单级圆柱齿轮减速器机械设计及自动化专业毕业设计毕业论文

2009级机械设计基础毕业设计设计计算说明书
-------单级圆柱齿轮减速器
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目录
一、课程设计任务 (2)
二、传动方案拟定 (2)
三、电动机选择 (3)
四、各轴运动参数和动力参数的计算 (4)
五、V带传动设计 (5)
六、齿轮传动设计 (7)
七、轴的设计 (9)
八、滚动轴承设计 (14)
九、键的设计 (16)
十、联轴器的选择 (17)
十一、减速器箱体设计 (18)
十二、减速器的润滑、密封 (20)
十三、设计小结 (22)
十四、参考资料 (24)
一、课程设计任务
设计题目：带式输送机传动装置中的一级直齿减速器。

运动简图
工作条件传动平稳，输送带单向工作，24小时工作制，使用5年，输送带速度误差±5%
已知条件题号2
输送带拉力2100N
输送带速度 1.6m/s
滚筒直径400mm
设计工作量设计说明书一份
减速器装配图1张
减速器零件大齿轮1张，输出轴1张
二、传动方案拟定
方案拟定：
采用Ｖ带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。

1.电动机
2.V带传动
3.圆柱齿轮减速器
4.连轴器
5.滚筒
6.运输带
三、电动机选择
1、电动机类型和结构的选择：选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。

2、电动机容量选择：
电动机所需工作功率为：
式（1）：Ｐd＝ＰＷ／ηa(kw)
由式(2)：ＰＷ＝ＦV/1000 (KW)
因此Pd=FV/1000ηa (KW)
由电动机至运输带的传动总效率为：
η总=η１×η２2×η３×η４×η5×η6
式中：η1、η2、η3、η4、η5、η6分别为带传动、齿轮轴承、齿轮传动、联轴器、联轴器轴承和卷筒的传动效率。

取η１=0.96，η２＝0.99，η３＝0.96，η４＝0.96，η5=0.98，η6=0.96
则：η总=0.96×0.992×0.96×0.96×0.98×0.96
=0.824
所以：电机所需的工作功率：
Pd= FV/1000η总
=(2100×1.6)/(1000×0.824)
=4.09 (kw)
3、确定电动机转速
卷筒工作转速为：
n卷筒＝60×1000·V/（π·D）
=(60×1000×1.6)/（４00·π）
=76.4 r/min
根据手册Ｐ6表2.2推荐的传动比合理范围，取Ｖ带传动比
I1’=２～４，取圆柱齿轮传动比范围I’=3～5。

则总传动比理论范围为：Ｉa’＝６～２0。

故电动机转速的可选范为
N’d =I’a×n卷筒
=(16～20)×76.4
=458.4～1528 r/min
则符合这一范围的同步转速有：750、1000和1500r/min
方案比
较适合。

此选定电动机型号为Y132M2-6，其主要性能：满载转速：960r/min，
额定功率4KW。

电动机主要外形和安装尺寸：
中心高H 外形尺寸
Lx(AC/2+AD)×
HD
底角安装尺寸A
×B
地脚螺栓孔直径
K
轴伸尺寸
D×E
装键部位
尺寸F×
GD
132 520×345×315 216×178 12 28×80 10×41
四、各轴运动参数和动力参数的计算
计算步骤设计计算与内容设计结果
1)0轴（电动机轴）2）1轴（高速轴）
3）2轴（低速轴）4）3轴（滚筒轴）汇总结果P0=4.09KW n0=960r/min
T0=9550P0/n0=9550×4.09/960=40.69N.m
P1=P0×η1 =4.09×0.96=3.926KW
n1=n0/i1=960/3.14=306/min
T1=9550P1/n1=9550×3.926/960=122.66N.m
P2=P1×η22×η3×η4
=3.926×0.992×0.96×0.96=3.56KW
n2=n1/i2=306/4=76.43r/min
T2=9550P2/n2=9550×3.56/76.43=461.64N.m
P W=P2×η5×η6=3.56×0.98×0.96=3.34KW
n w=n2=76.43r/min T W=9550P W/n w=9550×3.96/76.4=434.12N.m
参数轴号
P0=4.09KW
n0=960r/min
T0 =40.69N.m
P1=3.926KW
n1=306r/min
T1=122.66N.m
P2=3.56KW
n2=76.43r/min
T2=461.64N.m
P W=3.34KW
n w=76.43r/min
T W=434.12N.m
五、V带传动设计
六、齿轮传动设计
设计一单级直齿圆柱齿轮减速器中齿轮传动，已知：传递功率P1=3.93KW电动机驱动，小齿轮转速n1=306r/min，大齿轮转速n2=76.43r/min，传递比i=4，单向运转，载荷变化不大，使用期限五年。

