目录
一．电动机的选择 ......................................... 1
1.1 选择电动机类型和结构形式 ...................................... 1 1.2 电动机容量的选择 .............................................. 1 1.3 确定电动机的转速 .............................................. 1
二．确定传动装置的总传动比和分配传动比 ................... 2
2.1 总传动比 ...................................................... 2 2.2 分配减速器的各级传动比直齿轮圆锥齿轮传动比 .................... 2
三 .计算传动装置的运动和动力参数 ......................... 2
3.1 各轴的转速 .................................................... 2 3.2 各轴的输出、输入功率 .......................................... 3 3.3 各轴输入、输出转矩 ........................................... 3
四.减速器结构的设计 ...................................... 4
4.1机体结构 ...................................................... 4 4.2 铸铁减速器机体的结构尺寸见下表 ................................ 4
五.传动零件的设计计算 .................................... 5
5.1 减速器外传动零件的设计 ........................................ 5 5.2 减速器内传动零件的设计 ........................................ 6
六.轴的计算 ............................................. 11
6.1 减速器高速轴I的设计 ......................................... 11 6.2 Ⅱ轴的计算 ................................................... 15 6.3 Ⅲ轴的设计 .................................................. 15
七.装配图设计 ........................................... 16
7.1装配图的作用 ................................................. 16 7.2减速器装配图的绘制 ........................................... 16
八．设计小结 ............................................ 17 九．参考文献 ............................................ 18
一．电动机的选择
1.1 选择电动机类型和结构形式
根据所给条件中工作场地的要求：每天两班制工作，载荷为中等冲击，工作环境为室内、较清洁，三相交流电源，所以选择电动机为Y系列380V三相笼型异步电动机。
1.2 电动机容量的选择
在课程设计中，只需使电动机的额定功率Pcd等于或大于电动机的实际功率
Pd，即Pcd≥Pd就可以了。
电动机的输出功率为
Pd=
PW
ηa
，PW：工作机所需输入功率，ηa：传动装置总效率。
工作机所需功率，由机器工作阻力和传动参数计算求得：
Fv2500⨯0.53PW=Kw=Kw=1.325Kw
10001000传动装置总效率ηa为ηa=η1η2...ηn。
η2为滚动轴承传动效率，η4η3为圆锥齿轮传动效率，η为联轴器传动效率，
1
为圆柱齿轮传动效率，η5为开式齿轮传动效率，η6为工作机构效率。经查书得：
η=0.99,η=0.98η=0.96，η=0.97，η=0.96，η6=0.95。
1
2
3
4
5
ηa=0.99⨯0.983⨯0.96⨯0.97⨯0.96⨯0.95=0.79。
电动机功率为Pd=
PW
ηa
=
1.325
Kw=1.68Kw。 0.79
查表，选Y系列三相异步电动机，Y100LI-4，额定功率Pcd为2.2Kw。 1.3 确定电动机的转速
工作机构的转速为n=40r/min，
由书查的圆锥-圆柱齿轮的传动比一般范围为ia=8~15，故电动机转速
nd=ia∙n=(8~15)⨯40⨯2=640~1200r/min。
根据额定功率Pcd≥Pd且转速满足640r/min
其主要性能如下：
''
二．确定传动装置的总传动比和分配传动比
2.1 总传动比
nm940
==11.75 n80
总传动比ia=
2.2 分配减速器的各级传动比直齿轮圆锥齿轮传动比
按直齿轮圆柱齿轮传动比i锥≈0.25ia=0.25⨯11.75=2.938 锥齿轮的传动比一般不大于3，故取i锥=3，则i柱=
11.75
=3.917，实际总3
传动比i实=i锥∙i柱=3⨯3.917=11.751，Δi=0.001,满足要求。
三 、计算传动装置的运动和动力参数
3.1 各轴的转速
nⅠ=nm=940r/min
nII=
nI940==313.33r/min i锥3
nIII=
nIIi=313.33
3.917
=79.992r/min≈80r/min 柱3.2 各轴的输出、输入功率
PI入=Pd∙η1=1.68⨯0.99≈1.663Kw
PI出=PI入∙η2=1.663⨯0.98≈1.63Kw PII入=PI出∙η3=1.63⨯0.96≈1.565Kw PII出=PII入∙η2=1.565⨯0.98≈1.534Kw PIII入=PII出∙η4=1.534⨯0.97≈1.488Kw PIII出=PIII入∙η2=1.488⨯0.98≈1.458Kw P开出=PIII出∙η5=1.458⨯0.96≈1.440Kw
P机=P开出∙η6=1.440⨯0.95≈1.368Kw 3.3 各轴输入、输出转矩
Td=
9550∙Pdn=9550⨯1.68
940=17.07N∙m mT9550∙PI入I入=
n=9550⨯1.663
