机械设计课程设计—同轴式二级圆柱齿轮减速器1

目录
一、设计任务书 (1)
二、传动方案的拟定及说明 (1)
三、电动机的选择 (3)
四、计算传动装置总传动比和分配各级传动比 (3)
五、计算传动装置的运动和动力参数 (4)
六、传动件的设计计算 (5)
1. V带传动设计计算 (5)
2. 斜齿轮传动设计计算 (7)
七、轴的设计计算 (12)
1. 高速轴的设计 (12)
2. 中速轴的设计 (15)
3. 低速轴的设计 (19)
精确校核轴的疲劳强度 (22)
八、滚动轴承的选择及计算 (26)
1. 高速轴的轴承 (26)
2. 中速轴的轴承 (27)
3. 低速轴的轴承 (29)
九、键联接的选择及校核计算 (31)
十、联轴器的选择 (32)
十一、减速器附件的选择和箱体的设计 (32)
十二、润滑与密封 (33)
十三、设计小结 (34)
十四、参考资料 (35)
设计计算及说明结果一、设计任务书
设计一用于带式运输机上同轴式二级圆柱齿轮减速器
1.总体布置简图
2.工作情况
工作平稳、单向运转
3.原始数据
运输机卷筒
扭矩（N•m）
运输带
速度
（m/s）
卷筒直径
（mm）
带速允许
偏差（%）
使用年限
（年）
工作制度
（班/日）
1350 0.70 320 5 10 2
4.设计内容
(1)电动机的选择与参数计算
(2)斜齿轮传动设计计算
(3)轴的设计
(4)滚动轴承的选择
(5)键和联轴器的选择与校核
(6)装配图、零件图的绘制
(7)设计计算说明书的编写
5.设计任务
(1)减速器总装配图1张（0号或1号图纸）
(2)齿轮、轴零件图各一张（2号或3号图纸）
(3)设计计算说明书一份
二、传动方案的拟定及说明
如任务书上布置简图所示，传动方案采用V带加同轴式二级圆柱齿轮减速箱，采
用V带可起到过载保护作用，同轴式可使减速器横向尺寸较小。

设计计算及说明结果
min /778.41320
7
.0100060100060r D v n w =⨯⨯⨯=⨯=
ππ
三、 电动机的选择
1. 电动机类型选择
按工作要求和工作条件，选用一般用途的Ｙ（IP44）系列三相异步电动机。

它为卧式封闭结构。

2. 电动机容量
(1) 卷筒轴的输出功率w P
kW v
D T
Fv P w 90625.51000
70.0320.013502100021000=⨯⨯=== (2) 电动机的输出功率d P
η
w
d P P =
传动装置的总效率542
3321ηηηηηη⋅⋅⋅⋅=
式中，⋯21,ηη为从电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。

由《机
械设计课程设计》（以下未作说明皆为此书中查得）表2-4查得：V 带传动
955.01=η；滚动轴承9875.02=η；圆柱齿轮传动97.03=η；弹性联轴
器9925.04=η；卷筒轴滑动轴承955.05=η，则
82015.0955.09925.097.09875.0955.023≈⨯⨯⨯⨯=η
故 kW P P w
d 2014.782015
.09625
.5===
η (3) 电动机额定功率ed P
由第二十章表20-1选取电动机额定功率kW P ed 5.7=。

3. 电动机的转速
由表2-1查得V 带传动常用传动比范围42'1～=i ，由表2-2查得两级同轴式圆柱齿轮减速器传动比范围608'2～=i ，则电动机转速可选范围为
kW
P w 90625.5=
82015.0=η
kW
P d 2014.7=
kW P ed 5.7=
设计计算及说明
结果
m in /10026668'''21r i i n n w d ～=⋅⋅=
可见同步转速为750r/min 、1000r/min 、1500r/min 和3000r/min 的电动机均符合。

这里初选同步转速分别为1000r/min 和1500r/min 的两种电动机进行比较， 如下表： 方案 电动机型号 额定功率（kW ） 电动机转速（r/min ） 电动机质量
（kg ）
传动装置的传动比
同步 满载 总传动比 V 带传动 两级减
速器
1 Y132M-4 7.5 1500 1440 81 34.468 2.5 13.787
2 Y160M-6 7.5 1000 970 119 23.218 2.2 10.554
由表中数据可知两个方案均可行，但方案1的电动机质量较小，且比价低。

