机械传动系统方案设计的主要目的是什么

第一部分为电动机选择及传动系统总的传动比分配主要确定电动机类型和结构形式、工作机主动轴功率、电动输出功率及传动系统总的传动比分配。第二部分为传动装置的运动和动力参数计算,主要确定各轴转速、各轴的输入功率、及各轴转矩。第三部分为有关锥齿轮的计算,选择齿轮、材料、精度、等级、确定齿轮齿数、转矩、载荷系数、轮宽系数及齿根弯曲疲劳强度校核。第四部分为带轮的设计包括带轮类型的选择、带轮尺寸参数的确定。第五部分为联轴器类型的选择及联轴器尺寸（型号）的确定 。

该变速器主要由齿轮、轴、轴承、箱体等组成。为方便减速器的制造、装配及使用 ，还在减速器上设置一系列附件，如检查孔、透气孔、油标尺或油面指示器、吊钩及起盖螺钉等。在原动机于变速器间采用是机械设备中应用较多的传动装置带传动，主要有主动轮、从动轮和传动带组成。工作时靠带与带轮间的摩擦或啮合实现主、从动轮间运动和动力的传递,具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸振及过载打滑以保护其他零件的优点。

设计者以严谨务实的认真态度进行了此次设计，但由于知识水平与实际经验有限。在设计中难免会出现一些错误、缺点和疏漏，诚请位评审老师能给于批评和指正。

摘 要

这次毕业设计是由封闭在刚性壳内所有内容的齿轮传动是一独立完整的机构。通过这一次设计可以初步掌握一般简单机械的一套完整的设计及方法，构成减速器的通用零部件。

这次毕业设计主要介绍了减速器的类型作用及构成等，全方位的运用所学过的知识。如：机械制图，金属材料工艺学公差等已学过的理论知识。在实际生产中得以分析和解决。减速器的一般类型有：圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、齿轮-蜗杆减速器，轴装式减速器、组装式减速器、联体式减速器。

在这次设计中进一步培养了工程设计的独立能力，树立正确的设计思想，掌握常用的机械零件，机械传动装置和简单机械设计的方法

和步骤，要求综合的考虑使用经济工艺性等方面的要求。确定合理的设计方案

在机电一体化系统中，用于伺服系统的齿轮传动一般是减速系统，其输入是高速、小转矩、输出是低速、大转矩。要求齿轮系统不但有足够的强度，还要有尽可能小的转动惯量，在同样的驱动功率下，其加速度响应为最大。此外，齿轮副的啮合间隙会造成不明显的传动死区。在闭环系统中，传动死区能使系统以1—5倍的间隙角产生低频率振荡，为此，要调小齿侧间隙，或采用消隙装置。在上述条件下，通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比，以提高伺服系统的响应速度.

首先要根据实际情况选择传动方式。

机械传动按传力方式分，可分为 ：

1 摩擦传动。

2 链条传动。

3 齿轮传动。

4 皮带传动。

5 蜗轮蜗杆传动。

6 棘轮传动。

7 曲轴连杆传动

8 气动传动。

9 液压传动（液压刨）

10 万向节传动

11 钢丝索传动（电梯、起重机中应用最广）

12 联轴器传动

13 花键传动。

《机械设计基础》PDF版分享 高校机械专业教材By魏兵

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基本信息 · · · · · ·

书名:机械设计基础(魏兵)

原价：39.50元

作者:魏兵，杨文堤　主编

出版社：华中科技大学出版社

出版日期：2011-7-1

ISBN：9787560970080

字数：507000

页码：360

版次：1

装帧：平装

开本：16开

编辑推荐 · · · · · ·

“机械设计基础”课程是高等工科院校机电类、近机类各专业的一门重要的技术基础课程，具有较强的综合性和实践性。本课程的学习，可拓宽学生的知识面，培养学生适应专业的能力，使学生具有对一般机械设备进行分析、维护、改进的基本能力。由魏兵和杨文堤主编的《机械设计基础》在满足机械类及非机械类专业对本课程要求的基础上，突出应用能力的培养，对课程的体系和内容进行了整合。主要内容分为5篇，第1篇为基本机构及其设计，第2篇为连接件设计，第3篇为机械传动设计，第4篇为轴系零部件及弹簧设计，第5篇为机械系统的动力学分析与设计。全书共18章，突出了机械设计基础课程的基本内容、基本理论和基本方法的学习与应用。

内容简介 · · · · · ·

本书是针对普通高等学校应用型人才培养对本课程的要求而编写的。本书是“普通高等学校机械基础课程规划教材”系列教材之一，全书内容共18章，从认识机器的组成及特征入手，从整体上介绍了课程的内容、性质、任务和学习方法，机械设计的基本要求和一般过程，机械零件的工作能力和计算准则，机械设计中常用材料的选用原则，机械零件结构设计的基本要求和“三化”。笫1章概括机器的全貌、分析机器的组成；第2～6章介绍平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系和其他常用机构的结构；第7、8章介绍在连接中的轴毂连接和螺纹连接；第9～11章介绍机械传动的齿轮传动、蜗杆传动和挠性传动的应用及简单的设计计算；第12～16章以轴系为代表着重介绍结构设计分析及滚动轴承、滑动轴承，简单介绍联轴器与离合器和弹簧；第17、18章介绍机械的调速与平衡，机械系统方案设计的基础知识。另外，每章都提供了重点、难点、学习指导及习题，以供读者学习时参考。本书可作为高等学校本科和专科近机械类、非机械类机械设计基础课程的教材，也可供有关工程技术人员参考使用。

