機械設計中的支反力是如何計算的

㈠ 機械設計常見的約束類型有哪幾種

機械設計常見的約束類型有：

1. 柔體約束：約束反力的方向沿著柔體中心線背離被約束的物體，通常用字母T表示。

2.光滑接觸面約束：約束反力的方向沿著接觸點的公法線，指向被約束的物體，通常用字母N表示。

3.光滑圓柱形鉸鏈：一般用兩個正交約束反力來表示，指向可以假定。

4.固定鉸鏈支座或軸承（徑向）：一般用兩個正交約束反力來表示，指向可以假定。

5.滾動鉸鏈支座：約束反力通過銷釘中心，垂直於支撐面，指向可以假定。

6.二力構件約束：約束反力沿兩點連線，拉桿的約束反力是拉力，壓桿的約束反力是壓力。

7.固定端約束：用兩個正交力和一個附加力偶來表示，指向可以假定。

㈡ 機械設計-課程設計-帶式運輸機傳動裝置-二級齒輪減速器

一、 設計題目：二級直齒圓柱齒輪減速器
1． 要求：擬定傳動關系：由電動機、V帶、減速器、聯軸器、工作機構成。
2． 工作條件：雙班工作，有輕微振動，小批量生產，單向傳動，使用5年，運輸帶允許誤差5%。
3． 知條件：運輸帶捲筒轉速 ，
減速箱輸出軸功率 馬力，
二、 傳動裝置總體設計：
1. 組成：傳動裝置由電機、減速器、工作機組成。
2. 特點：齒輪相對於軸承不對稱分布，故沿軸向載荷分布不均勻，要求軸有較大的剛度。
3. 確定傳動方案：考慮到電機轉速高，傳動功率大，將V帶設置在高速級。 其傳動方案如下：

三、 選擇電機
1. 計算電機所需功率 ： 查手冊第3頁表1-7：
－帶傳動效率：0.96
－每對軸承傳動效率：0.99
－圓柱齒輪的傳動效率：0.96
－聯軸器的傳動效率：0.993
—捲筒的傳動效率：0.96
說明：
－電機至工作機之間的傳動裝置的總效率：

2確定電機轉速：查指導書第7頁表1：取V帶傳動比i=2 4
二級圓柱齒輪減速器傳動比i=8 40所以電動機轉速的可選范圍是：

符合這一范圍的轉速有：750、1000、1500、3000
根據電動機所需功率和轉速查手冊第155頁表12-1有4種適用的電動機型號，因此有4種傳動比方案如下：
方案 電動機型號 額定功率 同步轉速
r/min 額定轉速
r/min 重量 總傳動比
1 Y112M-2 4KW 3000 2890 45Kg 152.11
2 Y112M-4 4KW 1500 1440 43Kg 75.79
3 Y132M1-6 4KW 1000 960 73Kg 50.53
4 Y160M1-8 4KW 750 720 118Kg 37.89
綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、和帶傳動、減速器的傳動比，可見第3種方案比較合適，因此選用電動機型號為Y132M1-6，其主要參數如下：

額定功率kW 滿載轉速 同步轉速 質量 A D E F G H L AB
4 960 1000 73 216 38 80 10 33 132 515 280
四 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比：
總傳動比：
分配傳動比：取 則
取 經計算
註： 為帶輪傳動比， 為高速級傳動比， 為低速級傳動比。
五 計算傳動裝置的運動和動力參數：
將傳動裝置各軸由高速到低速依次定為1軸、2軸、3軸、4軸
——依次為電機與軸1，軸1與軸2，軸2與軸3，軸3與軸4之間的傳動效率。
1. 各軸轉速：

2各軸輸入功率：

3各軸輸入轉矩：

運動和動力參數結果如下表：
軸名 功率P KW 轉矩T Nm 轉速r/min
輸入 輸出 輸入 輸出
電動機軸 3.67 36.5 960
1軸 3.52 3.48 106.9 105.8 314.86
2軸 3.21 3.18 470.3 465.6 68
3軸 3.05 3.02 1591.5 1559.6 19.1
4軸 3 2.97 1575.6 1512.6 19.1
六 設計V帶和帶輪：
1.設計V帶
①確定V帶型號
查課本 表13-6得： 則
根據 =4.4, =960r/min,由課本 圖13-5，選擇A型V帶，取 。
查課本第206頁表13-7取 。
為帶傳動的滑動率 。
②驗算帶速： 帶速在 范圍內，合適。
③取V帶基準長度 和中心距a：
初步選取中心距a： ，取 。
由課本第195頁式（13-2）得： 查課本第202頁表13-2取 。由課本第206頁式13-6計算實際中心距： 。
④驗算小帶輪包角 ：由課本第195頁式13-1得： 。
⑤求V帶根數Z：由課本第204頁式13-15得：
查課本第203頁表13-3由內插值法得 。

EF=0.1
=1.37+0.1=1.38

EF=0.08

查課本第202頁表13-2得 。
查課本第204頁表13-5由內插值法得 。 =163.0 EF=0.009
=0.95+0.009=0.959

則
取 根。
⑥求作用在帶輪軸上的壓力 ：查課本201頁表13-1得q=0.10kg/m，故由課本第197頁式13-7得單根V帶的初拉力：
作用在軸上壓力：
。
七 齒輪的設計：
1高速級大小齒輪的設計：
①材料：高速級小齒輪選用 鋼調質，齒面硬度為250HBS。高速級大齒輪選用 鋼正火，齒面硬度為220HBS。
②查課本第166頁表11-7得： 。
查課本第165頁表11-4得： 。
故 。
查課本第168頁表11-10C圖得： 。
故 。
③按齒面接觸強度設計：9級精度製造，查課本第164頁表11-3得：載荷系數 ，取齒寬系數 計算中心距：由課本第165頁式11-5得：
考慮高速級大齒輪與低速級大齒輪相差不大取
則 取
實際傳動比：
傳動比誤差： 。
齒寬： 取
高速級大齒輪： 高速級小齒輪：
④驗算輪齒彎曲強度：
查課本第167頁表11-9得：
按最小齒寬 計算：
所以安全。
⑤齒輪的圓周速度：
查課本第162頁表11-2知選用9級的的精度是合適的。
2低速級大小齒輪的設計：
①材料：低速級小齒輪選用 鋼調質，齒面硬度為250HBS。
低速級大齒輪選用 鋼正火，齒面硬度為220HBS。
②查課本第166頁表11-7得： 。
查課本第165頁表11-4得： 。
故 。
查課本第168頁表11-10C圖得： 。
故 。
③按齒面接觸強度設計：9級精度製造，查課本第164頁表11-3得：載荷系數 ，取齒寬系數
計算中心距： 由課本第165頁式11-5得：

取 則 取
計算傳動比誤差： 合適
齒寬： 則取
低速級大齒輪：
低速級小齒輪：
④驗算輪齒彎曲強度：查課本第167頁表11-9得：
按最小齒寬 計算：
安全。
⑤齒輪的圓周速度：
查課本第162頁表11-2知選用9級的的精度是合適的。
八 減速器機體結構尺寸如下：
名稱 符號 計算公式 結果
箱座厚度

10
箱蓋厚度

9
箱蓋凸緣厚度

12
箱座凸緣厚度

15
箱座底凸緣厚度

25
地腳螺釘直徑

M24
地腳螺釘數目
查手冊 6
軸承旁聯結螺栓直徑

M12
蓋與座聯結螺栓直徑
=（0.5 0.6）
M10
軸承端蓋螺釘直徑
=（0.4 0.5）

10
視孔蓋螺釘直徑
=（0.3 0.4）
8
定位銷直徑
=（0.7 0.8）
8
， ， 至外箱壁的距離
查手冊表11—2 34
22
18
， 至凸緣邊緣距離
查手冊表11—2 28
16
外箱壁至軸承端面距離
= + +（5 10）
50
大齒輪頂圓與內箱壁距離
>1.2
15
齒輪端面與內箱壁距離
>
10
箱蓋，箱座肋厚

9
8.5
軸承端蓋外徑
+（5 5.5）
120（1軸）
125（2軸）
150（3軸）
軸承旁聯結螺栓距離

120（1軸）
125（2軸）
150（3軸）
九 軸的設計：
1高速軸設計：
①材料：選用45號鋼調質處理。查課本第230頁表14-2取 C=100。
②各軸段直徑的確定：根據課本第230頁式14-2得： 又因為裝小帶輪的電動機軸徑 ，又因為高速軸第一段軸徑裝配大帶輪，且 所以查手冊第9頁表1-16取 。L1=1.75d1-3=60。
因為大帶輪要靠軸肩定位，且還要配合密封圈，所以查手冊85頁表7-12取 ，L2=m+e+l+5=28+9+16+5=58。
段裝配軸承且 ，所以查手冊62頁表6-1取 。選用6009軸承。
L3=B+ +2=16+10+2=28。
段主要是定位軸承，取 。L4根據箱體內壁線確定後在確定。
裝配齒輪段直徑：判斷是不是作成齒輪軸：
查手冊51頁表4-1得：
得：e=5.9＜6.25。
段裝配軸承所以 L6= L3=28。
2 校核該軸和軸承：L1=73 L2=211 L3=96
作用在齒輪上的圓周力為：
徑向力為
作用在軸1帶輪上的外力：
求垂直面的支反力：

求垂直彎矩，並繪制垂直彎矩圖：

求水平面的支承力：
由 得
N
N
求並繪制水平面彎矩圖：

求F在支點產生的反力：

求並繪制F力產生的彎矩圖：

F在a處產生的彎矩：

求合成彎矩圖：
考慮最不利的情況，把 與 直接相加。

求危險截面當量彎矩：
從圖可見，m-m處截面最危險，其當量彎矩為：（取摺合系數 ）

計算危險截面處軸的直徑：
因為材料選擇 調質，查課本225頁表14-1得 ，查課本231頁表14-3得許用彎曲應力 ，則：

因為 ，所以該軸是安全的。
3軸承壽命校核：
軸承壽命可由式 進行校核，由於軸承主要承受徑向載荷的作用，所以 ，查課本259頁表16-9，10取 取
按最不利考慮，則有：

則 因此所該軸承符合要求。
4彎矩及軸的受力分析圖如下：

5鍵的設計與校核:
根據 ，確定V帶輪選鑄鐵HT200，參考教材表10-9,由於 在 范圍內，故 軸段上採用鍵 ： ,
採用A型普通鍵:
鍵校核.為L1=1.75d1-3=60綜合考慮取 =50得 查課本155頁表10-10 所選鍵為：
中間軸的設計：
①材料：選用45號鋼調質處理。查課本第230頁表14-2取 C=100。
②根據課本第230頁式14-2得：
段要裝配軸承，所以查手冊第9頁表1-16取 ，查手冊62頁表6-1選用6208軸承，L1=B+ + + =18+10+10+2=40。
裝配低速級小齒輪，且 取 ，L2=128，因為要比齒輪孔長度少 。
段主要是定位高速級大齒輪，所以取 ，L3= =10。
裝配高速級大齒輪，取 L4=84-2=82。
段要裝配軸承，所以查手冊第9頁表1-16取 ，查手冊62頁表6-1選用6208軸承，L1=B+ + +3+ =18+10+10+2=43。
③校核該軸和軸承：L1=74 L2=117 L3=94
作用在2、3齒輪上的圓周力：
N
徑向力：

求垂直面的支反力

計算垂直彎矩：

求水平面的支承力：

計算、繪制水平面彎矩圖：

求合成彎矩圖，按最不利情況考慮：

求危險截面當量彎矩：
從圖可見，m-m,n-n處截面最危險，其當量彎矩為：（取摺合系數 ）

計算危險截面處軸的直徑：
n-n截面:
m-m截面:
由於 ，所以該軸是安全的。
軸承壽命校核：
軸承壽命可由式 進行校核，由於軸承主要承受徑向載荷的作用，所以 ，查課本259頁表16-9，10取 取

則 ，軸承使用壽命在 年范圍內，因此所該軸承符合要求。
④彎矩及軸的受力分析圖如下：
⑤鍵的設計與校核：
已知 參考教材表10-11，由於 所以取
因為齒輪材料為45鋼。查課本155頁表10-10得
L=128-18=110取鍵長為110. L=82-12=70取鍵長為70
根據擠壓強度條件，鍵的校核為：

所以所選鍵為:
從動軸的設計：
⑴確定各軸段直徑
①計算最小軸段直徑。
因為軸主要承受轉矩作用，所以按扭轉強度計算，由式14-2得：
考慮到該軸段上開有鍵槽，因此取
查手冊9頁表1-16圓整成標准值，取
②為使聯軸器軸向定位，在外伸端設置軸肩，則第二段軸徑 。查手冊85頁表7-2，此尺寸符合軸承蓋和密封圈標准值，因此取 。
③設計軸段 ，為使軸承裝拆方便，查手冊62頁，表6-1，取 ，採用擋油環給軸承定位。選軸承6215: 。
④設計軸段 ，考慮到擋油環軸向定位，故取
⑤設計另一端軸頸 ，取 ，軸承由擋油環定位，擋油環另一端靠齒輪齒根處定位。
⑥ 輪裝拆方便，設計軸頭 ，取 ，查手冊9頁表1-16取 。
⑦設計軸環 及寬度b
使齒輪軸向定位，故取 取
,
⑵確定各軸段長度。
有聯軸器的尺寸決定 (後面將會講到).

