V带-一级圆锥-链传动，F=2300,v=0.85,D=140,16小时300天10年（左

目录

第一部分 设计任务书 ................................................................................................................... 3

1.1设计题目............................................................................................................................. 3 1.2设计步骤............................................................................................................................. 3 第二部分 选择电动机 ................................................................................................................... 3

2.1电动机类型的选择 ............................................................................................................. 3 2.2确定传动装置的效率 ......................................................................................................... 4 2.3选择电动机容量 ................................................................................................................. 4 2.4确定电动机参数 ................................................................................................................. 4 2.5确定传动装置的总传动比和分配传动比 ......................................................................... 5 第三部分 计算传动装置运动学和动力学参数 ........................................................................... 6

3.1电动机输出参数 ................................................................................................................. 6 3.2高速轴的参数 ..................................................................................................................... 6 3.3低速轴的参数 ..................................................................................................................... 6 3.4工作机轴的参数 ................................................................................................................. 7 第四部分 普通V带设计计算 ...................................................................................................... 7 第五部分 链传动设计计算 ......................................................................................................... 11 第六部分 减速器齿轮传动设计计算 ......................................................................................... 13

6.1选精度等级、材料及齿数 ............................................................................................... 13 6.2确定传动尺寸 ................................................................................................................... 15 6.3计算锥齿轮传动其它几何参数 ....................................................................................... 17 第七部分 轴的设计 ..................................................................................................................... 18

7.1高速轴设计计算 ............................................................................................................... 18 7.2低速轴设计计算 ............................................................................................................... 24 第八部分 滚动轴承寿命校核 ..................................................................................................... 31

8.1高速轴上的轴承校核 ....................................................................................................... 31 8.2低速轴上的轴承校核 ....................................................................................................... 33 第九部分 键联接设计计算 ......................................................................................................... 34

9.1高速轴与大带轮键连接校核 ........................................................................................... 34 9.2高速轴与小锥齿轮键连接校核 ....................................................................................... 34 9.3低速轴与大锥齿轮键连接校核 ....................................................................................... 34 9.4低速轴与链轮键连接校核 ............................................................................................... 35 第十部分 减速器的密封与润滑 ................................................................................................. 35

10.1减速器的密封 ................................................................................................................. 35 10.2齿轮的润滑..................................................................................................................... 35 10.3轴承的润滑..................................................................................................................... 36 第十一部分 减速器附件 ............................................................................................................. 36

11.1油面指示器..................................................................................................................... 36 11.2通气器 ............................................................................................................................ 36 11.3放油孔及放油螺塞 ......................................................................................................... 36 11.4窥视孔和视孔盖 ............................................................................................................. 37 11.5定位销 ............................................................................................................................ 37 11.6启盖螺钉......................................................................................................................... 37

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11.7螺栓及螺钉..................................................................................................................... 37 第十二部分 减速器箱体主要结构尺寸 ..................................................................................... 38 第十三部分 设计小结 ................................................................................................................. 39 第十四部分 参考文献 ................................................................................................................. 39

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第一部分 设计任务书

1.1设计题目

一级圆锥减速器，拉力F=2300N，速度v=0.85m/s，直径D=140mm，每天工作小时数：16小时，工作年限（寿命）：10年，每年工作天数：300天，配备有三相交流电源，电压380/220V。

1.2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.普通V带设计计算 6.链传动设计计算 7.减速器内部传动设计计算 8.传动轴的设计 9.滚动轴承校核 10.键联接设计 11.联轴器设计 12.润滑密封设计 13.箱体结构设计

第二部分 选择电动机

2.1电动机类型的选择

按照工作要求和工况条件，选用三相笼型异步电动机，电压为380V，Y型。

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2.2确定传动装置的效率

查表得：

滚动轴承的效率：η2=0.98 V带的效率：ηv=0.96

闭式圆锥齿轮的效率：η3=0.97 链传动的效率：ηc=0.9 工作机的效率：ηw=0.97

2.3选择电动机容量

工作机所需功率为

2.4确定电动机参数

电动机所需最小名义功率:

