机械设计课程设计一级减速器

下面我将为你提供一个完整、详细的一级减速器课程设计指南，包含设计步骤、核心计算公式、注意事项和成果要求，希望能帮助你顺利完成设计。

第一部分：设计任务与总体方案分析

设计任务

老师会给你一个设计任务书,里面包含以下核心信息：

• 工作机参数：输送带的工作拉力 F (N)，工作速度 v (m/s)。
• 工作条件：单向运转，载荷平稳，每日工作小时数，预期使用寿命（通常为5-10年）。
• 原始数据：电动机功率 P (kW)，电动机满载转速 n_m (r/min)，工作机转速 n_w (r/min)。
• 具体要求：齿轮精度等级、是否采用浸油润滑、对轴的强度校核要求等。

传动方案确定

对于一级减速器,传动方案通常为： 电动机 → 联轴器 → 高速轴（小齿轮） → 一级圆柱齿轮传动 → 低速轴（大齿轮） → 联轴器 → 工作机

• 类型选择：一级减速器最常用的是一级圆柱齿轮减速器，根据轴的布置形式，又分为：

  • 展开式：结构简单，但齿轮相对于轴承不对称，易产生载荷集中，最常用。
  • 同轴式：输入轴和输出轴在同一轴线上，结构紧凑，但轴向尺寸较大，中间轴较长，刚度较差。
  • 分流式：载荷沿齿宽分布均匀，但结构复杂。

  对于课程设计,展开式一级圆柱齿轮减速器是首选，因为它最经典，能全面考察设计能力。

第二部分：设计计算步骤（核心部分）

这是整个设计的计算和理论依据,必须清晰、准确。

传动比计算与分配

1. 总传动比 i_总： i_总 = n_m / n_w n_m：电动机满载转速 (r/min) n_w：工作机转速 (r/min)

2. 传动比分配： 对于一级减速器，总传动比 i_总 就是齿轮传动的传动比 i_g。 i_g = i_总 = z_2 / z_1 (z_2: 大齿轮齿数, z_1: 小齿轮齿数) 一般推荐 i_g 的取值范围为 3 ~ 6，如果计算出的 i_总 过大，可能需要考虑二级减速器，但课程设计通常会控制 i_总 在此范围内。

运动和动力参数计算

为了后续轴和轴承的设计,需要计算出各轴的转速、功率和转矩。

效率 说明：

• η_1：电动机轴到高速轴的效率，通常为联轴器效率，η_1 ≈ 0.99 (弹性套柱销联轴器)。
• η_2：齿轮传动的效率，对于闭式齿轮传动，η_2 ≈ 0.97 ~ 0.98 (8级精度)。
• η_3：低速轴到工作机轴的效率，通常为联轴器效率，η_3 ≈ 0.99。

注意：从I轴到II轴，功率和转矩都要乘以齿轮传动的效率 η_2。

齿轮传动设计

这是设计的核心,通常按齿面接触疲劳强度进行设计，按齿根弯曲疲劳强度进行校核。

选择材料、热处理方法及精度等级

• 小齿轮：通常选用 40Cr，调质处理，硬度 280 ~ 320 HBS。
• 大齿轮：通常选用 45钢，调质处理，硬度 240 ~ 270 HBS。
• 精度等级：课程设计一般选用 8级精度。

按齿面接触疲劳强度设计 设计公式：d_1 ≥ ∛[ (2K_T * T_1 * (u ± 1)) / (ψ_d * σ_Hlim²) ] * (Z_H * Z_E * Z_ε)

• d_1：小齿轮分度圆直径 (mm)。
• K_T：载荷系数，初取 K_T = 1.3 ~ 1.6。
• T_1：小齿轮传递的转矩，即 T_I (N·mm)。
• u：齿数比，u = z_2 / z_1 = i_g。
• ψ_d：齿宽系数，ψ_d = b / d_1，查表选取，对于软齿面（硬度≤350 HBS），ψ_d ≈ 0.8 ~ 1.2。
• σ_Hlim：接触疲劳极限，查图获取。
• Z_H：节点区域系数，标准直齿轮 Z_H ≈ 2.5。
• Z_E：弹性影响系数，钢对钢 Z_E ≈ 189.8 √MPa。
• Z_ε：重合度系数，初取 Z_ε ≈ 0.9。

计算出 d_1 后，取标准值（如 d_1 = 50mm）。

确定齿轮主要参数

• 模数 m：m = d_1 / z_1，根据 d_1 和初选的 z_1 计算出 m，然后取标准模数（如 m=2, 2.5, 3, 4...）。
• 齿数 z：
  • 小齿轮齿数 z_1：通常取 z_1 = 20 ~ 40。z_1 过少，根切严重；z_1 过大，传动尺寸增大。
  • 大齿轮齿数 z_2 = u * z_1，取整。
• 分度圆直径：d_1 = m * z_1，d_2 = m * z_2。
• 中心距 a：a = (d_1 + d_2) / 2。
• 齿宽 b：b = ψ_d * d_1，通常将小齿轮齿宽 b_1 加大 5 ~ 10mm，即 b_1 = b + (5 ~ 10)，b_2 = b，以补偿安装误差和保证接触线长度。

校核齿根弯曲疲劳强度 校核公式：σ_F = (2K_T * T_1 * Y_Fa * Y_Sa * Y_ε) / (b * d_1 * m) ≤ [σ_F]

• Y_Fa：齿形系数，查表，取决于齿数 z。
• Y_Sa：应力校正系数，查表，取决于齿数 z。
• Y_ε：重合度系数，Y_ε ≈ 0.25 + 0.75 / ε_α。
• [σ_F]：弯曲许用应力，[σ_F] = (σ_Flim * Y_N * Y_X) / S_F。
  • σ_Flim：弯曲疲劳极限，查图