二级直齿圆柱齿轮减速器设计说明书

设计题目

“二级直齿圆柱齿轮减速器”

班级：数控0903

姓名: 罗鹏

指导老师：张春兰

目录

一、设计准备 (4)

二、传动装置总体设计 (5)

A、确定传动方案 (5)

B、电动机的选择 (6)

C、计算传动装置的运动和动力参数 (8)

Ⅰ、Ⅱ轴的大小齿轮 (9)

Ⅱ、Ⅲ轴的大小齿轮 (12)

D、轴的设计计算及轴承的选择计算 (15)

E、轴承的选择计算 (16)

F、联接件、润滑密封和联轴器的选择及计算 (17)

1、键连接 (17)

2、联轴器的选择及计算 (17)

3、润滑方式、牌号及密封装置 (18)

三、绘制减速器装配图 ······································附图

四、绘制零件图 ···············································附图

五、参考文献 (18)

六、总结 (18)

七、设计步骤 (19)

减速箱传动装置设计

一、设计准备

设计任务

设计减速箱传动装置（两级展开式直齿圆柱齿轮减速器）。

原始数据：

A、已知条件

1)．运输带工作拉力F=6kN；

2)．运输带工作速度v=1.1m/s(允许运输带速度误差为±5%)；

3)．滚筒直径D=400mm；

4)．滚筒效率ηj=0.96 (包括滚筒与轴承的效率损失)；

5)．工作情况：两班制，连续单向运转，载荷较平稳；

6)．使用折旧期：8 y；

7)．工作环境：室内，灰尘较大，环境最高温度35°C；

8)．动力来源：电力，三相交流，电压380/220V；

9)．检修间隔期：四年一次大修，二年一次中修，半年一次小修；

10)．制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。

B、设计工作量

1)．部件装配图（如减速器装配图）一张（A1或A0图纸）；

2)．零件工作图2张；

3)．设计说明书一份。

C、设计步骤

确定传动装置的总体设计方案

选择电动机

计算传动装置的运动和动力参数

传动零件设计计算

轴的设计计算

轴承的选择计算

联接件、润滑密封和联轴器的选择及计算

绘制减速器装配图

绘制零件图

编写计算说明书

进行设计答辩等

二、传动装置总体设计

A、确定传动方案

设计传动方案应满足下列条件

（1）工作机的工作要求；

（2）必须具有结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用

维护方便等特点。

根据上述要求，初步选定的传动方案为:二级闭式齿轮传动方式。

传动方案简图如下：

带式输动机由电动机驱动。电动机1通过联轴器2将动力传入减速器3，再经联轴器4 将动力传至输送机滚桶5，带动输送带6工作。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单，但齿轮相对于轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级为直齿圆柱齿轮传动，低速级为直齿圆柱齿轮传动。

B 、电动机的选择

1、选择电动机

1）选择电动机类型和结构形式

由于单位普遍使用三相交流电源，电压为380V ，所以一般选用三相交流异步电动机。其中以三相鼠笼式异步电动机用最多，且Y 系列全封闭鼠笼型三相异步电动机具有结构简单、工作可靠、起动特性好、价格低廉、维护等一系列优点，适用于不含易燃、无腐蚀性气体的一般场所，故广泛应用于齿轮减速器等无特殊要求的一般机器上。 根据电动机的安装和防护要求，选择卧式封闭结构。 2）选择电动机的容量

电动机的功率选择必须合适。选得小了，不能保护工作机的正常工作；选得大了，又增加成本。因此，选择电动机的功率时就应满足电动机的额定功率等于或稍大于电动机所需的功率。

根据已知条件计算得工作机所需的功率P w 为 P w =

1000

Fv =10001

.16000 =6.6 kW

5

1—电动机

2—联轴器

3—减速器

设：η5w －输送机滚筒轴（５轴）之输送带间的传动效率；

ηc －联轴器效率，ηc =0.99；

ηg －闭式圆柱齿轮传动效率，ηg ＝0.97； ηb －对滚动轴承效率，ηb =0.99； ηcy －输送机滚筒效率，ηcy ＝0.96； 估算传动系统总效率η为 η＝η2?η3?η4?η6

