二级减速器课程设计

机械设计课程设计原始资料

一、设计题目

热处理车间零件输送设备的传动装备

二、运动简图

图1

1—电动机 2—V带 3—齿轮减速器 4—联轴器 5—滚筒 6—输送带

三、工作条件

该装置单向传送,载荷平稳,空载起动,两班制工作,使用期限5年(每年按300天计算),输送带的速度容许误差为 ±5%.

四、原始数据

滚筒直径D（mm）：320

运输带速度V（m/s）：0.75

滚筒轴转矩T（N•m）：900

五、设计工作量

1减速器总装配图一张

2齿轮、轴零件图各一张

3设计说明书一份

六、设计说明书内容

1. 运动简图和原始数据

2. 电动机选择

3. 主要参数计算

4. V带传动的设计计算

5. 减速器斜齿圆柱齿轮传动的设计计算

6. 机座结构尺寸计算

7. 轴的设计计算

8. 键、联轴器等的选择和校核

9. 滚动轴承及密封的选择和校核

10. 润滑材料及齿轮、轴承的润滑方法

11. 齿轮、轴承配合的选择

12. 参考文献

七、设计要求

1. 各设计阶段完成后,需经指导老师审阅同意后方能进行下阶段的设计

2. 在指定的教室内进行设计.

一. 电动机的选择

一、电动机输入功率

二、电动机输出功率

其中总效率为

查表可得Y132S-4符合要求,故选用它。

Y132S-4(同步转速 ，4极)的相关参数

表1

额定功率 满载转速 堵转转矩额定转矩 最大转矩额定转矩 质量

二. 主要参数的计算

一、确定总传动比和分配各级传动比

传动装置的总传动比

查表可得V带传动单级传动比常用值2~4，圆柱齿轮传动单级传动比常用值为3~5，展开式二级圆柱齿轮减速器 。

初分传动比为 ， ， 。

二、计算传动装置的运动和动力参数

本装置从电动机到工作机有三轴，依次为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ轴，则

1、各轴转速

2、各轴功率

3、各轴转矩

表2

项目 电机轴 高速轴Ⅰ 中间轴Ⅱ 低速轴Ⅲ

转速

1440 576 135.753 62.706

功率

5.5 5.28 5.070 4.869

转矩

36.476 87.542 356.695 1038.221

传动比 2.5 4.243 3.031

效率 0.96 0.96 0.922

三 V带传动的设计计算

一、确定计算功率

查表可得工作情况系数

故

二、选择V带的带型

根据 ，由图可得选用A型带。

三、确定带轮的基准直径 并验算带速

1、初选小带轮的基准直径 。

查表8-6和8-8可得选取小带轮的基准直径

2、验算带速

按计算式验算带的速度

因为 ，故此带速合适。

3、计算大带轮的基准直径

按式(8-15a)计算大带轮的基准直径 根据教材表8-8，圆整得 。

4、确定V带的中心距 和基准直径

（1）按计算式初定中心距

（2）按计算式计算所需的基准长度

=1364mm

查表可选带的基准长度

（3）按计算式计算实际中心距

中心距的变化范围为 。

5、验算小带轮上的包角

6、计算带的根数

（1）计算单根V带的额定功率

由 查表可得

根据 和A型带，查表可得 、 、 。

故

（2）计算V带的根数Z

故取V带根数为6根

7、计算单根V带的初拉力的最小值

查表可得A型带的单位长度质量

应使带的实际初拉力 。

8、计算压轴力

压轴力的最小值为

四 减速器斜齿圆柱齿轮传动的设计计算

一、高速级齿轮

1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数

（1）按图所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。

（2）运输装置为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。

（3）材料选择：查表可选择小齿轮材料为40 (调质)，硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢(调质)，硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。

（4）选小齿轮齿数 ，大齿轮齿数 ，取

（5）选取螺旋角，初选螺旋角

2、按齿面接触强度设计，按计算式试算即

（1）确定公式内的各计算数值

①试选 ，由图10-26 ， 则有

②小齿轮传递转矩

③查图10-30可选取区域系数 查表10-7可选取齿宽系数

④查表10-6可得材料的弹性影响系数 。

⑤查图10-21d得按齿面硬度选取小齿轮的接触疲劳强度极限 ，大齿轮的接触疲劳强度极限 。

⑥按计算式计算应力循环次数

⑦查图可选取接触疲劳寿命系数 ， 。

⑧计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%，安全系数 ，按计算式(10-12)得

（2）计算相关数值

①试算小齿轮分度圆直径 ，由计算公式得

②计算圆周速度

③计算齿宽 及模数

④计算总相重合度

⑤计算载荷系数

查表可得使用系数 ，根据 ，7级精度，查表10-8可得动载系数 ，由表10-4查得 的值与直齿轮的相同，为1.419 ，

故载荷系数

⑥按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，按计算式得

⑦计算模数

3、按齿根弯曲强度设计，按计算式(10-17)试算即

（1）确定公式内的各计算数值

①、计算载荷系数

②根据纵向重合度 ，查图10-28可得螺旋角影响系数 。

③查图可选取区域系数 ， ， 则有

④查表取应力校正系数 ， 。

⑤查表取齿形系数 ， 。(线性插值法)

