机械设计课程设计
说明书
学院：西安交通大学机械学院
专业：机械设计制造及其自动化
班级：机设0602
姓名：XXX
教师：XXX
目 录
一、设计数据及要求 2
1.工作机有效功率 2
2.查各零件传动效率值 2
3.电动机输出功率 3
4.工作机转速 3
5.选择电动机 3
6.理论总传动比 3
7.传动比分配 3
8.各轴转速 4
9.各轴输入功率： 4
10.电机输出转矩： 4
11.各轴的转矩 4
12.误差 5
三、选择齿轮材料，热处理方式和精度等级 5
四、齿轮传动校核计算 5
（一）、高速级 5
（二）、低速级 9
五、初算轴径 13
六、校核轴及键的强度和轴承寿命： 14
（一）、中间轴 14
（二）、输入轴 20
（三）、输出轴 24
七、选择联轴器 28
八、润滑方式 28
九、减速器附件： 29
十一 、参考文献 29
一、设计数据及要求
F=2500N d=260mm v=1.0m/s
机器年产量：大批； 机器工作环境：清洁；
机器载荷特性：平稳； 机器的最短工作年限：五年二班；
二、 确定各轴功率、转矩及电机型号
1.工作机有效功率
2.查各零件传动效率值
联轴器（弹性） ，轴承 ，齿轮 滚筒
故：
3.电动机输出功率
4.工作机转速
电动机转速的可选范围： 取1000
5.选择电动机
选电动机型号为Y132S—6，同步转速1000r/min，满载转速960r/min，额定功率3Kw
电动机外形尺寸
中心高H 外形尺寸
底脚安装尺寸
底脚螺栓直径
K 轴伸尺寸
D×E 建联接部分尺寸
F×CD
132
216×140 12 38×80 10×8
6.理论总传动比
7.传动比分配
故 ，
8.各轴转速
9.各轴输入功率：
10.电机输出转矩：
11.各轴的转矩
12.误差
带式传动装置的运动和动力参数
轴 名 功率 P/
Kw 转矩 T/
Nmm 转速 n/
r/min 传动比 i 效率 η/
%
电 机 轴 2.940 29246.875 960 1 99
Ⅰ 轴 2.9106 28954.406 960 4.263 96
Ⅱ 轴 2.7950 118949.432 225.40 3.066 96
Ⅲ 轴 2.6840 348963.911 73.46
Ⅳ 轴 2.6306 345474.272 73.46 1 98
三、选择齿轮材料，热处理方式和精度等级
考虑到齿轮所传递的功率不大，故小齿轮选用45#钢，表面淬火，齿面硬度为40～55HRC，齿轮均为硬齿面，闭式。
选用8级精度。
四、齿轮传动校核计算
（一）、高速级
1．传动主要尺寸
因为齿轮传动形式为闭式硬齿面，故决定按齿根弯曲疲劳强度设计齿轮传动主要参数和
尺寸。由参考文献[1]P138公式8.13可得：
式中各参数为：
（1）小齿轮传递的转矩：
（2）初选 =19, 则
式中： ——大齿轮数；
——高速级齿轮传动比。
（3）由参考文献[1] P144表8.6，选取齿宽系数 。
（4）初取螺旋角 。由参考文献[1]P133公式8.1可计算齿轮传动端面重合度：
由参考文献[1] P140图8.21取重合度系数 =0.72
由式8.2得
由图8.26查得螺旋角系数
（5）初取齿轮载荷系数 =1.3。
（6）齿形系数 和应力修正系数 ：
齿轮当量齿数为
，
由参考文献[1] P130图8.19查得齿形系数 =2.79， =2.20
由参考文献[1] P130图8.20查得应力修正系数 =1.56， =1.78
（7）许用弯曲应力可由参考文献[1] P147公式8.29算得：
由参考文献[1] P146图8.28（h）可得两齿轮的弯曲疲劳极限应力分别为：
和 。
由参考文献[1] P147表8.7，取安全系数 =1.25。
小齿轮1和大齿轮2的应力循环次数分别为：
式中： ——齿轮转一周，同一侧齿面啮合次数；
——齿轮工作时间。
