圆柱齿轮传动设计案例
单级圆柱齿轮传动机构设计(完整版)
机械设计课程设计计算说明书一、设计课题及任务要 (2)二、传动方案的拟定 (3)三、电动机选择 (4)四、确定传动装置的总传动比及其分配 (5)五、传动装置的运动和动力设计 (5)六、高速齿轮轴（第一轴设计） (7)七、第二轴大齿轮设计 (14)八、轴承选型与计算 (15)九、设计心得 (16)一、设计课题：单级圆柱齿轮传动机构设计二、设计任务要求：（设计步骤参考文献[1]第17章实例）（1）确定齿轮机构传动方案（参考[1]第2、第17章）；根据所给数据，确定单级圆柱齿轮机构各轴的输入功率、转速和转矩（参考[1]中2.3和2.4）；选择电动机的额定功率（W）和同步转速（r/min）；（2）高速齿轮轴（第一轴）设计参考[1]中162页进行高速轴的结构设计、参考教材中“圆柱齿轮强度设计”的内容，对小齿轮进行设计与校核（齿轮模数选用[2]教材第75页表7-1，第一系列中的数值）、进行键的选择与校核、按[2]第16章204“对于既传递转矩又承受弯矩的轴”设计方法核公式，对该轴进行强度校核；（3）第二轴大齿轮设计计算确定大齿轮的参数并校核（选择硬齿面齿轮的材料和热处理方式）、计算大齿轮的几何尺寸，选择大齿轮的结构（参考[2]第7章）。
（4）轴承选型参考[2]第18章例18-3，选择并校核一轴和二轴的轴承型号。
（5）制图：绘制单级圆柱齿轮传动机构高速齿轮轴图1份（A3）、第二轴大齿轮图1份（A4）；参考[1]的附图2和有关的设计资料。
要求：图纸表达清楚规范，标注尺寸完整，注有主要的公差或极限尺寸；图纸具有边框、标题栏、技术要求；手画或计算机制图均可。
（6）编写设计说明书1份，参考[1] 4.7节、第17章；要求：结构规范、层次清楚、图文并茂。
手写或计算机打字都可以。
（7）注：不设计箱体（8）课程设计为单独评分，是必修的学分。
计算过程及计算说明结果一、传动方案拟定设计单级圆柱齿轮传动机构１、工作条件：使用年限4年，工作为一班工作制，载荷平稳，环境清洁。
设计一对斜齿圆柱齿轮传动设计
设计一对斜齿圆柱齿轮传动。
已知传递功率P 1=130KW ，转速n 1=11460r/min, z 1=23, z 2=73,寿命L h=100h ，小齿轮做悬臂布置，使用系数K A=1.25解：1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1） 斜齿圆柱齿轮2） 由10-8 P210 选择6级精度3） 材料选择。
齿轮要求质量小，传动功率大和可靠性高，因此必须选择力学性能高，表面硬化处理的高强度合金钢。
尺寸较小且要求较高，故采用锻造（锻钢）毛坯。
选用材料20Cr2Ni4,该材料的热处理方法是渗碳后淬火，MPa MPa s B1100,1200==σσ，芯部硬度350HBS,齿面硬度58-62HRC.4） 由题小齿轮齿数z 1=23，大齿轮齿数z 2=73，传动比为i=3.175） 初步选择螺旋角β=14°(螺旋角不宜过大，以减小轴向力Fa=Ft*tan β) 2.按齿面接触强度设计 按式试算，即d t 1≥[]231)(12H E H d t Z Z u u T K σεφα± (1) 确定公式内的各计算数值 1） 试选载荷系数βαK K K K K v A t***==1.62） 由表查得齿宽系数d φ=1b d =0.5(小齿轮做悬臂布置)3） 计算小齿轮传递的转矩T=113*10*9550n P =11460130*10*95503=1.08*105 N ·mm4） 由表查得材料的弹性影响系数E Z =189.8 Mpa 21（两个锻钢齿轮配对）5） 由图选取区域系数H Z =2.4336） 由图查得1αε=0.77，2αε=0.87，则αε=1αε+2αε=1.64 7） 由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限为1lim H σ=1650Mpa ，大齿轮的接触疲劳强度极限2lim H σ=1650Mpa8） 由式计算应力循环次数h jL n N 1160==60*11460*1*100=6.876*10717.310*876.6712==i N N =2.17*1079) 由图取接触疲劳寿命系数1HN K =1.15，2HN K =1.25（渗碳淬火钢）10) 计算接触疲劳许用应力取失效率为1%，安全系数为S=1，由式10-12 P205得S K HN H 1lim 11][σσ==1.15*1650Mpa=1897.5Mpa SK HN H 2lim 22][σσ==1.25*1650Mpa=2062.5Mpa则许用接触应力为：2][][][21H H H σσσ+==25.20625.1897+Mpa=1890Mpa(2) 计算1） 试算小齿轮分度圆的直径t d 1,由公式得3251)18908.189*433.2(*17.317.4*64.1*5.010*08.1*6.1*2≥t d mm =32mm2） 计算圆周速度 1000*6011n d v t π==19.2m/s3） 计算齿宽b 及模数nt m齿宽 t d d b 1φ==0.5*32mm=16mm模数 11cos z d m tnt β==2314cos *32o mm=1.43mm齿高 h=2.25nt m =2.25*1.43mm=3.2mm 26.505.43.21==hb4) 计算纵向重合度βεβφεβtan 318.01z d ==0.318*0.5*23*o 14tan =0.915) 计算载荷系数K 已知使用系数A K =1.25；由表10-3 P195查得齿间载荷分配系数1.1==ααF H K K ；(mm N mm N RbTK A /100/3.527>=)由表查得接触疲劳强度计算的齿向载荷分布系数βH K =1.1； 根据v=19.2m/s 和6级精度由图10-8 P194查得动载系数12.1=v K ；由图查得弯曲强度计算的齿向载荷分布系数βF K =1.14. 故载荷系数K=A K vK αH K βH K =1.25*1.12*1.1*1.1=1.694K 与t K 相近，故不必按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径。