因此，
可采用方案1，选定电动机型号为Y132M-4。

4. 电动机的技术数据和外形、安装尺寸
由表20-1、表20-2查出Y132M-4型电动机的主要技术数据和外形、安装尺寸，
并列表记录备份。

型号
额定功率(kw) 同步转速 (r/min) 满载转速 (r/min) 堵转转矩额定转矩 最大转矩额定转矩 Y132M-4 7.5 1500 1440 2.2 2.3 H D E G K L Ｆ×ＧＤ 质量（kg ） 132 38 80 33 12 515 10×８ 81 四、 计算传动装置总传动比和分配各级传动比
1. 传动装置总传动比 468
.34778
.411440
==
=
w
m
n n i
2. 分配各级传动比
取V 带传动的传动比5.21=i ，则两级圆柱齿轮减速器的传动比为
787
.135.2468
.34132===⋅i i i i
713
.332==i i
所得32i i ⋅符合一般圆柱齿轮传动和两级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。

468.34=i
5.21=i
713
.332=
=i i
设计计算及说明
结果
五、 计算传动装置的运动和动力参数
1. 各轴转速
电动机轴为0轴，减速器高速轴为Ⅰ轴，中速轴为Ⅱ轴，低速轴为Ⅲ轴，各轴转速为
min /78.45713
.313.155min
/13.155713
.3576min /5765
.21440min /144032Ⅲ21Ⅱ10Ⅰ0r i n n r i n n r i n n r n n m ===
======
== 2. 各轴输入功率
按电动机额定功率ed P 计算各轴输入功率，即
kW
P P kW P P kW
P P kW
P P ed 5718.697.09875.08608.68608.697.09875.01625.71625.7955.05.75.7322Ⅲ321Ⅱ10Ⅰ0=⨯⨯===⨯⨯===⨯====ηηηηη 3. 各州转矩
m N n P T m N n P T m N n P T m N n P T ⋅=⨯==⋅=⨯==⋅=⨯==⋅=⨯==92.137078
.455718
.695509550
36.42213.1558608.695509550
75.1185761625.795509550
74.4914405
.795509550ⅢⅢⅢⅡⅡ
ⅡⅠⅠ
Ⅰ000
电动机轴 高速轴Ⅰ 中速轴Ⅱ 低速轴Ⅲ 转速（r/min ） 1440 576 153.6 40.96 功率（kW ） 7.20 6.91 6.64 6.37 转矩（m N ⋅）
49.74
118.75
422.36
1370.92
设计计算及说明
结果
六、 传动件的设计计算
1. V 带传动设计计算
（1） 确定计算功率
由于是带式输送机，每天工作两班，查《机械设计》（V 带设计部分未作说明皆查此书）表8-7得， 工作情况系数2.1=A K
kW P K P d A ca 95.72.1=⨯==
（2） 选择V 带的带型 由ca P 、 0n 由图8-11选用A 型
（3） 确定带轮的基准直径d d 并验算带速v
①初选小带轮的基准直径1d d 。

由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径
mm d d 1251=
②验算带速v 。

按式(8-13)验算带的速度
s m n d v d /425.91000
601440
1251000
600
1=⨯⨯⨯=
⨯=
ππ
s m v s m /30/5<<因为,故带速合适。

③计算大带轮的基准直径。

根据式(8-15a),计算大带轮基准直径2d d
mm d i d d d 5.3121255.2112=⨯==
根据表8-8，圆整为mm d d 3152= （4） 确定V 带的中心距a 和基准长度d L ①根据式(8-20)，初定中心距mm a 5000=。

②由式(8-22)计算带所需的基准长度
mm
a d d d d a a d d d d a L d d d d d d d d d 2.1709500
4)125315()315125(250024)()(2
24)()(222
2
1221
002122100
≈⨯-+++⨯=-+++=-+++≈π
π
π
由表8-2选带的基准长度mm L d 1800=
kW P ca 9=
A 型
mm
d d 1251=
mm
d d 3152=
mm L d 1800=
设计计算及说明
结果
③按式(8-23)计算实际中心距a 。

mm
L L a a d d 4.5452
2
.17091800500210≈-+=-+
≈ 中心距变化范围为518.4～599.4mm 。

（5） 验算小带轮上的包角1α
︒≥︒≈︒
--︒=︒--︒≈90160545.4
3.57)125315(180a 3.57)
(180121d d d d α （6） 确定带的根数
① 计算单根V 带的额定功率
由mm d d 1251=和min /14400r n =，查表8-4a 得kW
P 91.10=
根据min /14400r n =，i=2.5和A 型带，查表8-4b 得kW
P 03.00=∆
于是得，表得查表99.0K 2895.0K 58L =-=-α
kW
kW K K P P P L r 8246.191.1)(00==⋅⋅∆+=α
② 计算V 带的根数z 。