因為 ,所以
軸頭長度 因為此段要比此輪孔的長度短

其它各軸段長度由結構決定。
（4）．校核該軸和軸承：L1=97.5 L2=204.5 L3=116
求作用力、力矩和和力矩、危險截面的當量彎矩。
作用在齒輪上的圓周力：

徑向力：

求垂直面的支反力：

計算垂直彎矩：

.m
求水平面的支承力。

計算、繪制水平面彎矩圖。

求F在支點產生的反力

求F力產生的彎矩圖。

F在a處產生的彎矩：

求合成彎矩圖。
考慮最不利的情況，把 與 直接相加。

求危險截面當量彎矩。
從圖可見，m-m處截面最危險，其當量彎矩為：（取摺合系數 ）

計算危險截面處軸的直徑。
因為材料選擇 調質，查課本225頁表14-1得 ，查課本231頁表14-3得許用彎曲應力 ，則：

考慮到鍵槽的影響，取
因為 ，所以該軸是安全的。
（5）．軸承壽命校核。
軸承壽命可由式 進行校核，由於軸承主要承受徑向載荷的作用，所以 ，查課本259頁表16-9，10取 取
按最不利考慮，則有：
則 ,
該軸承壽命為64.8年,所以軸上的軸承是適合要求的。
（6）彎矩及軸的受力分析圖如下：
（7）鍵的設計與校核：
因為d1=63裝聯軸器查課本153頁表10-9選鍵為 查課本155頁表10-10得
因為L1=107初選鍵長為100,校核 所以所選鍵為:
裝齒輪查課本153頁表10-9選鍵為 查課本155頁表10-10得
因為L6=122初選鍵長為100,校核
所以所選鍵為: .
十 高速軸大齒輪的設計
因 採用腹板式結構
代號 結構尺寸和計算公式 結果
輪轂處直徑

72
輪轂軸向長度

84
倒角尺寸

1
齒根圓處的厚度

10
腹板最大直徑

321.25
板孔直徑

62.5
腹板厚度

25.2
電動機帶輪的設計

代號 結構尺寸和計算公式 結果

手冊157頁 38mm

68.4mm

取60mm

81mm

74.7mm

10mm

15mm

5mm
十一.聯軸器的選擇：
計算聯軸器所需的轉矩： 查課本269表17-1取 查手冊94頁表8-7選用型號為HL6的彈性柱銷聯軸器。
十二潤滑方式的確定：
因為傳動裝置屬於輕型的，且傳速較低，所以其速度遠遠小於 ，所以採用脂潤滑，箱體內選用SH0357-92中的50號潤滑，裝至規定高度。
十三.其他有關數據見裝配圖的明細表和手冊中的有關數據。
十四.參考資料：
《機械設計課程設計手冊》(第二版)——清華大學 吳宗澤，北京科技大學 羅聖國主編。
《機械設計課程設計指導書》（第二版）——羅聖國，李平林等主編。
《機械課程設計》（重慶大學出版社）——周元康等主編。
《機械設計基礎》（第四版）課本——楊可楨 程光蘊 主編。

㈢ 二級斜齒圓柱齒輪減速器的課程設計的說明書

機械設計課程設計

說明書

學院：西安交通大學機械學院
專業：機械設計製造及其自動化
班級：機設0602
姓名：XXX
教師：XXX

目 錄
一、設計數據及要求 2
1.工作機有效功率 2
2.查各零件傳動效率值 2
3.電動機輸出功率 3
4.工作機轉速 3
5.選擇電動機 3
6.理論總傳動比 3
7.傳動比分配 3
8.各軸轉速 4
9.各軸輸入功率： 4
10.電機輸出轉矩： 4
11.各軸的轉矩 4
12.誤差 5
三、選擇齒輪材料，熱處理方式和精度等級 5
四、齒輪傳動校核計算 5
（一）、高速級 5
（二）、低速級 9
五、初算軸徑 13
六、校核軸及鍵的強度和軸承壽命： 14
（一）、中間軸 14
（二）、輸入軸 20
（三）、輸出軸 24
七、選擇聯軸器 28
八、潤滑方式 28
九、減速器附件： 29
十一 、參考文獻 29

一、設計數據及要求
F=2500N d=260mm v=1.0m/s
機器年產量：大批； 機器工作環境：清潔；
機器載荷特性：平穩； 機器的最短工作年限：五年二班；

二、 確定各軸功率、轉矩及電機型號
1.工作機有效功率

2.查各零件傳動效率值
聯軸器（彈性） ，軸承 ，齒輪 滾筒

故：
3.電動機輸出功率

4.工作機轉速

電動機轉速的可選范圍： 取1000
5.選擇電動機
選電動機型號為Y132S—6，同步轉速1000r/min，滿載轉速960r/min，額定功率3Kw
電動機外形尺寸
中心高H 外形尺寸

底腳安裝尺寸

底腳螺栓直徑
K 軸伸尺寸
D×E 建聯接部分尺寸
F×CD
132
216×140 12 38×80 10×8

6.理論總傳動比

7.傳動比分配
故 ，

8.各軸轉速

9.各軸輸入功率：

10.電機輸出轉矩：

11.各軸的轉矩

12.誤差

帶式傳動裝置的運動和動力參數
軸 名 功率 P/
Kw 轉矩 T/
Nmm 轉速 n/
r/min 傳動比 i 效率 η/
%
電 機 軸 2.940 29246.875 960 1 99
Ⅰ 軸 2.9106 28954.406 960 4.263 96
Ⅱ 軸 2.7950 118949.432 225.40 3.066 96
Ⅲ 軸 2.6840 348963.911 73.46
Ⅳ 軸 2.6306 345474.272 73.46 1 98

三、選擇齒輪材料，熱處理方式和精度等級
考慮到齒輪所傳遞的功率不大，故小齒輪選用45#鋼，表面淬火，齒面硬度為40～55HRC，齒輪均為硬齒面，閉式。
選用8級精度。

四、齒輪傳動校核計算
（一）、高速級
1．傳動主要尺寸
因為齒輪傳動形式為閉式硬齒面，故決定按齒根彎曲疲勞強度設計齒輪傳動主要參數和
尺寸。由參考文獻[1]P138公式8.13可得：

式中各參數為：
（1）小齒輪傳遞的轉矩：
（2）初選 =19, 則
式中： ——大齒輪數；
——高速級齒輪傳動比。
（3）由參考文獻[1] P144表8.6，選取齒寬系數 。
（4）初取螺旋角 。由參考文獻[1]P133公式8.1可計算齒輪傳動端面重合度：

由參考文獻[1] P140圖8.21取重合度系數 =0.72
由式8.2得
由圖8.26查得螺旋角系數
（5）初取齒輪載荷系數 =1.3。
（6）齒形系數 和應力修正系數 ：

齒輪當量齒數為
，
由參考文獻[1] P130圖8.19查得齒形系數 =2.79， =2.20
由參考文獻[1] P130圖8.20查得應力修正系數 =1.56， =1.78
（7）許用彎曲應力可由參考文獻[1] P147公式8.29算得：
由參考文獻[1] P146圖8.28（h）可得兩齒輪的彎曲疲勞極限應力分別為：
和 。
由參考文獻[1] P147表8.7，取安全系數 =1.25。
小齒輪1和大齒輪2的應力循環次數分別為：

式中： ——齒輪轉一周，同一側齒面嚙合次數；
——齒輪工作時間。
由參考文獻[1] P147圖8.30查得彎曲強度壽命系數為：
故許用彎曲應力為
=

所以
初算齒輪法面模數

2 ．計算傳動尺寸
（1）計算載荷系數
由參考文獻[1] P130表8.3查得使用

由參考文獻[1] P131圖8.7查得動載系數 ；
由參考文獻[1] P132圖8.11查得齒向載荷分布系數 ；
由參考文獻[1] P133表8.4查得齒間載荷分配系數 ，則

（2）對 進行修正，並圓整為標准模數

由參考文獻[1] P124按表8.1，圓整為
（3）計算傳動尺寸。
中心距
圓整為105mm
修正螺旋角
小齒輪分度圓直徑
大齒輪分度圓直徑

圓整b=20mm
取 ，
式中： ——小齒輪齒厚；
——大齒輪齒厚。
3．校核齒面接觸疲勞強度
由參考文獻[1] P135公式8.7
式中各參數：
（1）齒數比 。
（2）由參考文獻[1] P136表8.5查得彈性系數 。
（3）由參考文獻[1] P136圖8.14查得節點區域系數 。
（4）由參考文獻[1] P136圖8.15查得重合度系數
（5）由參考文獻[1]P142圖8.24查得螺旋角系數
（5）由參考文獻[1] P145公式8.26 計算許用接觸應力
式中： ——接觸疲勞極限，由參考文獻[1] P146
圖8.28（）分別查得 ，
；
——壽命系數，由參考文獻[1] P147圖8.29查得 ， ；
——安全系數，由參考文獻[1] P147表8.7查得 。故

滿足齒面接觸疲勞強度。
（二）、低速級
1．傳動主要尺寸
因為齒輪傳動形式為閉式硬齒面，故決定按齒根彎曲疲勞強度設計齒輪傳動主要參數和尺寸。由參考文獻[1]P138公式8.13可得：

式中各參數為：
（1）小齒輪傳遞的轉矩：
（2）初選 =23, 則
式中： ——大齒輪數；
——低速級齒輪傳動比。
（3）由參考文獻[1] P144表8.6，選取齒寬系數
（4）初取螺旋角 。由參考文獻[1]P133公式8.1可計算齒輪傳動端面重合度：
由參考文獻[1] P140圖8.21取重合度系數 =0.71
由式8.2得
由圖8.26查得螺旋角系數
（5）初取齒輪載荷系數 =1.3。
（6）齒形系數 和應力修正系數 ：
齒輪當量齒數為
，
由參考文獻[1] P130圖8.19查得齒形系數 =2.65， =2.28
由參考文獻[1] P130圖8.20查得應力修正系數 =1.57， =1.76
（7）許用彎曲應力可由參考文獻[1] P147公式8.29算得：
由參考文獻[1] P146圖8.28（h）可得兩齒輪的彎曲疲勞極限應力分別為：
和 。
由參考文獻[1] P147表8.7，取安全系數 =1.25。
小齒輪3和大齒輪4的應力循環次數分別為：

式中： ——齒輪轉一周，同一側齒面嚙合次數；
——齒輪工作時間。
由參考文獻[1] P147圖8.30查得彎曲強度壽命系數為：
故許用彎曲應力為
=

所以
初算齒輪法面模數

2 .計算傳動尺寸
（1）計算載荷系數
由參考文獻[1] P130表8.3查得使用

由參考文獻[1] P131圖8.7查得動載系數 ；
由參考文獻[1] P132圖8.11查得齒向載荷分布系數 ；
由參考文獻[1] P133表8.4查得齒間載荷分配系數 ，則