⑥查图10-20C可得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ，大齿轮的弯曲疲劳强度极限 。

⑦查图可取弯曲疲劳寿命系数 ， 。

⑧计算弯曲疲劳许用应力 ，取弯曲疲劳安全系数 ，按计算式(10-22)计算得

⑨计算大、小齿轮的 并加以计算

大齿轮的数值较大。

（2）设计计算

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，故取 ，已可满足弯曲强度，但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 来计算应有的齿数，于是有

取 ，则

4、几何尺寸计算

（1）计算中心距

将中心距圆整为 。

（2）按圆整后的中心距修正螺旋角

因 值改变不多，故参数 、 、 等不必修正。

（3）计算大、小齿轮的分度圆直径

（4）计算齿轮宽度

圆整后取 ， 。

二、低速级齿轮

1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数

（1）按图所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。

（2）运输装置为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。

（3）材料选择，在同一减速器各级小齿轮(或大齿轮)的材料，没有特殊情况，应选用相同牌号，以减少材料品种和工艺要求，故查表可选择小齿轮材料为40 (调质)，硬度为52HRC；大齿轮材料为45钢(调质)，硬度为45HRC.

（4）选小齿轮齿数 ，大齿轮齿数

（5）选取螺旋角，初选螺旋角

2、按齿面接触强度设计，按计算式试算即

（1）确定公式内的各计算数值

①试选

②小齿轮传递转矩

③查表10-7可选取齿宽系数 , 查图10-26可选取区域系数 ， ， 则有

④查表可得材料的弹性影响系数 。

⑤查图得按齿面硬度选取小齿轮的接触疲劳强度极限 ，大齿轮的接触疲劳强度极限 。

⑥按计算式计算应力循环次数

⑦查图可选取接触疲劳寿命系数 ， 。

⑧计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%，安全系数 ,于是得

（2）计算相关数值

①试算小齿轮分度圆直径 ，由计算公式得

②计算圆周速度

③计算齿宽 及模数

④计算总相重合度

⑤计算载荷系数

查表可得使用系数 ，根据 ，7级精度，查表可得动载系数 ， ， ，

故载荷系数

⑥按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，按计算式得

⑦计算模数

3、按齿根弯曲强度设计，按计算式试算即

（1）确定公式内的各计算数值

①计算载荷系数

②根据纵向重合度 ，查图可得螺旋角影响系数 。

③计算当量齿数

④查表可取齿形系数 ， 。

⑤查表可取应力校正系数 ， 。(线性插值法)

⑥查图可得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ，大齿轮的弯曲疲劳强度极限 。

⑦查图可取弯曲疲劳寿命系数 ， 。

⑧计算弯曲疲劳许用应力

取弯曲疲劳安全系数 ，按计算式计算

⑨计算大、小齿轮的 并加以计算

大齿轮的数值较大。

（2）设计计算

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，故取 ，已可满足弯曲强度，但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 来计算应有的齿数，于是有

取 ，则

4、几何尺寸计算

（1）计算中心距

将中心距圆整为 。

（2）按圆整后的中心距修正螺旋角

因 值改变不多，故参数 、 、 等不必修正。

（3）计算大、小齿轮的分度圆直径

（4）计算齿轮宽度

圆整后取 ， 。

五 轴的设计计算

一、高速轴的设计

1、求作用在齿轮上的力

高速级齿轮的分度圆直径为d

2、选取材料

可选轴的材料为45钢，调质处理。

3、计算轴的最小直径，查表可取

应该设计成齿轮轴，轴的最小直径显然是安装连接大带轮处，为使 与带轮相配合，且对于直径 的轴有一个键槽时，应增大5%-7%，然后将轴径圆整。故取 。

4、拟定轴上零件的装配草图方案(见下图)

5、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度

（1）根据前面设计知大带轮的毂长为93mm,故取 ，为满足大带轮的定位要求，则其右侧有一轴肩，故取 ，根据装配关系，定

（2）初选流动轴承7307AC，则其尺寸为 ，故 ， 段挡油环取其长为19.5mm,则 。

（3） 段右边有一定位轴肩，故取 ，根据装配关系可定 ，为了使齿轮轴上的齿面便于加工，取 。

（4）齿面和箱体内壁取a=16mm,轴承距箱体内壁的距离取s=8mm,故右侧挡油环的长度为19mm,则

（5）计算可得 、

（6）大带轮与轴的周向定位采用普通平键C型连接，其尺寸为 ,大带轮与轴的配合为 ，流动轴承与轴的周向定位是过渡配合保证的，此外选轴的直径尺寸公差为m6.