目录 · · · · · ·

绪论0.1 机器的组成及特征0.2 本课程的内容、性质和任务0.3 机械设计的基本要求和设计过程0.4 机械零件的工作能力和计算准则0.5 机械设计中常用材料的选用原则0.6 机械零件的结构工艺性和“三化”思考与练习第1篇 基本机构及其设计　第1章 平面机构的运动简图及自由度1.1 运动副及其分类1.2 平面机构的运动简图1.3 平面机构的自由度计算本章重点、难点及学习指导思考与练习　第2章 平面连杆机构2.1 平面连杆机构的基本类型及其应用2.2 平面四杆机构的基本特性2.3 平面四杆机构的设计与实例分析本章重点、难点及学习指导思考与练习　第3章 凸轮机构3.1 凸轮机构的类型及应用3.2 从动件的常用运动规律3.3 图解法设计凸轮轮廓3.4 凸轮机构的压力角本章重点、难点及学习指导思考与练习　第4章 齿轮机构4.1 齿轮机构特点和基本类型4.2 齿轮的齿廓曲线4.3 渐开线齿廓的啮合特性4.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称及几何尺寸计算4.5 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动4.6 渐开线齿廓的加工4.7 平行轴斜齿轮机构4.8 直齿圆锥齿轮机构本章重点、难点及学习指导思考与练习　第5章 轮系及其设计5.1 轮系的类型5.2 定轴轮系及其传动比5.3 周转轮系及其传动比5.4 复合轮系的传动比5.5 轮系的功用5.6 其他类型的行星传动简介本章重点、难点及学习指导思考与练习　第6章 其他常用机构6.1 间歇运动机构6.2 螺旋传动机构6.3 摩擦传动机构6.4 万向机构6.5 液压及气动机构本章重点、难点及学习指导思考与练习第2篇　连接件设计　第7章 轴毂连接7.1 键连接和花键连接7.2 销连接的类型及应用7.3 无键连接本章重点、难点及学习指导思考与练习　第8章 螺纹连接8.1 螺纹8.2 螺纹副的受力、效率和自锁8.3 螺纹连接的基本类型8.4 螺栓连接的强度计算8.5 螺纹连接的结构设计本章重点、难点及学习指导思考与练习第3篇　机械传动设计　第9章 齿轮传动9.1 齿轮传动的失效形式及设计准则9.2 齿轮的常用材料及热处理9.3 直齿圆柱齿轮传动的受力分析及计算载荷9.4 直齿圆柱齿轮传动的强度计算与实例分析9.5 斜齿圆柱齿轮传动9.6 直齿圆锥齿轮传动9.7 齿轮的结构设计9.8 齿轮传动的润滑和效率本章重点、难点及学习指导思考与练习　第10章 蜗杆传动10.1 概述10.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸10.3 蜗杆传动的失效形式、常用材料和结构10.4 蜗杆传动的受力分析、强度计算与实例分析10.5 蜗杆传动的效率和润滑本章重点、难点及学习指导思考与练习　第11章 挠性传动11.1 带传动的类型、应用和特点11.2 V带与带轮11.3 带传动的工作情况分析11.4 带传动的设计计算11.5 V带传动的张紧、正确安装和维护11.6 同步带传动简介11.7 链传动的特点和应用11.8 链条和链轮11.9 链传动的工作情况分析11.10 滚子链传动的设计计算与实例分析11.11 链传动的合理布置和润滑本章重点、难点及学习指导思考与练习第4篇　轴系零部件及弹簧设计　第12章 轴的设计12.1 概述12.2 轴的初估计算12.3 轴的结构设计12.4 轴的强度计算12.5 轴的设计举例本章重点、难点及学习指导思考与练习　第13章　滚动轴承13.1 概述13.2 滚动轴承的类型选择13.3 滚动轴承的尺寸选择13.4 滚动轴承的组合设计13.5 滚动轴承的设计计算与实例分析本章重点、难点及学习指导思考与练习　第14章　滑动轴承14.1 滑动轴承的类型14.2 滑动轴承的结构形式14.3 滑动轴承的材料14.4 滑动轴承的润滑14.5 非液体摩擦滑动轴承的计算14.6 液体摩擦滑动轴承简介14.7 滚动轴承与滑动轴承的性能比较本章重点、难点及学习指导思考与练习　第15章　联轴器和离合器15.1 概述15.2 联轴器15.3 离合器本章重点、难点及学习指导思考与练习　第16章　弹簧16.1 概述16.2 圆柱螺旋弹簧的结构和几何尺寸16.3 弹簧的材料与制造16.4 圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算16.5 其他弹簧简介本章重点、难点及学习指导思考与练习第5篇　机械系统的动力学分析与设计　第17章　机械的调速与平衡17.1 机械运转速度波动调节的目的和方法17.2 机械平衡的目的17.3 刚性回转体的平衡本章重点、难点及学习指导思考与练习　第18章　机械系统设计综述18.1 概述18.2 机械系统的总体方案设计18.3 机械执行系统方案设计18.4 机械传动系统方案设计18.5 方案评价与决策参考文献