电动机所需额定功率:

工作转速：

经查表按推荐的合理传动比范围，V带传动比范围为：2～4，链传动比范围为：2～6，一级圆锥齿轮传动比范围为：2～8，因此理论传动比范围为：8～192。可选择的电动机转速范围为nd=ia×nw=(8～192)×116.01=928--22274r/min。进行综合考虑价格、重量、传动比等因素，选定电机型号为：Y132M1-6的三相异步电动机，额定功率Pen=4kW，满载转速为nm=960r/min，同步转速为nt=1000r/min。

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方案 型号 额定功率/kW 同步转速(r/min) 750 1000 1500 3000 满载转速(r/min) 720 960 1440 2890 1 2 3 4 Y160M1-8 Y132M1-6 Y112M-4 Y112M-2 4 4 4 4 电机主要外形尺寸 中心高H 外形尺寸L×HD 515×315 安装尺寸A×B 216×178 地脚螺栓孔直径K 12 轴伸尺寸D×E 38×80 键部位尺寸F×G 10×33 132

2.5确定传动装置的总传动比和分配传动比

（1）总传动比的计算

由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速nw，可以计算出传动装置总传动比为：

（2）分配传动装置传动比 取普通V带的传动比：iv=2 取链传动比：ic=2 减速器传动比为

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第三部分 计算传动装置运动学和动力学参数

3.1电动机输出参数

3.2高速轴的参数

3.3低速轴的参数

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3.4工作机轴的参数

各轴转速、功率和转矩列于下表 轴名称 电机轴 高速轴 低速轴 工作机轴 转速n/(r/min) 960 480 231.88 115.94 功率P/kW 3.2 3.07 2.92 2.45 转矩T/(N?mm) 31833.33 61080.21 120260.48 201806.97 第四部分 普通V带设计计算

1.已知条件和设计内容

设计普通V带传动的已知条件包括：所需传递的功率Pd=3.2kW；小带轮转速n1=960r/min；大带轮转速n2和带传动传动比i=2；设计的内容是：带的型号、长度、根数，带轮的直径、宽度和轴孔直径中心距、初拉力及作用在轴上之力的大小和方向。 2.设计计算步骤 （1）确定计算功率Pca

由表查得工作情况系数KA=1.1，故

（2）选择V带的带型

根据Pca、n1由图选用A型。 3.确定带轮的基准直径dd并验算带速v

1）初选小带轮的基准直径dd1。取小带轮的基准直径dd1=106mm。 2）验算带速v。按式验算带的速度

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取带的滑动率ε=0.02

（3）计算大带轮的基准直径。计算大带轮的基准直径

根据表，取标准值为dd2=200mm。 （4）确定V带的中心距a和基准长Ld度 根据式，初定中心距a0=240mm。 由式计算带所需的基准长度

由表选带的基准长度Ld=990mm。 按式计算实际中心距a。

按式,中心距的变化范围为235--280mm。 （5）验算小带轮的包角αa

（6）计算带的根数z

1）计算单根V带的额定功率Pr。

由dd1=106mm和n1=960r/min,查表得P0=1.06kW。 根据n1=960r/min，i=2和A型带，查表得△P0=0.112kW。 查表的Kα=0.944，表得KL=1.1，于是

2）计算带的根数z

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取3根。

（6）计算单根V带的初拉力F0

由表得A型带的单位长度质量q=0.105kg/m，所以

（7）计算压轴力Fp

带型 小带轮基准直径 大带轮基准直径 带的根数 带速

4.带轮结构设计 （1）小带轮的结构设计 小带轮的轴孔直径d=38mm 因为小带轮dd1=106

因此小带轮结构选择为实心式。 因此小带轮尺寸如下：

由于当B<1.5×d时，L=B

A 106mm 200mm 3 5.33m/s 中心距 包角 带长 初拉力 压轴力 250mm 158.46° 990mm 184.41N 1086.97N 第9页/共39页第9页/共39页

