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1、安徽农业大学经济技术学院安徽农业大学经济技术学院 毕毕 业业 设设 计计 题目 二级直齿圆柱齿轮减速器 系别 专业 机械制造及其自动化 班级 4 姓名 周明 学号 12530102 指导教师 王柯 日期 2016 年 3 月 12 机械设计制造及其自动化 II 二级减速器三维造型设计摘要 齿轮传动是机械中广泛应用的传动形式。它由轴、轴承、齿轮及箱体组成的齿 轮减速在机械化生产中起着不可替代的作用。目前在减速器的设计领域，研究开发以产品设计 为目标，全过程综合应用器,用于工作机或执行机构之间,起到匹配转速和传递转矩的 功能。其特点是效率高、寿命长、维护简便，因而应用广泛。由于减速器内部结构 复杂
2、，如果单独用二维看上去不能一目了然，三维造型设计就解决了这样一个问题， 它能把减速器的关键部件很清晰的展现出来。因此，通过减速器的三维造型设计来 研究三维造型设计技术具有很强的代表性。 本设计以 SolidWorks 软件为主，并结合 AutoCAD 二维绘图软件，设计了一个 二级圆柱齿轮减速器，实现了减速器的三维模型生成。 Solidworks 软件是一个基于 Windows 操作平台的三维设计软件,它由著名的 Solidworks 公司发布。它是近年来出现且得到迅速推广应用的三维计算机辅助设计 软件，它本身是一款参数化建模软件。它不仅可以帮助工程设计人员以更快的速度 将更优的产品带入市场，
3、而且便于实现从 2D 到 3D 的设计方式转变。它的这些特点 加快了整个 3D 行业的发展步伐。 12 机械设计制造及其自动化 III 目目 录录 1、引言.1 2、电动机的选择.2 2.1. 电动机类型的选择 .2 2.2电动机功率的选择 .2 2.3确定电动机的转速 .3 3、计算总传动比及分配各级的传动比.4 3.1. 总传动比 .4 3.2分配各级传动比 .4 4、计算传动装置的传动和动力参数.5 4.1.电动机轴的计算 5 4.2.轴的计算(减速器高速轴) 5 4.3.轴的计算(减速器中间轴) 5 4.4.轴的计算(减速器低速轴) 6 4.5.轴的计算(卷筒轴) 6 5、减速器齿轮传
4、动的设计计算.6 5.1.高速级圆柱齿轮传动的设计计算 6 5.2.低速级圆柱齿轮传动的设计计算 8 6、轴的设计10 6.1.高速轴的设计 .11 6.2.中间轴的设计 .11 6.3.低速轴的设计 .11 12 机械设计制造及其自动化 IV 7、滚动轴承的选择14 8、键的选择14 9、联轴器的选择15 10、齿轮的润滑.15 11、滚动轴承的润滑.15 12、润滑油的选择.16 13、密封方法的选取.16 结 论.17 致 谢.18 参考文献.20 12 机械设计制造及其自动化 1 1、引言 齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着，不论是现在还是将来它都是 不可或缺的机械传动装置。当前减
5、速器普遍存在着体积大、重量大，或者传动 比大而机械效率过低的问题。目前德国、丹麦和日本处于领先地位，尤其是在 材料和制造工艺方面占据着优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传 动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。当今的减速器 是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。 因此，除了不断改进材料品质、提高工艺水平外，还在传动原理和传动结 构上深入探讨和创新，平动齿轮传动原理的出现就是一例。减速器与电动机的 连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产 品。目前，超小型的减速器的研究成果尚不明显。在医疗、生物工程、机器人 等领