由参考文献[1] P147图8.30查得弯曲强度寿命系数为：
故许用弯曲应力为
=
所以
初算齿轮法面模数
2 ．计算传动尺寸
（1）计算载荷系数
由参考文献[1] P130表8.3查得使用
由参考文献[1] P131图8.7查得动载系数 ；
由参考文献[1] P132图8.11查得齿向载荷分布系数 ；
由参考文献[1] P133表8.4查得齿间载荷分配系数 ，则
（2）对 进行修正，并圆整为标准模数
由参考文献[1] P124按表8.1，圆整为
（3）计算传动尺寸。
中心距
圆整为105mm
修正螺旋角
小齿轮分度圆直径
大齿轮分度圆直径
圆整b=20mm
取 ，
式中： ——小齿轮齿厚；
——大齿轮齿厚。
3．校核齿面接触疲劳强度
由参考文献[1] P135公式8.7
式中各参数：
（1）齿数比 。
（2）由参考文献[1] P136表8.5查得弹性系数 。
（3）由参考文献[1] P136图8.14查得节点区域系数 。
（4）由参考文献[1] P136图8.15查得重合度系数
（5）由参考文献[1]P142图8.24查得螺旋角系数
（5）由参考文献[1] P145公式8.26 计算许用接触应力
式中： ——接触疲劳极限，由参考文献[1] P146
图8.28（）分别查得 ，
；
——寿命系数，由参考文献[1] P147图8.29查得 ， ；
——安全系数，由参考文献[1] P147表8.7查得 。故
满足齿面接触疲劳强度。
（二）、低速级
1．传动主要尺寸
因为齿轮传动形式为闭式硬齿面，故决定按齿根弯曲疲劳强度设计齿轮传动主要参数和尺寸。由参考文献[1]P138公式8.13可得：
式中各参数为：
（1）小齿轮传递的转矩：
（2）初选 =23, 则
式中： ——大齿轮数；
——低速级齿轮传动比。
（3）由参考文献[1] P144表8.6，选取齿宽系数
（4）初取螺旋角 。由参考文献[1]P133公式8.1可计算齿轮传动端面重合度：
由参考文献[1] P140图8.21取重合度系数 =0.71
由式8.2得
由图8.26查得螺旋角系数
（5）初取齿轮载荷系数 =1.3。
（6）齿形系数 和应力修正系数 ：
齿轮当量齿数为
，
由参考文献[1] P130图8.19查得齿形系数 =2.65， =2.28
由参考文献[1] P130图8.20查得应力修正系数 =1.57， =1.76
（7）许用弯曲应力可由参考文献[1] P147公式8.29算得：
由参考文献[1] P146图8.28（h）可得两齿轮的弯曲疲劳极限应力分别为：
和 。
由参考文献[1] P147表8.7，取安全系数 =1.25。
小齿轮3和大齿轮4的应力循环次数分别为：
式中： ——齿轮转一周，同一侧齿面啮合次数；
——齿轮工作时间。
由参考文献[1] P147图8.30查得弯曲强度寿命系数为：
故许用弯曲应力为
=
所以
初算齿轮法面模数
2 .计算传动尺寸
（1）计算载荷系数
由参考文献[1] P130表8.3查得使用
由参考文献[1] P131图8.7查得动载系数 ；
由参考文献[1] P132图8.11查得齿向载荷分布系数 ；
由参考文献[1] P133表8.4查得齿间载荷分配系数 ，则
（2）对 进行修正，并圆整为标准模数
由参考文献[1] P124按表8.1，圆整为
（3）计算传动尺寸。
中心距
圆整为145mm
修正螺旋角
小齿轮分度圆直径
大齿轮分度圆直径
圆整b=35mm
取 ，
式中： ——小齿轮齿厚；
——大齿轮齿厚。
3.校核齿面接触疲劳强度
由参考文献[1] P135公式8.7
式中各参数：
（1）齿数比 。
（2）由参考文献[1] P136表8.5查得弹性系数 。
（3）由参考文献[1] P136图8.14查得节点区域系数 。
（4）由参考文献[1] P136图8.15查得重合度系数
（5）由参考文献[1]P142图8.24查得螺旋角系数
