齿轮传动设计(课程设计)学士学位论文.doc

一、电动机的选择与运动参数的计算
1.电动机的选择
① 电动机类型的选择
② 选择电动机的容量
（1） 工作机所需功率Pw=Fv/1000=4.16kw（见《机械设计课程设计》P7~9）
（2） 传动装置的总效率为: η =η1 η2… ηn
按《机械设计课程设计》P8表2-2确定各部分的效率为：V带传动η1=0.95；滚动轴承（每一对）效率：η2=0.99，圆柱齿轮传动效率η3=0.96；弹性联轴器效率η4=0.995，卷筒轴滑动轴承效率: η5=0.96.则：
η=0.96*0.993*0.962*0.995*0.96≈0.828
( 3 ) 确定电动机的转速。
由转轮的线速度v=(m/s)可推出转轮的速度为：
==≈95.49
一般选用同步转速为1000 r/min或1500r/min的电动机作为原动机。
通常V带传动常用传动范围i1=2~4，圆柱齿轮3~6，则电机转速nd=nw i带=（2*3~4*5）*95.497=572.982~1909.94
因载荷平稳，电动机的额定功率Ped大于Pd即可，由表17-1选Y132S-4型电动机，额定功率为5.5kw，转速为: n=1440 r/min

表2-5 电动机主要性能参数、尺寸
电动机型号
额定功率（kw）
电动机满载转速（r/min）
启动转矩/额定功率
最大转矩/额定功率
Y132S-4
5.5
1440
2.2
2.2
③ 计算传动装置的总传动比及分配各级传动比
④ 2.3.1总传动比： == = 15.07
⑤ 分配各级传动比
选取V带传动的传动比：，则i2为圆柱齿轮减速器的传动比。由，
得： ,
（4）计算机传动装置的运动参数和动力参数
0轴——电机轴

1轴——高速轴

2轴——中速轴

3轴——低速轴

工作轴：

计算所的动力参数与计算参数

电动机轴
1轴
2轴
3轴
工作轴
转速（r/min）
1440
720
250.87
96.11
3.37
输入功率（kw）
4.16
3.95
3.75
3.564
95.49
输入转矩（N*M）
27.85
52.41
142.75
354.13
337.03
传动比
2
2.87
2.61
1
效率
0.95
0.99
0.96
0.995
0.96

2.V带传动的设计计算
①V带传动的计算功率
由参考文献，表8-8得工作情况系数，故：

②确定V带的截型
根据及n1查参考文献确定选用A型带
③确定带轮的基本直径、
( 1 )由参考文献表8-8和表8-6得，
（3） 验算带速v为；

因为，所以带速合适。

（4）计算大带轮直径为：

④确定带长及V带中心距a
（1） 确定中心距
由估算公式参考文献公式8-20得：

得189≤≤540
=270mm
（2） 确定带长
由表8—2选带的基准长度：
（3） 确定实际中心距
（4）
（5） 验算小带轮包角。
满足条件。
（6） 计算带的根数Z。
由表8—4得：
由表8—5得：
由表8—6得：
由表8—2得：
V带的根数： 故选取6根。
（7） 计算单根V带的初拉力
由表8—3得:
(9)计算压轴力 。

齿轮传动设计
一． 高速齿轮设计：
带式输送机减速器的高速齿轮传动。已知输入功率P=3.95kw，小齿轮的转速n=720r/min。输送机在常温下连续工作，单向转动，载荷较平稳。工作寿命8年，每年工作300日，每日工作8h。

1. 选齿轮类型、精度等级、材料及尺数。
① 齿轮的类型——直齿圆柱齿轮。
② 精度等级：参考表10-6，选用7级精度。
③ 材料选择：参考表10-1，选择：
小齿轮材料为40Cr（调质），齿面硬度为：280HBS。
大齿轮材料为45钢（调质），齿面硬度为：240HBS。
④ 齿数：选小齿轮的齿数,
大齿轮齿数。其中

2. 按齿面接触疲劳强度设计。

① 试选。
② 小齿轮转矩：
③ 由表10-7，齿宽系数。
④ 由图10-20，区域系数ZH=2.5。
⑤ 由表10-5，弹性影响系数。
⑥ 接触疲劳强度用重合度系数Z。

⑦ 接触疲劳许用应力
由图10-25d，小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为：， 。
计算应力循环次数：