＝ηc ?[(ηg )2?(ηb )3

] ?ηc ?(ηb ?ηcy )

＝0.99?[(0.97)2?(0.99)3] ?0.99?(0.99?0.96) ＝0.8504

工作机电动机所需功率P 0为 P 0=

η

Pw

=

8504

.06

.6 kW =7.72 kW

由表所列Y 系列三项异步电动机技术数据中可以确定，满足P m ≥Pr 条件的电动机额定功率P m 应取11 kW 。

3）电动机转速的选择，根据已知条件计算得知输送机滚筒的工作转速

ωN =

d v π100060?=400

14.31

.1100060???55.52≈ r/min

根据传动比的合理范围，单级圆柱齿轮传动比

=i

齿

3~6，二级直齿圆柱齿轮减速器的传动比

36~9'

=i

，则总传动比的合理范围36~9'

=i ，故电动机的转速可选范围：

min /8.1891~95.472min /55.52)36~9('

r r n i n w m =?==

方案比较合适，因此应选择电动机的型号为Y160M-4。

2、计算传动装置的总传动比并分配各级传动比

1） 传动装置的总传动比为

76.2755

.521459

==

=

n

n w

m i 2）因i i

i 齿齿

21?=

，按展开式布置，取i i 齿齿213.1=

可算出62.43

.12==

i

i 减

齿，则01.662

.478

.271==

i 齿

3、传动装置的运动参数和动力参数

1） 各轴转速：

Ⅰ轴

min /1460I

r n

n m

==

Ⅱ轴

min /93.24201

.61460

1r i

n n I

==

=

∏齿

Ⅲ轴

min /58.5562

.493

.2422r i

n n III ==

=

齿

滚筒轴 min /58.55r n n

III IV

==

2）各轴功率：

Ⅰ轴 kW b

c

I

P P 57.799.099.072.70

=??=??=η

η

Ⅱ轴 kW c

g

I P P 27.797.099.057.7=??=??=ηη

Ⅲ轴 kW b

g

III

P P

98.697.099.027.7=??=??=ηη

滚筒轴

kW c

b

III IV

P p

84.699.099.098.6=??=??=ηη

3）各轴转矩：

Ⅰ轴

m N m N n P T

I

I I

?=??

==52.491460

57

.795509550 Ⅱ轴

m N m N n

P T

?=??

==80.28593

.24227

.795509550

Ⅲ轴

m N m N n

P

T III

III III ?=??

==33.119958

.5598

.695509550 滚筒轴

m N m N n

P T

IV

IV IV

?=??

==28.117558

.5584

.695509550 将运动和动力参数的计算结果整理成下表便于备查

C 、计算传动装置的运动和动力参数

直齿圆柱齿轮设计

Ⅰ、Ⅱ轴的大小齿轮：

1） 选择齿轮材料及精度等级：考虑此对齿轮传递的功率不大，故大、小齿

轮都选用软齿面。小齿轮选用40Cr ，调质，齿面硬度为240~260HBS ；大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度为220HBS 。因机床用齿轮，选用7级精度，要求齿面粗糙度Ra ≤1.6~3.2μm 。

2） 按齿面接触疲劳强度设计

因两齿轮均为钢制齿轮，所以得

3

2

d

11

]

[T d

H u )

1u (K 43.76σψ+≥

确定有关参数如下： （1） 齿轮z 和齿宽系数

ψ

d

取小齿轮齿数的z 1=30，则大齿轮齿数

138.63062.4z z

12

=?==i ，圆整 z

2

=139

实际传动比

63.430

139

z

z 1

2

==

=

i

传动比误差

%5.2%22.063

.462

.463.40<=-=

-i

i i 可用。

齿数比 63.40==i μ

查表取

0.1d

=ψ

(因非对称布置及软齿面)

（2） 转矩

T 1

mm N 95.4mm N 1460

7.5755.9P

55.91010n

10T 4

6

1

6

1??=??

