斜齿圆柱齿轮机械设计课程设计说明书

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1、目录（一）电动机的选择31、 选择电动机的类型32、选择电动机的容量33、选择电动机的转速3（二）计算传动装置的总传动比并分配传动比31、计算运动装置的总传动比32、分配传动比3（三）计算传动装置各轴的运动和动力参数41、各轴的转速42、各轴的输入功率43、各轴的输入转矩4（四）高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算5 1、选精度等级、材料及齿数.5 2、按齿面接触强度设计.5 3、按齿根弯曲强度设计.7 4、几何尺寸计算.9（五） 低速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算.10 1、选定齿轮的精度等级材料及齿数.10 . 2、按齿面接触强度设计.10 3、按齿根弯曲强度设计.12 4、几何尺寸计算.14（

2、六）齿轮的主要参数.14（七）中间轴的设计.15 1、确定轴的最小直径.15 2、轴的结构设计.15 3、键的选择.16 4、中间轴的校核.16 5、键的校核.20 6、轴承的校核.20（八）高速轴的设计.21 1、确定轴的最小直径 .21 2、选择联轴器 .22 3、轴的结构设计.22 4、键的选择.23（九） 低速轴的设计.23 1、确定轴的最小直径 .23 2、选择联轴器 .23 3、轴的结构设计.24 4、键的选择.25（十） 箱体结构及减速器附件设计.25（十一）参考资料.27（一） 电动机的选择计算项目计算及说明结果1、 选择电动机的类型按工作要求和工作条件,选用 Y 系列三相异步

3、电动机Y 系列三相异步电动机2、 选择电动机的容量工作及输入功率PW=3.15KW从电动机到工作机之间的总效率为分别为=1224324式中1、2 、3、4分别为联轴器、轴承、齿轮传动、卷筒的传动效率。由手册取1=0.99，2=0.98，3=0.97，4=0.96，则： =0.9920.9840.9720.96=0.817所以电机所需功率为 Pd=3.488KWPW=2.85KWPd=3.488KW3、选择电动机的转速由相关手册推荐的传动比合理范围，二级圆柱齿轮减速器传动比=840,而工作机的输入转速 所以电动机转速可选范围 符合这一范围的同步转速有750 r/min、1000 r/min、15

4、00 r/min、3000 r/min四种。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1000 r/min的电动机。由手册选定电动机型号Y132M1-6其满载转速960 960（二）计算传动装置的总传动比并分配传动比计算项目计算及说明结果1、 计算总传动比运动装置的总传动比 =12.82、分配传动比，考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，取故高速级的传动比为 低速级的传动比为： =4.233=3.024（三）计算传动装置各轴的运动和动力参数计算项目计算及说明结果1、各轴的转速轴 轴 轴 =960226.79752、各轴的输入功率轴 =3.488KW

5、0.99=3.453KW轴 =3.453KW0.980.97=3.283KW轴 =3.283KW0.980.97=3.027KW =3.453KW=3.283KW=3.027KW3、 各轴的输入转矩电动机的输出转矩为（四）高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算计算项目计算及说明结果1、选精度等级、材料及齿数1）运输机为一般工作机器，转速不高，故选用8级精度2）材料选择。由机械设计第八版表10-1选择小齿轮材料为40cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS。3）选小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2= z1=244.233=101，取3）

6、 z2=101，则齿数比4） 。可满足要求5）选取螺旋角，初选螺旋角。7级精度小齿轮材料为40cr(调质)大齿轮材料为45钢（调质）z1=24 z2=1012、 按齿面接触强度设计（1）确定公式内的各计算值1）试选2）计算小齿轮传递的扭矩 3）由表10-7选取齿宽系数=1.04）由表10-6查得材料弹性影响系数189.85）由图10-30选区域系数=2.433。6）由图10-26查得，则1.67。7）由图10-21d查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa。8）由式10-13计算应力循环次数。 = = 9) 由图10-19取接触疲劳寿命系数=0.93；=0

