机械设计说明书

机械设计基础课程设计说明书

题目： 单级圆柱齿轮减速器

班 级：成型1002 姓 名：廖力 学 号：20101691 指导教师：

成 绩：

2012 年 07 月 12 日

机械设计课程设计说明 2 刘瑞军

1、 设计任务书

1.1设计题目 1.2工作条件 1.3技术条件 2、

传动装置总体设计

2.1电动机选择 2.2分配传动比

2.3传动装置的运动和动力参数计算 3、

传动零件设计计算以及校核

3.1减速器以外的传动零件设计计算 3.2减速器内部传动零件设计计算 4、

轴的计算

4.1初步确定轴的直径 4.2轴的强度校核 5、

滚动轴承的选择及其寿命验算

5.1初选滚动轴承的型号 5.2滚动轴承寿命的胶合计算 6、 键连接选择和验算 7、 连轴器的选择和验算

8、 减速器的润滑以及密封形式选择 9、

参考文献

材料与冶金学院 冶金075班

学号：20071405 机械设计课程设计说明 3 刘瑞军

1.1设计题目 设计胶带传输机的传动装置 1.2工作条件 工作年限 工作班制 工作环境 载荷性质 生产批量 10 2 多灰尘 稍有波动 小批 1.3技术数据 题号 滚筒圆周带速 滚筒直径 滚筒长度 力F(N) v(m/s) D(mm) L(mm) ZDL-10A 2400 1.6 320 500 2.传动装置总体设计 2.1电动机的选择 2.1.1选择电动机系列 根据工作要求及工作条件应选用三相异步电动机，封闭自扇冷式结构，电压380伏，Y系列电动机 2.1.2选择电动机的功率 （1）卷筒所需有效功率 pFVw100024001.610003.84kw （2）传动总效率 根据表2.2-1确定各部分的效率: 弹性联轴器效率 η1=0.99 一对滚动轴承效率 η2=0.99 闭式齿轮的传动效率 η3=0.97（8级） 开式滚子链传动效率 η4=0.90 一对滑动轴承的效 η5=0.97 传动滚筒的效率 η6=0.96 材料与冶金学院 冶金075班 学号：20071405 机械设计课程设计说明 4 刘瑞军

21234560.990.9920.970.900.970.96 0.80630.8063

（3）所需的电动机的功率 prpw3.844.76Kw Pr=4.06kw 0.8063按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭自扇冷式 结构，电压380V，Y系列。 查表2.9-1可选的Y系列三相异步电动机Y132M2-6型，额定 P05.5kw，或选Y132S-4型，额定P05.5kw。 满足P0Pr 2.1.3确定电动机转速 传动滚筒转速 60v601.6 nw95.49r/min D0.32现以同步转速为Y132S-4型（1500r/min） 及Y132M2-6 型（1000r/min）两种方案比较，查得电动机数据 同步转满载转方案电动机型额定功电动机总传动速速号 号 率(kW) 质量/kg 比 (r/min) (r/min) 1 2 Y112M-4 Y132M1-6 5.5 5.5 1500 1000 1440 960 68 84 15.08 10.05 比较两种方案，方案1选用的电动机使总传动比较大。为使传 动装置结构紧凑，选用方案2。电动机型号为Y132M2-6。由表 1.2-2查得其主要性能数据列于下表 电动机额定功率P0/kW 电动机满载转速n0/(r/min) 电动机轴伸直径D/mm 电动机轴伸长度E/mm 电动机中心高H/mm 5.5 960 38 80 132 材料与冶金学院 冶金075班 学号：20071405 机械设计课程设计说明 5 刘瑞军

堵转转矩/额定转矩 2.0

2.2分配传动比． in096010.05nw95.49 （1） 总传动比

查表1.2-3得 取链传动比i23=2.5 则齿轮传动的传动比为ii10.0512i232.54.02 2.3传动装置的运动和动力参数计算 2.3.1各轴功率、转速和转矩的计算 0轴：即电动机的主动轴 p0pr4.76kw

