二级圆柱斜齿轮减速器计算说明书.doc

机械设计课程设计
设计计算说明书

设计题目: 带式运送机传动装置

班 级:

设 计 者:

指导教师:

完毕日期:

目录
课程任务说明书 3
一、电动机的选择 4
1.1电动机类型选择 4
1.2电动机容量选择 4
1.3确定电动机的转速 4
1.4传动比的分配 4
1.5计算传动装置的运动和动力参数 4
二、齿轮设计 4
2.1高速级 5
2.2低速级 10
三、轴的设计 14
3.1高速轴 14
3.2中速轴 16
3.3低速轴 17
四、中速轴的校核 18
4.1齿轮受力分析 18
4.2中速轴的各参数 19
4.3绘制受力简图 19
4.4水平面H受力分析 19
4.5铅锤面V的受力分析 20
4.6中速轴所受的扭矩图 21
4.7合成弯矩 22
4.8按弯扭合成应力校核轴的强度 22
五、滚动轴承的选择及其基本额定寿命的计算 22
5.1求两轴承受到的径向载荷 22
5.2求两轴承计算轴向力 22
5.3求两轴承的当量动载荷 23
5.4验算轴承的寿命 23
六、键的选择和键的连接强度计算 24
6.1键的选择 24
6.2键连接强度的校核 24
七、联轴器的选择 24
7.1高速轴联轴器 24
2.1低速轴联轴器 24
八、齿轮及轴承润滑方法、润滑剂牌号及装油量 24
8.1齿轮润滑 24
8.2轴承润滑 25
九、密封方式的选择 25
9.1减速器的密封 25
9.2密封类型的选择 25
十、密封方式的选择 25
10.1疾速器的机体结构尺寸 25
10.2减速器附件 26
参考文献 27

【机械设计】课程设计任务书
设计
题目
带式输送机传动装置
设计者
专业:
姓名：
题目
数据
工作机输入功率(kW)
2.3
工作机输入转速(rpm)
63

1 —电动机 2 —联轴器 3 —减速器 4 —带式输送机(工作机)

工
作
条
件
1、连续单向运转；
2、载荷较平稳；
3、两班制；
4、结构紧凑；
5、工作寿命5年。
设
计
内
容
1、 减速器装配图1张(0号图)；
2、零件图2－3张；
3、设计计算说明书1份。
设计期限

答辩日期

指导教师

设计成绩

（表x.x如表9.1来自参考文献[1]、表x-x、式（x-x）、式x-x、图x-x如表10-1来自参考文献[2]）
一、电动机的选择
1.1电动机类型选择：
Y系列三厢笼型异步电动机（全封自扇冷式）。
1.2 电动机容量选择：
电动机所需工作功率
式中为工作机的输入功率，为组成传动装置和工作机的各部分运动副或传动副的效率乘积。设、、分别为联轴器、滚动轴承、齿轮传动的传动效率。查表9.1得：
、、。
则：
选取电动机额定功率为。
1.3拟定电动机转速：
工作机输入转速为已,展开式减速器的传动比为，即电动机的实际转速为。综合考虑传动装置的机构紧凑，选同步转速为的电动机。
根据电动机类型、容量和转速，查表14.1选定型号为。
其重要性能如下：
电动机型号
额定功率/kw
满载转速
/(r/min)
起动转矩
最大转矩
额定转矩
额定转矩

3
710
2.0
2.0

1.4传动比的分派：
总传动比，考虑润滑条件、为使两级大齿轮直径相近
。故：

1.5计算传动装置的运动和动力参数：
⑴各州转速：
1轴：
2轴：
3轴：
⑵各轴的输入功率：
1轴：
2轴：
3轴：
卷筒轴：
⑶各轴的输入转矩：
电动机的输出转矩：

