi n传动比i效率n输入输出输入输出电动机

12、轴7.1194.3172070.97I轴6.906.8391.4890.577200.99n轴6.636.56614.94608.79102.900.97第五部分三角带传动设计1确定计算功率查表得KA=1.4,则PC=KAP=1.48=11.2KW2确定V带型号按照任务书得要求，选择普通 v带。根据PC=11.2KW及 n1=720r/min，查图确定选用B型普通V带3确定带轮直径(1) 确定小带轮基准直径根据图推荐，小带轮选用直径范围为 112 140mm选择dd1=140mm140 72060000=5.28m/s(2) 验算带速v =dn =60 10005m/sv v v 25m/s,

13、带速合适。(3) 计算大带轮直径dd2= i d d1 (1- £) =7»40X (I-0.02 ) =960.4mm 根据 GB/T 13575.1-9 规定，选取 dd2=1000mm4确定带长及中心距(1) 初取中心距a00.7 dd1 dd2 氏 2 dd1 dd2得798W ao< 2280, 根据总体布局，取 a°=1500mm(2) 确定带长Ld：根据几何关系计算带长得Ldo 2a° d di d d22ddid d24ao=2 1500 2 140 10001401000 24 1500=4913.97mm根据标准手册，取Ld =

14、5000mm计算实际中心距aa。L - L一 =15002=1543.5mm5. 验算包角1 180dd2 dd1a57.31000 1401543.56. 确定V带根数Z=18057.3 =148.07 °>120°,包角合适。PcZ> (P0P°)K Kl根据 dd1=140mr及 m=720r/min，查表得 P)=3.13KW,A P=0.22KW中心距 a=1543.5mm包角 a =148.07 °包角合适(查表得)K« =0.89Kl=1.18则Z>(3.35) 0.89 1.18=2.27,取 Z=37. 确定

15、粗拉力Pc /2.5Fo=5OO(-vZ KFo21) qv查表得q = 0.178kg /m,则/ 2.5 八厂心F0=5OO5 28 3(0891)°.17 528 =461.55N8. 计算带轮轴所受压力Q1148 .07Q=2ZFsin =2X3>461.55 冶in=2713.62N2 2第六部分齿轮的设计计算1选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。齿轮采用软齿面。查课本表 11-1，小齿轮的材料为 45号钢调质，齿面硬度为 286HBS大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为217HBS查课本表11-2，齿轮精 度初选7级。2初选主要参数小轮齿数Z1=20，i=7

16、大轮齿数 Z2=Z1 -i=20 >7=140由课本表11-6取齿宽系数屮d=13 转矩 T仁T2=600N.mmT1 Th 600N m4查课本表11-3，取载荷系数k=1.25查课本表11-4材料的弹性影响系数 Ze 189.8； MPa6许用接触应力(7 H7 H= 7 HlimZN/SH 由课本表 11-1 查得：7 Hlim1=620Mpa 7 Hlim2=400Mpa接触疲劳寿命系数Zn：按每周五个工作日，每天24h计算，由公式N=60njLh计 算应力循环次数8N1=6O720 >8X2>5 >24=4.98x1087N2=N1/i=4.98x10 /7=

17、7.11x10查课本图11-8和图11-9，得接触疲劳寿命系数 ZN1=0.93 ZN2=1.1由表11-5按一般可靠度要求选取安全系数 SH=1.0(T H1=(T Hlim1ZN1/SH=620X).93/1=576.6Mpa(T H2=(T Hlim2ZN2/SH=400X 11/1=440Mpa选用较小值h 440.0Mpa23d；EK=(u 1) 3仃Ze 23 1.3 108.46(3 1) 3.仃 189.8 21 3440.0按面接触疲劳强度设计> 7.07d1模数：m> d1/Z仁7.07/20=0.35mm取课本P57表4-1标准模数第一数列上的值，m=3(7)

18、 校核齿根弯曲疲劳强度CD小轮分度圆直径d仁mZ1=3>20=60mm 齿轮啮合宽度b=W dd1 =1 >60=60mm 查课本图11-8齿轮系数YF1=2.81 YF2=2.13C查课本图11-9应力修正系数YS1=1.56 YS2=1.83许用应力由课本表 11-1 查得(T Flim1=220MPa c Flim2=200Mpa查课本表11-5，取SF=1.3取 YN仁YN2=1则c F1= YN1 c Flim1/SF=1 X20/1.0=220Mpac F2= YN2 c Flim2/SF=1 >200/1.0=200Mpa2 2c F1=2KT1YF1YS/bm

19、1=2 > 1.3> 108498.61> 2.81> 1.56/(60> 3>20)=114.50Mpa< c F1c F2=c F1 YF2YS2/YF1YS1=114.5O2.13 >.83/(2.81>.56)=101.81Mpa< c F2故满足齿根弯曲疲劳强度要求(8) 几何尺寸计算d1=mZ1=3>20=60 mmd2=m Z2=3X140=420 mma=m ( Z1+Z2) /2=3 > 20+140) /2=240mmb=60mm b2=60mm 取 b1=70mm(9) 计算齿轮的圆周速度V计算圆周速

