机械设计课程设计设计(齿轮减速箱第iiv)说明书.doc

机械设计
课程设计说明书

(机械设计基础)

设计题目二级斜齿轮减速箱

机械工程学院 机械制造及其自动化专业

班级
目录
一、设计任务书 3
(一）设计任务 3
（二）原始数据 3
（三）工作条件 3
二、传动总体方案设计 3
（一）平面布置简图： 3
（二）运输带功率： 4
（三）确定电动机型号： 4
(四)计算各级传动比和效率： 5
（五）计算各轴的转速功率和转矩： 5
三、V带传动设计计算 7
四、齿轮传动设计 9
（一）对高速齿轮设计: i=3.536 9
（二）对低速速齿轮设计: i=2.800 17
五、轴的设计........................................................................................-19-
六、轴承的选择与设计 33
七、键联接的设计 34
八、联轴器的计算与设计 37
九 减速器润滑方式，润滑油牌号及密封方式的选择 38
十、 课程体会与小结 42
十一、参考文献 42
一、设计任务书
（一）设计任务
铸工车间一造型用砂型运输带，系由电动机驱动传动装置带动，该减速器传动装置由一个双级齿轮减速器和其他传动件组成，运输带每日两班制工作，工作7年。设计此传动装置。
（二）原始数据
运输带主动鼓轮轴输入端转矩
Tw＝750N/m
主动鼓轮直径
D ＝400mm
运输带速度
vw ＝0.80m/s
减速器设计寿命
7年
（三）设计工作条件
两班制工作,空载启动，轻微载荷，常温下连续(单向)运转，工作环境多尘；三相交流电源，电压为380/220V
二、传动总体方案设计
（一） 平面布置简图：

此传动系统由电动机驱动。电动机先通过联轴器将动力传入带轮，再由带轮传到两级圆柱减速器，然后通过联轴器及开式链传动将动力传至砂型运输带。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单，但是齿轮相对于轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级及低速级均为斜齿圆柱齿轮传动。
（二） 电机和工作机的安装位置：
电机安装在远离高速轴齿轮的一端；
工作机安装在远离低速轴齿轮的一端。
（三） 运输带功率：

传动效率
传动装置
选用装置
效率
圆柱齿轮传动
九级精度
=0.96
带传动
V带
=0.95
一对滚动轴承
球轴承
=0.99
联轴器
弹性联轴器
=0.992
总效率：

电动机所需输出功率：

（四） 确定电动机型号：
电机型号
额定功率PM
满载转速nm
同步转速ns
Y132M1-6
4KW
960rpm
1000rpm
（五） 计算各级传动比和效率：
总传动比：
各级传动比：
初取传动比：
高速级传动比：i高=3.6
低速级传动比：i低=2.8

（六） 计算各轴的转速功率和转矩：
1、各轴输入功率：

轴I：
轴II：
轴III：

2、转速：

轴I：
轴II：
轴III：
3、输入转矩：
轴I：
轴II：
轴III：

轴号

参数
I
II
III
输入功率
P(Kw)
3.382
3.214
3.055
转速
n(r/min)
385.028
106.952
38.197
输入转矩
T(N·mm)
83877
286979
763685