（5）由参考文献[1] P145公式8.26 计算许用接触应力
式中： ——接触疲劳极限，由参考文献[1] P146
图8.28（）分别查得 ，
；
——寿命系数，由参考文献[1] P147图8.29查得 ， ；
——安全系数，由参考文献[1] P147表8.7查得 。故
满足齿面接触疲劳强度。
五、初算轴径
由参考文献[1]P193公式10.2可得：
齿轮轴的最小直径： 。考虑到键对轴强度的削弱及联轴器对轴径的要求，最后取 。
中间轴的最小直径： 。考虑到键对轴强度的削弱及轴承寿命的要求，最后取
输出轴的最小直径： 。考虑到键对轴强度的削弱及联轴器对轴径的要求，最后取 。
式中： ——由许用扭转应力确定的系数，由参考文献[1]P193表10.2，取
六、校核轴及键的强度和轴承寿命：
（一）、中间轴
1.齿轮2（高速级从动轮）的受力计算：
由参考文献[1]P140公式8.16可知
式中： ——齿轮所受的圆周力，N；
——齿轮所受的径向力，N；
——齿轮所受的轴向力，N；
2.齿轮3（低速级主动轮）的受力计算：
由参考文献[1]P140公式8.16可知
式中： ——齿轮所受的圆周力，N；
——齿轮所受的径向力，N；
——齿轮所受的轴向力，N；
3.齿轮的轴向力平移至轴上所产生的弯矩为：
4.轴向外部轴向力合力为：
5.计算轴承支反力：
竖直方向，轴承1
轴承2
水平方向，轴承1 ，与所设方向相反。
轴承2 ，与所设方向相反。
轴承1的总支撑反力：
轴承2的总支撑反力：
6.计算危险截面弯矩
a-a剖面左侧，竖直方向
水平方向
b-b剖面右侧，竖直方向
水平方向
a-a剖面右侧合成弯矩为
b-b剖面左侧合成弯矩为
故a-a剖面右侧为危险截面。
7.计算应力
初定齿轮2的轴径为 =38mm，轴毂长度为10mm，连接键由参考文献[2]P135表11.28选择 =10×8，t=5mm, =25mm。齿轮3轴径为 =40mm，连接键由P135表11.28选择 =12×8，t=5mm, =32mm，毂槽深度 =3.3mm。
由
，故齿轮3可与轴分离。
又a-a剖面右侧（齿轮3处）危险，故：
抗弯剖面模量
抗扭剖面模量
弯曲应力
扭剪应力
8.计算安全系数
对调质处理的45#钢，由参考文献[1]P192表10.1知:
抗拉强度极限 =650MPa
弯曲疲劳极限 =300MPa
扭转疲劳极限 =155MPa
由表10.1注②查得材料等效系数：
轴磨削加工时的表面质量系数由参考文献[1]P207附图10.1查得
绝对尺寸系数由附图10.1查得：
键槽应力集中系数由附表10.4查得： （插值法）
由参考文献[1]P201公式10.5，10.6得，安全系数
查P202表10.5得许用安全系数[S]=1.5~1.8，显然S>[S]，故危险截面是安全的
9．校核键连接的强度
齿轮2处键连接的挤压应力
齿轮3处键连接的挤压应力
由于键，轴，齿轮的材料都为45号钢，由参考文献[1]查得 ，显然键连接的强度足够！
10.计算轴承寿命
由参考文献[2]P138表12.2查7207C轴承得轴承基本额定动负荷 =23.5KN，基本额定静负荷 =17.5KN
轴承1的内部轴向力为：
轴承2的内部轴向力为：
故轴承1的轴向力 ，
轴承2的轴向力
由 由参考文献[1]P220表11.12可查得：
又
取
故
取
根据轴承的工作条件，查参考文献[1]P218~219表11.9，11.10得温度系数 ，载荷系数 ，寿命系数 。由P218公式11.1c得轴承1的寿命
已知工作年限为5年2班,故轴承预期寿命
，故轴承寿命满足要求
（二）、输入轴
1.计算齿轮上的作用力
由作用力与反作用力的关系可得，齿轮轴1所受的力与齿轮2所受的力大小相等，方向相反。即：轴向力 ，径向力 ，圆周力
2.平移轴向力所产生的弯矩为：
3.计算轴承支撑反力
竖直方向，轴承1
