二级圆锥圆柱齿轮减速器--机械设计论文课程设计论文计算说明书--大学毕业设计论文.doc

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机械设计课程设计

机械设计课程设计
计算说明书

题 目 二级圆锥圆柱齿轮减速器
专业班级
学 号
学生姓名
指导教师

xxx文理学院
2011年12月29日

西 安 文 理 学 院

机械设计课程设计任务书

学生姓名 专业班级 机械设计制造及其自动化 学 号
指导教师 职 称 教研室 机械
题目 设计带式运输机传动装置 编号 Z-10
传动系统图：

原始数据：

运输带工作拉力
运输带工作速度
卷筒直径
2500
1.5
270

工作条件：
连续单向运转，工作时有轻微振动，小批量生产，单班制工作，使用期限10年，运输带速度允许误差为±5%

要求完成：
1.减速器装配图1张（A2）。
2.零件工作图2张（箱体和轴）。
3.设计说明书1份，6000-8000字。
开始日期2011年12月5日 完成日期2011年12月29日
目录
1.传动方案 5
1.1.拟订传动方案 5
2.选择电动机 6
2.1.电动机类型和结构形式 6
2.2.电动机容量 6
2.3.电动机的转速 7
3.计算传动装置的运动和动力参数 8
3.1.传动装置的总传动比 8
3.2.分配各级传动比 8
3.3.计算传动装置的运动和动力参数 8
3.3.1.各轴转速 8
3.3.2.各轴输入功率 9
3.3.3.各轴输入转矩 9
4.传动件的设计计算 11
4.1.高速级直齿锥齿轮的设计 11
4.1.1.选定齿轮精度等级，材料，齿数和模数 11
4.1.2.按齿面接触强度设计 11
4.1.3.按齿根弯曲疲劳强度设计 13
4.1.4.几何尺寸计算 15
4.2.低速级斜齿圆柱齿轮的设计 16
4.2.1.选定齿轮精度等级，材料，齿数和模数 16
4.2.2.按齿面接触强度设计 17
4.2.3.按齿根弯曲疲劳强度设计 19
4.2.4.几何尺寸计算 20
5.轴径的设计计算与轴承的选择 22
5.1.轴径初算 22
5.1.1.各轴的最小轴径的初算 22
5.1.2.轴承润滑方式的选择 23
5.2.各输入轴的设计计算及其轴承的选择 23
5.2.2.高速轴的设计与轴承的选择 23
5.2.2.中间轴的设计与轴承的选择 24
5.2.3.低速轴计与轴承的选择 25
5.2.4强度计算 27
5.2.5联轴器的选择 29
6.滚动轴承的选择及校核 31
6.1. I轴滚动轴承的选择及校核计算 31
6.2. Ⅱ轴滚动轴承的选择及校核计算 32
6.3.Ⅲ轴滚动轴承的选择及校核计算 34
7.键的选择及校核 37
7.1.各轴键联接的选择及校核计算 37
7.1.1 I轴强度计算 37
7.1.2 II轴强度计算 38
7.1.3 III轴强度计算 38
8.二级齿轮减速器箱体部分结构尺寸 40
9.附件的设计 41
10.润滑与密封 43
设计小结 44

1.传动方案
1.1.拟订传动方案

外传动为V带传动

减速器为两级展开式圆柱齿轮减速器

此减速器为圆锥圆柱齿轮减速器

已知条件约束，该工作机有轻微振动。减速器部分应用最广泛的一种——圆锥圆

柱齿轮减速器，其中支撑轴承选择深沟球轴承，齿轮选用8级精度的一般齿轮传动。

减速器于工作轴之间采用弹性柱销联轴器，原因是它加工制造容易，装拆方便，成本

低，有缓冲减振的作用。

为了估计传动装置的总传动比范围，以便选择合适的范围的传动机构和传动方案，

可先由已知条件计算其驱动卷筒的转速，即：
V=1.5m/s；D=270mm；
=60×1000×V/（π×D）=60×1000×1.5/（3.14×270）
=106.16
一般选用同步转速为1000 或1500 的电动机作为原动机，因此传动装置的总传动比约为8—13。