求两轴承所受的径向载荷 和

带传动有压轴力 (过轴线，水平方向)， 。

将轴系部件受到的空间力系分解到铅垂面和水平面上两个平面力系

图一

图二

图三

[注]图二中 通过另加弯矩而平移到作用轴线上

图三中 通过另加转矩而平移到指向轴线

同理

6 、求两轴承的计算轴向力 和

对于 型轴承，轴承的派生轴向力

故

7、求轴承的当量动载荷 和

对于轴承1

对于轴承2

查表可得径向载荷系数和轴向载荷系数分别为：

对于轴承1 ，

对于轴承2 ，

8、求该轴承应具有的额定载荷值

因为 则有

故 符合要求。

9、弯矩图的计算

水平面： , N,则其各段的弯矩为：

BC段：

由弯矩平衡得M-

CD段：

由弯矩平衡得

铅垂面： 则其各段弯矩为：

AB段：

则

BC段：

则

CD段：

则

做弯矩图如下

从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面 是轴的危险截面。现将计算出的截面 处的 、 及 的值列于下表

表3

载荷 水平面

垂直面

支持力

弯矩

总弯矩

扭矩

10、按弯扭合成应力校核轴的强度

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面 )的强度。根据计算式及上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 ，轴的计算应力

前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表可得 ，因此 ，故安全。

11、键的选择和校核

高速轴上与大带轮相配合的轴上选择键连接，由于大带轮在轴端部，故选用单圆头平键（C型）

根据 ，从表6-1中查得键的截面尺寸为：宽度： 高度： ,由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长为：

键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得

取其平均植，

键的工作长度

键和轮毂键槽的接触高度

则 ，故合适。

所以选用：键CGB/T 1096-2003

12、确定轴上圆角和倒角尺寸

取轴端倒角为 ，各轴肩处圆角半径为2。

二、中间轴的设计

1、求作用在齿轮上的力

因为高速轴的小齿轮与中速轴的大齿轮相啮合，故两齿轮所受的 、 、 都是作用力与反作用力的关系，则大齿轮上所受的力为

中速轴小齿轮上的三个力分别为

2、选取材料

可选轴的材料为45钢，调质处理。

3、计算轴的最小直径，查表可取

轴的最小直径显然是安装轴承处，为使轴承便于安装，且对于直径 的轴有一个键槽时，应增大5%-7%，然后将轴径圆整。故取 。

4、拟定轴上零件的装配草图方案(见下图)

5、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度

（1）初选滚动轴承7008AC,则其尺寸为：

故 用挡油环定位轴承，故 段右边有一定位轴肩，故 低速级小齿轮与箱体内壁距离为16 ,与箱体内壁距离为8 ，故左边挡油环长为24 ，则

（2）低速级小齿轮轮毂为95 ，即 取两齿面的距离为8 ，即

（3）右边也用挡油环定位轴承和低速级大齿轮，故 。 段轴长略短与其齿轮毂长，又毂长为55 ，故取

、 、 各有一定位轴肩，故依次可取

（4）计算可得

6、轴上零件的周向定位

低速级大齿轮的轴采用普通平键A型连接。

其尺寸为 齿轮与轴的配合为 ，滚动轴承与轴的周向定位是过渡配合保证的，此外选轴的直径尺寸公差为 。

求两轴承所受的径向载荷 和

将轴系部件受到的空间力系分解到铅垂面和水平面上两个平面力系

图一

图二

图三

7、求两轴承的计算轴向力 和

由齿轮中计算得，

对于 型轴承，轴承的派生轴向力

算得

所以

8、求轴承的当量动载荷 和

对于轴承1

对于轴承2

查表可得径向载荷系数和轴向载荷系数分别为：

对于轴承1 ，

对于轴承2 ，

9、求该轴承应具有的额定载荷值

因为 则有

故 符合要求。

10、弯矩图的计算

水平面： 。

AB段：

则 即

BC段：

则

CD段：

则

。

铅垂面：

AB段：

BC段：

CD段：

做弯矩图如下

从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面 是轴的危险截面。现将计算出的截面 处的 、 及 的值列于下表

表4

载荷 水平面

垂直面

支持力

弯矩

总弯矩

扭矩

11、按弯扭合成应力校核轴的强度

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面 )的强度。根据计算式及上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 ，轴的计算应力

前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表可得 ， ，故安全。

12、键的选择和校核

一般的8级以上精度的齿轮有空心精度要求，应选用平键连接，由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键（A型）