轴承2
水平方向，轴承1 ， 轴承2 ，
轴承1的总支撑反力：
轴承2的总支撑反力：
4.计算危险截面弯矩
a-a剖面左侧，竖直方向
水平方向
其合成弯矩为
a-a剖面右侧，竖直方向
水平方向
其合成弯矩为
危险截面在a-a剖面左侧。
5.计算截面应力
由参考文献[1]P205附表10.1知：
抗弯剖面模量
抗扭剖面模量
弯曲应力
扭剪应力
6．计算安全系数
对调质处理的45#钢，由参考文献[1]P192表10.1知:
抗拉强度极限 =650MPa
弯曲疲劳极限 =300MPa
扭转疲劳极限 =155MPa
由表10.1注②查得材料等效系数：
轴磨削加工时的表面质量系数由参考文献[1]P207附图10.1查得
绝对尺寸系数由附图10.1查得：
由参考文献[1]P201公式10.5，10.6得，安全系数
查P202表10.5得许用安全系数[S]=1.5~1.8，显然S>[S]，故危险截面是安全的
7.校核键连接的强度
联轴器处连接键由参考文献[2]P135表11.28选择 =8×7，t=4mm, =40mm。轴径为 =25mm
联轴器处键连接的挤压应力
由于键，轴的材料都为45号钢，由参考文献[1]查得 ，显然键连接的强度足够！
8.计算轴承寿命
由参考文献[2]P138表12.2查7206C轴承得轴承基本额定动负荷 =17.8KN，基本额定静负荷 =12.8KN
轴承1的内部轴向力为：
轴承2的内部轴向力为：
由于
故轴承1的轴向力 ，
轴承2的轴向力
由 由参考文献[1]P220表11.12可查得：
又
取
故
取
根据轴承的工作条件，查参考文献[1]P218~219表11.9，11.10得温度系数 ，载荷系数 ，寿命系数 。由P218公式11.1c得轴承2的寿命
已知工作年限为5年2班,故轴承预期寿命
，故轴承寿命满足要求
（三）、输出轴
1.计算齿轮上的作用力
由作用力与反作用力的关系可得，齿轮4所受的力与齿轮3所受的力大小相等，方向相反。即：轴向力 ，径向力 ，圆周力
2.平移轴向力所产生的弯矩为：
3.计算轴承支撑反力
竖直方向，轴承1
轴承2
水平方向，轴承1 ， 轴承2 ，
轴承1的总支撑反力：
轴承2的总支撑反力：
4.计算危险截面弯矩
a-a剖面左侧，竖直方向
水平方向
其合成弯矩为
a-a剖面右侧，竖直方向
水平方向
其合成弯矩为
危险截面在a-a剖面左侧。
5.计算截面应力
初定齿轮4的轴径为 =44mm，连接键由参考文献[2]P135表11.28选择 =12×8，t=5mm, =28mm。
由参考文献[1]P205附表10.1知：
抗弯剖面模量
抗扭剖面模量
弯曲应力
扭剪应力
6．计算安全系数
对调质处理的45#钢，由参考文献[1]P192表10.1知:
抗拉强度极限 =650MPa
弯曲疲劳极限 =300MPa
扭转疲劳极限 =155MPa
由表10.1注②查得材料等效系数：
轴磨削加工时的表面质量系数由参考文献[1]P207附图10.1查得
绝对尺寸系数由附图10.1查得：
键槽应力集中系数由附表10.4查得： （插值法）
由参考文献[1]P201公式10.5，10.6得，安全系数
查P202表10.5得许用安全系数[S]=1.5~1.8，显然S>[S]，故危险截面是安全的
7.校核键连接的强度
联轴器处连接键由参考文献[2]P135表11.28选择 =10×8，t=5mm, =70mm。轴径为 =35mm
联轴器处键连接的挤压应力
齿轮选用双键连接，180度对称分布。
齿轮处键连接的挤压应力
由于键，轴的材料都为45号钢，由参考文献[1]查得 ，显然键连接的强度足够！
8.计算轴承寿命
由参考文献[2]P138表12.2查7208C轴承得轴承基本额定动负荷 =26.8KN，基本额定静负荷 =20.5KN
轴承1的内部轴向力为：
轴承2的内部轴向力为：
由于
轴承1的轴向力