7、.9610）计算解除疲劳许用应力（取失效率为1%，安全系数s=1） = = （2）设计计算1) 计算小齿轮分度圆直径时代入中较小值 = =39.5 2） 计算圆周速度 3)计算齿宽b及模数 4) 计算齿宽齿高比 5) 计算纵向重合度 6) 计算载荷系数由工作条件，查表10-2得使用系数=1.0。根据v=0.246m/s,7级精度，由图10-8查得动载系数=1.08；由表10-3查得=1.4由表10-4利用插值法查得=1.417由图10-13查得=1.34。故载荷系数 7) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式10-10a得 8) 计算法面模数 =39.5=1.94b=39.5=2.53=

8、5.69=1.903=2.14=44.47=1.803、 按齿根弯曲强度设计（1）确定计算参数1） 计算载荷系数 2) 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=500MPa; 大齿轮的弯曲疲劳强度极限=400MPa。3）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数=0.87，=0.94。 4）计算完全疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4 5) 根据纵向重合度=1.903，从图10-28查得螺旋角影响系数=0.88。6) 计算当量齿数 =26.272 =108.667）查取齿形系数由表10-5利用插值法算得=2.592，=2.1758）查取应力校正系数由表10-5利用插值法算得=1.596，=1.

9、7959）计算大小齿轮的并加以比较。 大齿轮的数值大。（2）设计计算 由于设计的是软齿面闭式齿轮传动，其主要失效是齿面疲劳点蚀，取=1.5，已可满足弯曲强度。但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=44.47来计算应有的齿数。于是取=28，则=2.167=310.71=268.57=26.272=108.66=1.294=28=1194、几何尺寸计算（1）计算中心距 将中心距圆整为110。（2）按圆整后的中心距修正螺旋角 因值改变不多，故参数等不必修正。（3）计算打、小齿轮的分度圆直径 （4）计算齿轮宽度 圆整后取=45； =50=109.76=14291343.2918

10、4.5743.29=45=50(五)低速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算计算项目计算及说明结果1、选定齿轮的精度等级材料及齿数1)选用7级精度。2）材料选择。由机械设计第八版表10-1选择小齿轮材料为40cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS。3）选小齿轮齿数z1=24大齿轮齿数,取,则齿数比，可满足要求。 4）选取螺旋角，初选螺旋角。7级精度小齿轮材料为40cr(调质)大齿轮材料为45钢（调质）z1=24z2=732、按齿面接触面强度设计 （1）确定公式内的各计算值1）试选2）计算小齿轮传递的扭矩 3） 由表10-7选取齿宽系数=

11、1.04） 由表10-6查得材料弹性影响系数189.85）由图10-30选区域系数ZH=2.433.6）由图10-26查得，则 7）由图10-21d查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa； 齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa。8）由式10-13计算应力循环次数。=60238.81(283655)=4.184108 9) 由图10-19取接触疲劳寿命系数=0.94；=0.9510）计算解除疲劳许用应力（取失效率为1%，安全系数s=1） （2）设计计算1) 计算小齿轮分度圆直径 = =62.532）计算圆周速度3)计算齿宽b及模数 =1.062.53 =62.53 =2.534) 计算齿宽齿

12、高比 =2.252.53 =5.69 =11.005) 计算纵向重合度 =0.3181.024tan14=1.9036) 计算载荷系数由工作条件，查表10-2得使用系数=1.0。根据v=0.81m/s,7级精度，由图10-8查得动载系数=1.04；由表10-3查得=1.4由表10-4利用插值法查得=1.422由图10-13查得=1.32。故载荷系数 =1.01.041.41.422=2.077) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式10-10a得 =70.758) 计算法面模数 =2.86.=62.53=0.246=62.53=2.53=5.92=1.903=2.07=70.75=2.8