取键长 ，

键、轴承和轮毂材料都为钢查表可得

取其平均植，

键的工作长度

键和轮毂键槽的接触高度

则 ，故合适。

所以选用：键GB/T 1096-2003

13、确定轴上圆角和倒角尺寸

取轴端倒角为 ，各轴肩处圆角半径见365页……

三、低速轴的设计

1、求作用在齿轮上的力

因为高速轴的小齿轮与中速轴的大齿轮相啮合，故两齿轮所受的 、 、 都是作用力与反作用力的关系，则

2、选取材料

可选轴的材料为45钢，调质处理。

3、计算轴的最小直径，查表可取

轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径 ，为了使所选的轴直径 与联轴器的孔径相配合，且对于直径 的轴有两个键槽时，应增大10%-15%，然后将轴径圆整，故取 。并选取所需的联轴器型号

联轴器的计算转矩 ，查表可得，考虑到转矩变化小，故取

其公称转矩为 。半联轴器的孔径 ，长度 ，半联轴器与轴配合的毂孔长度

4、拟定轴上零件的装配草图方案(见下图)

5、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度

①为了满足半联轴器安装的轴向定位要求，Ⅰ-Ⅱ轴段右端需制出一轴肩，故Ⅱ-Ⅲ段的直径 。

②查手册99页，选用 型弹性柱销联轴器L

③初选滚动轴承7051AC，则其尺寸为

故 左边轴承安装处有挡油环，取其长度为20mm，

则

④挡油环右侧用轴肩定位，故可取

⑤取齿面与箱体内壁距离 轴承座距箱体内壁距离为 。

用挡油环对齿面定位时，为了使油环可靠的压紧齿轮， 段应略短于轮毂宽度，故取 所以取

⑥齿轮左侧用轴肩定位，取 则 ，轴换宽度 ，取 。

⑦由装配关系可确定

⑧计算得 ， ， 。

6、轴上零件的周向定位

齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用普通平键 型 连接。轴与齿轮连接采用平键 ，L=70 ，齿轮轮毂与轴的配合为 。同样半联轴器与轴连接，采用键 。半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合保证的，此外选轴的直径尺寸公差为 。

7、轴上齿轮所受切向力 ，径向力 ，轴向力

， 。

8、求两轴承所受的径向载荷 和

将轴系部件受到的空间力系分解到铅垂面和水平面上两个平面力系

图一

图二

图三

9、求两轴承的计算轴向力 和

对于 型轴承，轴承的派生轴向力

故

10、求轴承的当量动载荷 和

， 。查表可得径向载荷系数和轴向载荷系数分别为：

对于轴承1 ，

对于轴承2 ，

因轴承运转载荷平稳，按表13-6， ，取

则 。

。

11、求该轴承应具有的额定载荷值

因为 则有

预期寿命 故合格

12、弯矩图的计算

水平面： , .

AB段：弯矩为0

BC段：

CD段：

铅垂面： , .

AB段弯矩为0

BC段:

CD段：

做弯矩图如下

从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面 是轴的危险截面。现将计算出的截面 处的 、 及 的值列于下表

表5

载荷 水平面

垂直面

支持力

弯矩

总弯矩

扭矩

13、按弯扭合成应力校核轴的强度

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面 )的强度。根据计算式及上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环 变应力，取 ，轴的计算应力

前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表可得 ，因此 ，故安全。

14、键的选择和校核

选键型为普通平键（A） 根据 ，从表6-1中查得键的截面尺寸为：宽度 =25 ，高度 。取键长 。键轴和毂的材料都是钢，有表6-2查得许用挤压应力 ，取平均值 。键的工作长度 ，键与轮毂键槽的接触高度 ， 故选取键A： GB/T 1096-2003

7、确定轴上圆角和倒角尺寸

取轴端倒角为 ，各轴肩处圆角半径为2。

六.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）

七. 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。

八、课程设计心得体会

作为一名机械设计制造及自动化大三的学生，我觉得能做类似的课程设计是十分有意义，而且是十分必要的。在已度过的大三的时间里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去锻炼我们的实践面？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当数查阅大量的设计手册了。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计手册是十分必要的，同时也是必不可少的。我们是在作设计，但我们不是艺术家。他们可以抛开实际，尽情在幻想的世界里翱翔，我们是工程师，一切都要有据可依.有

理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。

作为一名专业学生掌握一门或几门制图软件同样是必不可少的，由于本次大作业要求用 auto CAD制图，因此要想更加有效率的制图，我们必须熟练的掌握它。

虽然过去从未独立应用过它，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率好高，记得大一学CAD时觉得好难就是因为我们没有把自己放在使用者的角度，单单是为了学而学，这样效率当然不会高。边学边用这样才会提高效率，这是我作本次课程设计的第二大收获。但是由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。

参考文献

〔1〕濮良贵,纪明刚. 机械设计. 7版. 北京:高等教育出版社, 2001

.

〔2〕张策, 机械原理与机械设计[M]. 北京：机械工业出版社， 2004.

[3] 吴宗泽,罗胜国. 机械设计课程设计手册. 北京: 高等教育出版社, 2007.

