11级机械设计课程设计格式（张）减速器设计

焦作大学机电工程学院 机械设计基础课程设计说明书

设计题目：单级直齿圆柱齿轮减速器

专 业：机械制造与自动化 班 级： 11184 设 计 者：第2组 指导教师：张冬梅

机械制造与自动化教研室

2012年12月

本组简介

本 组：11184班 第2组 组 长：李景龙 副组长：

成 员：曹红星 姚树辉 余海军 王记肖 李盼盼 设计任务分配：

设计内容 齿轮的设计与校核（含零件图） 轴的设计与校核（含零件图） 键的选择与校核 轴承的选择 箱体的设计 箱体零件图的绘制 排版

设计者 页码

目 录

1 设计任务书……………………………………………………………1 2 设计说明书…………………………………………………………… 2.1 齿轮的设计与校核………………………………………………… 2.2 轴的设计与校核…………………………………………………… 2.3 键的选择与校核…………………………………………………… 2.4 轴承的选择………………………………………………………… 2.5 减速器箱体的设计………………………………………………… 3 设计小结……………………………………………………………… 参考书目…………………………………………………………………

1 设计任务书

一、工作简图

图1 单级直齿圆柱齿轮减速器齿轮传动设计

二、原始数据

滚筒直径D=500mm；

减速器传递功率（P/kW）： 主动轴转速n1(r/min)： 箱体材料：铸铁 三、工作条件：

每日工作时速24h，连续单向运转，载荷平稳，室内工作；工作年限5年；最高工作温度60℃。 四、设计工作量：

⑴ 减速器总装图1张（A1）；

⑵ 从动轴、从动齿轮、主动齿轮（含轴）零件图3张（A3）； ⑶ 设计说明书1份。

2 设计说明书 计 算 及 说 明 结 果

2.1 齿轮的设计与校核 HBS1=220 （1）选择材料；热处理，精度等级及齿数，该齿轮HBS2=190 无特殊要求，所设计的齿轮可选用便于制造且价格T1=47750N·㎜ 便宜的材料。查表，小齿轮选用45钢，调质，K=1.1 HBS1=217-255，取HBS1=220；大齿轮选用45钢，正Z1=25 火，HBS2=169-217，取HBS2=190。齿轮选用八级精Z2=125 度。（GB/0095-88）。 （2）齿轮面接触疲劳强度设计。 ①齿轮转矩T1 。 T1=9.55×106i0=5 6=9.55×10× =47750N·㎜ ②载荷系数K；因载荷系数比较平稳，齿轮相对轴 系对称布置，由表（载荷系数K）K=1.1 ③齿数Z1和齿宽系数。 =5 齿数比误差为：（4-4）=0% 在允许范围内（工程上允许±5%的变化范围）。由表（齿宽系数）取K=1.1 ZE=189.8 选小齿轮系数Z1=25，大齿轮系数Z2=UZ1， Z2=5×25=125 实际传动比：i0=

④齿数比U=5 σHlim1 =560 ⑤材料弹性系数ZE查表（材料系数ZE）Mpa ZE=189.8 σHlim2 =530 Mpa ⑥许用接触硬力【σ】H；由图（齿轮材料的接触疲[σ劳强度极σσσHlim1Hlim]H1 =510 ） Mpa [σ]H2 =481 =560 Mpa Hlim2=530 Mpa Mpa m=2㎜ / SHmin=560/1.1=510 Mpa d1=50㎜ / SHmin=530/1.1=481 Mpa d2=250㎜ 由表（最小安全系数）SHmin=1.1 所以 [σ]H1=σ[σ]H2=σHlim1Hlim2由于[σ]H2<[σ]H1因此应取小值[σ]H2带入 d1≥d1≥d1≥=47.99㎜ （3）确定齿轮参数及主要尺寸 m===1.92㎜ 查表（模数m的标准值）取标准值m=2㎜ d1=mZ1=2×25=50㎜

d2=mZ2=2×125=250㎜ 中心距a=b===150㎜ ×d1=1.1×50=55㎜ a=150㎜ b=55㎜ b2=55㎜ 取b2=55㎜ b1= b2+（5～10）= 60㎜ (4)校核齿根弯曲疲劳强度 许用弯曲应力[σ]F图（齿轮材料的弯曲疲劳强度极b1=60㎜ 限σσσFlim） σMpa σMpa Flim1=205 Flim1=205 Mpa =190 Mpa Flim2Flim2=190 由表（最小安全系数） SFmin=1.3 [σ]F1=[σ]F2== = =158 Mpa =146 Mpa SFmin=1.3 [σ]F1=158 Mpa [σ]F2=146 查表（标准外齿轮的齿形系数YF和应力修正系数YS） Mpa YF1=2.65 YF2=2.18 YS1=1.59 YS2=1.80 用公式得： σF=