作者介绍

序言

一、传动方案分析 根据设计要求所需的性能和用途，有用机械传动的特点和布局上的要求可知：带传动具有平稳性好，能缓冲吸震、易布置在高速级，因此应择优考虑带传动。二、选择电动机和计算传动装置的运动和动力参数计算项目计算内容计算结果1、选择电动机 2、计算传动装置各轴的运动和动力参数 (1) 选择电动机为Y型全封闭笼型三相异步电动机(2) 选择电动机的功率由②式(2.1)(2.2)得∵ 查②表2.3，取=0.96 =0.99=0.97=0.99=0.96∴ 已知F=1800N , 1.2m/s(3)确定电动机轴转速卷筒轴工作转速 已知D 240mm , 1.2m/s∵ 查②表2.2得 =2~4，i齿轮=3~5∴i总=（2~4） (3~5)=6~20∴电动机转速可选范围为 查②附表8.1选得以下类型：方案电动机型号额定功率电动机转速（ ）Ped kw同步转速满载转速1Y132M-837507102Y132S-6310009603Y100L2-4315001420 综合考虑电动机和传动装置的尺寸重量及带传动和减速器的传动比,取同步转速为1000r/min，取2方案的电动机型号为Y132 S-6 ， Ped=3KW，n满=960r/min (1) 计算总传动比 （2）分配传动比各级平均传动比： 取i齿轮=3.5， 则 因为i带<i齿轮所以合适（3）确定各轴转速由②式（2.8）和(2.10)得Ⅰ轴Ⅱ轴卷筒轴（2）各轴的输入功率由②式（2.11）~(2.13)得Ⅰ轴 II轴 卷筒轴 （3）各轴输入转矩由②式(2.17)计算电动机轴的输入转矩Td 由②式(2.14)~(2.16)得I轴 II轴 卷筒轴运动和动力参数的计算结果列于下表： P电机=2.5KWped=3KW 电动机型号为:Y132 S-6Ped=3KW，n满=960r/min

1:结构上首先要考虑自由度的问题，也就是工作空间范围的问题，自由度越多结构和控制系统越复杂，目前市场上销售的机械手以2~6个自由度的为多，当然，一般需要有3个自由度以上的才能称为机械手，3个或3个以下的一般称为坐标机器人。除了自由度之外最重要的就是精度和刚性问题（后者在多自由度机械手中非常重要），前者关系到工作准确性，后者则关系到工作时的负载大小及速度。

我也在做这个题也 老兄

我只能提供样本给你哈 具体的还是得靠你自己啦

目 录

一课程设计书2

二设计要求 2

三设计步骤 2

1. 传动装置总体设计方案3

2. 电动机的选择4

3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5

4. 计算传动装置的运动和动力参数5

6. 齿轮的设计 8

7. 滚动轴承和传动轴的设计 19

8. 键联接设计 26

9. 箱体结构的设计 27

10.润滑密封设计30

11.联轴器设计 30

四设计小结 31

五参考资料 32

一. 课程设计书

设计课题:

设计一用于带式运输机上的两级齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷有轻微冲击，工作环境多尘，通风良好,空载起动,卷筒效率为0.96(包括其支承轴承效率的损失),减速器小批量生产,使用期限10年(300天/年),三班制工作,滚筒转速容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V。

参数:

皮带有效拉力F（KN） 3.2

皮带运行速度V（m/s） 1.4

滚筒直径D（mm） 400

二. 设计要求

1.减速器装配图1张(0号)。

2.零件工作图2-3张(A2)。

3.设计计算说明书1份。

三. 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. 齿轮的设计

6. 滚动轴承和传动轴的设计

7. 键联接设计

8. 箱体结构设计

9. 润滑密封设计

10. 联轴器设计

1.传动装置总体设计方案:

1. 组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。

2. 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：考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级。

其传动方案如下：

图一:(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V带传动和二级圆柱斜齿轮减速器。

传动装置的总效率

为V带的传动效率, 为轴承的效率，

为对齿轮传动的效率，（齿轮为7级精度，油脂润滑）

为联轴器的效率， 为滚筒的效率

因是薄壁防护罩,采用开式效率计算。

取 =0.96 =0.98=0.95 =0.99=0.96

＝0.96× × ×0.99×0.96＝0.760；

2.电动机的选择

电动机所需工作功率为： P ＝P/η ＝3200×1.4/1000×0.760＝3.40kW

滚筒轴工作转速为n＝ = =66.88r/min，

经查表按推荐的传动比合理范围，V带传动的传动比i ＝2～4，二级圆柱斜齿轮减速器传动比i ＝8～40，

则总传动比合理范围为i ＝16～160，电动机转速的可选范围为n ＝i ×n＝（16～160）×66.88＝1070.08～10700.8r/min。

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，

选定型号为Y112M—4的三相异步电动机，额定功率为4.0

额定电流8.8A，满载转速 1440 r/min，同步转速1500r/min。

方案 电动机型号 额定功 率

P

kw 电动机转速

电动机重量

N 参考价格

元 传动装置的传动比

同步转速 满载转速 总传动 比 V带传 动 减速器

1 Y112M-4 4 1500 1440 470 230 125.65 3.5 35.90

3.确定传动装置的总传动比和分配传动比

（1）总传动比

由选定的电动机满载转速n 和工作机主动轴转速n，可得传动装置总传动比为 ＝n /n＝1440/66.88＝17.05

（2）分配传动装置传动比

＝ ×

式中 分别为带传动和减速器的传动比。

为使V带传动外廓尺寸不致过大，初步取 ＝2.3（实际的传动比要在设计V带传动时，由所选大、小带轮的标准直径之比计算），则减速器传动比为

＝ ＝17.05/2.3＝7.41

根据展开式布置，考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，查图得高速级传动比为 ＝3.24，则 ＝ ＝2.29