?=?

?= （3） 载荷系数K 查表取K=1.30

（4） 许用接触应力[

σH

]

S Z ][N

NT Him H

σσ=

由图查得

750MPa 1 Him =σ，620MPa 2 Him =σ

应力循环次数N

L

10t 60n N 9

h 1L136.3)830016(1146060r ?=?????==

1026.710N N 8

9

L1

L263

.436.3?=?=

=

i

查表得接触疲劳的寿命系数

85.0Z

NT1

=，94.0Z NT2=

按一般可靠度要求选择安全系数

0.1S

H

=。所以计算两轮的许用接触应力

5.6370

.185.0750S Z ][H

NT1Him1H 1

=?==σσ 8.5820

.194

.0620S Z ][H

NT2Him2H 2=?==σσ

故得

mm 85.64mm 63.40.1)

163.4(95.430.143.76H u )

1u (K 43.763

2

4

3

2

d

11

8

.58210]

[T d

=??+???=+≥ψσ

模数 mm 562.1mm 30

85

.46m z

d 1

1

==

=

查表得取标准模数 m=2mm

3)校核齿根弯曲疲劳强度 ][Y Y z m b T 2K F Sa

Fa 1

21

F σσ≤= 确定有关参数和系数 (1) 分度圆直径 60m m 30m m

2m z d 1

1

=?==

278mm 139mm 2m z d

22

=?==

(2)齿宽 60mm 60mm 0.1b d 1

d

=?==

ψ

取b 1=60mm （II 轴大齿齿宽）

b 2=65mm （I 轴小齿齿宽）

（3）齿形系数Y Fa 和应力修正系数Y Sa 根据齿数z 1=30，z 2=139，查表得

52.2Y Fa1=，625.1Y Sa1=，15.2Y Fa2=，

82.1Y Sa2=

（4）许用弯曲应力

][F σ S Y

Y ][F

NT ST Flim F σσ=

查表得290MPa Flim1=σ；210MPa Flim2=σ

87.0Y NT1= 91.0Y NT2=

试验齿轮的应力修正系数

2Y ST = 按一般可靠度选择安全系数 25.1S F =

计算两轮的许用弯曲应力

68MPa .403MPa 25

.187.02290S Y Y ][N

NT1ST Flim1F 1=??==

σσ 76MPa .305MPa 25

.191.02210S Y Y ][N

NT2ST Flim2F 2=??==

σσ 将求得的各参数代入下式

][MPa 20.37 625MPa .152.2302601095.430.12Y Y z m b T 2K F 1

2

4

Sa1Fa1121F1σσ<=???????==][95.69 MPa 1.6252.52 1.822.1520.73Y Y Y Y Y Y z m b T 2K F 2

Sa1

Fa1Sa2

Fa2F1

Sa2Fa2221F2σσσ<=???===

故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够。

4）

计算齿轮传动的中心距α

169mm mm )13930(2

2

)z z (2m 21=+?=+=α

5）

计算齿轮的圆周速度ν

58m/s .4s /m 1000

601460

6014.3100060n d 1

1=???=?=πν

查表可知，可选用7级或8级精度的齿轮，因核对齿轮为机床用，所以选用7级精度合适。

Ⅱ、Ⅲ轴的大小齿轮：

1） 选择齿轮材料及精度等级：考虑此对齿轮传递的功率不大，故大、小齿轮都

选用软齿面。小齿轮选用40Cr ，调质，齿面硬度为240~260HBS ；大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度为220HBS 。因机床用齿轮，选用7级精度，要求齿面粗糙度Ra ≤1.6~3.2μm 。

2） 按齿面接触疲劳强度设计

因两齿轮均为钢制齿轮，所以得

3

2

d

11

]

[T d

H u )

1u (K 43.76σψ+≥

确定有关参数如下： （1） 齿轮z 和齿宽系数

ψ

d

取小齿轮齿数的z 1=30，则大齿轮齿数

3.8013001.6z z

12

=?==i ，圆整 z

2

=180

实际传动比

630

180

z

z

1

2

0==

=

i 传动比误差

%5.2%71.001

.66

01.60

<=-=

-i

i i 可用。

齿数比 60==i μ

查表取

0.1d

=ψ

(因非对称布置及软齿面)

（5） 转矩

T 1

mm N 86.2mm N 242.93

7.2755.9P

55.91010n

10T 5

6

1

6

1??=??

