二级减速器的课程设计_二级减速器课程设计
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第一章 二级斜齿轮减速器结构及其计算
3.1 设计任务
设计带式运输机的减速传动装置；
（1）已知条件：运输带工作拉力F=5100N，运输带工作速度V=1.1m/s，卷筒直径D=350mm.（2）传动装置简图，如下：
图 3-3.1
(3)相关情况说明
工作条件：一班制连续单向运转，载荷平稳，室内工作有粉尘；
使用寿命：十年（大修期三年）；
生产条件：中等规模机械厂，可加工7-8级精度齿轮。
动力来源：电力，三相交流（220/380V）；
运输带速度允许误差 5%。3.2传统方法设计设计过程
1.总体传动方案
初步确定传动系统总体方案如图3-3.1所示。二级圆柱斜齿轮减速器（展开式）。传动装置的总效率ηa
＝0.972×0.983×0.99×0.98＝0.86；
η =0.97为齿轮的效率（齿轮为8级精度），η =0.98为轴承的效率（磙子轴承），η =0.99为弹性联轴器的效率，=0.98为刚性联轴器
2.电动机的选择
电动机所需工作功率为： P0＝Pw/ηa＝5.61/0.86=6.5kw 卷筒轴工作转速为n＝60.02r/min，经查表按推荐的传动比合理范围，二级圆柱斜齿轮减速器传动比i ＝8～40，则总传动比合理范围为i ＝8～40，电动机转速的可选范围为n ＝i ×n＝（8～40）×60.02＝480～2400r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选定型号为Y160M—6的电动机，额定功率为7.5kW，额定电流17.0A，满载转速n ＝970 r/min，同步转速1000r/min。
3.传动装置的总传动比和传动比分配
（1）总传动比
由选定的电动机满载转速n 和工作机主动轴转速n，可得传动装置总传动比为i ＝n /n＝
970/60.02＝16.16（2）传动装置传动比分配 i＝i =16.16为减速器的传动比。（3）分配减速器各级传动比 考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，查的i1=4.85,i2=i/i1=3.33
4.传动装置运动和动力参数的计算
（1）各轴转速
Ⅰ轴 nI＝n =970r/min Ⅱ轴 nII＝nI/ i1＝200 r/min Ⅲ轴 nIII＝nII/ i2＝60.06 r/min
卷筒轴 nIV=nIII=60.06
（2）各轴输入功率
Ⅰ轴 PI＝P0×η3＝6.5×0.99＝6.44 kW Ⅱ轴 PII＝PI×η1×η2＝6.44×0.97×0.98＝6.12 kW Ⅲ轴 PIII＝PII×η1×η2＝6.12×0.97×0.98＝5.82 kW 卷筒轴 PIV= PIII×η2× =5.82×0.98×0.98=5.59 kW
（3）各轴输入转矩
电动机轴输出转矩 T0=9550×P0/ n =63.99 N.m
Ⅰ轴 TI＝T0×η3=63.35 N.m Ⅱ轴 TII＝TI×i1×η1×η2=292.07 N.m Ⅲ轴 TIII＝TII×i2×η1×η2=924.55 N.m
卷筒轴 TIV= TIII×η2× =887.94 N.m
5.齿轮的设计计算
（一）高速级齿轮传动的设计计算 １．齿轮材料，热处理及精度
考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮
（1）齿轮材料及热处理
小齿轮材料为45钢（调质），齿面硬度为240HBS，大齿轮材料为45钢（常化），齿面硬
度为200HBS，２．初步设计齿轮传动的主要尺寸
因为硬齿面齿轮传动，具有较强的齿面抗点蚀能力，故先按齿根弯曲疲劳强度设计，再校
核持面接触疲劳强度。
（1）计算小齿轮传递的转矩T1＝63.35N•m
