一级减速器设计.

毕 业 论 文

课题名称

系/专 业 班 级 学 号 学生姓名

指一级圆柱齿轮减速器

机械工程学院/机电一体化与国际贸易实务 机贸0614 06011141**

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导教师：

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2010 年 6 月 1 日

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一级圆柱齿轮减速器的设计计算

摘要

减速机利用齿轮的速度转换器将电机的回转数减速到所需要的回转数，它主要是一种动力传达的机构。在当前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用非常广泛，可以说，几乎在各式机械的传动系统中都可以见到其踪影。从大动力的传输工作到小负荷、精确的角度传输都可以见到减速机的身影，而且在工业的应用上，减速机具有减速及增加转矩的功能，因此减速机广泛用在速度与扭矩的转换设备中。

关键词：传动方案，齿轮的设计，轴的设计，强度校核，装配图

Abstract

Gear speed reducer converter using the motor rotational speed will slow down to the desired rotational speed, it is primarily a power to convey the body.In the current campaign for the transmission power and the institutions, the reducer is widely used, can be said that almost all the transmission systems of all kinds of machinery can see its trace.Transfer of work from the big power to small loads,one can see precisely the point of transmission gear figure,but also in industrial applications,the gear reduction and increased torque with the function, so widely used in the speed reducer and twisted moment of conversion devices.

Key words: Transmission scheme,Gear design,Axis Design,Strength Check,Assembly drawing

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目录

第一章 绪 论 ......................................................... 1 第二章 课题题目及主要技术参数说明 ...................................... 2

2.1课题题目 ........................................................ 2 2.2 主要技术参数说明 ................................................ 2 2.3 传动系统工作条件 ............................................... 2 2.4 传动系统方案的选择 ............................................. 2 第三章 减速器结构选择及相关性能参数计算 ................................ 3

3.1 减速器结构 ..................................................... 3 3.2 电动机选择 ..................................................... 3 3.3 传动比分配 ..................................................... 4 3.4 动力运动参数计算 ............................................... 4 第四章 齿轮的设计计算 .................................................. 6

4.1 齿轮材料和热处理的选择 ......................................... 6 4.2 齿轮几何尺寸的设计计算 ......................................... 6 4.2.1 按照接触强度初步设计齿轮主要尺寸 .......................... 6 4.2.2 齿轮弯曲强度校核 .......................................... 8 4.2.3 齿轮几何尺寸的确定 ........................................ 9 4.3 齿轮的结构设计 ................................................. 9 第五章 轴的设计计算 ................................................... 11

5.1 轴的材料和热处理的选择 ........................................ 11 5.2 轴几何尺寸的设计计算 .......................................... 11

5.2.1 按照扭转强度初步设计轴的最小直径 ......................... 11 5.2.2 轴的结构设计 ............................................. 11 5.2.3 轴的强度校核 ............................................. 12

第六章 轴承、键和联轴器的选择 ......................................... 16

6.1 轴承的选择及校核 .............................................. 16 6.2 键的选择计算及校核 ............................................ 16 6.3 联轴器的选择 .................................................. 17 第七章 减速器润滑、密封及附件的选择确定以及箱体主要结构尺寸的计算及装配图18

7.1 润滑的选择确定 ................................................ 18

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7.1.1润滑方式 ................................................. 18 7.1.2润滑油牌号及用量 ......................................... 18 7.2 密封形式 ...................................................... 18 7.3 减速器附件的选择确定 .......................................... 18 7.4 箱体主要结构尺寸计算 .......................................... 19 7.5 装配图 ........................................................ 21 第八章 总结 ........................................................... 21

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第一章 绪 论

减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。它也是传动机械的一种。减速机的功用主要有两个方面：一是降速同时提高输出的扭矩，扭矩的输出比例按电机的输出乘以减速比，但不能超出减速机的额定扭矩；二是减速同时降低负载的惯量，惯量的减少是减速比的平方，一般情况下电机都有一个惯量值。减速机利用齿轮的速度转换器将电机的回转数减速到所需要的回转数，它主要是一种动力传达的机构。在当前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用非常广泛，几乎在各式机械的传动系统中都可以见到其踪影。从大动力的传输工作到小负荷、精确的角度传输都可以见到减速机的身影，而且在工业的应用上，减速机具有减速及增加转矩的功能，因此减速机广泛用在速度与扭矩的转换设备中。

