二级斜齿圆柱齿轮减速器课程设计说明书

目录

机械设计课程设计任务书............................................................................................ 1 1绪论............................................................................................................................. 2

1.1 选题的目的和意义......................................................................................... 2 2确定传动方案............................................................................................................. 3 3机械传动装置的总体设计......................................................................................... 3

3.1 选择电动机..................................................................................................... 3

3.1.1 选择电动机类型.................................................................................. 3 3.1.2 电动机容量的选择.............................................................................. 3 3.1.3 电动机转速的选择.............................................................................. 4 3.2 传动比的分配................................................................................................. 5 3.3计算传动装置的运动和动力参数.................................................................. 5

3.3.1各轴的转速：....................................................................................... 5 3.3.2各轴的输入功率：............................................................................... 6 3.3.3各轴的输入转矩：............................................................................... 6 3.3.4整理列表............................................................................................... 6

4 V带传动的设计 ......................................................................................................... 7

4.1 V带的基本参数 .............................................................................................. 7 4.2 带轮结构的设计........................................................................................... 10 5齿轮的设计............................................................................................................... 10

5.1齿轮传动设计（1、2轮的设计）............................................................... 10

5.1.1 齿轮的类型........................................................................................ 10 5.1.2尺面接触强度较合............................................................................. 11 5.1.3按轮齿弯曲强度设计计算................................................................. 12 5.1.4 验算齿面接触强度............................................................................ 14 5.1.5验算齿面弯曲强度............................................................................. 15

5.2 齿轮传动设计（3、4齿轮的设计）.......................................................... 15

5.2.1 齿轮的类型........................................................................................ 15 5.2.2按尺面接触强度较合......................................................................... 16 5.2.3按轮齿弯曲强度设计计算................................................................. 17 5.2.4 验算齿面接触强度............................................................................ 19 5.2.5验算齿面弯曲强度............................................................................. 20

6轴的设计（中速轴）............................................................................................... 20

6.1求作用在齿轮上的力.................................................................................... 20 6.2选取材料........................................................................................................ 21

6.2.1轴最小直径的确定............................................................................. 21 6.2.2根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度......................... 21 6.3键的选择........................................................................................................ 21 6.4求两轴所受的垂直支反力和水平支反力.................................................... 22

6.4.1受力图分析......................................................................................... 22 6.4.2垂直支反力求解................................................................................. 23 6.4.3水平支反力求解................................................................................. 23 6.5剪力图和弯矩图............................................................................................ 24

6.5.1垂直方向剪力图................................................................................. 24 6.5.2垂直方向弯矩图................................................................................. 24 6.5.3水平方向剪力图................................................................................. 25 6.5.4水平方向弯矩图................................................................................. 25 6.6扭矩图............................................................................................................ 26 6.7剪力、弯矩总表：........................................................................................ 27 6.8 按弯扭合成应力校核轴的强度................................................................... 28 7减速器附件的选择及简要说明............................................................................... 28

7.1.检查孔与检查孔盖........................................................................................ 28 7.2.通气器............................................................................................................ 28 7.3.油塞................................................................................................................ 28 7.4.油标................................................................................................................ 29

7.5吊环螺钉的选择.................................................................................... 29 7.6定位销.................................................................................................... 29 7.7启盖螺钉................................................................................................ 29

8减速器润滑与密封................................................................................................... 29

8.1 润滑方式............................................................................................... 29

8.1.1 齿轮润滑方式............................................................................ 29 8.1.2 齿轮润滑方式............................................................................ 29 8.2 润滑方式............................................................................................... 30

8.2.1齿轮润滑油牌号及用量............................................................. 30 8.2.2轴承润滑油牌号及用量............................................................. 30 8.3密封方式................................................................................................ 30

9机座箱体结构尺寸................................................................................................... 30

9.1箱体的结构设计.................................................................................... 30

10设计总结................................................................................................................. 32

11参考文献 ......................................................................................................... 33

机械设计课程设计任务书

一、设计题目：

设计一用于带式输送机传动用的二级斜齿圆柱齿轮展开式减速器

给定数据及要求：

设计一用于带式运输机上的展开式两级圆柱斜齿轮减速器。工作平稳，单向运转，两班制工运输机容许速度误差为5％。减速器小批量生产，使用期限10年。机器每天工作16小时。