=16.90N∙m I940T9550∙PI出I出=
n=9550⨯1.63
=16.56N∙m I940T9550∙PII入II入=
n=9550⨯1.565
313.33=47.70N∙m
IIT9550∙PII出II出=
n=9550⨯1.534
313.33=46.75N∙m
IIT9550∙PIII入III入=
n=9550⨯1.488
=177.63N∙mIII80
TIII出=
9550∙PIII出9550⨯1.458
==174.05N∙m
nIII80
T开=
9550∙P开出
n开
=
9550⨯1.440
=343.8N∙m
40
四. 减速器结构的设计
4.1机体结构
减速器机体是用以支持和固定轴系的零件，是保证传动零件的啮合精度，良好润滑及密封的重要零件，其重量约占减速器总重量的50%。因此，机体结构对减速器的工作性能，加工工艺，材料消耗，重量及成本等有很大的影响。
机体材料用
HT150或HT200）制造，机体的结构用剖分式机体。
4.2 铸铁减速器机体的结构尺寸见下表
五. 传动零件的设计计算
5.1 减速器外传动零件的设计
设计采用联轴器，通过联轴器直接把电动机和减速器联接
5.2 减速器内传动零件的设计
5.2.1 圆锥直齿齿轮传动的计算
选择齿形制GB12369-90，齿形角为20°
设计基本参数与条件：齿数比u=3，传递功率P1=1.63Kw，主动轴转速
n1=940r/min，采用两班制工作，小锥齿轮悬臂布置。
5.2.1.1选择齿轮材料和精度等级
a. 小齿轮材料选取45号钢调制，大齿轮材料选取45号钢正火。小齿轮齿面硬度为250HBS,大齿轮齿面硬度为210HBS。
b. 精度等级取8级。
c. 试选小齿轮齿数②，取z2=57
5.2.1.2按齿面接触疲劳强度设计
查机械设计书公式（10-26）齿面接触疲劳强度设计公式
d1t≥2.92⨯(
ZE[σH]
)2
KtT1
φR(1-0.5φR)2u
a. 试选载荷系数：Kt=1.6。
b. 计算小齿轮传递的扭矩：T1=9.55⨯106c. 取齿宽系数：φR=0.30
d. 确定弹性影响系数：ZE=189.8MPa
e. 确定区域系数：标准直齿圆锥齿轮传动：ZH=2.5 f. 根据循环次数公式10-13，计算应力循环次数：
12
P1
=16560.1N∙mm n1
N1=60n1jLh=60⨯940⨯1⨯（2⨯8⨯300⨯8）=2.17⨯109
N2=
N1
=0.9⨯109 u
g. 查图10-19得解除疲劳寿命系数：KHN1=0.94,KHN2=0.95 h. 查图10-21（d）得疲劳极限应力：σHlim1=600MPa,σHlim2=570MPa i. 由式10-12计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数
SH=1.0，[σH]1=
KHN1σHlim1Kσ
=564MPa，[σH]2=HN2Hlim2=541.5MPa
SHSH
j. 由接触强度计算出小齿轮分度圆直径：d1t≥49.97mm, 则dm1=d1t(1-0.5φR)=42.47mm
k. 齿轮的圆周速度v=
∏dm1n1
=2.09m/s
60⨯1000
l. 计算载荷系数，试选Kv=1.17，查表
10-2得
KA=1.0,KHα=KFα=1,KHβ=KFβ=1.5KHβbe，KHβbe=1,25，所以
KHβ=KFβ=1.875
，接强度载荷系数
K=KAKVKHαKHβ=1.0⨯1.17⨯1⨯1.875=2.19
m. 按载荷系数校正分度圆直径 d1=d1t3
取标准值，模数圆整为m=3mm
n.计算齿轮的相关参数
dK
=55.48mm m=1=2.92
z1Kt
d1=mz1=3⨯19=57mm，d2=mz2=3⨯57=171mm
δ1=z1
=18.43︒，δ2=90-δ1=71.57︒ z2
(
R=d1
z22
)+1z12
=90.12mm
0. 确定齿宽：b=φRR=27.036mm 圆整取b1=b2=27mm
5.2.1.3 校核齿根弯曲疲劳强度 a. 载荷系数K=2.19 b. 当量齿数zv1=
z1z2
=20.0,zv2==180.3 cosδ1cosδ2
c. 查表10-5的YFα1=2.80,YSα1=1.55,YFα2=2.13,YSα2=1.85
d. 取安全系数SF=1.4 由图10-18得弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.92,KFN2=0.9
查图得弯曲疲劳极限为：σFE1=440MPa,σFE2=425MPa,许用应力
[σF]1=
KFN1σFE1
=28.91MPa， SF
[σF]2=
KFN2σFE2
=273.2MPa SF
2KT1YFaYSa
≤[σF] 计算得22
bm(1-0.5ΦR)z
e. 校核强度，由式10-23 σF=
参数合σF1=93.50MPa
5.2.2 圆柱齿轮传动的设计计算
已知输入功率P大齿轮的1=1.663Kw,小齿轮的转速为n1=313.33r/min，转速为n=80r/min，传动比i=3.917，由电动机驱动，工作寿命（设每年工作300天）两班制。
5.2.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 a. 选用直齿圆柱齿轮
b. 输送机为一般工作机构，速度不高，故选用8级精度。
c. 材料选择：小齿轮材料为40Cr（调制），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调制），硬度为240HBS。
d. 选小齿轮齿数，则z1=23，z2=3.917⨯23=9。
5.2.2.2按齿面接触疲劳强度设计，
d1t≥2.32a. 确定公式内的各计算值
1).试选载荷系数Kt=1.5 2
）
计
算
小
齿
轮
传
递
的
扭
矩
：
95.5⨯105P295.5⨯105⨯1.565T1===1.95⨯104N∙mm
nI313.33
3）选取齿宽系数φd=1
4）查得材料弹性影响系数ZE=189.8Mpa
5)按齿面的硬度查得小齿轮的解除疲劳强度极限σHlim1=600Mpa，大齿轮的
1
2
解除疲劳强度极限σHlim2=550Mpa
6）计算应力循环次数：
小齿轮：N1=60njla=60⨯313.33⨯1⨯(2⨯8⨯300⨯5)=4.512⨯108
N14.512⨯108
==1.152⨯108 大齿轮：N2=u3.917
7)查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.97,KHN2=0.99.