由图10-23，接触疲劳寿命系数：KHN1=0.96、KHN2=0.94
取失效概率为：1%，安全系数S=1

取两者之间的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即：

⑧ 按公式10-11试算小齿轮分度圆直径：

⑨ 调整小齿轮分度圆直径
⑴圆周速度：
⑵齿宽b：
⑩ 计算实际载荷系数
由表10-2，使用系数 。
由图10-8，动载荷系数 。
由表10-3，齿间载荷分配系数
其中齿轮圆周力：

用插入法 由表10-4得，齿向载荷分布系数
由此，得实际载荷：
按实际载荷计算分度圆直径：

3. 按齿根弯曲疲劳强度设计。

① 试选KFt=1.3。
② 计算弯曲疲劳强度重合度系数：
③ 计算
由图10-17，齿形系数 YFa1=2.69，YFa2=2.25 。
由图10-18，应力修正系数 Ysa1=1.58，Ysa2=1.74 。
由图10-24c，小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为：， 。
由图10-22，弯曲疲劳寿命系数：KFN1=0.86，KFN2=0.89 。
取弯曲疲劳安全系数S=1.4，即：

因为小齿轮的小于大齿轮，所以取：

④ 试算模数：

⑤ 调整模数
圆周速度V 。

齿宽b。

宽高比b/h。
b/h=33.12/3.105=10.67
计算实际载荷系数
其中：Ⅰ.根据v=1.24m/s，7级精度，由图10-8得动载系KV=1.05
Ⅱ. 由表10-3得齿间载荷分配系数
其中：,

Ⅲ.由图10-4用查值法得，结合b/h=10.67查图10-13得，。
则载荷系数：
按实际载荷算得的齿轮模数：

有上述结果可得：取由弯曲疲劳强度算得的模数m=1.49mm，并就近圆整为标准值m=2mm。按接触疲劳强度算得的分度圆直径的d1=58.6mm。则小齿轮齿数 取Z1=30。
大齿轮的齿数 取Z2=86。

4. 几何尺寸计算。
① 分度圆直径：
② 中心距：
③ 齿轮宽度：
取b1=68mm
b2=b=60mm

5.齿面接触疲劳强度校核。
由上述可得：,,,,
u=2.87，ZH=2.5，，
将他们带入式（10—10） 得：
故齿面接触疲劳强度满足。

6.齿根弯曲疲劳强度校核。
由上述可得：、、YFa1=2.69、YFa2=2.25
Ysa1=1.58、Ysa2=1.74、、、m=2mm、Z1=30
将它们带入式（10-6），得：

故齿根弯曲疲劳强度满足要求。

7.齿轮性能参数：
齿轮
模数 m
齿数 z
分度圆直径 d
齿宽 b
中心距 a
小齿轮
2
30
60
68
116
大齿轮
2
86
172
60

齿轮传动设计
二． 低速齿轮设计：
带式输送机减速器的高速齿轮传动。已知输入功率P=3.75kw，小齿轮的转速n=250.87r/min。输送机在常温下连续工作，单向转动，载荷较平稳。工作寿命8年，每年工作300日，每日工作8h。

1.选齿轮类型、精度等级、材料及尺数。
① 齿轮的类型——直齿圆柱齿轮。
② 精度等级：参考表10-6，选用7级精度。
③ 材料选择：参考表10-1，选择：
小齿轮材料为40Cr（调质），齿面硬度为：280HBS。
大齿轮材料为45钢（调质），齿面硬度为：240HBS。
④ 齿数：选小齿轮的齿数,
大齿轮齿数 取整Z2=78.3。其中

2．按齿面接触疲劳强度设计。

① 试选。
② 小齿轮转矩：
③ 由表10-7，齿宽系数。
④ 由图10-20，区域系数ZH=2.5。
⑤ 由表10-5，弹性影响系数。
⑥ 接触疲劳强度用重合度系数Z。

⑦ 接触疲劳许用应力
由图10-25d，小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为：， 。
计算应力循环次数：

由图10-23，接触疲劳寿命系数：KHN1=0.93、KHN2=0.95
取失效概率为：1%，安全系数S=1

取两者之间的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即：

⑧ 按公式10-11试算小齿轮分度圆直径：

⑨ 调整小齿轮分度圆直径
⑴圆周速度：
⑵齿宽b：
⑩ 计算实际载荷系数
由表10-2，使用系数 。
由图10-8，动载荷系数 。
由表10-3，齿间载荷分配系数
其中齿轮圆周力：

