机械设计课程设计--设计一级直齿圆柱齿轮减速器
机械设计减速器设计说明书
系别：航空工程学院
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机械设计课程设计--设计一级直齿圆柱齿轮减速器
目录
第一部分设计任务书 (4)
第二部分传动装置总体设计方案 (5)
第三部分电动机的选择 (5)
3.1 电动机的选择 (5)
3.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比 (6)
第四部分计算传动装置的运动和动力参数 (7)
第五部分 V带的设计 (8)
5.1 V带的设计与计算 (8)
5.2 带轮的结构设计 (11)
第六部分齿轮传动的设计 (12)
第七部分传动轴和传动轴承及联轴器的设计 (18)
7.1 输入轴的设计 (18)
7.2 输出轴的设计 (23)
第八部分键联接的选择及校核计算 (29)
8.1 输入轴键选择与校核 (29)
8.2 输出轴键选择与校核 (29)
第九部分轴承的选择及校核计算 (30)
9.1 输入轴的轴承计算与校核 (30)
9.2 输出轴的轴承计算与校核 (30)
第十部分联轴器的选择 (31)
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第十一部分减速器的润滑和密封 (33)
11.1 减速器的润滑 (32)
11.2 减速器的密封 (33)
第十二部分减速器附件及箱体主要结构尺寸 (33)
设计小结 (36)
参考文献 (36)
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第一部分设计任务书
一、初始数据
设计一级直齿圆柱齿轮减速器，初始数据F = 2800 N，V = 1.5m/s，D = 400mm，设计年限（寿命）：8年，每天工作班制（8小时/班）：2班制，每年工作天数：300天，三相交流电源,电压380/220V。
二. 设计步骤
1. 传动装置总体设计方案
2. 电动机的选择
3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比
4. 计算传动装置的运动和动力参数
5. 设计V带和带轮
6. 齿轮的设计
7. 滚动轴承和传动轴的设计
8. 键联接设计
9. 箱体结构设计
10. 润滑密封设计
11. 联轴器设计
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第二部分传动装置总体设计方案
一. 传动方案特点
1.组成：传动装置由电机、V带、减速器、工作机组成。
2.特点：齿轮相对于轴承对称分布。
3.确定传动方案：考虑到电机转速高，V带具有缓冲吸振能力，将V带设置在高速级。选择V带传动和一级直齿圆柱齿轮减速器。
二. 计算传动装置总效率
ηa=η1η22η3η4η5=0.96×0.992×0.97×0.99×0.96=0.867
η1为V带的效率,η2为轴承的效率,η3为齿轮啮合传动的效率,η4为联轴器的效率,η5为工作装置的效率。
第三部分电动机的选择
3.1 电动机的选择
已知速度v:
v=1.5m/s
工作机的功率p w:
p w= F×V
1000=
2800×1.5
1000= 4.2 KW
电动机所需工作功率为:
p d= p w
ηa
=
4.2
0.867= 4.84 KW
执行机构的转速为:
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n = 60×1000V π×D = 60×1000×1.5π×400
= 71.7 r/min 经查表按推荐的传动比合理范围，V 带传动的传动比i 1=2~4，一级圆柱直齿轮减速器传动比i 2=3~6，则总传动比合理范围为i a =6~24，电动机转速的可选范围为n d = i a ×n = (6×24)×71.7 = 430.2~1720.8r/min 。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选定型号为Y132M2-6的三相异步电动机，额定功率为5.5KW,满载转速n m =960r/min ，同步转速1000r/min 。 电动机主要外形尺寸：
中心高 外形尺寸 地脚螺栓安装尺寸
地脚螺栓孔直径 电动机轴伸
出段尺寸 键尺寸
H
L×HD A×B K D×E F×G 132mm 515×315 216×178 12mm 38×80 10×33 3.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比
（1）总传动比：
由选定的电动机满载转速n 和工作机主动轴转速n ，可得传动装置总传动比为:
i a =n m /n=960/71.7=13.39
（2）分配传动装置传动比:
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i a=i0×i
式中i0、i分别为带传动和减速器的传动比。为使V带传动外廓尺寸不致过大，初步取i0=2.8，则减速器传动比为:
i=i a/i0=13.39/2.8=4.78
第四部分计算传动装置的运动和动力参数
（1）各轴转速:
输入轴：n I = n m/i0 = 960/2.8 = 342.86 r/min
输出轴：n II = n I/i = 342.86/4.78 = 71.73 r/min
工作机轴：n III = n II = 71.73 r/min
（2)各轴输入功率:
输入轴：P I = P d×η1 = 4.84×0.96 = 4.65 KW
输出轴：P II = P I×η2?η3 = 4.65×0.99×0.97 = 4.47 KW
工作机轴：P III = P II×η2?η4 = 4.47×0.99×0.99 = 4.38 KW 则各轴的输出功率：
输入轴：P I' = P I×0.99 = 4.6 KW
输出轴：P II' = P II×0.99 = 4.43 KW
工作机轴：P III' = P III×0.99 = 4.34 KW
(3)各轴输入转矩:
输入轴：T I = T d×i0×η1
