减速器高速级齿轮传动

机械设计

课程设计说明书

题目：减速器的高速级齿轮传动

学 院：化学与材料工程学院

专 业：高分子材料与工程

姓 名：

学 号： 102410143

指导教师： 任海波

河南城建学院

2013年6月25日

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PAGE III

设计任务书

一、《机械设计》课程设计目的及意义

机械设计课程设计是本课程的最后一个教学环节，总体来说，目的有三个：

1）综合运用机械设计及其它有关先修课程，如机械制图、测量与公差配合、金属材料与热处理、工程力学等的理论和生产实际知识进行机械设计训练，使理论和实际结合起来，使这些知识得到进一步巩固、加深和拓展；

2）学习和掌握机械设计的一般步骤和方法，培养设计能力和解决实际问题的能力；

3）掌握机械设计工作的基本技能，如计算、制图、运用设计资料（如手册、图册、技术标准、规范等）以及进行经验估算等机械设计方面的基本技能得到一次综合训练，提高技能水平。

二、设计任务

本组课程设计任务为减速器的高速级齿轮传动；

三、设计条件

设计数据及传动方案。已知减速器由电动机驱动，工作寿命15年（设每年工作300天），两班制，带式输送机工作平稳，转向不变。

参数

题号

输入功率P1（KW）

小齿轮转速n1（r/min）

齿数比u

15

50

940

3.1

大小齿轮采用硬齿面，材料为40Cr,并经调质及表面淬火，齿面硬度为48-55HRC，精度等级选用7级精度（GB10095-88）

三、《机械设计》课程设计主要内容

1、确定传动装置的总体设计方案；

2、计算传动装置的运动参数和动力参数；

3、传动零件的设计计算；

4、轴承、联接件、润滑密封和联轴器的选择计算；

5、机体结构及其附件的设计；

6、制图包括零件图、装配图。

3、编写设计说明书及进行设计答辩

四、《机械设计》课程设计说明书的要求

本课程的设计任务要求学生做设计说明书一份、图纸两张。各部分的具体要求如下：

1、设计说明书内容与顺序

（1）封面(标题及班级、姓名、学号、指导老师、完成日期)

（2）设计任务书；

（3）目录（包括页次）

（4）绪论：设计任务的意义、设计结果简述；

（5）传动方案的分析与拟定(简单说明并附传动简图)；

（6）计算传动装置的运动参数和动力参数；传动零件的设计计算；

（7）轴承、联接件、润滑密封和联轴器的选择计算；

（8）机体结构及其附件的设计；

（9）主要设备的材料选择；

（10）结束语：对本设计的总结、收获、改进和建议等；

（11）参考文献。

说明书必须书写工整、图文清晰。说明书中所有公式必须写明编号，所有符号必须注明意义和单位。

2、设计图纸要求：

（1）装配图

本设计要求画“装配图”，图纸大小为A2。本图应表示出传动装置的工作原理、零件间的装配关系、连接方式，以及主要零件的结构形状。

机械零件的规格尺寸、零件间的配合尺寸、外形尺寸、机器零件的安装尺寸以及设计时确定的其他重要尺寸。

用文字或符号说明机械零件的装配、安装、调试、检验、使用与维护等方面的技术要求。

在装配图中，必须对每个零件编写序号，并在明细栏中依次列出零件序号、名称、数量、材料等。标题栏中写明装配体名称、图号、绘图比例以及设计、制图、审核人员的签名和日期等。

（2）零件图

本设计要求画零件图一张，图纸大小为A2。表示其结构形式、尺寸、技术特性等。

要求用一组视图完整、清晰地表达零件的内外结构形状，正确、完整、清晰、合理地标注零件在制造和检验时所需的全部尺寸。用规定的符号、代号、标记和简要的文字表达出对零件制造和检验时应达到的各项技术指标和要求。