?=?

?=

（6） 载荷系数K 查表取K=1.30

（7） 许用接触应力[

σH

]

S Z ][N

NT Him H

σσ= 由图查得

750MPa 1 Him =σ，620MPa 2 Him =σ

应力循环次数N

L

10t 60n N 8

h 1L160.5)830016(193.42260r ?=?????==

1033.910N N 8

8

L1

L26

60.5?=?=

=

i

查表得接触疲劳的寿命系数

85.0Z

NT1

=，94.0Z NT2=

按一般可靠度要求选择安全系数

0.1S

H

=。所以计算两轮的许用接触应力

5.6370

.185

.0750S Z ][H

NT1Him1H 1=?=

=σσ

8.5820

.194.0620S Z ][H

NT2Him2H 2=?==

σσ 故得

mm 92.28mm 60.1)

16(86.230.143.76H u )

1u (K 43.763

2

5

3

2

d

11

8

.58210]

[T d

=??+???=+≥ψσ

模数 mm 764.2mm 30

92

.82m z

d 1

1

==

=

查表得取标准模数 m=3mm

3)校核齿根弯曲疲劳强度 ][Y Y z m b T 2K F Sa

Fa 1

21

F σσ≤= 确定有关参数和系数 (1) 分度圆直径 90m m 30m m

3m z d 1

1

=?==

mm 405mm 8013m z d

22

=?==

(2)齿宽 90mm 90mm 0.1b d 1

d

=?==

ψ

取b 3=90mm （III 轴大齿齿宽）

b 4=95mm （II 轴小齿齿宽）

（3）齿形系数Y Fa 和应力修正系数Y Sa 根据齿数z 1=30，z 2=139，查表得

52.2Y Fa1=，625.1Y Sa1=，15.2Y Fa2=，

82.1Y Sa2=

（4）许用弯曲应力

][F

σ S Y Y ][F

NT ST Flim F σσ= 查表得290MPa Flim1=σ；210MPa Flim2=σ

87.0Y NT1= 91.0Y NT2=

试验齿轮的应力修正系数

2Y ST = 按一般可靠度选择安全系数 25.1S F =

计算两轮的许用弯曲应力

68MPa .403MPa 25

.187.02290S Y Y ][N

NT1ST Flim1F 1=??==

σσ 76MPa .305MPa 25

.191

.02210S Y Y ][N

NT2ST Flim2F 2

=??==σσ

将求得的各参数代入下式

][MPa 97.871 625MPa .152.2303601086.230.12Y Y z m b T 2K F 1

2

5

Sa1Fa1121F1σσ<=???????==

][62.179 MPa 1.6252.52 1.822.1597.187Y Y Y Y Y Y z m b T 2K F 2

Sa1

Fa1Sa2

Fa2F1

Sa2Fa2221F2σσσ<=???===

故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够。

4）计算齿轮传动的中心距α

mm 153mm )80130(2

3

)z z (2m 21=+?=+=α

5）齿轮的圆周速度ν

m/s 14.1s /m 1000

6093

.4229014.3100060n d 1

1=???=?=πν

查表可知，可选用7级或8级精度的齿轮，因核对齿轮为机床用，所以选用7级精度合适。

D 、轴的设计计算及轴承的选择计算

1、选择轴的材料并确定许用应力

选用45钢正火处理，查表得知强度极限

M P a 600B

=σ

，许用弯曲应力

MPa b

551]