斜齿圆柱齿轮传动参数选择和设计示例
斜齿圆柱齿轮传动参数选择和设计示例螺旋角的选择提示斜齿轮传动参数选择与直齿轮基本相同，所不同的是多了一个螺旋角β。
斜齿轮传动的轴向力Fa与tgβ成正比，为不使轴承承受过大的轴向力，斜齿圆柱齿轮传动的螺旋角β不宜选得过大。
但β若过小，斜齿轮的特点显示不明显，一般取β=8?,20?，常用β=8?,15?。
近年来设计中β有增大趋势，有的达到25?。
在设计斜齿轮传动时应先初选β角，待其它参数确定后再作精确计算。
β角可用来调整中心距:-1?a=m(z+z)/(2×cosβ)?β=cos[m(z+)/(2×a)] n12n1z2例题试设计一带式输送机减速器的斜齿圆柱齿轮传动。
已知输入功率P,40kW，小齿轮转速n,11960r/min，齿数比u,3.2，由电动机驱动，工作寿命15年(设每年工作300天)，两班制，带式输送机工作平稳，转向不变，试设计此传动。
[解]1(选精度等级、材料及齿数1)材料及热处理仍按直齿轮传动例题:大、小齿轮都选用硬齿面。
由表1选得大、小齿轮的材料均为40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为48,55HRC;2)精度等级仍选7级精度;3)仍选小齿轮齿数z=24，大齿轮齿数z=77; 124)初选螺旋角β,14?2(按齿面接触强度设计齿面接触强度计算公式为:1) 确定公式内的各计算数值(1)试选K=1.6。
t(2)由图10查取区域系数Z=2.433。
H(3)由图8查得端面重合度ε=0.78，ε=0.87，则ε=ε+ε=1.65。
α1α2αα1α2(4)许用接触应力=1041.5 MPa。
2) 计算(1)试算小齿轮分度圆直径d1tmm =60.49 mm(2)计算圆周速度(3)计算齿宽b及模数m nth=2.25 m=5.51mm b/h=9.88 nt(4)计算纵向重合度ε β(5)计算载荷系数K已知使用系数=l。
根据v=3.04m/s,7级精度，由图5查得动载系数=l.11;由表4查得接触强度计算用的齿向载荷分布系数=1.41;由图6查得弯曲强度计算的齿向载荷分布系数=1.37。
齿轮传动设计实例
查得：Kv′＝1.02
因此有：
K'
K
' v
K
1.61 1.02＝1.53
Kv
1.07
将新的K'带入下式，则得到修正后的小齿轮直径：
d1' d13
K' K
52.04 3 1.53 51.22(mm) 1.61
三、 确定齿轮参数尺寸
1、模数mn :
mn＝d1cosβ/Z1=51.22×cos10°/21=2.40mm 查 表6－1 取标准模数： mn＝2.5mm
由曲线2查得 ： KHN1 ＝KHN2＝1
SH---安全系数 取 1 将以上查得数据带入许用应力计算式得：
[σ]H1＝ σHlim 1 KHN1＝550MPa [σ]H2＝ σHlim 2 KHN2＝450MPa
取 [σ]H＝450MPa
4、 相关数值代入设计公式：
d1
3
21.6159.75103 1.0
3）金属切削机床的齿轮传动，若传递的功率不大时，Ψd可小到0.2； 4）非金属齿轮可取Ψd≈0.5～1.2。
接触疲劳寿命系数KHN
1— 允许一定点蚀时的结构钢；调质钢；球墨铸铁（珠光体、贝氏 体）；珠光体可锻铸铁；渗碳淬火的渗碳钢
2— 结构钢；调质钢；渗碳淬火钢；火焰或感应淬火的钢、球墨铸铁； 球墨铸铁（珠光体、贝氏体）；珠光体可锻铸铁；
σ F1 σ F2
2KT1 bd1m n 2KT1 bd1m n
YFa1YSa1Yε Yβ YFa2YSa2Yε Yβ
[σ ]F1
σ
F1
YFa2YSa2 YFa1YSa1
[σ ]F2
1、Yβ---螺旋角系数 ：
Yβ
齿轮传动设计计算实例(114)
解：
cos
mn 2a
z1
z2
4 30 60
2 190
0.9474
所以
1840
tan t
tan n cos
tan 20 cos1840
0.3640 0.9474
0.3842
d1
mn cos
z1
4 30 0.9474
mm 126.662mm
F2
2KT1 bm 2 z 2
YFa2YSa2
F1
YFa 2 YSa 2 YFa1YSa1
82.76 2.2881.734 MPa 2.52 1.625
80.18MPa＜ F 2
故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够。
（4）计算齿根传动的中心距 a
a
m 2
z1
z2
2 2
db2 d 2 cos t 253.325 0.9335mm 236.479mm
例 3 试设计带式运输机减速器的高速级圆柱齿轮传动。已知输入功率 P 40kW ，小齿轮转速 n1 970r / min ，传动比 i 2.5 ，使用寿命为 10a（年）（设每年工作 300d（天）），单班制，电动机驱动，
（3）校核齿面接触疲劳强度
由式（8.45）
H 3.17Z E
KT u 1
bd 12 u
H
确定有关参数和系数：
1）分度圆直径
d1
mn z1 cos
3 24 cos1415
mm 74.29mm
机械基础-案例06 闭式直齿圆柱齿轮传动
闭式直齿圆柱齿轮传动设计一闭式直齿圆柱齿轮传动。
已知传递的功率P 1=20kW ，小齿轮转速n 1=1000r/min ，传动比i=3，每天工作16h ，使用寿命5年，每年工作300天，齿轮对称布置，轴的刚性较大，电机带动，中等冲击，传动尺寸无严格限制。
解：设计步骤见表 1．选定材料、热处理方式、精度等级、齿数等小轮:40Cr 调质 HB 1=241～286，取260HBW ； 大轮：45调质 HB 2=197～255，取230HBW ； 7级精度取z 1=27，则大轮齿数z 2=i z 1=3×27=81， 对该两级减速器，取z=1。