YF1=2.65 YF2=2.18 YS1=1.59 YF YS =YF YS ≤[σ]F YS2=1.80

σF1YF1 YS1=×2.65×1.59 =80.478 < [σ]F1 σF2= YF2 YS2 = ×2.18×1.80 = 74.95 < [σ]F2 V = 2.09 m/s （5）确定齿轮的传动精度 齿轮的转速度： V = 选八级精度适合 （6）可画出大小齿轮 计算齿轮的主要尺寸： 分度圆直径d： d1=mZ1=2×25=50㎜ d2=mZ2=2×125=250㎜ 齿顶圆直径da： da1=m（Z1+2）=2×（25+2）=54㎜ da2=m（Z2+2）=2×（125+2）=254㎜ 齿根圆直径df： df1 =m（Z1-2.5）=2×（25-2.5）=45㎜

= 2.09 m/s d1=50㎜ d2=250㎜ da1=54㎜ da2=254㎜

df2 =m（Z2-2.5）=2×（125-2.5）=245㎜ ham =2㎜ 齿全高h： hf =m( ha+c)=2×(1+0.25)=2.5㎜ h = ha + hf =4.5㎜ 跨侧齿数k： k1=0.111Z1+0.5 =0.111×25+0.5 =3 k2=0.111Z2+0.5 =0.111×125+0.5 =14 公法线长度W *** df1 = 45㎜ df2 = 245㎜ hf =2.5㎜ h =4.5㎜ k1= 3 k2= 14 ?k1?0.5??0.014z1?=㎜ W1?m?2.9521?k2?0.5??0.014z2?=146.385㎜ W2?m?2.9521由设计指导书查得公法线长度的上下偏差值 ?0.10因此W1?38.650.15 0.168W2?146.385??0.28 小齿轮与轴做成一体为齿轮轴结构；大齿轮采用锻造轮 辐式结构。 2.2 轴的设计与校核 （1）选择轴的材料，确定许用应力。 选45钢，正火处理，查表得到其硬度为170217 HBS，抗拉强度b= 600 MPa，查表得到许用弯曲应

力[-1b] = 55 MPa 计算轴的最小直径。 超标得到C=115，因此有： = = 19.66㎜ 考虑该段上有键槽，拟取d = 20㎜ （2）对轴进行结构设计 考虑轴上零件的位置和固定方式，以及结构工艺性，按比例绘制出轴的结构草图 （2.1）轴的具体结构设计 确定轴上零件的位置和定位、固定方式。由于是单机齿轮减速器，应该把齿轮布置在箱体内壁的中间，轴承对称布置在齿轮的两边。齿轮靠轴环和轴套筒实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现轴向

固定。两端轴承靠轴肩和套筒实现轴向定位和固定，靠过盈配合实现轴向固定，轴通过短短轴承盖实现固定。 确定各轴段的直径：外伸端直径为20㎜，为了实现带轮能轴向固定，在轴的外伸端应设计出一个轴肩。因轴承也要安装在这一端上，所以通过右端轴承的这一轴段应取直径30㎜，考虑到便于拆装，与轴承盖接触的轴段比安装轴承的轴段直径略小，取26㎜，按要求，查轴承的标准手册选用两个6206型的深沟球轴承 ，故安装左端轴承的轴颈直径也是30㎜，为了便于齿轮的装配，齿轮处的轴头直径为45为齿轮轴。 确定轴的各段长度：齿轮轮毂的宽度为60㎜，故齿轮处轴头的长度为80㎜，由轴承的标准手册查得6206型轴承的宽度为17㎜，同时齿轮两端面， 右侧穿过轴承盖的轴段的长度取为30㎜，与带轮处的轴头长度取34㎜由图（1）知，轴的直跨距为L=103㎜ （2.2）校核轴的强度 计算齿轮上所受的圆周力和径向力： = 1910 N

径向力Fr Fr = Ft tan20= 695.18 N Ft ,Fr的方向如图所示 0 水平面支反力(图b) == ==347.6 N = 695.18347.6 N =347.42 N

水平面弯矩图（如图c） MHC1 = RHB L BC = 347.650 = 17380 N·mm Mhc2 = MHC1 = 17380 N·mm 垂直面支反力（如图d） Mvc =Rvc = = =955N 垂直弯矩图（如图f） MVC = RVBLBC = 955合成弯矩（如图f） M1 ==M2 = M1 扭矩图（g）T = 47750 47750 N 当量弯矩图（如图h）根据бB = 600MPa，查表（轴的许用应力表）[б-1]b= 55MPa 由于转矩有变化，按脉动考虑，取 =0.6 =0.6Mec =