8)计算接触疲劳许用应力
Kσ[σH]1=Hl1Hlim1=0.97⨯600=582Mpa， s
Kσ[σH]2=Hl2Hlim2=0.99⨯550=544.5Mpa。 s
b.计算
1）试算小齿轮的分度圆直径，
d1t≥2.32=2.3238.3mm
2）计算圆周速度v，
πd1tn1π⨯38.3⨯313.33v===0.628m/s 60⨯100060⨯1000
3）计算齿宽b
b=φd∙d1t=1⨯38.3=38.8mm 4)计算齿宽与齿高比
模数：mt=b hd1t38.3==1.665mm z23
齿高：h=2.25mt=2.25⨯1.665=3.747mm
b38.3==10.22 h3.747
5）计算载荷系数
根据v=0.628m/s，8级精度，动载荷系数kv=1.11
直齿轮，KHα=KFα=1.2使用系数Ka=1
KHβ=1.15+0.18(1+0.6φd2)φd2+0.31⨯10-3b=1.4513
由b
h=10.22,KHβ=1.4513,KFβ=1.4
所以K=Ka∙Kσ∙Kv∙Kβ=1⨯1.11⨯1.2⨯1.4513=1.933
6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，
d1=d1t=38.3=41.68mm
7）计算模数m=d141.68
z==1.81mm
123
C.按齿根弯曲疲劳强度设计，
m≥1）确定公式的各计算值
小齿轮的弯曲疲劳强度极限σFE1=500Mpa，
大齿轮的弯曲疲劳强度极限σFE2=380Mpa
查得弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.9,KFN2=0.93
计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数，则s=1.4
[σKFN1σFE10.9⨯F]1=s=500
1.4=321.4Mpa
[σKFN2σFE20.93⨯380
F]2=s=1.4=252.4Mpa
计算载荷系数K
K=KA∙KV∙KFα∙KFβ=1⨯1.11⨯1.2⨯1.4=1.865
查取齿形系数YFα1=2.69,YFα2=2.19
查取应力校正系数YSa1=1.575,YSa2=1.785
计算大、小齿轮的YFaY
Sa
σ，并比较
FY
Fa1YSa1
σ=2.65⨯1.58
F1321.4=0.0136
YFa2Y1.86
Sa2
σ=2.115⨯
F2252.4=0.01619
大齿轮的数值大。
2）设计计算
m≥=1.3
取m=2.5，z1=24，d1=m∙z1=24⨯2.5=60mm
z2=u∙z1=24⨯3.917=94mm
d.几何尺寸计算
1)分度圆直径
d1=60mm，
d2=z2∙m=94⨯2.5=235mm
2）中心距a
a=d1+d260+235
2=2=147.5mm
3）齿宽
b=φd∙d1=1⨯60=60mm
b2=60mm，b1=65mm
六. 轴的计算
6.1 减速器高速轴I的设计
6.1.1 求输出轴上的功率PI，转速nI和转矩TI
PI=1.663KwnI=940r/minTI=16.90N∙m
6.1.2. 求作用在齿轮上的力
圆锥小齿轮
db27
m1=(1~0.5R)d1=(1~0.5⨯90)⨯57=48.45mm
，
Ft=2T12⨯16.9⨯1000==697.63N dm148.45
Fr1=Fttanα∙cosδ1=697.63⨯tan20。⨯cos18.435。=240.9N
Fa1=Fttanα∙sinδ1=697.63⨯tan20。⨯sin18.435。=80.3N
圆锥大齿轮
Fr2=Fa1=80.3N Fa2=Fr1=240.9N
圆柱小齿轮、大齿轮
Ft=2TII2⨯47.7⨯1000==1590N d160
Fr=Fttanα=1590⨯tan20。=578.7N
6.1.3 初步确定轴的最小直径
选取轴的材料为45钢，调制处理，取A0=105，得
dmin=A=105=12.7mm 同时选取联轴器型号，联轴器的计算转矩：
取KA=1.3，则Tca=TI∙KA=16900⨯1.3=21.97N
结合电动机参数，选用凸缘联轴器
Y28⨯62型号YL4联轴器，即端选用的半联轴器的孔径d2=20mm，故取轴YB25⨯26
径d2=20mm，半联轴器毂孔的长度为l=52mm。
6.1.4 轴的结构设计
(1)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1)由联轴器尺寸确定
由联轴器的毂孔长度l和直径d及相关要求，可确定d1=20mm,l1=39mm。
2）初步选择轴承
轴承同时承载径向力和轴向力，但轴向力较小，故选用圆锥滚子球轴承。根据要求选择轴承30206，其尺寸为d⨯D⨯B=30⨯62⨯16mm
3）齿轮、联轴器与轴均采用平键联接，半联轴器与轴的联接处的平键尺寸为b⨯h=6⨯6(GB1095-2003),键槽采用键槽铣刀加工，长为28mm。圆锥齿轮与轴的链接处平键尺寸为b⨯h=8⨯7(GB1095-2003)，键槽长度为25mm,齿轮轮毂与轴配合为H7。 r6
4）确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为2⨯45。
平支反力 从上到下第二幅图
Ft⨯51.6M=0;F==899N;FR2=2393N ∑R2R1188.95
6）垂直面内的支反力 从上到下第四幅图
200Fr⨯51.6-Fa=196.73N ，F=F-F=1028.27N FH1=H2rH1188.95
