二年级齿轮减速器课程设计

1 前言

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。?

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，第一级传动为直齿圆柱齿轮减速器，第二级传动为闭式齿轮传动。齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之—。本设计采用的是二级直齿轮传动，直齿轮不产生轴向力，但传动平稳性较差，适合低速传动。?

说明减速器的结构特点、材料选择和应用场合。?

综合运用机械设计基础、机械制造基础的知识和绘图技能，完成传动装置的测绘与分析，通过这一过程全面了解一个机械产品所涉及的结构、强度、制造、装配以及表达等方面的知识，培养综合分析、实际解决工程问题的能力。?

2 设计任务书

2.1设计题目，内容及要求

2.1.1设计题目：用于带式运输机的二级圆柱齿轮减速器设计设计二用于带式运输机上的两级展开式圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化较平稳, 运输机工作转速允许误差为5%。,减速器小批量生产，工作在室外，灰尘较大，常温,使用期限10年(250天/年),三班制工作,检修间隔期为三年一大修。车间有三相交流,电压380/220V。

2.1.2内容及要求：

1）机械装置的总体设计

电机的选择、总传动比的计算及机械传动运动和动力参数的计算

2）传动装置的设计

传动零件的设计计算；传动装置装配草图和零部件的结构设计；装配图的设计与绘制。

3）零件图设计：轴零件图绘制；齿轮零件图的绘制。

4）撰写设计说明书一份，不少于6000—8000字。 2.2原始资料

2.2.1传动方案及工作条件

1）工作情况：三班制单向连续运转，载荷较平稳；运输机工作转速允许误差±5% ； 2）使用折旧期：10年，每年工作250天； 3）工作环境：室外，灰尘较大，常温；

4）动力来源：电力，三相交流，电压380/220V ； 5）检修间隔期：三年一大修，半年一小修；

6）制造条件及生产批量：一般机械制造工厂，批量生产； 2.2.2原始技术数据

数据编号

C1

C2

C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

运输带工作拉力F （N ）

5000

5200

4000

4500

4200

4400

5300

5800

3000

3500

2.3设计步骤

1）传动装置总体设计方案

2)电动机的选择

3)确定传动装置的总传动比和分配传动比

4)计算传动装置的运动和动力参数

5)设计V带和带轮

6)齿轮的设计

7)滚动轴承和传动轴的设计及键和联轴器的选择。

8)箱体结构设计

9)润滑密封设计

3 总体设计方案

1.传动装置的组成：传动装置由电机、减速器、卷筒等组成。

2.传动装置的特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。

3.确定传动方案：其传动方案如下：

图3-1 传动装置总体设计图

初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。选择二级圆柱齿轮减速器（同轴式式）。

4 电动机的选择

1.选择电动机类型

按工作要求选用Y 系列全封闭自扇式笼型三相异步电动机，电压380V 。

2.选择电动机容量

电动机所需工作功率为

ηw

d p P =

工作机所需功率为

1000P W FV =

各部分效率：V 带传动效率10.96η=；滚动轴承效率20.99η=；闭式齿轮传动效率

30.97η=；联轴器效率40.99η=；传动滚筒效率50.96η= 。代入得

42

42123450.960.990.970.990.960.825ηηηηηη==????=

所需电动机功率为1800 1.30

2.8410000.825

w

d p p kW kW η

?=

=

=?