93
.48246.19===r ca P P z
取5根。

（7） 计算单根V 带的初拉力的最小值m in 0)(F
由表8-3得A 型带的单位长度质量q=0.1kg/m ，所以
N
N
qv zv
K P K F ca
165]425.91.0425.9595.09
)95.05.2(500[)5.2(500)(22
min 0=⨯+⨯⨯⨯-⨯=+-=αα
应使带的实际初拉力min 00)(F F >
（8） 计算压轴力p F
N F z F p 16222
152sin
165522
sin
)(2)(1
min 0min =︒
⨯⨯⨯==α
mm a 4.545≈
︒≈≈1601α
5根
N F 165)(min 0=
N F p 1622)(min =
设计计算及说明
结果
2. 斜齿轮传动设计计算
按低速级齿轮设计：小齿轮转矩mm N T T ⋅⨯==4
Ⅱ11062.36，小齿轮转速
m in /23.132Ⅱ1r n n ==，传动比63.33==i i 。

（1） 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
①选用斜齿圆柱齿轮
②运输机为一般工作机器，速度不高，故选7级精度（GB10095-88） ③由《机械设计》表10-1选择小齿轮材料为40Cr （调质），硬度为280HBS ；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS ，二者硬度差为40HBS 。

④选小齿轮齿数241=z ：大齿轮齿数872463.312≈⨯=⋅=z i z ⑤初选取螺旋角︒=14β （2） 按齿面接触强度设计
按式(10-21）试算，即
3
2
11)]
[(12H E H d t t Z Z u u T K d σεφα+⋅≥ ①确定公式内各计算数值 a) 试选载荷系数6.1=t K
b) 由图10-30选取区域系数433.2=H Z
c) 由图10-26查得88.0,78.021==ααεε，66.188.078.021=+=+=αααεεε d) 小齿轮传递的传矩mm N T ⋅⨯=4
11062.36 e) 由表10-7选取齿宽系数1=Φd
f) 由表10-6查得材料弹性影响系数2
1
8.189MPa Z E =
g) 由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa H 6001lim =σ；
大齿轮的接触疲劳强度极限MPa H 5502lim =σ h) 由式10-13计算应力循环次数：
8
8
1128111005.163
.31081.31081.3)1030082(123.1326060⨯=⨯==⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=i N N L j n N h
斜齿圆柱齿轮 7级精度
241=z
︒=14β
设计计算及说明
结果
i) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数
98.0,94.021==HN HN K K
j) 计算接触疲劳许用应力：
取失效概率为1%，安全系数S=1，由式(10-12)得
[][]MPa
MPa S K MPa MPa S K H HN H H HN H 5391
55098.0;5641
60094.02lim 22
1lim 11=⨯=⋅==⨯=⋅=σσσσ
k) 许用接触应力
[][][]MPa H H H 5.5512
539
5642
2
1=+=
+=σσσ ②计算
a) 试算小齿轮分度圆直径t d 1，由计算公式得
mm mm d t 78.855.5518.189433.263.3163.366.111062.366.123
2
41=⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯≥
b) 计算圆周速度
s m s m n d v t 59.01000
6023
.13278.851000
601
1=⨯⨯⨯=
⨯⋅⋅=
ππ
c) 齿宽b 及模数m nt
98
.1081.7/78.85/81.747.325.225.247.32414cos 78.85cos 78.8578.850.1111===⨯===⨯===⨯=⋅Φ=h b mm mm m h mm
mm z d m mm mm d b nt t nt t d ο
β d) 计算纵向重合度βε
903.114tan 241318.0tan 318.01=⨯⨯⨯=⋅⋅Φ=οβεβz d
e) 计算载荷系数K
由表10-2查得使用系数1=A K 根据s m v 59.0=，7级精度，由图10-8查得动载系数03.1=v K ；由表10-4查得4271.=βH K ；由表10-3查得
1.1==ααF H K K ；图10-13查得3
2.1=βF K
mm
d t 40.921≥
s m v 7505.0=
设计计算及说明
结果。