1轴：
2轴 ：
3轴：
卷筒轴：
整理列表
轴名
功率P/kw
转矩T/(N.mm)
转速/(N.mm)
传动比
效率η
电机轴

1
0.99
1轴

3.97
0.9603
2轴

2.84
0.9603
3轴

1
0.99
卷筒轴

二、齿轮设计
2．1高速级：
⑴选精度等级、材料及齿数
1)依照传动方案，本设计选用二级斜齿轮传动。标准结构参数压力角,齿顶高系数,顶隙系数。
2)运送机为一般工作机器，运动转速不高，查表16.1选用8级精度。
3)由表10-1，小齿轮选用（调质），齿面硬度。大齿轮选用钢（调质），齿面硬度。
4)初选小齿轮齿数，大齿轮,取，与互质。
5)初选螺旋角
⑵按齿面接触疲劳强度设计：
1)由式（10-24）试算小齿轮分度圆直径：

a. 拟定公式中的各参数值：
i．试选载荷系数
ii.由图10-20差得区域系数，表10-5查得材料弹性影响系数,表10-7取。
iii．由式10-21计算接触疲劳强度重合系数。

iv．由式（10-23）可得螺旋角系数
v.计算接触疲劳需用应力
由图10-25查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为

由式（10-15）计算应力循环次数：

由图10-23查取接触疲劳寿命系数,取失效概率为、安全系数，由式（10-14）得：

取和中的较小者为该齿轮的接触疲劳强度许用应力，即
b. 试算小齿轮分度圆直径：

mm
2)调整小齿轮分度圆直径
a.计算实际载荷系数前的数据准备：
i．圆周速度V

ii.齿宽b

b．计算实载荷系数
i.由表10-2查得使用系数。
ii.根据，8级精度，由图10-8查得动载系数。
iii.齿轮的圆周力,,查表10-3得齿间载荷分派系数。
iv．由表10-4用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，
则载荷系数为

3)由式（10-12），可得按实际载荷系数算得的分度圆直径

及相应的齿轮模数

⑶按齿根弯曲疲劳强度设计：
1) 由式（10-20）试算齿模数，即

a. 拟定公式中的各参数值。
i．试选载荷系数
ii．由式（10-18），可得计算弯曲疲劳强度的重合系数。

iii.由式（10-19）可得计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数。

iv.计算。
由当量齿数

查图10-17，得齿形系数
由图10-18查得应力修正系数
由图10-24c查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为
由图10-22查得弯曲疲劳系数,
取弯曲疲劳安全系数由式（10-14）得

由于大齿轮的大于小齿轮，所以

b.试算齿轮模数

2) 调整齿轮模数
a. 计算实际载荷系数前的数据准备。
i.圆周速度

ii.尺宽b

iii.齿高h及宽高比

b. 计算实际载荷系数。
i．根据V=,8级精度，由图10-8查得动载系数
ii．,,查表10-3得齿间载荷分派系数。
iii.由表10-4用插值法得,结合，查图10-13，得。则载荷系数为

c. 由式（10-13），可得按实际载荷系数算得的齿轮模数

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数。从满足弯曲疲劳强度出发，从标准中就近取，为
了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 来计算小齿轮的齿数，即。
取，则,取，与互为质数。
(4)几何尺寸计算
1)计算中心矩

将中心矩圆整为108mm
2)按圆整后的中心矩修正螺旋角

3)计算小、大齿轮的分度圆直径

4)计算齿轮宽度

取、。
(5)重要设计结论
齿数,模数，压力角，螺旋角，变位系数,中心矩,齿宽、。小齿轮选用40（调质），大齿轮选用45钢（调质）。按8级精度设计。

2．2低速级：
⑴选精度等级、材料及齿数
1)依照传动方案，本设计选用二级斜齿轮传动。标准结构参数压力角,齿顶高系数,顶隙系数。
2)运送机为一般工作机器，运动转速不高，查表16.1选用8级精度。
3)由表10-1，小齿轮选用（调质），齿面硬度。大齿轮选用钢（调质），齿面硬度。
4)初选小齿轮齿数，大齿轮,取，与互质。
5)初选螺旋角
⑵按齿面接触疲劳强度设计：
1)由式（10-24）试算小齿轮分度圆直径：

c. 拟定公式中的各参数值：
i．试选载荷系数
ii.由图10-20差得区域系数，表10-5查得材料弹性影响系数,表10-7取。
iii．由式10-21计算接触疲劳强度重合系数。

iv．由式（10-23）可得螺旋角系数
v.计算接触疲劳需用应力
由图10-25查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为

