(整理)减速齿轮箱设计计算.

目录

一、传动装配的总体设计

1.1电机的选择 (1)

1.2求传动比 (2)

1.3计算各轴的转速、功率、转矩 (2)

二、齿轮的设计

2.1原始数据 (3)

2.2齿轮的主要参数 (3)

2.3确定中心距 (4)

2.4齿轮弯曲强度的校核 (5)

2.5齿轮的结构设计 (7)

三、轴的设计计算

3.1轴的材料的选择和最小直径的初定 (8)

3.2轴的结构设计 (8)

3.3轴的强度校核 (10)

四、滚动轴承的选择与计算

4.1滚动轴承的选择 (14)

4.2滚动轴承的校核 (14)

五、键连接的选择与计算

5.1键连接的选择 (15)

5.2键的校核 (15)

六、联轴器的选择

6.1联轴器的选择 (16)

6.2联轴器的校核 (16)

七、润滑方式、润滑油型号及密封方式的选择

7.1润滑方式的选择 (16)

7.2密封方式的选择 (17)

八、箱体及附件的结构设计和选择

8.1箱体的结构尺寸 (17)

8.2附件的选择 (18)

九、设计小结 (19)

十、参考资料 (20)

机械设计课程设计计算说明书已知条件：

1传动装配的总体设计

1.1电机的选择

1.1.1类型：Y系列三项异步电动机

1.1.2电动机功率的选择

假设：w

p—工作机所需功率, kw;

e

p—电动机的额定功率, kw；

d

p—电动机所需功率, kw；

电动机到工作机的总效率为η，

1234

ηηηη

、、、分别为弹性连轴器、

闭式齿轮传动（齿轮精度为8级）、滚动轴承和共同的效率。

则：4800 2.5

1210001000

w FV p Kw ?=

==

/d e w p p p η==

32η

ηηηη=卷筒轴承齿轮联轴器

查表可得：0.990.970.980.96ηηηη====卷筒轴承齿轮联轴器、、、

所以：32

20.99*0.97*0.99*0.960.89ηηηηη===轴承齿轮联轴器卷筒

/12/0.8913.48e w d p p p Kw η====

1.1.3电动机转速的选择以及型号的确定

1601000601000 2.5

227.48/min

3.14210970

4.26

227.48w m w v n r D n i n π????=

==?=== 因为本设计为单级斜齿圆柱齿轮减速器的设计，总传动比应在3-5左右，所以应按方案二选择电动机。

查表可得：外伸轴长度80mm,直径38mm ，额定功率和满载转速见上表。

1.2 求传动比

601000601000 2.5

227.48/min 3.14210

w v n r D π????=

==?