n0960r/min p3T04.761009.55n9.5547.35Nm 09601轴： 即减速器的高速轴

p1p0014.760.994.7124kw n01ni960r/min

01 Tp119.55n9.554.712410346.88Nm 1960 2轴：即减速器的低速轴

p2p1124.71240.990.974.53kw

nn12i960238.8r/min 124.02材料与冶金学院 冶金075班

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P24.53103T29.559.55189.70Nm n2238.8 3轴：即传动滚筒轴 p3p2234.530.990.904.13kw n3n2238.895.52r/min i232.5 P34.13103T39.559.55432.37Nm n395.522.3.2各轴运动及动力参数列表示 轴序号 0 功率 P(kw) 4.76 转速n(r/min) 960 转矩 T(N.m) 47.35 传动形式 联轴器 传动比i 效率η 1 0.99 1 4.7124 960 46.88 齿轮传动 4.02 0.97 2 4.53 238.8 189.70 3 4.13 95.52 432.37 链传动 2.5 0.92 3.传动零件的设计计算 3.1减速器以外的传动零件设计计算 设计链传动 1）确定链轮齿数 由传动比取 小链轮齿数 Z1=29-2i=24 因链轮齿数最好为奇数，取为25 大链轮齿数 Z2iZ12.52562.5 所以取 Z2=63 材料与冶金学院 冶金075班 学号：20071405 机械设计课程设计说明 7 刘瑞军

实际传动比 iZ2632.52 Z1252）确定链条节距 由式 P0KAP KzKp查表得，工况系数KA1.4 小链轮齿数系数 Kz(取单排链，取Kp=1.0 P0因为n1238.81r/min

查表得选链号No16A，节距p=25.4 3)计算链长

初选 a0=40p=4025.4=1016mm 链长

1.04.533.38kW

1.341.0Z11.08)1.34 19Lp2a0z2z1pz2z12632525.463252()240()124.9节 p2a02210162取 Lp=126节 4)验算链速 vz1n1p25238.825.42.54

601000601000 V＜15 m/s 适合

5）选择润滑方式

按v=2.54m/s,链号NO16A，查图选用滴油润滑。 6）作用在轴上的力

1000P10004.531783.5N 有效圆周力 Fev2.54作用在轴上的力FQ1.2Fe1.21783.52140.2N 7）链轮尺寸及结构

分度圆直径

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d025.41p0202.592mm sin180zsin18012525.4 d1509.5712mmsin1800 633.2 减速器以内的传动零件设计计算 设计齿轮传动 1） 材料的选择：

小齿轮选用45#钢，调质处理，齿面硬度217—255HBS， 大齿轮选用45#钢，正火处理，齿面硬度162—217HBS。 计算应力循环次数

N160n1jLh609601(1030082)2.76109NN2.7691i1024.026.878108

查图11-14，ZN1=1.0 ZN2=1.02（允许一定点蚀）

由式11-15，ZX1=ZX2=1.0 ， 取SHmin=1.0 由图11-13b，得

Hlim1690MPa,Hlim2440MPa

计算许用接触应力

Hlim1H1SZN1ZX1690Hmin1.01.01.0690.0MPa Hlim2H2SZ440N2ZX2Hmin1.01.021.0448.8MPa

因H2H1，故取HH2448.8N/mm2

2） 按齿面接触强度确定中心距 小轮转矩T146880Nm

初取KtZ2t1.1，取a0.4，由表11-5得ZE189.8MPa 材料与冶金学院 冶金075班

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由图11-7得，ZH2.5，减速传动，ui4.02; 由式（5-39）计算中心距a

2a(u1)Z3KT12HZEZZtauH2(4.021)31.1468802.5188.920.44497.2

143.472由4.2-10,取中心距a=145mm。 a=125mm 估算模数m=(0.007~0.02)a=1.015—2.9mm, 取标准模数m=2.5mm。 小齿轮齿数：z1z145m4.02123.1 取24

大齿轮齿数： z2=uz1=4.022496.48 取 97

取z1=24，z2=97 z实际传动比iz2实z97244.04 1传动比误差

ii理i实i100%4.024.04理4.02100%1%5%，

在允许范围内。 齿轮分度圆直径

d1mnz12.52460mm

d2mnz22.597242.5mm

圆周速度vd1n1609606010361043.014m/s

由表11-6,取齿轮精度为8级. (3) 验算齿面接触疲劳强度

按电机驱动,载荷稍有波动,由表11-3,取KA=1.0 由图11-2（a）， 按8级精度和vz1/1003.01424/1000.742m/s， 得Kv=1.07。

齿宽baa0.414558mm。

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1=20，z2=80 学号：20071405 机械设计课程设计说明 10 刘瑞军