4.计算传动装置的运动和动力参数

（1） 各轴转速

＝ ＝1440/2.3＝626.09r/min

＝ ＝626.09/3.24＝193.24r/min

＝ / ＝193.24/2.29=84.38 r/min

= =84.38 r/min

（2） 各轴输入功率

＝ × ＝3.40×0.96＝3.26kW

＝ ×η2× ＝3.26×0.98×0.95＝3.04kW

＝ ×η2× ＝3.04×0.98×0.95＝2.83kW

＝ ×η2×η4=2.83×0.98×0.99＝2.75kW

则各轴的输出功率：

＝ ×0.98=3.26×0.98=3.19 kW

＝ ×0.98=3.04×0.98=2.98 kW

＝ ×0.98=2.83×0.98=2.77kW

＝ ×0.98=2.75×0.98=2.70 kW

（3） 各轴输入转矩

= × × N•m

电动机轴的输出转矩 =9550 =9550×3.40/1440=22.55 N•m

所以: ＝ × × =22.55×2.3×0.96=49.79 N•m

＝ × × × =49.79×3.24×0.96×0.98=151.77 N•m

＝ × × × =151.77×2.29×0.98×0.95=326.98N•m

= × × =326.98×0.95×0.99=307.52 N•m

输出转矩： ＝ ×0.98=49.79×0.98=48.79 N•m

＝ ×0.98=151.77×0.98=148.73 N•m

＝ ×0.98=326.98×0.98=320.44N•m

＝ ×0.98=307.52×0.98=301.37 N•m

运动和动力参数结果如下表

轴名 功率P KW 转矩T Nm 转速r/min

输入 输出 输入 输出

电动机轴 3.40 22.55 1440

1轴 3.26 3.19 49.79 48.79 626.09

2轴 3.04 2.98 151.77 148.73 193.24

3轴 2.83 2.77 326.98 320.44 84.38

4轴 2.75 2.70 307.52 301.37 84.38

5.齿轮的设计

（一）高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，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮

（1）齿轮材料及热处理

① 材料：高速级小齿轮选用45#钢调质，齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数 =24

高速级大齿轮选用45#钢正火，齿面硬度为大齿轮 240HBSZ = ×Z =3.24×24=77.76 取Z =78.

② 齿轮精度

按GB/T10095－1998，选择7级，齿根喷丸强化。

2．初步设计齿轮传动的主要尺寸

按齿面接触强度设计

确定各参数的值:

①试选 =1.6

查课本 图10-30 选取区域系数 Z =2.433

由课本 图10-26

则

②由课本 公式10-13计算应力值环数

N =60n j =60×626.09×1×（2×8×300×8）

=1.4425×10 h

N = =4.45×10 h #(3.25为齿数比,即3.25= )

③查课本 10-19图得：K =0.93 K =0.96

④齿轮的疲劳强度极限

取失效概率为1%,安全系数S=1,应用 公式10-12得:

[ ] = =0.93×550=511.5

[ ] = =0.96×450=432

许用接触应力

⑤查课本由 表10-6得： =189.8MP

由 表10-7得: =1

T=95.5×10 × =95.5×10 ×3.19/626.09

=4.86×10 N.m

3.设计计算

①小齿轮的分度圆直径d

=

②计算圆周速度

③计算齿宽b和模数

计算齿宽b

b= =49.53mm

计算摸数m

初选螺旋角 =14

=

④计算齿宽与高之比

齿高h=2.25 =2.25×2.00=4.50

= =11.01

⑤计算纵向重合度

=0.318 =1.903

⑥计算载荷系数K

使用系数 =1

根据 ,7级精度, 查课本由 表10-8得

动载系数K =1.07,

查课本由 表10-4得K 的计算公式:

K = +0.23×10 ×b

=1.12+0.18(1+0.6 1) ×1+0.23×10 ×49.53=1.42

查课本由 表10-13得: K =1.35

查课本由 表10-3 得: K = =1.2

故载荷系数:

K＝K K K K =1×1.07×1.2×1.42=1.82

⑦按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径

d =d =49.53× =51.73

⑧计算模数

=

4. 齿根弯曲疲劳强度设计

由弯曲强度的设计公式

≥

⑴ 确定公式内各计算数值

① 小齿轮传递的转矩 ＝48.6kN•m

确定齿数z

因为是硬齿面，故取z ＝24，z ＝i z ＝3.24×24＝77.76

传动比误差 i＝u＝z / z ＝78/24＝3.25

Δi＝0.032％ 5％，允许

② 计算当量齿数

z ＝z /cos ＝24/ cos 14 ＝26.27

z ＝z /cos ＝78/ cos 14 ＝85.43

③ 初选齿宽系数

按对称布置，由表查得 ＝1

④ 初选螺旋角

初定螺旋角 ＝14

⑤ 载荷系数K

K＝K K K K =1×1.07×1.2×1.35＝1.73

⑥ 查取齿形系数Y 和应力校正系数Y

查课本由 表10-5得:

齿形系数Y ＝2.592 Y ＝2.211

应力校正系数Y ＝1.596 Y ＝1.774

⑦ 重合度系数Y

端面重合度近似为 ＝[1.88-3.2×（ ）] ＝[1.88－3.2×（1/24＋1/78）]×cos14 ＝1.655

＝arctg（tg /cos ）＝arctg（tg20 /cos14 ）＝20.64690

＝14.07609

因为 ＝ /cos ，则重合度系数为Y ＝0.25+0.75 cos / ＝0.673

⑧ 螺旋角系数Y

轴向重合度 ＝ ＝1.825,

Y ＝1－ ＝0.78

⑨ 计算大小齿轮的

安全系数由表查得S ＝1.25

工作寿命两班制，8年，每年工作300天

小齿轮应力循环次数N1＝60nkt ＝60×271.47×1×8×300×2×8＝6.255×10

大齿轮应力循环次数N2＝N1/u＝6.255×10 /3.24＝1.9305×10

查课本由 表10-20c得到弯曲疲劳强度极限

小齿轮 大齿轮

查课本由 表10-18得弯曲疲劳寿命系数:

K =0.86K =0.93

取弯曲疲劳安全系数 S=1.4

[ ] =

[ ] =

大齿轮的数值大.选用.

⑵ 设计计算

① 计算模数

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m =2mm但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d =51.73 来计算应有的齿数.于是由:

z = =25.097 取z =25

那么z =3.24×25=81

② 几何尺寸计算

计算中心距 a= = =109.25

将中心距圆整为110

按圆整后的中心距修正螺旋角

=arccos

因 值改变不多,故参数 , , 等不必修正.

计算大.小齿轮的分度圆直径

d = =51.53

d = =166.97

计算齿轮宽度

B=

圆整的

（二） 低速级齿轮传动的设计计算

⑴ 材料：低速级小齿轮选用45钢调质，齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数 =30

速级大齿轮选用45钢正火，齿面硬度为大齿轮 240HBSz =2.33×30=69.9 圆整取z =70.

⑵ 齿轮精度

按GB/T10095－1998，选择7级，齿根喷丸强化。

⑶ 按齿面接触强度设计

1. 确定公式内的各计算数值

①试选K =1.6

②查课本由 图10-30选取区域系数Z =2.45

③试选 ,查课本由 图10-26查得

=0.83=0.88 =0.83+0.88=1.71

应力循环次数

N =60×n ×j×L =60×193.24×1×(2×8×300×8)

=4.45×10

N = 1.91×10

由课本 图10-19查得接触疲劳寿命系数

K =0.94 K = 0.97

查课本由 图10-21d

按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ,

大齿轮的接触疲劳强度极限

取失效概率为1%,安全系数S=1,则接触疲劳许用应力

[ ] = =

[ ] = =0.98×550/1=517

[ 540.5

查课本由 表10-6查材料的弹性影响系数Z =189.8MP

选取齿宽系数

T=95.5×10 × =95.5×10 ×2.90/193.24

=14.33×10 N.m

=65.71

2. 计算圆周速度

0.665

3. 计算齿宽

b= d =1×65.71=65.71

4. 计算齿宽与齿高之比

模数 m =

齿高 h=2.25×m =2.25×2.142=5.4621

=65.71/5.4621=12.03

5. 计算纵向重合度

6. 计算载荷系数K

K =1.12+0.18(1+0.6 +0.23×10 ×b

=1.12+0.18(1+0.6)+ 0.23×10 ×65.71=1.4231

使用系数K =1

同高速齿轮的设计,查表选取各数值

=1.04 K =1.35K =K =1.2

故载荷系数

K＝ =1×1.04×1.2×1.4231=1.776

7. 按实际载荷系数校正所算的分度圆直径

d =d =65.71×

计算模数

3. 按齿根弯曲强度设计

m≥

一确定公式内各计算数值

（1） 计算小齿轮传递的转矩 ＝143.3kN•m

（2） 确定齿数z

因为是硬齿面，故取z ＝30，z ＝i ×z ＝2.33×30＝69.9

传动比误差 i＝u＝z / z ＝69.9/30＝2.33

Δi＝0.032％ 5％，允许

（3） 初选齿宽系数

按对称布置，由表查得 ＝1

（4） 初选螺旋角

初定螺旋角 ＝12

（5） 载荷系数K

K＝K K K K =1×1.04×1.2×1.35＝1.6848

（6） 当量齿数

z ＝z /cos ＝30/ cos 12 ＝32.056

z ＝z /cos ＝70/ cos 12 ＝74.797

由课本 表10-5查得齿形系数Y 和应力修正系数Y

（7） 螺旋角系数Y

轴向重合度 ＝ ＝2.03

Y ＝1－ ＝0.797

（8） 计算大小齿轮的

查课本由 图10-20c得齿轮弯曲疲劳强度极限

查课本由 图10-18得弯曲疲劳寿命系数

K =0.90 K =0.93S=1.4

[ ] =

[ ] =

计算大小齿轮的 ,并加以比较

大齿轮的数值大,选用大齿轮的尺寸设计计算.