在标题栏中应正确填写单位名称、图名（零件的名称）、材料、质量、比例、图号、以及设计、审核、批准人员的签名与日期等。

图纸要求：投影正确、布置合理、线型规范、字迹工整。

目录

TOC \o "1-3" \h \z \u 一、绪论 1

1.1设计任务的意义 1

1.2传动方案的分析与拟定 1

1.2.1传动系统的作用及传动方案的特点 1

1.2.2方案拟定 1

二、齿轮的设计 3

2.1计算传动装置的运动和动力参数 3

2.2齿轮设计 4

2.2.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 4

2.2.2按齿面接触强度设计 4

2.2.3按齿根弯曲强度计算 6

2.2.4齿轮几何尺寸计算 7

2.2.5齿轮的结构设计 8

三、轴的设计 9

3.1输入轴的设计 9

3.1.1确定轴的材料及初步确定轴的最小直径 9

3.1.2初步设计输入轴的结构 9

3.2 输出轴的设计 10

3.2.1初步确定轴的最小直径 10

3.2.2初步设计输出轴的结构 11

3.3 轴的零件定位、固定和装配 11

四、轴承、键和联轴器的选择 12

4.1轴承的选择 12

4.1.1输入轴轴承 12

4.1.2输出轴轴承 12

4.2、键的选择及校核 13

4.2.1 输入轴键连接 13

4.2.2输出轴键连接 13

4.3 联轴器的选择 14

五、减速器附件的确定和箱体的设置 15

5.1 减速器附件的确定 15

5.2 减速器箱体的设置 15

六、减速器的润滑与密封 17

6.1 润滑的选择确定 17

6.2密封的选择与确定 17

七、结束语 18

八、参考文献 19

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一、绪论

1.1设计任务的意义

机械设计课程设计是本课程的最后一个教学环节，总体来说，通过课程设计可以综合运用机械设计及其它有关先修课程，如机械制图、工程力学等的理论和生产实际知识进行机械设计训练，使理论和实际结合起来，使这些知识得到进一步巩固、加深和拓展；另外在设计过程中掌握机械设计的一般步骤和方法，培养设计能力和解决实际问题的能力并掌握机械设计工作的基本技能，如计算、制图、运用设计资料（如手册、图册、技术标准、规范等）以及进行经验估算等机械设计方面的基本技能得到一次综合训练，提高技能水平。

1.2传动方案的分析与拟定

1.2.1传动系统的作用及传动方案的特点

传动系统工作条件：设计数据及传动方案。已知减速器由电动机驱动，工作寿命15年（设每年工作300天），两班制，带式输送机工作平稳，转向不变。

机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。

根据题目要求及上述分析，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。

1.2.2方案拟定

本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为一级直齿圆柱齿轮减速器。电动机直接由联轴器与减速器连接，减速器由联轴器与卷筒连接。

总体布置简图如下：

1-电动机；2-联轴器；3-皮带轮；4-齿轮减速器；5-圆柱直齿轮；6-I轴；7-II轴；8-圆柱直齿轮；9-联轴器；10-带式运输机

该课程设计主要介绍了运用大了众多的标准以及各种参考书设计单级圆柱减速器的齿轮设计，包括齿数，齿顶圆，直径，样式的选择；键的选择，轴的选择，轴承、联轴器以及润滑、密封的材料选择，并进行了箱体主体结构以及附属零件的选择以及计算。

二、齿轮的设计

2.1计算传动装置的运动和动力参数

为进行传动件的设计计算，应首先推算出各轴的转速、功率和转矩，一般按由电动机至工作机之间运动传递的路线推算各轴的运动和动力参数。

1) 0轴（电机轴）输入功率、转速、转矩

2) 1轴（高速轴）输入功率、转速、转矩

3) 2轴（低速轴）输入功率、转速、转矩

各轴运动和动力参数见表

轴名

功率P(/kw)

转矩T（N/m）

转速n(r/min)