（2）确定齿数z 因为是硬齿面，故取z1＝25，z2＝i1 z1＝4.85×25＝121 传动比误差 i＝u＝z2/ z1＝121/25＝4.84 Δi＝（4.85-4.84）/4.85＝0.21％ 5％，允许
（3）初选齿宽系数
按非对称布置，由表查得 ＝1
（4）初选螺旋角
初定螺旋角 ＝12（5）载荷系数K 载荷系数K＝KA K V K K =1×1.17×1.4×1.37＝2.24
（6）齿形系数Y 和应力修正系数Y 查得Y ＝2.58 Y ＝2.16 Y ＝1.599 Y ＝1.81
（7）重合度系数Y 端面重合度近似为 ＝1.69，重合度系数为Y ＝0.684
（8）螺旋角系数Y
纵向重合度系数 =1.690，Y ＝0.89
（9许用弯曲应力
安全系数由表查得S ＝1.25 工作寿命两班制，7年，每年工作300天
小齿轮应力循环次数N1＝60nkt ＝60×271.47×1×7×300×2×8＝5.473×10 大齿轮应力循环次数N2＝N1/u＝5.473×10 /6.316＝0.866×10 查图得寿命系数 ,;实验齿轮的应力修正系数 ,查图取尺寸系数
许用弯曲应力
比较 , 取
(10)计算模数
按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取
(11)初算主要尺寸 初算中心距 ,取a=355mm
修正螺旋角 分度圆直径 齿宽 ,取 , ,齿宽系数(12)验算载荷系数
圆周速度 查得 按，查得，又因，查图得，则K＝1.6，又Y =0.930，Y =0.688。从而得
满足齿根弯曲疲劳强度。3．校核齿面接触疲劳强度（1）载荷系数，，（2）确定各系数 材料弹性系数 查表得 节点区域系数 查图得 重合度系数 查图得 螺旋角系数（3）许用接触应力 试验齿轮的齿面接触疲劳极限 , 寿命系数 查图得，；工作硬化系数 ；
安全系数 查表得 ；尺寸系数 查表得，则许用接触应力为：
取
（4）校核齿面接触强度，满足齿面接触疲劳强度的要求。
（二）低速级齿轮传动的设计计算 １．齿轮材料，热处理及精度
考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮
（1）齿轮材料及热处理
大小齿轮材料为45钢。调质后表面淬火，齿面硬度为40～50HRC。经查图，取 ＝ ＝
1200MPa，＝ ＝370Mpa。
（2）齿轮精度
按GB/T10095－1998，选择６级，齿根喷丸强化。
２．初步设计齿轮传动的主要尺寸
因为硬齿面齿轮传动，具有较强的齿面抗点蚀能力，故先按齿根弯曲疲劳强度设计，再校
核持面接触疲劳强度。
（10）计算小齿轮传递的转矩 ＝ kN•m
（11）确定齿数z 因为是硬齿面，故取z ＝33，z ＝i z ＝3.92×33＝129 传动比误差 i＝u＝z / z ＝129/33＝3,909
Δi＝ ＝0.28％ 5％，允许（12）初选齿宽系数
按非对称布置，由表查得 ＝0.6
（13）初选螺旋角
初定螺旋角 ＝12（14）载荷系数K 使用系数K 工作机轻微冲击，原动机均匀平稳，所以查表得K ＝1.25 动载荷系数K 估计齿轮圆周速度v＝0.443m/s 查图得K ＝1.01;齿向载荷分布系数K 预估齿宽b＝80mm 查图得K ＝1.171，初取b/h＝6，再查图得K ＝
1.14
齿间载荷分配系数 查表得K ＝K ＝1.1 载荷系数K＝K K K K =1.25×1.01×1.1×1.14＝1.58
（15）齿形系数Y 和应力修正系数Y 当量齿数 z ＝z /cos ＝19/ cos ＝35.26
z ＝z /cos ＝120/ cos ＝137.84 查图得Y ＝2.45 Y ＝2.15 Y ＝1.65 Y ＝1.83
（16）重合度系数Y 端面重合度近似为 ＝【1.88-3.2×（）】cos ＝【1.88－3.2×（1/33＋1/129）】×cos12