两级圆柱齿轮减速器简图

1－电动机轴；2—电动机；3—带传动中间轴；4—高速轴；5—高速齿轮传

动

6—中间轴；7—低速齿轮传动；8—低速轴；9—工作机；

二、应完成的工作：

1. 减速器装配图1张（A0图纸）；

2. 零件工作图1—2张（从动轴、齿轮等）； 3. 设计说明书1份。

指导教师： 2009年 月

日

1绪论

1.1 选题的目的和意义

减速器的类别、品种、型式很多，目前已制定为行（国）标的减速器有40余种。减速器的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分；减速器的品种是根据使用的需要而设计的不同结构的减速器；减速器的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同特性的减速器。

与减速器联接的工作机载荷状态比较复杂，对减速器的影响很大，是减速器选用及计算的重要因素，减速器的载荷状态即工作机（从动机）的载荷状态，通常分为三类：

①—均匀载荷; ②—中等冲击载荷;

③—强冲击载荷。减速器是指原动机与工作机之间独立封闭式传动装置，用来降低转速并相应地增大转矩。此外，在某些场合，也有用作增速的装置，并称为增速器。

我们通过对减速器的研究与设计，我们能在另一个角度了解减速器的结构、功能、用途和使用原理等，同时，我们也能将我们所学的知识应用于实践中。

在设计的过程中，我们能正确的理解所学的知识，而我们选择减速器，也是因为对我们过控专业的学生来说，这是一个很典型的例子，能从中学到很多知识。

2确定传动方案

①根据工作要求和工作环境，选择展开式二级圆柱斜齿轮减速器传动方案。此方案工作可靠、传递效率高、使用维护方便、环境适用性好，但齿轮相对轴承的位置不对称，因此轴应具有较大刚度。此外，总体宽度较大。

②为了保护电动机，其输出端选用带式传动，这样一旦减速器出现故障停机，皮带可以打滑，保证电动机的安全。

3机械传动装置的总体设计

3.1 选择电动机

3.1.1 选择电动机类型

电动机是标准部件。因为工作环境清洁，运动载荷平稳，所以选择Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。

3.1.2 电动机容量的选择

1、工作机所需要的功率P 为：

F v

P(kW)

1000

其中：F

2500N，v 1.6m/s， w 0.94

F v 2500 1.5

P (kW) 4kW 得

1000 1000 0.94

2、电动机的输出功率P0为

P0

p

(kW)

——电动机至滚筒轴的传动装置总效率。

取V带传动效率 1

0.96，齿轮传动效率 2 0.97，滚动轴承效率

23 3 3 0.98从电动机到工作机输送带间的总效率为： 1 2

232

1 2 3 4 0.96 0.972 0.983 0.85

3、电动机所需功率为：

P0

Pw

4

4.7kW 0.85

因载荷平稳 ，电动机额定功率Pm只需略大于P0即可，，查《机械设计实践与创新》表19-1选取电动机额定功率为5.5kw。

3.1.3 电动机转速的选择

滚筒轴工作转速：

6 104v60000 1.5

nw r/min 63.69r/min

D3.14 450

展开式减速器的传动比为：i减V带的传动比为：i带得总推荐传动比为：i

8~40

2~4

i减i带 16~160

所以电动机实际转速的推荐值为：

n nwi 611.2~6112r/min

符合这一范围的同步转速为750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min。 综合考虑为使传动装置机构紧凑，选用同步转速1500r/min的电机。 型号为Y132S-4，满载转速nm

1440r/min，功率5.5kw。

3.2 传动比的分配

1、总传动比为i 2、分配传动比

为使传动装置尺寸协调、结构匀称、不发生干涉现象，现选V带传动比：

n

mw

1440

22.6 63.69

i带 3；

则减速器的传动比为：i减

ii带

22.6

7.53； 3

考虑两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应该有相近的浸油深度。则两级齿轮的高速级与低速级传动比的值取为1.4，取i1 1.4i2

