一、设计题目：二级直齿圆柱齿轮减速器
1．要求：拟定传动关系：由电动机、V带、减速器、联轴器、工作机构成。
2．工作条件：双班工作，有轻微振动，小批量生产，单向传动，使用5年，运输带允许误差5%。
3．知条件：运输带卷筒转速，
减速箱输出轴功率马力，
二、传动装置总体设计：
1. 组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。
2. 特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，
要求轴有较大的刚度。
－带传动效率：0.96
－每对轴承传动效率：0.99
－圆柱齿轮的传动效率：0.96
－联轴器的传动效率：0.993
—卷筒的传动效率：0.96
说明：
－电机至工作机之间的传动装置的总效率：
2确定电机转速：查指导书第7页表1：取V带传动比i=24
二级圆柱齿轮减速器传动比i=840所以电动机转速的可选范围是：
()()
=?=??=
n n i r
19248403043040/min
电机卷筒总
符合这一范围的转速有：750、1000、1500、3000
根据电动机所需功率和转速查手册第155页表12-1有4种适用的电动机型号，因此有4种传动比方案如下：
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、和带传动、减速器的传动比，可见第3种方案比较合适，因此选用电动机型号为Y132M1-6，其主要参数如下：
四 确定传动装置的总传动比和分配传动比：
总传动比：96050.5319
n i n ===总卷筒 分配传动比：取则1250.53/3.0516.49i i ?== 取经计算
注：为带轮传动比，为高速级传动比，为低速级传动比。
五 计算传动装置的运动和动力参数：
将传动装置各轴由高速到低速依次定为1轴、2轴、3轴、4轴
——依次为电机与轴1，轴1与轴2，轴2与轴3，轴3与轴4之间的传动效率。
１. 各轴转速：1960314.86/min 3.05
m n n r i ===带
1211960
68/min 3 4.63
m n n n r i i i =
===??带 2321296019.1/min 3 4.63 3.56
m n n n r i i i i =
===????带 2各轴输入功率：101 3.670.96 3.52d p p kW η=?=?=
21120112 3.670.960.990.96 3.21d p p p kW ηηη=?=??=???=
3223011223 3.670.960.990.960.990.96 3.05d p p p kW ηηηη=?=???=?????=
433401122334 3.670.960.990.960.990.960.990.9933d p p p kW ηηηηη=?=????=???????=
3各轴输入转矩： 3.67
9550955036.5.960
d
d w
p T N m n ==?
= 10136.5 3.050.96106.9.d T T i N m η=??=??=带
211121011236.5 3.05 4.630.960.990.96470.3.d T T i T i i N m
ηηη=??=????=?????=带
3222312011223
36.5 3.05 4.63 3.560.960.990.960.990.961591.5.d T T i T i i i N m ηηηη=??=??????=????????=带
433401*********
36.5 3.05 4.63 3.560.960.990.960.990.960.990.9931575.6.d T T T i i i N m ηηηηη=?=???????=??????????=
运动和动力参数结果如下表：
六 设计V 带和带轮：
1.设计V 带 ①确定V 带型号
查课本表13-6得： 则 1.2 3.67 4.4c A d P K P kW =?=?=
根据=4.4, =960rmin,由课本图13-5，选择A 型V 带，取。
()1
212
1 3.051250.98373.63n d d n ε=
??-=??=查课本第206页表13-7取。
为带传动的滑动率。 ②验算带速：11
125960
6.28/601000
601000
d n V m s ππ??=
=
=?? 带速在范围内，合适。
③取V 带基准长度和中心距a ： 初步选取中心距a ：()()0
121.5 1.5125375750a
d d =+=+=，取。
由课本第195页式（13-2）得：()
()0
00
2
211222305.82
4d d L
a d d a π
-=+
++
=查课本第
202页表13-2取。由课本第206页式13-6计算实际中心距：。
④验算小带轮包角：由课本第195页式13-1得：
21
18057.3163120d d a
α????-=-
?=>。 ⑤求V 带根数Z ：由课本第204页式13-15得： 查课本第203页表13-3由内插值法得。
EF=0.1 =1.37+0.1=1.38
EF=0.08 查课本第202页表13-2得。
查课本第204页表13-5由内插值法得。=163.0 EF=0.009
=0.95+0.009=0.959
则()()00 4.4 2.841.380.1080.959 1.09
L c P kW
Z P P K K α=
==+?+??