[=-σ。

2、确定轴输出端直径

考虑到齿轮在轴上有安装及轴向定位，所以算出各轴段的相应直径。按扭转强度估算轴输出端直径，查表取C=110，则

1） Ⅰ轴（如下图）

按扭转强度估算轴输出羰直径，查表取Ｃ＝110：

mm mm n P C d 03.191460

57.711033

1=== 此轴承不用键槽，轴的直径和长度应和联轴器相符，选取TL3型弹性套柱销联轴器，其轴

孔直径为20mm ，和轴配合部分长度为52mm ，故轴输出端直径d 1=20mm 。

第I 段为外伸端，其直径d 1=20mm ，其长度应比联轴器轴孔的长度稍短一些，取L 1=50mm 。 第II 段直径d 2= d 1+2h=20+2×5mm=30mm 。

选6306型深沟球轴承，其内径为30mm ，宽度为19mm 。

考虑齿轮端面和箱体内壁、轴承端面与箱体内壁应有一定距离，则取套筒长为20mm ，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体内壁应有一定的距离而定，为此取该段长为30mm ，安装齿轮段长度应比齿轮宽度小2mm ，故第II 段长L 2=（2+20+19+30）mm=71mm 。

第III 段为安装小齿轮段，其直径d 3=35mm ，长度为L 3= (60-2)mm=58mm 。 第IV 段为安装套筒段，其直径d 4=40mm ，长度为L 4=20mm 。 第V 段为安装轴承段，其直径d 5=30mm ，长度为L 5

=19mm

2）Ⅱ轴（如下图）

同理：

mm mm n P C d 1.3493

.24227.711033

1=== 考虑有键槽，将直径增大5%，则

805.35%)51(1.341

=+?=mm d

此轴通过键槽与两个齿轮连在一起，

选6308型深沟球轴承，其内径为40mm ，宽度为23mm ，即d 1=40mm 。

考虑齿轮端面和箱体内壁、轴承端面与箱体内壁应有一定距离，则取套筒长为20mm ，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定的距离而定，为此取该段长为30mm ，安装齿轮段长度应比齿轮宽度小2mm ，故第I 段长L 1=（2+20+23+30）mm=75mm 。

第II 段为安装大齿轮段，其直径d 2=45mm ，长度为L 2=（60-2）mm=58mm. 第III 段为安装套筒段，其直径为d 3=50mm ，长度为L 3=20mm.

第IV 段为安装小齿轮段，其直径d 4=45mm ，长度为L 4=（95-2）mm=93mm 第V 段安装轴承段，其直径为d 5=40mm ，长度为L 5= 23mm 。

3）Ⅲ轴（如下图）

同理：

mm mm n P C d 09.5558

.5598.611033

1=== 考虑有键槽，将直径增大5%，则

84.57%)51(09.551

=+?=mm d

此轴通过键槽与一个齿轮连在一起，

选6312型深沟球轴承，其内径为60mm ，宽度为31mm ，即d 1=60mm 。

同理，取套筒长为20mm ，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑箱体内壁应有一定的距离而定，为此取该段长为30mm ，安装齿轮段长度应比齿轮宽度小2mm ，故第I 段长L 1=（2+20+31+30）mm=75mm 。

第II 段为安装小齿轮段，其直径d 2=65mm ，长度为L 2=（90-2）mm=88mm. 第III 段为安装套筒段，其直径d 3=70mm ，长度为L 3=20mm 。

第IV 段安装轴承和输出端段，其直径d 4=60mm ，查表取其长度为L 4= 142mm 。

E 、轴承的选择计算

由于轴向力较小，已选出6306、6308、6312深沟球轴承。从手册查得轴承的 外径

D 1=72mm 、D 2=90mm 、D 3=130mm 、额定动载荷C r1=27.0kN 、C r2=40.8kN 、C r3=81.8kN ，额定静载荷C Or1=15.2kN 、C Or2=24.0kN 、C Or3=51.8kN 。由于轴颈圆周速度v<4~5m/s ，固采用脂润滑，脂润滑轴承的极限转速n 1=9000r/min 、n 2=7000r/min 、n 1=5000r/min 。