三、V带传动设计计算
计算项目
计算内容
计算结果
工作情况系数
计算功率
选带型
小带轮直径
取滑动率
大带轮直径

大带轮转速

计算带长
求Dm
求△
初取中心距
带 长L
基准长度Ld

求中心距
和包角

中心距a

小轮包角

求带根数
带速

传动比
带根数

求轴上载荷
张紧力

轴上载荷

V带尺寸
顶宽b
节宽 bp
高度 h
带质量q

轮毂尺寸参数
带宽B
由表11.5
Pc=KAP0=1.2x3.560kw
由图11.15
由表11.6

0.55(+)+h<a<2(D1+D2) 即239<a<840 取a=300mm

由表11.4

由表 11.8 P0=1.3Kw 由表11.7 =0.92
由表 11.12 KL = 0.96 由表11.10 △P0=0.17

由表11.4 q=0.1kg/m

表11.4

KA=1.2
Pc=4.272kw
A型
D1=120mm

D2=300mm

n2=380.16r/min

Ld=1400mm

a=358.8mm

=149.9°

v=6.032m/s
i=2.020

取Z=4根

Fo=152.64N

FQ=1179.24N

b=13mm
=11mm
h=8mm
q=0.1g/m

B=65mm

四、齿轮传动设计
（一）对高速齿轮设计: i=3.6
计算项目
计算内容
计算结果
选材
大齿轮
小齿轮

齿面转矩T
齿宽系数

接触疲劳极限

初步计算许用接触应力

Ad 值
初步计算小轮直径

初步计算齿宽 b

校核计算
圆周速度v
齿数Z

模数m

螺旋角
使用系数KA
使用系数KV
齿间载荷分系数

齿向载荷分布系数

载荷系数

弹性系数
节点区域系数
重合度系数

螺旋角系数

接触最小安全系数

工作时间

应力循环次数

接触寿命系数

许用接触应力

验算

确定传动
主要尺寸
中心距
圆整中心距
两齿轮实际分度圆直径

齿宽b

螺旋角

齿形系数

应力修正系数

重合度系数

螺旋角系数

齿间载荷分配系数

齿向载荷分布系数

载荷系数

弯曲疲劳极限

弯曲最小安全系数
应力循环系数

弯曲寿命系数

尺寸系数

许用弯曲应力

验算

45钢 调质 硬度240HB
40Cr 调质 硬度240+30=270HB
齿面接触疲劳强度计算

由图12.17C，小齿轮为合金钢，大齿轮为碳钢

由表12.16估计 取

取Z1=29，Z2=i×Z1≈105

由表12.3 mn=2

由表12.9
由图12.9
由表12.10先求

由此得

由表12.11 非对称分布

由表12.12
由图12.16
由式12.31因取故

由表12.14，一般可靠度，取

假定工作时间七年 ,每年工作300天，双班制,则有

由图12.18

计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸不需再次调整。

取a=136, 则

齿根疲劳强度计算

由图12.21

由图12.22

由表12.10注③

前已求得
由图12.14

由图12.23c

由表12.14

由图12.24

由图12.25

此对齿轮弯曲疲劳强度足够

取

b=42mm

Z1=29
Z2=105
mt=2.069
mn =2

KA=1.25
KV=1.1

K=3.183

=0.983

<

a=136mm

K=3.01

（二）对低速级齿轮设计: i=2.800
计算项目
选材
大齿轮
小齿轮

齿面转矩T

齿宽系数

接触疲劳极限

初步计算许用
接触应力

Ad 值
初步计算小轮直径

初步计算齿宽 b
校核计算
圆周速度v

齿数Z模数m

螺旋角

使用系数KA
动载系数KV
齿间载荷分系数

齿向载荷分布系数

载荷系数

弹性系数
节点区域系数
重合度系数

螺旋角系数

工作时间

应力循环次数

接触寿命系数

许用接触应力

验算

中心距

螺旋角

两齿轮实际分度圆直径
齿宽b

齿形系数

应力修正系数

重合度系数

螺旋角系数

齿间载荷分配系数

齿向载荷分布系数

载荷系数
许用弯曲应力