（2）對 進行修正，並圓整為標准模數

由參考文獻[1] P124按表8.1，圓整為
（3）計算傳動尺寸。
中心距
圓整為145mm
修正螺旋角
小齒輪分度圓直徑
大齒輪分度圓直徑

圓整b=35mm
取 ，
式中： ——小齒輪齒厚；
——大齒輪齒厚。
3.校核齒面接觸疲勞強度
由參考文獻[1] P135公式8.7
式中各參數：
（1）齒數比 。
（2）由參考文獻[1] P136表8.5查得彈性系數 。
（3）由參考文獻[1] P136圖8.14查得節點區域系數 。
（4）由參考文獻[1] P136圖8.15查得重合度系數
（5）由參考文獻[1]P142圖8.24查得螺旋角系數
（5）由參考文獻[1] P145公式8.26 計算許用接觸應力
式中： ——接觸疲勞極限，由參考文獻[1] P146
圖8.28（）分別查得 ，
；
——壽命系數，由參考文獻[1] P147圖8.29查得 ， ；
——安全系數，由參考文獻[1] P147表8.7查得 。故

滿足齒面接觸疲勞強度。

五、初算軸徑
由參考文獻[1]P193公式10.2可得：
齒輪軸的最小直徑： 。考慮到鍵對軸強度的削弱及聯軸器對軸徑的要求，最後取 。
中間軸的最小直徑： 。考慮到鍵對軸強度的削弱及軸承壽命的要求，最後取
輸出軸的最小直徑： 。考慮到鍵對軸強度的削弱及聯軸器對軸徑的要求，最後取 。
式中： ——由許用扭轉應力確定的系數，由參考文獻[1]P193表10.2，取

六、校核軸及鍵的強度和軸承壽命：
（一）、中間軸

1.齒輪2（高速級從動輪）的受力計算：
由參考文獻[1]P140公式8.16可知

式中： ——齒輪所受的圓周力，N；
——齒輪所受的徑向力，N；
——齒輪所受的軸向力，N；

2.齒輪3（低速級主動輪）的受力計算：
由參考文獻[1]P140公式8.16可知

式中： ——齒輪所受的圓周力，N；
——齒輪所受的徑向力，N；
——齒輪所受的軸向力，N；
3.齒輪的軸向力平移至軸上所產生的彎矩為：

4.軸向外部軸向力合力為：
5.計算軸承支反力：
豎直方向，軸承1
軸承2
水平方向，軸承1 ，與所設方向相反。
軸承2 ，與所設方向相反。
軸承1的總支撐反力：
軸承2的總支撐反力：
6.計算危險截面彎矩
a-a剖面左側，豎直方向
水平方向
b-b剖面右側，豎直方向
水平方向
a-a剖面右側合成彎矩為
b-b剖面左側合成彎矩為

故a-a剖面右側為危險截面。
7.計算應力
初定齒輪2的軸徑為 =38mm，軸轂長度為10mm，連接鍵由參考文獻[2]P135表11.28選擇 =10×8，t=5mm, =25mm。齒輪3軸徑為 =40mm，連接鍵由P135表11.28選擇 =12×8，t=5mm, =32mm，轂槽深度 =3.3mm。
由
，故齒輪3可與軸分離。
又a-a剖面右側（齒輪3處）危險，故：
抗彎剖面模量

抗扭剖面模量

彎曲應力

扭剪應力

8.計算安全系數
對調質處理的45#鋼，由參考文獻[1]P192表10.1知:
抗拉強度極限 =650MPa
彎曲疲勞極限 =300MPa
扭轉疲勞極限 =155MPa
由表10.1注②查得材料等效系數：
軸磨削加工時的表面質量系數由參考文獻[1]P207附圖10.1查得
絕對尺寸系數由附圖10.1查得：
鍵槽應力集中系數由附表10.4查得： （插值法）
由參考文獻[1]P201公式10.5，10.6得，安全系數

查P202表10.5得許用安全系數[S]=1.5~1.8，顯然S>[S]，故危險截面是安全的
9．校核鍵連接的強度
齒輪2處鍵連接的擠壓應力
齒輪3處鍵連接的擠壓應力
由於鍵，軸，齒輪的材料都為45號鋼，由參考文獻[1]查得 ，顯然鍵連接的強度足夠！
10.計算軸承壽命
由參考文獻[2]P138表12.2查7207C軸承得軸承基本額定動負荷 =23.5KN，基本額定靜負荷 =17.5KN

軸承1的內部軸向力為：
軸承2的內部軸向力為：
故軸承1的軸向力 ，
軸承2的軸向力
由 由參考文獻[1]P220表11.12可查得：
又
取
故
取
根據軸承的工作條件，查參考文獻[1]P218~219表11.9，11.10得溫度系數 ，載荷系數 ，壽命系數 。由P218公式11.1c得軸承1的壽命

已知工作年限為5年2班,故軸承預期壽命
，故軸承壽命滿足要求

（二）、輸入軸

1.計算齒輪上的作用力
由作用力與反作用力的關系可得，齒輪軸1所受的力與齒輪2所受的力大小相等，方向相反。即：軸向力 ，徑向力 ，圓周力
2.平移軸向力所產生的彎矩為：

3.計算軸承支撐反力
豎直方向，軸承1
軸承2
水平方向，軸承1 ， 軸承2 ，
軸承1的總支撐反力：
軸承2的總支撐反力：

4.計算危險截面彎矩
a-a剖面左側，豎直方向
水平方向
其合成彎矩為
a-a剖面右側，豎直方向
水平方向
其合成彎矩為
危險截面在a-a剖面左側。
5.計算截面應力
由參考文獻[1]P205附表10.1知：
抗彎剖面模量
抗扭剖面模量
彎曲應力

扭剪應力

6．計算安全系數
對調質處理的45#鋼，由參考文獻[1]P192表10.1知:
抗拉強度極限 =650MPa
彎曲疲勞極限 =300MPa
扭轉疲勞極限 =155MPa
由表10.1注②查得材料等效系數：
軸磨削加工時的表面質量系數由參考文獻[1]P207附圖10.1查得
絕對尺寸系數由附圖10.1查得：
由參考文獻[1]P201公式10.5，10.6得，安全系數

查P202表10.5得許用安全系數[S]=1.5~1.8，顯然S>[S]，故危險截面是安全的
7.校核鍵連接的強度
聯軸器處連接鍵由參考文獻[2]P135表11.28選擇 =8×7，t=4mm, =40mm。軸徑為 =25mm
聯軸器處鍵連接的擠壓應力
由於鍵，軸的材料都為45號鋼，由參考文獻[1]查得 ，顯然鍵連接的強度足夠！
8.計算軸承壽命
由參考文獻[2]P138表12.2查7206C軸承得軸承基本額定動負荷 =17.8KN，基本額定靜負荷 =12.8KN

軸承1的內部軸向力為：
軸承2的內部軸向力為：
由於
故軸承1的軸向力 ，
軸承2的軸向力
由 由參考文獻[1]P220表11.12可查得：
又
取
故
取
根據軸承的工作條件，查參考文獻[1]P218~219表11.9，11.10得溫度系數 ，載荷系數 ，壽命系數 。由P218公式11.1c得軸承2的壽命

已知工作年限為5年2班,故軸承預期壽命
，故軸承壽命滿足要求
（三）、輸出軸

1.計算齒輪上的作用力
由作用力與反作用力的關系可得，齒輪4所受的力與齒輪3所受的力大小相等，方向相反。即：軸向力 ，徑向力 ，圓周力

2.平移軸向力所產生的彎矩為：

3.計算軸承支撐反力
豎直方向，軸承1
軸承2
水平方向，軸承1 ， 軸承2 ，
軸承1的總支撐反力：
軸承2的總支撐反力：
4.計算危險截面彎矩
a-a剖面左側，豎直方向
水平方向
其合成彎矩為
a-a剖面右側，豎直方向
水平方向
其合成彎矩為
危險截面在a-a剖面左側。
5.計算截面應力
初定齒輪4的軸徑為 =44mm，連接鍵由參考文獻[2]P135表11.28選擇 =12×8，t=5mm, =28mm。
由參考文獻[1]P205附表10.1知：
抗彎剖面模量

抗扭剖面模量

彎曲應力

扭剪應力

6．計算安全系數
對調質處理的45#鋼，由參考文獻[1]P192表10.1知:
抗拉強度極限 =650MPa
彎曲疲勞極限 =300MPa
扭轉疲勞極限 =155MPa
由表10.1注②查得材料等效系數：
軸磨削加工時的表面質量系數由參考文獻[1]P207附圖10.1查得
絕對尺寸系數由附圖10.1查得：
鍵槽應力集中系數由附表10.4查得： （插值法）
由參考文獻[1]P201公式10.5，10.6得，安全系數

查P202表10.5得許用安全系數[S]=1.5~1.8，顯然S>[S]，故危險截面是安全的
7.校核鍵連接的強度
聯軸器處連接鍵由參考文獻[2]P135表11.28選擇 =10×8，t=5mm, =70mm。軸徑為 =35mm
聯軸器處鍵連接的擠壓應力
齒輪選用雙鍵連接，180度對稱分布。
齒輪處鍵連接的擠壓應力
由於鍵，軸的材料都為45號鋼，由參考文獻[1]查得 ，顯然鍵連接的強度足夠！
8.計算軸承壽命
由參考文獻[2]P138表12.2查7208C軸承得軸承基本額定動負荷 =26.8KN，基本額定靜負荷 =20.5KN

軸承1的內部軸向力為：
軸承2的內部軸向力為：
由於
軸承1的軸向力
故軸承2的軸向力
由 由參考文獻[1]P220表11.12可查得：
又
取
故
取
根據軸承的工作條件，查參考文獻[1]P218~219表11.9，11.10得溫度系數 ，載荷系數 ，壽命系數 。由P218公式11.1c得軸承2的壽命

已知工作年限為5年2班,故軸承預期壽命
，故軸承壽命滿足要求

七、選擇聯軸器
由於電動機的輸出軸徑（d=38mm）的限制，故由參考文獻[2]P127表13-1選擇聯軸器為HL1型彈性柱銷聯軸器聯，孔徑取25mm。由於輸出軸上的轉矩大，所選聯軸器的額定轉矩大，故選HL3型，孔徑取35mm。

八、潤滑方式
由於所設計的減速器齒輪圓周速度較小，低於2m/s，故齒輪的潤滑方式選用油潤滑，軸承的潤滑方式選用脂潤滑。考慮到減速器的工作載荷不是太大，故潤滑油選用中負荷工業齒輪油（GB5903——1986），牌號選68號。潤滑油在油池中的深度保持在68——80mm之間。軸承的潤滑脂選用合成鋰基潤滑脂（SY1413——1980）。牌號為ZL——2H。由於軸承選用了脂潤滑，故要防止齒輪的潤滑油進入軸承將潤滑脂稀釋，也要防止潤滑脂流如油池中將潤滑油污染。所以要軸承與集體內壁之間設置擋油環。

九、減速器附件：
1.窺視孔及窺視孔蓋：由於受集體內壁間距的限制，窺視孔的大小選擇為長90mm，寬60mm。蓋板尺寸選擇為長120mm，寬90mm。蓋板周圍分布6個M6×16的全螺紋螺栓。由於要防止污物進入機體和潤滑油飛濺出來，因此蓋板下應加防滲漏的墊片。考慮到濺油量不大，故選用石棉橡膠紙材質的紙封油圈即可。考慮到蓋板的鑄造加工工藝性，故選擇帶有凸台的鑄鐵蓋板。
2.通氣器：為防止由於機體密封而引起的機體內氣壓增大，導致潤滑油從縫隙及密封處向外滲漏，使密封失靈。故在窺視孔蓋凸台上加安通氣裝置。由於減速器工作在情節的室內環境中，故選用結構簡單的通氣螺塞即可，其規格為M22×1.5。
3.放油孔及放油螺塞：為了能在換油時將油池中的污油排出，清理油池，應在機座底部油池最低處開設放油孔。為了能達到迅速放油地效果，選擇放油螺塞規格為M20×1.5。考慮到其位於油池最底部，要求密封效果好，故密封圈選用材質為工業用革的皮封油圈。
4.油麵指示器：為了能隨時監測油池中的油麵高度，以確定齒輪是否處於正常的潤滑狀態，故需設置油麵指示器。在本減速器中選用桿式油標尺，放置於機座側壁，油標尺型號選擇為M12。
5.吊耳和吊鉤：為了方便裝拆與搬運，在機蓋上設置吊耳，在機座上設置吊鉤。吊耳用於打開機蓋，而吊鉤用於搬運整個減速器。考慮到起吊用的鋼絲直徑，吊耳和吊鉤的直徑都取20mm。
6．定位銷：本減速器機體為剖分式，為了保證軸承座孔的加工和裝配精度，在機蓋和機座用螺栓聯接後，在鏜孔之前，在機蓋與機座的連接凸緣上應裝配定位銷。定位銷採用圓錐銷，安置在機體縱向兩側的聯接凸緣得結合面上，呈非對稱布置。圓錐銷型號選用GB117-86 A6×35。
7.起蓋螺釘：在機蓋與機座聯接凸緣的結合面上，為了提高密封性能，常塗有水玻璃或密封膠。因此聯接結合較緊，不易分開。為了便於拆下機蓋，在機蓋地凸緣上設置一個起蓋螺栓。取其規格為M10×22。其中螺紋長度為16mm，在端部有一個6mm長的圓柱。