取根。
⑥求作用在带轮轴上的压力：查课本201页表13-1得q=0.10kgm ，故
由课本第
197页式13-7得单根V 带的初拉力：
220500 2.5500 4.4 2.5
(1)(1)0.10 6.28190.93 6.280.959
c P F qv N zv K α?=
-+=-+?=? 作用在轴上压力：
0163
2sin
23190.9sin
1132.82
2
c F ZF N α
==???=。
七 齿轮的设计：
1高速级大小齿轮的设计：
①材料：高速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为250HBS 。高
速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为220HBS 。
②查课本第166页表11-7得： 。
查课本第165页表11-4得： 。 故[]lim 1
1
5505001.1H H H
Mpa Mpa S σ
σ==
= []lim 225404901.1
H H H Mpa
Mpa S σσ===。 查课本第168页表11-10C 图得： 。 故[]lim 1
1
2001541.3F F F
Mpa Mpa S σ
σ==
= []lim 221501151.3
F F F Mpa
Mpa S σσ===。 ③按齿面接触强度设计：9级精度制造，查课本第164页表
11-3得：载荷系数，取齿宽系数计算中心距：由课本第165页式11-5得：
(
(11 4.631179.4a u ≥+=+= 考虑高速级大齿轮与低速级大齿轮相差不大取 则取 实际传动比：
传动比误差：4.79 4.63100% 3.5%5%4.63
-?=<。
齿宽：取
高速级大齿轮：高速级小齿轮：
④验算轮齿弯曲强度： 查课本第167页表11-9得：
按最小齿宽计算：[]111113
2222 1.2106.9 2.61043.584 2.529
F F F KT Y Mpa bm Z σσ????==
=
2
121
36.8F F F F F Y Mpa Y σσσ=
?=< 所以安全。 ⑤齿轮的圆周速度：1
1
29 2.5314.8
1.19/601000
601000
d n
V m s ππ???=
=
=??
查课本第162页表11-2知选用9级的的精度是合适的。
2低速级大小齿轮的设计：
①材料：低速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为250HBS 。
低速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为220HBS 。 ②查课本第166页表11-7得： 。
查课本第165页表11-4得： 。 故[]lim 3
3
5505001.1H H H
Mpa Mpa S σ
σ==
= []lim 445404901.1
H H H Mpa
Mpa S σσ===。 查课本第168页表11-10C 图得： 。 故[]lim 3
3
2001541.3F F F
Mpa Mpa S σ
σ==
= []lim 441501151.3
F F F Mpa
Mpa S σσ===。 ③按齿面接触强度设计：9级精度制造，查课本第164页表11-3
得：载荷系数，取齿宽系数
计算中心距： 由课本第165页式11-5得：
(
(21 3.561241.3a u ≥+=+= 取 则 取 计算传动比误差：98
3.5627100% 1.9%5%3.56
-?=<合适 齿宽：则取
低速级大齿轮： 低速级小齿轮：
④验算轮齿弯曲强度：查课本第167页表11-9得：
按最小齿宽计算：[]333333
2222 1.21591.5 2.651047.9125427
F F F KT Y Mpa bm Z σσ????==
=
2
343
40.7F F F F F Y Mpa Y σσσ=
?=<安全。 ⑤齿轮的圆周速度：3
2
27468
0.12/601000
601000
d n
V m s ππ???=
=
=??
查课本第162页表11-2知选用9级的的精度是合适的。
八 减速器机体结构尺寸如下：
九轴的设计：
1高速轴设计：
①材料：选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2
取C=100。
②各轴段直径的确定：根据课本第230页式14-2
得：
min 22.4d ≥== 又因为装小带轮的电动机轴径，又因为高速轴第一段轴径装配大带轮，且所以查手册第9页表1-16取。L 1=1.75d 1-3=60。 因为大带轮要靠轴肩定位，且还要配合密封圈，所以查手册85页表7-12取，L 2=m+e+l+5=28+9+16+5=58。
段装配轴承且，所以查手册62页表6-1取。选用6009轴承。 L 3=B++2=16+10+2=28。
段主要是定位轴承，取。L 4根据箱体内壁线确定后在确定。 装配齿轮段直径：判断是不是作成齿轮轴： 查手册51页表4-1得： 得：e=5.9＜6.25。
段装配轴承所以 L 6= L 3=28。
2 校核该轴和轴承：L 1=7
3 L 2=211 L 3=96
作用在齿轮上的圆周力为：3
1122106.910294829 2.5
t T F N d ??===?