7）绘水平弯矩图 第三幅图 Mmax=123387.75N⋅mm
8）求垂直弯矩并绘垂直弯矩图 第五幅图 5）水MA直1=27020.87N⋅mm；MA直2＝53057.86N⋅mm
9）合成弯矩图 第六幅图 M合1＝126311.77N⋅mm；M合2＝134311.85N⋅mm
10）绘扭矩图 第七幅图 T3=3.292⨯105N⋅mm
'11）求当量弯矩MA
'2MA=MA+(αT3)2,由表9-4用插入法得σb=650MP,α=0.59
'2MA=.772+194228=231687.676N⋅mm
'2MA.852+194228=236144.424N⋅mm+=
12）确定危险截面校核轴径尺寸，危险截面A
'MAdA0.1[σ1b]=236144.424=34.02mm≤40mm 0.1⨯60
因为计算出最危险截面的直径比设计的轴最少直径还小，所以设计轴合格
6.2 Ⅱ轴的计算
6.2.1轴上的功率
P2=1.565Kw，转速n2=313.33r/min，转矩T2=47700N∙mm
6.2.2 求作用在齿轮上的力
大圆锥齿轮：已知低速级大圆锥齿轮直径d2=171mm，圆柱齿轮：小圆柱齿轮直径d1=60mm，圆周力Ft=
6.2.3 初步估计轴的最小直径
2T2=1590N。 d1
A0=100,dmin=A6.2.4 轴的结构设计
=100=17.1mm
（1） 选用圆锥滚子球轴承，型号为30206（GB/T297-1994）,
d⨯D⨯B=30⨯62⨯16mm。
b⨯h=10⨯8(GB1095-2003)，（2） 圆柱齿轮与轴用平键联接，
键长为63mm。圆锥齿轮：b⨯h=10⨯8(GB1095-2003)，键长为36mm。
（3） 轴上的圆角和倒角尺
取轴端倒角为2mm。
6.3 Ⅲ轴的设计
6.3.1轴上的功率
P3=1.488Kw，转速为n3=80r/min，转矩T3=177.63N∙m
6.3.2求作用在齿轮上的力，
已知低速级大齿轮直径d2=235mm，圆周力Ft=2T1=1511.7N d
6.3.3 初估轴的最小直径
初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调制处理，
取A0=97,dmin=A=100=25.7mm 6.3.4 轴的结构设计
（1） 选用圆锥滚子球轴承，型号为30210（GB/T297-1994）,
d⨯D⨯B=50⨯90⨯20mm。
（2） 圆
b⨯h1=6柱齿B(轮与轴用平键联接，⨯1G0-1，键长为56mm。联轴器：
b⨯h=12⨯8G(B10-95，键长为56mm。
七. 装配图设计
7.1装配图的作用
作用：装配图表明减速器各零件的结构及其装配关系，表明减速器整体结构，所有零件的形状和尺寸，相关零件间的联接性质及减速器的工作原理，是减速器装配、调试、维护等的技术依据，表明减速器各零件的装配和拆卸的可能性、次序及减速器的调整和使用方法。
7.2减速器装配图的绘制
7.2.1装备图的总体规划：
（1）、视图布局：
①、选择3个基本视图，结合必要的剖视、剖面和局部视图加以补充。
②、选择俯视图作为基本视图，主视和左视图表达减速器外形，将减速器的工作原理和主要装配关系集中反映在一个基本视图上。
布置视图时应注意：
a、整个图面应匀称美观，并在右下方预留减速器技术特性表、技术要求、标题栏和零件明细表的位置。
b、各视图之间应留适当的尺寸标注和零件序号标注的位置。
（2）、尺寸的标注：
①、特性尺寸：用于表明减速器的性能、规格和特征。如传动零件的中心距及其极限偏差等。
②、配合尺寸：减速器中有配合要求的零件应标注配合尺寸。如：轴承与轴、轴承外圈与机座、轴与齿轮的配合、联轴器与轴等应标注公称尺寸、配合性质及精度等级。
③、外形尺寸：减速器的最大长、宽、高外形尺寸表明装配图中整体所占空间。
④、安装尺寸：减速器箱体底面的长与宽、地脚螺栓的位置、间距及其通孔直径、外伸轴端的直径、配合长度及中心高等。
（3）、标题栏、序号和明细表：
①、说明机器或部件的名称、数量、比例、材料、标准规格、标准代号、图号以及设计者姓名等内容。查GB10609.1-1989和GB10609.2-1989标题栏和明细表的格式
②、装备图中每个零件都应编写序号，并在标题栏的上方用明细表来说明。
（4）、技术特性表和技术要求：
①、技术特性表说明减速器的主要性能参数、精度等级、表的格式布置在装配图右下方空白处。
②、技术要求包括减速器装配前、滚动轴承游隙、传动接触斑点、啮合侧隙、箱体与箱盖接合、减速器的润滑、试验、包装运输要求。
八．设计小结
三周的课程设计拖到了现在，快要结束了。这次关于步进式工件输送机的两级圆锥圆柱齿轮减速器的课程设计是我们理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。作为一个机械设计制造及其自动化大四的学生，觉得在毕业前做这样的课程设计还是有意义的。在课堂上掌握的只是专业基础课的的理论面，如何面对现实中的各种机械设计，如何把我们所学的专业知识用到实践中，类似的课程设计就为我们提供了良
好的平台。在做本次课程设计的过程中，我查阅了很多设计手册和指导书。本次课程设计主要用auto CAD绘图。用CAD制图方便简洁，易修改。通过计算选择了电动机，然后分配传动比，设计齿轮、轴、联轴器和轴承。本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持，衷心的感谢老师的指导和帮助。设计中还存在不少错误和缺点，需要继续学习和掌握有关机械设计的知识，提高设计实践操作能力。为毕业设计和不久的工作打下坚实的基础。