F、联接件、润滑密封和联轴器的选择及计算

1、键联接

确定平键的类型及尺寸

●依据题意及II轴径，采用A型普通平键（圆头），其剖面尺寸b=14mm,h=9mm。参见

表的平键连接取L=50mm为宜。其标记如下：

●依据题意及II轴径，采用A型普通平键（圆头），其剖面尺寸b=14mm,h=9mm。参见

表的平键连接取L=90mm为宜。其标记如下：

●依据题意及III轴径，采用A型普通平键（圆头），其剖面尺寸b=18mm,h=11mm。参见

表的平键连接取L=80mm为宜。其标记如下：

2、联轴器的选择及计算

联轴器除了起到联接两轴并传递转矩的作用外，有些还可以补尝两轴因制造和安装误差而造成的轴线偏移的功能，以及具有缓冲、吸振、安全保护等功能。

电动机轴与减速器高速轴联接用的联轴器，由于轴的速度较高，为减小起动载荷，缓和冲击，应先用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器，一般选用弹性可移式联轴器，拟选用弹性套柱销联轴器。

由前计算结果可知：I轴的工作转矩T=49.52N m，工作转速n=1430r/min，工作情

况系数K=1.30

计算转矩

m N KT T ?=?==376.6452.4930.1C

查表取TL4型弹性套柱销联轴器，许用转矩m N T ?=63][，许用转速

min /5700][r n =

因

][T T

C

<，][n n <，故该联轴器满足要求。

3、润滑方式、牌号及密封装置

在以上的设计及较核中，笔者进行了严密的验算，但没有明确指出既十分重要，又必须说明的一项：这就是润滑方式及密封装置。

（1）润滑的主要作用是：减小磨擦和磨损、降低工作的表面的温度。我们初步采用的是：润滑脂（半固体润滑脂），这种润滑脂的黏着性好，正常工作时不漏油，密封性能好，使用方便，特别适用于滚动轴承的润滑。

采用型号：通用锂基润滑脂（SY7324-1987）

密封装置：轴伸端密封方式有接触式和非接触式两种。为避免磨损，可采用非接触式密封。油沟密封是其中常用的一种。使用油沟密封时，应该用脂填满间隙，以加强密封性能。开设回油槽效果更好。油沟密封结构简单，但不够可靠，适用于脂润滑及工作环境清洁的轴承中。

采用型号：JB/ZQ4606-1986油沟密封

三、绘制减速器装配图（见附图） 四、绘制零件图（见附图） 五、参考文献

王旭、王积森主编的《机械设计课程设计》，机械工业出版社； 邓昭铭、张莹主编的《机械设计基础》，高等教育出版社。

六、总结

设计过程中，需要综合考虑多种因素，采取多种办法进行分析、比较和选择来确定方案、尺寸和结构。计算和画图需要交叉进行，边画图，边计算，反复修改来完善设计，要有耐心，认真对待。

?利用已有资料是学习前人经验、提高设计质量的重要保证，但不应盲目地、机械地抄袭，要根据具体条件和要求，大胆创新。

?设计中应学习正确运用标准和规范，要注意有些尺寸需要圆整为标准系列或优先系列。

?要注意掌握设计进度，每一阶段的设计都要认真检查，避免出现重大错误，影响下一阶段的设计。

七、设计步骤

课程设计按以下步骤进行：

1）设计准备

认真阅读、研究设计任务书，明确设计要求和工作条件，阅读有关图纸和拟定设计计划等。

2）传动装置和总体设计

比较和选择传动装置的方案，选定电动机的类型和型号，确定总传动比和各级传动比，计算各轴转速和转矩，

3）传动件设计计算

设计计算各级传动件的参数和主要尺寸，以及选择轴承的类型和型号等。

4）装备图设计

绘制装备草图，设计轴，选择轴承和是进行支承设计，进么箱体及其部件设计，完成装备图的其它要求（标注尺寸、配合、技术要求，零件明细表和标题栏等）

5）零件工作图的设计

6）编写设计说明书

7）总结