电动机轴的输出转矩:
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T d = 9550×
p d
n m = 9550×
4.84
960= 48.15 Nm
所以：
输入轴：T I = T d×i0×η1 = 48.15×2.8×0.96 = 129.43 Nm 输出轴：T II = T I×i×η2×η3 = 129.43×4.78×0.99×0.97 = 594.11 Nm 工作机轴：T III = T II×η2×η4 = 594.11×0.99×0.99 = 582.29 Nm 输出转矩为：
输入轴：T I' = T I×0.99 = 128.14 Nm
输出轴：T II' = T II×0.99 = 588.17 Nm
工作机轴：T III' = T III×0.99 = 576.47 Nm
第五部分 V带的设计
5.1 V带的设计与计算
1.确定计算功率P ca
由表查得工作情况系数K A = 1.1，故
P ca = K A P d = 1.1×4.84 kW = 5.32 kW
2.选择V带的带型
根据P ca、n m由图选用A型。
3.确定带轮的基准直径d d并验算带速v
1）初选小带轮的基准直径d d1。由表，取小带轮的基准直径d d1 = 112 mm。 2）验算带速v。按课本公式验算带的速度
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πd d1n m
60×1000=
π×112×960
60×1000
m/s = 5.63 m/s
因为5 m/s < v < 30m/s，故带速合适。
3）计算大带轮的基准直径。根据课本公式，计算大带轮的基准直径
d d2 = i0d d1 = 2.8×112 = 313.6 mm
根据课本查表，取标准值为d d2 = 315 mm。
4.确定V带的中心距a和基准长度L d
1）根据课本公式，初定中心距a0 = 500 mm。
2）由课本公式计算带所需的基准长度
L d0≈2a0+π
2(d d1+d d2)+
(d d2-d d1)2
4a0
= 2×500+π
2×(112+315)+
(315-112)2
4×500
≈1691 mm
由表选带的基准长度L d = 1600 mm。
3）按课本公式计算实际中心距a0。
a ≈a0 + (L d - L d0)/2 = 500 + (1600 - 1691)/2 mm ≈454 mm
按课本公式，中心距变化范围为430 ~ 502 mm。
5.验算小带轮上的包角α1
α1≈180°- (d d2 - d d1)×57.3°/a
= 180°-（315 - 112)×57.3°/454 ≈154.4°> 120°6.计算带的根数z
1）计算单根V带的额定功率P r。
由d d1 = 112 mm和n m = 960 r/min，查表得P0 = 1.96 kW。
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根据n m = 960 r/min，i0 = 2.8和A型带，查表得?P0 = 0.12 kW。
查表得Kα = 0.93，查表得K L = 0.99，于是
P r = (P0 + ?P0)KαK L = (1.96 + 0.12)×0.93×0.99 kW = 1.92 kW 2）计算V带的根数z
z = P ca/P r = 5.32/1.92 = 2.77
取3根。
7.计算单根V带的初拉力F0
由表查得A型带的单位长度质量q = 0.105 kg/m，所以
F0 = 500
(2.5-Kα)P ca
Kαzv
+ qv2
= 500×(2.5-0.93)×5.32
0.93×3×5.63
+ 0.105×5.632N = 269.2 N
8.计算压轴力F P
F P = 2zF0sin(α1/2) = 2×3×269.2×sin(154.4/2) = 1574.82 N
9.主要设计结论
带型A型根数3根
小带轮基准直径
dd1 112mm 大带轮基准直径
dd2
315mm
V带中心距a 454mm 带基准长度Ld 1600mm 小带轮包角α1 154.4°带速 5.63m/s 单根V带初拉力F0 269.2N 压轴力Fp 1574.82N
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5.2 带轮结构设计
1.小带轮的结构设计
1）小带轮的结构图
2）小带轮主要尺寸计算
代号名称计算公式代入数据尺寸取值内孔直径d 电动机轴直径D D = 38mm 38mm 分度圆直径dd1 112mm da dd1+2ha 112+2×2.75117.5mm
d1 (1.8~2)d (1.8~2)×3876mm
B (z-1)×e+2×f(3-1)×15+2×948mm
L (1.5~2)d (1.5~2)×3876mm 2.大带轮的结构设计
1）大带轮的结构图
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2）大带轮主要尺寸计算
代号名称计算公式代入数据尺寸取值
内孔直径d 输入轴最小直径 D = 28mm 28mm
分度圆直径dd1 315mm da dd1+2ha 315+2×2.75 320.5mm
d1 (1.8~2)d (1.8~2)×28 56mm
B (z-1)×e+2×f (3-1)×15+2×9 48mm
L (1.5~2)d (1.5~2)×28 56mm
第六部分齿轮传动的设计
1.选精度等级、材料及齿数
（1）选择小齿轮材料为40Cr（调质），齿面硬度280HBS，大齿轮材料为45钢（调
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质），齿面硬度为240HBS。
（2）一般工作机器，选用8级精度。
（3）选小齿轮齿数z1 = 23，大齿轮齿数z2 = 23×4.78 = 109.94，取z2= 111。（4）压力角α = 20°。
2.按齿面接触疲劳强度设计
（1）由式试算小齿轮分度圆直径，即
d1t≥ 32K
Ht T1
ψd
×
u±1
u×
?