2.选择电动机

2.1.电动机类型和结构形式

类型：

Y系列一般用途的全封闭自扇冷属于笼型三相异步电动机；

按照工作要求和工作条件，选用Y系列三相交流异步电动机（380V）。

2.2.电动机容量

型号：

工作机所需输入功率：

电机所需功率：

其中，电动机轴至卷筒轴的传动装置总效率为；

总效率可以参照公式：
分别为：联轴器的传动效率；
滚动轴承的效率；

圆柱齿轮的传动效率；

锥齿轮的传动效率；

查得：

2.3.电动机的转速

初算电动机转速可选范围：
工作机转速： =60×1000×V/（π×D）=60×1000×1.5/（3.14×270）
=

电动机可选速度范围： = （×…）n；
则：

可选电动机最大转速：=1592.4
可选电动机最小转速：=849.28
可供选择的电动机型号有：
Y 132M2—6
Y 132S—4

计算两种型号电机的传动比：

Y 132M2—6：i=960/106.16=9.04
Y 132S—4 ：i=1440/106.16=13.56

所哟，最终设计选用 Y 132M—6型号的电动机。

电机转速n：1000；
电机参数 ：
额定功率：5.5kw
满载转速：＝960
电机轴直径：d=38mm .

3.计算传动装置的运动和动力参数

3.1.传动装置的总传动比

由电动机满载转速=960；工作机转速=106..16；
传动装置总传动比i= / （）
i=9.04

3.2.分配各级传动比

为高速级传动比，为低速级传动比，且i=
取，
则有：;

3.3.计算传动装置的运动和动力参数

3.3.1.各轴转速

联结电动机的轴为1轴，减速器的高速轴为2轴，低速轴为3轴，联结

工作机的轴为4轴.

各轴转速为：

电机轴：； ；

高速轴：
中间轴：
低速轴：
工作轴：

3.3.2.各轴输入功率

3.3.3.各轴输入转矩

将以上算得的运动的动力参数列表如下：

轴名
参数
电动机轴
I轴
II轴
III轴
工作轴
转速n(r/min)
960
960
320
106.21
106.21
功率p(kw)
4.64
4.59
4.23
4.07
3.94
转矩T(N·m)
46.16
45.66
126.24
365.96
354.27
传动比i
1.00
3.0
3.013
1.00
效率
0.99
0.93
0.96
0.97

4.传动件的设计计算

4.1.高速级直齿锥齿轮的设计

4.1.1.选定齿轮精度等级，材料，齿数和模数

设计参数：

运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。

选材：

大齿轮：40Cr（调质），调质处理表面淬火，硬度280HBS；

小齿轮：45钢（调质），调质处理表面淬火，硬度240 HBS。

初选小齿轮齿数，则

4.1.2.按齿面接触强度设计

.按齿面接触强度设计公式

(1) 确定公式内的各项参数值

试选载荷系数

1) 计算应力循环次数

2) 查表的接触疲劳寿命系数
3) 计算接触疲劳许用应力
取安全系数
;

(2) 计算齿轮参数：

初选载荷系数
2.25；
ΨR=1/3(齿宽系数)；
1）求小齿轮分度圆直径,代入的均值

2) 圆周速度
3) 计算齿宽
其中：R==
4)

5) 计算载荷系数
根据v=5.17m/s,8级精度,查得动载荷系数
直齿轮,假设,由表查得
由表查得使用系数 ,由表查得,由表
查得 ,故载荷系数
6) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,

7) 计算模数m

8) 校核
=＜
=2.5×189.8×<
安全。

4.1.3.按齿根弯曲疲劳强度设计

按齿根抗弯强度设计

(1) 确定公式内的各项参数数值

1) 查图得大小齿轮的疲劳极限：
;
2) 由图9-38查得抗弯疲劳寿命系数: ;
3) 取抗弯疲劳安全系数，
所以:

4) 计算载荷系数

5)查取应力校正系数得,插值求得
6)查取应力校正系数.由表9-11可查得,插值求得
7)计算大,小齿轮的并加以比较

小齿轮的数值大.
==<
安全。
==〈=283MPa
安全.