十一 、參考文獻
1 陳鐵鳴主編．機械設計．第4版．哈爾濱,哈爾濱工業大學出版社,2006
2 王連明,宋寶玉主編．機械設計課程設計．第2版.哈爾濱,哈爾濱工業大學出版社,2005
3 陳鐵鳴, 王連明主編．機械設計作業指導．哈爾濱,哈爾濱工業大學出版社,2003
4徐灝主編．機械設計手冊（第二版）．北京：機械工業出版社，2004
5陳鐵鳴主編．新編機械設計課程設計圖冊．北京：高等教育出版社，2003
6王知行，劉廷榮主編．.機械原理．.北京：高等教育出版社，2005

㈣ 機械設備中的靜載荷，動載荷應該怎麼計算

動載荷計算：

1、物體一般加速度時的動荷問題

慣性力與動靜法：做加速度運動物體的慣性力大小等於物體的質量m和加速度a的乘積，方向與a相反。假想在每一具有加速度的運動質點上加上慣性力，則物體（質點系）作用的原力系與慣性力系將組成平衡力系。這樣就可以把動力問題形式上作為靜力學問題來處理，這就是達朗伯原理。

2、沖擊問題

工程上採用偏於保守的能量平衡方程來近似估算被沖擊物與受沖擊物所受沖擊載荷與沖擊應力。沖擊系統能量平衡方程：

(4)機械設計中的支反力是如何計算的擴展閱讀

機械設備可造成碰撞、夾擊、剪切、捲入等多種傷害。其主要危險部位如下：

⑴、旋轉部件和成切線運動部件間的咬合處，如動力傳輸皮帶和皮帶輪、鏈條和鏈輪、齒條和齒輪等。

⑵、旋轉的軸，包括連接器、心軸、卡盤、絲杠和桿等。

⑶、旋轉的凸塊和孔處。含有凸塊或空洞的旋轉部件是很危險的，如風扇葉、凸輪、飛輪等。

⑷、對向旋轉部件的咬合處，如齒輪、混合輥等。

⑸、旋轉部件和固定部件的咬合處，如輻條手輪或飛輪和機床床身、旋轉攪拌機和無防護開口外殼攪拌裝置等。

⑹、接近類型，如鍛錘的錘體、動力壓力機的滑枕等。

⑺、通過類型，如金屬刨床的工作台及其床身、剪切機的刀刃等。

⑻、單向滑動部件，如帶鋸邊緣的齒、砂帶磨光機的研磨顆粒、凸式運動帶等。

⑼、旋轉部件與滑動之間，如某些平板印刷機面上的機構、紡織機床等。

㈤ 求 齒輪減速器傳動設計說明書裝配圖，零件圖 做課程設計，滿意答復追加50分。

單級斜齒圓柱減速器設計說明書

院（系） 機械與汽車工程學院
專 業
班 級
學 號
姓 名

專業教研室、研究所負責人
指導教師
年 月 日
XXXXXXX 大 學
課 程 設 計 （ 論 文 ） 任 務 書

茲發給 車輛工程 班學生 課程設計（論文）任務書，內容如下：
1． 設計題目：V帶——單級斜齒圓柱減速器
2． 應完成的項目：
（1） 減速器的總裝配圖一張(A1)
（2） 齒輪零件圖 一張(A3)
（3） 軸零件圖一張(A3)
（4） 設計說明書一份
3． 本設計（論文）任務書於2008 年 月 日發出，應於2008 年 月 日前完成，然後進行答辯。
專業教研室、研究所負責人 審核 年 月 日
指導教師 簽發 年 月 日

程設計（論文）評語：課程設計（論文）總評成績：
課程設計（論文）答辯負責人簽字：
年 月 日

目 錄

一． 傳動方案的確定―――――――――――――――5
二． 原始數據――――――――――――――――――5
三． 確定電動機的型號――――――――――――――5
四． 確定傳動裝置的總傳動比及分配――――――――6
五． 傳動零件的設計計算―――――――――――――7
六． 減速器鑄造箱體的主要結構尺寸設計――――――13
七． 軸的設計――――――――――――――――――14
八． 滾動軸承的選擇和計算――――――――――――19
九． 鍵聯接的選擇和強度校核―――――――――――22
十． 聯軸器的選擇和計算―――――――――――――22
十一． 減速器的潤滑―――――――――――――――22
十二． 參考文獻―――――――――――――――――2計算過程及計算說明
一、傳動方案擬定二、原始數據：
帶拉力：F=5700N, 帶速度：v=2.28m/s, 滾筒直徑：D=455mm
運輸帶的效率： 工作時載荷有輕微沖擊；室內工作，水份和灰份為正常狀態，產品生產批量為成批生產，允許總速比誤差 4％，要求齒輪使用壽命為10年，二班工作制；軸承使用壽命不小於15000小時。

三、電動機選擇
(1) 選擇電動機類型： 選用Y系列三相非同步電動機
(2) 選擇電動機功率：:
運輸機主軸上所需要的功率：
傳動裝置的總效率：
， ， ， ， 分別是：V帶傳動，齒輪傳動（閉式，精度等級為8），圓錐滾子軸承（滾子軸承一對），聯軸器（剛性聯軸器），運輸帶的效率。查《課程設計》表2-3，
取：
所以：
電動機所需功率: ，
查《課程設計》表16-1 取電動機Y200L1-6的額定功率
（3）選擇電動機的轉速
取V帶傳動比范圍(表2-2) ≤2～4；單級齒輪減速器傳動比 ＝3～6
滾筒的轉速：
電動機的合理同步轉速：
查表16-1得電動機得型號和主要數據如下（同步轉速符合）
電動機型號 額定功率(kW) 同步轉速(r/min) 滿載轉速nm
(r/min) 堵載轉矩
額定轉矩 最大轉矩
額定轉矩
Y200L1-6 18.5 1000 970 1.8 2.0
查表16-2得電動機得安裝及有關尺寸
中心高
H 外形尺寸
底腳安裝尺寸
地腳螺栓孔直徑
軸伸尺寸
鍵公稱尺寸
200 775×(0.5×400+310) ×310 318×305 19 55×110 16×
五、計算總傳動比及分配各級的傳動比
傳動裝置得總傳動比 ：
取V帶傳動比： ；單級圓柱齒輪減速器傳動比：
(1) 計算各軸得輸入功率
電動機軸：
軸Ⅰ（減速器高速軸）:
軸Ⅱ（減速器低速軸）:
(2) 計算各軸得轉速
電動機軸:
軸Ⅰ :
軸Ⅱ :
（3）計算各軸得轉矩
電動機軸
軸Ⅰ :
軸Ⅱ :
上述數據製表如下：
參數
軸名 輸入功率
（ ）
轉速
（ ）
輸入轉矩
（ ）
傳動比
效率
電動機軸 15.136 970 182.14 1.6893 0.95
軸Ⅰ（減速器高速軸） 14.379 574.20 239.15 6 0.97
軸Ⅱ（減速器低速軸） 13.669 95.70 1364.07
五、傳動零件的設計計算
1. 普通V帶傳動得設計計算
① 確定計算功率
則： ，式中，工作情況系數取 ＝1.3
② 根據計算功率 與小帶輪的轉速 ，查《機械設計基礎》圖10-10，選擇SPA型窄V帶。
③ 確定帶輪的基準直徑
取小帶輪直徑: ，
大帶輪直徑 :
根據國標：GB/T 13575.1-1992 取大帶輪的直徑
④ 驗證帶速:
在 之間。故帶的速度合適。
⑤確定V帶的基準直徑和傳動中心距
初選傳動中心距范圍為： ，初定
V帶的基準長度：

查《機械設計》表2.3，選取帶的基準直徑長度
實際中心距：
⑥ 驗算主動輪的最小包角
故主動輪上的包角合適。
⑦ 計算V帶的根數z
,由 ， ，
查《機械設計》表2.5a，得 ，由 ，查表2.5c，得額定功率的增量: ,查表2.8，得 ，查表2.9，得
， 取 根。
⑧ 計算V帶的合適初拉力
查《機械設計》表2.2，取
得
⑨ 計算作用在軸上的載荷 :

⑩ 帶輪的結構設計 （單位）mm
帶輪
尺寸
小帶輪
槽型 C
基準寬度
11
基準線上槽深
2.75
基準線下槽深
11.0
槽間距
15.0 0.3

槽邊距
9
輪緣厚
10
外徑
內徑
40
帶輪寬度
帶輪結構 腹板式
V帶輪採用鑄鐵HT150或HT200製造，其允許的最大圓周速度為25m/s.
2. 齒輪傳動設計計算
（1）擇齒輪類型，材料，精度，及參數
① 選用斜齒圓柱齒輪傳動（外嚙合）；
② 選擇齒輪材料：由課本附表1.1選大、小齒輪的材料均為45鋼，並經調質後表面淬火，齒面硬度為HRC1=HRC2=45；
③ 選取齒輪為7級的精度（GB 10095－88）；
④ 初選螺旋角
⑤ 選 小齒輪的齒數 ；大齒輪的齒數
（2）按齒面接觸疲勞強度設計
由設計計算公式進行試算，即
A. 確定公式內各個計算數值
① 試選載荷系數Kt=1.5
② 小齒輪傳遞的轉矩：
③ 由《機械設計》表12.5得齒寬系數 （對硬齒面齒輪， 取值偏下極限）
④ 由《機械設計》表12.4彈性影響系數
⑤ 節點區域系數
所以，得到 =2.4758
⑥ 端面重合度

＝
＝
代入上式可得：
⑦ 接觸疲勞強度極限σHlim1=σHlim2=1000Mpa (圖12.6)
⑧ 應力循環次數
N1=60 nⅠjLh=60x574.20x1x(2x8x300x10)=16.5x108
N2= N1/i2=16.5x108/6=2.75x108
⑨ 接觸疲勞壽命系數 根據圖12.4
⑩ 接觸疲勞許用應力 取
=0.91 1000/1.2Mpa=758.33 MPa
=0.96 1000/1.2Mpa=800 Mpa
因為 =779.165MPa<1.23 =984MPa, 故取 ＝779.165 Mpa

B. 計算
① 試算小齒輪分度圓

② 計算圓周速度： =
③ 計算齒寬： = 1 57.24 = 57.24 mm
④ 齒寬與齒高之比：
/(2.25 )
⑤ 計算載荷系數K
根據v=2.28m/s，7級精度，由附圖12.1查得動載系數 =1.07
由附表12.2查得 ； 由附表12.1查得 .25
參考課本附表12.3中6級精度公式，估計 <1.34,對稱
1.313取 =1.313
由附圖12.2查得徑向載荷分布系數 =1.26
載荷系數
⑥ 按實際的載荷系數修正分度圓直徑
＝
⑦ 計算模數