这次设计培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。加强了我们对Office软件中Word功能的认识和运用。

本论文主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了《机械设计基础》、《机械制图》、《工程力学》、《公差与互换性》等多门课程知识，并运用《AUTOCAD》软件进行绘图。

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第二章 课题题目及主要技术参数说明

2.1课题题目 带式输送机传动系统中的减速器。要求传动系统中含有单级圆柱齿轮减速器及V带传动。

2.2 主要技术参数说明 输送带的最大有效拉力F=1150N，输送带的工作速度V=1.6 m/s，输送机滚筒直径D=260 mm。

2.3 传动系统工作条件

带式输送机在常温下连续工作、单向运转；空载起动，工作载荷较平稳；两班制（每班工作8小时），要求减速器设计寿命为8年，大修期为3年，中批量生产；三相交流电源的电压为380/220V。

2.4 传动系统方案的选择 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，还可以缓和冲击和振动，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。现采用单级直齿轮传动，传动方案如下图：

图2-1 带式输送机传动系统简图

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第三章 减速器结构选择及相关性能参数计算

3.1 减速器结构 本减速器设计为水平剖分，封闭卧式结构。

3.2 电动机选择

本系统选用Y系列自扇冷式笼型异步电动机

（一）工作机的功率Pw

Pw=FV/1000=1150×1.6/1000=1.84kw （二）总效率总

2 总=带齿轮联轴器滚筒轴承20.960.980.990.960.99＝0.876 =

（三）所需电动机功率Pd

PdPw/总1.84/0.8762.100(KW)

查《机械零件设计手册》得 Ped = 3 kw 电动机选用 Y112M-4 n

满

= 1420 r/min

电动机主要外形及安装尺寸如下：

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图3-1 电动机主要外形及安装尺寸

3.3 传动比分配

工作机的转速n=60×1000v/（D）

=60×1000×1.6/(3.14×260) =117.589r/min

i总n满/n1420/117.58912.07(6r/min ) 取 i带3 则i齿i总/i带12.076/34.025

3.4 动力运动参数计算 （一）转速n

n0=n满=1420（r/min）

nIII=nII=117.589（r/min）

（二） 功率P

P0Pd1.61(2kw)

P0.941.97(kw4) 1P0带2.10nI=n0/i带=n满/i带=1420/3=473.333（r/min）

nII=nI/i齿=473.333/4.025=117.589（r/min）

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P2P40.980.991.91(kw6) 1齿轮轴承1.97 P3P2联轴器轴承1.9160.990.991.87(kw5)

（二）转矩T

T09550P0/n095502.100/1 4 =14.126(N﹒m)

T1T0带i带14.1206.96340.6(8N4m) T2T1齿轮轴承i齿40.6840.980.994.025 = 158.872(N﹒m)

T3T2联轴器轴承i齿带15.88720.990.991 = 155.710(N﹒m ) 将上述数据列表如下：

表3-1 动力运动参数

轴号 功率 P/kW N T/ -1/(r.min) ( N﹒m) 1420 473.333 117.589 117.589 14.126 3 1 2 3 1.974 1.916 1.875 40.684 158.872 155.710 4.025 1 0.97 0.98 0.96 i  0 2.100

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第四章 齿轮的设计计算

4.1 齿轮材料和热处理的选择

小齿轮选用45号钢，调质处理，硬度为230HBS， 大齿轮选用45号钢，正火处理，硬度为170HBS

4.2 齿轮几何尺寸的设计计算

4.2.1 按照接触强度初步设计齿轮主要尺寸 由《机械零件设计手册》查得

Hlim1580MPa,Hlim2530MPa,SHlim = 1 Flim1215MPa,Flim2200MPa,SFlim1 n1/n247.333/311.75894.02 5 由《机械零件设计手册》查得 ZN1 = ZN2 = 1 YN1 = YN2 = 1.1 由H1Hlim1ZN1SHlim5801580MPa 15301530MPa 1 H2Hlim2ZN2SHlim F1Flim1YN1SFlim2151.1244MPa 12001.1204MPa 1F2Flim2YN2SFlim