因载荷平稳，电动机额定功率ed P 略大于d P 即可。选电动机的额定功率ed P 为3KW 。

3.确定电动机转速

滚筒轴工作转速601000601000 1.3063.66min min 390

w v r

r

n D ππ???=

==? 二级圆柱齿轮减速器的传动比i=8~40,故电动机转速的可选范围为

'(16~160)63.661018.56~10185.6min

min

d w r

r

n in ==?=

符合这一范围的转速有1500min r

和3000min r

的电动机。

3000min r

总传动比大，传动装置外廓尺寸大，制造成本高，结构不紧凑。

故取1500min r

的电动机

综上所述，符合以上数据要求的电动机只有Y100L2-4型电动机。

5 传动比、运动和动力参数计算

1.计算传动比 总传动比1420

i 22.3163.66

m a w n n =

== 2.分配传动装置各级传动比

取V 带传动比03i =

则减速器的传动比i 为

022.317.443

a i i i ===

由于为同轴式减速器，故高速级和低速级的传动比为1223 2.73i i ===

3.运动和动力参数计算

0轴（电动机轴）0 2.84d P P kW ==

0n 1420m n ==min r

000 2.84

9550

955019.11420

P T N m n ==?=? 1轴（高速轴）

101 2.840.96 2.73P P kW kW η==?= 010*******.33min 3

n n r i =

== 1

11 2.739550

9550473.33

P T N m n ==?? 2轴（中间轴）

2123 2.730.990.97 2.62P P kW ηη==??= 1212473.33173.38min 2.73

n r n i =

== 22 2.62

9550

9550144.31173.38

P T N m N m n ==??=? 3轴（低速轴）

3223 2.620.990.97 2.52P P kW ηη==??= 2323173.3863.51min 2.73

n r n i =

==

333 2.52

9550

9550378.9363.51

P T N m n ==?=? 4轴（滚筒轴）

4324 2.520.990.99 2.47P P kW ηη==??= 343463.5163.51min 1

n r n i =

==

444 2.47

9550

9550371.4163.51

P T N m n ==?=? 各轴运动和动力参数计算结果：

6 齿轮的设计6.1高速级齿轮传动设计

1.选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数

20。

（1）选用直齿圆柱齿轮传动，压力角取为

（2）带式输送机为一般工作机器，选用7级精度。

（3）材料选择。

由表10-1，选择小齿轮材料为40Cr （调质），齿面硬度为280HBS ；大齿轮材料为45钢，齿面硬度为240HBS 。

280HBS-240HBS=40HBS>30HBS

（4）、选小齿轮齿数128Z =,大齿轮齿数21 2.732876.44Z iZ ==?=,取277Z =。 2.按齿面接触疲劳强度设计 试算小齿轮分度圆直径，即

1t d ≥

确定公式中各参数的值。 试选3.1=Ht K ；

计算小齿轮传递的转矩6411

9.5510 5.44810P

T N mm n =??=??； 由表10-7选取齿宽系数1=d φ；

由图10-20查得区域系数5.2=H Z ;

由表10-5查得材料的弹性影响系数21

8.189MPa Z E =；

由式10-9计算接触疲劳强度用重合系数εZ ：

()()111arccos cos 2arccos 28cos 20282128.71a a Z Z h αα*

????=+=?+?=????

o o ))222arccos cos 2arccos 77cos 20772123.67a a Z Z h αα*

????=+=?+?=?????

o

()()()()

''

1122tan tan tan tan 228tan 28.71tan 2077tan 23.67tan 2021.73

a a Z Z αεααααππ??=-+-????=-+-??

=o o o o

0.87Z ε=

== 计算疲劳许用应力[]H σ；

由图10-25d 查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为lim1650H MPa σ=、

lim2580H MPa σ=。 计算应力循环次数：

9116060473.3312825010 1.1410h N n jL ==??????=?

9812 1.1410 4.18107728

N N u

?===?

由图10-23查取接触疲劳寿命系数9.01=HN K 、20.95HN K =，取失效概率为1%，安全系数S=1，可得[]1lim110.9650

5851

HN H H K MPa MPa S σσ?=

== []2lim220.95580

5511

HN H H K MPa MPa S σσ?=

== 取其中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即[][]2551H H MPa σσ==。

试算小齿轮分度圆直径：

147.77t d mm

≥

==

取1t d =67.5mm

（2）、调整小齿轮分度圆直径 计算实际载荷系数前的数据准备。

圆周速度v ：11

67.5473.33

1.67601000

601000

t d n v m s ππ??=

=

=??

齿宽b ：167.5d t b d mm φ==

计算实际载荷系数H K

由表10-2查得使用系数1=A K ;

根据V=1.67 m/s 、7级精度，由图10-8查得动载系数 1.06v K =；

齿轮的圆周力：4

11122 5.448101614.2267.5

t t T F N d ??===

111614.22

23.9110067.5

A t K F N mm N mm N mm b ?==< 由表10—3查得齿间载荷分配系数2.1=αH K ; 在这里

由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑不对称布置时，得齿向载荷分布系数309.1=βH K ；由此得到实际载荷系数：

634.13095.12.105.11=???==βαH H V A H K K K K K

可得按实际载荷系数算得的分度圆直径：

mm K K d d Ht H t 80.443

.1634

.143.4233

11=?== 及相应的齿轮模数mm z d m 186..21

1

==

3.按齿根弯曲疲劳强度设计 （1）试算模数，即[]3

2

1

12F Sa

Fa d Ft t Y Y Z Y T K m σφε?≥ 确定公式中各参数的值 试选3.1=Ft K ；

由式10-5计算弯曲疲劳强度用重合度系数：

686.0721

.175

.025.075

.025.0=+

=+

=αεεY ； 计算

[]

F Sa

Fa Y Y σ

由图10-17查得齿形系数78.21=Fa Y 、18.22=Fa Y ； 由图10-18查得应力修正系数55.11=Sa Y 、81.12=Sa Y ；

由图10-24c 查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为MPa F 5001lim =σ、

MPa F 3802lim =σ；

由图10-22查得弯曲疲劳寿命系数9.01=FN K 、88.02=FN K ；取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得：

[]

MPa S K F FN F 43.3214.1500

9.01lim 11

=?==σσ

[]MPa S K F FN F 86.2384

.138088.02lim 22

=?==σσ

[]01349.043

.32155

.178.21

1

1=?=

F Sa Fa Y Y σ

[]01555.086

.23881

.118.22

2

2=?=

F Sa Fa Y Y σ

取其较大者，即[][]0165.02

22==F Sa Fa F Sa Fa Y

Y Y Y σσ 试算模数：

[]38.121

10165

.0686.0387593.1223

2

32

1

1=?????=?≥F Sa

Fa d Ft t Y Y Z Y T K m σφε

（2）调整齿轮模数

计算实际载荷系数前的数据准备

圆周速度V 。

98.282138.111=?==Z m d t

s m n d V 078.11000

60710

2618.281000

601

1=???=

?=

ππ

齿宽b 。

mm d b d 98.281==φ

宽高比b/h 。

()