验算

计算内容

45钢 调质 硬度240HB
40Cr 调质 硬度240+30=270HB

齿面接触疲劳强度计算

由图12.17c

估计 取

取Z1=26 , Z2=iZ1=73

由表12.3 mn=3

由表12.9
由图12.9
由表12.10先求

由此得
由表12.11

由表12.12
由图12.16

由式12.31因取故

假定工作时间七年 ,每年工作300双班制,则有

由图12.18

计算表明,接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。

确定传动主要尺寸
齿根疲劳强度计算

由图12.21
由图12.22

由表12.11注

前已求得 故
由图12.14

此对齿轮弯曲疲劳强度足够。

计算结果

取d1=80mm

b=61

Z1=26, Z2=73
mt=3.0769
mn=3

KA=1.25
KV=1.05

K=3.20

<

a=160mm

齿轮设计小结：
材料
齿数
螺旋角
分度圆
直径
mm
齿顶圆
直径
mm
齿宽
mm
中心距
mm
模数
mm
旋向
高
速
级
小齿轮
40Cr
调制
29

60
65.00
46
136
2
右旋
大齿轮
45钢
调制
105
216
217.08
41
左旋
低
速
级
小齿轮
40Cr
调制
26

80
88.56
69
160
3
右旋
大齿轮
45钢
调制
73
224
241.38
64
左旋
五、轴的设计

斜齿螺旋角
齿轮直径
带对轴上载荷
小齿轮受力
转矩
圆周力
径向力
轴向力

画轴受力图

计算支承反力

水平面反力

垂直面反力

许用应力

许用应力值

应力校正系数

当量转矩

当量弯矩

校核轴颈

轴受力图

水平面受力图

水平弯矩图

垂直受力图

垂直弯矩图

合成弯矩图

转矩图

当量弯矩图

轴的结构化

斜齿螺旋角

齿轮直径

小齿轮3受力
转矩
圆周力
径向力
轴向力
大齿轮2受力
转矩
圆周力
径向力
轴向力

画轴受力图

计算支承反力

水平面反力

垂直面反力

许用应力

许用应力值

应力校正系数

当量转矩

当量弯矩

校核轴颈

轴的结构化

轴受力图

水平面受力图

水平弯矩图

垂直受力图

垂直弯矩图

合成弯矩图

转矩图

当量弯矩图

斜齿螺旋角
齿轮直径
小齿轮受力
转矩
圆周力
径向力
轴向力

画轴受力图

计算支承反力

水平面反力

垂直面反力

许用应力

许用应力值

应力校正系数

当量转矩

当量弯矩

校核轴颈

轴的结构化

轴受力图

水平面受力图

水平弯矩图

垂直受力图

垂直弯矩图

合成弯矩图

转矩图

当量弯矩图

对轴I进行设计
初定轴长：
根据指导书5-1图所给出的参数初定主动轴的长度
如后图所示：
1、 大带轮中心到左轴承中心的距离：

2、 左轴承中心到高速级小齿轮中心的距离：

3、 高速级小齿轮中心到右轴承中心的距离：

由此前计算结果可知

T1=TI

图形如后页

轴材料为40Cr调质
插入法查表16.2得

右轴颈中间截面
MeB==
小齿轮中间截面
MeC==N·
最小轴颈估算

对轴II进行设计

初定轴长：
根据指导书5-1图所给出的参数初定主动轴的长度
如后图所示：
1、 左轴承中心到低速级小齿轮中心的距离：

2、 低速级小齿轮中心到高速级大齿轮中心的距离：

3、 高速级大齿轮中心到右轴承中心的距离：

由此前计算结果可知

T2=TII

T2=TI

图形如后页

轴材料为45钢调质
插入法查表16.2得

右轴颈中间截面
MeB==
小齿轮中间截面
MeC==N·
最小轴颈估算

对轴IV进行设计
初定轴长：
根据指导书5-1图所给出的参数初定主动轴的长度
如后图所示：
1、 左轴承中心到低速级大齿轮中心的距离：

2、 低速级大齿轮中心到右轴承中心的距离：

由此前计算结果可知

T4=TIV

图形如后页

轴材料为45钢 调质
插入法查表16.2得

右轴颈中间截面
MeB==
小齿轮中间截面
MeC==

最小轴颈估算

取L1=100.5mm