2．确定许用弯曲应力δHlim1=710MPa ，δHlim2=580MPa ， δFlim1=600MPa ，δFlim2=450MPa ，安全系数取S Hlim =1.1 S Flim =1.25N 1=60×1000×5×300×16=14.4×108 N 2= N 1/i=14.4×108/3=4.8×108 得：Z N1=0.975 Z N2=1.043Y N1=0.884 Y N2=0.903MPa 3.6291.1975.0710][min11lim 1=⨯==H N H H S Z σσMPa 5501.1043.1580][min22lim 2=⨯==H N H H S Z σσMPa 32.42425.11884.0600][min111lim 1=⨯⨯==F X N F F S Y Y σσMPa 08.32525.11903.0600][min222lim 2=⨯⨯==F X N F F S Y Y σσ3．按齿面接触强度设计 （1）工作转矩mm N n P T ⋅=⨯=⨯=1910001000201055.91055.961161（2）载荷系数K A =1.5 K V =1.15 K =1.09K = K A K V K =1×1.15×1.09=1.88 （3）计算齿面弯曲应力查的弹性变形系数：Z E =189.8 节点区域系数： Z H =2.5。
设计一用于带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器
机械设计基础课程设计设计人：班级：学号：指导老师：设计要求设计一用于带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器，如图所示。
运输机连续工作，单向运转，载荷变化不大，空载起动。
减速器小批量生产。
使用期限10年，两班制工作。
运输带容许速度误差为5%。
原始数据（所给数据的第六小组）已知条件数据输送带工作拉力Fw=2800N 输送带速度Vw=1.4m/s 卷筒轴直径D=400mm目录一．确定传动方案二．选择电动机（1）选择电动机（2）计算传动装置的总传动比并分配各级传动比（3）计算传动装置的运动参数和动力参数三．传动零件的设计计算（1）普通V带传动（2）圆柱齿轮设计四．低速轴的结构设计（1）轴的结构设计（2）确定各轴段的尺寸（3）确定联轴器的型号（4）按扭转和弯曲组合进行强度校核五．高速轴的结构设计六．键的选择及强度校核七．选择轴承及计算轴承寿命八．选择轴承润滑与密封方式九．箱体及附件的设计（1）箱体的选择（2）选择轴承端盖（3）确定检查孔与孔盖（4）通气器（5）油标装置（6）骡塞（7）定位销（8）起吊装置十．设计小结十一.参考书目设计项目计算及说明主要结果一．确定传动方案二．选择电动机(1)选择电动机设计一用于带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器，如图所示。
运输机连续工作，单向运转，载荷变化不大，空载起动。
减速器小批量生产。
使用期限10年，两班制工作。
运输带容许速度误差为5%。
图A-11）选择电动机类型和结构形式根据工作要求和条件，选用一般用途的Y系列三相异步电动机，结构形式为卧式封闭结构2)确定电动机功率工作机所要的功率Pw(kw)按下式计算Pw=wFwVwη1000式中，Fw=2800,Vw=1.4m/s,带式输送机的效率ηw=0.94，代入上式得：Pw =Kw=4.17Kw电动机所需功率Po（Kw）按下式计算Po=ηPw Pw=4.17Kw(2)计算传动装置的总传动比并分配各级传动比（3）计算传动装置的运动参数和动式中，η为电动机到滚筒工作轴的传动装置总效率，根据传动特点，由表2-4查得：V带传动η带=0.96 ，一对齿轮传动η齿轮=0.97，一对滚动轴承η轴承=0.99，弹性联轴器η联轴器=0.98，因此总效率η=η带η齿轮η2轴承η联轴器，即η=η带η齿轮η2轴承η联轴器=0.96x0.97x0.99x0.982=0.89Po=ηPw=Kw=4.69Kw确定电动机额定功率Pm（Kw）,使Pm=(1~1.3)Po=5.12（1~1.3）=5.12~6.66Kw，查表2-1取Pm=5.5 Kw3）确定电动机转速工作机卷筒轴的转速nw为nw=DVwπ100060⨯==66.87r/min根据表2-3推存的各类转动比范围，取V带转动比i带=2~4，一级齿轮减速器i齿轮=3~5，传动装置的总传动比i总=6~20，故电动机的转速可取范围为nm=i总nm=(6~20)⨯84.93=509.58~1698.6r/min符合此转速要求的同步转速有750r/min，1000r/min，1500r/min三种，考虑综合因素，查表2-1，选择同步转速为1000r/min的Y系列电动机Y132M2-6,其满载转速为nm=960r/min电动机的参数见表A-1。
(完整版)机械设计基础齿轮传动设计例题
例1 设计用于带式输送机传动装置的闭式单级直齿圆柱齿轮传动。
传递功率P=2.7kW ，小齿轮转速n 1=350r/min ，传动比i=3.57。
输送机工作平稳，单向运转，两班工作制，齿轮对称布置，预期寿命10年，每年工作300天。
解：1. 选择齿轮精度等级、材料、齿数1）带式输送机属于一般机械，且转速不高，故初选择8级精度。
2）因载荷平稳，传递功率较小，可采用软齿面齿轮。
参考表5-6，小齿轮选用45钢调质处理，齿面硬度220~250HBS ，σHLim1=595MPa ，σFE1=230MPa ；大齿轮选用45钢正火处理，齿面硬度170~200HBS ，σHLim2=520MPa ，σFE2=200MPa 。
3）初选小齿轮齿数z 1=24，则z 2=iz 1=3.57×24=85.68，取z 2=87。
故实际传动比i=z 2/z 1=87/24=3.62，与要求的传动比3.57的误差小于3%。
对于齿面硬度小于350 HBS 的闭式软齿面齿轮传动，应按齿面接触强度设计，再按齿根弯曲强度校核。
2. 按齿面接触强度设计设计公式5-481d ≥1）查表5-8，原动机为电动机，工作机械是输送机，且工作平稳，取载荷系数K=1.2。