()mm m c h h t a 11.3373.125.0122=?+?=+=**

334.911

.398.28==h b 计算实际载荷系数F K

根据s m V 078.1=、7级精度，查得动载系数18.1=V K ； 由N d T F t 85.274298

.2838759

22111=?==

mm N mm b F K t A 100N 052.9798

.2885.274211<=?=； 查表得齿间载荷分配系数2.1=αF K ；

由表10-4用插值法查得3223.1=βH K ，结合

334.9=h

b

，得36.1=βF K ，则载荷系数：93.136.12.118.11=???==βαF F V A F K K K K K ;

可得按实际载荷系数算得的齿轮模数：

4331.13

.193

.1334.133

=?==Ft F t K K m m 为使其满足要求，取m=1.5mm ，86.28/11==m d Z ，592.17086.28848.52=?=Z ，取

171,29Z 21==Z 。

1.1.4、几何尺寸计算

由上有m=2mm ，291=Z ，1712=Z ；则mm d 5.431=，mm d 5.2562=，mm a 150=。

（4）齿面接触疲劳强度校核

按前述类似做法，有634.1=H K ，mm N T ??=41108759.3，1=d φ，mm d 461=，

29

171

=

i ，5.2=H Z ，218.189MPa Z E =，有

()()[]H H MPa σσ<=???+????=

5128715.08.1895.2291711

2917146

138759634.123

（5）齿根弯曲疲劳强度校核

按前述类似做法，有93.1=F K ，mm N T ??=41108759.3，1=d φ，78.21=Fa Y ，

38.22=Fa Y ，56.11=Sa Y ，98.12=Sa Y ，有

686.073

.175

.025.075

.025.0=+

=+

=α

εεY ，m=2mm ，291=Z 。 有 []12

341174.1052921686

.056.178.2108759.393.12F F MPa σσ<=????????=

[]2

2342

283.1142921686.098.138.2108759.393.12F F MPa σσ<=????????=

齿根弯曲疲劳强度满足要求 主要设计结论：

级精度设计。钢（调质）。齿轮按，大齿轮选用调质，小齿轮选用，，，745)(C 4046,50,150,5.120171Z 29Z 2121r b b mm a mm m ====?===α 6.2

低速级齿轮传动设计

1.选齿轮类型、精度等级、材料及齿数

选用斜齿圆柱齿轮，压力角α=20，初选螺旋角β=ο14，精度等级选用7级精度； 材料及热处理：选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为280HBS ，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS ，二者材料硬度差为40HBS 。

试选小齿轮齿数z1＝21，大齿轮齿数z2=z1*i=23*5.848=122.8.圆整z2=122。此时，i=122/21=5.809，误差为0.658%。

2.按齿面接触强度设计

3.2.按式（10—21）试算小齿轮分度圆直径，即 3

2

1t ]

[12???

?

??+Φ≥H E H H t Z Z Z d T K d σμμε

确定公式内的各计算数值 试选Kt ＝1.3

由图10－20选取区域系数H Z ＝2.433 由表10-7选取尺宽系数φd ＝1 计算小齿轮传递的转矩

T21=41.121/795.21055.9n /1055.966??=?P =m N /8.219 表10－5查得材料的弹性影响系数ZE ＝189.8Mpa 计算接触疲劳强度用重合度系数εZ .

??? ?

?=βααcos tan arctan n t =()

οο14cos 20tan arctan =ο

5617.20 ()]cos 2/cos arccos[*111βααan t at h z z +=

=()]14cos 1221/5617.20cos 21arccos[οο??+

=ο008.31

()]cos 2/cos arccos[*222a βααan t t h z z +=

=()]14cos 12122/5671.20cos 122arccos[οο??+

=ο82.22

αε=()()[]

π

αααα2tan tan tan tan '

22'

11t t t t Z Z -+-

=()()[]

π

220tan 205617tan 12220tan 008.31tan 21ο

οοο-+-

=1.2125

πβεβtan 1dZ Φ==πο

14tan 211??=1.649

εZ =

()αββα

εεεε+--134=()2125

.1649.1649.1-132125.14+-=0.75697 螺旋角系数βZ =βcos =ο14cos =0.985

由图10－25d 查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1＝550MPa ；大齿轮的接触疲劳强度极限σHlim2＝550MPa ；

由式（10－15）计算应力循环次数

N1＝60n1jLh ＝60×710×1×（24×250×10）＝2.566×910 N2＝N1/5＝3.99×810

由图10－23查得接触疲劳寿命系数KHN1＝0.93；KHN2＝0.96

[]==S

K H HN H 1lim 11σσ1

60093.0?MPa ＝558MPa

[]=

=S

K H HN H 2

lim 22σσ1

550

96.0?MPa ＝528MPa 取1][H σ和2][H σ中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力,因此可得