级二减速器设计课程设计计算说明书--本科毕业设计.doc

西安科技大学高新学院

课程设计计算说明书

学 院 机电信息学院
课 程 机械设计
专 业 机械设计与制造及其自动化
班 级 机单1001
姓 名 温晨光
学 号 1001140546
指导教师 程安宁
日 期 2013年1月6号
任务书
姓名
温晨光
学号
1001140546
专业班级
机单1001
设计参数：载荷：383.97N，皮带速度：0.791m/s,滚筒直径: 355mm,使用年限:6年
完成时间： 2013年1月6日
内容及要求：机械设计课程设计通过传动方案的拟定，结构设计，设计计算，查阅有关标准和规范以及编写设计计算说明书，使学生掌握机械传动装置的设计步骤和方法的一般规律，提高设计技能。
机械设计课程设计包括：(1)确定机械系统总体传动方案。（2）选择电动机 。(3)传动装置运动和动力参数的计算。 (4)传动件如齿轮．带及带轮的设计。(5)轴的设计。(6)轴承组合部件设计。(7)键的选择和校核。(8)机架或箱体的设计。(9)润滑设计。
学生在规定的时间内应绘制装配工作图1张(A0或A1图纸)，组件或零件工作图2—3张，并编写设计计算说明书1份。
指导教师：程安宁
2012 年 12 月 24 日
课程设计说明书成绩：
指导教师：
年 月 日

计 算 及 说 明
结 果

原始数据。
运行阻力：F（KN）：383.97N
皮带速度：V（m/s）：0.791m/s
滚筒直径：D (mm)：355mm
使用年限：6年

二．传动方案的拟定
电动机1通过联轴器2将动力传入减速器3，在经联轴器4传至减速器外的
齿轮5，带动车轮6工作。传动系统中采用两级分流式圆柱齿轮减速器结构
较复杂，高速级齿轮相对于轴承位置对称，沿齿宽载荷分布较均匀，高速
级和低速级分别为斜齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮传动。

1.电动机 2.联轴器 3.减速器
4.联轴器 5.齿轮 6.车轮

三．电动机的选择
1 选择电动机类型
按已知工作条件和要求，选用Y系列一般用途的三相异步电动机
2 选择电动机的容量
1）滚筒所需功率：
=FV/1000=383.97×0.791/1000=0.303 kw
滚筒的转速
=60×1000V/πD=53.83r/min

2）电动机至滚筒之间传动装置的总效率为η：

其中，， ，分别为传动系统中联轴器，齿轮传动及轴承效率，是齿轮至车轮的效率，=0.97，=0.96，=0.98 =0.96

=0.633

3）确定电动机的额定功率
电动机的输出功率为
=1.3X1.6X0.303/0.633=0.11Kw
K为功率储备系数，为启动系数
确定电动机的额定功率
选定电动机的额定功率=4 kw

3、 选择电动机的转速
=32.74 r/min
该传动系统为分流式圆柱齿轮传动，查阅机械设计教材表推荐传动比为=8～60
则总传动比可取 20至150之间
则电动机转速的可选范围为
=20=8×53.83=654.8r/min
=150=60×53.83=4911r/min

可见同步转速为1000r/min ，1500r/min ，3000r/min的电动机都符合，这里初选同步转速为1000r/min ，1500r/min ，3000r/min的三种电动机进行比较，如下表：

由参考文献[1]中表16-1查得：

方案

电动机型号

额定功率
（KW）
电动机转速n/(r/min)

质量/kg
同步转速
满载转速
1
Y112M-2
4
3000
2890
2.2
2.2

2
Y112M-4
4
1500
1440
2.2
2.2

3
Y132M1-6
4
1000
960
2.0
2.0

4
Y160M1-8
4
750
720
2.0
2.0

由表中数据，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量，价格以及总传动比，即选定方案3

四．总传动比确定及各级传动比分配
4.1 计算总传动比
由《机械设计课程上机与设计》中表16-2查得：
满载转速nm=960 r / min；
总传动比=nm /=960/53.83 =17.83
4.2 分配各级传动比
查阅《机械设计课程上机与设计》中表5-1各级传动中
分配各级传动比，取减速器外齿轮传动比为，则高速级的圆柱齿轮传动比==3.83，则 低速级的圆柱齿轮的传动比为
=/=6.61/3.83=1.72