传动比i

效率

0电机轴

52.63

178.25

730

3

0.95

Ⅰ轴

50

508

940

3.1

0.98

II轴

49

1543

303

2.2齿轮设计

2.2.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数

按照已经选定的传动方案，高速级齿轮选择如下：

1.齿轮类型：选用直齿圆柱齿轮传动

2.材料：大小齿轮采用硬齿面，材料为40Cr,并经调质及表面淬火，齿面硬度为48-55HRC

3.齿轮精度等级：7级精度（GB10095-88）

4.试选小齿轮齿数

大齿轮齿数

取

5.输入功率P1=50KW小齿轮转速n1=940r/min

2.2.2按齿面接触强度设计

由设计计算公式进行试算：

1.确定公式内各计算数值

①试选载荷系数

②小齿轮转矩

③由文献[1]中表10-6查得材料弹性影响系数

④齿宽系数：由文献[1]中表10—7知齿宽系数

⑤由文献[1]中图10-21d按齿面硬度查得齿轮接触疲劳强度极限：

⑥计算应力循环次数

⑦由文献[1]中图10-19取接触疲劳寿命系数

⑧计算接触疲劳许应力

取失效概率为1%安全系数S=1

由文献[1]中式10-12

⒉计算

①试算小齿轮分度圆直径

②计算圆周速度

③计算齿宽b

④计算齿宽与齿高比

模数齿高

⑤计算载荷系数

据7级精度。由文献[1]图10-8查动载荷系数

直齿轮

由文献[1]中表10-2查得使用系数

由文献[1]中表10-4用插入法查得7级精度、小齿轮相对非对称布置时

，由，在文献[1]中查图10-13得

故载荷系数

⑥按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由文献[1]中式10-10a得

⑦计算模数m

2.2.3按齿根弯曲强度计算

由文献[1]中10-5设计公式

1.确定公式内各计算数值

①由文献[1]中图10-20d查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限

大齿轮的弯曲疲劳强度极限

②由文献[1]中图10-18取弯曲疲劳寿命系数

③计算弯曲疲劳许应力取弯曲疲劳安全系数由[1]中式10-12

④计算载荷系数K

⑤查取齿形系数

由[2]中表10-5查得

⑥查取应力校正系数

由[2]中表10-5查得

计算大小齿轮的

小齿轮的数值大

2.设计计算

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积有关，可取由齿根弯曲疲劳强度计算的模数3.08并根据就近圆整为标准值，按齿面接触疲劳强度算得的分度圆直径，

算出小齿轮的齿数

大齿轮的齿数取

2.2.4齿轮几何尺寸计算

分度圆直径

中心距

齿轮宽度取

圆周力

,合适

齿顶圆直径

齿根圆直径

齿轮设计几何尺寸及参数(mm)：

齿轮

压力

角

模数

中心

距

齿数

比

齿数

分度圆

直径

齿根圆

直径

齿顶圆

直径

齿宽

小齿轮

20°

3.5

166.25

3.1

23

80

71.75

87.5

85

大齿轮

72

252

243.25

259

80

2.2.5齿轮的结构设计

对小齿轮da1=87.5mm<90mm,选择实心结构；

对大齿轮da2=259mm 160mm<259mm>500mm，可做成腹板式结构。

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关尺寸计算如下：

由从动轴的计算可知齿轮轴孔直径：d=65mm

轮毂直径 D1=1.2d=1.2×65=78mm 圆整为80mm

轮毂长度 L=80mm

轮缘厚度 = (3～4)m = 6～8mm 取 =8

轮缘内径 D2=da2-2h-2=241mm ；

取D2 = 240mm；

腹板厚度 c=0.3b=0.3×80=24mm 取c=25mm

腹板中心孔直径D0=0.5(+)=0.5(240+80)=160mm；

腹板孔直径d0=0.25（-）=0.25（1240-80）=40mm

齿轮倒角n=0.5m=0.5×3.5=1.75；

三、轴的设计

3.1输入轴的设计

3.1.1确定轴的材料及初步确定轴的最小直径

1、确定轴的材料

大小齿轮都选用硬齿面，大小齿轮的材料均采用40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为48-55HRC。

2、求作用在齿轮上的力

根据输入轴运动和动力参数,计算作用在输入轴的齿轮上的力：

输入轴的功率

输入轴的转速

输入轴的转矩

圆周力：

径向力：

3、初步确定轴的最小径，选取轴的材料为45号钢，调制处理，根据[1]中表15—3，取

3.1.2初步设计输入轴的结构

根据轴向定位要求初步确定轴的各处直径和长度

已知轴最小直径为，取标准系列值，由于是高速轴，为了与外连接件以轴肩定位，考虑到有一个键槽，直径增加5%，最后得输入轴直径为。

初选滚动轴承：高速轴转速较高，载荷不大，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据，初步选取基本游隙组、标准精度级的深沟球轴承6211，其尺寸为，为防止箱内润滑油飞溅到轴承内使润滑脂稀释或变质，在轴承向着箱体内壁一侧安装挡油板，根据需要应分别在两个挡油板的一端制出一轴肩。

由于轴承长度为21mm，根据挡油板总宽度为18mm，故，根据箱座壁厚，取齿轮的右端面与箱内壁的距离，由于挡油板内测与箱体内壁取3mm，故。

设计轴承端盖的总宽度为45mm，根据轴承端盖的拆装及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与外连接件的右端面间的距离为30mm，故。