用插入法 由表10-4得，齿向载荷分布系数
由此，得实际载荷：
按实际载荷计算分度圆直径：

3.按齿根弯曲疲劳强度设计。

① 试选KFt=1.3。
② 计算弯曲疲劳强度重合度系数：
③ 计算
④
由图10-17，齿形系数 YFa1=2.54，YFa2=2.25 。
由图10-18，应力修正系数 Ysa1=1.58，Ysa2=1.74 。
由图10-24c，小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为：， 。
由图10-22，弯曲疲劳寿命系数：KFN1=0.85，KFN2=0.88 。
取弯曲疲劳安全系数S=1.4，即：

因为小齿轮的小于大齿轮，所以取：

⑤ 试算模数：

⑥ 调整模数
圆周速度V 。

齿宽b。

宽高比b/h。
b/h=49.8/3.735=13.34
计算实际载荷系数
其中：Ⅰ.根据v=0.65m/s，7级精度，由图10-8得动载系KV=1.02
Ⅱ. 由表10-3得齿间载荷分配系数
其中：,

Ⅲ.由表10-4用查值法得，结合b/h=13.35
查图10-13得，。
则载荷系数：
按实际载荷算得的齿轮模数：

有上述结果可得：取由弯曲疲劳强度算得的模数m=1.77mm，并就近圆整为标准值m=2mm。按接触疲劳强度算得的分度圆直径的d1=83.52mm。则小齿轮齿数 取Z1=42。
大齿轮的齿数 取Z2=110 。

4.几何尺寸计算。
① 分度圆直径：
② 中心距：
③ 齿轮宽度：
取b1=90mm
b2=b=84mm

5.齿面接触疲劳强度校核。
由上述可得：,,,,
u=2.61，ZH=2.5，，
将他们带入式（10—10） 得：
故齿面接触疲劳强度满足。

6.齿根弯曲疲劳强度校核。
由上述可得：，，YFa1=2.54，YFa2=2.25
Ysa1=1.58，Ysa2=1.74，，，m=2mm，Z1=42
将它们带入式（10-6），得：

故齿根弯曲疲劳强度满足要求。

6.齿轮性能参数：
齿轮
模数 m
齿数 z
分度圆直径 d
齿宽 b
中心距 a
小齿轮
2
42
84
90
152
大齿轮
2
110
220
84

轴的设计
一． 高速轴：
1. 轴上的功率P、转速n和转矩T

2．求作用在齿轮上的力

3.初步确定轴的最小直径。
先按式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取,于是得：

考虑到轴端出开有键槽，轴颈应增大4%~5%，则初步选取。
4.轴的结构设计：

确定各段的直径和长度:
轴段①：已知初步确定轴的最小直径，因为其与带轮装配。
带轮的宽度。所以初定轴段①的长度L=41mm。
轴段②：因为轴段①的右端必须为轴肩，所以为了满足带轮轴的定位要求，故取轴段②的直径，取整。因为轴段②处安装轴承盖，所以轴段②的长度。
轴段③：在轴段③处安装轴承（深沟球轴承），因为轴承内径要与轴段③直径保持一致，查《机械设计课程设计》选型号为6207的滚动轴承，基本几何尺寸为。
所以轴段③处的直径，长度。
轴段④：因为轴段③的右端有轴肩，则轴段④的直径为，即取轴段④的直径为

轴段⑤：轴段⑤的右端面为齿轮的轴肩固定面，有轴颈查表15-2得R=1.6。由轴肩高度，轴环宽度，得轴段⑤的直径，长度
轴段⑥：轴段⑥上安装齿轮，因为轴段⑥的右端为轴承的定位轴肩，所以初定，齿轮的右端采用套筒固定，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，已知齿轮的宽度，轴段⑥的长度，故取轴段⑥的长度。
轴段⑦：轴段⑦与轴段③都是安装轴承的位置，故轴段⑦的直径。在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离S,由《机械设计课程设计》P37取S=5mm，取齿轮距箱体内壁之距离；则轴段⑦的长度