б 校核结果： бec<[б-1b ec= = ]= 55 MPa 剖面C的强度满足要求 2.3 键的选择与校核 （1）键的选择 根据轴的直径查表 八级精度的齿轮有定心精度要求应选择平键。 由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键，根据d=52从表（17-6）课本P211，b=16、h=10由轮毂宽度55并参考键长度系列取键长L=45 （2）校核键链接的强度 键、轴和轮毂的材料都是钢，由表（17-7）可查得许用挤压应力[бp]=100120MPa取110MPa 计算键受到的作用力F：由T =F得 F=

= = 1836.54 N

计算剪切力FQ =F =1836.54 N 计算剪切面的面积Aj Aj =b（L-b）+()=472.96 (2)计算剪切工作应力： j 2= （3）校核抗挤压强度 （3.1）计算挤压作用力 Fjy = F = 1836.54 N （3.2）计算挤压面积 Ajy = （3.3） 计算挤压工作应力 jy =145 == = 12.67MPa 键强度足够 2.4 轴承的选择 (1):受纯径向载荷时应选向心轴承 （2）：根据轴径大小选择：6206 和 6210 2.5 减速器箱体的设计 （1）：箱体应有足够的强度和刚度 为保证铸造箱体的强度 刚度，在轴承处不仅要有足够的壁厚，而且要在轴承座上加支撑力，箱体的支撑力有

内力和外力两种结构，一般采用外力，内力刚度大，外表美观，但内力阻碍润滑油的流动，工艺也复杂。 （2）：箱体应有可靠的密封且便于传动件的润滑和 散热。为保证箱体连接的密封，箱体拋分面连接凸缘应有足够的宽度，剖分面要精加工，装配合箱时剖分面结合处也允许涂上密封胶。连接箱盖和箱座的螺栓组应对称布置，螺栓间距不宜过大，一般小于200mm。为提高密封性，有的减速器在剖分面上制出回油沟，使渗出的由可以沿沟槽流回油箱。 一般情况下，单级传动每传递1KW的功率需油量 QO=0.350.7L 图中H表示减速器的中心高；Hd表示减速器中分面距

油壳内底面的距离;H0表示油面高度;h1表示适当的浸油深度对于单级圆柱齿轮减速器，m<20mm时，浸油深度h约为等于一个齿全高，但不小于10mm (3)箱体的铸造工艺 箱体的铸造力求壁厚均匀 查表铸造过度尺寸（JB\\ZQ4254-1986） ??厚度 ??20 X=5 Y=25 R=5 （4）：箱体附件设计 （1）：检视孔和视孔盖 检视孔应开在箱体盖上部，以便于观察啮合零件的位置。 （2）通气器

通气器是用来沟通箱体内外 的气流，平衡箱体气压，一般应安装在箱盖最高位置，也可装在视孔盖板上。 （3）油标 油标用来指示油面高度，其位置应设在便于检查及油面较稳定的位置。 （4）放油螺塞 放油螺塞应开在箱底面最低处，油塞的直径一般为箱体壁厚?的1.5~2倍，??20，查表M20x1.5. (5)起吊装置 起吊环螺钉为标准件 a=125?w=825N 计 算 及 说 明 结 果

3 设计小结

参考书目

1 陈立德主编. 机械设计基础课程设计指导书. 北京：高等教育出版社，2007.3 2 3 4 5

附：课程设计原始数据

11184班 减速器输入功率（P/kW） 1 3 270 2.5 2 3 300 2.5 3 3.2 330 2.5 4 3.4 380 2.5 5 3.5 400 3 6 3.6 450 3 7 3.8 500 3 主动轴转速n1(r/min) 减速器传动比i

11185班 减速器输入功率（P/kW） 1 4 500 3 2 4.5 550 3 3 5 550 3 4 5 600 3.5 5 5.5 550 3.5 6 5.5 600 3.5 7 6 600 3.8 主动轴转速n1(r/min) 减速器传动比i

11186班

1 2 3 4 5 6 7

减速器输入功率（P/kW） 7.5 600 4 7.5 650 4 8 600 4 8 650 4.5 9.6 650 4.5 10 700 4.5 10 750 4.5 主动轴转速n1(r/min) 减速器传动比i

11187班 减速器传递功率（P/kW） 1 3.5 500 3.2 2 3.5 600 3 3 4 500 3 4 4 800 5 5 8 960 3 6 10 7 10 主动轴转速n1(r/min) 减速器传动比i 960 1000 3.5 4

11188班 减速器传递功率（P/kW） 1 3.5 600 2.5 2 4 600 3 3 5 800 3.2 4 9.6 5 10 6 4.5 7 8 500 3.5 主动轴转速n1(r/min) 减速器传动比i 800 1000 600 4 3 3.2

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