20、度 V=n nidi/ (60X 1000) =3.14 池0>60/ (60X 1000) =2.26m/s 因为Vw 10m/s,故取7级精度合适.第七部分轴的设计计算主动轴的设计1、初步确定轴的最小直径1/3查课本表 14-2 可得，45 钢取 C=118 贝U d> 118X (5.44/120)mm=42.1mm考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取d=45mm2、主动轴形状的确定(1) 初步选择滚动轴承。查机械设计基础课程设计手册 表6-7选用圆锥滚子轴承 30209 其尺寸为 d D B 45mm 85mm 19mm(2) 轴肩高度 g 0.07d1 2.947。试

21、取 h“ 3(3) 查指导书表8-5，初步选用弹性套柱销联轴器，型号LT2联轴器12 14 ,J型轴孔，L=42。2、主动轴的形状如下：/1 、一2456确定轴各段直径和长度(1) 从联轴器起第一段，由于联轴器与轴键联结，因此轴加粗5%取d仁25mm 根据计算转矩 TC=KATI =1.3 X75.14=97.68Nmm(2) 右起第二段直径取 d2=O 30mm根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，取端盖的外端面与联轴器的左端面间的距离为18mm则取第二段的长度L2=71mm右起第三段，取d3=O 40mm长度取L3= 7mm 右起第四段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆

22、直径为66mm分度圆直径为60mm齿轮的宽度为65mm贝U，此段的直径为d4=O66mm长度为L4=65mm 右起第五段，取d3=O 40mm长度取L3= 7mm 右起第六段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为d7=O 30mm长度L6=33mm5、求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。 在确定轴承的支点位置时，应从手 册中查取a值。对于圆锥滚子轴承30209, a 18.6mm。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。clF丄1A1丨tZ/ a111rTrTTnTITrrrrTTT'i 11 血jfeTrnrnTTTLr n 11 r rr 丁f上图中，a为轴的受力图，c为水

23、平面内的弯矩图，e垂直面内的弯矩图，f 为合成弯矩图，g转矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C(即齿轮宽度中间截面)是轴的危险截面。&按弯矩复合强度计算(1) 分度圆直径：d1=400mm(2) 转矩：已知 T11=614.94 N mm(3) 齿轮所受力圆周力：Ft=2T11/d=2 >614.94/400N=307.47N径向力：Fr=Fttan20 0=307.47 x tan20=112.31N7、轴长支反力：根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置,建立力学模型。水平面的支反力：FHA=FHB=Ft/2 =153.74N垂直面的支反力：由于选用

24、深沟球轴承则Fa=O那么 FVA=FVB=Fr/2=56.16N8、剖面C处的弯矩：水平面的弯矩：垂直面的弯矩：MC左合成弯矩：JmVC左 M HC88.58N mmM C右mVC右 mHc 88.46N mm9、当量弯矩：因加速器双向运转，故认为转矩为对称循环转矩，取修正系数0.6。10、判断危险截面并验算强度(1) 右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖 面C为危险截面。有：c -1b =58Mpa贝U:(T e= Me/W= Me/(0.1 d33)=270 X000/(0.1 >553)=16.2 Mpa< c -1 (2) 右起第一段虽仅受转矩但

25、其直径较小，故该面也为危险截面：Md (a T)20.6 433 259.8Nm33c e= MD/W= MD/(0.1 -d1 )=259.8 >000/(0.1 >45 )=28.5< c -1 所以确定的尺寸是安全的。从动轴的设计1、按扭转强度估算轴的最小直径单级齿轮减速器的低速轴为转轴， 输出端与联轴器相接，从结构要求考虑，输出1/3端轴径应最小，最小直径为：d > C (P/n)3、从动轴的形状跟主动轴一样3、确定轴上零件的位置与固定方式单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置在齿轮两边。轴外伸端安装联轴器，齿轮靠轴肩和套筒实现，轴向定位和固定，靠

26、平键和过盈 配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定， 轴通过两端轴承盖实现轴向定位，联轴器靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定 位和周向定位4、确定各段轴的直径(1) 将估算轴d=45mm作为外伸端直径di与联轴器相配，齿轮和左端轴承从左 侧装入，考虑联轴器用轴肩实现轴向定位，同时为很顺利地在轴段二上安装轴承， 轴段二必须满足轴承内径的标准，故取第二段直径为d2=50mm为便于齿轮装拆 与齿轮配合处轴径d3应大于d2,取d3=55mm用相同的方法确定轴段四、五直 径 d4=65mm d5=60mm(2) 选择轴承型号.由课本表16-2初选深沟球轴承，代号为6210,

27、查指导书表6-1可得：轴承宽度B=20,安装尺寸D=57，故轴段直径d6=57mm.(3) 确定轴各段直径和长度1段：d仁45mm长度取L仁82mm3段：d3=55mm L3=L轮毂-2=60-2=58mm4段：d4=65mm L4=7mm5段：d5=60mmL5=10.5mm6段：d6=57mm.L6=22mm2段：d2=50mmL2=82mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距 L=261.5mm5、按弯矩复合强度计算(1) 小分度圆直径：d2=60mm(2) 转矩：已知T仁91.48Nmm(3) 圆周力:Ft=304N(4) 径向力：Fr=111N&轴长支反力根据轴承支反力的作用点以

