传动装置中的齿轮减速器设计

成人教育学院学生毕业设计（论文） 摘 要

本次毕业课题设计中的减速机选择的是非标准减速器。一级圆柱齿轮减速机是位于原动机和工作机之间的机械传动装置。机器常由原动机、传动装置和工作机三部分组成。合理的传动方案不仅应满足工作机的性能要求，而且还要工作可靠、结构简单紧凑加工方便、成本低、传动效率高以及使用和维护方便。

关键词 ：

传动装置；箱体；齿轮；低速轴

I

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目 录

第1章 总 述 ........................................................................................................................................... 1 1.1机械设计基础毕业设计的目的 ...................................................................................................... 1 1.2机械设计基础毕业设计的内容 ...................................................................................................... 1 1.3机械设计基础毕业设计的要求 ...................................................................................................... 1 第2章 传动装置的总体设计 ................................................................................................................... 2 2.1减速箱的工作原理 .......................................................................................................................... 2 2.2电动机的选择 .................................................................................................................................. 3 2.3计算总传动比及分配各级的传动比 .............................................................................................. 4 2.4运动参数及动力参数计算 .............................................................................................................. 5 第3章 传动零件的设计计算 ................................................................................................................... 6 3.1带轮传动的设计计算 ...................................................................................................................... 6 3.2带轮的安装与维护 .......................................................................................................................... 8 第4章 轴的设计计算 ............................................................................................................................... 9 4.1从动轴的设计计算 .......................................................................................................................... 9 4.2从动轴校核轴受力图 ..................................................................................................................... 11 第5章 滚动轴承的选择及校核计算 ..................................................................................................... 14 5.1从动轴滚动轴承的设计 ................................................................................................................ 14 5.2主动轴滚动轴承的设计 ................................................................................................................ 15 第6章 键联接的选择及校核计算 ......................................................................................................... 16 6.1从动轴与齿轮配合处的键 ............................................................................................................ 16 6.2主动轴与齿轮配合处的键 ............................................................................................................ 17 第7章 润滑的选择 ................................................................................................................................. 18 第8章 联轴器及轴承盖的选择 ............................................................................................................. 19 8.1联轴器的选择 ................................................................................................................................ 19 8.2轴承盖的选择 ................................................................................................................................ 19 第9章 减速器箱体和附件设计 ............................................................................................................. 20 9.1减速器箱体： ................................................................................................................................ 20 9.2附件设计： .................................................................................................................................... 21 第10章 结 论 ......................................................................................................................................... 24 参考文献 ................................................................................................................................................... 25 致 谢 ......................................................................................................................................................... 26

II

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第1章 总 述

1.1机械设计基础毕业设计的目的

（1）培养我们综合运用所学的机械设计课程的知识去解决机械工程问题的能力，并使所学知识得到巩固和发展。

（2）学习机械设计的一般方法和简单机械传动装置的设计步骤。

（3）进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图和学习使用设计资料、手册、标准和规范。

1.2机械设计基础毕业设计的内容

（1）拟定和分析传动装置的设计方案。

（2）选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数。

（3）进行传动件的设计计算，结构设计，校核轴、轴承、连轴器、键等零部件的强度，选择润滑和密封方式。

（4）绘制减速器装配图。 （5）绘制零件工作图。

（6）编写设计计算说明书，准备答辩。

1.3机械设计基础毕业设计的要求

（1） 理论联系实际，力求设计合理，同时鼓励创新。

（2） 认真阅读教材中与课程有关的内容，认真查阅有关资料。

（3） 正确运用课程设计指导书，按步骤进行设计和计算，不要急于求成；按时完成全部设计任务。

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成人教育学院学生毕业设计（论文） 第2章 传动装置的总体设计

2.1减速箱的工作原理

一级圆柱齿轮减速器是通过装在箱体内的一对啮合齿轮的转动，动力从一轴传至另一轴，实现减速的，如图2-1齿轮减速器结构图所示。动力由电动机通过皮带轮（图中未画出）传送到齿轮轴，然后通过两啮合齿轮（小齿轮带动大齿轮）传送到轴，从而实现减速之目的。由于传动比i = n 1 / n 2 ，则从动轴的转速n 2 = z 1 / z 2×n 1。

减速器有两条轴系——两条装配线，两轴分别由滚动轴承支承在箱体上，采用过渡配合，有较好的同轴度，从而保证齿轮啮合的稳定性。端盖嵌入箱体内，从而确定了轴和轴上零件的轴向位置。装配时只要修磨调整环的厚度，就可使轴向间隙达到设计要求。