＝1.72 ＝arctg（tg /cos）＝arctg（tg20 /cos12）＝20.41031
＝11.26652 因为 ＝ /cos，则重合度系数为Y ＝0.25+0.75 cos / ＝0.669
（17）螺旋角系数Y 轴向重合度 ＝ ＝1.34,取为1
Y ＝1－ ＝0.669（18）许用弯曲应力
安全系数由表查得S ＝1.25 工作寿命两班制，7年，每年工作300天
小齿轮应力循环次数N1＝60nkt ＝60×43.09×1×7×300×2×8＝8.687×10
大齿轮应力循环次数N2＝N1/u＝8.687×10 /3.909＝2.22×10 查图得寿命系数 ,;实验齿轮的应力修正系数 ,查图取尺寸系数
许用弯曲应力
比较 , 取
(10)计算模数
按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取
(11)初算主要尺寸
初算中心距 ,取a=500mm
修正螺旋角 分度圆直径 齿宽 ,取 , ,齿宽系数(12)验算载荷系数
圆周速度 查得 按，查得，又因，查图得，则K＝1.611，又Y =0.887，Y =0.667。从而得
满足齿根弯曲疲劳强度。3．校核齿面接触疲劳强度（5）载荷系数，，（6）确定各系数 材料弹性系数 查表得 节点区域系数 查图得 重合度系数 查图得 螺旋角系数（7）许用接触应力 试验齿轮的齿面接触疲劳极限 寿命系数 查图得，；工作硬化系数 ；
安全系数 查表得 ；尺寸系数 查表得，则许用接触应力为：
取
（8）校核齿面接触强度，满足齿面接触疲劳强度的要求。二.具体二级齿轮减速器轴的方案设计
（1）高速轴I材料为20CrMnTi,经调质处理，硬度为241~286HBS，查得对称循环弯曲许用应力。按扭转强度计算，初步计算轴径，取
由于轴端开键槽，会削弱轴的强度，故需增大轴径5%~7%，取最小轴径
（2）轴II材料为45钢，经调质处理，硬度为217~255HBS，查得对称循环弯曲许用应力。
按扭转强度计算，初步计算轴径，取，取安装小齿轮处轴径
（3）轴III材料为40Cr，经调质处理，硬度为241~286HBS，查得对称循环弯曲许用应力。
按扭转强度计算，初步计算轴径，取
由于轴端开键槽，会削弱轴的强度，故需增大轴径5%~7%，取最小轴径
轴I，轴II，轴III的布置方案与具体尺寸分别如图2—8，图2—9，图2—10所示。
图2—8
图2—9
图2—10
第三节 轴承的选择及寿命计算
（一）第一对轴承 齿轮减速器高速级传递的转矩
具体受力情况见图3—1（1）轴I受力分析 齿轮的圆周力 齿轮的径向力 齿轮的轴向力（2）计算轴上的支反力 经计算得垂直面内
图3—1
水平面内（3）轴承的校核 初选轴承型号为32014 轻微冲击，查表得冲击载荷系数 ① 计算轴承A受的径向力
轴承B受的径向力 ②计算附加轴向力 查表得3000型轴承附加轴向力
则 轴承A，轴承B ③计算轴承所受轴向载荷
由于，即B轴承放松，A轴承压紧
由此得 ④计算当量载荷 轴承A e=0.43,则 , 轴承B e=0.43,则 ⑤轴承寿命 计算 因，按轴承B计算
（二）第二对轴承 齿轮减速器低速级传递的转矩
具体受力情况见图3—2（1）轴II受力分析 齿轮的圆周力 齿轮的径向力 齿轮的轴向力（2）计算轴上的支反力 经计算得垂直面内
水平面内（3）轴承的校核 初选轴承型号为32928 轻微冲击，查表得冲击载荷系数 ①计算轴承A受的径向力 轴承B受的径向力 ②计算附加轴向力 查表得3000型轴承附加轴向力
则 轴承A，轴承B ③计算轴承所受轴向载荷 由于，即B轴承放松，A轴承压紧
由此得 ④计算当量载荷 轴承A e=0.36,则 , 轴承B e=0.36,则
⑤轴承寿命 计算 因，按轴承A计算
图3—2
（三）第三对轴承 具体受力情况见图3—3（1）轴III受力分析 齿轮的圆周力 齿轮的径向力 齿轮的轴向力