由式（10-15）计算应力循环次数：

由图10-23查取接触疲劳寿命系数,取失效概率为、安全系数，由式（10-14）得：

取和中的较小者为该齿轮的接触疲劳强度许用应力，即
d. 试算小齿轮分度圆直径：

mm

2)调整小齿轮分度圆直径
a.计算实际载荷系数前的数据准备：
i．圆周速度V

ii.齿宽b

b．计算实载荷系数
i.由表10-2查得使用系数。
ii.根据，8级精度，由图10-8查得动载系数。
iii.齿轮的圆周力,,查表10-3得齿间载荷分派系数。
iv．由表10-4用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，
则载荷系数为

3)由式（10-12），可得按实际载荷系数算得的分度圆直径

及相应的齿轮模数

⑶按齿根弯曲疲劳强度设计：
3) 由式（10-20）试算齿模数，即

b. 拟定公式中的各参数值。
i．试选载荷系数
ii．由式（10-18），可得计算弯曲疲劳强度的重合系数。

iii.由式（10-19）可得计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数。

iv.计算。
由当量齿数

查图10-17，得齿形系数
由图10-18查得应力修正系数
由图10-24c查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为
由图10-22查得弯曲疲劳系数,
取弯曲疲劳安全系数由式（10-14）得

由于大齿轮的大于小齿轮，所以

b.试算齿轮模数

4) 调整齿轮模数
d. 计算实际载荷系数前的数据准备。
i.圆周速度

ii.尺宽b

iii.齿高h及宽高比

e. 计算实际载荷系数。
i．根据V=,8级精度，由图10-8查得动载系数
ii．,,查表10-3得齿间载荷分派系数。
iii.由表10-4用插值法得,结合，查图10-13，得。则载荷系数为

f. 由式（10-13），可得按实际载荷系数算得的齿轮模数

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数。从满足弯曲疲劳强度出发，从标准中就近取，为
了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 来计算小齿轮的齿数，即。
取，则,取，与互为质数。
(4)几何尺寸计算
1)计算中心矩

将中心矩圆整为122mm
2)按圆整后的中心矩修正螺旋角

3)计算小、大齿轮的分度圆直径

4)计算齿轮宽度

取、。
(5)重要设计结论
齿数,模数，压力角，螺旋角，变位系数,中心矩、。小齿轮选用40（调质），大齿轮选用45钢（调质）。按8级精度设计。
齿轮的重要参数

高速级
低速级
齿数
28
111
31
88
中心距
108
122
法面模数
1.5
2.0
螺旋角
15.142°
12.732°
法面压力角
20°
20°
齿宽b
50
44
70
64
分度圆直径
43.511
172.488
63.562
180.436
齿顶圆直径
46.511
175.488
67.562
184.436
齿根圆直径
39.761
168.738
58.562
175.436

三、轴的设计
3.1高速轴
(1)材料选择
查表15-1，选用45钢（调质）
(2)拟定最小直径

查表15-3，，由上面结论,,
考虑该轴有一键槽，将计算结果加5%，
(3)选择联轴器
根据传动装置的工作条件拟选用LH型弹性柱销联轴器。联轴器的计算转矩为,查表14-1取，由,得根据查表13.1选定LH3型联轴器，其,轴孔直径d(30-42)mm可满足电动机的轴径规定(取半联轴器的孔径为)。
(4)轴的结构设计

1）拟定减速器高速轴外伸处直径(与联轴器配合处)