6、域中，微型发动机已基本研制成功，美国和荷兰近期研制分子发动机的尺 寸在纳米级范围如能辅以纳米级的减速器，则应用前景远大。 12 机械设计制造及其自动化 2 2、电动机的选择 21 电动机类型的选择 由于输送机的工作条件是连续单向运转，工作时有小小的震动，使用有效期限 是 10 年，载荷不太大， Y 系列电动机是全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机 Y 系列电动机效率高，节能，堵转转矩高、噪声低、振动小、 运行安全可靠使 用维护方便等特点。因此我开始选用的电动机是 Y 系列的电动机。 2.2 电动机功率的选择 电动机功率的选择直接会影响到电动机的工作性能和经济性能的好坏，如果选择的电动机 功率小于工
7、作要求，就不能保证工作机正常工作；如果选择的电动机功率过大，电动机又 不能满载运行，功率因素与效率较低，从而加大了电能的消耗，造成许多浪费。 (1)带式运输机所需的功率 Pw Pw=Fw*Vw=70000.8/1000w=70000.8/10000.96=5.38kw 设计给定原始数据：输送带拉力 Fw(N)=7000 输送带速度 Vw(m/s)=0.8 滚筒直径 D(mm)=350 (2)计算电动机到工作机间的总效率 由课程设计课本查得：1 带传动的效率， 1=0.96 2一对滚动轴承效率， 2=0.98 3圆柱齿轮传动效率， 3=0.99 4联轴器效率 ， 4=0.98 5带式运输机滚筒效
8、率， 5=0.96 计算运动系统总传递效率： = 1 4 2 2 3 4 5= 0.96 0.98 4 0.992 0.98 0.96 = 0.816 (3)所需电动机功率： KW = = 5.38 0.808 = 6.66 12 机械设计制造及其自动化 3 由表2-1所列Y系列三相异步电动机技术数据中可以定，满足条件的电动机额 edd pP 定功率应取为7.5kw。 ed p 2.3确定电动机的转速 同一类型、相同额定功率的电动机低速的级数较多，外部尺寸和重量较大一些，价格 也相对来说较高，但可以使传动装置的总传动比和尺寸减小；高速电动机则与之相反，设 计的时候应该综合考虑各个方面的因素，选
9、取合适的电动机转速对接下来的设计和计算都 十分重要。 三相异步电动机常用的同步转速有750r/min, 1000r/min , 1500r/min , 3000r/min,常用的是 1500r/min或1000r/min的电动机。 （1）根据已知条件可以计算得知送机滚筒的工作转速 r/min 1000 601000 60 0.8 43.676 3.14 350 w V n D （2）确定电动机的转速 d n 为了便于选择电动机转速,先推算电动机转速的可选范围。由机械设计课程设计 表2-1查得 V带的传动比范围为高速齿轮传动比低速齿轮传动比 1 24i : 2 36i : 。则传动装置的总的传动
10、比为 3 36i : 12 机械设计制造及其自动化 4 1 2 3 18144iii i: 故电动机转速范围为 1814443.676 / min786.1686289.344 / min d nrr: 可见同步转速为,1000r/min、 1500r/min、3000r / min 的电动机均符合要求。 由于 3000r /min 的电动机体积小，转速高，传动不平稳：而又要满足电动机额定功率的要求， 因此选同步转速为1500r /min的电动机： 表 2-2 电动机型号额定功率 （kw） 同步转速 （r/min） 满载转速 （r/min） 总传动比 Y132M-47.51500144032.