各段的直径和长度入下表：

轴段①
轴段②
轴段③
轴段④
轴段⑤
轴段⑥
轴段⑦
直径d/mm
23
28
35
42
52
42
35
长度l/mm
45
50
17
107
8
65
41

5.轴上零件的周向定位
齿轮、V带带轮与轴的周向定位均采用平键连接。按d1=23mm查得平键截面，轴颈处配合为，。按d6=42m查得平键截面，齿轮处配合为，。
6.轴上的载荷

⑴作用在齿轮上的力
圆周力：
径向力：
轴向力：Fa=0N
⑵取齿轮齿宽的中间、轴承宽中点为受力点，则：

⑶计算支承反力：
① 在水平面上：由,
,
得：

弯矩：

② 在垂直面上（v）：由，
,
得：

弯矩：

合成弯矩：

故取 。
⑷计算扭矩：
(5)弯矩图和扭矩图

7.按弯扭合成应力校核轴的强度：
由合成弯矩图可知，危险截面在安装齿轮的截面上（危险截面C）。
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据式（15-5）当量转矩：

因为扭转切应力为脉动循环变应力，取。
则：已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得。
轴的强度条件：

故该轴安全。

8.校核轴承和计算寿命
⑴校核轴承1和计算寿命
径向载荷
轴向载荷
故，由表13-5选取。
则，由表13-5查得X=1;Y=0
由表13-6选取载荷系数
故当量载荷:
⑵计算轴承寿命（6207的滚动轴承基本额定动载荷

在上述条件下，该轴承满足所需工作时间，且轴承能工作3737354小时。

⑵校核轴承2和计算寿命
径向载荷
轴向载荷
故，由表13-5选取。
则，由表13-5查得X=1;Y=0
由表13-6选取载荷系数
故当量载荷:
⑵计算轴承寿命（6207的滚动轴承基本额定动载荷

在上述条件下，该轴承满足所需工作时间，且能工作146430小时。

二． 中速轴：
1. 轴上的功率P、转速n和转矩T

2．求作用在齿轮上的力
⑴高速大齿轮2 （，）

⑵低速小齿轮3 （，）

3.初步确定轴的最小直径。
先按式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取,于是得：

考虑到轴端出开有键槽，轴颈应增大4%~5%，则初步选取。

4.轴的结构设计
确定各段直径长度：
轴段①：因为在轴段①上安装轴承，且初步确定轴的最小直径。由《机械设计课程设计》选取选型号为6207的滚动轴承，基本几何尺寸为。则轴段①的直径，长度。
轴段②：因为在轴段②上安装齿轮，且应该与高速轴上的齿轮相啮合，为了安装方便轴段②的右端应该有轴肩。轴段②的直径，取。齿轮的右端采用套筒固定，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，已知齿轮的宽度，轴段②的长度，故取轴段②的长度
。
轴段③：轴段③的右端面为齿轮的轴肩固定面，有轴颈查表15-2得R=1.6。由轴肩高度，轴环宽度，得轴段③的长度，直径，取整。
轴段④：轴段④上安装低速小齿轮，齿轮的右端用轴肩固定，左端用套筒固定。则取。齿轮的左端采用套筒固定，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，已知齿轮的宽度，轴段④的长度，故取轴段④的长度。
轴段⑤：轴段⑤上安装轴承，取。长度。

各段的直径和长度入下表：

轴段①
轴段②
轴段③
轴段④
轴段⑤
直径d/mm
35
42
50
42
35
长度l/mm
41
88
10
56
41

5.轴上零件的周向定位
齿轮与轴的周向定位均采用平键连接。按d2=42mm查得平键截面，轴颈处配合为，。按d4=42m查得平键截面，齿轮处配合为，。

6.轴上的载荷

⑴作用在齿轮上的力
①高速大齿轮2 （，）

②低速小齿轮3 （，）

⑵取齿轮齿宽的中间、轴承宽中点为受力点，则：
64.5mm
(2)计算支承反力
根据平面平行力系平衡方程
⑴在水平面上（H）：,
,
由上述公式可得：

弯矩：
在齿轮3处：

在齿轮2处：
⑵在垂直面上（V）：由，
,
得：

弯矩：在齿轮3处：

在齿轮2处：

合成弯矩：

⑷计算扭矩：
(5)弯矩图和扭矩图

7.按弯扭合成应力校核轴的强度：
由合成弯矩图可知，危险截面在的3上（承受最大弯矩和扭矩）。
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据式（15-5）当量转矩：