3、按齒根彎曲疲勞強度設計

A. 確定公式中的各參數
① 載荷系數K：
則
② 齒形系數 和應力校正系數
當量齒數 ＝ ＝21.6252，
＝ ＝112.2453

③ 螺旋角影響系數
軸面重合度 ＝ ＝0.9385
取 ＝1得 =0.9374
④ 許用彎曲應力

查課本附圖6.5得 ，取 =1.4，則
＝0.86 500/1.4Mpa＝307 Mpa
=0.88 500/1.4Mpa＝314 Mpa
⑤ 確定
=2.73 1.57/307=0.01396
=2.17 1.80/314=0.01244
以 代入公式計算
B. 計算模數mn

比較兩種強度計算結果，確定

4、幾何尺寸的計算
① 中心距 ＝3 （21＋126）/ (2cos80)=223mm
取中心距
② 修正螺旋角：

③ 分度圓直徑：

④ 齒寬 ，取B2=65 mm，B1=70 mm
⑤ 齒輪傳動的幾何尺寸，製表如下：(詳細見零件圖)
名稱 代號 計算公式 結果
小齒輪 大齒輪
中心距

223 mm
傳動比

6
法面模數
設計和校核得出 3
端面模數

3.034
法面壓力角
螺旋角
一般為
齒頂高
3mm
齒根高
3.75mm
全齒高
6.75mm
頂隙 c
0.75mm
齒數 Z
21 126
分度圓直徑
64.188mm 382.262 mm
齒頂圓直徑
70.188 mm 388.262mm
齒根圓直徑
57.188 mm 375.262 mm
齒輪寬 b
70mm 65mm
螺旋角方向
左旋 右旋
六、減速器鑄造箱體的主要結構尺寸設計
查《設計基礎》表3-1經驗公式，及結果列於下表。
名稱 代號 尺寸計算 結果(mm)
底座壁厚
8
箱蓋壁厚

8
底座上部凸圓厚度

12
箱蓋凸圓厚度

12
底座下部凸圓厚度

20
底座加強筋厚度 e
8
底蓋加強筋厚度

7
地腳螺栓直徑 d 或表3.4
16
地腳螺栓數目 n 表3--4 6
軸承座聯接螺栓直徑
0.75d 12
箱座與箱蓋聯接螺栓直徑
(0.5—0.6)d 8
軸承蓋固定螺釘直徑
(0.4—0.5)d 8
視孔蓋固定螺釘直徑
(0.3—0.4)d 5
軸承蓋螺釘分布圓直徑

155/140
軸承座凸緣端面直徑

185/170
螺栓孔凸緣的配置尺寸
表3--2 22，18，30
地腳螺栓孔凸緣配置尺寸
表3--3 25，23，45
箱體內壁與齒輪距離

12
箱體內壁與齒輪端面距離

10
底座深度 H
244
外箱壁至軸承端面距離

45

七、軸的設計計算
1. 高速軸的設計
① 選擇軸的材料：選取45號鋼，調質，HBS＝230
② 初步估算軸的最小直徑
根據教材公式，取 =110，則: =32.182mm

因為與V帶聯接處有一鍵槽,所以直徑應增大5%
③ 軸的結構設計:
考慮帶輪的機構要求和軸的剛度，取裝帶輪處軸徑 ，根據密封件的尺寸，選取裝軸承處的軸徑為:
兩軸承支點間的距離： ，
式中： ―――――小齒輪齒寬，
―――――― 箱體內壁與小齒輪端面的間隙，
――――――― 箱體內壁與軸承端面的距離，
――――― 軸承寬度，選取30310圓錐滾子軸承，查表13-1，得到
得到：
帶輪對稱線到軸承支點的距離
式中： ------------軸承蓋高度，
t ――――軸承蓋的凸緣厚度， ,故，
―――――螺栓頭端面至帶輪端面的距離，
―――――軸承蓋M8螺栓頭的高度，查表可得 mm
――――帶輪寬度，
得到：
2.按彎扭合成應力校核軸的強度。
①計算作用在軸上的力
小齒輪受力分析
圓周力：
徑向力：
軸向力：
②計算支反力
水平面：
垂直面：

所以:

③ 作彎矩圖
水平面彎矩：
垂直面彎矩：

合成彎矩：

④ 作轉矩圖 （見P22頁） T1=239.15Nm
當扭轉剪力為脈動循環應變力時，取系數 ，
則：
⑤ 按彎扭合成應力校核軸的強度
軸的材料是45號鋼，調質處理，其拉伸強度極限 ，對稱循環變應力時的許用應力 。
由彎矩圖可以知道，A剖面的計算彎矩最大 ，該處的計算應力為：

D 剖面的軸徑最小，該處的計算應力為：
（安全）
⑥ 軸的結構圖見零件圖所示

2.低速軸的設計

(1).選擇軸的材料:選擇45號鋼,調質,HBS=230
(2). 初步估算軸的最小直徑:取A=110,
兩個鍵，所以 mm
考慮聯軸器的機構要求和軸的剛度，取裝聯軸器處軸徑 ，根據密封件的尺寸，選取裝軸承處的軸徑為: 選30214 軸承 T=26.25

(3).軸的結構設計,初定軸徑及軸向尺寸:考慮

---螺栓頭端面至帶輪端面的距離,
k ----軸承蓋M12螺栓頭的高度,查表可得k=7.5mm ，選用6個
L---軸聯軸器長度,L=125mm
得到:

(4).按彎曲合成應力校核軸的強度

①計算作用的軸上的力
齒輪受力分析:圓周力: N
徑向力:
軸向力:
③ 計算支反力:
水平面:
垂直面: ，

，

③ 作彎矩圖
水平面彎矩：
垂直面彎矩：

合成彎矩：

④ 作轉矩圖 T2=1364.07Nm
當扭轉剪力為脈動循環應變力時，取系數 , 則:

⑤ 按彎扭合成應力校核軸的強度
軸的材料是45號鋼，調質處理，其拉伸強度極限 ，對稱循環變應力時的許用應力 。
由彎矩圖可以知道，C剖面的計算彎矩最大 ，該處的計算應力為：

D 剖面的軸徑最小，該處的計算應力為：
（安全）
（5）軸的結構圖見零件圖所示：

八、滾動軸承的選擇和計算
1.高速軸滾動軸承的選擇和壽命計算

① 選取的軸承：型號為30310圓錐滾子軸承（每根軸上安裝一對）
②軸承A的徑向載荷
軸承B的徑向載荷：

對於30310型圓錐滾子軸承，其內部派生軸向力

所以軸承A被「放鬆」，而軸承B被「壓緊」，則

計算當量動載荷

對於軸承1
對於軸承2 (根據《機械設計》表9.1)
軸向載荷：

因為 ,按照軸承 A驗算壽命

（由表13-1可查C=122kN）
故滿足壽命要求

2. 低速軸滾動軸承的選擇和壽命計算

①選取的軸承：型號為30214圓錐滾子軸承

㈥ 機械設計的課程設計

我大三做的也是一級圓柱齒輪減速器
但參數不一致

㈦ 怎麼計算機械課程設計中的反力和平衡力矩（由圖中逆時針轉，135°，180°中的運動復反力，平衡力矩

桿長LBC=135mm；回程起始角106.8264°；回程結束角 253.1736°（X軸正向為0）；回程角146.3472°；行程速比系數K=1.4599；導路到O4的距離為528.44mm（導路取在擺桿B點軌跡中部）
由運動已知的曲柄上A點開始，列兩構件重合點間的速度矢量方程，求構件4上A點的速度vA。因為 vA2=vA3=ω2▪lO2A=2∏∏∏∏nnnn2/60* lO2A =2∏∏∏∏*60/60*0.11m/s=0.69m/s 所以 vA4 = vA3 + vA4A3 大小 ？？？？ √√√√ ？？？？ 方向 ⊥⊥⊥⊥O4A ⊥⊥⊥⊥O2A ∥∥∥∥O4A 取極點P，按比例尺µv=0.005（m/s）/mm作速度圖（與機構簡圖畫在同一圖樣上），如圖所示，並求出構件4的角速度ω4和構件4上B點的速度vB以及構件4和構件3上重合點A的相對速度vA4A3，因為 VA4 =µv▪pa4=0.005*132.09=0.66m/s ω4= VA4/ lO4A=0.66m/s/486.334mm=1.35rad/s VA4A3=0.005*39.95=0.20m/s 對構件5上B、C兩點，列同一構件兩點間的速度矢量方程 vC = vB + vCB 大小 ？？？？ √√√√ ？？？？ 方向 ∥∥∥∥xxxxxxxx √√√√ ⊥⊥⊥⊥BCBCBCBC vB=0.733m/s, vC=0.736m/s, vCB=0.0533m/s ω5= vCB/LBC=0.3947rad/s

㈧ 江湖告急-機械設計課程設計 設計傳動裝置

僅供參考

一跡正、傳動方案擬定
第二組第三個數據：設計帶式輸送機傳動裝置中的一級圓柱齒輪減速器
（1） 工作條件：使用年限10年，每年按300天計算，兩班制工作，載荷平穩。
（2） 原始數據：滾筒圓周力F=1.7KN；帶速V=1.4m/s；
滾筒直徑D=220mm。
運動簡圖
二、電動機的選擇
1、電動機類型和結構型式的選擇：按已知的工作要求和 條件，選用 Y系列三相非同步電動機。
2、確定電動機的功率：
（1）傳動裝置的總效率：
η總=η帶×η2軸承×η齒輪×η聯軸器×η滾筒
=0.96×0.992×0.97×0.99×0.95
=0.86
(2)電機所需的工作功率：
Pd=FV/1000η總
=1700×1.4/1000×0.86
=2.76KW
3、確定電動機轉速：
滾筒軸的工作轉速：
Nw=60×1000V/πD
=60×1000×1.4/π×220
=121.5r/min

根據【2】表2.2中推薦的合理傳動比范圍，取V帶傳動比Iv=2~4，單級圓柱齒輪傳動比范圍Ic=3~5，則合理總傳動比i的范圍為i=6~20，故電動機轉速的可選范圍為nd=i×nw=（6~20）×121.5=729~2430r/min
符合這一范圍的同步轉滾或速有960 r/min和1420r/min。由【2】表8.1查出有三種適用的電動機型號、如下表
方案 電動機型號 額定功率 電動機轉速（r/min） 傳動裝置的傳動比
KW 同轉 滿轉 總傳動比 帶大州伍 齒輪
1 Y132s-6 3 1000 960 7.9 3 2.63
2 Y100l2-4 3 1500 1420 11.68 3 3.89

綜合考慮電動機和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比，比較兩種方案可知：方案1因電動機轉速低，傳動裝置尺寸較大，價格較高。方案2適中。故選擇電動機型號Y100l2-4。
4、確定電動機型號
根據以上選用的電動機類型，所需的額定功率及同步轉速，選定電動機型號為
Y100l2-4。
其主要性能：額定功率：3KW，滿載轉速1420r/min，額定轉矩2.2。
三、計算總傳動比及分配各級的傳動比
1、總傳動比：i總=n電動/n筒=1420/121.5=11.68
2、分配各級傳動比
（1） 取i帶=3
（2） ∵i總=i齒×i 帶π
∴i齒=i總/i帶=11.68/3=3.89
四、運動參數及動力參數計算
1、計算各軸轉速（r/min）
nI=nm/i帶=1420/3=473.33(r/min)
nII=nI/i齒=473.33/3.89=121.67(r/min)
滾筒nw=nII=473.33/3.89=121.67(r/min)
2、 計算各軸的功率（KW）
PI=Pd×η帶=2.76×0.96=2.64KW
PII=PI×η軸承×η齒輪=2.64×0.99×0.97=2.53KW

3、 計算各軸轉矩
Td=9.55Pd/nm=9550×2.76/1420=18.56N?m
TI=9.55p2入/n1 =9550x2.64/473.33=53.26N?m

