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。
二、传动方案分析
1．蜗杆传动
蜗杆传动可以实现较大的传动比，尺寸紧凑，传动平稳，但效率较低，适用于中、小
功率的场合。采用锡青铜为蜗轮材料的蜗杆传动，由于允许齿面有较高的相对滑动速度，
可将蜗杆传动布置在高速级，以利于形成润滑油膜，可以提高承载能力和传动效率。因此
将蜗杆传动布置在第一级。
2．斜齿轮传动
斜齿轮传动的平稳性较直齿圆柱齿轮传动好，常用在高速级或要求传动平稳的场合。
因此将斜齿轮传动布置在第二级。
3．圆锥齿轮传动
圆锥齿轮加工较困难，特别是大直径、大模熟的圆锥齿轮，只有在需要改变轴的布置
方向时采用，并尽量放在高速级和限制传动比，以减小圆锥齿轮的直径和摸数。所以
将圆锥齿轮传动放在第三级用于改变轴的布置方向。
4．链式传动
链式传动运转不均匀，有冲击，不适于高速传动，应布置在低速级。所以链式传动布
置在最后。
因此，蜗杆传动—斜圆柱齿轮传动—圆锥齿轮传动—链式传动，这样的传动方案是比较合
理的。
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