（2）计算轴上的支反力 经计算得垂直面内
水平面内（3）轴承的校核 初选轴承型号为32938 轻微冲击，查表得冲击载荷系数 ①计算轴承A受的径向力 轴承B受的径向力 ②计算附加轴向力 查表得3000型轴承附加轴向力
则 轴承A，轴承B ③计算轴承所受轴向载荷，即B轴承放松，A轴承压紧由此得 ④计算当量载荷 轴承A e=0.48,则 , 轴承B e=0.48,则 ⑤轴承寿命 计算 因，按轴承B计算
图3—3
由于
试设计一带式输送机减速器的斜齿圆柱齿轮传动。已知输入功率P1＝40kW，小齿轮转速n1＝960r/min，齿数比u＝3.2，由电动机驱动，工作寿命15年（设每年工作300天），两班制，带式输送机工作平稳，转向不变，试设计此传动。
[解]
1．选精度等级、材料及齿数
1)材料及热处理仍按直齿轮传动例题：大、小齿轮都选用硬齿面。由表1选得大、小齿轮的材料均为40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为48～55HRC；
2)精度等级仍选7级精度；
3)仍选小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2=77；
4)初选螺旋角β＝14°
2．按齿面接触强度设计
齿面接触强度计算公式为：
1)确定公式内的各计算数值
(1)试选Kt=1.6。
(2)由图10查取区域系数ZH=2.433。
(3)由图8查得端面重合度
εα1=0.78，εα2=0.87，则 εα=εα1+εα2=1.65。
(4)许用接触应力 =1041.5 MPa。
2)计算
(1)试算小齿轮分度圆直径d1t
mm =60.49 mm
(2)计算圆周速度
(3)计算齿宽b及模数mnt
h=2.25 mnt=5.51mm b/h=9.88
(4)计算纵向重合度εβ
(5)计算载荷系数K
已知使用系数 =l。
根据v=3.04m/s,7级精度，由图5查得动载系数 =l.11；
由表4查得接触强度计算用的齿向载荷分布系数 =1.41； 由图6查得弯曲强度计算的齿向载荷分布系数 =1.37。
由表3查得齿间载荷分配系数 = =1.2。
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mn
3．按齿根弯曲强度设计
由式
1)确定计算参数
(1)计算载荷系数
(2)根据纵向重合度 =1.713，从图9查得螺旋角影响系数Yβ=0.8。
(3)计算当量齿数
(4)查取齿形系数
由表5查得YFa1=2.592；YFa2=2.2l1
(5)查取应力校正系数
由表5查得Ysa1=1.596；Ysa2=1.774
(6)计算大、小齿轮的 并加以比较
小齿轮的数值大。
2）设计计算
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法向模数mn略大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法向模数，按表12，取标准模数mn=2.5mm，可满足弯曲强度。为满足接触疲劳强度，按接触强度算得的分度圆直径d1=63.83mm，由，取z1=25，则z2=uz1=80。
4.几何尺寸计算
1)计算中心距
将中心距圆整为135mm。
2)按圆整后的中心距修正螺旋角
因β改变不多，故参数εα,Kβ,ZH等不必修正。
3)计算大、小齿轮的分度圆直径
4)计算齿轮宽度
圆整后取B2=58mm；B1=63mm。
5.结构设计
以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径>16Omm，而又小于5OOmm，故以选用腹板式结构为宜。其它有关尺寸按图11荐用的结构尺寸设计(尺寸计算从略)，并绘制大齿轮零件图(从略)。