11、97 由表中数据可知，选定电动机型号为 Y132M-4. 3、计算总传动比及分配各级的传动比 3.1、传动装置的总传动比 1440 32.97 43.676 m w n i n 32、分配各级传动比 取 V 带传动比为，则两级减速器的传动比为 1 2.5i 1 32.97 13.19 2.5 j i i i 两级圆柱齿轮减速器高速级齿轮传动比为，低速级齿轮传动比为，： 2 i 3 i 2 1.31.3 13.194.14 j ii 12 机械设计制造及其自动化 5 3 2 13.19 3.19 4.14 j i i i 4、计算传动装置的传动和动力 4.1、各轴转速 电动机轴为 0 轴，减速器
12、高速轴为 1 轴，中速轴为 2 轴，低速轴为 3 轴，鼓轮主动轴为 4 轴，因此各轴转速分别为： 0 1440 / min m nnr 0 1 1 1440 576 / min 2.5 n nr i 1 2 2 576 4.14 /r mni i n n 2 34 3 139.13 / min 3.15 n nnr i 4.2、各轴的输入功率 根据电动机的额定功率 0 7.5 ed ppkw 10v ppkw 2132 7.2 0.99 0.986.99ppkw 3232 6.99 0.99 0.986.78ppkw 4342 6.78 0.98 0.986.51ppkw 3.3、 各轴的转矩
13、 0 0 0 7.5 9550955049.74 1440 p TN m n : 12 机械设计制造及其自动化 6 1 1 1 7.2 9550 576 p TN m n : 2 2 2 6.99 9550 739.13 p TN m n : 3 3 3 6.78 9550 44.17 p TN m n : 4 4 4 6.5 9550 44.17 p TN m n : 则得传动装置运动和动力参数如下表所示 轴名效率 P（kw）转矩 T(Nm)转速 n(r/min)传动比 i效率 电动机轴7.549.741440 高速轴72119.38576 2.50.96 中速轴6.9990.31739.1
14、34.140.96 低速轴6.781465.944.173.190.96 滚筒轴6.51405.3744.1710.96 5、减速器齿轮传动的设计计算 5.1 高速级圆柱齿轮传动的设计计算 选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）齿轮类型 根据已定的传动方案选用直齿圆柱齿轮 z （2）齿轮的材料 由课本表 11-1： 高速级小齿轮选用钢，齿面硬度为 250HBS,45 lim1 1 600 480 H FE Mpa Mpa 高速级大齿轮选用钢，齿面硬度为 220HBS45 12 机械设计制造及其自动化 7 , lim2 2 H FE Mpa Mpa 由表 11-5，取 1.2,1.25
15、 HF SS lim1 1 lim2 2 1 1 2 2 500 H H H H H H FE F F FE F F Mpa S Mpa S Mpa S Mpa S (3)齿轮精度 运输机是一般的工作机械，速度不快，按 GB/T10095-19988，选用 8 级精度 （4）初步设计齿轮传动的主要尺寸 高速级传动比 ，高速轴转速 传动功率 齿轮按 8 2 i 1 576 / minnr 1 7.2pkw 精度制造。取中等载荷系数（表 11-3）K=1.6 齿宽系数（表 11-6） ，高速级小齿轮为非对 称布置 0.8 d 小齿轮上转矩 665 1 1 1 7.2 9.55 109.55 101
16、.2 10 576 p TN mm n : 弹性系数 （表 11-4） ，对于标准齿轮 188 E Z 2.5 H Z 2 1 3 1 5 3 21 2 1.6 1.2 104.14 1 188 2.5 0.84.14500 82 EH dH KTZ Zu d u 取小齿轮的齿数 ,则大齿轮的齿数,取 则实际传动 1 21Z 2 Z 2 87Z 比 2 2 1 87 4.14 21 Z i Z 12 机械设计制造及其自动化 8 模数 1 1 82 3.9 21 d m Z 齿宽 1 0.82 d bdmm 取 21 60,65bmm bmm 按课表 4-1 取 ，实际分度圆直径 ，3.5m 1