故轴承2的轴向力
由 由参考文献[1]P220表11.12可查得：
又
取
故
取
根据轴承的工作条件，查参考文献[1]P218~219表11.9，11.10得温度系数 ，载荷系数 ，寿命系数 。由P218公式11.1c得轴承2的寿命
已知工作年限为5年2班,故轴承预期寿命
，故轴承寿命满足要求
七、选择联轴器
由于电动机的输出轴径（d=38mm）的限制，故由参考文献[2]P127表13-1选择联轴器为HL1型弹性柱销联轴器联，孔径取25mm。由于输出轴上的转矩大，所选联轴器的额定转矩大，故选HL3型，孔径取35mm。
八、润滑方式
由于所设计的减速器齿轮圆周速度较小，低于2m/s，故齿轮的润滑方式选用油润滑，轴承的润滑方式选用脂润滑。考虑到减速器的工作载荷不是太大，故润滑油选用中负荷工业齿轮油（GB5903——1986），牌号选68号。润滑油在油池中的深度保持在68——80mm之间。轴承的润滑脂选用合成锂基润滑脂（SY1413——1980）。牌号为ZL——2H。由于轴承选用了脂润滑，故要防止齿轮的润滑油进入轴承将润滑脂稀释，也要防止润滑脂流如油池中将润滑油污染。所以要轴承与集体内壁之间设置挡油环。
九、减速器附件：
1.窥视孔及窥视孔盖：由于受集体内壁间距的限制，窥视孔的大小选择为长90mm，宽60mm。盖板尺寸选择为长120mm，宽90mm。盖板周围分布6个M6×16的全螺纹螺栓。由于要防止污物进入机体和润滑油飞溅出来，因此盖板下应加防渗漏的垫片。考虑到溅油量不大，故选用石棉橡胶纸材质的纸封油圈即可。考虑到盖板的铸造加工工艺性，故选择带有凸台的铸铁盖板。
2.通气器：为防止由于机体密封而引起的机体内气压增大，导致润滑油从缝隙及密封处向外渗漏，使密封失灵。故在窥视孔盖凸台上加安通气装置。由于减速器工作在情节的室内环境中，故选用结构简单的通气螺塞即可，其规格为M22×1.5。
3.放油孔及放油螺塞：为了能在换油时将油池中的污油排出，清理油池，应在机座底部油池最低处开设放油孔。为了能达到迅速放油地效果，选择放油螺塞规格为M20×1.5。考虑到其位于油池最底部，要求密封效果好，故密封圈选用材质为工业用革的皮封油圈。
4.油面指示器：为了能随时监测油池中的油面高度，以确定齿轮是否处于正常的润滑状态，故需设置油面指示器。在本减速器中选用杆式油标尺，放置于机座侧壁，油标尺型号选择为M12。
5.吊耳和吊钩：为了方便装拆与搬运，在机盖上设置吊耳，在机座上设置吊钩。吊耳用于打开机盖，而吊钩用于搬运整个减速器。考虑到起吊用的钢丝直径，吊耳和吊钩的直径都取20mm。
6．定位销：本减速器机体为剖分式，为了保证轴承座孔的加工和装配精度，在机盖和机座用螺栓联接后，在镗孔之前，在机盖与机座的连接凸缘上应装配定位销。定位销采用圆锥销，安置在机体纵向两侧的联接凸缘得结合面上，呈非对称布置。圆锥销型号选用GB117-86 A6×35。
7.起盖螺钉：在机盖与机座联接凸缘的结合面上，为了提高密封性能，常涂有水玻璃或密封胶。因此联接结合较紧，不易分开。为了便于拆下机盖，在机盖地凸缘上设置一个起盖螺栓。取其规格为M10×22。其中螺纹长度为16mm，在端部有一个6mm长的圆柱。
十一 、参考文献
1 陈铁鸣主编．机械设计．第4版．哈尔滨,哈尔滨工业大学出版社,2006
2 王连明,宋宝玉主编．机械设计课程设计．第2版.哈尔滨,哈尔滨工业大学出版社,2005
3 陈铁鸣, 王连明主编．机械设计作业指导．哈尔滨,哈尔滨工业大学出版社,2003
4徐灏主编．机械设计手册（第二版）．北京：机械工业出版社，2004
5陈铁鸣主编．新编机械设计课程设计图册．北京：高等教育出版社，2003
6王知行，刘廷荣主编．.机械原理．.北京：高等教育出版社，2005
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