取L2=128mm

取L3=57mm

d1=60mm

T1=83877N·mm

取L1=66.5mm

取L2=61.5mm

取L3=57mm

d2=216mm
d3=80mm
T3=286979N·mm

T2=286979N·mm

取L1=70mm

取L2=126mm

d4=236.41mm

T4=453360N·mm

六、轴承的选择与设计
1、 轴II上滚动轴承的设计
由齿轮受力情况可求出轴承受力和轴向力 预期寿命取13000h

按承载较大的滚动轴承选择其型号。应支承跨距不大，故采用两端单向固定式轴承组合方式，轴承类型选为角接触球轴承，型号7000AC

计算项目
计算内容
计算结果
外载荷轴向力
e
径向载荷
附加轴向力

轴承轴向力

由Fa/Fr，
确定X、Y值

冲击载荷系数

当量动载荷

计算额定
动载荷

选轴承
Fa=445N
表18.7

因

由表18.7
表18.8

因为P1<P2用P2计算

根据基本额定动载荷Cr>Cr' 可得，应选用7206AC轴承
Cr=22000N>Cr'
Fa=445N
e=0.68

X1=1 Y1=0
X2=0.41 Y2=0.87
fd=1.1

选用7206AC轴承
2、 轴III上滚动轴承的设计

按承载较大的滚动轴承选择其型号。应支承跨距不大，故采用两端单向固定式轴承组合方式，轴承类型选为角接触球轴承，型号7000AC

计算项目
计算内容
计算结果
外载荷轴向力

e

径向载荷
附加轴向力

轴承轴向力

由Fa/Fr，
确定X、Y值

冲击载荷系数

当量动载荷

计算额定动载荷

选轴承
指向轴承4
表18.7

因

由表18.7
表18.8

因为P3<P4用P4计算

根据基本额定动载荷Cr>Cr' 可得，应选用7206AC轴承
Cr=22000N>Cr'

e=0.68

X3=1 Y3=0
X4=0.41 Y4=0.87

fd=1.1

选用7206AC轴承
3、 轴IV上滚动轴承的设计

按承载较大的滚动轴承选择其型号。应支承跨距不大，故采用两端单向固定式轴承组合方式，轴承类型选为角接触球轴承，型号7000AC

计算项目
计算内容
计算结果
外载荷轴向力
e

径向载荷
附加轴向力

轴承轴向力

由Fa/Fr，
确定X、Y值

冲击载荷系数

当量动载荷

计算额定
动载荷

选轴承
Fa=798N
表18.7

因

由表18.7
表18.8

因为P6<P5用P5计算

根据基本额定动载荷Cr>Cr' 可得，应选用7207AC轴承
Cr=31600N>Cr'
Fa=798N
e=0.68

X5=1 Y5=0
X6=0.41 Y6=0.87

fd=1.1

选用7207AC轴承

七、键联接的设计
设计要求：
根据轴径选择键 选用平键键圆头A型 取[]=100MPa
设计参数：
轴径d 键槽宽 b 轮毂长L1 键长L(比轮毂小5~10mm,标准值) 有效长度L’=L-b 连接传递的转矩T = σp挤压应力 [σp]许用挤压应力
材料：

标号
位置
d
mm
b×h
L1mm
Lmm
L’
mm
T
N.mm
σp
MPa
[σp]
MPa
深度
轴t(mm)
毂t’(mm)
1
大带轮
25
8x7
65
56
48
43214
20.66
50
4.0
3.3
2
高速大齿轮
40
12x8
40
32
26
149568
93.48
100
5.0
3.3
3
低速小齿轮
40
12x8
66
56
44
149568
42.49
100
5.0
3.3
4
低速大齿轮
54
16x10
61
56
40
401725
74.39
100
6.0
4.3
5
联轴器
40
12x8
112
100
88
401725
57.06
100
5.0
3.3

八、联轴器的计算与设计
初步分析，选用GB5014-85 弹性柱销联轴器
T=401725N·mm
由表19.3，动力机为电动机，工作机载荷平稳，取 K=1.4
Tc=KT=1.4X401725=562415
根据：Tn>Tc 取HL3型 Y型轴孔 Tn=630000N.mm d=40mm L=112mm