九．参考文献
[1] 机械制图 何铭新 钱可强 主编 高等教育出版社
[2] 机械设计课程设计 陈秀宁 施高义 编著 浙江大学出版社
目录
一．电动机的选择 ......................................... 1
1.1 选择电动机类型和结构形式 ...................................... 1 1.2 电动机容量的选择 .............................................. 1 1.3 确定电动机的转速 .............................................. 1
二．确定传动装置的总传动比和分配传动比 ................... 2
2.1 总传动比 ...................................................... 2 2.2 分配减速器的各级传动比直齿轮圆锥齿轮传动比 .................... 2
三 .计算传动装置的运动和动力参数 ......................... 2
3.1 各轴的转速 .................................................... 2 3.2 各轴的输出、输入功率 .......................................... 3 3.3 各轴输入、输出转矩 ........................................... 3
四.减速器结构的设计 ...................................... 4
4.1机体结构 ...................................................... 4 4.2 铸铁减速器机体的结构尺寸见下表 ................................ 4
五.传动零件的设计计算 .................................... 5
5.1 减速器外传动零件的设计 ........................................ 5 5.2 减速器内传动零件的设计 ........................................ 6
六.轴的计算 ............................................. 11
6.1 减速器高速轴I的设计 ......................................... 11 6.2 Ⅱ轴的计算 ................................................... 15 6.3 Ⅲ轴的设计 .................................................. 15
七.装配图设计 ........................................... 16
7.1装配图的作用 ................................................. 16 7.2减速器装配图的绘制 ........................................... 16
八．设计小结 ............................................ 17 九．参考文献 ............................................ 18
一．电动机的选择
1.1 选择电动机类型和结构形式
根据所给条件中工作场地的要求：每天两班制工作，载荷为中等冲击，工作环境为室内、较清洁，三相交流电源，所以选择电动机为Y系列380V三相笼型异步电动机。
1.2 电动机容量的选择
在课程设计中，只需使电动机的额定功率Pcd等于或大于电动机的实际功率
Pd，即Pcd≥Pd就可以了。
电动机的输出功率为
Pd=
PW
ηa
，PW：工作机所需输入功率，ηa：传动装置总效率。
工作机所需功率，由机器工作阻力和传动参数计算求得：
Fv2500⨯0.53PW=Kw=Kw=1.325Kw
10001000传动装置总效率ηa为ηa=η1η2...ηn。
η2为滚动轴承传动效率，η4η3为圆锥齿轮传动效率，η为联轴器传动效率，
1
为圆柱齿轮传动效率，η5为开式齿轮传动效率，η6为工作机构效率。经查书得：
η=0.99,η=0.98η=0.96，η=0.97，η=0.96，η6=0.95。
1
2
3
4
5
ηa=0.99⨯0.983⨯0.96⨯0.97⨯0.96⨯0.95=0.79。
电动机功率为Pd=
PW
ηa
=
1.325
Kw=1.68Kw。 0.79
查表，选Y系列三相异步电动机，Y100LI-4，额定功率Pcd为2.2Kw。 1.3 确定电动机的转速
工作机构的转速为n=40r/min，
由书查的圆锥-圆柱齿轮的传动比一般范围为ia=8~15，故电动机转速
nd=ia∙n=(8~15)⨯40⨯2=640~1200r/min。
根据额定功率Pcd≥Pd且转速满足640r/min
其主要性能如下：
''
二．确定传动装置的总传动比和分配传动比
2.1 总传动比
nm940
==11.75 n80
总传动比ia=
2.2 分配减速器的各级传动比直齿轮圆锥齿轮传动比
按直齿轮圆柱齿轮传动比i锥≈0.25ia=0.25⨯11.75=2.938 锥齿轮的传动比一般不大于3，故取i锥=3，则i柱=