2.1.1运动简图：

1——电动机 2——带传动 3——联轴器 4—— 皮带式输送机 5—— 一级圆柱齿轮减速器

2.1.2工作条件：

皮带式输送机单向运转，有轻微的震动，两班制工作，使用年限5年，输送机带轮轴转速的允许误差为±5%。小批量生产，每年工作300天。

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成人教育学院学生毕业设计（论文） 2.1.3要求：

每人交上说明书一份，装配图一张，零件图二张

输送带（牵引力）F=5KN 滚筒直径D=300mm 输送带带速v=1.1m/s

2.2电动机的选择

2.2.1选择电动机的类型：

按电动机的特性及工作条件选择。若无特殊要求一般选择Y系三相异步电动机，其优点是可直接接在三相交流电路中，结构简单，价格便宜，维护方便。

2.2.2选择电动机的容量：

电动机的容量选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。容量选择过大，则电动机的价格高，传动能力又不能充分利用，而且由于电动机经常在轻载下运转，基效率和功率数都较低从而造成能源的浪费。

对于长期运行、载荷比较稳定的机械，通常按照电动机的额定功率选择，而不校核电动机的发热和起动转矩，选择电动机容量时应保证电动机的额定功率Ped应略大于工作机所需的电动机功率Pd即 Ped≥Pd

2.2.3电动机输出功率：

Pw=Fv/1000=5kn×1.1m/s/1000=5.5kw

2.2.4电动机至输送带的总功率：

η总=η14×η2×η3×η 根据表2—1查得

η1=0.99（球轴承） η2=0.99（弹性联轴器） η3=0.97（8级精度的一般齿轮传动） η4=0.96(带传动)

η总=η14×η2×η3×η4 =0.994×0.99×0.97×0.96 =0.88

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2.2.5电动机所需的工作功率：

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成人教育学院学生毕业设计（论文） 第5章 滚动轴承的选择及校核计算

5.1从动轴滚动轴承的设计

a) 选择轴承类型：由于单向传动主要受径向载荷，同时也承受轴向载荷，选

择深沟球轴承。

D=85mm

b) 选择轴承型号，根据轴径d=45mm，选择轴承型号60209型滚动轴承。 c) 验算 T=9550p/n=260.25 N?m Ft=2T/d2=2339.33 N?m Fr=Ft?tanα=760.1N

已知：轴承的使用期限（5年），每年工作300天（两班制）。 ∴Lh=19440h

∵直齿圆柱齿轮不承受轴向力 ∴当量动载荷P=x Fr 根据书表 18—8查得 x=1 ∴P=760.1N 根据《机械设计手册》 986页

Cr=2560KN C0=1810KN

根据书表18—5查得 当轴承的工作温度100°C ft=1 根据书表18—6查得 载荷性质：为冲击，平稳 fp=1.2

∵轴承为深沟球轴承 ∴轴承的寿命指数ε=3

∴Cr′= fp?p/ ft（60n/106?Lh′）1/ε

=4387.3N ∵4.3873KN〈Cr

∴轴承型号60209型滚动轴承满足要求。

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成人教育学院学生毕业设计（论文） 5.2主动轴滚动轴承的设计

a) 选择轴承类型：由于单向传动主要受径向载荷，同时也承受轴向载荷，选

择深沟球轴承。 D=72mm

b) 选择轴承型号，根据轴径d=35mm，选择轴承型号60207型滚动轴承。 c) 验算 T=9550p/n=70.09 N?m Ft=2T/d2=2437.91 N?m Fr=Ft?tanα=792.12N

已知：轴承的使用期限（5年），每年工作300天（两班制）。 ∴Lh=19440h

∵直齿圆柱齿轮不承受轴向力 ∴当量动载荷P=x Fr 根据书表 18—8查得x=1 ∴P=792.12N 根据《机械设计手册》 986页

Cr=2010KN C0=1390KN 根据书表18—5查得

当轴承的工作温度100°C ft=1 根据书表18—6查得

载荷性质：为冲击，平稳。 fp=1.2

∵轴承为深沟球轴承 ∴轴承的寿命指数ε=3

∴Cr′= fp?p/ ft（60n/106?Lh′）1/ε

=7176.6N ∵7.1766KN〈Cr

∴轴承型号60207型滚动轴承满足要求。

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成人教育学院学生毕业设计（论文） 第6章 键联接的选择及校核计算