=0.303kw

=53.83r/min

η=0.633

=0.11kw

=4kw

=654.8r/min
=4911r/min

电动机型号为Y32M1-6

i=17.83

= 3.83

=1.72
五．计算传动装置的运动和动力参数
1. 各轴转速
电动机轴为轴Ⅰ，减速器高速级轴为轴Ⅱ，中速轴为轴Ⅲ，低速级轴为轴Ⅳ，减速器外的轴为小齿轮轴Ⅴ、大齿轮轴Ⅵ则
= 960 r/min
960/3.83 r/min=250.65 r/min
250.65/ 1.72 r/min
= 145.73r/min
=145.73/2.7=53.97/min
解得车轮速度在速度允许误差为±5％范围内

2.按电动机额定功率计算各轴输入功率
=0.303 kw
=0.303×0.98kw=0.31kw
=0.31××0.98 kw
=0.28kw
=0.28×0.96×0.98 kw
=0.26kw
==0.26×0.98×0.97 kw
=0.25 kw
=0.25×0.96×0.98=0.24kw

3.各轴转矩
=9550×0.303/960
=3.01
=9550×0.31/960
=3.08
=9550×0.28/250.65
=10.77
=9550×0.26/ 145.73
=17.04
=9550×0.25/53.97
=44.24
=9550×0.24/53.97
=42.47
表3 轴的运动及动力参数
项目
电动机轴I
高速级轴II
中间轴III
低速级轴IV
减速器外大齿轮轴Ⅵ
转速（r/min）
960
960
250.65
145.73
53.97
功率（kw）
4
3.80
3.434
3.231
2.889
转矩()
0.31
0.28
0.26
0.25
0.24
传动比
1
3.83
2.81
2.7
效率
0.95
0.90
0..94
0.65

六、齿轮传动设计
1.高速级齿轮传动设计
（1）选择材料、精度及参数
a . 按图1所示传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动
b .塔式起重机运输机为一般工作机器，速度不高，故选用
8级精度（GB10095-88）
c . 材料选择。查机械设计教材图表（P75表6-2），选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280 HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240 HBS，二者的硬度差为40 HBS。
d . 初选小齿轮齿数=24，则大齿轮齿数
=3.83×24=92
=3.83
e .初选螺旋角β=
f .选取齿宽系数：=1.2
1）确定公式内的各计算数值

由公式计算
a. 分流式小齿轮传递的转矩=/2
=37.84/2=18.92
b. 查图表（P79图6-3）选取区域系数=2.45
c. 查图表（p78表6-4）选取弹性影响系数=189.8
d. 由公式=0.985
e. 由许用接触应力
, 查表取， 查表取得
=735MPa，=605MPa，则=605MPa
f. 由式
N=60nj
计算应力循环次数

=60×960×1×10000=5.76×

=5.76×/3.83=1.5×
g.计算载荷系数 K
--使用系数，查机械设计教材表6-3，取=1.25
--动载系数，由推荐值1.02-1.2, 取=1.08
--齿间载荷分配系数，由推荐值1-1.4，取=1.4
--齿向载荷分配系数，由推荐值1-1.2，取=1.2
得=2.08
h.确定重合度系数
由推荐值0.75-0.88，取=0.82
2） 计算
a. 按计算小齿轮分度圆直径

=31.71 mm

b. 计算法面模数
=cosβ/=31.71/24=1.28 ,取标准值m=2mm
c.计算中心距a
a=（Z1+Z2)/2cosβ=2(24+92) / =119.56
圆整a=120mm
d.计算分度圆螺旋角β
β=arccos[（Z1+Z2)/2a]=arccos[2（24+92)/2]
=
e.计算分度圆直径
=mZ1/=2×24/=49.65mm
f..计算圆周速度