九、 减速器润滑方式，润滑油牌号及密封方式的选择
齿轮的润滑方式及润滑剂的选择

齿轮润滑方式的选择
高速级小齿轮圆周
速度：
高速级大齿轮圆周
速度：
低速级小齿轮圆周
速度：
低速级大齿轮圆周
速度：

滚动轴承的润滑方式和润滑剂的选择

滚动轴承润滑方式的选择
高速级大齿轮齿顶圆线速度：

低速级大齿轮齿顶圆线速度：

滚动轴承内径和转速的乘积为：
高速轴（II轴）：
中间轴（III轴）：
低速轴（IV轴）：

滚动轴承润滑剂的选择

V＝＝
V＝＝
V＝＝
V＝＝
（1）齿轮润滑方式的选择
V=MAX【V, V, V, V】=2.36m/s
V>2 m/s,齿轮采用油润滑。
V<12 m/s，齿轮采用浸油润滑。
即将齿轮浸于减速器油池内，当齿轮转动时，将润滑油带到啮合处，同时也将油甩直箱壁上用以散热。
（2）齿轮润滑剂的选择
由表6-29查得，齿轮润滑油选用工业闭式齿轮油，
代号是：L-CKC220,GB443—84
运动粘度为：28.8~35.2（单位为：，40℃）。

V＝＝

V＝＝

d×n=35×801=28035mm·r/min
d×n=35×222.222=7777.77mm·r/min
d×n=50×79.365=3968.25mm·r/min