取,半联轴器与轴配合的毂孔长度
2）为保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不压在轴的端面上，故1-2段的长度比略短一些，现取。为了满足半联轴器的轴向定位规定，，取h=2.5mm,故2-3段直径。
3）初步选择滚动轴承
根据，且轴承能承受一定的轴向力，选择7207C号轴承，其,。拟定。
4）根据轴承旁连接螺栓，与地脚螺钉的，以及壁厚得内机壁至轴承座断面距离,取。
5）.轴承端盖与调整垫片厚度e=10mm,根据轴承端盖便于拆装的规定，取2-3段轴肩距轴承端盖 轴承旁挡油板宽度，则
6）取45mm(满足安装轴承与毡圈规定)。
7）小齿轮矩齿内机壁距离,取中间轴两齿轮轴向间距，中速轴上两齿轮宽度分别为44mm,=70mm。得出，
8）轴段4-5加工齿轮轴，为方便加工，取
9) 取45mm(满足安装轴承与毡圈规定)。
10)整理如下：
轴段
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
直径d/mm
30
35
45
48
45
30
长度l/mm
58
70
92
50
18
17

3.2中速轴
(1)材料选择
查表15-1，选用45钢（调质）
(2)拟定最小直径

查表15-3，，由上面结论,,
考虑该轴有一键槽，将计算结果加5%，
但不应小于高速轴安装轴承处直径,
(3)轴的结构设计

1)选择7208C号轴承，其,。则安装轴承处。
2)轴承与高速轴大齿轮左端之间采用套筒定位。已知,为了保证套筒断面可靠地压紧齿轮，取
3)取 。
4)大齿轮右端采用轴肩定位，，取h=2.5mm，
则,取轴环宽度
即
5)由于低速级小齿轮,齿顶圆。取,
。
6）轴承左端采用轴肩定位，且为满足毡圈装配规定，取,。
7)
8)整理数据如下：
轴段
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
直径d/mm
40
44
49
68
55
40
长度l/mm
41
23
7
70
18
18

3.3低速轴
(1)材料选择
查表15-1，选用45钢（调质）
(2)拟定最小直径

查表15-3，，由上面结论,,
考虑该轴有一键槽，将计算结果加5%，
(3)选择联轴器
联轴器的计算转矩为,查表14-1取，由,得查表13.6选定LH3型联轴器，其,轴孔直径d(30-42)mm， (取半联轴器的孔径为)。
(4)轴的结构设计

1）拟定减速器高速轴外伸处直径(与联轴器配合处)

取,半联轴器与轴配合的毂孔长度
2）为保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不压在轴的端面上，故1-2段的长度比略短一些，现取。为了满足半联轴器的轴向定位规定，，取h=2.5mm,故2-3段直径。
3）初步选择滚动轴承
根据，且轴承能承受一定的轴向力，选择7209C号轴承，其,。
4）5-6轴段安装轴承，则轴承左端与大齿轮右端通过套筒定位，
又低速级大齿轮, 为了保证套筒断面可靠地压紧齿轮,得
5)取低速级大齿轮,则
6) 大齿轮左端采用轴肩定位，，取h=3mm，
则,取轴环宽度
即
7)整理数据如下：
轴段
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
直径d/mm
40
45
55
49
45
长度l/mm
82
70
75
62
42
四、中速轴的校核
4.1齿轮受力分析

4.2中速轴的各参数：
,,。
4.3中速轴上各力：
大齿轮

小齿轮

4.3绘制受力简图
轴承采用正装方式，查表12.2得轴承受力的作用点偏离中心位置。

4.4水平面H的受力分析

得，
由以上数据计算可得剪力图与弯矩图：

4.5铅垂面V的受力分析

得，
由以上数据计算可得剪力图与弯矩图：

4.6中速轴所受扭矩图：

4.7合成弯矩：

4.8按弯扭合成应力校核轴的强度
通过以上数据判断C为危险截面，根据式(15-5)，以及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力：

前已选定轴的材料为45钢，调质解决，由表15-1查得,因此，故安全。
五、滚动轴承的选择及其基本额定寿命的计算
由上，已选择角接触球轴承，7207C，7208C,7209C。现对中间轴轴承7208C进行寿命计算：