（2）大带轮的结构设计 大带轮的轴孔直径d=25mm 因为大带轮dd2=200mm 因此大带轮结构选择为孔板式。 因此大带轮尺寸如下：

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第五部分 链传动设计计算

（1）确定链轮齿数

由传动比取小链轮齿数Z1=21，因为链轮齿数最好为奇数，大链轮齿数Z2=i×Z1=42，所以取Z2=43。

实际传动比i=z2/z1=2.05 （2）确定链条型号和节距 查表得工况系数KA=1 小链轮齿数系数：

取单排链,则计算功率为:

选择链条型号和节距：

根据Pca=3.562kW，n1=231.88r/min，查图选择链号10A-1，节距p=15.875mm。 （3）计算链长

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初选中心距

则，链长为:

取Lp=112节

采用线性插值，计算得到中心距计算系数f1=0.24902则链传动的最大中心距为：

计算链速v，确定润滑方式

按v=1.288m/s，链号10A，查图选用滴油润滑。 （4）作用在轴上的力 有效圆周力

作用在轴上的力

链轮尺寸及结构 分度圆直径

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第六部分 减速器齿轮传动设计计算

6.1选精度等级、材料及齿数

（1）由选择小齿轮40Cr（调质），齿面硬度280HBS，大齿轮45（调质），齿面硬度240HBS （2）选小齿轮齿数Z1=30，则大齿轮齿数Z2=Z1×i=30×2.07=63。 实际传动比i=2.1 （3）压力角α=20°。 由设计计算公式进行试算，即

（1）确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数KHt=1.3

2）查教材图标选取区域系数ZH=2.5

4）选齿宽系数φR=0.3

由图查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为：

6）查表得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa^0.5 7）计算应力循环次数

8）由图查取接触疲劳系数：

9）计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%，安全系数S=1，得

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取[ζH]1和[ζH]2中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即

（2）计算

1）试算小齿轮分度圆直径d1t，带入[ζH]中较小的值

2）计算圆周速度v

3）计算当量齿宽系数φd

4）计算载荷系数 查表得使用系数KA=1 查图得动载系数KV=1.087 查表得齿间载荷分配系数：KHα=1 查表得齿向载荷分布系数：KHβ=1.27 实际载荷系数为

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5）按实际载荷系数算得的分度圆直径

6）计算模数

6.2确定传动尺寸

（1）实际传动比

（2）大端分度圆直径

（3）齿宽中点分度圆直径

（4）锥顶距为

（5）齿宽为

取b=31mm

齿根弯曲疲劳强度条件为

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1） K、b、m和φR同前 2）圆周力为

齿形系数YFa和应力修正系数YSa，当量齿数为： 小齿轮当量齿数:

大齿轮当量齿数:

查表得：

查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为:

由图查取弯曲疲劳系数：

取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得许用弯曲应力

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故弯曲强度足够。

6.3计算锥齿轮传动其它几何参数

（1）计算齿根高、齿顶高、全齿高及齿厚

（2）计算齿顶圆直径

（3）计算齿根圆直径

（4）计算齿顶角

θa1=θa2=atan(ha/R)=1°38'30\ （5）计算齿根角

θf1=θf2=atan(hf/R)=1°58'11\ （6）计算齿顶锥角

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δa1=δ1+θa1=27°6'18\ δa2=δ2+θa2=66°10'42\ （7）计算齿根锥角 δf1=δ1-θf1=23°29'36\ δf2=δ2-θf2=62°34'0\