13、63、按齿根弯曲强度设计 （1）确定计算参数1） 计算载荷系数 =1.01.041.41.32=1.922) 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=500MPa; 大齿轮的弯曲疲劳强度极限=400MPa。3）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数=0.94，=0.95。 4）计算完全疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4 =335.71 =271.435) 根据纵向重合度=1.903，从图10-28查得螺旋角影响系数=0.886) 计算当量齿数 =26.272 =75.537）查取齿形系数由表10-5利用插值法算得=2.592，=2.2298）查取应力校正系数由表10-5利用插值法算得=1

14、.596，=1.7619）计算大小齿轮的并加以比较。 =0.01232 =0.01446 大齿轮的数值大。（2）设计计算 =1.91由于设计的是软齿面闭式齿轮传动，其主要失效是齿面疲劳点蚀，取=2，已可满足弯曲强度。但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=70.75来计算应有的齿数。于是=34.32取=34，则=2.8834=97.92，取=1.92=335.71=271.43=26.272=75.53=1.91=34=984、几何尺寸计算（1）计算中心距 =136.04将中心距圆整为136。（2）按圆整后的中心距修正螺旋角 =135811因值改变不多，故参数等不必修正。

15、（3）计算打、小齿轮的分度圆直径 =70.06 =201.94（4）计算齿轮宽度： =170.06=70.06圆整后取=70； =75=136.04=13581170.06201.9470.06=70=75 （六）齿轮的主要参数高速级低速级齿数3310028119中心距137114法面模数2.01.5端面模数1.5792.553螺旋角135245144411法面压力角端面压力角203511204027齿宽b50457570齿根高系数标准值11齿顶高系数 0.9680.971齿顶系数标准值0.250.25当量齿数26.2779.9126.272108.66分度圆直径67.98206.0143.2

16、9184.57齿顶高1.52齿根高1.8752.5齿全高3.3754.5齿顶圆直径47.93178.0774.06205.94齿根圆直径50.93181.0778.06188.57 （七）中间轴的设计计算项目计算及说明结果1、确定轴的最小直径因传递的功率不大，并对重量及机构无特殊要求，故选45钢，调质处理，取C=112 取=30=302、轴的结构设计轴的装配方案如1）查手册取0基本游隙组，标准精度等级的单列圆锥滚子轴承30307.其尺寸dDT=358022.75。故。轴承用挡油环定位。2）取。齿轮用轴肩定位，轴肩高度h=(0.07-0.1) =3。轴环宽度b1.4h=8.左端齿轮宽度B1=75

17、,为了使挡油环端面可靠地压紧齿轮轴II-III段的尺寸应略短于齿轮宽度取=72，同样由B2=45取=42。3） 齿轮端面距机体内壁的距离2=8取2=12.5， 滚动轴承与内壁应有一段距离s=104）确定圆角和倒角查表1-27取轴端倒角为C1.6，轴环两侧倒圆角R=2，其余倒圆角R=2轴承30307dDT=358022.75轴端倒角为C1.6轴环两侧倒圆角R=2其余倒圆角R=23、键的选择齿轮与轴的周向定位采用平键连接。按选择A型平键，其bh=128键长L=63，键槽距轴肩距离为6，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，选择齿轮与轴的配合为，同样按选用A型平键 bhL=12832，键槽距轴肩距

18、离为7。齿轮与轴配合为。A型平键高速级：bhL=12863低速级: bhL=128364、中间轴的校核为使中间轴上的轴向力相互抵消，高速级上小齿轮用右旋，大齿轮用左旋。低速级上小齿轮用左旋，大齿轮用右旋。作用在齿轮上的力：高速级低速级所以水平方向：=1656N+4139N-3112N=2673N将各力移到轴心，产生附加弯矩 铅垂方向： =1552N-623N-429.1N=499.9N则，B截面的弯矩C截面的弯矩扭矩由弯矩、扭矩图可知C截面为危险截面。按弯扭合成应力校核轴的强度：进行校核时，通常只校核轴上受最大弯矩和扭矩的截面（危险截面）因轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6。C