11.75
=3.917，实际总3
传动比i实=i锥∙i柱=3⨯3.917=11.751，Δi=0.001,满足要求。
三 、计算传动装置的运动和动力参数
3.1 各轴的转速
nⅠ=nm=940r/min
nII=
nI940==313.33r/min i锥3
nIII=
nIIi=313.33
3.917
=79.992r/min≈80r/min 柱3.2 各轴的输出、输入功率
PI入=Pd∙η1=1.68⨯0.99≈1.663Kw
PI出=PI入∙η2=1.663⨯0.98≈1.63Kw PII入=PI出∙η3=1.63⨯0.96≈1.565Kw PII出=PII入∙η2=1.565⨯0.98≈1.534Kw PIII入=PII出∙η4=1.534⨯0.97≈1.488Kw PIII出=PIII入∙η2=1.488⨯0.98≈1.458Kw P开出=PIII出∙η5=1.458⨯0.96≈1.440Kw
P机=P开出∙η6=1.440⨯0.95≈1.368Kw 3.3 各轴输入、输出转矩
Td=
9550∙Pdn=9550⨯1.68
940=17.07N∙m mT9550∙PI入I入=
n=9550⨯1.663
=16.90N∙m I940T9550∙PI出I出=
n=9550⨯1.63
=16.56N∙m I940T9550∙PII入II入=
n=9550⨯1.565
313.33=47.70N∙m
IIT9550∙PII出II出=
n=9550⨯1.534
313.33=46.75N∙m
IIT9550∙PIII入III入=
n=9550⨯1.488
=177.63N∙mIII80
TIII出=
9550∙PIII出9550⨯1.458
==174.05N∙m
nIII80
T开=
9550∙P开出
n开
=
9550⨯1.440
=343.8N∙m
40
四. 减速器结构的设计
4.1机体结构
减速器机体是用以支持和固定轴系的零件，是保证传动零件的啮合精度，良好润滑及密封的重要零件，其重量约占减速器总重量的50%。因此，机体结构对减速器的工作性能，加工工艺，材料消耗，重量及成本等有很大的影响。
机体材料用
HT150或HT200）制造，机体的结构用剖分式机体。
4.2 铸铁减速器机体的结构尺寸见下表
五. 传动零件的设计计算
5.1 减速器外传动零件的设计
设计采用联轴器，通过联轴器直接把电动机和减速器联接
5.2 减速器内传动零件的设计
5.2.1 圆锥直齿齿轮传动的计算
选择齿形制GB12369-90，齿形角为20°
设计基本参数与条件：齿数比u=3，传递功率P1=1.63Kw，主动轴转速
n1=940r/min，采用两班制工作，小锥齿轮悬臂布置。
5.2.1.1选择齿轮材料和精度等级
a. 小齿轮材料选取45号钢调制，大齿轮材料选取45号钢正火。小齿轮齿面硬度为250HBS,大齿轮齿面硬度为210HBS。
b. 精度等级取8级。
c. 试选小齿轮齿数②，取z2=57
5.2.1.2按齿面接触疲劳强度设计
查机械设计书公式（10-26）齿面接触疲劳强度设计公式
d1t≥2.92⨯(
ZE[σH]
)2
KtT1
φR(1-0.5φR)2u
a. 试选载荷系数：Kt=1.6。
b. 计算小齿轮传递的扭矩：T1=9.55⨯106c. 取齿宽系数：φR=0.30
d. 确定弹性影响系数：ZE=189.8MPa
e. 确定区域系数：标准直齿圆锥齿轮传动：ZH=2.5 f. 根据循环次数公式10-13，计算应力循环次数：
12
P1
=16560.1N∙mm n1
N1=60n1jLh=60⨯940⨯1⨯（2⨯8⨯300⨯8）=2.17⨯109
N2=
N1
=0.9⨯109 u
g. 查图10-19得解除疲劳寿命系数：KHN1=0.94,KHN2=0.95 h. 查图10-21（d）得疲劳极限应力：σHlim1=600MPa,σHlim2=570MPa i. 由式10-12计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数
SH=1.0，[σH]1=
KHN1σHlim1Kσ
=564MPa，[σH]2=HN2Hlim2=541.5MPa
SHSH
j. 由接触强度计算出小齿轮分度圆直径：d1t≥49.97mm, 则dm1=d1t(1-0.5φR)=42.47mm
k. 齿轮的圆周速度v=
∏dm1n1
=2.09m/s
60⨯1000
l. 计算载荷系数，试选Kv=1.17，查表
10-2得
KA=1.0,KHα=KFα=1,KHβ=KFβ=1.5KHβbe，KHβbe=1,25，所以
KHβ=KFβ=1.875
，接强度载荷系数
K=KAKVKHαKHβ=1.0⨯1.17⨯1⨯1.875=2.19
m. 按载荷系数校正分度圆直径 d1=d1t3
取标准值，模数圆整为m=3mm
n.计算齿轮的相关参数
dK
=55.48mm m=1=2.92
z1Kt
d1=mz1=3⨯19=57mm，d2=mz2=3⨯57=171mm
δ1=z1
=18.43︒，δ2=90-δ1=71.57︒ z2
(
R=d1
z22
)+1z12
=90.12mm
0. 确定齿宽：b=φRR=27.036mm 圆整取b1=b2=27mm
5.2.1.3 校核齿根弯曲疲劳强度 a. 载荷系数K=2.19 b. 当量齿数zv1=
z1z2
=20.0,zv2==180.3 cosδ1cosδ2
c. 查表10-5的YFα1=2.80,YSα1=1.55,YFα2=2.13,YSα2=1.85