第七部分 轴的设计

7.1高速轴设计计算

（1）已经确定的运动学和动力学参数

转速n=480r/min；功率P=3.07kW；轴所传递的转矩T=61080.21N?mm （2）轴的材料选择并确定许用弯曲应力

由表选用45（调质），齿面硬度217～255HBS，许用弯曲应力为[ζ]=60MPa （3）按扭转强度概略计算轴的最小直径

由于高速轴受到的弯矩较大而受到的扭矩较小，故取A0=112。

由于最小轴段截面上要开1个键槽，故将轴径增大5%

查表可知标准轴孔直径为25mm故取dmin=25 （4）轴的结构设计 a.轴的结构分析

高速轴设计成普通阶梯轴。显然，轴承只能从轴的两端分别装入和拆卸，轴伸出端安装V带轮，选用普通平键，A型，b×h=8×7mm(GB/T 1096-2003)，长L=36mm；定位轴肩直径为30mm；联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别和轴承端盖定位，采用过渡配合固定。 b.确定各轴段的直径和长度

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第1段：d1=25mm，L1=48mm 第2段：d2=30mm（轴肩），L2=44mm

第3段：d3=35mm（与轴承内径配合），L3=17mm 第4段：d4=40mm（轴肩），L4=79mm

第5段：d5=35mm（与轴承内径配合），L5=17mm 第6段：d6=30mm（与主动锥齿轮内孔配合），L6=49mm 轴段 直径(mm) 长度(mm) （6）弯曲-扭转组合强度校核 a.画高速轴的受力图

如图所示为高速轴受力图以及水平平面和垂直平面受力图 b.计算作用在轴上的力（d1为齿轮1的分度圆直径） 小锥齿轮所受的圆周力

1 25 48 2 30 44 3 35 17 4 40 79 5 35 17 6 30 49

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小锥齿轮所受的径向力

小锥齿轮所受的轴向力

带传动压轴力（属于径向力）Fp=1086.97N

第一段轴中点到轴承中点距离La=76.5mm，轴承中点到齿轮中点距离Lb=96mm，齿轮中点到轴承中点距离Lc=42mm

轴所受的载荷是从轴上零件传来的，计算时通常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮毂宽度的中点算起。通常把轴当做置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关 外传动件压轴力（属于径向力）Q=1086.97N a.计算作用在轴上的支座反力 轴承A在水平面内的支反力

轴承B在水平面内的支反力

轴承A在垂直面内的支反力

轴承B在垂直面内的支反力

轴承A的总支承反力为：

轴承B的总支承反力为：

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b.绘制水平面弯矩图 截面A在水平面内弯矩

截面B在水平面内弯矩

截面C在水平面内弯矩

截面D在水平面内弯矩

c.绘制垂直面弯矩图 截面A在垂直面内弯矩

截面B在垂直面内弯矩

截面C在垂直面内弯矩

截面D在垂直面内弯矩

d.绘制合成弯矩图 截面A处合成弯矩

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截面B处合成弯矩

截面C处合成弯矩

截面D处合成弯矩

e.绘制扭矩图

f.计算当量弯矩图 截面A处当量弯矩

截面B处当量弯矩

截面C处当量弯矩

截面C处当量弯矩

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g.校核轴的强度 其抗弯截面系数为

抗扭截面系数为

最大弯曲应力为

剪切应力为

按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向传动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数α=0.6，则当量应力为

查表得调质处理，抗拉强度极限ζB=640MPa，则轴的许用弯曲应力[ζ-1b]=60MPa，ζe<[ζ-1b]，所以强度满足要求。

7.2低速轴设计计算

（1）已经确定的运动学和动力学参数

转速n=231.88r/min；功率P=2.92kW；轴所传递的转矩T=120260.48N?mm （2）轴的材料选择并确定许用弯曲应力

由表选用45（调质），齿面硬度217～255HBS，许用弯曲应力为[ζ]=60MPa （3）按扭转强度概略计算轴的最小直径

由于低速轴受到的弯矩较小而受到的扭矩较大，故取A0=112。

由于最小轴段直径截面上要开1个键槽，故将轴径增大7%

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查表可知标准轴孔直径为28mm故取dmin=28 （4）设计轴的结构并绘制轴的结构草图 a.轴的结构分析