(2)设计计算

对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m略大于由齿根弯疲劳强度计

算的模数,由于齿轮模数m的大小取决于抗弯强度所决定的承载能力,而齿面

接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径有关,可取由抗弯强度算得的

模数2.703,并就近圆为标准值,按接触强度算得的分度直径,由:

4.1.4.几何尺寸计算

1)计算分度圆直径
,

2)计算锥距
=118.58mm
3)计算齿轮宽度

4)计算节圆锥角

4.2.低速级斜齿圆柱齿轮的设计

4.2.1.选定齿轮精度等级，材料，齿数和模数

设计参数：

运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。

. 选材：
大齿轮：40Cr（调质），调质处理表面淬火，硬度280HBS；
小齿轮：45钢（调质），调质处理表面淬火，硬度240 HBS。
初选小齿轮齿数，则
初选螺旋角为15度。

4.2.2.按齿面接触强度设计

按齿面接触强度设计公式：

(1)确定公式内的各项参数值
1)试选载荷系数
1) 小齿轮的工作转矩：

2)
3)计算应力循环次数

查表的接触疲劳寿命系数
4) 计算接触疲劳许用应力
取安全系数
;

(3) 计算齿轮参数
1) 求小齿轮分度圆直径,代入中较小的值

2) 圆周速度
3) 计算齿宽

4)

纵向重合度： 0.318

5) 计算载荷系数
根据v=1.03m/s,8级精度,由图得动载荷系数
直齿轮,由表查得
由表查得使用系数 ,
由表查得,
由表查得
故载荷系数
6) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,

7) 计算模数m

4.2.3.按齿根弯曲疲劳强度设计

按齿根抗弯强度设计

(1) 确定公式内的各项参数数值
1) 查图得大小齿轮的疲劳极限：
;
2) 由图查得抗弯疲劳寿命系数: ；
3) 取抗弯疲劳安全系数，
所以:

4) 计算载荷系数

螺旋角影响系数为0.88
5)查取应力校正系数.由表可查得,插值求得
6)查取应力校正系数.由表可查得,插值求得
7)计算大,小齿轮的并加以比较

大齿轮的数值大

(2)设计计算

对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m略大于由齿根弯疲劳强度计

算的模数,由于齿轮模数m的大小取决于抗弯强度所决定的承载能力,而齿面

接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径有关,可取由抗弯强度算得的

模数2.03,并就近圆整为标准值,按接触强度算得的分度直径,

取Z1=27，则

取Z2=81

4.2.4.几何尺寸计算

几何尺寸计算

1)计算分度圆直径
,
2)计算中心距
, 圆整后取a=140
3)计算齿轮宽度

圆整,取
4）修正螺旋角，因为差值不大，故参数不必修正。

所以，计算得齿轮的参数为：

高速级
大
225
3
25

40

小
75
75
45
低速级
大
209.9
3
27
140
70
小
69.9
81
75

5.轴径的设计计算与轴承的选择

5.1.轴径初算

轴径可以按照扭转强度进行计算，计算公式为：
（轴的材料用40Cr和45号钢，调质处理）
式中 P——轴所传递的功率（KW）
n——轴的转速（r/min）
A——由轴的许用应力所确定的常数，与材料有关

5.1.1.各轴的最小轴径的初算

高速轴：，（40Cr轴，A=100），根据联轴器参数选择 ；
中间轴：，（45钢轴，A=100），具体值在画图时确定；
低速轴：，（45钢轴，A=100），根据联轴器参数选择 。