① 计算模数

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m =3mm但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d =72.91 来计算应有的齿数.

z = =27.77 取z =30

z =2.33×30=69.9 取z =70

② 初算主要尺寸

计算中心距 a= = =102.234

将中心距圆整为103

修正螺旋角

=arccos

因 值改变不多,故参数 , , 等不必修正

分度圆直径

d = =61.34

d = =143.12

计算齿轮宽度

圆整后取

低速级大齿轮如上图：

齿轮各设计参数附表

1. 各轴转速n

(r/min)

(r/min)

(r/min)

(r/min)

626.09 193.24 84.38 84.38

2. 各轴输入功率 P

（kw）

（kw）

（kw）

(kw)

3.26 3.04 2.83 2.75

3. 各轴输入转矩 T

(kN•m)

(kN•m)

(kN•m)

(kN•m)

49.79 151.77 326.98 307.52

6.传动轴承和传动轴的设计

1. 传动轴承的设计

⑴. 求输出轴上的功率P ，转速 ，转矩

P =2.83KW =84.38r/min

=326.98N．m

⑵. 求作用在齿轮上的力

已知低速级大齿轮的分度圆直径为

=143.21

而 F =

F = F

F = F tan =4348.16×0.246734=1072.84N

圆周力F ，径向力F 及轴向力F 的方向如图示:

⑶. 初步确定轴的最小直径

先按课本15-2初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,根据课本 取

输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径 ,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号

查课本 ,选取

因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以

查《机械设计手册》

选取LT7型弹性套柱销联轴器其公称转矩为500Nm,半联轴器的孔径

⑷. 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

① 为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,Ⅰ-Ⅱ轴段右端需要制出一轴肩,故取Ⅱ-Ⅲ的直径 左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径 半联轴器与 为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端上, 故Ⅰ-Ⅱ的长度应比 略短一些,现取

② 初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列角接触球轴承.参照工作要求并根据 ,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组 标准精度级的单列角接触球轴承7010C型.

D B

轴承代号

45 85 19 58.8 73.2 7209AC

45 85 19 60.5 70.2 7209B

45 100 25 66.0 80.0 7309B

50 80 16 59.2 70.9 7010C

50 80 16 59.2 70.9 7010AC

50 90 20 62.4 77.7 7210C

2. 从动轴的设计

对于选取的单向角接触球轴承其尺寸为的 ,故 而 .

右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位.由手册上查得7010C型轴承定位轴肩高度 mm,

③ 取安装齿轮处的轴段 齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位.已知齿轮 的宽度为75mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取 . 齿轮的左端采用轴肩定位,轴肩高3.5,取 .轴环宽度 ,取b=8mm.

④轴承端盖的总宽度为20mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定) .根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 ,故取 .

⑤取齿轮距箱体内壁之距离a=16 ,两圆柱齿轮间的距离c=20 .考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离 s,取s=8 ,已知滚动轴承宽度T=16 ,

高速齿轮轮毂长L=50 ,则

至此,已初步确定了轴的各端直径和长度.

5.求轴上的载荷

首先根据结构图作出轴的计算简图, 确定顶轴承的支点位置时,

查《机械设计手册》20-149表20.6-7.

对于7010C型的角接触球轴承,a=16.7mm,因此,做为简支梁的轴的支承跨距.

传动轴总体设计结构图:

(从动轴)

(中间轴)

(主动轴)

从动轴的载荷分析图:

6. 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度

根据

= =

前已选轴材料为45钢，调质处理。

查表15-1得[ ]=60MP

〈 [ ]此轴合理安全

7. 精确校核轴的疲劳强度.

⑴. 判断危险截面

截面A,Ⅱ,Ⅲ,B只受扭矩作用。所以A Ⅱ Ⅲ B无需校核.从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面Ⅵ和Ⅶ处过盈配合引起的应力集中最严重,从受载来看,截面C上的应力最大.截面Ⅵ的应力集中的影响和截面Ⅶ的相近,但是截面Ⅵ不受扭矩作用,同时轴径也较大,故不必做强度校核.截面C上虽然应力最大,但是应力集中不大,而且这里的直径最大,故C截面也不必做强度校核,截面Ⅳ和Ⅴ显然更加不必要做强度校核.由第3章的附录可知,键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而,该轴只需胶合截面Ⅶ左右两侧需验证即可.

⑵. 截面Ⅶ左侧。

抗弯系数 W=0.1 = 0.1 =12500

抗扭系数=0.2 =0.2 =25000

截面Ⅶ的右侧的弯矩M为

截面Ⅳ上的扭矩 为 =311.35

截面上的弯曲应力

截面上的扭转应力

= =

轴的材料为45钢。调质处理。

由课本 表15-1查得：

因

经插入后得

2.0 =1.31

轴性系数为

=0.85

K =1+ =1.82

K =1+ （ -1）=1.26

所以

综合系数为：K =2.8

K =1.62

碳钢的特性系数 取0.1

取0.05

安全系数

S = 25.13

S 13.71

≥S=1.5所以它是安全的

截面Ⅳ右侧

抗弯系数W=0.1 = 0.1 =12500

抗扭系数=0.2 =0.2 =25000

截面Ⅳ左侧的弯矩M为 M=133560

截面Ⅳ上的扭矩 为=295

截面上的弯曲应力

截面上的扭转应力

= = K =

K =

所以

综合系数为：

K =2.8K =1.62

碳钢的特性系数

取0.1取0.05

安全系数

S = 25.13

S 13.71

≥S=1.5所以它是安全的

8.键的设计和计算

①选择键联接的类型和尺寸

一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键.