可见，d×n均未超过2×105mm r/min。由于脂润滑易于密封，结构简单，维护方便，在较长的时间内无须补充及更换润滑剂，所以滚动轴承的润滑选用脂润滑。

脂的种类为通用锂基润滑脂（GB7342-87）,代号为ZL-2，滴点不低于175℃，工作锥入度,25℃每150g 265~295（1/10mm）。

V＝2.36m/s
V＝2.35m/s
V＝0.93m/s
V＝0.93m/s

齿轮采用油润滑
齿轮采用浸油润滑

工业闭式齿轮油
代号是：L-CKC32

V＝2.35m/s

V＝0.93m/s

滚动轴承采用脂润滑
代号为ZL-2

密封方式的选择
滚动轴承在透盖处的密封选择

滚动轴承靠近箱体内壁的密封

箱体密封选择

放油螺塞

凸缘式轴承端盖

检查孔盖

滚动轴承采用毡圈密封。

使用挡油环

箱体剖分面上应该用水玻璃密封或者密封胶密封

采用材质为石棉橡胶板的油封垫

使用调整垫片组进行密封

采用软钢纸板进行密封

十、装配图设计
（一）、装配图的作用
作用：装配图表明减速器各零件的结构及其装配关系，表明减速器整体结构，所有零件的形状和尺寸，相关零件间的联接性质及减速器的工作原理，是减速器装配、调试、维护等的技术依据，表明减速器各零件的装配和拆卸的可能性、次序及减速器的调整和使用方法。
（二）、减速器装配图的绘制
1、装备图的总体规划：
（1）、视图布局：
①、选择3个基本视图，结合必要的剖视、剖面和局部视图加以补充。
②、选择俯视图作为基本视图，主视和左视图表达减速器外形，将减速器的工作原理和主要装配关系集中反映在一个基本视图上。
布置视图时应注意：
a、整个图面应匀称美观，并在右下方预留减速器技术特性表、技术要求、标题栏和零件明细表的位置。
b、各视图之间应留适当的尺寸标注和零件序号标注的位置。
（2）、尺寸的标注：
①、特性尺寸：用于表明减速器的性能、规格和特征。如传动零件的中心距及其极限偏差等。
②、配合尺寸：减速器中有配合要求的零件应标注配合尺寸。如：轴承与轴、轴承外圈与机座、轴与齿轮的配合、联轴器与轴等应标注公称尺寸、配合性质及精度等级。
③、外形尺寸：减速器的最大长、宽、高外形尺寸表明装配图中整体所占空间。
④、安装尺寸：减速器箱体底面的长与宽、地脚螺栓的位置、间距及其通孔直径、外伸轴端的直径、配合长度及中心高等。
（3）、标题栏、序号和明细表：
①、说明机器或部件的名称、数量、比例、材料、标准规格、标准代号、图号以及设计者姓名等内容。查GB10609.1-1989和GB10609.2-1989标题栏和明细表的格式。
②、装备图中每个零件都应编写序号，并在标题栏的上方用明细表来说明。
（4）、技术特性表和技术要求：
①、技术特性表说明减速器的主要性能参数、精度等级、表的格式参考机械设计标准，布置在装配图右下方空白处。
②、技术要求包括减速器装配前、滚动轴承游隙、传动接触斑点、啮合侧隙、箱体与箱盖接合、减速器的润滑、试验、包装运输要求。
2、绘制过程：
（1）、画三视图：
①、绘制装配图时注意问题：
a先画中心线，然后由中心向外依次画出轴、传动零件、轴承、箱体及其附件。
b、先画轮廓，后画细节，先用淡线最后加深。
c、3个视图中以俯视图作基本视图为主。
d、剖视图的剖面线间距应与零件的大小相协调，相邻零件剖面线尽可能取不同。
e、同一零件在各视图上的剖面线方向和间距要一致。
十一、零件图设计
（一）、零件图的作用：
作用：
1、反映设计者的意图，是设计、生产部门组织设计、生产的重要技术文件。
2、表达机器或部件运载零件的要求，是制造和检验零件的依据。
（二）、零件图的内容及绘制：
1、选择和布置视图：
（1）、轴：采用主视图和剖视图。主视图按轴线水平布置，再在键槽处的剖面视图。
（2）、齿轮：采用主视图和侧视图。主视图按轴线水平布置（全剖），反映基本形状；侧视图反映轮廓、辐板、键槽等。
2、合理标注尺寸及偏差：
（1）、轴：参考《机械设计课程设计》P92，径向尺寸以轴线为基准标注，有配合处径向尺寸应标尺寸偏差；轴向尺寸以轴孔配合端面及轴端面为基准，反映加工要求，不允许出现封闭尺寸链。
（2）、齿轮：参考《机械设计课程设计》P99：径向尺寸以轴线为基准，轴孔、齿顶圆应标相应的尺寸偏差；轴向尺寸以端面为基准，键槽尺寸应相应标出尺寸偏差。

十三、参考文献
[1] 邱宣怀主编.机械设计.第四版.北京：高等教育出版社，1997
[2] 黄珊秋主编.机械设计课程设计.北京：机械工业出版社，1999（2010重印）
[3] 山东大学机械工程学院.机械设计常用标准.2010
[4] 廖希亮，邵淑玲主编.机械制图.济南：山东科学技术出版社，2002
[5] 吴宗泽主编.机械设计实用手册.北京：化学工业出版社，2003目 录
第一章 总论 5
1.1项目概要 5
1.2可行性研究报告编制依据 8
1.3综合评价 8
第二章 项目背景及必要性 11
2.1项目建设背景 11
2.2项目建设的必要性 13
第三章 建设条件 16
3.1项目区概况 16
3.2项目建设条件优劣势分析 21
第四章 市场分析与销售方案 26
4.1市场分析 26
4.2销售策略、营销方案和模式 29
4.3风险分析 30
第五章 项目建设方案 32
5.1建设任务和规模 32
5.2建设规划和布局 32
5.3工艺（技术）方案 32
5.4建设内容 35
5.5实施进度安排 36
第六章 环境影响评价 38
6.1环境影响 38
6.2环境保护与治理措施 38
第七章 项目组织与管理 40
7.1组织机构与职能划分 40
7.2劳动定员 40
7.3经营管理模式 41
7.4经营管理措施 41
7.5技术培训 42
7.6劳动保护、安全卫生与消防 42
第八章 投资概算与资金来源 44
8.1投资概算依据 44
8.2投资概算 44
8.3资金来源 46
第九章 财务评价 47
9.1财务评价依据 47
9.2销售收入、销售税金和附加估算 47
9.3总成本及经营成本估算 48
9.4财务效益分析 49
9.5不确定性分析 50
9.6财务评价结论 51
第十章 社会效益评价 52
10.1社会评价基本结论 52
10.2农业产业化经营 52
10.3农民增收、农业增效评价 54
10.4其它社会影响 55
第十一章　可行性研究结论与建议 56
11.1可行性研究结论 56
11.2问题与建议 56