970

4.26227.48

m w n i i n ====齿

1.3 计算各轴的转速n 、功率p 、转矩T

1.3.1 各轴的转速

12970/min 227.48/min

m w n n r n n r ====

1.3.2 各轴的输入功率

11212313.480.9913.3513.350.980.9912.95d p p Kw

p p Kw

ηηη==?===??=

1.3.3 各轴的输入转矩

11113.35

9550

9550131.44970p T N m n ==?=? 22212.95

9550

9550543.66227.48

p T N m n ==?=? 2 齿轮的设计

2.1 原始数据

2.2 齿轮的主要参数

由上述硬度可知，该齿轮传动为闭式软尺面传动，软尺面硬度<350HBS ，所以齿轮的相关参数按接触强度设计，弯曲强度校核。

lim H σ式中：—试验齿轮的接触疲劳强度极限应力；

lim H S —lim 1.5H S =接触强度的最小安全系数，取；

N Z — 1.02N

Z =接触疲劳强度计算的寿命系数，取；

W Z —1W Z =工作硬化系数，取。

由教材图5—29查得：小齿轮lim1580H Mpa σ=；

大齿轮lim2

560H Mpa σ=。

lim

lim

H HP N W

H Z Z S σσ=

所以：lim1

1lim lim22lim 380

1.021258.41.5

575 1.021391.01.5

H N W HP H H N W HP H Z Z Mpa

S Z Z Mpa

S σσσσ=

=

??===??=

1d ≥式中：

z ε—重合度系数，对于斜齿轮传动z ε=0.75~0.88，取

z ε=0.80；

K —载荷系数，一般近视取k=1.3~1.7,因是斜齿轮传动，故

k 取小

K =1.5；

d ψ—齿宽系数，对于软尺面（<350HBS ），齿轮相对于轴承

对称布置时，

d ψ=0.8~1.4,取d ψ=1；

u —齿数比，对于斜齿轮5~65u u ≤=，取。

所以：1754d ≥

754=

16.08mm =

2.3 确定中心距

()()12

1

2

12a=

22

2cos v n m Z Z m Z

Z

d d β

+++==

式中：1Z —小齿轮的齿数；

2Z —大齿轮的齿数；

β

—齿轮的螺旋角；

n m —斜齿轮的模数。

对于软尺面的闭式传动，在满足齿轮弯曲强度下，选取1Z =36，则21525125Z iZ ==?=；

螺旋角β，一般情况下在8~15??，当制造精度较高或对振动、噪音有要求的齿轮，可取10~20β??=，或者更大值。本设计为一般要求，所以初选16β?=

斜齿轮的模数11cos 59.72cos16 1.5936

n d m Z β??===，

由渐开线圆柱齿轮第一系列，取n m =2

所以：()()12236154a=197.652cos 2cos16

n m Z Z mm β?

+?+==? 取中心距a=200 mm,

()()

12 2.225125cos 0.97522140

n m Z Z a β+?+===?

所以'''

181141β

=?，符合其条件10~20??。

2.4 齿轮弯曲疲劳强度的校核

l i m m i n

F S T

F P N

X

F Y Y Y S σσ=

式中：

ST Y —试验齿轮的应力修正系数，取ST

Y =2；

lim

F σ—试验齿轮的齿根的弯曲强度极限应力，

lim1lim2220200F F Mpa Mpa σσ==、；

m i n F S —弯曲强度的最小安全系数，取min F S =1.3；

N Y —弯曲疲劳强度寿命系数，取N Y =1；

X

Y —弯曲疲劳强度的计算尺寸系数，取

X Y =1.

所以：

lim11min

lim22min

2202

115801.3

2002

11307.691.3

F ST

FP N X F F ST

FP N X F Y Y Y Mpa S Y Y Y Mpa

S σσσσ?=

=

??=?=

=??=

又因为

11

22

11

20002000F FS FS Fp n n KT KT Y Y Y Y Y bm Z bm Z εβεβσσ==≤ 式中： FS Y —外齿轮的符合齿形系数；

Y εβ

—螺旋角系数。（其他字符的意义同前。）

13

23

36

42cos 154180cos v v Z Z β

β

=

===

由教材图5—25可得：1

4.03FS Y =、2 3.94FS Y =

12111.88 3.2cos Z Z αεβ??

??=-+??

????

? +

1.76=

121'''

12236

175.80cos cos(181141)

(5~10)84

n d d m Z b d b b ψψβ?===?=?=+= 由教材图5—40可得，螺旋角系数0.58Y εβ=。

所以： 1

112

1

2000F FS n KT Y Y bm Z εβσ=

12

2000 1.5131.44

4.030.5876.2084236

FP Mpa σ??=

??=

2

2222

2

2000F FS n KT Y Y bm Z εβσ=

22

2000 1.5543.66

3.940.5879.61762154

FP Mpa σ??=

??=

2.5 齿轮结构设计

2.5.1 计算齿轮分度圆直径

小齿轮：11'''

236

75.80cos cos(181141)

n m Z d β?===?mm 大齿轮：22'''

2154

324.21cos cos(181141)

n m Z d β?=

==?mm 2.5.2 齿轮宽度

按强度计算要求，取齿宽系数

d ψ=1，则齿轮的宽度为

2176d b d mm ψ==

圆整后小齿轮的宽度为184b mm =，大齿轮的宽度为

276b mm =

2.5.3 齿轮的圆周速度

11

1 3.1475.8970

3.8510/601000

601000

d n v m s π??==

=??（满足精度要

求）

2.5.4 齿轮的相关参数如下表

3 轴的设计计算

3.1 轴的材料选择和最小直径估算

3.1.1 轴的材料选用45号钢，调质处理。 3.1.2 高速轴和低速轴直径

初算直径时，若最小直径段开于键槽，应考虑键槽对轴强度的影

响，当该段截面上有一个键槽时，d 增加5%~7%，两个键槽时，d 增加10%~15%，有教材表12-2，高速轴1110C =，低速轴2110C =。同时要考虑电动机的外伸直径d=38mm 。 所以1 1.05110 1.0526.36d C