6.1从动轴与齿轮配合处的键

分已知：d=55mm n=70r/min 载荷平稳，单向传动。 a. 齿轮传动要求轴与齿轮对中要好，以防止啮合不良。故联接选用平键。根据轴径d=55mm由《机械设计手册》表4—99 4—100849页查得 b. 选用A型平键，尺寸为b=16mm

说明：查《机械设计手册》可得键的长度应比轴段短5～10mm 故取L=56mm h=10mm

1) 验算键联接挤压强度A型键 工作长度l=L-b=40m 查书表15—3查得许用应力挤压应力

[ζF]=125～150Mpa

ζP=4000T/hld=47.32Mpa〈[ζF] ∴合格

2) 相配键槽设计

由《机械设计手册》表4—99查得槽深t=6 毂槽深t1=4.4 尺寸偏差宽度 轴 N9 -0.04 毂 JS±0.02 深度 轴t0 0 毂 t1 0

∵键槽应靠近轮毂装入侧的轴段端短5～10 ∴取轮毂装入侧的轴段端5mm

从动轴联轴器相配键槽的设计已知：d2=35mm n=70 r/min 载荷平稳，单向传动。 a 齿轮传动要求轴与齿轮对中要好，以防止啮合不良。故联接选用平键。根据轴径d=35mm由《机械设计手册》表4—99 849页查得 选用A型平键，尺寸为b=10mm h=8mm 说明：查《机械设计手册》可得键的长度应比轴段短5～10mm 故取L=50mm 槽深t=5 偏差 宽度 N9 -0.04 深度 t0 0

∵键槽应靠近轮毂装入侧的轴段端短5～10mm

∴取轮毂装入侧的轴段端3mm。

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成人教育学院学生毕业设计（论文） 6.2主动轴与齿轮配合处的键

已知：d=40mm n=350r/min 载荷平稳，单向传动。

齿轮传动要求轴与齿轮对中要好，以防止啮合不良。故联接选用平键。根据轴径d=40mm由《机械设计手册》表4—99 4—100 849页查得 选用A型平键，尺寸为b=12mm 说明：查《机械设计手册》可得键的长度应比轴段短5～10mm 故取L=56mm h=8mm

1) 验算键联接挤压强度A型键 工作长度l=L-b=44mm 查书表15—3查得许用应力挤压应力[ζF]=125～150Mpa ζP=4000T/hld=19.91Mpa〈[ζF] ∴合格

2) 相配键槽设计由《机械设计手册》表4—99查得槽深t=5 毂槽深t1=3.3 尺

寸偏差 宽度 轴 N9 -0.04 毂 JS±0.02 深度 轴 t0 0 毂 t1 0 ∵键槽应靠近轮毂装入侧的轴段端短5～10 ∴取轮毂装入侧的轴段端5mm 3) 主动轴联轴器相配键槽的设计

已知：d1=24mm n=369.23r/min 载荷平稳，单向传动。 a 齿轮传动要求轴与齿轮对中要好，以防止啮合不良。故联接选用平键。根据轴径d=24mm由《机械设计手册》表4—99 849页查得 选用A型平键，尺寸为 b=8mm h=7mm 说明：查《机械设计手册》可得键的长度应比轴段短5～10mm 取L=40mm 槽深t=4mm 偏差 宽度 N9 -0.04 深度 t0 0 ∵键槽应靠近轮毂装入侧的轴段端短5～10mm ∴取轮毂装入侧的轴段端3mm。

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成人教育学院学生毕业设计（论文） 第7章 润滑的选择

1.齿轮的圆周速度v=1.1m/s〈12m/s 采用池浴润滑，为了减少搅拌损失和避免润池温度过高，大齿轮侵入油池中的深度为1个全齿高，但不小于10mm。但为避免传动零件转动时将沉积在油底的污物搅起，造成齿面磨损，应使大齿轮齿顶距油池底面的距离不小于30～50mm。根据书表4—14查得，齿轮传动润滑油粘度为220cSt。 2.轴承的润滑

∵ d1n1=0.13×105 mm?r/min〈（1.5～2）×105 mm?r/min d2n2=0.043×105 mm?r/min〈（1.5～2）×105 mm?r/min