=3.14×49.65×960/（60×1000）m/s
=2.5m/s
g. 计算齿宽b
b==1.2×31.71mm=38.052mm 圆整
大齿齿宽 =b=39mm
小齿齿宽 =44mm
3）按齿根弯曲疲劳强度校核计算
按式校核计算
1） 确定计算系数
a. 计算载荷系数
由式

得=1.25×1.08×1.4×1.2=2.08=K
b. 计算当量齿数
26.56
101.80
c. 查取齿形系数
查机械设计表（P81表6-5）=2.58 ，=2.187
d. 查取应力校正系数
查机械设计表（P81表6-5）=1.596 ，=1.786
e. 计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数=1.4， 弯曲强度寿命系数查机械设计教材图6-8，取,弯曲强度尺寸系数查机械设计教材图6-9取=1。查得小齿轮弯曲疲劳强度极限=600 MPa ，大齿轮弯曲疲劳强度极限=500 MPa ，双向传动乘以0.7
由公式
得=0.7×600/1.4 MPa=300MPa
=0.7×400/1.4 MPa=200MPa

f. 计算重合度系数
不变位时，端面啮合角
端面模数
重合度

=
=1.692
重合度系数=0.25+0.75/1.692=0.693
g.计算螺旋角系数
螺旋角系数由推荐值0.85-0.92，取=0.89
2） （2）校核计算

=
=45.75

=
=48.96
故，齿根弯曲强度满足。

（3） 齿轮其他几何尺寸计算
大轮分度圆直径 ===190.3mm
根圆直径 mm
mm
顶圆直径

2. 低速级齿轮传动设计
（1）选择材料、精度及参数
a. 按图1所示方案，选用直齿圆柱齿轮传动
b. 选用8级精度（GB10095-85）
c. 材料选择 小齿轮：40Cr（调质），硬度为280HBS
大齿轮：45钢（调质），硬度为240HBS
d. 初选小齿轮齿数=25 ，=25×2.81=70
e. 选取齿宽系数=1.2
（2）按齿面接触强度设计
按下式试算

1） 确定公式内各计算数值
a. 确定小齿轮传递的转矩=130.84
b. 查图表（P79图6-3）选取区域系数=2.45
c. 查图表（p78表6-4）选取弹性影响系数=189.8
d. 由许用接触应力
, 查表取， 查表取得
=735MPa，=605MPa，则=605MPa

e. 确定应力循环次数
=60×250.65×1×10000=1.5×
=1.5×/2.81=5.4×
f.计算载荷系数 K
--使用系数，查机械设计教材表6-3，取=1.25
--动载系数，由推荐值1.02-1.2, 取=1.08
--齿间载荷分配系数，由推荐值1-1.2，取=1.2
--齿向载荷分配系数，由推荐值1-1.2，取=1.1
得=1.782
g.确定重合度系数
由推荐值0.85-0.92，取=0.87

2）计算
a. 由公式计算小齿轮分度圆直径，代入中的较小值=605MPa得

=62.63 mm
b.计算齿轮模数m m==62.63/25=2.51 ,取标准值m=3mm
c.计算小轮分度圆直径 =m==75mm
d.计算圆周速度

=3.14×62.63×250.65/60000m/s=0.98m/s
e.计算标准中心距
a=（Z3+Z4)/2=2(25+70) / 2=142.5mm 圆整145mm
d. 计算齿宽b
b==
大齿轮齿宽
小齿轮齿宽
（3） 按齿根弯曲强度校核计算
计算公式为

1） 确定公式内各计算数值
a. 计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数=1.4， 弯曲强度寿命系数查机械设计教材图6-8，取,弯曲强度尺寸系数查机械设计教材图6-9取=1。查得小齿轮弯曲疲劳强度极限=600 MPa ，大齿轮弯曲疲劳强度极限=500 MPa ，双向传动乘以0.7
由公式
得=0.7×600/1.4 MPa=300MPa
=0.7×400/1.4 MPa=200MPa
b.计算载荷系数。
由公式得
=1.782
c.查取齿形系数。
查图表（P81表6-5）得=2.62 ,=2.24
d. 查取应力校正系数。
查图表（P81表6-5）得=1.59，=1.75
e.计算重合度系数
重合度