5.1求两轴承受到的径向载荷和
由以上轴的校核可知：

5.2求两轴承计算轴向力
对于70000C型轴承，按表13-7，轴承派生轴向力,其中为表13-5中的判断系数，其值由的大小来拟定，但现轴承轴向力未知，故先取e=0.4，因此可估算：

由于
，所以

查表12.2得。
因此，，。
由表13-5用插值法计算得，
再计算:

;
，
两次计算的值相差不大，因此拟定，，。
5.3求轴承的当量动载荷
由于，；
由表13-5分别进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为：
=0,
运转中有轻微冲击，查表13-6,得=1.1。则

5.4验算轴承的寿命
由于,所以按的大小验算
对于球轴承，查表13-4得=1。

所以所选轴承满足工作规定，具体参数如下：
轴承型号系列
基本尺寸
安装尺寸
d/mm
D/mm
B/mm
/mm
7207C
35
72
17
42
7208C
40
80
18
47
7209C
45
85
19
52
六、键的选择和键的连接强度计算
6.1键的选择
键是标准件，通常用于联接轴和轴上的零件，起到周向固定的作用并传递转矩。有些类型的键还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。根据所设计的规定。本次设计采用普通A型平键联接。查表11.27得具体参数如下：
键名

1

2

3

4

6.2键连接强度的校核
假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键的强度条件为：

现取中间轴的键(2号键进行校核)：
键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h =4mm,键的工作长度=L-b=20mm，查表6-2，由于键承受轻微冲击，得许用挤压应力,取中间值，

故，键强度满足工作规定。
七、联轴器选择
为了减小起动转矩，应具有较小的转动惯量和良好的减震性能，采用有弹性原件的挠性联轴器，本次设计采用弹性柱销联轴器。
7.1高速轴联轴器
联轴器的计算转矩为,查表14-1取，由,得，查表13.1选定LH3型联轴器，其,轴孔直径d(30-42)mm可满足电动机的轴径规定(取半联轴器的孔径为)。
7.2低速轴联轴器
联轴器的计算转矩为,查表14-1取，由,得查表13.6选定LH3型联轴器，其,轴孔直径d(30-42)mm， (取半联轴器的孔径为)。
型号
公称转矩(N.m)
许转速
轴孔直径
轴孔长度/mm
(r/min)
J型
LH3
630
5000
30,32,35,38
60
40,42,(45),(48)
84
八、齿轮及轴承润滑方法、润滑剂牌号及装油量
8.1齿轮润滑
(1)润滑方式
减速器低速级齿轮圆周速度0.60839m/s≤12m/s，因此采用油池浸油润滑。
(2)润滑剂的选择：
由表10.6选取润滑油牌号为。为了保证齿轮啮合处的充足润滑，大齿轮的齿顶圆到油池地面的距离不应小于(30~50)mm,传动件在油池的浸油深度应不小于1~2个齿高，但不应小于10mm，并避免搅油损耗过大，减速器内的传动件浸入箱体油池中的深度不宜过深。通常比最低油面高出(10~15)mm， 取浸油高度H=47mm。则
(3)装油量
(其中a、b为油池的长和宽) 半年左右更换一次。
8.2轴承润滑
(1)润滑方式
计算轴承dn值，。因此采用脂润滑。
(2)润滑剂的选择
查表10.7选取通用锂基润滑脂3号润滑。
(3)润滑装置
查参考文献[3]P90表7-3，选取M6的直通式压注油杯
(4)装油量
润滑脂填入量为轴承空隙体积的，半年左右更换一次。
九、密封方式的选择
9.1减速器的密封
减速器需要密封的部位很多，为了防止减速器内润滑剂泄出，防止灰尘、其他杂物和水分渗入，减速器中的轴承等其他传动部件、减速器箱体等都必须进行必要的密封，以保持良好的润滑条件和工作环境，使减速器达成预期的工作寿命。
9.2密封类型的选择
1 伸出轴端的密封
在输入或输出轴的外伸处，为防止灰尘、水汽及其他杂质渗入，引起轴承急剧磨损或腐蚀，以及润滑油外漏，都规定在端盖轴孔内装密封件。
由于伸出轴颈圆周转速取
工作温度不超过90，对于轴承端盖中的透盖选择毡圈油封的方式进行密封。
高速轴的透盖毡圈为：毡圈 35 JB/ZQ4406-86 材料：半粗羊毛毡
低速轴的透盖毡圈为：毡圈 40 JB/ZQ4406-86 材料：半粗羊毛毡
十、减速器的机体结构尺寸及其附件
10.1减速器的机体结构尺寸