(一)小齿轮的转矩TI

 T1955P001.974/34773.42.3(7N9m) 1/n1955 (二) 选载荷系数K

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由原动机为电动机，工作机为带式输送机，载荷平稳，齿轮在两轴承间对称布置。查《机械原理与机械零件》教材中表得，取K＝1.1 （三）计算尺数比

=4.025 （四）选择齿宽系数d

根据齿轮为软齿轮在两轴承间为对称布置。查《机械原理与机械零件》教材中表得，取d＝1

（五）计算小齿轮分度圆直径d1

3 d1≥d1766

KTI(u1)d[H2]2u=766

31.140.684(4.0251)

153024.025 = 44.714( mm) （六）确定齿轮模数m ad1144.714.025112.343mm 22 m =(0.007～0.02)a = (0.007～0.02)×185.871 取m=2 （七）确定齿轮的齿数Z1和 Z1z2

d144.71422.36 取 Z1 = 24 m3Z2Z14.0252496.6 取 Z2 = 96

（八）实际齿数比'

Z2964 Z124''0.006 齿数比相对误差 Δ<±2.5% 允许

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（九） 计算齿轮的主要尺寸

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d1mZ122448(mm) d2mZ229619(2mm)

中心距 a1d1d2148192120mm 22 齿轮宽度 B2dd114848(mm) B1 = B2 + (5～10) = 53～58(mm) 取B1 =57 (mm) （十）计算圆周转速v并选择齿轮精度 v3.1448473.3331.189m/s

601000601000d1n1 查表应取齿轮等级为9级，

但根据设计要求齿轮的精度等级为7级。

4.2.2 齿轮弯曲强度校核

（一） 由4﹒2﹒1中的式子知两齿轮的许用弯曲应力 F1244MPa F2204MPa （二）计算两齿轮齿根的弯曲应力 由《机械零件设计手册》得 YF1=2.63

YF2=2.19

比较YF/F的值

YF1/[F1]=2.63/244=0.0108>YF2/[F2]=2.19/204=0.0107 计算大齿轮齿根弯曲应力为

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F1 毕业设计（论文）报告纸

2000KT1YF12000101.7412.63 B2m2Z2663222 40.95(2MPa)F1

齿轮的弯曲强度足够

4.2.3 齿轮几何尺寸的确定

齿顶圆直径da 由《机械零件设计手册》得 ha =1 c = 0.25

da1d12ha1Z12ham(2421)254(mm)

*

*

da2d22ha2Z22ham(9621)2196(mm) 齿距 P = 2×3.14=6.28(mm) 齿根高 hfhacm2.5(mm) 齿顶高 haham122(mm) 齿根圆直径df

df1d12hf4822.543(mm) df2d22hf19222.518(7mm)

4.3 齿轮的结构设计 小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构，大齿轮的相关尺寸计算如下：

轴孔直径 d=50(mm)

轮毂直径 D1=1.6d=1.6×50=80(mm) 轮毂长度 LB266(mm) 轮缘厚度 δ

0 = (3～4)m = 6～8(mm)

取 0=8

轮缘内径 D2=da2-2h-20=196-2×4.5-2×8

= 171(mm) 取D2 = 170(mm)

腹板厚度 c=0.3B2=0.3×48=14.4 取c=15(mm)

腹板中心孔直径D0=0.5(D1+D2)=0.5(170+80)=125(mm) 腹板孔直径d0=0.25（D2-D1）=0.25（170-80）

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=22.5(mm)

取d0=20(mm)