?
?
?
?
Z H Z E Zε
[σH]
2
1）确定公式中的各参数值。
①试选载荷系数K Ht = 1.6。
②计算小齿轮传递的转矩
T1 = 129.43 N/m
③选取齿宽系数φd = 1。
④由图查取区域系数Z H = 2.5。
⑤查表得材料的弹性影响系数Z E = 189.8 MPa1/2。
⑥计算接触疲劳强度用重合度系数Z
ε
。
端面压力角：
αa1 = arccos[z1cosα/(z1+2h a*)] = arccos[23×cos20°/(23+2×1)] = 30.181°αa2 = arccos[z2cosα/(z2+2h a*)] = arccos[111×cos20°/(111+2×1)] = 22.625°端面重合度：
εα = [z1(tanαa1-tanα)+z2(tanαa2-tanα)]/2π
= [23×(tan30.181°-tan20°)+111×(tan22.625°-tan20°)]/2π= 1.729
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重合度系数：
Zε = 4-ε
α
3 =
4-1.729
3 = 0.87
⑦计算接触疲劳许用应力[σH]
查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为σHlim1 = 600 MPa、σHlim2 = 550 MPa。计算应力循环次数：
小齿轮应力循环次数：N1 = 60nkt h = 60×342.86×1×8×300×2×8 = 7.9×108大齿轮应力循环次数：N2 = 60nkt h = N1/u = 7.9×108/4.78 = 1.65×108
查取接触疲劳寿命系数:K HN1 = 0.89、K HN2 = 0.92。
取失效概率为1%,安全系数S=1,得:
[σH]1 = K HN1σHlim1
S=
0.89×600
1= 534 MPa
[σH]2 = K HN2σHlim2
S=
0.92×550
1= 506 MPa
取[σH]1和[σH]2中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即
[σH] = [σH]2 = 506 MPa
2）试算小齿轮分度圆直径
d 1t ≥
32K
Ht
T
1
ψ
d
×
u±1
u
×
?
?
?
?
?
?
Z
H
Z
E
Z
ε
[σ
H
]
2
= 32×1.6×129.43×1000
1
×
4.78+1
4.78
×
?
?
?
?
?
2.5×189.8×0.87
506
2
= 69.337 mm
（2）调整小齿轮分度圆直径
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1）计算实际载荷系数前的数据准备①圆周速度v
v =
πd1t n1
60×1000
=
π×69×342.86
60×1000
= 1.24 m/s
②齿宽b
b = φd d1t= 1×69.337 = 69.337 mm
2）计算实际载荷系数K H
①由表查得使用系数K A = 1。
②根据v = 1.24 m/s、8级精度，由图查得动载系数K V = 1.08。
③齿轮的圆周力
F t1 = 2T1/d1t = 2×1000×129.43/69.337 = 3733.36 N
K A F t1/b = 1×3733.36/69.337 = 53.84 N/mm < 100 N/mm
查表得齿间载荷分配系数K Hα = 1.2。
④由表用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，K Hβ = 1.46。由此，得到实际载荷系数
K H = K A K V K HαK Hβ = 1×1.08×1.2×1.46 = 1.892
3）可得按实际载荷系数算的的分度圆直径
d1 = d1t 3K
H
K Ht
= 69.337×
3 1.892
1.6= 73.322 mm
及相应的齿轮模数
m n = d1/z1 = 73.322/23 = 3.188 mm 模数取为标准值m = 3 mm。
3.几何尺寸计算