径向力为2984201073r t F Ftg tg N =?=??=
作用在轴1带轮上的外力： 求垂直面的支反力：
2112211
107380073211
r V l F F N l l =
=?=++ 211073800273V r V F F F N =-=-=
求垂直弯矩，并绘制垂直弯矩图：
3222732111057.6.av v M F l N m -==??=
'311800731057.4.av v M F l N m -==??=
求水平面的支承力：
由得
2112211
2948219773211
H t l F F l l =
=?=++N 2129482197751H t H F F F =-=-=N
求并绘制水平面弯矩图：
31121977310158.2.aH H M F l N m -==??=
'
32275121110158.4.aH H M F l N m -==??=
求F 在支点产生的反力：
3112961132.8
384.373211
F l F F N l l ?=
==++ 21384.31132.81517.1F F F F F N =+=+=
求并绘制F 力产生的弯矩图：
3231132.89610108.7F M Fl N -==??=
'
311384.3731027.7aF F M F l N -==??=
F 在a 处产生的弯矩：
311384.3731027.7aF F M F l Nm -==??=
求合成弯矩图：
考虑最不利的情况，把与直接相加。
'27.7196.1.a aF M M N m =+=+=
'27.7196.2.a aF M M N m =+=+=
求危险截面当量弯矩：
从图可见，m-m 处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）
206.4.e M N m ===
计算危险截面处轴的直径：
因为材料选择调质，查课本225页表14-1得，查课本231页表14-3得许用弯曲应力，则：
32.5d mm ≥==
因为，所以该轴是安全的。 3轴承寿命校核：
轴承寿命可由式进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以，查课本259页表16-9，
10取取
按最不利考虑，则有：11384.32722.4r F F F N =
=
=
221517.12316.2r F F F N ===
则6633
1010129.510()() 6.36060314.8 1.22316.2
t h P Cf L h n f P ε??==?=??年 因此所该轴承符合要求。
4弯矩及轴的受力分析图如下：
5键的设计与校核:
根据，确定V 带轮选铸铁HT200，参考教材表10-9,由于在范围内，
故轴段上采用键：, 采用A 型普通键:
键校核.为
L 1=1.75d 1-3=60
综合考虑取=50得
()
[]3
144106.91037.1[]3685010p T Mpa p dlh σδσ
中间轴的设计：
①材料：选用45号钢调质处理。查课本第230页表14-2取C=100。 ②根据课本第230页式14-2
得：min
36.1d
≥== 段要装配轴承，所以查手册第9页表1-16取，查手册62页表6-1选用6208轴承，L 1=B+++=18+10+10+2=40。
装配低速级小齿轮，且取，L 2=128，因为要比齿轮孔长度少。 段主要是定位高速级大齿轮，所以取，L 3==10。 装配高速级大齿轮，取 L 4=84-2=82。
段要装配轴承，所以查手册第9页表1-16取，查手册62页表6-1选用6208轴承，L 1=B+++3+=18+10+10+2=43。
③校核该轴和轴承：L 1=74 L 2=117 L 3=94 作用在2、3
齿轮上的圆周力：3
22222470.3102707139 2.5
t T F N d ??===?
3
23322470.3108709274
t T F d ??===?N
径向力：
22270720985r t F F tg tg N =?=??= 338709203169r t F F tg tg N =?=??=
求垂直面的支反力
332231123()985(11794)316994
3167411794
r r V F l F l l F N l l l -+?+?+-?=
==++++
231231693169852500V r V r F F F F N =+-=+-=
计算垂直弯矩：
311316741023.9.aVm V M F l N m -==??=
[]3
11222()316(74117)9851171053.5.aVn V r M F l l F l N m -=+-=?+-??=
求水平面的支承力：
332231123
()870994270721145867411794
t t H F l F l l F N l l l +?+?+?===++++
22312707870945866830H t t H F F F F N =+-=+-=
计算、绘制水平面弯矩图：
31145867410323.aHm H M F l N m -==??=
[]3
21232()6830(74117)870911710295.aHn H t M F l l F l N m -=-++=-?++??=
求合成弯矩图，按最不利情况考虑：
323.8.am M N m ===
300.an M N m ===
求危险截面当量弯矩：
从图可见，m-m,n-n 处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）
411.e M N m ==
413.N m ==
计算危险截面处轴的直径： n-n 截面:
40.9d mm ≥== m-m
截面
:
40.9d mm ≥== 由于，所以该轴是安全的。 轴承寿命校核：