mm ==

=

2 1.05110 1.0542.32d C mm === 结合电动机的外伸直径d=48mm ，初选LT8联轴器

4884

584386

4884

J GB J ?-? ,所以初确定1248d d mm == 3.2 轴的结构设计

3.2.1 高速轴的结构设计

3.2.1.1各轴段径向尺寸的初定

1 1.05110 1.0526.36d C mm === 结合电动机的外伸直径d=48mm ，初选LT6联轴器

4884

584386

4884

J GB J ?-? 所以取148d mm =；

253d mm =；

355d mm =

由此直径确定轴承，选择深沟球轴承6207/2761994GB T -,其具体尺寸如下表：

4664d d ==；

5d =小齿轮；

7355mm d d ==。

3.2.1.2各轴端轴向尺寸的初定

182mm l =；（联轴器的轴孔长度为82mm ） 257m m l =;

348mm l =;

412m m l =；

570m m l =；（小齿轮的宽度为50mm ）

68mm l =； 721mm l =。

3.2.2 低速轴的结构设计

3.2.2.1各轴段的径向尺寸的初定

1 1.05110 1.0526.36d C mm ===

结合电动机的外伸直径d=48mm ，初选LT8联轴器

4884

584386

4884

J GB J ?-? 所以取148d mm =；

21553d d mm =+=；

32255

d d mm

=+=；

由此直径确定轴承，选择深沟球轴承6211/2761994

GB T-,其具体尺寸如下表：

464mm

d=；

570m m

d=；

664m m

d=；

7355mm

d d

==。

3.2.2.2各轴段的轴向尺寸的确定

182mm

l=；（联轴器的轴孔长度为82mm）

257m m

l=;

348m m

l=;

471m m

l=；（大齿轮的宽度为46m）

57m m

l=；

68mm

l=；

721mm

l=。

3.3轴的强度校核（低速轴所受转矩大，且两轴的直径相差

很小，只校核低速轴）

3.3.1求齿轮上的作用力的大小和方向

3.3.1.1齿轮上作用力的大小

2

22

229550543.66n 184.6/(

)543660/()3353.7522tan tan 20

3353.751285.05cos 0.9499

tan 3353.750.32871102.33n P T Nm d T N N

N

αββ?

=?

=====?=?==?=?=t2r2t2a2t2转矩：圆周力：F 径向力：F F 轴向力：F F

3.3.1.2齿轮上作用力的方向,方向如下图所示：

3.3.2 求轴承的支反力

3.3.2.1水平面上支力

/23353.75/21676.88RA RB F F N ====t2F 3.3.2.2垂直面上支力

'2

(52)/(522)2

RA d F =-?

+??a2r2F F 324.21

(1102.331285.0552)/(522)2

=-?

+?? 798.62N =-

'2

(52)/(522)2

RB d F =?

+??a2r2F F =324.21

(1102.331285.0552)/(522)2

?

+?? 2083.53N =

3.3.3 画弯矩图

3.3.3.1水平面上的弯矩

336210621676.8810103.97C RA M F Nm --=??=??= 3.3.3.2垂直面上的弯矩

''331621062(798.62)1049.51C RA M F Nm --=??=?-?=-

''32

2(5210)2

C RA d M F -=??+?

a2F

33324.21

[62(798.62)10208.2610]129.182

Nm --=?-?+?

?= 3.3.3.3合成弯矩

12115.16165.82C C M Nm M Nm

======

3.3.4 画转矩图

2543.66T Nm =

3.3.5 画当量弯矩图

因单向回转，视转矩为脉动转矩，10[]/[]b b ασσ-=,已知

650B Mpa σ=，查表12-1可得10[]54[]93pa b b Mpa M σσ-==、

，10[]/[]54/930.58b b ασσ-===

剖面C 处的当量弯矩：

'2'11356.26115.16C C C M Nm M M Nm

======

3.3.6 判断危险剖面并验算强度

3.3.6.1剖面C 当量弯矩最大，而且直径与相邻段相差不大，故剖

面C 为危险面。

已知'