低速轴设计成普通阶梯轴，轴上的齿轮、一个轴承从轴伸出端装入和拆卸，而另一个轴承从轴的另一端装入和拆卸。轴输出端选用A型键，b×h=12×8mm(GB/T 1096-2003)，长L=32mm；定位轴肩直径为33mm；联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别和轴承端盖定位，采用过渡配合固定。 b.确定各轴段的长度和直径。

第1段：d1=28mm，L1=60mm

第2段：d2=33mm（轴肩），L2=63mm（轴肩突出轴承端盖20mm左右） 第3段：d3=35mm（与轴承内径配合），L3=18mm（轴承宽度） 第4段：d4=45mm（轴肩），L4=122.5mm（根据齿轮宽度确定）

第5段：d5=40mm（与大锥齿轮内孔配合），L5=45.5mm（比配合的齿轮长度略短，以保证齿轮轴向定位可靠）

第6段：d6=35mm（与轴承内径配合），L6=35mm（由轴承宽度和大锥齿轮端面与箱体内壁距离确定） 轴段 直径(mm) 1 28 2 33 3 35 4 45 5 40 6 35 第25页/共39页第25页/共39页

长度(mm) 60 63 18 122 46 35 （5）弯曲-扭转组合强度校核 a.画低速轴的受力图

如图所示为低速轴受力图以及水平平面和垂直平面受力图 b.计算作用在轴上的力 大锥齿轮所受的圆周力

大锥齿轮所受的径向力

大锥齿轮所受的轴向力

c.计算作用在轴上的支座反力

轴承中点到齿轮中点距离La=49.25mm，齿轮中点到轴承中点距离Lb=154.75mm，轴承中点到第一段轴中点距离Lc=102.5mm a.支反力

轴承A和轴承B在水平面上的支反力RAH和RBH 低速轴上外传动件施加在轴上的径向力Q=2607N

轴承A和轴承B在垂直面上的支反力RAV和RBV

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轴承A的总支承反力为：

轴承B的总支承反力为：

b.画弯矩图 弯矩图如图所示： 在水平面上，轴截面A处所受弯矩：

在水平面上，轴截面B处所受弯矩：

在水平面上，轴截面C右侧所受弯矩：

在水平面上，轴截面C左侧所受弯矩：

在水平面上，轴截面D处所受弯矩：

在垂直面上，轴截面A处所受弯矩：

在垂直面上，轴截面B处所受弯矩：

在垂直面上，大锥齿轮所在轴截面C处所受弯矩：

第27页/共39页第27页/共39页

在垂直面上，轴截面D处所受弯矩：

c.绘制合成弯矩图 截面A处合成弯矩弯矩：

截面B处合成弯矩：

截面C左侧合成弯矩：

截面C右侧合成弯矩：

截面D处合成弯矩：

d.绘制扭矩图

e.绘制当量弯矩图 截面A处当量弯矩：

截面B处当量弯矩：

截面C左侧当量弯矩：

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截面C右侧当量弯矩：

截面D处当量弯矩：

第29页/共39页第29页/共39页

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f.校核轴的强度

因大锥齿轮所在轴截面弯矩大，同时截面还作用有转矩，因此此截面为危险截面。 其抗弯截面系数为

抗扭截面系数为

最大弯曲应力为

剪切应力为

按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向传动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数α=0.6，则当量应力为

查表得调质处理，抗拉强度极限ζB=640MPa，则轴的许用弯曲应力[ζ-1b]=60MPa，ζe<[ζ-1b]，所以强度满足要求。

第八部分 滚动轴承寿命校核

8.1高速轴上的轴承校核

轴承型号 30207 内径(mm) 35 外径(mm) 72 宽度(mm) 17 基本额定动载荷(kN) 54.2 根据前面的计算，选用30207轴承，内径d=35mm，外径D=72mm，宽度B=17mm 查阅相关手册，得轴承的判断系数为e=0.37。

第31页/共39页第31页/共39页

当Fa/Fr≤e时，Pr=Fr；当Fa/Fr>e，Pr=0.4×Fr+Y×Fa 轴承基本额定动载荷Cr=54.2kN，轴承采用正装。 要求寿命为Lh=48000h。