则：i1

.4i减 .4 7.53 3.25；

i减7.53

i2 2.32；

i13.25

3.3计算传动装置的运动和动力参数

3.3.1各轴的转速：

nm1440 480r/min1轴 n1 ； i带3

2轴 n2

n1480 147.69r/min； i13.25

n2147.69 63.66r/min3轴 n3 ； i22.32

滚筒轴

n4 n3 nw 63.66r/min

3.3.2各轴的输入功率：

kw； 1轴 P1 P0 1 4.7 0.96 4.51

2轴 P2 P1 2 3 4.51 0.97 0.98 4.29kw； 3轴 P3 P2 2 3 4.29 0.97 0.98 4.08kw； 卷筒轴 P4 P3 4.08kw

3.3.3各轴的输入转矩：

电机轴 T0 9550

P04.7

9550 31.17N m； nm1440

1轴 T1 P4.511

9550 89.73N m； n1480

P24.29

T 9550 27.74N m； 2轴 2

n2147.69

P4.08

612.06N m； 3轴 T3 3 9550

n363.66滚筒轴 T4 T3

3.3.4整理列表

4 V带传动的设计

4.1 V带的基本参数

1、确定计算功率Pc： 已知：P

4.7kw；nm 1440r/min；

查《机械设计基础》表13-8得工况系数：KA 1.2； 则：Pc

KA P 1.2 4.7kw 5.64kw

2、选取V带型号：

n根据Pc、m查《机械设计基础》图13-15选用A型V带

3、确定大、小带轮的基准直径dd （1）初选小带轮的基准直径：

dd1 110mm；

（2）计算大带轮基准直径：

dd2 i带 dd（） 3 110 （1 0.02） 323.4mm； 11 0.02

圆整取dd24、验算带速：

330mm，误差小于5%，是允许的。

3.14 110 1440

8.29m/s (5,25)m/s

60 1000

v

dd1nm

60 1000

带的速度合适。

5、确定V带的基准长度和传动中心距： 中心距：

0.7(dd1 dd2) a0 2(dd1 dd2)

) 660mm 初选中心距a0 1.5(dd1 dd2) 1.5 (110 330

取中心距

a0 660mm。

（2）基准长度：

Ld0

(dd2 dd1)2

2a0 (dd1 dd2)

24a0

3.14(330 110)2

 2 660 (110 330)

24 660

 2029mm

对于A型带选用Ld（3）实际中心距：

a a0

Ld Ld02300 2029

660 795.5mm 22

2300mm

6、验算主动轮上的包角 1： 由 1 180 (dd2

57.3

dd1)

a

57.3

164.15 120 得 1 180 (330 110)

795.5

主动轮上的包角合适。 7、计算V带的根数z：

KAP

z

Pr(P0 P0)K KL

Pc

nm 1440r/min，dd1 110mm查《机械设计基础》表13-3 得：

P0 1.61kw；

（2）nm 1440r/min，i带 3查表得： P0 0.17kw； （3）由 1 164.15 查表得，包角修正系数K 0.95 （4）由Ld 2300mm，与V带型号A型查表得：KL 1.06