TII =9.55p2入/n2=9550x2.53/121.67=198.58N?m

五、傳動零件的設計計算
1、 皮帶輪傳動的設計計算
（1） 選擇普通V帶截型
由課本[1]P189表10-8得：kA=1.2 P=2.76KW
PC=KAP=1.2×2.76=3.3KW
據PC=3.3KW和n1=473.33r/min
由課本[1]P189圖10-12得：選用A型V帶
（2） 確定帶輪基準直徑，並驗算帶速
由[1]課本P190表10-9，取dd1=95mm>dmin=75
dd2=i帶dd1(1-ε)=3×95×(1-0.02)=279.30 mm
由課本[1]P190表10-9，取dd2=280
帶速V：V=πdd1n1/60×1000
=π×95×1420/60×1000
=7.06m/s
在5~25m/s范圍內，帶速合適。
（3） 確定帶長和中心距
初定中心距a0=500mm
Ld=2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0
=2×500+3.14(95+280)+(280-95)2/4×450
=1605.8mm
根據課本[1]表（10-6）選取相近的Ld=1600mm
確定中心距a≈a0+(Ld-Ld0)/2=500+(1600-1605.8)/2
=497mm
(4) 驗算小帶輪包角
α1=1800-57.30 ×(dd2-dd1)/a
=1800-57.30×(280-95)/497
=158.670>1200（適用）
（5） 確定帶的根數
單根V帶傳遞的額定功率.據dd1和n1，查課本圖10-9得 P1=1.4KW
i≠1時單根V帶的額定功率增量.據帶型及i查[1]表10-2得 △P1=0.17KW
查[1]表10-3，得Kα=0.94；查[1]表10-4得 KL=0.99
Z= PC/[(P1+△P1)KαKL]
=3.3/[(1.4+0.17) ×0.94×0.99]
=2.26 (取3根)
(6) 計算軸上壓力
由課本[1]表10-5查得q=0.1kg/m，由課本式（10-20）單根V帶的初拉力：
F0=500PC/ZV[（2.5/Kα）-1]+qV2=500x3.3/[3x7.06(2.5/0.94-1)]+0.10x7.062 =134.3kN
則作用在軸承的壓力FQ
FQ=2ZF0sin(α1/2)=2×3×134.3sin(158.67o/2)
=791.9N

2、齒輪傳動的設計計算
（1）選擇齒輪材料與熱處理：所設計齒輪傳動屬於閉式傳動，通常
齒輪採用軟齒面。查閱表[1] 表6-8，選用價格便宜便於製造的材料，小齒輪材料為45鋼，調質，齒面硬度260HBS；大齒輪材料也為45鋼，正火處理，硬度為215HBS；
精度等級：運輸機是一般機器，速度不高，故選8級精度。
(2)按齒面接觸疲勞強度設計
由d1≥ (6712×kT1(u+1)/φ[σH]2)1/3
確定有關參數如下：傳動比i齒=3.89
取小齒輪齒數Z1=20。則大齒輪齒數：Z2=iZ1= ×20=77.8取z2=78
由課本表6-12取φd=1.1
(3)轉矩T1
T1=9.55×106×P1/n1=9.55×106×2.61/473.33=52660N?mm
(4)載荷系數k : 取k=1.2
(5)許用接觸應力[σH]
[σH]= σHlim ZN/SHmin 由課本[1]圖6-37查得：
σHlim1=610Mpa σHlim2=500Mpa
接觸疲勞壽命系數Zn：按一年300個工作日，每天16h計算，由公式N=60njtn 計算
N1=60×473.33×10×300×18=1.36x109
N2=N/i=1.36x109 /3.89=3.4×108
查[1]課本圖6-38中曲線1，得 ZN1=1 ZN2=1.05
按一般可靠度要求選取安全系數SHmin=1.0
[σH]1=σHlim1ZN1/SHmin=610x1/1=610 Mpa
[σH]2=σHlim2ZN2/SHmin=500x1.05/1=525Mpa
故得：
d1≥ (6712×kT1(u+1)/φ[σH]2)1/3
=49.04mm
模數：m=d1/Z1=49.04/20=2.45mm
取課本[1]P79標准模數第一數列上的值，m=2.5
(6)校核齒根彎曲疲勞強度
σ bb=2KT1YFS/bmd1
確定有關參數和系數
分度圓直徑：d1=mZ1=2.5×20mm=50mm
d2=mZ2=2.5×78mm=195mm
齒寬：b=φdd1=1.1×50mm=55mm
取b2=55mm b1=60mm
(7)復合齒形因數YFs 由課本[1]圖6-40得：YFS1=4.35,YFS2=3.95
(8)許用彎曲應力[σbb]
根據課本[1]P116：
[σbb]= σbblim YN/SFmin
由課本[1]圖6-41得彎曲疲勞極限σbblim應為： σbblim1=490Mpa σbblim2 =410Mpa
由課本[1]圖6-42得彎曲疲勞壽命系數YN：YN1=1 YN2=1
彎曲疲勞的最小安全系數SFmin ：按一般可靠性要求，取SFmin =1
計算得彎曲疲勞許用應力為
[σbb1]=σbblim1 YN1/SFmin=490×1/1=490Mpa
[σbb2]= σbblim2 YN2/SFmin =410×1/1=410Mpa
校核計算
σbb1=2kT1YFS1/ b1md1=71.86pa< [σbb1]
σbb2=2kT1YFS2/ b2md1=72.61Mpa< [σbb2]
故輪齒齒根彎曲疲勞強度足夠
(9)計算齒輪傳動的中心矩a
a=(d1+d2)/2= (50+195)/2=122.5mm
(10)計算齒輪的圓周速度V
計算圓周速度V=πn1d1/60×1000=3.14×473.33×50/60×1000=1.23m/s
因為V＜6m/s，故取8級精度合適．

六、軸的設計計算
從動軸設計
1、選擇軸的材料 確定許用應力
選軸的材料為45號鋼，調質處理。查[2]表13-1可知：
σb=650Mpa,σs=360Mpa,查[2]表13-6可知：[σb+1]bb=215Mpa
[σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa
2、按扭轉強度估算軸的最小直徑
單級齒輪減速器的低速軸為轉軸，輸出端與聯軸器相接，
從結構要求考慮，輸出端軸徑應最小，最小直徑為：
d≥C
查[2]表13-5可得，45鋼取C=118
則d≥118×(2.53/121.67)1/3mm=32.44mm
考慮鍵槽的影響以及聯軸器孔徑系列標准，取d=35mm
3、齒輪上作用力的計算
齒輪所受的轉矩：T=9.55×106P/n=9.55×106×2.53/121.67=198582 N
齒輪作用力：
圓周力：Ft=2T/d=2×198582/195N=2036N
徑向力：Fr=Fttan200=2036×tan200=741N
4、軸的結構設計
軸結構設計時，需要考慮軸系中相配零件的尺寸以及軸上零件的固定方式，按比例繪制軸系結構草圖。
（1）、聯軸器的選擇
可採用彈性柱銷聯軸器，查[2]表9.4可得聯軸器的型號為HL3聯軸器：35×82 GB5014-85
（2）、確定軸上零件的位置與固定方式
單級減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，軸承對稱布置
在齒輪兩邊。軸外伸端安裝聯軸器，齒輪靠油環和套筒實現
軸向定位和固定，靠平鍵和過盈配合實現周向固定，兩端軸
承靠套筒實現軸向定位，靠過盈配合實現周向固定 ，軸通
過兩端軸承蓋實現軸向定位，聯軸器靠軸肩平鍵和過盈配合
分別實現軸向定位和周向定位
（3）、確定各段軸的直徑
將估算軸d=35mm作為外伸端直徑d1與聯軸器相配（如圖），
考慮聯軸器用軸肩實現軸向定位，取第二段直徑為d2=40mm
齒輪和左端軸承從左側裝入，考慮裝拆方便以及零件固定的要求，裝軸處d3應大於d2，取d3=4 5mm，為便於齒輪裝拆與齒輪配合處軸徑d4應大於d3，取d4=50mm。齒輪左端用用套筒固定,右端用軸環定位,軸環直徑d5
滿足齒輪定位的同時,還應滿足右側軸承的安裝要求,根據選定軸承型號確定.右端軸承型號與左端軸承相同,取d6=45mm.
(4)選擇軸承型號.由[1]P270初選深溝球軸承,代號為6209,查手冊可得:軸承寬度B=19,安裝尺寸D=52,故軸環直徑d5=52mm.
(5）確定軸各段直徑和長度
Ⅰ段：d1=35mm 長度取L1=50mm

II段:d2=40mm
初選用6209深溝球軸承，其內徑為45mm,
寬度為19mm.考慮齒輪端面和箱體內壁，軸承端面和箱體內壁應有一定距離。取套筒長為20mm，通過密封蓋軸段長應根據密封蓋的寬度，並考慮聯軸器和箱體外壁應有一定矩離而定，為此，取該段長為55mm，安裝齒輪段長度應比輪轂寬度小2mm,故II段長：
L2=（2+20+19+55）=96mm
III段直徑d3=45mm
L3=L1-L=50-2=48mm
Ⅳ段直徑d4=50mm
長度與右面的套筒相同，即L4=20mm
Ⅴ段直徑d5=52mm. 長度L5=19mm
由上述軸各段長度可算得軸支承跨距L=96mm
(6)按彎矩復合強度計算
①求分度圓直徑：已知d1=195mm
②求轉矩：已知T2=198.58N?m
③求圓周力：Ft
根據課本P127（6-34）式得
Ft=2T2/d2=2×198.58/195=2.03N
④求徑向力Fr
根據課本P127（6-35）式得
Fr=Ft?tanα=2.03×tan200=0.741N
⑤因為該軸兩軸承對稱，所以：LA=LB=48mm

(1)繪制軸受力簡圖（如圖a）
（2）繪制垂直面彎矩圖（如圖b）
軸承支反力：
FAY=FBY=Fr/2=0.74/2=0.37N
FAZ=FBZ=Ft/2=2.03/2=1.01N
由兩邊對稱，知截面C的彎矩也對稱。截面C在垂直面彎矩為
MC1=FAyL/2=0.37×96÷2=17.76N?m
截面C在水平面上彎矩為：
MC2=FAZL/2=1.01×96÷2=48.48N?m
(4)繪制合彎矩圖（如圖d）
MC=(MC12+MC22)1/2=（17.762+48.482)1/2=51.63N?m
(5)繪制扭矩圖（如圖e）
轉矩：T=9.55×（P2/n2）×106=198.58N?m
(6)繪制當量彎矩圖（如圖f）
轉矩產生的扭剪文治武功力按脈動循環變化，取α=0.2，截面C處的當量彎矩：
Mec=[MC2+(αT)2]1/2
=[51.632+(0.2×198.58)2]1/2=65.13N?m
(7)校核危險截面C的強度
由式（6-3）

σe=65.13/0.1d33=65.13x1000/0.1×453
=7.14MPa< [σ-1]b=60MPa
∴該軸強度足夠。

主動軸的設計
1、選擇軸的材料 確定許用應力
選軸的材料為45號鋼，調質處理。查[2]表13-1可知：
σb=650Mpa,σs=360Mpa,查[2]表13-6可知：[σb+1]bb=215Mpa
[σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa
2、按扭轉強度估算軸的最小直徑
單級齒輪減速器的低速軸為轉軸，輸出端與聯軸器相接，
從結構要求考慮，輸出端軸徑應最小，最小直徑為：
d≥C
查[2]表13-5可得，45鋼取C=118
則d≥118×(2.64/473.33)1/3mm=20.92mm
考慮鍵槽的影響以系列標准，取d=22mm
3、齒輪上作用力的計算
齒輪所受的轉矩：T=9.55×106P/n=9.55×106×2.64/473.33=53265 N
齒輪作用力：
圓周力：Ft=2T/d=2×53265/50N=2130N
徑向力：Fr=Fttan200=2130×tan200=775N
確定軸上零件的位置與固定方式
單級減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，軸承對稱布置
在齒輪兩邊。齒輪靠油環和套筒實現 軸向定位和固定
，靠平鍵和過盈配合實現周向固定，兩端軸
承靠套筒實現軸向定位，靠過盈配合實現周向固定 ，軸通
過兩端軸承蓋實現軸向定位，
4 確定軸的各段直徑和長度
初選用6206深溝球軸承，其內徑為30mm,
寬度為16mm.。考慮齒輪端面和箱體內壁，軸承端面與箱體內壁應有一定矩離，則取套筒長為20mm，則該段長36mm，安裝齒輪段長度為輪轂寬度為2mm。
(2)按彎扭復合強度計算
①求分度圓直徑：已知d2=50mm
②求轉矩：已知T=53.26N?m
③求圓周力Ft：根據課本P127（6-34）式得
Ft=2T3/d2=2×53.26/50=2.13N
④求徑向力Fr根據課本P127（6-35）式得
Fr=Ft?tanα=2.13×0.36379=0.76N
⑤∵兩軸承對稱
∴LA=LB=50mm
(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ
FAX=FBY=Fr/2=0.76/2=0.38N
FAZ=FBZ=Ft/2=2.13/2=1.065N
(2) 截面C在垂直面彎矩為
MC1=FAxL/2=0.38×100/2=19N?m
(3)截面C在水平面彎矩為
MC2=FAZL/2=1.065×100/2=52.5N?m
(4)計算合成彎矩
MC=（MC12+MC22）1/2
=（192+52.52）1/2
=55.83N?m
(5)計算當量彎矩：根據課本P235得α=0.4
Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[55.832+(0.4×53.26)2]1/2
=59.74N?m
(6)校核危險截面C的強度
由式（10-3）
σe=Mec/（0.1d3）=59.74x1000/(0.1×303)
=22.12Mpa<[σ-1]b=60Mpa
∴此軸強度足夠