17、 21 3.573.5dmm 2 87 3.5304.5d 中心距 12 189 2 dd amm 4、验算齿轮弯曲强度，因齿轮按疲劳强度计算，所以只验算弯曲强度 齿形系数 ，齿根修正系数 1 2 2.88 Pa Pa Y Y 1 2 1.57 1.77 Sa Sa Y Y 111 1 2 5 2 1 22 21 11 1 2 2 1.6 1.2 102.88 1.57 60 3.521 112.5384 112.5 2.23 1.77 2.88 1.57 368 PaSa p F PaSa pF PaSa F KTYY bm z Mpa YY YY Mpa 安全 6、小齿轮的圆周速度 11
18、3.14 2.22/ 60 100060 1000 n d m s 对照表 11-2 可知选用 8 级精度是合适的 （二）低速级齿轮传动的设计计算 （1） 、齿轮材料，热处理及精度 考虑此减速器的功率及现场安装的限制，因此大小齿轮都选用软齿面渐开线圆柱齿轮 齿轮材料及热处理 12 机械设计制造及其自动化 9 材料 课本表 11-1： 低速小齿轮选用 钢，齿面硬度为大齿轮 260HBS,45 lim1 1 620 450 H FE Mpa Mpa 低速级大齿轮选用钢，齿面硬度为大齿轮 240HBS45 , lim2 2 H FE Mpa Mpa 由表 11-5，取 1.2,1.3 HF SS l
19、im1 1 lim2 2 1 1 2 2 517 H H H H H H FE F F FE F F Mpa S Mpa S Mpa S Mpa S （2） 、齿轮精度 运输机是一般的工作机械，速度不快，按 GB/T10095-19988，选用 8 级精度 （3）初步设计齿轮传动的主要尺寸 低速级传动比 ，高速轴转速 传动功率 齿轮 3 i 2 / minnr 2 pkw 按 8 精度制造。取中等载荷系数（表 11-3）K=1.6 齿宽系数（表 11-6） ，低速级小齿轮为 非对称布置 0.8 d 小齿轮上转矩 665 2 1 2 6.99 9.55 109.55 1010 139.13 p
20、TN mm n : 弹性系数 （表 11-4） ，对于标准齿轮 188 E Z 2.5 H Z 12 机械设计制造及其自动化 10 2 1 3 1 5 3 21 2 1.6103.17 1 188 2.5 0.83.17517 132 EH dH KTZ Zu d u mm 取小齿轮的齿数 ,则大齿轮的齿数,取 则实际传 1 Z 2 Z 2 Z 动比 2 3 1 110 35 Z i Z 模数 1 1 132 3.77 35 d m Z 齿宽 1 0.8.6 d bdmm 取 21 60,65bmm bmm 按课表 4-1 取 ，实际分度圆直径 ，3.5m 1 3.5.5dmm 2 3.538
21、5d 中心距 12 2 dd amm 4、验算齿轮弯曲强度，因齿轮按疲劳强度计算，所以只验算弯曲强度 5、小齿轮的圆周速度 11 3.14 2.22/ 60 100060 1000 n d m s 对照表 11-2 可知选用 8 级精度是合适的 6、装配草图 6.1 轴的设计计算 6.1.1 轴的选材：选用材料为钢，调质。45 查机械设计基础P241 表 14-1.查得碳素钢 1 650 60 B b Mpa Mpa 查机械设计基础P245 表 14-2.查钢取 45 3040 118107 Mpa C : : 12 机械设计制造及其自动化 11 6.1.2 轴的设计 (1)高速度轴 按纯扭转
22、强度估算轴径（最小直径） 3 P dC n : ，轴承选 6208. 3 1 24.7822.47 P dCmm n : 因轴的最小端开有键槽，轴径增大 5%，取 1 25dmm 高速轴齿轮由于尺寸原因把齿轮与轴做成一体，即 （2）中间轴 按纯扭转强度估算轴径（最小直径） 3 P dC n : ，取 ，轴承选 6307. 3 2 35.31 P dCmm n : 2 35dmm （3）低速轴 12 机械设计制造及其自动化 12 按纯扭转强度估算轴径（最小直径） 3 P dC n : ，轴承选 6214. 3 3 55.8 P dCmm n : 最小端开有键槽，轴增大 5%，取 3 dmm （4