齿轮倒角n=0.5m=0.5×2=1

齿轮工作如图2所示：

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图4-1 大齿轮

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第五章 轴的设计计算

5.1 轴的材料和热处理的选择 由《机械零件设计手册》中的图表查得 选45号钢，调质处理，HB217～255

b=650MPa s=360MPa 1=280MPa

5.2 轴几何尺寸的设计计算 5.2.1 按照扭转强度初步设计轴的最小直径

3从动轴d2=c

P2=115n231.955=29.35

117.587考虑键槽d2=29.35×1.05=30.82 选取标准直径d2=32mm

5.2.2 轴的结构设计

根据轴上零件的定位、装拆方便的需要，同时考虑到强度的原则，主动轴和从动轴均设计为阶梯轴。将从动轴估算直径d=32mm作为外伸端直径d1，与联轴器相匹配。考虑联轴器靠轴肩实现轴向定位，取第二段直径d2=40mm，齿轮和右端轴承要在右侧装入，考虑装拆方便及零件固定的要求，轴承处轴径d3应大于d2，考虑滚动轴承直径系列，取d3=45mm，为便于齿轮拆装，与齿轮配合处轴径应大于d3，取d4=50mm，齿轮左端用轴环定位，轴环直径d5，d5满足齿轮定位的同时，还应满足左侧轴承的安装要求，根据选定的轴承型号确定，左端轴承型号与右端相同，取d6=45mm。画出简图如下：

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图5-1 从动轴

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。轴上零件的定位和固定方式如下图：

图5-2 轴上零件的定位和固定方式

5.2.3 轴的强度校核

从动轴的强度校核 圆周力

T2Ft=2000d2

=2000×158.872/192=1654.92

径向力 Fr=Fttan=1654.92×tan20°=602.34

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由于为直齿轮，轴向力Fa=0，作从动轴受力简图：

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图5-3 从动轴受力简图

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L=110mm

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RHA=RHB=0.5Ft=0.5×1654.92=827.46(N)

MHC=0.5RHAL=827.46×110×0.5/1000=51.72(Nm)

RVA=RVB=0.5Fr=0.5×602.34 =301.17(Nm)

MVC=0.5RVAL=501.17×110×0.5/1000=36.4(Nm)

转矩T=158.872(Nm) 校核

MC=MHCMVC=51.72218.822=55.04(Nm)

22 Me=MCaT=55.0420.6158.872=118.42(Nm)

222 由图表查得，1b=55MPa

3 d≥10

Me=10

0.11b3118.42=29.21(mm)

0.1*55 考虑键槽d=29.21mm < 45mm 则强度足够

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第六章 轴承、键和联轴器的选择

6.1 轴承的选择及校核 考虑轴受力较小且主要是径向力，故选用单列深沟球轴承主动轴承根据轴颈值查《机械零件设计手册》选择6207 2个（GB/T276-1993）从动轴承6209 2个（GB/T276-1993)。 寿命计划：

两轴承受纯径向载荷

P=Fr=602.34 X=1 Y=0

从动轴轴承寿命：深沟球轴承6209，基本额定功负荷

Cr=25.6KN ft=1 =3

106106ftCr25.611000L10h===10881201

60n2P60117.589602.34预期寿命为：8年，两班制 L=8×300×16=3840036.2 键的选择计算及校核

（一）从动轴外伸端d=42，考虑键在轴中部安装故选键10×40 GB/T1096—2003，b=16，L=50，h=10，选45号钢，其许用挤压力p=100MPa

4000TI4000158.872F==82.75<p p=`t=

hld83032hl则强度足够，合格

（二）与齿轮联接处d=50mm，考虑键槽在轴中部安装，故同一方位母线上，选键14×52 GB/T1096—2003，b=10mm，L=45mm，h=8mm，选45号钢，其许用挤压应力p=100MPa

4000TI4000158.872Ft===45.392<p

hld83550h`l则强度足够，合格

p=

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6.3 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 TC=9550

1.31.916KPII=9550×=202.290

117.589nIITCK=1.3

A型键轴孔直径d=32～40，选d=35，轴孔长度L=82

TL8型弹性套住联轴器有关参数如下表：

表6-1 TL8型弹性套有关参数

许用 公称 轴孔 转速 型号 转矩直径 1T/(N·m) n/min d/mm （r·轴孔 外径 长度 D/mL/mm m 材料 轴孔 类型 键槽 类型 TL8 250 3300 35 82 160 HT200 Y型 A型 共 23 页 第 17 页

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第七章 减速器箱体及其密封、润滑、附件及相关参数 7.1 润滑的选择确定 7.1.1润滑方式

1.对于齿轮来说，由于传动件的圆周速度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30-50mm。

2.对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，且难以经常供油，所以选用润滑脂润滑。这样不仅密封简单，不易流失，同时也能形成将滑动表面完全分开的一层薄膜。