∴ 采用脂润滑，润滑脂填充量不得超过轴承空隙的1/3～1/2，过多会引起轴承发热。

3.轴承密封的选择：密封是为了防止灰尘，水份等侵入轴承，并且防止润滑剂流入。

根据密封类型的特点：选用毡圈密封，轴颈圆周速度v〈5m/s合适。毡圈材料为毛毡，安装前用热矿物油浸渍。

主动轴轴承毛毡密封的尺寸设计。d0=29mm， 毛毡尺寸 d=d0-1=28mm

D=d0+（14～20）=45mm B=6mm

槽的尺寸 d1=d0+（1～2）=30mm D1=D+（1～2）=46mm B1=B+（0.5～1.5）=5mm 从动轴轴承毛毡密封的尺寸设计。d0=41mm， 毛毡尺寸 d= d0-1=40mm

D= d0+（14～20）=55mm B=6mm

槽的尺寸 d1=d0+（1～2）=42mm D1=D+（1～2）=56mm B1=B+（0.5～1.5）=5mm

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成人教育学院学生毕业设计（论文） 第8章 联轴器及轴承盖的选择

8.1联轴器的选择

根据其特点，补偿两轴相对偏移、减振、缓冲、绝缘性能，重量较轻，承载能力大，工作温度〈100°C。由附表2—10选择弹性套柱销联轴器。 主动轴联轴器型号为TL4型。 从动轴联轴器型号为TL6型。

8.2轴承盖的选择

选用可穿透端盖结构，故选用凸缘式轴承盖，主动轴 D=72mm，根据《机械设计手册》表4—230 986页 轴承外径，根据表4—2查得，d3=9mm端盖上螺钉数目为4。

d0= d3+1=10mm D0= D+2.5 d3=94.5mm

D2= D0+2.5 d3=117mm e=1.2 d3=10.8mm ≥e=10.8

D4= D-（10～15）=60mm L=0.15D=10.8mm

选用可穿透端盖结构，故选用凸缘式轴承盖。

从动轴 D=85mm，根据《机械设计手册》表4—230 986页 轴承外径，根据表4—2查得，d3=10mm端盖上螺钉数目为4。 d0=d3+1=11mm

D0= D+2.5 d3=110mm D2= D0+2.5 d3=135mm

e=1.2 d3=12mm e1≥e=12 D4= D-（10～15）=70mm L=0.15D=10.8mm

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成人教育学院学生毕业设计（论文） 第9章 减速器箱体和附件设计

9.1减速器箱体：

1) 箱座壁厚δ=0.025a+1=3.6mm

∵一级齿轮减速器δ≥8mm ∴箱体壁厚取δ1=8mm 2) 箱盖壁厚δ1=0.2a+1=2.175mm

∵一级齿轮减速器δ1≥8mm ∴箱体壁厚取δ1=8mm 3) 箱盖凸缘厚度b1=1.5δ1=12mm 4) 箱座凸缘厚度b=1.5δ=12mm 5) 地脚螺钉直径 df=0.036a+12=18 6) 地脚螺钉数目 ∵a=150mm〈250mm ∴ n=4

7) 轴承旁连接螺栓直径d1=0.75 df=M14 8) 盖与座连接螺栓直径d2=（0.5～0.6）df=M9 9) 连接螺栓d2的距离 l=125～200 10) 轴承端盖螺钉直径d3=M10

11) 检查孔盖螺钉直径d4=（0.3～0.4）df=7.2 根据表4—4 取d4=M8

12) 定位销直径 d=（0.7～0.8）d2=7.2mm 13) 箱座加强肋厚度 m=0.85δ=6.8mm 14) 箱盖加强肋厚度 m1=0.85δ1=6.8mm 15) 轴承盖螺钉分布圆直径 主动轴D=72mm

根据《机械设计手册》表8—401查得 轴承盖螺钉分布圆直径D1=95mm 轴承座凸缘端面直径D2=115mm 从动轴D=85mm

根据《机械设计手册》表8—401查得 轴承盖螺钉分布圆直径D1=110mm

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成人教育学院学生毕业设计（论文） 轴承座凸缘端面直径D2=130mm

16) 地脚螺栓孔凸缘的配置尺寸 df=18mm

根据《机械设计手册》表8—398查得 到外箱壁距离C1′=25 到凸缘边距离C2′=22 D0′=45 轴承座旁连接螺栓孔凸缘的配置尺寸 d1=14mm

根据《机械设计手册》表8—397查得 到外箱壁距离C1=22 到凸缘边距离C2=18 D0=30 r=4

17) 盖与座连接螺栓孔凸缘的配置尺寸 d2=9mm根据《机械设计手册》表8—397

查得

到外箱壁距离C1=15 到凸缘边距离C2=13 D0=20 r=3 18) 箱盖铸造壁相交部分的尺寸δ1=8mm 根据《机械设计手册》表8—399查得

X=3 Y=15 R=5

19) 箱体内壁和齿顶的间隙 △〉1.2δ=9.6mm 故取△=10mm 20) 箱体内壁与齿轮端面的间隙△1≈10～15 取△1=12mm 21) 底座深度Hd=0.5d+（30～50）=156mm 22) 底座高度H=Hd+δ+（5～10）=171mm