19、截面的总弯矩 轴的计算应力前面已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表查得。，故安全。1656.48N622.72N428.15N4139.31 N1552.24N1026.68N3122 N2673N3746535976499.9N429.1 N134076.3-24870202137.8-63762.3T=14500035.8k,安全5、键的校核普通平键连接的强度条件为：其中为键、轴、齿轮三者中最弱材料的许用应力，故=100120MPa因齿轮2处的键较1处短，而其他参数一样，故只需校核齿轮2处的键安全。75.56、轴承的校核选用的是圆锥滚子轴承，为缩短支撑距离选择正装。1）求出轴承所受的径向

20、力 2) 求出轴承所受的轴向力 派生轴向力，由轴承代号30307查表得Y=1.9 ，e=0.31，因此： 外加轴向载荷，所以轴承1被压紧，轴承2被放松。于是 3）求轴承的当量动载荷 由表查得：1轴承 x=1，Y=0 2轴承 x=0.4，Y=1.9因轴承在运动中有轻微冲击 ，取=1.24）验算轴承寿命因，故只需验算轴承2，（） 轴承因具有的基本额定动载荷 满足寿命要求。27193151716829142882932633403292002113492，满足寿命要求 （八）高速轴的设计计算项目计算及说明结果1、确定轴的最小直径因高速轴为齿轮轴，材料与小齿轮材料相同为40cr,调质处理，取C=112

21、。 轴上有键槽计算值加大3%，=18.28=18.282、选择联轴器根据传动装置的工作条件拟用HL型弹性柱销联轴器。计算转矩为： 由手册ML4型联轴器中HL1型联轴器能满足传动转矩的要求（Tn=140NmTc）。其轴孔直径d=(2440)mm,可满足电动机的轴径要求。半联轴器长度L=114mm,半联轴器与轴配合孔毂长度最后确定减速器高速轴轴伸处的直径ML4型联轴器d=(2440) L=114 3、轴的结构设计轴的装配方案如下1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，I-II轴段右端需制出一轴肩，故II-III段的直径;左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=32。为了保证轴端挡圈不压在轴的断面上

22、，I-II 段的长度应比L1短一些，现取。2）初步选择轴承。因轴承同时收到径向力和轴向力的作用，参照工作要求并根据，由手册查取0基本游隙组，标准精度等级的单列圆锥滚子轴承30306其中故：3）轴承端面应与箱体内壁保持一定的距离。轴承端面到箱体内壁距离，齿轮端面到内壁的距离。为了保证轴承端盖的拆装及便于对于轴承添加润滑脂的要求取端盖与半联轴器的距离为30mm.所以4）轴承用挡油板定位，取.至此已经初步确定了轴的各段直径和长度。5）确定圆角和倒角查表1-27取轴端倒角为C1.6，IV和VI截面倒圆角R=2，其余倒圆角R=1轴承30306轴的尺寸如左图轴端倒角为C1.6IV和VI截面倒圆角R=2其余

23、倒圆角R=14、键的选择齿轮与联轴器的周向定位采用平键连接。按选择A型平键，bh=87键长L=40，键槽距轴肩距离为3A型平键bh=87 键长L=70 （九）低速轴的设计计算项目计算及说明结果1、确定轴的最小直径因传递的功率不大，并对重量及机构无特殊要求，故选45钢，调质处理，取C=112.取K=1.3由 联轴器的计算转矩：38.82、选择联轴器按照计算转矩小于联轴器公称转矩，由=38.8查表选取GYH6型联轴器，其公称转矩为900 。半联轴器孔径d1=40 ， 半联轴器长度L=112m，轴孔长度L1=84 。GYH6型联轴器d1=40 L=112 L1=84 3、轴的结构设轴的装配方案如下：