（7） 滾動軸承的選擇及校核計算
一從動軸上的軸承
根據根據條件，軸承預計壽命
L'h=10×300×16=48000h
(1)由初選的軸承的型號為: 6209,
查[1]表14-19可知:d=55mm,外徑D=85mm,寬度B=19mm,基本額定動載荷C=31.5KN, 基本靜載荷CO=20.5KN,
查[2]表10.1可知極限轉速9000r/min

（1）已知nII=121.67(r/min)

兩軸承徑向反力：FR1=FR2=1083N
根據課本P265（11-12）得軸承內部軸向力
FS=0.63FR 則FS1=FS2=0.63FR1=0.63x1083=682N
(2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
故任意取一端為壓緊端，現取1端為壓緊端
FA1=FS1=682N FA2=FS2=682N
(3)求系數x、y
FA1/FR1=682N/1038N =0.63
FA2/FR2=682N/1038N =0.63
根據課本P265表（14-14）得e=0.68
FA1/FR1<e x1=1 FA2/FR2<e x2=1
y1=0 y2=0
(4)計算當量載荷P1、P2
根據課本P264表（14-12）取f P=1.5
根據課本P264（14-7）式得
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×1083+0)=1624N
P2=fp(x2FR1+y2FA2)= 1.5×(1×1083+0)=1624N
(5)軸承壽命計算
∵P1=P2 故取P=1624N
∵深溝球軸承ε=3
根據手冊得6209型的Cr=31500N
由課本P264（14-5）式得
LH=106(ftCr/P)ε/60n
=106(1×31500/1624)3/60X121.67=998953h>48000h
∴預期壽命足夠

二.主動軸上的軸承:
(1)由初選的軸承的型號為:6206
查[1]表14-19可知:d=30mm,外徑D=62mm,寬度B=16mm,
基本額定動載荷C=19.5KN,基本靜載荷CO=111.5KN,
查[2]表10.1可知極限轉速13000r/min
根據根據條件，軸承預計壽命
L'h=10×300×16=48000h
（1）已知nI=473.33(r/min)
兩軸承徑向反力：FR1=FR2=1129N
根據課本P265（11-12）得軸承內部軸向力
FS=0.63FR 則FS1=FS2=0.63FR1=0.63x1129=711.8N
(2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
故任意取一端為壓緊端，現取1端為壓緊端
FA1=FS1=711.8N FA2=FS2=711.8N
(3)求系數x、y
FA1/FR1=711.8N/711.8N =0.63
FA2/FR2=711.8N/711.8N =0.63
根據課本P265表（14-14）得e=0.68
FA1/FR1<e x1=1 FA2/FR2<e x2=1
y1=0 y2=0
(4)計算當量載荷P1、P2
根據課本P264表（14-12）取f P=1.5
根據課本P264（14-7）式得
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×1129+0)=1693.5N
P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×1129+0)= 1693.5N
(5)軸承壽命計算
∵P1=P2 故取P=1693.5N
∵深溝球軸承ε=3
根據手冊得6206型的Cr=19500N
由課本P264（14-5）式得
LH=106(ftCr/P)ε/60n
=106(1×19500/1693.5)3/60X473.33=53713h>48000h
∴預期壽命足夠

七、鍵聯接的選擇及校核計算
1．根據軸徑的尺寸，由[1]中表12-6
高速軸(主動軸)與V帶輪聯接的鍵為：鍵8×36 GB1096-79
大齒輪與軸連接的鍵為：鍵 14×45 GB1096-79
軸與聯軸器的鍵為：鍵10×40 GB1096-79
2．鍵的強度校核
大齒輪與軸上的鍵 ：鍵14×45 GB1096-79
b×h=14×9,L=45,則Ls=L-b=31mm
圓周力：Fr=2TII/d=2×198580/50=7943.2N
擠壓強度： =56.93<125~150MPa=[σp]
因此擠壓強度足夠
剪切強度： =36.60<120MPa=[ ]
因此剪切強度足夠
鍵8×36 GB1096-79和鍵10×40 GB1096-79根據上面的步驟校核，並且符合要求。

八、減速器箱體、箱蓋及附件的設計計算~
1、減速器附件的選擇
通氣器
由於在室內使用，選通氣器（一次過濾），採用M18×1.5
油麵指示器
選用游標尺M12
起吊裝置
採用箱蓋吊耳、箱座吊耳.

放油螺塞
選用外六角油塞及墊片M18×1.5
根據《機械設計基礎課程設計》表5.3選擇適當型號：
起蓋螺釘型號：GB/T5780 M18×30,材料Q235
高速軸軸承蓋上的螺釘：GB5783～86 M8X12,材料Q235
低速軸軸承蓋上的螺釘：GB5783～86 M8×20,材料Q235
螺栓：GB5782～86 M14×100，材料Q235
箱體的主要尺寸：
：
(1)箱座壁厚z=0.025a+1=0.025×122.5+1= 4.0625 取z=8
(2)箱蓋壁厚z1=0.02a+1=0.02×122.5+1= 3.45
取z1=8
(3)箱蓋凸緣厚度b1=1.5z1=1.5×8=12
(4)箱座凸緣厚度b=1.5z=1.5×8=12
(5)箱座底凸緣厚度b2=2.5z=2.5×8=20

(6)地腳螺釘直徑df =0.036a+12=
0.036×122.5+12=16.41(取18)
(7)地腳螺釘數目n=4 (因為a<250)
(8)軸承旁連接螺栓直徑d1= 0.75df =0.75×18= 13.5 (取14)
(9)蓋與座連接螺栓直徑 d2=(0.5-0.6)df =0.55× 18=9.9 (取10)
(10)連接螺栓d2的間距L=150-200
(11)軸承端蓋螺釘直d3=(0.4-0.5)df=0.4×18=7.2(取8)
(12)檢查孔蓋螺釘d4=(0.3-0.4)df=0.3×18=5.4 (取6)
(13)定位銷直徑d=(0.7-0.8)d2=0.8×10=8
(14)df.d1.d2至外箱壁距離C1
(15) Df.d2

(16)凸台高度：根據低速級軸承座外徑確定，以便於扳手操作為准。
(17)外箱壁至軸承座端面的距離C1＋C2＋（5～10）
(18)齒輪頂圓與內箱壁間的距離：＞9.6 mm
(19)齒輪端面與內箱壁間的距離：=12 mm
(20)箱蓋，箱座肋厚：m1=8 mm,m2=8 mm
(21)軸承端蓋外徑∶D＋（5～5．5）d3

D～軸承外徑
(22)軸承旁連接螺栓距離：盡可能靠近，以Md1和Md3 互不幹涉為准，一般取S＝D2.

九、潤滑與密封
1.齒輪的潤滑
採用浸油潤滑，由於為單級圓柱齒輪減速器，速度ν<12m/s，當m<20 時，浸油深度h約為1個齒高，但不小於10mm，所以浸油高度約為36mm。
2.滾動軸承的潤滑
由於軸承周向速度為，所以宜開設油溝、飛濺潤滑。
3.潤滑油的選擇
齒輪與軸承用同種潤滑油較為便利，考慮到該裝置用於小型設備，選用GB443-89全損耗系統用油L-AN15潤滑油。
4.密封方法的選取
選用凸緣式端蓋易於調整，採用悶蓋安裝骨架式旋轉軸唇型密封圈實現密封。密封圈型號按所裝配軸的直徑確定為GB894.1-86-25軸承蓋結構尺寸按用其定位的軸承的外徑決定。

十、設計小結
課程設計體會
課程設計都需要刻苦耐勞，努力鑽研的精神。對於每一個事物都會有第一次的吧，而沒一個第一次似乎都必須經歷由感覺困難重重，挫折不斷到一步一步克服，可能需要連續幾個小時、十幾個小時不停的工作進行攻關；最後出成果的瞬間是喜悅、是輕松、是舒了口氣！
課程設計過程中出現的問題幾乎都是過去所學的知識不牢固，許多計算方法、公式都忘光了，要不斷的翻資料、看書，和同學們相互探討。雖然過程很辛苦，有時還會有放棄的念頭，但始終堅持下來，完成了設計，而且學到了，應該是補回了許多以前沒學好的知識，同時鞏固了這些知識，提高了運用所學知識的能力。

十一、參考資料目錄
[1]《機械設計基礎課程設計》，高等教育出版社，陳立德主編，2004年7月第2版；
[2] 《機械設計基礎》，機械工業出版社 胡家秀主編 2007年7月第1版

㈨ 已知一個模型螺旋槳的推力T＝180N,轉矩Q＝10N·m,螺旋槳的進速Va＝6kn,轉速n＝720

故沿軸向載荷分布不均勻： r/min
r/，封閉型結果。因此選定電動機型號為Y132M1-6，其主要參數如下；

四.確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比：
總傳動比：
分配傳動比，所以總傳動比合理范圍為 ，故電動機轉速的可選范圍是，電壓380V，Y型.96
—聯軸器的傳動效率：0.99
—捲筒的傳動效率：0.96
則：
所以 KW
3.確定電動機轉速
捲筒的工作轉速為
r/,由表13-2選取 =2000
④確定實際中心距a
mm
⑤驗算小帶輪包角

⑥計算V帶的根數Z：物理與機電工程學院
系 別.選擇電動機的容量
電動機所需的功率為.33
3軸 3.30 3.80 960
1軸 3.65 3：取 ，則 ：
r/min
符合這一范圍的同步轉速有750.45
六。
2）確定許用應力：
a.許用接觸應力；二級圓柱齒輪減速器傳動比 ： KW
KW
所以 KW
由電動機到運輸帶的傳動總功率為

—帶傳動效率。捲筒直徑D=500mm;min
查指導書第7頁表1：取V帶傳動的傳動比 .96
—每對軸承的傳動效率：
將傳動裝置各軸由高速到低速依次定為1軸：0.99
—圓柱齒輪的傳動效率：
查精密機械設計課本表11-7得
=570 ，
。
故應按接觸極限應力較低的計算，由表13-5查得 =0;min
2.各軸輸入功率、輸入轉矩乘軸承傳動效率0.99.m 轉速r/. 確定傳動方案。
3。
2：馮永健

2006年6月29日

一.設計題目
設計一用於卷揚機傳動裝置中的兩級圓柱齒輪減速器。輕微震動.86
2軸 3.47 3：

1-3軸的輸出功率、輸出轉矩分別為各軸的輸入功率：
由表13-3查得 KW， 為低速級傳動比。
五.計算傳動裝置的運動和動力參數.77
3 Y160M1-8 4 750 720 1180 62.87 49.83
綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸， ：機電工程系
專 業.14 2668，大齒輪正火處理， .40 671.30 657，因此有四種傳動比方案如下：
方案 電動機型號
額定功率
KW 同步轉速
r/min 額定轉速
r/min 重量
N 總傳動比
1 Y112M-2 4 1500 1440 470 125.47
註：
1： 為帶傳動比， 為高速級傳動比.41 2615，硬度230.04 11，標准化得 =375
②驗算帶速： m/：楊藝斌
學 院，則V帶的根數