根据d =55d =65

查表6-1取： 键宽 b =16 h =10 =36

b =20 h =12 =50

②校和键联接的强度

查表6-2得 [ ]=110MP

工作长度 36-16=20

50-20=30

③键与轮毂键槽的接触高度

K =0.5 h =5

K =0.5 h =6

由式（6-1）得：

＜[ ]

＜[ ]

两者都合适

取键标记为：

键2：16×36 A GB/T1096-1979

键3：20×50 A GB/T1096-1979

9.箱体结构的设计

减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，

大端盖分机体采用 配合.

1. 机体有足够的刚度

在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度

2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。

因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为40mm

为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为

3. 机体结构有良好的工艺性.

铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便.

4. 对附件设计

A 视孔盖和窥视孔

在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固

B 油螺塞：

放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。

C 油标：

油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。

油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.

D 通气孔：

由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.

E 盖螺钉：

启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。

钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.

F 位销：

为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.

G 吊钩：

在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体.

减速器机体结构尺寸如下：

名称 符号 计算公式 结果

箱座壁厚

10

箱盖壁厚

9

箱盖凸缘厚度

12

箱座凸缘厚度

15

箱座底凸缘厚度

25

地脚螺钉直径

M24

地脚螺钉数目

查手册 6

轴承旁联接螺栓直径

M12

机盖与机座联接螺栓直径

=（0.5~0.6）

M10

轴承端盖螺钉直径

=（0.4~0.5）

10

视孔盖螺钉直径

=（0.3~0.4）

8

定位销直径

=（0.7~0.8）

8

， ， 至外机壁距离

查机械课程设计指导书表4 34

22

18

， 至凸缘边缘距离

查机械课程设计指导书表4 28

16

外机壁至轴承座端面距离

= + +（8~12）

50

大齿轮顶圆与内机壁距离

>1.2

15

齿轮端面与内机壁距离

>

10

机盖，机座肋厚

9 8.5

轴承端盖外径

+（5~5.5）

120（1轴）125（2轴）

150（3轴）

轴承旁联结螺栓距离

120（1轴）125（2轴）

150（3轴）

10. 润滑密封设计

对于二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于 ，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度.

油的深度为H+

H=30 =34

所以H+ =30+34=64

其中油的粘度大，化学合成油，润滑效果好。

密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封，联接

凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为

密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太

大，国150mm。并匀均布置，保证部分面处的密封性。

11.联轴器设计

1.类型选择.

为了隔离振动和冲击，选用弹性套柱销联轴器.

2.载荷计算.

公称转矩：T=9550 9550 333.5

查课本 ,选取

所以转矩

因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以

查《机械设计手册》

选取LT7型弹性套柱销联轴器其公称转矩为500Nm

1、根据负载、以及运动状态（速度、是垂直运动还是水平运动）来计算驱动功率

2、初步估定齿轮模数（必要时，后续进行齿轮强度校核，若在强度校核时，发现模数选得太小，就必须重新确定齿轮模数，关于齿轮模数的选取，一般凭经验、或是参照类比，后期进行安全校核）