轴承寿命可由式进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以，查课本259页表16-9
，10取取
14596r F N ==
=
27273r F N ==
则6633
21010129.510()() 2.12606068 1.17273
t h P Cf L h y n Pf ε??==?=??，轴承使用寿命在年范围内，
因此所该轴承符合要求。 ④
弯
矩
及
轴
的
受
力
分
析
图
如
下
：
⑤键的设计与校核：
已知参考教材表10-11，由于所以取
因为齿轮材料为45钢。查课本155页表10-10得 L=128-18=110取键长为110. L=82-12=70取键长为70
根据挤压强度条件，键的校核为：()[]3
244470.31082.94597014b b T Mpa dhl σσ??===
()
[]3
244470.3105445910014b b T Mpa dhl σσ??===
所以所选键为:
从动轴的设计：
⑴确定各轴段直径
①计算最小轴段直径。
因为轴主要承受转矩作用，所以按扭转强度计算，由式14-2得：
110057.1d C mm ===考虑到该轴段上开有键槽，因此取 157.1(15%)59.9d mm =?+=查手册
9页表1-16圆整成标准值，取
②为使联轴器轴向定位，在外伸端设置轴肩，则第二段轴径。查手册85页表7-2，此尺寸符合轴承盖和密封圈标准值，因此取。
③设计轴段，为使轴承装拆方便，查手册62页，表6-1，取，采用挡油环给轴承定位。选轴承6215:。
④设计轴段，考虑到挡油环轴向定位，故取
⑤设计另一端轴颈，取，轴承由挡油环定位，挡油环另一端靠齿轮齿根处定位。
⑥ 轮装拆方便，设计轴头，取，查手册9页表1-16取。 ⑦设计轴环及宽度b
使齿轮轴向定位，故取562802(0.07803)97.2d d h mm =+=+??+=取
1.4 1.4(0.07803)12b h mm ==??+=,
⑵确定各轴段长度。
有联轴器的尺寸决定 (后面将会讲到).
因为2
254251019m L B mm =--?=--=,所以2519916550l m e L mm =+++=+++=
轴头长度()6231253122h
l l =-=-= 因为此段要比此轮孔的长度短
其它各轴段长度由结构决定。
（4）．校核该轴和轴承：L 1=97.5 L 2=204.5 L 3=116
求作用力、力矩和和力矩、危险截面的当量弯矩。
作用在齿轮上的圆周力：
3
34221591.5108119984
t T F N d ??===?
径向力：8119202955r t F Ftg tg N =?=??=
3021591.5
0.25102947270
F F N ?==?
?= 求垂直面的支反力：
2112204.52955
208897.5204.5
r V l F F N l l ?=
==++ 2129552088867V r V F F F N =-=-=
计算垂直弯矩：
322867204.510180.8.av v M F l N m -==??=
'311208897.510203.5av v M F l N -==??=.m
求水平面的支承力。
2112204.58119
1038302
t H l F F N l l ?=
==+ 21571437551959H t H F F F N =-=-=
计算、绘制水平面弯矩图。
311375584.510317.aH H M F l N m -==??=
'
322195916210317.aH H M F l N m -==??=
求F 在支点产生的反力
31122497116
1158302
F Fl F N l l ?=
==+ 21115829474105F F F F F N =+=+=
求F 力产生的弯矩图。
323294711610341F M Fl N -==??= 311115897.510100.1mF F M F l N -==??=
F 在a 处产生的弯矩：
311115897.510100.1mF F M F l N -==??=
求合成弯矩图。
考虑最不利的情况，把与直接相加。
100.1628.am mF M M N m ==+=
求危险截面当量弯矩。
从图可见，m-m 处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）
1142.e M N m ===
计算危险截面处轴的直径。
因为材料选择调质，查课本225页表14-1得，查课本231页表14-3得许用弯曲应力，则：
57.5d mm ≥==
考虑到键槽的影响，取 因为，所以该轴是安全的。 （5）．轴承寿命校核。
轴承寿命可由式进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以，查课本259页表16-9，
10取取
按最不利考虑，则有：111587264r F P F F N ==
=
=
则6633
31010166.010()()64.8606019.1 1.27264
t h P Cf L h y n Pf ε??==?=??,
该轴承寿命为64.8年,所以轴上的轴承是适合要求的。
（6）弯矩及轴的受力分析图如下：
（7）键的设计与校核：
因为d 1=63装联轴器查课本153页表10-9选键为查课本155页表10-10得
因为L 1=107初选键长为100,校核()[]3
441637.510115*********
b T Mpa dlh σσ??===<-所以所选
键为:
装齿轮查课本153页表10-9选键为查课本155页表10-10得 因为L 6=122初选键长为100,校核()[]3
441665.21076.2801002214
b T Mpa dlh σσ??===<-
所以所选键为:.
十 高速轴大齿轮的设计