2）小齿轮传递的转矩 112.79550955073.671350P N m n T =⨯=⨯=⋅3）查表5-13，齿轮为软齿面，对称布置，取齿宽系数φd =1。
4）查表5-10，两齿轮材料都是锻钢，故取弹性系数Z E =189.8 MPa 1/2。
5）两齿轮为标准齿轮，且正确安装，故节点区域系数Z H =2.5，取重合度系数Z ε=0.9。
6）计算许用接触应力 N W X HLim H HZ Z Z Sσσ⎡⎤=⎣⎦①应力循环次数小齿轮N 1=60n 1jL h =60×350×1×(2×8×300×10)=10.08×108 大齿轮N 2= N 1/i=10.08×108/3.62=2.78×108②据齿轮材料、热处理以及N 1、N 2，查接触疲劳寿命系数图表，不允许出现点蚀，得接触疲劳寿命系数Z N1=1，Z N2=1，两齿轮均为软齿面故ZW=1，ZX=1。
齿 轮 传 动 设 计 示 例(直齿圆柱齿轮)
齿轮传动设计示例
设计一输送机用一级闭式直齿圆柱齿轮传动，已知输入功率P=9.2kW，n1=970r/min，i=4.76，运转平稳，对称布置，单向工作，单班工作，预期寿命5年（每年300天计）。
计算示例1
一对闭式标准直齿圆柱齿轮传动，已知n 1=970r /min ，z 1=20，i =3，m =6mm ，b =120mm ，载荷系数K =1.2，大齿轮的齿根弯曲疲劳应力σF2=49.7MPa ，且Y Fa1Y Sa1= 4.48，Y Fa2Y Sa2=4.18，试:(1)计算小齿轮的齿根弯曲疲劳应力σF1 (2)按齿根弯曲疲劳强度计算传递的功率P 。
解：(1)因为
2
21
121Sa Fa Sa Fa F F Y Y Y Y =σσ 则 MPa Y Y Y Y F Sa Fa Sa Fa F 3.537.4918
.448
.4222111=⨯==
σσ
(2) 因为7.4920312018
.42.12222112
11
2212132212
=⨯⨯⨯⨯⨯===T z m mz d b Y Y KT z m Y Y KT Sa Fa d Sa Fa F φσ
得T 1= 107010 N .mm
有 T 1=9.55x 106P /n 1 = 9.55x 106P /970=107010 则 P =10.7 kW
二、设计一输送机用一级闭式斜齿圆柱齿轮传动，已知输入功率P=9.2kW，n1=970r/min，i=4.76，运转平稳，对称布置，单向工作，单班工作，预期寿命5年（每年300天计）。
齿轮传动典型例题解(设计)
齿轮传动典型例题（设计）一、应熟记的公式：6021n πω=；;1055.91161n P T ⨯= η⋅⋅=1212i T T1）直齿：112d T F t =； αtan ⋅=t r F F ； αcos tn F F = 。
21t t F F -=；21r r F F -=。
2）斜齿：21t t F F -=； 21r r F F -=； 21a a F F -=。
1212d T F t =；βs c Zm d n 011=。
βαcos /tan 11n t r F F ⋅=； βtan 11⋅=t a F F 。
3）圆锥：21t t F F -=；21a r F F -=；21r a F F -=。
1112m t d T F =, )5.01(sin 1111R m d b d d φδ-=-=； 111cos tan δα⋅=t r F F ； 111sin tan δα⋅⋅=t a F F 。
R b R =φ，22222212221d d Z Z m R +=+=；121221tan tan δδc Z Z n n i ==== 4）蜗轮蜗杆：21a t F F -=；21r r F F -=； 21t a F F -=。
1112d T F t =，mq d =1； 22212d TF F t a ==； αtan 221t r r F F F == 二、习题1． 判断下列圆锥齿轮受力，设驱动功率为P ，主动轮转速为1n （方向如图示）。
各齿轮几何参数均已知。
求：（1）两轮各力的方向；（2）各力计算表达式。
解：（1）如图所示；（2）;1055.91161nP T ⨯=η⋅⋅=1212i T T ； 21112t m t F d T F -==，)5.01(sin 1111R m d b d d φδ-=-=； 111cos tan δα⋅=t r F F ；111sin tan δα⋅⋅=t a F F 。
带式输送机传动装置设计(单级圆柱齿轮减速器)》
河北建筑工程学院《机械设计》课程设计任务书课程名称：机械设计学院：机械工程学院专业：机械电子工程班级：机电132班学号：2013322203学生姓名：李明精选资料指导教师：刘春东职称：副教授可修改编辑一、设计题目带式输送机传动装置设计（单级圆柱齿轮减速器），运动简图如下图所示：二、设计目的本课程设计为学生提供了一个既动手又动脑，自学，查资料，独立实践的机会。
将本学期课本上的理论知识和实际有机的结合起来，锻炼学生实际分析问题和解决问题的能力，提高学生综合运用所学知识的能力，装配图、零件图的设计绘图能力。
三、已知条件1、机器功用：由输送带运送物料2、工作情况：电动机连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，室内工作，环境温度不超过40度，每年按300个工作日计算。
3、运转要求：输送带运动速度误差不超过±5％。
四、主要设计内容1、传动比的计算及带传动、齿轮传动传动的分配；2、齿轮轴结构设计、材料选取、尺寸计算；3、电机、齿轮、键、轴承、联轴器等零部件的选型，参数计算；4、轴、键、齿轮等的校核计算；5、密封、润滑方式的选择。
五、设计进度安排精选资料六、设计数据从原始数据表中选取__39__组数据为原始数据，具体参数如下表：七、设计要求1、课程设计说明书一份，要求用黑色笔撰写，字迹工整，字数不少于4000字；2、完成1号装配图图纸一张，3号零件图纸2-3张。