d. 取安全系数SF=1.4 由图10-18得弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.92,KFN2=0.9
查图得弯曲疲劳极限为：σFE1=440MPa,σFE2=425MPa,许用应力
[σF]1=
KFN1σFE1
=28.91MPa， SF
[σF]2=
KFN2σFE2
=273.2MPa SF
2KT1YFaYSa
≤[σF] 计算得22
bm(1-0.5ΦR)z
e. 校核强度，由式10-23 σF=
参数合σF1=93.50MPa
5.2.2 圆柱齿轮传动的设计计算
已知输入功率P大齿轮的1=1.663Kw,小齿轮的转速为n1=313.33r/min，转速为n=80r/min，传动比i=3.917，由电动机驱动，工作寿命（设每年工作300天）两班制。
5.2.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 a. 选用直齿圆柱齿轮
b. 输送机为一般工作机构，速度不高，故选用8级精度。
c. 材料选择：小齿轮材料为40Cr（调制），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调制），硬度为240HBS。
d. 选小齿轮齿数，则z1=23，z2=3.917⨯23=9。
5.2.2.2按齿面接触疲劳强度设计，
d1t≥2.32a. 确定公式内的各计算值
1).试选载荷系数Kt=1.5 2
）
计
算
小
齿
轮
传
递
的
扭
矩
：
95.5⨯105P295.5⨯105⨯1.565T1===1.95⨯104N∙mm
nI313.33
3）选取齿宽系数φd=1
4）查得材料弹性影响系数ZE=189.8Mpa
5)按齿面的硬度查得小齿轮的解除疲劳强度极限σHlim1=600Mpa，大齿轮的
1
2
解除疲劳强度极限σHlim2=550Mpa
6）计算应力循环次数：
小齿轮：N1=60njla=60⨯313.33⨯1⨯(2⨯8⨯300⨯5)=4.512⨯108
N14.512⨯108
==1.152⨯108 大齿轮：N2=u3.917
7)查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.97,KHN2=0.99.
8)计算接触疲劳许用应力
Kσ[σH]1=Hl1Hlim1=0.97⨯600=582Mpa， s
Kσ[σH]2=Hl2Hlim2=0.99⨯550=544.5Mpa。 s
b.计算
1）试算小齿轮的分度圆直径，
d1t≥2.32=2.3238.3mm
2）计算圆周速度v，
πd1tn1π⨯38.3⨯313.33v===0.628m/s 60⨯100060⨯1000
3）计算齿宽b
b=φd∙d1t=1⨯38.3=38.8mm 4)计算齿宽与齿高比
模数：mt=b hd1t38.3==1.665mm z23
齿高：h=2.25mt=2.25⨯1.665=3.747mm
b38.3==10.22 h3.747
5）计算载荷系数
根据v=0.628m/s，8级精度，动载荷系数kv=1.11
直齿轮，KHα=KFα=1.2使用系数Ka=1
KHβ=1.15+0.18(1+0.6φd2)φd2+0.31⨯10-3b=1.4513
由b
h=10.22,KHβ=1.4513,KFβ=1.4
所以K=Ka∙Kσ∙Kv∙Kβ=1⨯1.11⨯1.2⨯1.4513=1.933
6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，
d1=d1t=38.3=41.68mm
7）计算模数m=d141.68
z==1.81mm
123
C.按齿根弯曲疲劳强度设计，
m≥1）确定公式的各计算值
小齿轮的弯曲疲劳强度极限σFE1=500Mpa，
大齿轮的弯曲疲劳强度极限σFE2=380Mpa
查得弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.9,KFN2=0.93
计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数，则s=1.4
[σKFN1σFE10.9⨯F]1=s=500
1.4=321.4Mpa
[σKFN2σFE20.93⨯380
F]2=s=1.4=252.4Mpa
计算载荷系数K
K=KA∙KV∙KFα∙KFβ=1⨯1.11⨯1.2⨯1.4=1.865
查取齿形系数YFα1=2.69,YFα2=2.19
查取应力校正系数YSa1=1.575,YSa2=1.785
计算大、小齿轮的YFaY
Sa
σ，并比较
FY
Fa1YSa1
σ=2.65⨯1.58
F1321.4=0.0136
YFa2Y1.86
Sa2
σ=2.115⨯
F2252.4=0.01619
大齿轮的数值大。
2）设计计算
m≥=1.3
取m=2.5，z1=24，d1=m∙z1=24⨯2.5=60mm
z2=u∙z1=24⨯3.917=94mm
d.几何尺寸计算
1)分度圆直径
d1=60mm，
d2=z2∙m=94⨯2.5=235mm
2）中心距a
a=d1+d260+235
2=2=147.5mm
3）齿宽
b=φd∙d1=1⨯60=60mm
b2=60mm，b1=65mm
六. 轴的计算
6.1 减速器高速轴I的设计
6.1.1 求输出轴上的功率PI，转速nI和转矩TI
PI=1.663KwnI=940r/minTI=16.90N∙m
6.1.2. 求作用在齿轮上的力
圆锥小齿轮
db27