综上数据，得z

1.2 4.7

3.15

(1.61 0.17) 0.95 1.06

取z 4 10合适。 8、计算预紧力F0（初拉力）：

根据带型A型查《机械设计基础》表13-1得：q 0.1kg/m

Pc 2.5 2

F0 500 1 qv zv k

5.64 2.5 2

1 0.1 8.29

4 8.29 0.95

 145.63N 500

9、计算作用在轴上的压轴力FQ：

FQ 2ZF0sin

1

2

164.15

 2 4 145.63 sin

2

 1153.91N

其中 1为小带轮的包角。

10、V带传动的主要参数整理并列表：

4.2 带轮结构的设计

1、带轮的材料：

采用铸铁带轮（常用材料HT200） 2、带轮的结构形式：

V带轮的结构形式与V带的基准直径有关。小带轮接电动机，dd1 110mm较小，所以采用实心式结构带轮。

5齿轮的设计

5.1齿轮传动设计（1、2轮的设计）

5.1.1 齿轮的类型

1、依照传动方案，本设计选用二级展开式斜齿圆柱齿轮传动。

2、运输机为一般工作机器，运转速度不高，查《机械设计基础》表11-2，选用8级精度。

3、材料选择：小齿轮材料为40Cr渗碳淬火，齿面硬度为 55HRC，接触疲劳强度极限

Hlim

1200MPa，

弯曲疲劳强度极限

FE

720MPa；大齿轮材料为45钢

表面淬火，齿面硬度为55HRC,接触疲劳强度极限弯曲疲劳强度极限 FE 700MPa。

Hlim

1140MPa,

查《机械设计基础》表11-5，取SF 1.25，SH 1.0。查表11-4，取区域系数

z

H

。 2.5，弹性系数zE 189.8（锻钢-锻钢）有 H1 =

Hlim11200==1200MPa SH1

H

Hlim21140 ===1140MPa 2

sH

1

F1 =

FE1

SF

=

720

=576MPa 1.25

F2 =

FE2700

==560MPa SF1.25

4、螺旋角：8°<β<20°,初选β=15° 5、齿数：初选小齿轮齿数：z1 19；

大齿轮齿数：z2 19 3.21 60.99，取z2 62。 故实际传动比i实

z

2

1

62

3.26，则： 19

3.26 3.21

1.6% 5%

3.21

5.1.2尺面接触强度较合

1、d1

2KT1u 1ZEZHZβ2

()

φdu[σH]

（1）取载荷K 1.3 （2） d 0.6

（3）ZE 189.8， ZH 2.5，Z 0.983

32 1.3 89.73 103.21 1189.8 2.5 0.9832

d1 () 44.032

0.63.211140

2、计算模数mn mn

d1cos 44.032 cos15 2.24，查表取mn

z119

3

3、b d d1 0.6 44.032 26.42mm,取整b=27mm

4、计算齿轮圆周速度v

3.14 44.032 480

1.11m/s

60 100060 1000

d1n1

5.1.3按轮齿弯曲强度设计计算

因为所选材料硬大度于350HBS,所以为硬齿面。 1、法向模数 mn 2KT1cos2 YF YS

[ F] dZ12

2、查《机械设计基础》表11-3，得载荷系数k=1.3 3、查《机械设计基础》表11-6，得齿宽系数 d 0.6 4、小齿轮上的转矩T1 89.73N m 5、齿形系数 zv1

z119

21.08 33

cos cos15

zv2

cos

23

62

68.81 3

cos15

查《机械设计基础》图11-8得：YF 1查《机械设计基础》图11-9得：YS 1

2.98，YF 2 2.32

1.55，YS 2 1.73

YF 2 YS 22.32 1.73YF 1 YS 12.98 1.55

0.008 0.00697因为和

[ F]1576[ F]2576

比较

所以对小齿轮进行弯曲强度计算。 6、法向模数

mn 3

2KT1cos2 YF YS

dZ12[ F]

mn 3

取mn

2 1.3 89.73 103 cos215

0.008 2.01mm 2

0.6 19

3mm

7、中心距

a

(z1 z2)mn(19 62) 3

mm 125.79mm

2cos 2 cos15

圆整为126mm。 8、确定螺旋角：

arccos

(z1 z2)mn(19 62) 3

arccos 15 21'32"

2a2 126

9、确定齿轮的分度圆直径：

z1mn19 3

d1 59.11mm

cos cos15 21'32"

z2mn62 3

d2 192.88mm

cos cos15 21'32"

10、齿轮宽度：

b dd1 0.6 44.032 26.42mm圆整为36 mm

圆整后取B2

36mm；B1 41mm。

11、重合度确定

，查表得 0.742 0.848 1.590

0.318 dz1tan 0.318 0.6 19tan15 21'32"