3、需上交电子版和纸质的说明书及图纸。
可修改编辑河北建筑工程学院《机械设计》课程设计任务书课程名称：机械设计2精选资料学院：机械工程学院专业：机械电子工程班级：机电132班学号：2013322201 学生姓名：龙瀚宏指导教师：刘春东职称：副教授可修改编辑一、设计题目带式输送机传动装置设计（单级圆柱齿轮减速器），运动简图如下图所示：二、设计目的本课程设计为学生提供了一个既动手又动脑，自学，查资料，独立实践的机会。
将本学期课本上的理论知识和实际有机的结合起来，锻炼学生实际分析问题和解决问题的能力，提高学生综合运用所学知识的能力，装配图、零件图的设计绘图能力。
机械设计课程设计-设计一用于带式传动的单级斜齿圆柱齿轮减速器
机械设计基础课程设计学生姓名：学号：年级：专业：院（系）：指导教师：时间：设计任务书设计一用于带式传动的单级斜齿圆柱齿轮减速器。
带式运输机在常温下连续工作，单向运转，空载启动，工作载荷平稳，两班制使用期限：8年大修期：3年生产批量：大批量生产动力来源：电力，三相交流电，380v/220v题目数据：运输队允许速度误差±5%设计任务要求：（1）绘制减速器装配图一张（A1）（2）零件工作图1—2张(齿轮、轴、箱体等)（3）设计计算说明书1份（5000---7000字）第一章绪论1.1设计目的（1）通过课程设计，使我们能够综合运用机械设计基础课程和其他先修课程的理论和实践知识，解决机械设计问题。
（2）通过课程设计实践，使我们掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想，培养分析和解决工程实际问题的能力。
（3）在课程设计实践中，对我们进行机械设计基本技能的培训，培养我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力，以及计算、绘图、数据处理、计算机辅助设计等方面的能力。
1.2传动方案拟定1传动系统的作用和传动方案的特点：机器一般由原动机，传动装置和工作装置组成。
传动装置是用来传递原动机的动力和运动，变换运动形式以满足工作装置的需求，是机器的重要组成部分。
传送装置是否合理将直接影响机器的工作性能，重量和成本。
合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单，制作方便，成本低廉，传动效率高和使用维修方便。
本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。
传动方案采用两级传动，第一级为带传动，第二级为单级圆柱齿轮减速器。
带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，担有过载保护的优点。
还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的尺寸。
齿轮传动的传动效率高，适用的功率和范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一，本设计采用的是单级圆柱齿轮传动。
减速器的相箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。
圆柱齿轮传动设计案例
09-9圆柱齿轮传动设计案例顶层设计基础型：软齿面直齿圆柱齿轮设计(案例一)实用型：软齿面斜齿圆柱齿轮设计(案例二)发展型：硬齿面斜齿圆柱齿轮设计(案例三)要求1、掌握基础参数变异求解新课题2、学会运用手册和设计规范：掌握查表选择方法3、参数多、符号多特点：掌握物理意义和优化选择参数4、通过案例模式掌握设计的具体步骤，完成设计案例一：软齿面直齿圆柱齿轮案例设计一带式运输机用减速器中的单级标准直齿圆柱齿轮传动。
已知：小齿轮传递功率P1=9.5kW，小齿轮转速n1=584r/min，传动比i=u=4.2，两班制工作，设计工作寿命8年（每年按260个工作日计算）。
运输机由电机驱动，单向运转，工作中有轻微冲击，但无严重过载。
对传动尺寸不做严格限制，小批量生产，允许齿面出现少量点蚀。
（1）选择齿轮材料、热处理方法并确定许用应力初选材料：小齿轮：40Cr ，调质处理，品质中等，齿面硬度241～286HBW ； 大齿轮：45钢，调质处理，品质中等，齿面硬度217～255HBW ； 根据小齿轮齿面硬度260HBW 和大齿轮齿面硬度230HBW 。
一般HBW 1=HBW 2+（20～50），硬度差符合要求。
确定许用应力：按GB 规定，有计算法（可直接查国标或有关教材）和图表法两种。
由PPT 中图表按MQ 查得：MPa H 7131lim =σMPa H 5732lim =σMPaF 2981lim =σMPaF 2182lim =σ查图表得：接触寿命系数Z N1=0.94，Z N2=1.1 查图表得：弯曲寿命系数Y N1=0.85，Y N2=0.95 其中：9111017.116260858416060⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==h t n N γ8221078.21626082.458416060⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==h t n N γ查表，取安全系数S Hmin =1.1，S Fmin =1.25，得[]MPa Z S N H H H 60994.01.17131min 1lim 1=⨯==σσ确定许用应力：NN Z NY[]MPa Z S N H H H 5731.11.15732min 2lim 2=⨯==σσ[]MPa Y S N H FE F 3.4051min 11==σσ[]MPa Y S N H FE F 4.3112min22==σσ（2）分析失效、确定设计准则假定设计的齿轮传动是闭式传动，大齿轮是软齿面齿轮，最大可能的失效是齿面疲劳；如果模数过小，也可能发生齿轮疲劳折断。
设计一用于带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器