24、1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，VII-VIII轴段左端需制出一轴肩，故VI-VII段的直径 ;左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=50。为了保证轴端挡圈不压在轴的断面上，VII-VIII 段的长度应比L1短一些，现取。2）初步选择轴承。因轴承同时收到径向力和轴向力的作用，参照工作要求并根据，由手册查取0基本游隙组，标准精度等级的单列圆锥滚子轴承30310其故3）轴承端面应与箱体内壁保持一定的距离。轴承端面到箱体内壁距离，齿轮端面到内壁的距离。为了保证轴承端盖的拆装及便于对于轴承添加润滑脂的要求取端盖与半联轴器的距离为30mm. 所以4）取。齿轮右端用轴环定位，轴环高度h=(0.0

25、7-0.1) =5。轴环宽度b1.4h=8.左端用挡油板定位，齿轮宽度B2=70,为了使挡油板端面可靠地压紧齿轮轴II-III段的尺寸应略短于齿轮宽度故取=67，至此已经初步确定了轴的各段直径和长度。5）确定圆角和倒角查表1-27取轴端倒角为C1.6，轴环左侧倒圆角R=5，轴环右侧倒圆角R=4，II和V截面倒圆角R=4，其余倒圆角R=2轴承30310轴的尺寸如左图轴端倒角为C2轴环左侧圆角R=2轴环右侧倒圆角R=2II截面倒圆角R=3V截面倒圆角R=2其余倒圆角R=24键的选择联轴器与轴的周向定位采用平键连接。按选择A型平键，b h=1610键长L=56，键槽距轴肩距离为8A型平键bh=161

26、0键长L=56 （十）箱体结构及减速器附件设计名称符号减速器形式及尺寸关系齿轮减速器机体壁厚8机盖壁厚8机座凸缘厚度b12机盖凸缘厚度12机座底凸缘厚度p20地脚螺钉直径16地脚螺钉数目n4轴承旁连接螺钉直径16机盖与机座连接螺钉直径10连接螺栓的间距150轴承端盖螺钉直径8窥视孔盖螺钉直径6定位销直径d8至外机壁距离26至凸缘边缘距离24轴承旁凸台半径24凸台高度h45外机壁至轴承座端面距离56内机壁至轴承座端面距离64大齿轮顶圆与内机壁距离10齿轮端面与内机壁距离8机盖、机座肋厚轴承端盖外径112mm、120mm、轴承端盖凸缘厚度e10轴承旁连接螺栓直径s 箱体附件的设计1） 窥视孔和窥视

27、孔盖窥视孔是为了观察运动件的啮合情况、润滑状态，润滑油也可以由此注入。为了便于观察和注油，一般将窥视孔开在啮合区的箱盖顶部。窥视孔平时用盖板盖住，称为窥视孔盖。窥视孔盖底部垫有耐油橡胶板，防止漏油2）通气器由于传动件工作时产生热量，使箱体内温度升高、压力增大，所以必须采用通气器沟通箱体内外的气流，以平衡内外压力，保证减速器箱体的密封性。通气器设置在箱盖上3）起吊装置起吊装置用于减速器的拆卸和搬运。箱盖用掉耳环，箱座用吊钩。4）油标油标用来指示油面的高度，应设置在便于检查及油面较稳定之处。5）油塞与排油孔为将箱体内的废油排出，在箱体座面的最低处应设置一排油孔，箱座底面也做成向排油孔方向倾斜的平面平时排油孔用油塞加密封圈封住。油塞直径为12mm。6）定位销为保证箱体轴承座孔的镗孔精度和装配精度，在箱体联接凸缘上距离较远处安置两个定位销，并尽量放在不对称位置，以便于定位精确。销A8327）起盖螺钉为了便于起盖，在箱盖侧边的凸缘上装1个起盖螺钉。起盖时，先拧动此起盖螺钉顶起箱盖。 （十一）参考资料1、机械设计（第八版）濮良贵 主编 高等教育出版社； 2、机械设计课程设计图册 龚溎义 主编 高等教育出版社； 3、机械设计课程设计指导书 宋宝玉 主编 高等教育出版社； 4、机械设计课程设计手册 吴总泽 罗圣国 主编 高等教育出版社； 27