7.1.2润滑油牌号及用量

1.齿轮润滑选用150号机械油，最低～最高油面距10～20mm， 需油量为1.5L左右。

2.轴承润滑选用2L—3型润滑脂，用油量为轴承间 隙的1/3～1/2为宜。

7.2 密封形式

1.箱座与箱盖凸缘接合面的密封：

选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法。 2.观察孔和油孔等处接合面的密封：

在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封。 3.轴承孔的密封：

轴的外伸端与透盖的间隙，由于V<3（m/s），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露间隙，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。

4.轴承靠近机体内壁处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部。

7.3 减速器附件的选择确定

列表说明如下：

表7-1 减速器附件参数

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名称 螺栓 螺栓 销 垫圈 螺母 油标尺 通气器 功用 安装端盖 安装端盖 定位 调整安装 安装 测量油 面高度 透气 毕业设计（论文）报告纸

数量 12 24 2 3 3 1 1 材料 Q235 Q235 35 65Mn A3 规格 M6×16 GB 5782—1986 M8×25 GB 5782—1986 A6×40 GB 117—1986 10 GB 93—1987 M10 GB 6170—1986 组合件 A3 7.4 箱体主要结构尺寸计算

(一)减速器附件的选择 通气器：

由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M18×1.5 油面指示器： 选用游标尺M12 起吊装置：

采用箱盖吊耳、箱座吊耳. （二）箱体的主要尺寸：

箱座壁厚=10mm 箱座凸缘厚度b=1.5 ,=15mm

箱盖厚度1=8mm 箱盖凸缘厚度b1=1.5 ,1=12mm

箱底座凸缘厚度b2=2.5 ,=25mm ,轴承旁凸台高度h=45，凸台半径R=20mm 齿轮轴端面与内机壁距离l1=18mm 大齿轮顶与内机壁距离1=12mm 小齿端面到内机壁距离2=15mm 上下机体筋板厚度m1=6.8mm , m2=8.5mm 主动轴承端盖外径D1=105mm 从动轴承端盖外径D2=130mm

地脚螺栓M16，数量6根 绘制箱体结构图如下：

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图7-1 箱体结构图

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7.5 装配图

图7-2 装配图

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第八章 总结 通过这次毕业设计，使我对自己对所学的各门课程得到了进一步的理解，对于各方面知识之间的联系有了更加切实的体会。同时也深深的认识到自己初步掌握的知识与实际需要还有很大的差距，在今后还需要在实践中继续学习和思考。

本次设计由于时间不是很充足，在设计中肯定会有许多欠缺，因此若想把它变成实际产品的话还需要反复的探讨和修改。但作为一次练习，确实给我们带来了很大的收获，设计涉及到常用机构和通用零件以及材料力学等多方面的内容，通过设计计算、认证、画图，提高了我对机械结构设计、材料选取及电动机的选用等方面的认识和应用能力。

本次设计让我受益非浅，使我对自己学得的知识得到了总结性的整理，同时也通过设计过程中与本组同学的交流与学习，提高了自己的团队协作能力。总之，各方面的能力得到了一定的提高。

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致 谢

此次毕业设计得以顺利完成，各方面给予我的帮助起了至关重要的作用，特此感谢。毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们总结知识，迈向实践的一个重要过程。“千里之行，始于足下”，通过这次课程设计，学会脚踏实地的迈开这一步，是为了明天能稳健的在真正的工作中发挥作用打下基础。因此感谢学校安排的如此有意义的毕业设计工作。

此次设计的完成，离不开指导老师的指导与督促，也离不开本组同学的协助，还要感谢学校图书馆能提供资料。 本次设计，获益匪浅，衷心感谢。

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参考文献

[1] 李海萍，吉梅，周国新，机械设计基础，苏州大学出版社，2004 [2]银金光，机械设计课程设计，中国林业出版社，1997 [3]冯秋官，机械制图，机械工业出版社，2002 [4]党锡康，工程力学，东南大学出版社，1994

[5]何元庚，机械原理与机械零件，机械工业出版社，2001 [6]南工院机械系机制工艺设计教研室，机械制造基础，2003 [7]郑文纬，吴克坚，机械原理，高等教育出版社，1997

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