机械设计基础课程设计设计人：班级：学号：指导老师：设计要求设计一用于带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器，如图所示。
运输机连续工作，单向运转，载荷变化不大，空载起动。
减速器小批量生产。
使用期限10年，两班制工作。
运输带容许速度误差为5%。
原始数据（所给数据的第六小组）目录一．确定传动方案二．选择电动机（1）选择电动机（2）计算传动装置的总传动比并分配各级传动比（3）计算传动装置的运动参数和动力参数三．传动零件的设计计算（1）普通V带传动（2）圆柱齿轮设计四．低速轴的结构设计（1）轴的结构设计（2）确定各轴段的尺寸（3）确定联轴器的型号（4）按扭转和弯曲组合进行强度校核五．高速轴的结构设计六．键的选择及强度校核七．选择轴承及计算轴承寿命八．选择轴承润滑与密封方式九．箱体及附件的设计（1）箱体的选择（2）选择轴承端盖（3）确定检查孔与孔盖（4）通气器（5）油标装置（6）骡塞（7）定位销（8）起吊装置十．设计小结十一.参考书目一．确定传动方案二．选择电动机(1)选择电动机设计一用于带式运输机上的单级圆柱齿轮减速器，如图所示。
运输机连续工作，单向运转，载荷变化不大，空载起动。
减速器小批量生产。
使用期限10年，两班制工作。
运输带容许速度误差为5%。
图A-11）选择电动机类型和结构形式根据工作要求和条件，选用一般用途的Y系列三相异步电动机，结构形式为卧式封闭结构2)确定电动机功率工作机所要的功率Pw(kw)按下式计算Pw=wFwVwη1000式中，Fw=2800,Vw=1.4m/s,带式输送机的效率ηw=0.94，代入上式得：Pw =Kw=4.17Kw电动机所需功率Po（Kw）按下式计算Po=ηPw Pw=4.17Kw九、箱体及附件的设计（1）箱体的选择（2）选择轴承端盖、（3）确定检查孔与孔盖（4）通气器（5）油标装置（6）螺塞（7）定位销（8）起吊装置十、设计小结十一、参考书②假设带对轴的压力作用如图A-5所示，和r F作用在同一平面，求轴承A处支反力：水平平面：NFFFtBHAH16392327821====垂直平面：∑=0BM，)()(211321=+-+++LLFLFLLLFAVrR211321)(LLLFLLLFF rRAV++++==NN4.28641487411932311453=⨯+⨯NNFFFAVAHA4.132844.286416392222=+=+=求轴承处B处支反力：水平平面：NFFAHBH16392/3278===垂直平面：NFFFFAVRrBV4.2184.286414531193-=-+=-+=BVF还有一种计算方法：∑=0AM，)(2213=-++LFLLFLFrBVR中心高度H=220mm........忽略此处.......。
设计铣床中的一对圆柱齿轮传动
设计铣床中的一对圆柱齿轮传动设计铣床中的一对圆柱齿轮传动，已知P1=7.5KW，n1=1450r/min，z1=26，z2=54，寿命Lh=12000h，小齿轮相对其轴的支承为不对称布置，并画出大齿轮的结构图。
解：1.选定齿轮类型、精度等级、材料无特别要求的情况下，优先选择直齿圆柱齿轮；铣床属于金属切削机床，推荐精度等级为3~8级，类比选择精度等级为7级；材料选择：选择小齿轮材料为40Cr，调质处理，硬度为280HBW；大齿轮材料为45钢，调质处理，硬度为240HBW；2.属于软齿面，按齿面接触疲劳强度设计设计公式为：3.确定公式中的各个参数值和系数（1）试选载荷系数Kt=1.3（2）小齿轮传递的转矩为：（3）查表10-8得齿宽系数φd=1.1（4）查表10-6得弹性影响系数（5）由图10-21c查得齿轮的接触疲劳强度极限为：小齿轮：σlim 1=570Mpa大齿轮：σlim 2=530Mpa（6）齿数比u=z2/z1=2.077（7）计算工作应力循环次数为：（8）查图10-19得接触疲劳寿命系数：小齿轮：KHN1=0.92大齿轮：KHN2=0.93（9）取接触疲劳强度安全系数SH=1（10）则两齿轮的接触疲劳强度许用应力为：小齿轮：大齿轮：4.代入接触疲劳强度设计式并进行设计计算（1）按设计公式确定小齿轮分度圆的直径d1，计算时取上面计算出的两个许用应力中较小的一个代入：（2）计算圆周速度v=Πd1tn1/60*1000=4.12m/s（3）计算齿宽bb=φd×d1t=1.1×54.3=59.73mm（4）计算齿宽与齿高之比b/h模数：m=d1t/z1=2.08mm齿高：h=2.25m=2.25×2.08=4.68mmb/h=59.73/4.68=12.76mm（5）计算载荷系数根据ν=4.12m/s，7级精度，得动载系数KV=1.15直齿轮，假设KAFt/b>100N/mm查表10-3得齿间载荷分配系数KHα=KFα=1.1查表10-2，得使用系数KA=1.0查表10-4，知7级精度、小齿轮相对其轴的支承为不对称布置时的齿向载荷分布系数为：载荷系数（6）按实际的载荷系数校正前已计算出来的分度圆直径：修正后的分度圆直径为（7）计算并确定模数m∴取标准模数m=2.5（8）计算分度圆直径d1=mz1=2.5×26=65mm5.校核齿根弯曲疲劳强度校核公式为：确定公式中的各个参数值和系数（1）载荷系数K——与上面计算的K值不一样其中KA和KV与前面一致KHα=KFα=1.1根据b/h=12.76和KHβ=1.51，得齿向载荷分布系数KFβ=1.6∴ 载荷系数K=KAKVKFαKFβ=1×1.15×1.1×1.6=2.024（2）小齿轮传递的转矩已在前面计算出为T1=49.4Nm（3）齿宽系数仍取为φd=1.1（4）模数按上面刚确定的值，即m=2.5（5）小齿轮齿数按要求的26齿计算（6）查表10-5得齿形系数为YFa1=2.6，YFa2=2.3（7）查表10-5得应力校正系数为YSa1=1.595；，YSa2=1.715对小齿轮：YFa1×YSa1=2.6×1.595=4.147对大齿轮：YFa2×YSa2=2.3×1.715=3.9445小齿轮的YFa×YSa=2.6×1.595=较大些，应取较大的值代入校核式进行计算。