3.2 输出轴的设计

3.2.1初步确定轴的最小直径

1、确定轴的材料

输出轴材料选定为45号钢，锻件，调质。

2．求作用在齿轮上的力

根据输出轴运动和动力参数、低速级齿轮设计几何尺寸及参数，计算作用在输出轴的齿轮上的力：

输出轴的功率

输出轴的转速

输出轴的转矩

3.初步确定轴的最小直径

3.2.2初步设计输出轴的结构

1．输出轴最小直径是安装联轴器处的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩查[1]表14-1，考虑到转矩变化很小故取，则：

2．初选联轴器

按照计算应小于联轴器公称转矩的条件,选用型号为LT10的Y型弹性柱销联轴器，其公称转矩为,联轴器的孔径,联轴器长度。

3．轴的结构设计

根据轴向定位要求初步确定轴的各处直径和长度

①根据已确定的mm，为了使联轴器以轴肩定位，考虑到扭矩很大，约为小齿轮的3倍,故用两个键，直径增大10%，最后取直径为。

②初选滚动轴承：同样选用深沟球轴承，初步选取基本游隙组、标准精度级的深沟球轴承61924，其尺寸为，根据需要在挡油板的一端制出一轴肩，取轴肩长为8mm。

③由于轴承长度为22mm，挡油板总宽为18mm，故。

④设计轴承端盖的总宽度为45mm，根据轴承端盖的拆装及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与外连接件的右端面间的距离为30mm，故。

3.3 轴的零件定位、固定和装配

? 对于此一级减速器，可以将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，该设计润滑方式是油润滑，箱体四周开有输油沟，齿轮一面用轴肩定位，另一面用轴套定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，齿轮、右轴承和皮带轮依次从右面装入。

轴上轴承轴向定位采用凸缘式端盖与挡油环定位，齿轮采用挡油环与轴肩定位，轴端倒角为。

齿轮与轴的配合为 ，滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为。

四、轴承、键和联轴器的选择

4.1轴承的选择

4.1.1输入轴轴承

1. 轴承类型的选择

由于输入轴承受的载荷为中等，且只受径向载荷，于是选择深沟球轴承。轴承承受的径向载荷；轴承转速；轴承的预期寿命

2.轴承型号的选择

求轴承应有的基本额定动载荷值

选择的6211轴承。

3.轴承寿命的验算

满足寿命要求。

4.1.2输出轴轴承

1.轴承类型的选择

同样输出轴选择深沟球轴承。轴承承受的径向载荷；轴承转速；轴承的预期寿命

2.轴承型号的选择

求轴承应有的基本额定动载荷值

选择的61924轴承。

4.2、键的选择及校核

4.2.1 输入轴键连接

1）由于输入轴上齿轮1的尺寸较小，采用齿轮轴结构，故只为其轴端选择键。输入轴轴端选择A型普通平键。其尺寸依据轴颈，由[1]中表6-1选择，选取键的长度系列取键长L=70。

2）校核键连接的强度

键和联轴器的材料都是钢，由[1]中表6-2查得许用及压应力取平均值。键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度

由[1]中式6-1得，强度足够。

键

4.2.2输出轴键连接

据输出轴传递的扭矩应小于联轴器公称转矩。选用LT10型弹性联轴器。其公称转矩为。半联轴器孔径。

1）选择键连接的类型及尺寸

据输出轴轴端直径，联轴器Y型轴孔，轴孔长度选取A型普通平键

2）校核键连接的强度

键和联轴器的材料都是钢，由[1]中表6-2查得许用及压应力取平均值。键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度。

由[1]中式6-1得，强度足够。

键

4.3 联轴器的选择

1）为了隔离振动与冲击，选用弹性柱销联轴器。

弹性柱销联轴器具有缓冲和吸震性，可频繁的起动和正反转，可以补偿两轴的相对位移

2）计算转矩

由[1]中表14-1查得，故由[1]中式（14-1）得计算转矩为

式中为工作情况系数，由工作情况系数表确定。

3）选择联轴器型号

LT10型弹性柱销联轴器的许用转矩为 ,许用最大转速为r/min，轴径为之间，故合用。

则联轴器的标记：联轴器

五、减速器附件的确定和箱体的设置

5.1 减速器附件的确定

1、油面指示器：用来指示箱内油面的高度。

2、放油孔及放油螺塞：为排放减速器箱体内污油和便于清洗箱体内部，在箱座油池的最低处设置放油孔，箱体内底面做成斜面，向放油孔方向倾斜1°～2°，使油易于流出。

3、窥视孔和视孔盖：窥视孔用于检查传动零件的啮合、润滑及轮齿损坏情况，并兼作注油孔，可向减速器箱体内注入润滑油。

4、定位销：对由箱盖和箱座通过联接而组成的剖分式箱体，为保证其各部分在加工及装配时能够保持精确位置，特别是为保证箱体轴承座孔的加工精度及安装精度。

5、启盖螺钉：由于装配减速器时在箱体剖分面上涂有密封用的水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖，旋动启箱螺钉可将箱盖顶起。