因为扭转切应力为脉动循环变应力，取。
则：已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得。
轴的强度条件：

故该轴安全。

8.校核轴承和计算寿命
⑴校核轴承1和计算寿命
径向载荷
轴向载荷
故，由表13-5选取。
则，由表13-5查得X=1;Y=0
由表13-6选取载荷系数
故当量载荷:
⑵计算轴承寿命（6207的滚动轴承基本额定动载荷）

在上述条件下，该轴承满足所需工作时间，且轴承能工作23932小时。
（2）校核轴承2和计算寿命
径向载荷
轴向载荷
故，由表13-5选取。
则，由表13-5查得X=1;Y=0
由表13-6选取载荷系数
故当量载荷:
⑵计算轴承寿命（6207的滚动轴承基本额定动载荷

在上述条件下，该轴承满足所需工作时间，且轴承能工作68836小时。

三． 低速轴
1. 轴上的功率P、转速n和转距T

2．求作用在齿轮上的力（，）

3.初步确定轴的最小直径。
先按式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取,于是得：

输出轴的最小直径显然是安装联轴器出的直径d1。为了使所选的轴直径与联轴器的孔相适应，故需同时选取联轴器型号。
联轴器的计算转矩,查表14-1考虑转矩变化很小，故取,则：

按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查《机械设计课程设计》,选取HL4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径，故取。半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度,取轴的长度。

4.轴的结构设计
⑵确定各段轴的直径和长度
轴段①：轴段①上安装联轴器，由上述可知：轴段①的直径为，长度。
轴段②：轴段②的右端应为联轴器的固定轴肩，且在轴段②上安装轴承端盖，初步确定轴承端盖总宽度。则轴段②的直径，取；轴段②的长度。
轴段③：轴段③上安装轴承，查《机械设计课程设计》，选取6212型深沟球轴承；基本参数,故轴段③的直径，长度。
轴段④：轴段④的右端应为轴承的固定轴肩，则轴段④的直径，长度
轴段⑤：轴段⑤的右端为齿轮的固定轴肩，取。由轴环宽度，取。
轴段⑥：轴段⑥上安装齿轮，齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位，取。为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，则轴段⑥的长度
轴段⑦：轴段⑦上安装轴承。故轴段⑦的直径，长度。

轴段①
轴段②
轴段③
轴段④
轴段⑤
轴段⑥
轴段⑦
直径d/mm
40
48
60
72
88
72
60
长度l/mm
110
50
22
81
12
82
46

各段的直径和长度入下表：

5.轴上零件的周向定位
齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按d1=40mm查得平键截面，轴颈处配合为，。按d6=72m查得平键截面，齿轮处配合为，。

6.轴上的载荷

⑴作用在齿轮上的力
圆周力：
径向力：
轴向力：Fa=0N
⑵取齿轮齿宽的中间、轴承宽中点为受力点，则：

⑶计算支承反力：
② 在水平面上：由,
,
得：

弯矩：

③ 在垂直面上（v）：由，
,
得：

弯矩：

合成弯矩：

故取 。
⑷计算扭矩：
(5)弯矩图和扭矩图

7.按弯扭合成应力校核轴的强度：
由合成弯矩图可知，危险截面在安装齿轮的截面上（危险截面C）。
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据式（15-5）当量转矩：

因为扭转切应力为脉动循环变应力，取。
则：已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得。
轴的强度条件：

故该轴安全。

8.校核轴承和计算寿命
⑴校核轴承1和计算寿命
径向载荷
轴向载荷
故，由表13-5选取。
则，由表13-5查得X=1;Y=0
由表13-6选取载荷系数
故当量载荷:
⑵计算轴承寿命（6207的滚动轴承基本额定动载荷

在上述条件下，该轴承满足所需工作时间，且轴承能工作16473178小时。

⑵校核轴承2和计算寿命
径向载荷
轴向载荷
故，由表13-5选取。
则，由表13-5查得X=1;Y=0
由表13-6选取载荷系数
故当量载荷:
⑵计算轴承寿命（6207的滚动轴承基本额定动载荷

在上述条件下，该轴承满足所需工作时间，且能工作1416433小时。