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09-9圆柱齿轮传动设计案例顶层设计基础型：软齿面直齿圆柱齿轮设计(案例一)实用型：软齿面斜齿圆柱齿轮设计(案例二)发展型：硬齿面斜齿圆柱齿轮设计(案例三)要求1、掌握基础参数变异求解新课题2、学会运用手册和设计规范：掌握查表选择方法3、参数多、符号多特点：掌握物理意义和优化选择参数4、通过案例模式掌握设计的具体步骤，完成设计案例一：软齿面直齿圆柱齿轮案例设计一带式运输机用减速器中的单级标准直齿圆柱齿轮传动。
已知：小齿轮传递功率P1=9.5kW，小齿轮转速n1=584r/min，传动比i=u=4.2，两班制工作，设计工作寿命8年（每年按260个工作日计算）。
运输机由电机驱动，单向运转，工作中有轻微冲击，但无严重过载。
对传动尺寸不做严格限制，小批量生产，允许齿面出现少量点蚀。
（1）选择齿轮材料、热处理方法并确定许用应力初选材料：小齿轮：40Cr ，调质处理，品质中等，齿面硬度241～286HBW ； 大齿轮：45钢，调质处理，品质中等，齿面硬度217～255HBW ； 根据小齿轮齿面硬度260HBW 和大齿轮齿面硬度230HBW 。
一般HBW 1=HBW 2+（20～50），硬度差符合要求。
确定许用应力：按GB 规定，有计算法（可直接查国标或有关教材）和图表法两种。
由PPT 中图表按MQ 查得：MPa H 7131lim =σMPa H 5732lim =σMPaF 2981lim =σMPaF 2182lim =σ查图表得：接触寿命系数Z N1=0.94，Z N2=1.1 查图表得：弯曲寿命系数Y N1=0.85，Y N2=0.95 其中：9111017.116260858416060⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==h t n N γ8221078.21626082.458416060⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==h t n N γ查表，取安全系数S Hmin =1.1，S Fmin =1.25，得[]MPa Z S N H H H 60994.01.17131min 1lim 1=⨯==σσ确定许用应力：NN Z NY[]MPa Z S N H H H 5731.11.15732min 2lim 2=⨯==σσ[]MPa Y S N H FE F 3.4051min 11==σσ[]MPa Y S N H FE F 4.3112min22==σσ（2）分析失效、确定设计准则假定设计的齿轮传动是闭式传动，大齿轮是软齿面齿轮，最大可能的失效是齿面疲劳；如果模数过小，也可能发生齿轮疲劳折断。
因此，本齿轮传动可按齿面接触疲劳承受能力进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度计算。
（3）按齿面接触疲劳承载能力计算齿轮主要参数 根据3211)][(12H E H d Z Z u u KT d σϕ±≥因属减速传动，u=i=4.2 确定计算载荷小齿轮转矩m N n P T ⋅=⨯=⨯=35.1555845.91055.91055.96116111T K K K K KT v A ⋅⋅⋅⋅=βα查表，对于轻微冲击K 的初估值K=1.4～1.6，现取K=1.5mN T K K K K KT v A ⋅=⨯=⋅⋅⋅⋅=23335.1555.111βα区域系数对于标准直齿圆柱齿轮Z H =2.5；弹性系数对于钢—钢MPa Z E 8.189=，齿宽系数查表，软齿面取φd =b d 1=1因大齿轮的许用齿面接触疲劳应力值较小，故将 代入，得[]MPaH 5732=σmm d u a 9.19024.73)2.41(2)1(1=⨯+=+=（初估值，以后需精确计算）一般中心距尾数为0或5 取a=195mm（对称布置，φd =0.8～1.4）mmd 4.73)5738.1895.2(2.4)12.4(11023323231=⨯+⨯⨯≥按经验式m=（0.007～0.02）a ，取m=0.015a=0.015×195=2.93mm，取标准模数m=3mm ， ，取z 1=25，z 2=105。
反算中心距a=195mm ，符合要求。
检验传动比u=z 2/z 1=105/25=4.2符合要求。
25)2.41(31952)1(21=+⨯=+=u m a z （4）选择齿轮精度等级mmmz d 7525311=⨯==齿轮圆周速度 sm n d v /29.21000605847510006011≈⨯⨯⨯=⨯=ππ查表，并考虑该齿轮传动的用途(起重运输机械)，选择8级精度（v ≤6m/s ）（5）精确计算计算载荷11T K K K K KT v A ⋅⋅⋅⋅=βαβαK K K K K v A ⋅⋅⋅=查表，K A =1.25；查图K v =1.15；齿轮传动啮合宽度mm d b d 757511=⨯==ϕ，查表，mm N mm N b F K t A /100/6975107535.155225.13<=⨯⨯⨯⨯=-K α=1.2；查表 0.1=d ϕ对称布置，K β=1.0581.12.105.115.125.1=⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=βαK K K K K v A m N T K K K K KT v A ⋅=⨯=⋅⋅⋅⋅=18.28181.135.15511βαkNd KT KF t 5.7751018.281223111=⨯⨯==（6）验算轮齿接触疲劳承载能力[]MPaMPa u u bd KF Z Z H t EH H 5736102.412.47575105.78.1895.21231=>=+⨯⨯⨯=±=σσ初步设计的尺寸强度不够，需要加大齿轮尺寸，重新校核。
