1、一级齿轮传动设计说明书一、 设计题目某带式输送机传动简图如图 1 所示，已知输入功率 ，小齿轮转速1=10，齿数比，由电动机驱动，工作寿命 15 年（设每年工作 300 天） ，1=960两班制，带式输送机工作平稳，转向不变。设计此传动机构。 1 2 3 4 561电动机；2 及 5联轴器；3减速器；4一级齿轮传动；6输送机滚筒图 1 带式输送机传动简图二、 齿轮的设计计算1、 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1） 按图 1 所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。（2） 运输机为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度。（3） 材料选择。齿轮一般用锻钢制造，常用的是含碳量 0.15%-0
2、.6%的碳钢或合金钢。由机械设计表 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，二者材料硬度差为 40HBS。（4） 选小齿轮齿数 ，大齿轮齿数 ，取 。1=24 2=3.224=76.82=772、 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即12.3231.1()2（1） 确定公式内的各计算数值1） 试选载荷系数 。=1.32） 计算小齿轮传递的转矩1=95.510511 =95.510510960=9.9481043） 由表 10-7 选取齿宽系数 。=14） 由表 10-6 查得材料的弹性影响系数 。=1
3、89.8125） 由图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限 。1=600 2=5506） 由齿轮的工作应力循环次数 得=601=609601（ 2830015） =4.1471092=13.2=1.2961097） 由图 10-19 取接触疲劳寿命系数 ; 。1=0.90 2=0.958） 计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由齿轮的许用应力计算公式得=1=11 =0.9600=5402=22 =0.95550=522.5（2） 计算1） 试算小齿轮分度圆直径 ，代入 中较小的值。1 12.32311.+1()2=65.3962
4、） 计算圆周速度 v。=11601000=3.293） 计算齿宽 b。=1=65.3964） 计算齿宽与齿高之比 。模数 1=11=2.725齿高 =2.25=6.13=10.675） 计算载荷系数。根据 ，7 级精度，由图 10-8 查得动载系数 ;=3.29 =1.12直齿轮， ；=1由表 10-2 查得使用系数 ;=1由表 10-4 用插值法查得 7 级精度、小齿轮相对支撑对称布置时， 。=1.315 由 ， 查图 10-13 得 ;故载荷系数=10.67=1.315 =1.28 =1.4736） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由 得1=131=69.9957） 计算模数 m。
5、=11=2.923、 按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为32112()（1） 确定公式内的各计算数值1） 由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；1=500大 齿轮的弯曲疲劳强度极限 。2=3802） 由图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 ， 。1=0.852=0.883） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由齿轮的许用应力计算公式 得=1=11 =303.572=22 =238.864） 计算载荷系数 K。=1.4345） 查取齿形系数。由表 10-5 查得 ； 。1=2.652=2.2266） 查取应力校正系数。由表 10-5 查得 ； 。1=1.582=
6、1.7647） 计算大小齿轮的 并加以比较。1=0.013792=0.01644大齿轮的数值大。（2） 设计计算32112()=2.05对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数 2.05 并就近圆整为标准值m=2.5mm，按接触强度算得的分度圆直径 ，算出小齿1=69.995轮齿数1=128大齿轮齿数 ，取 。2=3.228=89.62=90这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构
7、紧凑，避免浪费。4、 几何尺寸计算（1） 计算分度圆直径1=1=702=2=225（2） 计算中心距 =1+22 =147.5（3） 计算齿轮齿宽=1=70则 ， 。2=701=2+(510)=75三、 输入轴的设计计算1、 输入轴上的功率、转速及转矩由齿轮的设计过程知，输入轴的功率、转速及转矩为1=101=9601=9.9481042、 求作用在齿轮上的力由小齿轮的分度圆直径为 1=70则圆周力 =211=2842径向力 =tan=10343、 初步确定轴的最小直径由轴的初估直径公式 估算轴的最小直径。由于设计的是单级减速器的03输入轴，属于一般轴的设计问题，故选取轴的材料为 45 钢，正火
8、处理，硬度为170271HBS，抗拉强度 ，弯曲疲劳强度 ，许用弯=590 1=255曲应力 。根据表 15-3 取 ，则1=55 0=112=0311=22.4考虑有键槽，将直径增大 5%，则1=(1+5%)=23.5按轴的直径序列将其圆整为 1=244、 轴的结构设计图 2 输入轴的机构与装配（1） 轴上零件的定位，固定和装配单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，靠平键和过盈配合实现周向固定。两轴承分别以轴肩和套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，轴通过两端轴承实现轴向定位。联轴器靠轴肩、平键和螺栓分别实现轴向定位和周向固定。（
9、2） 确定轴各段直径和长度1） I 段：输入轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径，为了是所选的轴的直径 与1联轴器的孔径相适应，故同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩 ，查表 14-1，考虑到转矩变化很小，故取=1，则 =1.3=1.399480=129324按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查标准 GB/T5014-2003，选用 YL4 型弹性柱销联轴器，其公称转矩为 125000N mm，长度为 。 1=70mm2） II 段:因为 ，查表 15-2 取 c=1.0mm=(23)= +2h=24+2（23）1.0=2830mm21故取 =30mm2初选用 6006 型深沟球轴承，其