由图11-3(a)，按b/d1=58/60=0.97,取 Kβ=1.07。 由表11-4，得Kα=1.1

载荷系数KKAKvKK1.01.071.071.11.2594 由图11-4，得10.84，20.8536， 所以121.6936 由图11-6得，Z0.87 计算齿面接触应力

2KT1u1HZHZEZbd22.5189.80.8751u

21.259446880586024.0214.02347.202MPaH520.2MPa故在安全范围内。

（4）校核齿根弯曲疲劳强度 按Z1=24，Z2=97,

由图11-10得，YFa1=2.82，YFa2=2.2 由图11-11得，Ysa11.55，Y1.76 由图11-12得，Y0.68

由图11-16（b），得Flim1210N/mm2，Flim2152N/mm2 由图11-17，得YN1=1.0，YN2=1.0 由图11-18得,YX1=YX2=1.。 取YST=2.0，SFmin=1.5 计算齿根许用弯曲应力

Flim1YST2102F1SYN1YX1Fmin1.51.01.0280MPa F2Flim2YST1522SYN2YX21.0Fmin1.51.0202N/mm2 材料与冶金学院 冶金075班

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F12KT121.259446880YFa1Ysa1Y2.811.550.68bd1mn58602.5 40.198MPaF1280MPa故安全。

F2F1故安全。YFa2YSa22.261.7648.36YF1YSa12.681.58

45.43MPa292.8MPa（5） 齿轮主要几何参数 z1=24, z2=97, u=4.02， m=2.5 mm，

d1mz.5 mm 12.52460mm, d2mz22.597242da1d12ham6021.02.565mm, da2d22ham242.521.02.5247.5mm

df1d12(hac)m602(1.00.25)2.566.25mm

df2d22(hac)m242.52(1.00.25)2.5236.25mm a=145mm

b2b58mm, b1=b2+(5~10)=66mm

4. 轴的设计计算 4.1初步确定轴的直径 4.1.1高速轴及联轴器的设计 1．初步估定减速器高速轴外伸段轴径

根据所选电机 d电机38mm,轴伸长E80mm 则d=(0.8～1.0)d电机=(0.8～1.0)×38=30.4～38mm

取d=32mm。 d=32mm 2．选择联轴器

根据传动装置的工作条件你选用弹性柱销联轴器 （GB5014-85）。计算转矩Tc为

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Tc=KAT=1.5×47.35=71.025Nm 式中T——联轴器所传递的标称扭矩， KA——工作情况系数，取KA=1.25。

根据Tc=46.8N m,从表2.5-1可查的HL2号联轴器就可以 转矩要求（Tn315Nm,TnTc）。但其轴孔直径（d=20～32mm） 不能满足电动机及减速器高速轴轴径的要求。因此重选HL3

号联轴器（Tn630NmTc46.8Nm,n5000。 r/minn960r/min）

4.1.2 低速轴的设计计算

1.选择轴的材料

选择材料为45号钢，调质处理。

2.按转矩初步计算轴伸直径

dA03P4.53(110160)3(29.2942.60)mm n238.8取d=35mm 4.2轴的强度校核 计算小齿轮上的作用力 转矩T=31.22N.m 圆周力Ft2Td231220304.59N Ft=304.59N 205径向力 FrFttg304.59tg20110.86N Fr=110.86N 轴向力 FaFttg304.59tg00N Fa=0N （１） 绘轴的受力简图，求支座反力

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ａ. 垂直面支反力

MB0

RAy(L2L3)FtL20 RtL2LFt304.59AyF152.302L322 RY0

RByFtRAy304.59152.30152.30N Rb. 水平面支反力

Mc0得，RAz(L2L3)Fda2FrL20 RL2F(L1L2L3)AzFrL3340N RAz=33340N 1L2Z0得：

RCzRAzFrF3340435.5618301074.44 RBX=1074.44

(2)作弯矩图

a. 垂直面弯矩MY图

B点 ， MByRAyL3152.3049.52.7538104Nmm Mb. 水平面弯矩MZ图

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AY=152.30N BY=152.30N BY=27538 学号：20071405 机械设计课程设计说明 14 刘瑞军