23、）中间轴的强度校核 中间轴上小齿轮直径 ，转矩 1 325.5dmm 5 3 9.76 10TN mm: 周向力： 5 3 4 2 2 9.76 105997 T FN d 轴向力：0 径向力： cos202183 r FFN : 右上图可知，危险截面在齿轮的轴段中心处 扭矩： ， , ， T w 3 16 D w 75Dmm max 11.8Mpa 弯矩： ， ， r F lM ww 3 32 D w 81lmm 4.3Mpa 所以 22 1 42460 eb MpaMpa 此轴满足刚度条件 12 机械设计制造及其自动化 13 12 机械设计制造及其自动化 14 8、滚动轴承的选择 轴型号d
24、（mm）D（mm）B（mm） 高速轴 6208256216 中间轴 6307356216 低速轴 6214568219 9、键的选择 由【1】表 14.8 查得，选用 A 型普通平键 轴轴径（mm）键宽（mm）键高（mm）键长（mm） 高速轴 206660 3510870 中间轴 3510840 4012884 低速轴 56161068 12 机械设计制造及其自动化 15 10、联轴器的选择 低速轴和滚筒轴用联轴器连接，由题意选 LT 型弹性柱销联轴器，由【2】 附表 9.4 查得 HL3 联轴器 型号 公称扭矩 （Nm） 许用转速 （rmin） 轴径（mm） 轴孔长度 （mm） D（mm）
25、HL363050004060160 11、齿轮的润滑 采用浸油润滑，由于低速级周向速度低，所以浸油高度约为六分之一大齿 轮半径，取为 36mm。 12、滚动轴承的润滑 如果减速器用的是滚动轴承，则轴承的润滑方法可以根据齿轮或蜗杆的圆 周速度来选择： 圆周速度在 2m/s3m/s 以下时，由于飞溅的油量不能满足轴承的需要，所 以最好采用刮油润滑，或根据轴承转动座圈速度的大小选用脂润滑或滴油润滑。 利用刮板刮下齿轮或蜗轮端面的油，并导入油沟和流入轴承进行润滑的方法称 为刮油润滑。 圆周速度在 2ms3ms 以上时，可以采用飞溅润滑。把飞溅到箱盖上的 油，汇集到箱体剖分面上的油沟中，然后流进轴承进行
26、润滑。飞溅润滑最简单， 在减速器中应用最广。这时，箱内的润滑油粘度完全由齿轮传动决定。 12 机械设计制造及其自动化 16 13、润滑油的选择 采用脂润滑时，应在轴承内侧设置挡油环或其他内部密封装置，以免油池 中的油进入轴承稀释润滑脂。滴油润滑有间歇滴油润滑和连续滴油润滑两种方 式。为保证机器起动时轴承能得到一定量的润滑油，最好在轴承内侧设置一圆 缺形挡板，以便轴承能积存少量的油。挡板高度不超过最低滚珠(柱)的中心。 经常运转的减速器可以不设这种挡板。 转速很高的轴承需要采用压力喷油润滑。 如果减速器用的是滑动轴承，由于传动用油的粘度太高不能在轴承中使用， 所以轴承润滑就需要采用独自的润滑系统
27、。这时应根据轴承的受载情况和滑动 速度等工作条件选择合适的润滑方法和油的粘度。 齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用 L- AN15 润滑油。 14、密封方法的选取 选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密 封。 密封圈型号按所装配轴的直径确定为（F）B25-42-7-ACM， （F）B70-90-10- ACM。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。 12 机械设计制造及其自动化 17 结结 论论 毕业设计是一项自己独立完成的任务，因为咱们工科生是属于应用型的人 才，而且将来所从事的工作都是实际的操作及高新技术的研发以及应用维修。 所以我
28、们应该培养自己综合应用能力例如收集资料、提高计算、绘图、实验等， 以此来锻炼自己的技术应用能力。 本次毕业设计针对“二级圆柱齿轮减速器设计”的要求，在满足各种参数 要求的前提下，拿出一个具体实际可行的方案，因此我们从实际出发，认真的 思考与筛选，经过一个多月的努力终于有了现在的收获。回想起来，在创作过 程中真的是酸甜苦辣咸五味俱全。有时为了实现一个参数翻上好几本资料，然 而也不见得如人心愿。在制作的过程中，遇到了很多的困难，通过去图书馆查 阅资料，上网搜索，还有和老师与同学之间的讨论、交流，最终实现了这些问 题较好的解决。 由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器,用于原动机和工作机或执行机 构