齿轮的
基本参
数
m=2.5
d1=62.5 da1=67.5
df1=56.25
d2=250 da2=255 df2=243.75 大齿轮轮廓外形如下图所示：
七、轴的设计
六、轴的设计
1，齿轮轴的设计
(1) 确定输入轴上各部位的尺寸（如图）
(2)按扭转强度估算轴的直径
合成弯矩：
2222121471361695650.092C C C C M M M M N m ==+=+=⋅ （7）画转矩图：T1 =122.66N ·m （8）画当量弯矩图 因为是单向回转，转矩为脉动循环，α=0.6 可得右起第四段剖面C 处的当量弯矩： 2222()88.974eC C M M T N m
=+=⋅α （9）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=88.974 N ·m ,由课本表13-1有: ［σ-1］=60Mpa 则： σe= MeC2/W= MeC2/(0.1·D43) =88974/(0.1×483)=8.05 Mpa <［σ-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： 2
0.6122.6673.596D M T N m ==⨯=⋅（α）
σe= MD/W= MD/(0.1·D13) =73.596/(0.1×403)=11 Nm<［σ-1］ 所以确定的尺寸是安全的 。

受力图如下：
RA=RB=1964.16Nm
RA ’=RB ’=706.5 N
MC=47.136 N ·m MC1’= MC2’ =17N ·m MC1=MC2 =50.092N ·m
T=122.66 N ·m
α=0.6
MeC2=88.974N ·m
［σ-1］=60Mpa
MD=73.596 N ·m m
σe=11 Nm
2.输出轴的设计计算
确定轴上零件的定位和固定方式（如图）
(2)按扭转强度估算轴的直径
(1)由前面计算得，传动功率P2=3.56kw, n2=76.43r/min工作单向，采用深沟球轴承支撑。

由已知条件知减速器传递的功率属于中小功率故选用45刚并经调质处理，
硬度217~255HBS
根据课本（14.2）式，并查表14.1，得
d≥
3
3·(107~118) 3.56/76.43(38.499~42.456)
P
C mm
n
==
Ⅰ
(3)确定轴各段直径和长度
○1从联轴器开始右起第一段，由于联轴器与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取Φ（40.42~44.5788），根据计算转矩T= 9.55×106·P/n=444.825 N·m
Tc=RA×T=1.3×444825=578.272N·m查标准GB/T 5014—2003，选用HL4型弹性柱销联轴器，半联轴器长度为l1=112mm,轴段长L1=84mm
○2右起第二段，考虑联轴器的轴向定位要求，该段的直径取Φ52mm,根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面的距离为30mm，故取该段长为L2=74mm
○3右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6011型轴承，其尺寸为d×D×B=55×90×18，那么该段的直径为Φ55mm，长度为L3=32 ○4右起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加5%，则第四段的直径取Φ60mm,齿轮宽为b=65mm，为了保证定位的可靠性，取轴段长度为L4=62mm
○5右起第五段，考虑齿轮的轴向定位,定位轴肩，取轴肩的直径为D5=Φ66mm ,长度取L5=11.5mm
○6右起第六段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为D6=Φ55mm，长度L6=18mm
(4) 按弯扭合成强度校核轴径
按设计结果画出轴的结构草图（图a）
D1=Φ45mm
L1=84mm
D2=Φ52mm
L2=74mm
D3=Φ55mm
L3=32mm
D4=Φ60mm
L4=62mm
D5=Φ66mm
L5=11.5mm
D6=Φ55mm
L6=18mm
1）画出轴的受力图（图b）
2）作水平面内的弯矩图（图c支点反力为）
Ⅰ—Ⅰ截面处的弯矩为M HI=2003.3×97/2=97160N·mm
Ⅱ—Ⅱ截面处的弯矩为M HII=2003.3×23=46076N·mm
3）作垂直面内的弯矩图（图d）支点反力为
F VB=F VA=Fr2/2=1458.29/2=729.145
Ⅰ—Ⅰ截面处的弯矩为
M rI左=F VA·L/2=729.145×97/2=35363.5N·mm
Ⅱ—Ⅱ截面处的弯矩为
M rII =F VB·23=729.145×23=16770.3N·mm
4)合成弯矩图（图e）
M I=（35363.52+971602）1/2=103396 N·mm
M II=（16770.32+460762）1/2=49033 N·mm
5）求转矩图（图f）T=9.55×106×P/n=9.55×106×4.207/76.19=527324 N·mm
求当量弯矩
6）因减速器单向运转，故可认为转矩为脉动循环变化，修正系数α为0.6
Ⅰ—Ⅰ截面: M eI=( 609252+(0.6×5273242）1/2=322200 N·mm
Ⅱ—Ⅱ截面：M eII=( 490332+(0.6×5273242）1/2=320181 N·mm
8)确定危险截面及校核强度
由图可以看出，截面Ⅰ—Ⅰ可能是危险截面。