5.1.2.轴承润滑方式的选择

高速级齿轮的圆周速度为：
所以，轴承采用油润滑，高速级小齿轮处用挡油板。

5.2.各输入轴的设计计算及其轴承的选择
5.2.2.高速轴的设计与轴承的选择

1）高速轴上零件的定位，固定和装配

两级展开式圆锥圆柱齿轮减速器中可将齿轮安排在箱体两侧，高速轴与小锥齿

轮采用悬臂方式安装，齿轮由轴肩定位，套筒轴向固定，联接以平键作过渡配

合固定，两轴承分别以套筒轴向定位，轴承两端分别用挡油盖密封与固定。采

用过渡配合固定。

2）确定轴各段直径和长度（由左向右）

I段： 直径d1=32mm，长
II段： 直径d2=33mm; 长=27mm

初选用30207型滚子球轴承，其内径d=35mm,外径D=62mm,宽度B=17mm。

考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离，通过密封盖轴段

长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定。

V段 直径 d4=30mm 长度 L4=44mm

该轴段安装高速小锥齿轮，齿轮分度圆直径为75mm。

5.2.2.中间轴的设计与轴承的选择

1）中间轴的零件定位，固定和装配

采用非对称方式将大锥齿轮放于轴右端，齿轮的一端用轴肩定位，另一段用

套筒固定，传力较方便。阶梯轴通常采用圆角（1~2）。两端轴承常用同一尺

寸，以便加工安装与维修，为便于装拆轴承，轴承上轴肩不宜太高。轴承两

端分别用端盖密封与固定。

2）确定轴的各段直径和长度（由左至右）

I段： 直径，长

II段： 直径; 长
该轴段安装低速大锥齿轮，齿轮分度圆直径为225mm，安装轴径为35mm。

III段： 固定II段齿轮轴肩
直径 长

该轴段安装低速小齿轮，齿轮分度圆直径为70mm，安装轴径为33mm。

初选30206型滚子轴承，其内径为30mm，外径为62mm，宽度为16mm 。

考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长10mm。

IV段：直径
小轮距箱体内壁10mm。

轴承选30206滚子轴承，内径d=30mm,外径D=62mm，宽度B=16mm。

5.2.3.低速轴计与轴承的选择

1）低速轴的零件定位，固定和装配

采用非对称方式将大圆柱齿轮放于轴左端，齿轮的一端用轴肩定位，另一段

用套筒固定，采用油润滑，所以需要在轴承与齿轮间安装挡油盖，封闭较好。

阶梯轴通常采用圆角（1~2）。两端轴承常用同一尺寸，以便加工安装与拆卸

维修，为便于装拆轴承，轴承上轴肩不宜太高。

2）确定轴的各段直径和长度（由左至右）
I段：

II段：

III段：
初选30208型号的轴承，内径d=40mm,外径D=80mm，宽度B=18mm

挡油盖和轴肩共同固定轴承。
IV段：

Ⅴ段：

Ⅵ段：

初选30208型滚动球轴承，其内径为40mm，外径为80mm，宽度为18mm 。

考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长10mm。

5.2.4强度计算
按弯扭合成强度条件校核
(1)力学模型

高速小圆锥齿轮
求分度圆直径：已知
求转矩： 已知 45700N·m
求圆周力： =2/=2×4.57/75=1218.667N
求径向力： ==1218.667×0.364×0.9489=420.92N
求轴向力 ：