[4] 王伯平.互换性与测量技术基础(第2版). 北京: 机械工业出版社,2006

当传动比在8以下时，可采用单级圆柱齿轮减速器。大于8时，最好选用二级(i=8—40)和二级以上(i>40)的减速器。单级减速器的传动比如果过大，则其外廓尺寸将很大。二级和二级以上圆柱齿轮减速器的传动布置形式有展开式、分流式和同轴式等数种。展开式最简单，但由于齿轮两侧的轴承不是对称布置，因而将使载荷沿齿宽分布不均匀，且使两边的轴承受力不等。为此，在设计这种减速器时应注意：1)轴的刚度宜取大些；2)转矩应从离齿轮远的轴端输入，以减轻载荷沿齿宽分布的不均匀；3)采用斜齿轮布置，而且受载大的低速级又正好位于两轴承中间，所以载荷沿齿宽的分布情况显然比展开好。这种减速器的高速级齿轮常采用斜齿，一侧为左旋，另一侧为右旋，轴向力能互相抵消。为了使左右两对斜齿轮能自动调整以便传递相等的载荷，其中较轻的龆轮轴在轴向应能作小量游动。同轴式减速器输入轴和输出轴位于同一轴线上，故箱体长度较短。但这种减速器的轴向尺寸较大。 圆柱齿轮减速器在所有减速器中应用最广。它传递功率的范围可从很小至40 000kW，圆周速度也可从很低至60m/s一70m／s，甚至高达150m／s。传动功率很大的减速器最好采用双驱动式或中心驱动式。这两种布置方式可由两对齿轮副分担载荷，有利于改善受力状况和降低传动尺寸。设计双驱动式或中心驱动式齿轮传动时，应设法采取自动平衡装置使各对齿轮副的载荷能得到均匀分配，例如采用滑动轴承和弹性支承。 圆柱齿轮减速器有渐开线齿形和圆弧齿形两大类。除齿形不同外，减速器结构基本相同。传动功率和传动比相同时，圆弧齿轮减速器在长度方向的尺寸要比渐开线齿轮减速器约30％。

一、 设计题目：二级直齿圆柱齿轮减速器

1． 要求：拟定传动关系：由电动机、V带、减速器、联轴器、工作机构成。

2． 工作条件：双班工作，有轻微振动，小批量生产，单向传动，使用5年，运输带允许误差5%。

3． 知条件：运输带卷筒转速 ，

减速箱输出轴功率 马力，

二、 传动装置总体设计：

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：

三、 选择电机

1. 计算电机所需功率 ： 查手册第3页表1-7：

－带传动效率：0.96

－每对轴承传动效率：0.99

－圆柱齿轮的传动效率：0.96

－联轴器的传动效率：0.993

—卷筒的传动效率：0.96

说明：

－电机至工作机之间的传动装置的总效率：

2确定电机转速：查指导书第7页表1：取V带传动比i=2 4

二级圆柱齿轮减速器传动比i=8 40所以电动机转速的可选范围是：

符合这一范围的转速有：750、1000、1500、3000

根据电动机所需功率和转速查手册第155页表12-1有4种适用的电动机型号，因此有4种传动比方案如下：

方案 电动机型号 额定功率 同步转速

r/min 额定转速

r/min 重量 总传动比

1 Y112M-2 4KW 3000 2890 45Kg 152.11

2 Y112M-4 4KW 1500 1440 43Kg 75.79

3 Y132M1-6 4KW 1000 960 73Kg 50.53

4 Y160M1-8 4KW 750 720 118Kg 37.89

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、和带传动、减速器的传动比，可见第3种方案比较合适，因此选用电动机型号为Y132M1-6，其主要参数如下：