（7）加大齿轮尺寸，重新校核取z 1=27，z 2=113，m=3mm ，则a=210mm ，d 1=81mm =b ，i=z 2/z 1=113/81=4.185,传动比误差=（4.2-4.185）/4.2=0.36％（±3％～5％以内），可用。
考虑参数变化不大，仍用原来的载荷系数KkNd KT KF t 94.6811018.281223111=⨯⨯==验算轮齿接触疲劳承载能力MPaMPa u u bd KF Z Z H t EH H 573][543185.41185.481811094.68.1895.21231=<=+⨯⨯⨯=±=σσ修改的参数轮齿接触疲劳承载能力足够。
（8）验算轮齿弯曲疲劳承载能力由z 1=27，z 2=113，查图，得两轮复合齿形系数Y F1=4.16，Y F2=3.95，于是MPa MPa Y bm KF F F t F 3.405][8.11816.43811094.61311=<=⨯⨯⨯==σσMPaMPa Y Y F F F F F 4.311][8.11216.495.38.11821212=<=⨯==σσσ轮齿弯曲疲劳承载能力足够，表明软齿面齿轮的弯曲强度充裕。
（9）综上，可得所涉及齿轮的主要参数为z 1=27，z 2=113，m=3mm ，a=210mm ，b 1=90mm ，b 2=81mm讨论此案例在验算轮齿接触疲劳承载能力时发现强度不够，要加大尺寸，重新验算。
其原因是初步计算时取载荷系数K=1.5，偏小而导致的。
案例二：软齿面斜齿圆柱齿轮案例将软齿面直齿圆柱齿轮案例改为软齿面斜齿圆柱齿轮设计，其余条件均不变。
（1）选择齿轮材料、热处理方法并确定许用应力 与直齿圆柱齿轮的选择计算相同[]MPaH 6091=σ[]MPaH 5732=σ[]MPaF 3.4051=σ[]MPaF 4.3112=σ（2）分析失效、确定设计准则由题意可知，最大可能的失效时齿面疲劳；但如模数过小，也可能发生轮齿疲劳折断。
因此，本齿轮传动可按齿面接触疲劳承载能力进行设计，确定主要参数，再验算轮齿的弯曲疲劳承载能力。
（3）按齿面接触疲劳承受能力计算齿轮主要参数 根据3211)][(12H E H d Z Z Z Z u u KT d σϕεβ±≥因属减速传动，u=i=4.2——设计式确定计算载荷 小齿轮转矩m N n P T ⋅=⨯=35.1551055.9116111T K K K K KT v A ⋅⋅⋅⋅=βα(同直齿)载荷系数K=1.5(同直齿)m N T K K K K KT v A ⋅=⨯=⋅⋅⋅⋅=23335.1555.111βα初选β=11°(常用β=8～15°)， MPaZ E 8.189=区域系数Z H ，标准斜齿圆柱齿轮Z H =2.45（查表，与β值有关，直齿轮β=0），弹性系数不变， 991.0cos ==ββZ （同直齿）齿宽系数查表，软齿面、对称布置仍取φd =bd 1=1重合度系数 εZ ： 轴面重合度 547.111tan 251tan 1=⨯⨯==ππβϕεβZ d Z 1仍初选25由于 1>βε，取重合度系数 ， 为端面重合度 αε根据 73.1=αε,则 αεε1=Z 76.073.11==εZ ，查图得47.2511cos 25cos 3311===βz z v 齿宽系数查表，软齿面、对称布置仍取φd =b d 1=1 (同直齿)。
[]MPa H 5732=σ代入因大齿轮的许用齿面接触疲劳应力值较小，故将 3211)][(12H E H d Z Z Z Z u u KT d σϕεβ±≥mmd 60)57376.0991.08.18945.2(2.412.411023323231≈⨯⨯⨯+⨯⨯≥得mmd u a 156260)2.41(2)1(1=⨯+=+=一般中心距尾数为0或5取a=160mm按经验式m=（0.007～0.02）a ，取m=0.016a=0.016×160=2.56mm 取标准模数m n =3mm ，， 取z 1=20，z 2=84。
检验传动比u=z 2/z 1=84/20=4.2，符合要求。
63.19311cos 60cos 11=⨯==n m d z β求螺旋角β，由 az z m n 2)(cos 21+=β得，8386.121602)8420(3arccos 2)(arccos 21=⨯+⨯=+=a z z m n β=12°50′19″要求计算精确到秒987.0cos ==ββZ （4）选择齿轮精度等级mm z m d n 538.618386.12cos 203cos 11=⨯==β齿轮圆周速度 s m n d v /88.1100060584538.6110006011≈⨯⨯⨯=⨯=ππ查表，并考虑该齿轮传动的用途，选择8级精度（v ≤6m/s ）。
（5）精确计算计算载荷（实际载荷系数K)11T K K K K KT v A ⋅⋅⋅⋅=βαβαK K K K K v A ⋅⋅⋅=查表，K A =1.25；查图,K v ≈1.1； 齿轮传动啮合宽度mm d b d 62538.6111≈⨯==ϕ，查表， mm N mm N b F K t A /100/79.1016210538.6135.155225.13>=⨯⨯⨯⨯=-K α=1.2； 同直齿，K β=1.05查表(8级精度，未经表面硬化的斜齿轮)73.105.12.11.125.1=⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=βαK K K K K v A m N T K K K K KT v A ⋅=⨯=⋅⋅⋅⋅=76.26873.135.15511βαkNd KT KF t 73.8538.611076.268223111=⨯⨯==（6）验算轮齿接触疲劳承载能力[]MPaMPa uu bd KF Z Z Z Z H t E H H 5735872.412.4538.61621073.876.0987.08.18945.2131=>=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=±=σσεβ，两者十分接近，改善热处理条件即可（目前是按MQ 选择）。