10、内径为 30mm,宽度为 13mm。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为 20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为 55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小 2mm,故 II 段长：=（2+20+13+55）=90mm23） III 段:直径 = +2h=30+2（23）1.5=3639mm 32取 3=36长度 = -2=75-2=73mm314） IV 段直径 = = +2h=36+2（23）1.5=4245mm 4 32取 =42mm4长度与右面的套筒相同，即=20mm45） V 段：考虑此段滚动轴
11、承左面的定位轴肩，应便于轴承的拆卸，应按标准查取安装尺寸 =36mm，该段直径应取： =36mm。因此将 V 段设计成阶梯形，右段直径为 536mm。6） VI 段直径 =30mm. 6长度 =13mm67） 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。由表 6-1 查得，齿轮与轴连接时平键截面 ，键槽用键槽铣刀加工，长为 56mm 同时为=108了保证齿轮与轴的配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同76样，半联轴器与轴的连接，选用平键为 ，半联轴器与轴的8763配合为 。滚动轴承与轴的周向配合定位是由过度配合来保证的，此处选轴的76直径尺寸公差为 m6。5、
12、求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图如图 3（a）所示，由轴的各段长度可算得轴支撑跨距为=13+20+20+73=126因为该轴的两轴承对称，故 =61.5根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图如图 3 所示图 3 输入轴的载荷分析图(1) 绘制轴受力简图（如图 a）(2) 绘制水平面弯矩图（如图 b）轴承支反力： = = /2=1421由两边对称，知截面 C 的弯矩也对称。截面 C 在水平面弯矩为= /2=142161.5=87391.5(3) 绘制垂直面弯矩图（如图 c）= = /2=517由两边对称，知截面 C 的弯矩也对称。截面 C 在水平面弯矩为= /2=51761.5=3
13、1795.5(4) 绘制合成弯矩图（如图 d）=2+22 =87391.5+31795.52 =59593.5(5) 绘制扭矩图（如图 e）转矩： 1=994806、 按弯扭合成进行强度计算进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）的强度。由于轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，则轴的计算应力为=2+(1)2 =39.21因此该轴强度足够。7、 疲劳强度安全系数校核齿轮轴中间截面由键槽引起应力集中，所受载荷较大，应对其进行疲劳强度安全系数校核。截面有关系数：=0.1（属中碳钢） =1（键槽中段处） =1.523（由附表 3-3 中公式 求得）=1.06
14、9（由附表 3-5，用插值法求得） =0.88 =0.81（由附表 3-4 查得） =2.906 =2.145（由附表 3-1，按配合 H7/r6 查得） =3/32=4580.44 3=2=9160.88 3S=1.8(由附表 3-9 查得)=12( /) 0.75( )/ =5.2SS,轴的强度满足要求。8、 绘制轴的工作图四、 输出轴的设计计算1、 输出轴上的功率、转速及转矩分度圆直径： 2=225若取每级齿轮传动的效率（包括轴承效率在内） ，则输出轴的功率=0.972=1=9.7KW转速： 2=11=300转矩： 2=955000022= 389162.52、 求作用在齿轮上的力圆周力
15、： =22/2=2147.10径向力: =781.483、 初步确定轴的最小直径由轴的初估直径公式 估算轴的最小直径。由于设计的是单级减03速器的输入轴，属于一般轴的设计问题，故选取轴的材料为 45 钢，正火处理，硬度为 170271HBS，抗拉强度 ，弯曲疲劳强度=590，许用弯曲应力 。根据表 15-3 取 ，1=255 1=55 0=112则=0322=36.13考虑有键槽，将直径增大 5%，则1=(1+5%)=37.9按轴的直径序列将其圆整为 1=384、 轴的结构设计图 4 输出轴的机构与装配（1）轴上零件的定位，固定和装配单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮
16、左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，靠平键和过盈配合实现周向固定。两轴承分别以轴肩和套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，轴通过两端轴承实现轴向定位。（2）确定轴各段直径和长度1） I 段： =38mm 1长度取决于联轴器结构和安装位置，根据联轴器计算选择，选取 YL7型 Y 型凸缘联轴器 =82mm。12） II 段：h=（23）c 查指导书附表 2.5 取 c=1.5mm 2=1+2=44 47取 =45mm2初选用 6009 型深沟球轴承，其内径为 45mm,宽度为 16mm。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。而且两对轴承箱体内壁距离一致， （L 轴 1=L 轴
17、 2）取套筒长为 21mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为 55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小 2mm,故 II 段长：=（2+21+16+55）=94mm23） III 段：直径 = +2h=45+2（23）1.5=5154mm 32取 =53mm3长度 = -2=70-2=68mm324） IV 段：直径 = = +2h=53+2（23）1.5=59 62mm 432取 =60mm4长度与右面的套筒相同，即 =21mm45） V 段：考虑此段滚动轴承右面的定位轴肩，应便于轴承的拆卸，应按标准查取由附表 6.2 得安装尺寸 d
18、a=51mm，该段直径应取：=51mm。5因此将 V 段设计成阶梯形，左段直径为 51mm。6） VI 段：VI 段直径 =45mm. 长度 =16mm6 67）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。由表 6-1 查得，齿轮与轴连接时平键截面 ，键槽用键槽铣刀加工，长为=161056mm，同时为了保证齿轮与轴的配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为76，半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向1088076配合定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 m6。5、 求轴上的载荷由上述轴各段长度可算得轴支承跨距 L=16216521=123mm因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=61.5mm(1) 绘制轴受力简图（如图 a）(2) 绘制水平面弯矩图（如图 b）