3、进行初步的结构设计，确定总传动、以及确定传动级数（几级传动）

4、根据总传动比进行分配，计算出各级的分传动比

5、根据系统需要进行详细的传动结构设计（各个轴系的详细设计），这样的设计一般还在总装图上进行。

6、在结构设计的时候，若发现前期的参数不合理（包括齿轮过大、相互有干涉、制造与安装困难等），就需要及时的返回上面程序重新来过

7、 画出关键轴系的简图（一般是重载轴，当然，各个轴系都做一遍当然好），画出各个轴端的弯矩图、转矩图，从而找出危险截面，并进行轴的强度校核

8、低速轴齿轮的强度校核

9、安全无问题后，拆分零件图

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机械转动功能是 配合执行器完成力的传递。

机电一体化系统设计这一项目你可以去看看这本书，上面介绍的比较清楚

[1] 《机电一体化系统设计(普通高等教育机械类十二五规划系列教材)》( 俞竹青、金卫东担任主编)介绍了机电一体化系统的基本原理、机电一体化系统的构成、常用传感器、常用执行元件以及相关检测控制电路设计，力求贴近工程实用。全书共7章，内容包括：概论、机械系统部件及其设计、检测传感器及其接口电路、执行元件及控制、单片机及接口电路设计、机电一体化系统的抗干扰设计、机电一体化系统设计实例。本书注意理论与实际的结合，重视解决工程实际问题，并力求做到突出重点，层次分明，语言易懂，以便于读者自学。 目录第1章 概论 1．1 机电一体化概念 1．2 机电一体化系统的构成 1．3 机电一体化关键技术 复习思考题第2章 机械系统部件及其设计 2．1 概述 2．1．1 机电一体化产品对机械系统部件的基本要求 2．1．2 机电一体化产品机械系统的基本组成及其功能 2．2 机械传动机构 2．2．1 齿轮传动机构及其设计 2．2．2 丝杠螺母机构及其选用 2．2．3 同步带传动 2．3 导向与支承机构 2．3．1 回转运动支承 2．3．2 直线运动支承 2．3．3 框架类支承构件 2．4 机械执行机构 2．4．1 机械执行机构的功能 2．4．2 机械执行机构的分类 2．4．3 机械执行机构设计的要求 2．4．4 机械执行机构设计的步骤 复习思考题第3章 检测传感器及其接口电路 3．1 温度传感器 3．2 力传感器 3．2．1 金属电阻应变片式力传感器 3．2．2 半导体应变式力传感器 3．3 位移测量传感器 3．3．1 电容位移传感器 3．3．2 气隙电感位移传感器 3．3．3 差动变压器结构电感式位移传感器 3．3．4 涡流电感式位移传感器 3．4 光电传感器 3．5 光电编码器 3．5．1 增量式光电编码器构成及原理 3．5．2 绝对式光电编码器构成及原理 3．5．3 增量式光电编码器计数电路 3．6 电流环信号传输 3．7 运算放大器的基本电路 复习思考题第4章 执行元件及控制 4．1 执行元件的分类 4．1．1 电动执行元件 4．1．2 气动执行元件 4．1．3 液压执行元件 4．2 直流电动机的基本工作原理 4．3 三相异步电动机的旋转磁场 4．4 步进电动机 4．5 直线电动机 4．5．1 直线感应电动机 4．5．2 直线直流电动机 4．5．3 直线步进电动机 4．6 直流电动机的驱动控制 4．6．1 开关型功率接口电路 4．6．2 直流电动机PWM驱动方式 4．6．3 IR2130三相驱动控制集成芯片 4．7 交流伺服电动机控制 4．8 电—气比例阀、伺服阀 4．8．1 滑阀式电气方向比例阀 4．8．2 动圈式二级方向伺服阀 4．8．3 动圈式压力伺服阀 4．8．4 脉宽调制伺服阀 4．8．5 电—气比例伺服系统的应用实例(柔性定位伺服汽缸) 4．9 电—液比例阀、伺服阀 4．9．1 电—液伺服阀 4．9．2 电—液比例阀 复习思考题第5章 单片机及接口电路设计 5．1 MCS—51单片机 5．1．1 MCS—51单片机的引脚描述及片外总线结构 5．1．2 MCS—51片内总体结构 5．1．3 MCS—51单片机基本外围电路 5．1．4 MCS—51单片机看门狗电路(MAX6814) 5．2 A/D转换及与单片机接口电路设计 5．3 多路模拟开关 5．4 AVR单片机简介 5．4．1 ATmegal28的结构和主要特点 5．4．2 ATmegal28的封装和引脚 5．4．3 ATmegal28的I/O端口描述 5．4．4 ATmegal28端口的第2功能 5．4．5 ATmegal28的时钟系统 5．5 AVR单片机开发工具(ATmegal28) 5．5．1 ICCAVR集成开发环境 5．5．2 ICCAVR介绍 5．5．3 ICCAVR导游 5．5．4 ICCAVR C库函数与启动文件 5．5．5 访问AVR硬件的编程 5．6 ATmegal28基础实例 5．6．1 发光二极管应用实验 5．6．2 键盘电路应用实例 复习思考题第6章 机电一体化系统的抗干扰设计 6．1 电磁干扰形成的条件 6．2 干扰源 6．2．1 供电干扰 6．2．2 过程通道干扰 6．2．3 场干扰 6．3 提高系统抗电源干扰能力的方法 6．3．1 配电方案中的抗干扰措施 6．3．2 利用电源监视电路抗电源干扰 6．3．3 用Watchdog抗电源干扰 6．4 电场与磁场干扰耦合的抑制 6．4．1 电场与磁场干扰耦合的特点 6．4．2 电场与磁场干扰耦合的抑制 6．5 几种接地技术 6．5．1 单点接地 6．5．2 多点接地 6．5．3 混合单点接地 6．5．4 混合多点接地 6．5．5 接地的一般性原则 6．6 过程通道抗干扰措施 6．7 模拟信号的线性光耦隔离 6．7．1 HCNR200基本工作原理 6．7．2 HCNR200的基本工作电路 6．7．3 HCNR200应用电路设计 6．8 空间干扰的抑制 6．9 软件抗干扰技术 6．9．1 实施软件抗干扰的必要条件 6．9．2 数据采样的干扰抑制 6．9．3 程序运行失常的软件抗干扰措施 6．10 铁氧体插损器 6．10．1 铁磁性材料(铁氧体)特性 6．10．2 磁导率对电磁干扰的影响 6．10．3 铁氧体的特性阻抗 6．10．4 铁氧体插损器件及应用 复习思考题第7章 机电一体化系统设计实例 7．1 RC伺服电动机控制 7．1．1 RC伺服电动机简介 7．1．2 RC伺服电动机的内部组成 7．1．3 RC伺服电动机的控制 7．1．4 硬件电路图 7．1．5 RC伺服电动机的正向旋转和逆向旋转控制实验 7．1．6 RC伺服电动机的旋转相应角度实验 7．1．7 RC伺服电动机速度控制实验 7．2 步进电动机应用软/硬件设计实例 7．2．1 步进电动机概述 7．2．2 步进电动视的分类与结构 7．2．3 步进电动机的基本参数 7．2．4 步进电动机的特性 7．2．5 反应式步进电动机的结构 7．2．6 反应式步进电动机的工作原理 7．2．7 步进电动机的失步、振荡及解决方法 7．2．8 步进电动机的控制 7．2．9 步进电动机的应用设计 7．3 小型打印机系统 7．3．1 硬件电路设计 7．3．2 典型器件选型及介绍 7．3．3 硬件电路 7．3．4 软件设计 7．3．5 经验总结 7．4 直流电动机的控制实例 7．4．1 硬件电路设计 7．4．2 典型器件选型及介绍 7．4．3 硬件电路 7．4．4 软件设计复习思考题