=
=1.71
重合度系数=0.25+0.75/1.71=0.689
(2)设计计算

=
=74.4

=
=74.6
（4） 计算齿轮其他几何尺寸计算
1） 计算中心距
=3×（25+70）/2 mm=145mm
2） 计算分度圆直径
3×25mm=75mm
3×70 mm=210mm（CAD图修正为215）
3)根圆直径

4）顶圆直径

3. 减速器外齿轮传动设计
（1）选择材料、精度及参数
a . 按图1所示传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动
b .塔式起重机运输机为一般工作机器，速度不高，故选用
8级精度（GB10095-88）
c . 材料选择。查机械设计教材图表（P75表6-2），选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280 HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240 HBS，二者的硬度差为40 HBS。
（2）按齿根弯曲强度设计
由公式计算
a.计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数=1.4， 弯曲强度寿命系数查机械设计教材图6-8，取,弯曲强度尺寸系数查机械设计教材图6-9取=1。查得小齿轮弯曲疲劳强度极限=600 MPa ，大齿轮弯曲疲劳强度极限=500 MPa ，双向传动乘以0.7
由公式
得=0.7×600/1.4 MPa=300MPa
=0.7×400/1.4 MPa=200MPa
b.选取齿宽系数=1.2
c.初选小齿轮齿数=26 ，=26×2.7=71
d.确定小齿轮传递的转矩
e.查图表（P79图6-3）选取区域系数=2.45
f. 查图表（p78表6-4）选取弹性影响系数=189.8
g. 确定应力循环次数
=60×89.20×1×10000=0.54×
=0.54×/2.7=0.2×
h.计算载荷系数 K
--使用系数，查机械设计教材表6-3，取=1.25
--动载系数，由推荐值1.02-1.2, 取=1.08
--齿间载荷分配系数，由推荐值1-1.2，取=1.2
--齿向载荷分配系数，由推荐值1-1.2，取=1.1
得=1.782
i.查取齿形系数
查机械设计表（P81表6-5）=2.60 ，=2.23
j.查取应力校正系数
查机械设计表（P81表6-5）=1.595 ，=1.76
k.比较大小
，，取两者大值。
l.重合度系数取=0.687
将上面参数带入公式
=
=2.69mm
由于减速器外是开式齿轮传动，所以将模数加大10%~20%，故=1.15m=3.09,圆整取=3mm.
(3)计算齿轮相关几何参数
a.计算齿轮分度圆直径

b.计算圆周速度
=
c.计算标准中心距

d.计算齿宽

大齿轮宽，小齿轮宽
e.根圆直径

f.顶圆直径

七、 高速轴的设计
已知=3.8024kw ，=960r/min ，=37.84 ，=18.92
1. 求作用在齿轮上的力
=2×18.92×/31.71N=1193.3N
N=449.23 N
=1193.31×14.8N=315.29N

圆周力 ，径向力及轴向力的方向如图所示

1． 初步确定轴的最小直径。先按式

初步估算轴的最小直径。
选取轴的材料为45号钢，调质处理。查机械设计教材表8-6取=112，得 112mm=17.72mm
该轴直径d≤100mm，有一个键槽，轴颈增大3%,安全起见，取轴颈增大3%则，圆整后取d2=19mm。

输入轴的最小直径是安装联轴器处的直径。选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩公式为

查图表（P173表11-2），取=2.3，则=2.3×37.84
=87.032
根据=87.032及电动机轴径D=38mm，查标准GB4323-84，选用TL6型弹性套柱销联轴器。确定轴最小直径=32 mm