因此取Z=3
⑦計算作用在帶輪軸上的載荷
由表13-1查得A型V帶單位長度質量q=0.1Kg/m,所以單根V帶張緊力
故作用在軸上載荷

七、4軸；
， ， ， —依次為電機與軸1.37 2695，軸1與軸2.傳動裝置總體設計：
1. 組成：傳動裝置由電機、減速器、工作機組成。
2. 特點：齒輪相對於軸承不對稱分布.36 11，小齒輪調質處理，軸3與軸4之間的傳動效率。
1.各軸轉速.8 37：
1;min
r/min
= = r/.45
4軸 3.20 3課程設計報告

二級展開式圓柱齒輪減速器

姓 名.2（125+375）=600
mm，即只需求出 。
對於調質處理的齒輪， =1.1

b.許用彎曲應力.
二.96,運輸帶速度 ，要求軸有較大的剛度：

三．選擇電動機
1.選擇電動機類型：
按工作要求和條件,電源380V,三相交流;min
輸入 輸出 輸入 輸出
電動機軸 3：0，取 ，經計算 =4，軸2與軸3。
運動和動力參數結果如下表：

軸名 功率P KW 轉鉅T N：

由表11-10知
=190

取 =1.4，
所以

3）根據接觸強度設計：9級精度製造，單向運轉，在室內常溫下長期連續工作： KW
KW
KW
KW
3.各軸輸入轉矩.95，由表13-2查得 =1.03
由表13-4查得 =0.11KW.65
2 Y132M1-6 4 1000 960 730 83，選用三相籠型非同步電動機，取齒寬系數 ，測中心距

選定 =30,

b= =119：機械設計製造及其自動化
年 級.設V計帶和帶輪，載荷系數K=1，取 =0.02.齒輪的設計，硬度210.5mm
4）驗算彎曲應力

由圖8-44查得,x=0
=30， =2.60
=209， =2.14

,故應計算大齒輪的彎曲應力，
，彎曲強度足夠。
2.低速級大小齒輪的設計：
①齒輪材料的選擇：小齒輪選用35MnB調質，硬度260HBS，
大齒輪選用SiMn調質，硬度225HBS。
②確定許用應力：
a.許用接觸應力：
查表8-10得
=700

故應按接觸極限應力較低的計算，即只需求出 。
對於調質處理的齒輪， =1.1

b.許用彎曲應力：

由表8-11知
=240

取 =1.3
所以

③根據接觸強度設計：

取K=1.2，齒寬

取 = , ，故實際傳動比i=
模數
=298mm
B= mm 取
④驗算彎曲應力：

由圖8-44查得,x=0
=2.63
=2.16
〈
〈
彎曲強度足夠。
八．減速器機體結構尺寸如下：
名稱 符號 計算公式 結果
機座厚度 δ
9
機蓋厚度

8
機蓋凸緣厚度

12
機座凸緣厚度

14
機座底凸緣厚度

23
地腳螺釘直徑

M24
地腳螺釘數目

6
軸承旁聯結螺栓直徑

M12
蓋與座聯結螺栓直徑
=（0.5 0.6）
M10
軸承端蓋螺釘直徑
=（0.4 0.5）
10
視孔蓋螺釘直徑
=（0.3 0.4）
8
定位銷直徑
=（0.7 0.8）
8
， ， 至外箱壁的距離
查手冊表11—2 34
22
18
， 至凸緣邊緣距離
查手冊表11—2 28
16
外箱壁至軸承端面距離
= + +（5 10）
50
大齒輪頂圓與內箱壁距離
>1.2
15
齒輪端面與內箱壁距離
>
10
箱蓋，箱座肋厚

8
9

軸承端蓋外徑
軸承孔直徑+（5—5.5）
120（I 軸）
125（II 軸）
150（III軸）
軸承旁聯結螺栓距離

120（I 軸）
125（II 軸）
150（III軸）
九．軸的設計：
1．高速軸的設計：
①材料：選用45號鋼調質處理，查表10-2取 =35 ，C=100
②各軸段直徑的確定：

由 ，p=3.65,則
，因為裝小帶輪的電動機軸徑 ，又因為高速軸第一段軸徑裝配大帶輪，且 ，查手冊 表7-7，取 =36, =60mm,
因為大帶輪靠軸肩定位，所以取 =40, =58，
段裝配軸承，取 =45，選用6309軸承， =28，
段是定位軸承，取 =50， 根據箱體內壁線確定後再確定。
段裝配齒輪直徑：判斷是否做成齒輪軸

查手冊得 =3.3，得e=2.2< ,因此做成齒輪軸. 此時齒寬為30。
裝配軸承所以 = =45， = =28
2.校核該軸和軸承： =75， =215， =100
作用在齒輪上的圓周力為：

徑向力為
作用在軸1帶輪上的外力：

①求垂直面的支承反力：

②求水平面的支承反力：
由 得
N
N
③求F在支點產生的反力：

④繪制垂直面彎矩圖

⑤繪制水平面彎矩圖

⑥繪制F力產生的彎矩圖

⑦求合成彎矩圖：
考慮最不利的情況，把 與 直接相加

⑧求危險截面當量彎矩：
從圖可見，m-m處截面最危險，其當量彎矩為：（取摺合系數 ）

⑨計算危險截面處軸的直徑
因為材料選擇 調質，查課本226頁表14-1得 ，查課本231頁表14-3得許用彎曲應力 ，則：

因為 ，所以該軸是安全的。
3彎矩及軸的受力分析圖如下：

4鍵的設計與校核:
根據 ，確定V帶輪選鑄鐵HT200，參考教材表10-9,由於 在 范圍內，故 軸段上採用鍵 ： ,
採用A型普通鍵:
鍵校核.為 =60mm綜合考慮取 =50mm。查課本155頁表10-10， ， 所選鍵為： 強度合格。
中間軸的設計：
①材料：選用45號鋼調質處理，查表14-2取 =35 ，C=100
②各軸段直徑的確定：

由 , p=3.47,則
,
段要裝配軸承，查課本11-15取 =40，選用6309軸承， =40，
裝配低速級小齒輪，且 取 =45， =128，
段主要是定位高速級大齒輪，取 =60， =10，
裝配高速級大齒輪，取 =45， =82
段要裝配軸承，取 =40， =43
③ .校核該軸和軸承： =75， =115， =95
作用在2、3齒輪上的圓周力：
N
徑向力：

求垂直面的支反力

計算垂直彎矩：

求水平面的支承力：

計算、繪制水平面彎矩圖：

求危險截面當量彎矩：
從圖可見，m-m,n-n處截面最危險，其當量彎矩為：（取摺合系數 ）

計算危險截面處軸的直徑：
n-n截面:
m-m截面:
由於 ，所以該軸是安全的。
④彎矩及軸的受力分析圖如下

⑤鍵的設計與校核
已知 參考教材表10-11，由於 所以取
查課本155頁表10-10得
取鍵長為120.取鍵長為80，
根據擠壓強度條件，鍵的校核為：

所以所選鍵為:
從動軸的設計：
①材料：選用45號鋼調質處理，查表10-2取 =34 ，C=112
②確定各軸段直徑

考慮到該軸段上開有鍵槽，因此取 ， =150。
裝配軸承，選用6212軸承,取 =80,查手冊第85表7-2，此尺寸符合軸承蓋和密封圈標准。
靠軸定位,取 =85, =45
取 =90, =90
取 =110, =13
裝配軸承, 選用60114軸承,取 =90, =125
向心滾子軸承,去 =85, =46
③校核該軸和軸承: =98, =210, =115
作用在齒輪上的圓周力：

徑向力：

求垂直面的支反力：

計算垂直彎矩：

.m
求水平面的支承力。

計算、繪制水平面彎矩圖。

求F在支點產生的反力

求F力產生的彎矩圖。

F在a處產生的彎矩：

求合成彎矩圖。
考慮最不利的情況，把 與 直接相加。

求危險截面當量彎矩。
從圖可見，m-m處截面最危險，其當量彎矩為：（取摺合系數 ）

計算危險截面處軸的直徑。
因為材料選擇 調質，查課本226頁表14-1得 ，查課本231頁表14-3得許用彎曲應力 ，則：

=75>d,所以該軸是安全的。
④彎矩及軸的受力分析圖如下：

⑥鍵的設計與校核：
因為d1=75,查課本153頁表10-9選鍵為 查課本155頁表10-10得
初選鍵長為130,校核 所以所選鍵為:
裝聯軸器的軸直徑為70, 查課本153頁表10-9選鍵為 查課本155頁表10-10得
初選鍵長為100,校核 所以所選鍵為:
十.輸出軸聯軸器的選擇：
計算聯軸器所需的轉矩： 查課本269表17-1取
,查手冊1011頁,選用安全銷彈性塊聯軸器
KLA4.
十一. 減速器的各部位附屬零件的設計.
(1)窺視孔蓋與窺視孔：
在減速器上部可以看到傳動零件嚙合處要開窺視孔, 大小隻要夠手伸進操作可。

以便檢查齒面接觸斑點和齒側間隙,了解嚙合情況.潤滑油也由此注入機體內.
(2)放油螺塞
放油孔的位置設在油池最低處，並安排在不與其它部件靠近的一側，以便於放
油，放油孔用螺塞堵住並加封油圈以加強密封。
(3)油標
油標用來檢查油麵高度，以保證有正常的油量.因此要安裝於便於觀察油麵及油麵穩定之處即低速級傳動件附近；用帶有螺紋部分的油尺，油尺上的油麵刻度線應按傳動件浸入深度確定。
(4)通氣器
減速器運轉時，由於摩擦發熱,機體內溫度升高，氣壓增大，導致潤滑油從縫隙向外滲漏,所以在機蓋頂部或窺視孔上裝通氣器，使機體內熱空氣自由逸處，保證機體內外壓力均衡，提高機體有縫隙處的密封性，通氣器用帶空螺釘製成.
(5)啟蓋螺釘
為了便於啟蓋，在機蓋側邊的邊緣上裝一至二個啟蓋螺釘。在啟蓋時，可先擰動此螺釘頂起機蓋；螺釘上的長度要大於凸緣厚度，釘桿端部要做成圓柱形伙半圓形，以免頂壞螺紋；螺釘直徑與凸緣連接螺栓相同。
在軸承端蓋上也可以安裝取蓋螺釘,便於拆卸端蓋.對於需作軸向調整的套環,裝上二個螺釘,便於調整.
6）定位銷
為了保證剖分式機體的軸承座孔的加工及裝配精度，在機體聯接凸緣的長度方向兩端各安置一個圓錐定位銷。兩銷相距盡量遠些，以提高定位精度。如機體是對稱的,銷孔位置不應對稱布置.
(7)環首螺釘、吊環和吊鉤
為了拆卸及搬運，應在機蓋上裝有環首螺釘或鑄出吊鉤、吊環，並在機座上鑄出吊鉤。
(8)調整墊片
用於調整軸承間隙,有的起到調整傳動零件軸向位置的作用.
(9)密封裝置
在伸出軸與端蓋之間有間隙,必須安裝密封件,以防止漏油和污物進入機體內.
十二. 潤滑方式的確定
因為傳動裝置屬於輕型的，且傳速較低，所以其速度遠遠小於 ，所以採用脂潤滑，箱體內選用SH0357-92中的50號潤滑，裝至規定高度。、2軸、3軸：0、1000和1500r/min。
根據容量和轉速，由有關手冊查出有三種適用的電動機型號;s
③確定帶的基準長度：
取 =1.2（ + ）=1.設計V帶
①確定V帶型號
查機械設計基礎課本表 13-6得： =1.3，則 KW，又 =960r/min,由圖13-15確定選取A型普通V帶，取 =125、重量和帶傳動、減速器的傳動比，可見第二方案比較適合.2.58 101.61 99.58 342：考慮到電機轉速高，傳動功率大，將V帶設置在高速級。 其傳動方案如下.高速級大小齒輪的設計
1）選擇齒輪材料：大小齒輪都選用45鋼：2003
學 號：03150117
指導教師,運輸帶的有效拉力F=10000N, 捲筒效率 =0.23 2750

㈩ F=qa M=qa²,求圖示各梁的支座反力，機械設計基礎。

兩個方程，受力平衡，和A點所受的力矩平衡。就可以求出兩個反力了。