由前面的计算已知轴水平和垂直面的支反力，则可以计算得到合成支反力：

查表得X1=0.4，Y1=1.6，X2=1，Y2=0 查表可知ft=1，fp=1

因此两轴承的当量动载荷如下：

取两轴承当量动载荷较大值带入轴承寿命计算公式

第32页/共39页第32页/共39页

由此可知该轴承的工作寿命足够。

8.2低速轴上的轴承校核

轴承型号 30207 内径(mm) 35 外径(mm) 72 宽度(mm) 17 基本额定动载荷(kN) 54.2

根据前面的计算，选用30207轴承，内径d=35mm，外径D=72mm，宽度B=17mm 查阅相关手册，得轴承的判断系数为e=0.37。 当Fa/Fr≤e时，Pr=Fr；当Fa/Fr>e，Pr=0.4×Fr+Y×Fa 轴承基本额定动载荷Cr=54.2kN，轴承采用正装。 要求寿命为Lh=48000h。

由前面的计算已知轴水平和垂直面的支反力，则可以计算得到合成支反力：

查表得X1=0.4，Y1=1.6，X2=1，Y2=0 查表可知ft=1，fp=1

第33页/共39页第33页/共39页

因此两轴承的当量动载荷如下：

取两轴承当量动载荷较大值带入轴承寿命计算公式

由此可知该轴承的工作寿命足够。

第九部分 键联接设计计算

9.1高速轴与大带轮键连接校核

选用A型键，查表得b×h=8mm×7mm（GB/T 1096-2003）,键长36mm。 键的工作长度 l=L-b=28mm

大带轮材料为铸铁，可求得键连接的许用挤压应力[ζ]p=60MPa。 键连接工作面的挤压应力

9.2高速轴与小锥齿轮键连接校核

选用A型键，查表得b×h=8mm×7mm（GB/T 1096-2003）,键长36mm。 键的工作长度 l=L-b=28mm

小锥齿轮材料为40Cr，可求得键连接的许用挤压应力[ζ]p=120MPa。 键连接工作面的挤压应力

9.3低速轴与大锥齿轮键连接校核

选用A型键，查表得b×h=12mm×8mm（GB/T 1096-2003）,键长32mm。

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键的工作长度 l=L-b=20mm

大锥齿轮材料为45，可求得键连接的许用挤压应力[ζ]p=120MPa。 键连接工作面的挤压应力

9.4低速轴与链轮键连接校核

选用A型键，查表得b×h=8mm×7mm（GB/T 1096-2003）,键长45mm。 键的工作长度 l=L-b=37mm

链轮材料为45，可求得键连接的许用挤压应力[ζ]p=120MPa。 键连接工作面的挤压应力

第十部分 减速器的密封与润滑

10.1减速器的密封

为防止箱体内润滑剂外泄和外部杂质进入箱体内部影响箱体工作，在构成箱体的各零件间，如箱盖与箱座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。本设计中由于密封界面的相对速度较小，故采用接触式密封。输入轴与轴承盖间V <3m/s，输出轴与轴承盖间也为V <3m/s，故均采用半粗羊毛毡封油圈。

10.2齿轮的润滑

闭式齿轮传动，根据齿轮的圆周速度大小选择润滑方式。圆周速度v≤12-15m/s时，常选择将大齿轮浸入油池的浸油润滑。采用浸油润滑。对于圆柱齿轮而言，齿轮浸入油池深度至少为1-2个齿高，但浸油深度不得大于分度圆半径的1/3到1/6。为避免齿轮转动时将沉积在油池底部的污物搅起，造成齿面磨损，大齿轮齿顶距油池底面距离不小于30-50mm。根据以上要求，减速箱使用前须加注润滑油，使油面高度达到33-71mm。从而选择全损耗系统用油(GB 443-1989);，牌号为L-AN10。

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