额定功率kW 满载转速 同步转速 质量 A D E F G H L AB

4 960 1000 73 216 38 80 10 33 132 515 280

四 确定传动装置的总传动比和分配传动比：

总传动比：

分配传动比：取 则

取 经计算

注： 为带轮传动比， 为高速级传动比， 为低速级传动比。

五 计算传动装置的运动和动力参数：

将传动装置各轴由高速到低速依次定为1轴、2轴、3轴、4轴

——依次为电机与轴1，轴1与轴2，轴2与轴3，轴3与轴4之间的传动效率。

1. 各轴转速：

2各轴输入功率：

3各轴输入转矩：

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 3.67 36.5 960

1轴 3.52 3.48 106.9 105.8 314.86

2轴 3.21 3.18 470.3 465.6 68

3轴 3.05 3.02 1591.5 1559.6 19.1

4轴 3 2.97 1575.6 1512.6 19.1

六 设计V带和带轮：

1.设计V带

①确定V带型号

查课本 表13-6得： 则

根据 =4.4, =960r/min,由课本 图13-5，选择A型V带，取 。

查课本第206页表13-7取 。

为带传动的滑动率 。

②验算带速： 带速在 范围内，合适。

③取V带基准长度 和中心距a：

初步选取中心距a： ，取 。

由课本第195页式（13-2）得： 查课本第202页表13-2取 。由课本第206页式13-6计算实际中心距： 。

④验算小带轮包角 ：由课本第195页式13-1得： 。

⑤求V带根数Z：由课本第204页式13-15得：

查课本第203页表13-3由内插值法得 。

EF=0.1

=1.37+0.1=1.38

EF=0.08

查课本第202页表13-2得 。

查课本第204页表13-5由内插值法得 。 =163.0 EF=0.009

=0.95+0.009=0.959

则

取 根。

⑥求作用在带轮轴上的压力 ：查课本201页表13-1得q=0.10kg/m，故由课本第197页式13-7得单根V带的初拉力：

作用在轴上压力：

。

七 齿轮的设计：

1高速级大小齿轮的设计：

①材料：高速级小齿轮选用 钢调质，齿面硬度为250HBS。高速级大齿轮选用 钢正火，齿面硬度为220HBS。

②查课本第166页表11-7得：。

查课本第165页表11-4得：。

故 。

查课本第168页表11-10C图得： 。

故。

③按齿面接触强度设计：9级精度制造，查课本第164页表11-3得：载荷系数 ，取齿宽系数 计算中心距：由课本第165页式11-5得：

考虑高速级大齿轮与低速级大齿轮相差不大取

则 取

实际传动比：

传动比误差： 。

齿宽： 取

高速级大齿轮： 高速级小齿轮：

④验算轮齿弯曲强度：

查课本第167页表11-9得：

按最小齿宽 计算：

所以安全。

⑤齿轮的圆周速度：

查课本第162页表11-2知选用9级的的精度是合适的。

2低速级大小齿轮的设计：

①材料：低速级小齿轮选用 钢调质，齿面硬度为250HBS。

低速级大齿轮选用 钢正火，齿面硬度为220HBS。

②查课本第166页表11-7得：。

查课本第165页表11-4得：。

故 。

查课本第168页表11-10C图得： 。

故。

③按齿面接触强度设计：9级精度制造，查课本第164页表11-3得：载荷系数 ，取齿宽系数

计算中心距： 由课本第165页式11-5得：

取 则 取

计算传动比误差： 合适

齿宽： 则取

低速级大齿轮：

低速级小齿轮：

④验算轮齿弯曲强度：查课本第167页表11-9得：

按最小齿宽 计算：

安全。

⑤齿轮的圆周速度：

查课本第162页表11-2知选用9级的的精度是合适的。

八 减速器机体结构尺寸如下：

名称 符号 计算公式 结果

箱座厚度

10

箱盖厚度

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

轴承旁联结螺栓直径

M12

盖与座联结螺栓直径

=（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

， ， 至外箱壁的距离

查手册表11—2 34

22

18

， 至凸缘边缘距离

查手册表11—2 28

16

外箱壁至轴承端面距离

= + +（5 10）

50

大齿轮顶圆与内箱壁距离

>1.2

15

齿轮端面与内箱壁距离

>

10

箱盖，箱座肋厚

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）

九 轴的设计：

1高速轴设计：

①材料：选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2取 C=100。

②各轴段直径的确定：根据课本第230页式14-2得： 又因为装小带轮的电动机轴径 ，又因为高速轴第一段轴径装配大带轮，且 所以查手册第9页表1-16取 。L1=1.75d1-3=60。

因为大带轮要靠轴肩定位，且还要配合密封圈，所以查手册85页表7-12取 ，L2=m+e+l+5=28+9+16+5=58。

段装配轴承且 ，所以查手册62页表6-1取 。选用6009轴承。

L3=B+ +2=16+10+2=28。

段主要是定位轴承，取 。L4根据箱体内壁线确定后在确定。

装配齿轮段直径：判断是不是作成齿轮轴：

查手册51页表4-1得：

得：e=5.9＜6.25。

段装配轴承所以 L6= L3=28。

2 校核该轴和轴承：L1=73 L2=211 L3=96

作用在齿轮上的圆周力为：

径向力为

作用在轴1带轮上的外力：

求垂直面的支反力：

求垂直弯矩，并绘制垂直弯矩图：

求水平面的支承力：

由 得

N

N

求并绘制水平面弯矩图：

求F在支点产生的反力：

求并绘制F力产生的弯矩图：

F在a处产生的弯矩：

求合成弯矩图：

考虑最不利的情况，把 与 直接相加。

求危险截面当量弯矩：

从图可见，m-m处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数 ）

计算危险截面处轴的直径：

因为材料选择 调质，查课本225页表14-1得 ，查课本231页表14-3得许用弯曲应力 ，则：

因为 ，所以该轴是安全的。

3轴承寿命校核：

轴承寿命可由式 进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以 ，查课本259页表16-9，10取 取

按最不利考虑，则有：

则 因此所该轴承符合要求。

4弯矩及轴的受力分析图如下：

5键的设计与校核:

根据 ，确定V带轮选铸铁HT200，参考教材表10-9,由于 在 范围内，故 轴段上采用键 ： ,

采用A型普通键:

键校核.为L1=1.75d1-3=60综合考虑取 =50得 查课本155页表10-10 所选键为：

中间轴的设计：

①材料：选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2取 C=100。

②根据课本第230页式14-2得：

段要装配轴承，所以查手册第9页表1-16取 ，查手册62页表6-1选用6208轴承，L1=B+ + + =18+10+10+2=40。

装配低速级小齿轮，且 取 ，L2=128，因为要比齿轮孔长度少 。

段主要是定位高速级大齿轮，所以取 ，L3= =10。

装配高速级大齿轮，取L4=84-2=82。

段要装配轴承，所以查手册第9页表1-16取 ，查手册62页表6-1选用6208轴承，L1=B+ + +3+ =18+10+10+2=43。

③校核该轴和轴承：L1=74 L2=117 L3=94

作用在2、3齿轮上的圆周力：

N

径向力：

求垂直面的支反力

计算垂直弯矩：

求水平面的支承力：

计算、绘制水平面弯矩图：

求合成弯矩图，按最不利情况考虑：

求危险截面当量弯矩：

从图可见，m-m,n-n处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数 ）

计算危险截面处轴的直径：

n-n截面:

m-m截面:

由于 ，所以该轴是安全的。

轴承寿命校核：

轴承寿命可由式 进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以 ，查课本259页表16-9，10取 取

则 ，轴承使用寿命在 年范围内，因此所该轴承符合要求。

④弯矩及轴的受力分析图如下：

⑤键的设计与校核：

已知 参考教材表10-11，由于 所以取

因为齿轮材料为45钢。查课本155页表10-10得

L=128-18=110取键长为110. L=82-12=70取键长为70

根据挤压强度条件，键的校核为：

所以所选键为:

从动轴的设计：

⑴确定各轴段直径

①计算最小轴段直径。

因为轴主要承受转矩作用，所以按扭转强度计算，由式14-2得：

考虑到该轴段上开有键槽，因此取

查手册9页表1-16圆整成标准值，取

②为使联轴器轴向定位，在外伸端设置轴肩，则第二段轴径 。查手册85页表7-2，此尺寸符合轴承盖和密封圈标准值，因此取 。

③设计轴段 ，为使轴承装拆方便，查手册62页，表6-1，取 ，采用挡油环给轴承定位。选轴承6215: 。

④设计轴段 ，考虑到挡油环轴向定位，故取

⑤设计另一端轴颈 ，取 ，轴承由挡油环定位，挡油环另一端靠齿轮齿根处定位。

⑥ 轮装拆方便，设计轴头 ，取 ，查手册9页表1-16取 。

⑦设计轴环 及宽度b

使齿轮轴向定位，故取 取

,

⑵确定各轴段长度。

有联轴器的尺寸决定 (后面将会讲到).

因为 ,所以

轴头长度 因为此段要比此轮孔的长度短

其它各轴段长度由结构决定。

（4）．校核该轴和轴承：L1=97.5 L2=204.5 L3=116

求作用力、力矩和和力矩、危险截面的当量弯矩。

作用在齿轮上的圆周力：

径向力：

求垂直面的支反力：

计算垂直弯矩：

.m

求水平面的支承力。

计算、绘制水平面弯矩图。

求F在支点产生的反力

求F力产生的弯矩图。

F在a处产生的弯矩：

求合成弯矩图。

考虑最不利的情况，把 与 直接相加。

求危险截面当量弯矩。

从图可见，m-m处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数 ）

计算危险截面处轴的直径。

因为材料选择 调质，查课本225页表14-1得 ，查课本231页表14-3得许用弯曲应力 ，则：

考虑到键槽的影响，取

因为 ，所以该轴是安全的。

（5）．轴承寿命校核。

轴承寿命可由式 进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以 ，查课本259页表16-9，10取 取

按最不利考虑，则有：

则 ,

该轴承寿命为64.8年,所以轴上的轴承是适合要求的。

（6）弯矩及轴的受力分析图如下：

（7）键的设计与校核：

因为d1=63装联轴器查课本153页表10-9选键为 查课本155页表10-10得

因为L1=107初选键长为100,校核 所以所选键为:

装齿轮查课本153页表10-9选键为 查课本155页表10-10得

因为L6=122初选键长为100,校核

所以所选键为: .