0.996

所以

1.590 0.996 2.586

mnmt=

cos

12、齿轮尺寸表：

将几何尺寸汇于表：

5.1.4 验算齿面接触强度

2kT1u 1

2

ubd1

H1

zE zH z

2 1.3 89.73 1033.21 1

189.8 2.5 cos15 21'32" 2

27 59.113.21

838.71MPa [ H1] 1200MPa

可知是安全的

H2

zE zH z

2kT2u 1

2

ubd2

2 1.3 277.4 1033.21 1

189.8 2.5 0.982 2

27 192.883.21

452.18MPa [ H2] 1140MPa

较合安全。

5.1.5验算齿面弯曲强度

F1

2KT1t2 1.3 89.73 10 YF 1YSa1 2.98 1.55bd1tmn27 59.11 3

3

225.07 576Mpa

F2

YFa2YSa21.73 2.32 F1 225.07

YFa1YSa12.98 1.55

195.57 560Mpa

较合安全

5.2 齿轮传动设计（3、4齿轮的设计）

5.2.1 齿轮的类型

1、材料选择：小齿轮材料为40Cr渗碳淬火，齿面硬度为 55HRC， 接触疲劳强度极限 Hlim 1200MPa，

弯曲疲劳强度极限 FE 720MPa；大齿轮材料为45钢

表面淬火，齿面硬度为55HRC,接触疲劳强度极限 Hlim 1140MPa, 弯曲疲劳强度极限 FE 700MPa。

查《机械设计基础》表11-5，取SF 1.25，SH 1.0。查表11-4，取区域系数zH 2.5，弹性系数zE 189.8（锻钢-锻钢）。

有 H1 =

Hlim11200==1200MPa SH1

H

Hlim21140 ===1140MPa 2

sH

1

FE1

720

F1 =

S=

F

1.25

=576MPa FE2F2 =

S=700

25

=560MPa F1.2、螺旋角：8°<β<20°,初选β=15° 3、齿数：初选小齿轮齿数：z3 23；

大齿轮齿数：z4 23 2.26 51.98，取z4 52。 故实际传动比：A，则

2.26 2.26

2.26

0% 5%

5.2.2按尺面接触强度较合

1、d2KT2u 1ZEZHZβ2

3

φu([σ) dH]

（1）、取载荷K 1.3 （2）、 d 0.6

（3）、ZE 189.8， ZH 2.5，Z 0.983

d2 1.3 277.4 103

2.26 1189.8 2.5 0.9830.62.26(1140

)2

3 66.212、计算模数mnt

m3cos z 66.21 cos15

nt

d 2.78mm323

b d d3 0.6 66.21 39.73mm 3、计算齿轮圆周速度v

d3n

3.14 66.21 480

60 1000

60 1000

1.66m/s

，

5.2.3按轮齿弯曲强度设计计算

因为所选材料硬大度于350HBS,所以为硬齿面。 1、法向模数 mn 2KT2cos2 YF YS

dZ32[ F]

2、查《机械设计基础》表11-3，得载荷系数k=1.3 3、查《机械设计基础》表11-6，得齿宽系数 d 0.6 4、小齿轮上的转矩T2 277.4N m 5、齿形系数 zv3

z323 25.52 33

cos cos15

zv4

cos

43

52

57.70

cos315

查《机械设计基础》图11-8得：YF 3 2.80，YF 4 2.34 查《机械设计基础》图11-9得：YS 3 1.58，YS 4 1.71 因为

YF 3 YS 32.80 1.58

0.00768和

[ F]1576YF 4 YS 42.34 1.71

0.00695 比较

[ F]2576

所以对小齿轮进行弯曲强度计算。 6、法向模数

mn 2KT2cos2 YF YS

[ F] dZ32

mn 2 1.3 277.4 103 cos215

0.00768 2.53mm 2

0.6 23取mn 3mm

7、中心距

a

(z3 z4)mn(23 52) 3

mm 116.47mm

2cos 2 cos15

圆整为120mm。

8、确定螺旋角：

(z3 z4)mn(23 52) 3

20 21'50"

2a2 120

9、确定齿轮的分度圆直径：

z3mn23 3 73.6mmcos cos15 56'32"

z4mn52 3

d4 169.6mm

cos cos15 56'32"d3

10、齿轮宽度：

b dd3 0.6 73.6 44.16mm圆整为45mm 圆整后取B3 45mm；B4 50mm。

11、重合度确定

，查表得 0.762 0.820 1.582

0.318 dz3tan 0.318 0.6 23tan20 21'50" 1.629

所以 1.582 1.629 3.211

mnmt=

cos

12、齿轮尺寸表格：

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