= 960 r/min
=53.97r/m

=0.303kw
=0.31 kw
=0.28kw

=0.26 kw

=0.25kw
=0.24kw

=3.01

=3.08

=10.77

=17.04

=42.24

=42.47

8级精度（GB10095-88）
小齿轮：
40Cr（调质）
280 HBS
大齿轮：
45钢（调质）
240HBS
=24
= 92

β=
=1.2

=18.92
=2.45
=189.8

=735MPa=605MPa
=605 MPa

×

1.5×

=1.25
=1.08
=1.4

=1.2
2.08

=0.82

m=2mm

=
a=120mm

β=

=49.65mm

=2.5m/s

=39mm
=44mm

=1.25
=1.08
=1.4
=1.2
=2.08
=26.56
=101.80
=2.58 =2.187
=1.596 =1.786
=1.4

=1
=600 MPa
=500 MPa

=300MPa
=200MPa

=0.693

=0.89

=45.75

=48.96

圆整后

=190mm

8级精度（GB10095-85）
小齿轮：40Cr（调质）280HBS
大齿轮：45钢（调质）240HBS；
=25

=1.2

130.84
=2.45
=189.8

=700Mpa
=550MPa
=735Mpa =605MPa
=605MPa

1.5×

=1.25
=1.08
=1.2

=1.1
1.782

=0.87

m=3mm

=75mm
=0.98m/s
a=145mm

=300MPa
=200MPa

=1.782

=2.62
=2.24
=1.59
=1.75

=0.689

=145mm

8级精度（GB10095-88）
小齿轮：
40Cr（调质）
280 HBS
大齿轮：
45钢（调质）
240HBS
=26
=71

=300MPa
=200MPa
=1.2

=2.45
=189.8

=1.25
=1.08
=1.2
=1.1

1.782
=2.6
=2.23
=1.59
=1.76
=0.687

=3mm.

=78mm
=213mm

=0.36m/s

a=145.5mm

d2=19mm

=87.032

=32 mm

2． 轴的结构设计
拟定轴上零件的装配方案。经分析比较，选用如图所示的装配方案

（1） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1） 右轴承从轴的右端装入，靠轴肩定位，1-2段比半联轴器毂孔长短1~4mm，=80mm。联轴器靠轴肩定位并考虑O型密封圈标准内径，取=35mm 。
2） 初步选择滚动轴承。该传动方案没有轴向力，高速轴转速较高，载荷不大，故选用深沟球轴承。根据=35mm，查GB276-89初步取0组游隙，0级公差的深沟球轴承6008，其尺寸为d×D×B=40mm×68mm×15mm ，故=40mm
3） 为减少装配轴承处的精加工而设置的轴肩，取=44mm，取轴承到减速器箱体内壁为8mm，取箱体内壁到高速轴小齿轮距离为15mm,故=23mm。
4） 由机械设计课程上机与设计查箱体内壁到轴承座孔端面的距离mm ，取=65mm，采用凸缘式轴承盖，取轴承盖的总宽度为50mm，到联轴器的距离为15mm，则=68mm.
5）3-4段装配轴承，取轴径长度小于轴承宽度3mm，故=15-3=12mm， 同理10-11段装配轴承，并需倒角，故=18mm，
=80+20-5=95mm
6）5-6和7-8段为齿轮，长度，直径=54mm

（3）轴上零件的周向定位
半联轴器与轴的周向定位采用普通C型平键连接，按=32 mm，=80mm 查机械设计课程上机与设计图表（11-1）选用键=10mm×8mm×72mm 。滚动轴承与轴的周向定位采用过渡配合来保证，选用直径尺寸公差为m6
4）确定轴上圆角和倒角尺寸
查图表（P表15-12），取轴端倒角为1.6×，各轴肩处圆角半径为R2

（二）中速轴（III轴）的设计
已知=3.434kw，=130.84 ，=250.65r/min
1．求作用在齿轮上的力
=1193.31 N ，=449.23N，=315.29 N
=2×130.84/62.5N=4186.88N
=1523.9 N