6、轴承盖螺钉，轴承盖旁连接螺栓，箱体与箱盖连接螺栓：用作安装连接用。

5.2 减速器箱体的设置

减速器的箱体采用HT200铸造箱体，水平剖分式箱体采用外肋式结构保证齿轮佳合质量。机体结构有良好的工艺性.，铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便。箱内壁形状简单，润滑油流动阻力小，铸造工艺性好，但外形较复杂。

名称

符号

计算公式

结果

箱座壁厚

10

箱盖壁厚

9

箱盖凸缘厚度

12

箱座凸缘厚度

15

箱座底凸缘厚度

25

地脚螺钉直径

M24

地脚螺钉数目

查手册

6

轴承旁联接螺栓直径

M12

机盖与机座联接螺栓直径

=（0.5~0.6）

M10

轴承端盖螺钉直径

=（0.4~0.5）

10

视孔盖螺钉直径

=（0.3~0.4）

8

定位销直径

=（0.7~0.8）

8

，，至外机壁距离

34

22

18

，至凸缘边缘距离

28

16

外机壁至轴承座端面距离

=++（8~12）

50

大齿轮顶圆与内机壁距离

>1.2

15

齿轮端面与内机壁距离

>

10

机盖，机座肋厚

9 8.5

轴承端盖外径

+（5~5.5）

120（1轴）125（2轴）

150（3轴）

轴承旁联结螺栓距离

120（1轴）125（2轴）

150（3轴）

六、减速器的润滑与密封

6.1 润滑的选择确定

对于本次设计的一级圆柱齿轮，传动装置属于轻型的，且传速较低，选用浸油润滑,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。

对于单级减速器，浸油深度为一个齿高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递1kW需油量V0=0.35～0.7m3。

对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，选用飞溅润滑。这样结构简单，不宜流失，但为使润滑可靠,要加设输油沟。

齿轮润滑选用AN150全系统损耗油，最低～最高油面距10～20mm，需油量为1.2L左右。

轴承润滑选用AN150全系统损耗油。

6.2密封的选择与确定

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：闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部。

轴的外伸端与透盖的间隙，由于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漏间隙，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。

七、结束语

正如任务指导书中所提到的课程设计是把理论和实际结合起来，使这些知识得到进一步巩固、加深和拓展。当初也没有很认真去钻研《机械设计》课程，还真不知道它们有什么用，能将它们用在什么地方。但是通过这次课程设计，我发现这些课程真的很有用，不仅锻炼了自己的严谨思维，还巩固是懂非懂的知识点，培养了动手实践能力和一定的绘图能力，同时，也为我以后工作实践打下一定的理论基础。

由于在设计方面没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如：在选择计算标准件时可能会出现误差，在查表和计算上精度不够准，对于联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大。

在两周的课程设计中，进行了前期准备，方案选定，查表计算及校核，编写设计说明书和绘图，虽然我已将自己所学的知识充分运用进去，但课程设计还不尽完善，还得再以后的学习中积累。

总之，这次课程设计确觉得困难比较多，课程内容只有到真正会用的时候才是真的学会了。

在此要感谢我的指导老师任海波和授课老师李辉的帮助和指导，在整个课程设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作和团队合作讨论的双面能力，树立了对自己工作学习能力的信心，大大提高了实践的能力，而我自己也在过程中充分体会到了设计创造过程探索的艰难和成功的喜悦。

八、参考文献

[1] 濮良贵，纪明刚.机械设计（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 陈国桓. 化工机械基础（第二版）[M]. 北京：化学工业出版社， 2006.

[3] 吴宗泽，罗胜国. 机械设计课程设计手册.[M] 北京：高等教育出版社, 2007.

[4] 张春宜，郝广平，刘敏. 减速器设计实例精解.[M] 北京：机械工业出版社，2009.