但轴径d3> d2，故也应对截面Ⅱ—Ⅱ进行校核。

Ⅰ—Ⅰ截面：σeI=Me I/W=322200/(0.1×603)=14.9Mpa
Ⅱ—Ⅱ截面：σeII=Me II/W=320181/(0.1×553)=19.2Mpa
查表得［σ-1b］=60Mpa,满足σe≤［σ-1b］的条件，故设计的轴有足够强度，并有一定余量。

其受力图如下
八、 滚动轴承设计
根据条件，轴承预计寿命 Lh5×365×24=43800小时 1.输入轴的轴承设计计算 （1）初步计算当量动载荷P
因该轴承在此工作条件下只受到Fr 径向力作用，所以P=Fr=1413N P=fp Fr=1.1×1413=1554.3
（2）求轴承应有的径向基本额定载荷值
11
66
60?176060306'?438001*********N
h t P n C L f ⨯==⨯⨯=εε
（）（）
（3）选择轴承型号
查课本P154页，选择6208 轴承 Cr=29.5KN 由课本式11-3有
663
10101
29500()37259743800
60603061554t h d f C L n f P ⨯==⨯=>⨯ε（）
∴预期寿命足够
∴此轴承合格 其草图如下：
2.输出轴的轴承设计计算 （1）初步计算当量动载荷P
因该轴承在此工作条件下只受到Fr 径向力作用，所以P=Fr=1280.39N （2）求轴承应有的径向基本额定载荷值
9376.7N
4380010
7660129.14581.110·60··'1
6
16=⨯⨯⨯⨯==ε
ε）（）（h t d L n f P f C
（3）选择轴承型号
查课本P154页，选择6011轴承 Cr=30.2KN 由课本式11-3有
663
1010130200()214981443800
606076.43 1.11280.39t h d f C L n f P ⨯==⨯=>⨯⨯ε（）
∴预期寿命足够
∴此轴承合格
九、键的设计
十、联轴器的选择
十一、减速器箱体设计
十二、减速器的润滑、密封
十三、设计小结
通过这次对于带式输送机传动装置的设计，我收获了很多知识，同时也提高了自己实践和创造的能力。

这次课程设计是我们第一次真正的去理论联系实际，在设计中我初步的了解到了课程设计的内涵和做设计时应具备的能力。

设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质有很大用处。

通过接近一个星期的课程设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.为我们以后的学习和工作打下了坚实的基础。

1．机械设计所涉及的内容是多方面的,要搞好机械设计，首先要对相关学科有所认识和了解，并且会有机结合相关的知识。

然后将书本上的知识运用到实际当中，做到学以致用，这样不仅提高了我们的实践能力，并且还加深了我们对理论知识的理解。

2．通过本次课程设计，使我意识到了对于一个设计问题，解决的方案是多种多样的。

在设计时，我们要严格按照要求，结合生产实际关
系和工程实际问题，在节约成本和零件易于加工、装配的基础上设计出较好的零件装配图。

3在这次的课程设计过程中,我综合运用了机械设计基础课程中所学的相关知识知识与技能, 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。

并结合CAD进行制图,在这一过程中提高了我的理论水平及分析问题和解决问题的能力,对我以后要接触的各种设计打下了坚实的基础。

最明显的变化是我的CAD绘图水平技术有了突飞猛进的进步。

在这过程中不断地遇到各种问题，通过自己的努力和请教同学这些问题都一一解决。

4. 学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程，设计需要耐心和精力，要有认真谨慎的态度才能做好。

5 通过这次机械设计课程的设计，综合运用了机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。

6．由于时间较短、准备的资料不充分以及对带式输送机传动装置的结构还是不太了解等原因，设计中还存在不少错误和漏洞，所以在今后我还要需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，了解各种机械的构造并向老师及技术人员请教，希望在以后的课程设计中表现的更好。

十四、参考资料。