十 高速轴大齿轮的设计

因 采用腹板式结构

代号 结构尺寸和计算公式 结果

轮毂处直径

72

轮毂轴向长度

84

倒角尺寸

1

齿根圆处的厚度

10

腹板最大直径

321.25

板孔直径

62.5

腹板厚度

25.2

电动机带轮的设计

代号 结构尺寸和计算公式 结果

手册157页 38mm

68.4mm

取60mm

81mm

74.7mm

10mm

15mm

5mm

十一.联轴器的选择：

计算联轴器所需的转矩： 查课本269表17-1取 查手册94页表8-7选用型号为HL6的弹性柱销联轴器。

十二润滑方式的确定：

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。

十三.其他有关数据见装配图的明细表和手册中的有关数据。

十四.参考资料：

《机械设计课程设计手册》(第二版)——清华大学 吴宗泽，北京科技大学 罗圣国主编。

《机械设计课程设计指导书》（第二版）——罗圣国，李平林等主编。

《机械课程设计》（重庆大学出版社）——周元康等主编。

《机械设计基础》（第四版）课本——杨可桢 程光蕴 主编。

一种单级圆柱齿轮减速器，主要由主、从动变位齿轮、轴承、挡圈、端盖、主、副壳体、花键轴、内花键套法兰、压盖、轴承座组成。

其特点是主动变位齿轮是台阶式的，一端部齿轮与从动变位齿轮联接，另一端部与轴承、挡圈固定联接，轴承的外套与轴承座联接，轴承座与副壳体表面联接固定。

此减速器由于主、从齿轮采用变位齿轮，主动变位齿轮的另一端部增加轴承、轴承座，改变过去的悬臂状态，加强齿轮的工作强度，提高了减速器的寿命。

下面是设计说明书：

修改参数：输送带工作拉力：2300N

输送带工作速度：1.5m/s

滚筒直径：400mm

每日工作时数：24h

传动工作年限：3年

机械设计课程--带式运输机传动装置中的同轴式1级圆柱齿轮减速器 目 录

设计任务书……………………………………………………1

传动方案的拟定及说明………………………………………4

电动机的选择…………………………………………………4

计算传动装置的运动和动力参数……………………………5

传动件的设计计算……………………………………………5

轴的设计计算…………………………………………………8

滚动轴承的选择及计算………………………………………14

键联接的选择及校核计算……………………………………16

连轴器的选择…………………………………………………16

减速器附件的选择……………………………………………17

润滑与密封……………………………………………………18

设计小结………………………………………………………18

参考资料目录…………………………………………………18

机械设计课程设计任务书

题目：设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器

一． 总体布置简图

1—电动机；2—联轴器；3—齿轮减速器；4—带式运输机；5—鼓轮；6—联轴器

二． 工作情况：

载荷平稳、单向旋转

三． 原始数据

鼓轮的扭矩T（N�6�1m）：850

鼓轮的直径D（mm）：350

运输带速度V（m/s）：0.7

带速允许偏差（％）：5

使用年限（年）：5

工作制度（班/日）：2

四． 设计内容

1. 电动机的选择与运动参数计算；

2. 斜齿轮传动设计计算

3. 轴的设计

4. 滚动轴承的选择

5. 键和连轴器的选择与校核；

6. 装配图、零件图的绘制

7. 设计计算说明书的编写

五． 设计任务

1． 减速器总装配图一张

2． 齿轮、轴零件图各一张

3． 设计说明书一份

六． 设计进度

1、 第一阶段：总体计算和传动件参数计算

2、 第二阶段：轴与轴系零件的设计

3、 第三阶段：轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制

4、 第四阶段：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写

传动方案的拟定及说明

由题目所知传动机构类型为：同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。

本传动机构的特点是：减速器横向尺寸较小，两大吃论浸油深度可以大致相同。结构较复杂，轴向尺寸大，中间轴较长、刚度差，中间轴承润滑较困难。

电动机的选择

1．电动机类型和结构的选择

因为本传动的工作状况是：载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y（IP44）系列的电动机。

2．电动机容量的选择

1） 工作机所需功率Pw

Pw＝3.4kW

2） 电动机的输出功率

Pd＝Pw/η

η＝ ＝0.904

Pd＝3.76kW

3．电动机转速的选择

nd＝（i1’�6�1i2’…in’）nw

初选为同步转速为1000r/min的电动机

4．电动机型号的确定

由表20－1查出电动机型号为Y132M1-6,其额定功率为4kW，满载转速960r/min。基本符合题目所需的要求

计算传动装置的运动和动力参数

传动装置的总传动比及其分配

1．计算总传动比

由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为：

i＝nm/nw

nw＝38.4

i＝25.14

2．合理分配各级传动比

由于减速箱是同轴式布置，所以i1＝i2。

因为i＝25.14，取i＝25，i1=i2=5

速度偏差为0.5%<5%，所以可行。

各轴转速、输入功率、输入转矩

项 目 电动机轴 高速轴I 中间轴II 低速轴III 鼓 轮

转速（r/min） 960 960 192 38.4 38.4

功率（kW） 4 3.96 3.84 3.72 3.57

转矩（N�6�1m） 39.8 39.4 191 925.2 888.4

传动比 1 1 5 5 1

效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97