直齿圆柱齿轮减速器课程设计计算过程

1：电动机 2：联轴器 3：输送机 4：减速器 5：带传动
原始设计数据： 工作条件：
单向转动；工作连续、较平稳；每天工作16小时，寿命5年（每年300工作日） 设计任务： 1、设计说明书一份（5000字左右）
2、设计图：总装配图一张，主要零件工作图2-3张
主 要 设 计 过 程
一、电动机的选择
1、按已知工作要求及条件，选用Y 型全封闭笼型三相异步电动机。

2、电动机功率：
83.05433
21==ηηηηηη
（效率分别为带传动0.96、轴承0.98、齿轮传动0.97、联轴器0.99、卷筒0.96
kw FV P d 52.483
.010005
.215001000=⨯⨯==
η
3、确定电机转速 卷筒的工作转速：
54
min /5.119400
5
.2100060r n w =⨯⨯⨯=
π
V 带传动传动比2-4，单级齿轮传动3-7，所以总传动比范围为6-28，故电动机转速可选范围为717-3346r/min
综合考虑，选Y132S-4：额定功率5.5KW ，满载转速1440r/min
二、总传动比及其分配 1、总传动比i
125
.1191440
==
i 大致试分为：带传动3，齿轮传动即减速器4 （符合范围） （最终结果为1440/(2.84x4.26)=119rpm 合适）
三、计算传动装置各轴转速和功率 1、各轴转速 一轴：min /4803
1440
1r n ==
二轴（卷筒轴）：min /12042r n ≈=
2、各轴的输入功率（输入和输出差别很小，就是轴承效率） 一轴：kw P P d 34.496.052.4011=⨯==η
二轴（卷筒轴）：kw P P P 13.497.098.034.43211212=⨯⨯===ηηη 3、各轴输入转矩
电机转矩Td ：Nm n P T d d 98.291440
52
.495509550=⨯=⨯= 一轴：Nm i T T d 34.8696.0398.29101
=⨯⨯==η
二轴：Nm T 30.32897.098.0434.862=⨯⨯⨯=
四、传动设计
带传动设计：
1、确定计算功率
查表取K A =1.1，故P ca =K A Pd=4.52×1.1=4.97KW 2、选择带型
查图选普通V 带A 型 3、确定带轮直径 取d1=90
d 2=i ×d 1=270，取d 2=280
带速为s m n d v /78.61000
601440
901000
601
1=⨯⨯⨯=
⨯=
ππ
带速合适（其传动比i=280/90=3.11,齿轮传动传动比调整为12/3.11=3.86）
4、确定带长和中心距
0.7（d 1+d 2）＜a 0＜2（d 1+d 2） 初步定为a 0=400
计算得mm a d d d d a L d 5.14034)()(220
2
12210'=-+++=π
选带长为L d =1400 计算实际中心距：mm L L a a d d 25.3982
5
.140314004002'0=-+=-+= 5、验算带轮包角
︒>︒=︒⨯--
︒=1206.1525.571801
21a
d d α 合格 6、计算带的根数
查得P 0=1.06，△P 0=0.16 查得K α=0.93，K L =0.96
56.496
.093.0)16.006.1(97
.4=⨯⨯+=
z ，取z=5（太多，不合适）
改选B 型带取d 1=125 d 2=i ×d 1=375，取d 2=355 带速为s m n d v /42.91000
601440
1251000
601
1=⨯⨯⨯=
⨯=
ππ
带速合适（其传动比i=355/125=2.84,齿轮传动传动比调整为12/2.84=4.23）
4、确定带长和中心距
0.7（d 1+d 2）＜a 0＜2（d 1+d 2） 初步定为a 0=500
计算得mm a d d d d a L d 5.18064)()(220
2
12210'=-+++=π
选带长为L d =1800 计算实际中心距：mm L L a a d d 25.4962
5
.180618005002'0=-+=-+= 5、验算带轮包角
︒>︒=︒⨯--
︒=1205.1535.571801
21a
d d α 合格 6、计算带的根数
查得P 0=2.18，△P 0=0.45 查得K α=0.93，K L =0.95
14.295
.093.0)45.018.2(97
.4=⨯⨯+=
z ，取z=3（合适）
7、计算预紧力 查得q=0.18kg/m
N F 4.16442.918.042
.9393.097
.4)93.05.2(500
20=⨯+⨯⨯⨯-=
8、计算压轴力
N zF F p 8.7562
sin
21
0==α
齿轮传动设计：
1、选择材料
1）精度选择：要求一般选7级精度的直齿圆柱齿轮 2）材料选择：小齿轮选40Cr 调质处理，硬度为260HB ；大齿轮45钢调质处理，硬度为220HB 3）初选小齿轮齿数为24，大齿轮齿数为4.23×24=101.5取101（n 1=1440/2.84=507rpm ）
2、按接触强度设计 1）确定各参数 试选K t =1.4；
小齿轮传递的转矩：Nmm Nm T 4
110634.834.86⨯==；（可以修正为T 1=81.74） 选取齿宽系数φd =1；
查的材料的弹性影响系数为189.8；
查得小齿轮接触疲劳极限为650Mpa ，大齿轮为550Mpa ；
应力循环次数：8
1103.753001615076060⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==njL N
8121073.123.4/⨯==N N
查得（线2）接触疲劳寿命系数分别为0.93、0.97； 取安全系数为1；
[σH1]=0.93×650=604.5，[σH2]=0.97×550=533.5 2）设计计算
小齿轮分度圆直径：
mm d t 8.52)5
.5338.189(23.423.56.1110634.84.132.232
4
1=⨯⨯⨯⨯⨯≥
计算圆周速度：
s m n d v t /4.11000
60507
8.5214.31000601
1=⨯⨯⨯=
⨯=
π
计算齿宽及模数：
mm d b t d 8.528.5211=⨯==φ mm z d m t t 2.224
8
.5211===
95.42.225.225.2=⨯==t m h
67.1095
.48.52==h b 计算载荷系数： 查得K A =1.0
据v=1.4，7级精度，查得Kv=1.05 K H β=1.41，K F β=1.6 K H α=K F α=1.1
63.141.11.105.10.1=⨯⨯⨯==βαK K K K K v A
修正分度圆直径：mm k k d d t t 6.554
.163.18.523311=⨯== 模数m=d 1/z 1=55.6/24=2.32
3、按弯曲强度设计 1）确定各计算参数
载荷系数：85.16.11.105.10.1=⨯⨯⨯==βαF F v A K K K K K 查得齿形系数：18.2,65.221==Fa Fa Y Y 查得应力校正系数：79.1,58.121==Sa Sa Y Y
查得小齿轮的弯曲强度极限：580Mpa ；大齿轮： 400MPa 查得弯曲疲劳寿命系数分别为：0.85和0.9 取弯曲疲劳安全系数为S=1.4
[]MPa F 3524
.158085.01=⨯=σ
[]MPa F 2574
.14009.02=⨯=σ
[]
[]01518.0257
79
.118.201189.035258.165.222211
1=⨯=<=⨯=
F Sa Fa F Sa Fa Y Y Y Y σσ
2）设计计算
mm m n 03.201518.024110634.885.1232
4
=⨯⨯⨯⨯⨯≥
取标准模数m=2.5mm
24.225
.26.5511≈==
m d z ，取z 1=23 则z 2=4.23×23=97.3取98（实际传动比为4.26）
4、计算齿轮的几何尺寸 中心距：mm m
z z a 25.1512
)(21=+=
分度圆直径：
mm d mm m z d 2455.298,5.575.223211=⨯==⨯==
计算齿轮宽度：
mm d b d 5.575.5711=⨯==φ
取整为B 2=60mm ，B 1=65mm
轴的设计计算（高速轴）
1、材料45（可以做齿轮轴），调质处理，轴上的功率P=4.34，转速n=507，转矩T=86340 Nmm
2、作用于齿轮上的力 分度圆d=57.5mm
N d T F t 30035
.5786340221=⨯==
N F F t r 109320tan 3003tan =⨯==︒α
N F F t n 319620
cos 3003
cos ===
︒
α 3、估算轴的最小直径
轴的材料选用40Cr 调质处理，取A 0=110 则有：mm n P A d 5.22507
34.411033
0min =⨯==，取25mm
4、确定各轴段的直径和长度（结构设计）
1）轴头段d=25mm ，长度为60mm （带轮毂宽为62mm ）
2）过渡部位直径为32mm ，定位带轮的轴肩高为3.5mm （合适），长为50mm 3）二轴颈段均为35mm （拟选用6207轴承，宽度为17mm ）
5、轴的受力分析及弯矩计算
圆周力作用于铅垂面，径向力和带轮的压轴力作用于水平面；设左支承为1，右支承为2。