计算支承反力：

水平支承反力：

1218.667-462.096=756.57N

垂直支承反力：

求弯矩，画弯矩图：

计算与画弯矩图：转矩按脉动循环变化处理：

M2H

M1H
M2H0

M2V
M1

T
Mc2

Mca0
Mca1

按弯扭合成应力校核轴的强度

5.2.5联轴器的选择

已知

1） 初选弹性柱销联轴器；

2） 载荷计算：

查得,
所以，

3） 类型选择：

从GB/T5014-1995中，查得用TL6型弹性柱销联轴器，
其许用转矩为250Nm。允许最大转速为3800。
同理，另一个联轴器也选用该型号。

6.滚子轴承的选择及校核

6.1. I轴滚动轴承的选择及校核计算

根据根据条件，轴承预计寿命：
8×300×10=24000小时

1)计算输入轴承
已知 转矩：
转速：
功率：
当量分度圆直径：

齿轮上圆周：
齿轮上的径向力：
=
齿轮上的轴向力：
=

2)初步计算当量动载荷：
根据《机械设计》表13-6：
根据参考文献[3]表13-5得：X=0.56，Y先假设1.3
则 ：

3）根据参考文献[3]13-6，求轴承应有的额定动载荷值：

4）根据参考文献[3]表15-3 ，取 ，得：

根据参考文献[3]15-3，及的值，选用30207轴承，其中：

5）验算如下：

求轴向相对载荷对应的e和Y的值：
因为
用线性插值法算Y：
X=0.56，Y=2.4

验算寿命：
合格。

6.2. Ⅱ轴滚动轴承的选择及校核计算

根据根据条件，轴承预计寿命：
8×300×10=24000小时

1)计算输入轴承
已知 转矩：
转速：
功率：
齿轮分度圆直径为69mm

齿轮上圆周：

齿轮上的径向力：=
齿轮上的轴向力：=

2)初步计算当量动载荷：
根据参考文献[3]表13-6：
根据参考文献[3]表13-5得：X=0.44，Y先假设1.3
则 ：

3）根据参考文献[3]13-6，求轴承应有的额定动载荷值：

4）根据参考文献[3]15-3 ，取 ，得：

根据参考文献[3]15-3，及的值，选30206轴承，其中：

5）验算如下：

求轴向相对载荷对应的e和Y的值：
因为

X=1，Y=0

验算寿命：

6.3.Ⅲ轴滚动轴承的选择及校核计算

根据根据条件，轴承预计寿命：
8×300×10=24000小时

1)计算输入轴承
已知 转矩：
转速：
功率：
齿轮分度圆直径为301.6mm

齿轮上圆周：

齿轮上的径向力：=
齿轮上的轴向力：=

2)初步计算当量动载荷：
根据参考文献[3]表13-6：
根据参考文献[3]》表13-5得：X=0.56，Y先假设1.3
则 ：

3）根据参考文献[3]13-6，求轴承应有的额定动载荷值：

4）根据参考文献[3]15-3 ，取 ，得：

根据参考文献[4]15-3，及的值，选6208轴承，其中：

5）验算如下：

求轴向相对载荷对应的e和Y的值：
因为

X=0.56，Y=1.45

验算寿命：
∴此轴承合格

7.键的选择及校核

7.1.各轴键联接的选择及校核计算

7.1.1 I轴强度计算

：
1）输入轴与联轴器联接采用平键联接，
轴径，
选用A型平键，得：
键 b×h=10mm×8mm
=70
h=8mm
根据课本式得

2)输入轴与高速小锥齿轮联接采用键联接
轴径，
选用C型平键，得
键 b×h=8mm×7mm
=32mm

7.1.2 II轴强度计算

1）中间轴与高速大齿轮联接用平键联接
轴径
选用A型平键
键b×h=10mm×8mm = h=8mm
据课本校核公式得

中间轴与低速小齿轮联接用平键联接
轴径
选用A型平键
键b×h=10mm×8mm h=8mm =40mm

据课本校核公式得

7.1.3 III轴强度计算

1) 低速轴与低速大齿轮联接用平键联接
轴径
选用A型平键
键b×h=12mm×8mm
=56mm 取 h=8mm
据参考文献[3]校核公式得

2) 输出轴与联轴器联接采用平键联接
轴径， =365.96Nm
选用A型平键
键b×h=10mm×8mm =70mm h=8mm
据参考文献[3]核公式得

所以各键强度足够。