21356.26[]54e C b M M Nm Mpa σ-===、

则

e 13356.26

13.59[]540.1d 0.1e e b M M Mpa Mpa W σσ-=

====?3（64）

3.3.6.2剖面D 虽仅受弯矩，但其直径最小，则该剖面为危险面。

2e 130.58543.66315.3276.135

28.51[]540.1d 0.1D D D b M T Nm

M M Mpa Mpa W ασσ-===?======?3

（64）

所以轴的强度足够。

4 滚动轴承的选择与计算

4.1 滚动轴承的选择

低速轴和高速轴的轴承段的直径1d =48, 2d =48 选用轴承，初选深沟球轴承6207/2761994GB T -6208/2761994GB T -,

4.2 滚动轴承的校核

由于低速轴的转矩大于高速轴，同时低速轴和高速轴的直径相差很小，

由前面的计算可得

12816.072090.28R R F N F N ======

轴向力：1102.33A F N ==a2F 转速：n 227.48/min r =

4.2.1 求当量动载荷

由上图可知轴2未受轴向载荷，轴2受轴向载荷1A A F F =，则

22()p A B p f XF YF =+合，由教材表14-12可得， 1.2p f =，查有

关轴承手册可得3063072510r C N =?轴承。

轴2：3

10/1102.33/25100.0441A r F C =?=，查表可得

0.24e =，可计算出11/0.303A R F F e =，

可得0.56, 1.8X Y ==

2() 1.2(0.562674.51 1.81102.33)4178.30p A B P f XF YF N

=+=??+?=合

轴1：12 1.21857.342228.81p R P f F N ==?=

21P P 因，故仅计算轴承2的寿命即可

4.2.2 求轴承寿命

333.510r C N ε=?已知球轴承=3、则

662h12101037760.79h 60n 60227.48L ?=

==?333

C 33.510（）（）P 4178.30

按单班制计算每天工作8小时，一年工作365天，则

h1Y 37760.79

L 12.983658365

L =

==??年（满足年限要求）

5 键连接的选择与计算

5.1 键连接的选择

5.2 键连接的校核

有教材表6-2可得键连接时的挤压应力p 100Mpa σ??=??，由于低速轴的转矩大于高速轴，而两者的直径相差很小，且对同一个轴来说，

只需校核短键，所以只需校核键1864?T1096-2003 齿轮轴段的直径64d mm =；

键的长度641846l L b mm =-=-=；

键的接触高度0.50.511 5.5k h mm ==?=； 键转动的转矩2543.66T Nm =

则：33

2p p 2102543.661074.91005.54664T Mpa Mpa kld σσ?????====≤???? 所以键连接符合强度要求

6 联轴器的选择

6.1 联轴器的选择

结合电动机的外伸直径d=48mm ，高速轴和低速轴的最小直径，初选

LT8联轴器。

4884

5843864884

J GB J ?-?

6.2 联轴器的校核

因为低速轴所受的转矩较大，只校核低速轴2606.75T Nm =，考虑到转矩变化很小取 1.3A K =。

所以2 1.3543.66706.758250ac

A a T K T T Nm ==?==（联轴器符合其

强度要求）

7 润滑方式、润滑油牌号及密封方式的选择

7.1 润滑方式的选择

润滑方式有两种：

νν

当2~3m/s 时，采用油润滑；当2m/s 时，采用指润滑.

1

2 3.1475.8970

3.852601000601000

3.1432

4.21227.48 3.852601000601000dn dn ππ??=

=

=>????===>??12v m/s

v m/s

所以小齿轮大齿轮均采用油润滑。

7.2 密封方式的选择

一般选用接触式密封，半粗羊毛毡垫圈。

8 箱体及附件的结构设计和选择

8.1 箱体的结构尺寸

2、?与减速器的级数有关，对于单级减速器，取?=1；

3、0.025~0.030，软尺面取0.025，硬尺面0.030

4、当算出的δ和1δ小于8mm 时，取8mm 。

8.2 箱体附件的选择

8.2.1 窥视孔及窥视盖的选择

查表14-4，因为是单级150a ≤,则窥视孔及窥视盖的相关尺寸如下

8.2.2油标指示装置的选择

选择游标尺12(12),其具体尺寸如下表(mm)

8.2.3通气器的选择

8.2.4起吊装置的选择

减速器的重量为0.3KN,选用单螺钉起吊（最大起重为1.6KN）,具

8.2.5螺塞和封油垫的选择

（以上所选的附件的具体图示在相应的教材上，画图时应结合教材画图。）

9设计小结

匆匆的一周时间内夹杂着考试，我们结束了紧张的机械设计课程设计，设计就意味着实践，要求思考，从中我们得到了一次能力上的提升，因为使用AutoCAD做的图，也使我对这个软件有了更深的了解。

因为时间原因，艰巨的任务要求我们必须有坚定的信念，合理的支配时间，自主的设计。同时，也是一次对以前知识的一次良好复习机会，通过查阅质料，我们切身感受到设计过程要严谨细致。