力均作用于齿轮及轴承的宽度中点，即1、2跨距为128mm 1）铅垂面：
N F F F t V V 5.150123003221===
= Nmm M V 960962
64
5.1501=⨯
=
受力简图
铅垂面受力和弯矩图
2）水平面：
N F H 2.261== N F H 6.18232==
Nmm M H 1677642.261=⨯= Nmm M H 4.66598888.7562=⨯=
水平面受力和弯矩图
3）合成弯矩（齿轮处为最危险截面）
Nmm M M M H V 961101677960962
221
2=+=+=
4）求扭矩
前已求得T=86340Nmm
扭矩图
5）求当量弯矩
转矩为脉动循环变化，故取α=0.6
Nmm T M M e 109182)863406.0(96110)(22
22=⨯+=+=α
6）校核轴的强度
按轴径为38mm 粗略估算；轴的许用弯曲应力为60MPa
MPa d M W M e e ca 9.19381.0109182
1.03
3=⨯===
σ，合格（小于许用弯曲应力）
五、轴承的选择与计算
一轴（高速轴）：
1、选用6207，查得C=20100，C 0=13900，外圈直径为72mm ，宽度为17mm ，安装尺寸为42mm
轴承只受径向力，即为其当量动载荷
N F F F V H r 7.15015.15012.26222
1211=+=+= N F F F V H r 2.23625.15016.182********=+=+=
寿命由轴承二决定
寿命为：)(20258
2.236220100507601060103
66h P C n L =⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=ε（基本满足要求）
若改选6307轴承（C=26200）则完全满足要求
)(44853
2.236226200507601060103
66h P C n L =⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=ε。