8.二级齿轮减速器箱体部分结构尺寸

箱壁厚度 （ ）

箱盖厚度 （（0.8~0.85） ）
箱座凸缘厚度 （）

箱盖凸缘厚度 （）

箱座底缘厚度 （）

箱盖肋板厚度 （）

箱座肋板厚度 （）

（注：其余附件可以根据箱体尺寸来相应选择并通过理论上的经验公式计算来具体调整选择）

9.附件的设计

9.1视孔盖和窥视孔

在机盖顶部开有窥视孔，能看到传动零件啮合区的位置，饼有足够的空间，以

便于能深入进行检修等操作，窥视孔有盖板，机体上有窥视孔与凸缘一快，有

利于机械加工出支撑盖板的表面并用垫片加以密封，用螺栓紧固。

9.2油孔盖和油塞
油孔位于油池靠近最地点，并安排在减速器不与其它部件靠近的一侧，以便于

放油，油孔有油塞封闭，因此机体外壁应凸起一部分结构，作为支撑。

9.3油标

油标位于便于观察减速器油面的稳定部位，切不能过低，以防止油溢出。

9.4通气器

由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机顶的窥

视孔上安装通气器，以便于气压平衡。

9.5启盖螺钉

启盖螺钉上的螺纹商都要大于机盖联接凸缘的厚度，为了防止螺纹被破坏，

钉杆端部要做成圆柱型。

9.6定位销

为保证剖分式机体的轴承座孔及安装配合精度，再机体联凸缘的长度上各安

装一个定位销，以提高精度，同时可以保证稳固性。

9.7吊耳

主要用来吊运箱盖，也可以用来吊运轻型减速器。

10.润滑与密封

对于二级圆锥圆柱齿轮减速器，其传动装置属于轻型，切转速相对较低，但

当大于2m/s速度时将采用稀油润滑。

密封性对减速器来说是通过其机盖与机座处的相接处影响的，所以联接凸缘

处应有足够的宽度，联接表面应抛光精创，其表面粗糙度要小，而且凸缘联

接螺栓之间的距离不能太大，切均匀布置，以保证分面处的密封性

设计小结

机械设计课程设计是我们机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械
设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性环节。
在为期三周的课程设计过程中，运用了比平时上课学到的更多更实际的知识，把
大学的机械专业所有课程相结合，对知识进行了依次综合应用，使我对本专业的知识
有了更深刻的理解和认识。
由于第一次进行正规而且比较大型的设计，所以从刚开始起步有些茫然，甚至在无形中有了不小的压力，不知道从哪入手。但是，最终在老师的细心指导下，我还是克服了很多困难，并且慢慢步入正轨。
这次课程设计中，主要对与机械设计相关方面的知识应用有了很好的认识，更体会到设计的意义所在，通过本次课程设计，有了很多收获，我做了总结如下：
(1) 通过这次机械设计课程的设计，综合运用了机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。
　　(2) 学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。
(3) 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验
估算和数据处理等。
总的来说，这次的机械设计课程设计是一个不断发现问题，解决问题的重要的实践环节，而自己也再这个过程中不断提高自我，补充了很多宝贵的实践经验，并且对原来的知识进行了一定程度的巩固，所以说课程设计的过程是歌知识的积累与更新的过程，这将是我最大的收获、

参考文献：

[1]陈立徳. 机械设计基础第2版. 北京：高等教育出版社2004

[2]陈立徳. 机械设计基础课程设计. 北京：高等教育出版社2006.7

[3]濮良贵 纪名刚 机械设计 高等教育出版社2008.1

[4]陆玉 机械设计课程设计 机械工业出版社2008.6

[5]孙恒 陈作模 葛文杰 机械原理 第七版 高等教育出版社2006.5

[6]刘朝儒 吴志军 高致一 机械制图 高等教育出版社2006.10

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