23) 外箱盖至轴承座端面距离 l1= C1 +C2+（5～10）=46mm 24) 轴承座连接螺栓间的距离

说明：因尽量靠近，以与端盖螺栓互不干涉为准。 主动轴 S= D1+（2～2.5）d1=70 从动轴 S2= D2+（2～2.5）d1=80 但因为距离太近 取S=124

9.2附件设计：

1) 挡油环设计：采用脂润滑时，为防止箱体内润滑油飞溅到轴承内，稀释润滑脂

而变质，同时防止油脂泄入箱内轴承面向箱体内壁一侧应加挡油环。挡油板做成齿状，主动轴，挡油环厚度为6.9mm，挡油环与轴承间隔为3.9mm，置于轴承内侧。

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成人教育学院学生毕业设计（论文） 从动轴，挡油环厚度为7.2mm，挡油环与轴承间隔为5mm，置于轴承内侧。 2) 视孔盖：为检查传动零件的啮合情况，并向箱体内注入润滑油。在箱体的适当

位置设置观察孔，视孔盖用螺钉固定在箱盖上。根据表4—4查得 取A=115mm B=90mm A1=75 B1=50mm A2=95mm B2=70mm h=3mm R=10mm 螺钉d=M8 L=15 4个

3) 通气器：减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大，为使箱体内

热胀空气能自由排出，以保持箱内外压力平衡，不致使润滑油沿分合面、轴伸密封处或其他缝隙渗漏，在箱体顶部装通电器。选择通气器类型为简单式通气器。根据表4—5查得

取d=M10×D1=13mm D1=11.5mm S=10mm L=16mm l=8mm a=2mm d1=3mm

4) 油标：为检查减速器内油池面的高度及油的颜色是否正常，经常保持油池内有

适量的能使用的油，一般在箱体便于、油面较稳定的部分，安装油标。选择油标类型为油标尺。根据表4—7查得，d=M12 d1=4mm d2=12mm d3=6mm h=28mm a=10mm b=6mm C=4mm D=20mm D1=16mm

5) 油塞：为在换油时便于排污油和清洗剂，应在箱底部、油池的最低位置处开设

放油孔，平时用油塞将放油孔堵住。根据表4—10查得，外六角螺塞的尺寸为

d=M12×1.25 d1=10.2 D=22

e=15 S=13 L=24 h=12 b=3 b1=2 c=1.0

6) 定位销：为保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔制造加工时的精度，应在精

加工轴承孔前，在箱盖与箱座的连接凸缘上配装圆锥定位销。因为采用多销定位，相对于箱体应为非对称布置，以免配错位。 圆锥销的结构尺寸

dmin=9.94mm l=60mm dmax=10mm a≈1.2mm r1≈d1=9.94mm r2≈a/2+d+（0.021）2/8a=10.54mm 公称直径d=10mm，长度l=60mm，

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成人教育学院学生毕业设计（论文） 材料35钢，热处理硬度28～38HRC，表面氧化处理A型圆锥销。

7) 启盖螺钉：为加强密封效果，通常装配时在箱体剖分面以上有水玻璃或密封胶，

然而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖。为此常在箱盖连接凸缘的适当位置，加工出1～2个螺孔，旋入启盖螺钉，将上箱盖顶起。

8) 起吊装置：当减速器重量超过25kg时，为了便于拆卸和搬运，在箱体上应设

置起吊装置。它常由箱盖上的吊孔和箱座上的吊钩构成。吊钩在箱座上铸出。根据表4—12查得。 K=C1+ C2=40mm H≈32mm h≈0.5H=16mm r≈0.25K=10mm b≈（1.8～2.5）δ=20mm

9) 套筒：防止轴上零件的轴向定位移动，使零件准确而可靠地处在规定的位置，

以保证机器的正常工作。

主动轴的套筒直径为47mm，宽为8mm 从动轴的套筒直径为59mm，宽为4.9 10) 回油沟的形状及尺寸： a=5 b=8 c=5

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