轴上力的方向如下图所示

初步确定轴的最小直径
根据初步确定轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理。查图表（8-6），取=112 ，于是得
=112×mm=26.8mm 。该轴的最小直径为安装轴承处的直径，取为=30mm

3．轴的结构设计
（1）拟定轴上零件的装配方案，如图

（2）确定轴的各段直径和长度
1）根据=30mm 取=30mm，轴承与齿轮2，之间采用轴肩定位，取==35mm，齿轮2，与齿轮3之间用套筒定位，取=43mm ，由于轴环宽度b≥1.4h 轴II的设计，取=c=10mm 因为=80 mm ， =39mm 取=80，=39-3mm=36mm .
2）初步选择滚动轴承
由于配对的斜齿轮相当于人字齿，初步选取0组游隙，0级公差的轴承30306，其尺寸为d×D×B=30mm×72mm×19mm 。
又由于箱体内壁之间距离相等，故21+8+15+2.5+3=49.5,轴的两端倒角，取52mm
取轴承端盖的总宽度为45mm
3）轴上零件的周向定位
齿轮的周向定位都采用普通平键连接
按=43mm
，=80mm
==35mm
==36mm
查图表（表11-1）取各键的尺寸为
2-3段和6-7段=10x8x28
滚动轴承的周向定位靠过渡配合来保证，选公差为m6
4）确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为1.6×，各轴肩处的圆角半径为R2

（三）低速轴（轴IV）的设计
已知=3.231kw ，=345.92 ，=89.20r/min
1．求作用在轴上的力
=4189.88N =1523.9N
2．初步确定轴的最小直径
按初步确定轴的最小直径。选取轴的材料为45钢调质处理。查图表（P表15-3）取=112，于是得
112×mm=37.1mm 。该轴的最小直径为安装联轴器处的直径，选取联轴器的型号。
根据式，查图表（P173表11-2），取=2.3 ，则
=2.3×345.92=795.616
根据=795.616，查标准GB5014-85考虑到起重机运输机运转平稳，选用HL4型弹性柱销联轴器。选取轴孔直径d=40mm，其轴孔长度L=84mm，则轴的最小直径=40mm

3．轴的结构设计
（1）拟定轴上零件的装配方案。经比较，选取如下图所示的方案

（2）根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度
1）取=40mm，为了满足半联轴器的轴向定位要求，采用轴肩定位，由h=1.5mm，取=45mm
2）初步选择滚动轴承
根据轴上受力及轴颈，初步选用0组游隙，0级公差的深沟球轴承6210，其尺寸为d×D×B=50mm×90mm×20mm 故=50mm
3）取=55mm，=28mm
4）根据轴颈取安装齿轮处轴段=60mm，齿轮左端采用轴肩定位，取h=1.5mm，则=63mm ，轴环宽度b≥1.4h=1.4×3mm=4.2mm，取10mm
5）已知=75mm。取=55.8mm ，=2.3mm（S=2mm） =74.7mm ，=8mm
6）根据轴II，轴III的设计，取滚动轴承与内壁之间的距离=8mm，则=14+2.5+20+10+2.5-8-2.3=57.7mm
7)根据箱体内壁至轴承座孔端面的距离=60mm，及=8mm，B=20mm，取轴承盖的总宽度为45mm，轴承盖与联轴器之间的距离为=20mm则=65mm

(3）轴上零件的周向定位
齿轮，半联轴器与轴的周向定位都采用普通平键连接，根据=40mm,=84mm
查图表（P表11-1）得
1-2和12-13段：b×h×L=12mm×8mm×78mm
7-8段：b×h×L=18mm×11mm×68mm
滚动轴承与轴的周向定位靠过渡配合来保证，选用直径尺寸公差为m6
（4）确定轴上圆角和倒角尺寸
查图表（P表15-12），取轴端倒角尺寸为1.6×,轴上圆角R2.

（四） ．轴的校核
1求高速轴的校核
1.） 轴的计算简图如下图所示，由机械设计图知，深沟球轴承6008，
a=7.