名称
符号
尺寸/mm
机座壁厚

8
机盖壁厚

8
机座凸缘厚度

12
机盖凸缘厚度

12
机座底凸缘厚度
p
20
地脚螺钉直径

20
地脚螺钉数目
n
4
轴承旁连接螺栓直径

16
机盖与机座连接螺栓直径

10
连接螺栓的间距
l
150
轴承端盖螺钉直径

8
窥视孔盖螺钉直径

6
定位销直径
d
8
、、至外机壁的距离

26、22、16
、凸缘边沿的距离

20、14
轴承旁凸台半径

20
外机壁至轴承座端面距离

52
内机壁至轴承座端面距离

60
大齿轮齿顶圆与内机壁的距离

10
齿轮断面与内机壁距离

8
机盖、机座肋厚
、
6.8
轴承端盖外径

112、120、125
轴承旁连接螺栓距离
s
108、115、124
10.2减速器附件
(1)窥视孔和视孔盖
窥视孔用于检查传动件的啮合情况和润滑情况等，并可由该孔向箱内注入润滑油，平时由视孔盖用螺钉封住。为防止污物进入箱内及润滑油渗漏，盖板底部垫有纸质封油垫片。查参考文献[3]P167表11-4选取的视孔盖。
(2)放油孔及放油螺塞
放油孔应设立在箱座内底面最低处，能将污油放尽。在油孔附近应做成凹坑，以便为了更换减速器箱体内的污油聚集而排尽。平时，排油孔用油塞堵住，并用封油圈以加强密封。
查参考文献[3]P93表7-11选取M12的外六角螺塞。
(3)油面指示器
为指示减速器内油面的高度是否符合规定，以便保持箱内正常的油量，在减速器箱体上设立油面指示装置，查参考文献[3]P93表7-10选取M12的杆式油标。
(4)通气器
减速器工作时，箱体内的温度和气压都很高，通气器能使热膨胀气体及时排出，保证箱体内、外气压平衡，以免润滑油沿箱体接合面、轴伸处及其它缝隙渗漏出来。查参考文献[3]P168表11-5,选取M12的通气器。
(5)吊耳和吊钩
当减速器的质量较大时，搬运整台减速器，只能用机座上的吊钩或者机盖上的吊耳，以免损坏机盖和机座连接凸缘结合面的密封性，常通过直接在机体上铸造而成。
(6)定位销
为了保证箱体轴承座孔的镗削和装配精度，并保证减速器每次装拆后轴承座的上下半孔始终保持加工时候的位置精度，机盖与机座需用两个圆锥销定位。查表11.29选择A型圆柱销GB/T117-2023
(7)启盖螺钉
减速器在安装时，为了加强密封效果，防止润滑油从箱体剖分面处渗漏，通常在剖分面上涂以水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因粘接较紧而不易分开。为了便于启动机盖，设立起盖螺钉(端部做成圆柱形)，只要拧动此螺钉，就可顶起机盖。启盖螺钉的直径和长度与机盖与机座连接螺栓取同一规格。
参考文献
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[2]濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计.北京:高等教育出版社，2023.
[3]吴宗泽.机械设计课程设计手册.北京:高等教育出版社，2023.
[4]龚溎义.机械设计课程设计图册.北京:高等教育出版社，2023.
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[7]刘鸿文.材料力学Ⅰ.北京:高等教育出版社，2023.
[8]丁厚福，王立人.工程材料.武汉:武汉理工大学出版社，2023.

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=0,

=1.1

k=4mm
=20mm

0.60839m/s