29、之间,起匹配转速和传递转矩的作用,在现代机械中应用极为广泛。本次设计 的是带式运输机用的二级圆柱齿轮减速器。首先熟悉题目，收集资料，理解题 目，借取一些工具书。进行了传动方案的评述，选择齿轮减速器作为传动装置， 然后进行减速器的设计计算（包括选择电动机、设计齿轮传动、轴的结构设计、 选择并验算滚动轴承、选择并验算联轴器、校核平键联接、选择齿轮传动和轴 承的润滑方式九部分内容） 。然后用 Soildworks 进行传统的三维设计，完成圆 柱齿轮减速器装配图的绘制。通过毕业设计，系统的回顾一下大学四年的专业 知识树立正确的设计思想，培养综合运用机械设计课程和其他课程的理论知识 与生产实际情况来分析
30、和解决机械设计问题的能力及学习机械设计的一般方法 和步骤。掌握机械设计的一般规律，进行机械设计基本技能的训练：例如计算、 绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范，进行计算机辅助设计和绘图的训练。 12 机械设计制造及其自动化 18 通过这次毕业设计的学习和研究，我们开拓了视野，掌握了设计的一般步 骤和方法，同时这四年来所学的各种专业知识又得到了巩固，同时，这次毕业 设计又涉及到计算、绘图等，让我们又学到很多新的知识。但毕竟我们所学的 知识有限。本设计的好多地方都有漏洞还等待更改和完善。 致 谢 时光的流逝也许是客观的，然而流逝的快慢却纯是一种主观的感受。当自 己从找工作、毕业论文的压力下解脱出来
31、，长长地吁出一口气时， 我忽然间才 意识到，原来四年已经过去，到了该告别的时候了。一念至此，竟有 些恍惚， 所谓白驹过隙、百代过客云云，想来便是这般惆怅了。可是怅然之后，总要说 些什么。大学四年，生活其实很简单，只是一些读书、 写字和考试的周而复始。 此次的毕业设计我综合运用了课本知识，再加上实际生产所用到的一些设 计工艺，认真的对自己设计的数据进行计算和核对，严格按照设计的步骤和自 己已经标出的设计过程来进行计算。这些都是自己在设计中所能获得的好处。 虽然在计算的过程中也遇到了很多在课本中没有遇到过的问题，这些都是在实 际生产中所要考虑到的细节问题，而自己往往都会遗漏这样的设计，但在毕业 设
32、计指导老师王柯老师指导下，他给出我们在设计中必须及在实际中所要考虑 到的细节的讲解，使我体会到了理论联系实践的重要性。另外在设计的过程中 需要用大量的数据，而这些数据都是计算得来的，因此需要翻阅大量的相关设 计的文献。再进行数次的核对最终有了正确的设计数据。 毕业设计能够顺利的完成与指导老师的指导是分不开的。这篇毕业论文从 开题、资料查找、修改到最后定稿，如果没有他的心血，尚不知以何等糟糕的 面目出现。我很自豪有这样一位老师，他值得我感激和尊敬。遇到的问题和自 己不能设计的步骤，都是在指导老师的讲解下得到满意的答案。从而加快了自 己设计的进度和设计的正确性、严谨性。对学校要求的设计格式，王老师
33、也反 复的检查每一个格式和布局的美观，这样我们才能设计出符合标准的设计。 12 机械设计制造及其自动化 19 时间就这样在自己认真设计的过程中慢慢的过去了，几周的时间过的是有效和 充实的。到最后看到自己设计的题目完成后心情是非常喜悦的。因为这凝结了 自己辛苦的劳动和指导老师的指导，所以完成设计收获甚多。感谢和我共度四 年美好大学生活的 2012 级机制的全体同学。感谢经济技术学院的所有授课老师， 你们使我终身受益。感谢所有关 心、鼓励、支持我的家人、亲戚和朋友。 最后在对王老师感激的同时，也要对在百忙中认真评阅我们设计的学院领 导表示感谢，你们丰富的专业知识能给我们提出很多可行的方案。所以我由衷 的表示谢意！ 12 机械设计制造及其自动化 20 参考文献参考文献 【1】陈立德,机械设计基础.上海交大出版社，2000.11 【2】孙恒，机械原理.高等教育出版社，2013 【3】 联合编写组，机械手册，化学工业出版社，2001.7 【4】 陈立德,机械设计课程设计. 上海交大出版社，2000.11 【5】杜白石,机械设计课程设计.西北农林科技大学机电学院,2003 【6】龚桂义,机械设计课程设计指导书.北京：高等教育出版社,1996 【7】 吴宗泽,机械设计课程设计手册.第 2 版. 北京：高等教育出版社,1999