B点右 M'BzRCzL2QR(L2L1)7.3452104Nmm M'Bz=73452 N.mm

B点左, MBzRAzL356420Nmm MBz=56420 N.mm c. 合成弯矩图

24B点右,M’BMByBZ6.1310Nmm M’B=61300 N.mm 2MBz8.40104Nmm MB=84000N.mm B点左,MBMBy（３）作转矩T图 TFdt21.16105Nmm （４）作计算弯矩Mca图

该轴单向工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取α=0.6 B点左边

M2caBMB(TC)2(8.40104)2(0.61.16105)2 M2.54105NmmB 点右边 M''2'

caBMB(TC)2(6.13104)2(0.61.24105)2 1.21105NmmD点

MM2caDDT2o6.22104Nmm M（５）校核轴的强度

由以上分析可见，C点弯矩值最大，而D点轴径最小，所以该 轴危险断面是C点和D点所在剖面。

查表13-1得B650N/mm2查表13-3得[b]160N/mm2。C点轴径 dM2.54105C3caC0.1b310.16035.19mm

因为有一个键槽dC25.8(10.05)27.09mm。该值小于原 dc=35.19mm<45mm ,故安全。 D点轴径dMDcaD0.136.22105322.6b10.160mm 因为有一个键槽dC22.6(10.05)23.7mm。该值小于原 设计该点处轴径35mm，故安全。

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T=116000 N.mm

caC=254000N.mm

M'caB=121000 N.mm

caD=62200 N.mm

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5.滚动轴承的选择及其寿命验算 1. 低速轴轴承

1）、选定轴承类型及初定型号 深沟球轴承（GB/T276-96），型号6209 ： 查表得Cr24.5/kN C0r17.5/kN 2）、计算径向支反力

R221R1HR1V1703.540N RR222R2HR2V3913.423N R3）、求轴承轴向载荷

A1=S2+FA=1304.474+242.99=1574.46>S1=1304.474 AA2= S1=1304.474N A4）、计算当量动载荷

A1/R1=1574.46/1703.54=0.908>e=0.4 , X1=0.4, Y1=1.5 A2/R2=1304.47/3913.42=0.33 P1=fdfm1(X1R1+Y1A1)=1.5×(0.4×1703.54+1.5×1547.464)

=2022N

P2=fdfm2(X2R2+Y2A2)=1.3×1.5×3913.423 =7631.175N

5) 校核轴承寿命

10106310LC10624500310h60np260238.837367.175 576500480000h(2830010)故满足轴承的寿命要求

2. 高速轴轴承

高速轴承的确定与低速轴承相同，选取 深沟球轴承（GB/T276-96）型号6208。

6.键联接的选择和验算 (一).减速器大齿轮与低速轴的键联接

1）键的材料类型

45号钢，A型普通平键 2）确定键的尺寸

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1=1703.54N

2=3913.423N

1=1574.46N

2=1304.474N P1=2022N P2=7631.175N 学号：20071405 机械设计课程设计说明 16 刘瑞军

b=14mm, h=9mm, L=40mm 3）验算键的挤压强度

键和轴的材料为钢轮毂材料为铸铁，铸铁的许用力比钢的 许用挤压应力低，按铸铁校核键连接的挤压强度。 查表的许用挤压应力p53mPa，键的计算长度 l=L-b=40-14=26mm 由下式得

4Tdkl431220p4892611.12N/mm2p

该键安全。所以选14×40GB1096-79

(二).小齿轮与减速器低速轴轴伸的联接

1）键的材料类型

45号钢A型普通平键，轧毂为铸铁 2）确定键的尺寸

b=10mm， h=8mm, L=50mm ,p=100N/mm2

同上面的方法 4Tpdhl431220328(5010)12.20N/mm2 因pp，故安全。所以选10×8GB1096-79。

(三).联轴器与减速器高速轴轴伸的联接

经计算得，该键与小齿轮与减速器低速轴轴伸的联接的键 相同。

7.联轴器的选择 选轴时以定，同前

8.减速器的润滑及密封形式选择 1 减速器的润滑采用油润滑，润滑油选用中负荷工业齿

轮油GB5903-86。

2 油标尺M16,材料Q235A。 3 密封圈

高速轴选用 35×55×8 GB9877.1-88 低速轴选用 40×62×8 GB9877.1-88

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9.参考文献

[1] 陈良玉 王玉良 马星国 李 力 著

<<机械设计基础>>

东北大学出版社 2000

[2] 孙德志 王春华 董美云 李庆忠 著

<<机械设计基础课程设计>>

东北大学出版社 2000

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