28、及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型水平面的支反力：FHA=FHB=Ft/2 =152 N垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则 Fa=0那么 FVA=FVB=Fr/2=55.5N 7、右起第四段剖面C处的弯矩：水平面的弯矩：MHC= FHA0.115=17.48Nm垂直面的弯矩 MVC1 = MVC2 = FVA0.115=6.38Nm合成弯矩:MC1 M C2 Mhc2 MVC12.17.482 6.382 18.60Nm8、判断危险截面并验算强度(1)右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。已知 MeC2=86.6Nm ,由c -1b =58M

29、pa贝则：c e= MeC2/W= MeC2/(0.1 d4 )=24.2 X000/(0.1 >66 )=3.01Nm< c -1 (2)右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面：Md,(a T)2 0.6 75.1 45.06Nmc e = MD/W= MD/(0.1 1)=45.06 >000/(0.1 >253)=28.8 Nm< c -1 所以确定的尺寸是安全的。第八部分滚动轴承的选择及计算根据条件，轴承预计寿命Lh=10 >2>30>24=86400 h1、计算输入轴承已选定的圆锥滚子轴承30209,由轴的校核可知，B

30、方向的轴承所受载荷比A方向的大，所以对于收入轴，只校核 B方向的轴承。(1) 已知n 102.9厂min，两轴承的径向反力2 2； 2 2Fr1B , FhbFvb153.7456.16 N 163.67N。(2) 轴向力 Fa1B 98.20N Fa1B.Fr1B0.6，查指导书表6-7知e 0.4，由于卩玄佗汗讥 e，查课本附表 3 和表 16-11，X10.4"2.1,Cr 67.8kN ;(4) .计算当量载荷查课本表16-9，取fp 1.2，则Pb fp(X1Fr1B £Fa1B)1.20.4 63.34 2.1 38.004 N 217.38N(5) .轴承寿命

31、计算对于滚子轴承，查课本表16-8取ft0.95,30209轴承Cr=67.810660nftCnfdP106( 0.95 19500)360 720 ( 1.2 910.82)11200.87 7200预期寿命足够此轴承合格2、计算输出轴承选用圆锥滚子轴承30309,由轴的校核可知，轴承在A方向所受载荷比B方向 大，故对于输出轴承，只校核 A方向轴承。(1) .已知n 102.9r min，两轴承的径向反力2 2 2 2Fr2AFhaFva 15255.5 N 161.81N(2) .轴向力 Fa2A 187.70N(3) Fa2AFr2A 1.16，查指导书表 6-7 知 e 0.35，由

32、于 Fa2A.'Fr2Ae，查课本表 16-11 得 X0.4，丫2 1.9,Cr 23.8kN(4) 轴承寿命计算查指导书表6-1，选择6210轴承 Cr=35KN由课本式11-3有10(ftC)£60n (fdP)10660 7200.95 195001.2 910.8211200 7200预期寿命足够此轴承合格第九部分 减速器附件的选择键联接设计输入轴与联轴器联接用平键联接轴径 d1=25mm L1=60mm T=720N m查设计手册表4-1，选用A型平键键8X7 GB/T1096,长度L取50l= L-b=42mm h=7mm(T p=4 -T/ (d -h -l

33、)=4 >720/( 25X7 >42)=39Mpa < (T p (110Mpa)输出轴与齿轮联接用平键联接轴径 d3=55mm La=58mm T=720 N -m查设计手册表4-1，选用A型平键键8X7 GB/T1096,长度L取50l= 34mm h=10mm(T p=4 -T H / (d -h l )=4 >720/ (55X04)=43Mpa < (T p (IIOMpa)输出轴与联轴器联接用平键联接轴径 di=45mm Li=82mm T=432933 N mm查设计手册表4-1，选用A型平键键8X7 GB/T1096，长度L取70l= L-b=5

34、6mm h=9mm(T p=4 -T/ (d h )=4 >720/( 45 >9 >56)=36Mpa < (T p (110Mpa)第十部分 联轴器的选择由于减速器载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑拆装方便及经济问题,选用弹性套柱联轴器K=0.5Tc =9550KP1l =9550X0.5 6.63 =307.66 n“102.9选用LT7型弹性套住联轴器，公称尺寸转矩 Tn =500, To<Tn。采用丫型轴孔，A型键轴孔直径选d=40,轴孔长度L=112LT7型弹性套住联轴器有关参数分 润滑与密封 1. 密封 由于选用的电动机为低速，常温，常压的电动机则可以选用毛毡密封。毛毡密 封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙， 达到密封的目的。 毛毡具有天然弹 性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又可以将润滑油 自行刮下反复自行润滑。2润滑(1) 对于齿轮来说，由于传动件的的圆周速度 v< 12m/s, 采用浸油润滑，因此机 体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣， 齿顶到油池底面的距离 H不应小于3050mm对于单级减速器，浸油深度为 一个齿 全高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递1KW需油量3V0=0.350.7m3。(3) 对于滚动轴承来说，由于传动件的速