m1=(1~0.5R)d1=(1~0.5⨯90)⨯57=48.45mm
，
Ft=2T12⨯16.9⨯1000==697.63N dm148.45
Fr1=Fttanα∙cosδ1=697.63⨯tan20。⨯cos18.435。=240.9N
Fa1=Fttanα∙sinδ1=697.63⨯tan20。⨯sin18.435。=80.3N
圆锥大齿轮
Fr2=Fa1=80.3N Fa2=Fr1=240.9N
圆柱小齿轮、大齿轮
Ft=2TII2⨯47.7⨯1000==1590N d160
Fr=Fttanα=1590⨯tan20。=578.7N
6.1.3 初步确定轴的最小直径
选取轴的材料为45钢，调制处理，取A0=105，得
dmin=A=105=12.7mm 同时选取联轴器型号，联轴器的计算转矩：
取KA=1.3，则Tca=TI∙KA=16900⨯1.3=21.97N
结合电动机参数，选用凸缘联轴器
Y28⨯62型号YL4联轴器，即端选用的半联轴器的孔径d2=20mm，故取轴YB25⨯26
径d2=20mm，半联轴器毂孔的长度为l=52mm。
6.1.4 轴的结构设计
(1)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1)由联轴器尺寸确定
由联轴器的毂孔长度l和直径d及相关要求，可确定d1=20mm,l1=39mm。
2）初步选择轴承
轴承同时承载径向力和轴向力，但轴向力较小，故选用圆锥滚子球轴承。根据要求选择轴承30206，其尺寸为d⨯D⨯B=30⨯62⨯16mm
3）齿轮、联轴器与轴均采用平键联接，半联轴器与轴的联接处的平键尺寸为b⨯h=6⨯6(GB1095-2003),键槽采用键槽铣刀加工，长为28mm。圆锥齿轮与轴的链接处平键尺寸为b⨯h=8⨯7(GB1095-2003)，键槽长度为25mm,齿轮轮毂与轴配合为H7。 r6
4）确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为2⨯45。
平支反力 从上到下第二幅图
Ft⨯51.6M=0;F==899N;FR2=2393N ∑R2R1188.95
6）垂直面内的支反力 从上到下第四幅图
200Fr⨯51.6-Fa=196.73N ，F=F-F=1028.27N FH1=H2rH1188.95
7）绘水平弯矩图 第三幅图 Mmax=123387.75N⋅mm
8）求垂直弯矩并绘垂直弯矩图 第五幅图 5）水MA直1=27020.87N⋅mm；MA直2＝53057.86N⋅mm
9）合成弯矩图 第六幅图 M合1＝126311.77N⋅mm；M合2＝134311.85N⋅mm
10）绘扭矩图 第七幅图 T3=3.292⨯105N⋅mm
'11）求当量弯矩MA
'2MA=MA+(αT3)2,由表9-4用插入法得σb=650MP,α=0.59
'2MA=.772+194228=231687.676N⋅mm
'2MA.852+194228=236144.424N⋅mm+=
12）确定危险截面校核轴径尺寸，危险截面A
'MAdA0.1[σ1b]=236144.424=34.02mm≤40mm 0.1⨯60
因为计算出最危险截面的直径比设计的轴最少直径还小，所以设计轴合格
6.2 Ⅱ轴的计算
6.2.1轴上的功率
P2=1.565Kw，转速n2=313.33r/min，转矩T2=47700N∙mm
6.2.2 求作用在齿轮上的力
大圆锥齿轮：已知低速级大圆锥齿轮直径d2=171mm，圆柱齿轮：小圆柱齿轮直径d1=60mm，圆周力Ft=
6.2.3 初步估计轴的最小直径
2T2=1590N。 d1
A0=100,dmin=A6.2.4 轴的结构设计
=100=17.1mm
（1） 选用圆锥滚子球轴承，型号为30206（GB/T297-1994）,
d⨯D⨯B=30⨯62⨯16mm。
b⨯h=10⨯8(GB1095-2003)，（2） 圆柱齿轮与轴用平键联接，
键长为63mm。圆锥齿轮：b⨯h=10⨯8(GB1095-2003)，键长为36mm。
（3） 轴上的圆角和倒角尺
取轴端倒角为2mm。
6.3 Ⅲ轴的设计
6.3.1轴上的功率
P3=1.488Kw，转速为n3=80r/min，转矩T3=177.63N∙m
6.3.2求作用在齿轮上的力，
已知低速级大齿轮直径d2=235mm，圆周力Ft=2T1=1511.7N d
6.3.3 初估轴的最小直径
初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调制处理，
取A0=97,dmin=A=100=25.7mm 6.3.4 轴的结构设计
（1） 选用圆锥滚子球轴承，型号为30210（GB/T297-1994）,
d⨯D⨯B=50⨯90⨯20mm。
（2） 圆
b⨯h1=6柱齿B(轮与轴用平键联接，⨯1G0-1，键长为56mm。联轴器：
b⨯h=12⨯8G(B10-95，键长为56mm。
七. 装配图设计
7.1装配图的作用
作用：装配图表明减速器各零件的结构及其装配关系，表明减速器整体结构，所有零件的形状和尺寸，相关零件间的联接性质及减速器的工作原理，是减速器装配、调试、维护等的技术依据，表明减速器各零件的装配和拆卸的可能性、次序及减速器的调整和使用方法。
7.2减速器装配图的绘制
7.2.1装备图的总体规划：
（1）、视图布局：
①、选择3个基本视图，结合必要的剖视、剖面和局部视图加以补充。
②、选择俯视图作为基本视图，主视和左视图表达减速器外形，将减速器的工作原理和主要装配关系集中反映在一个基本视图上。
布置视图时应注意：
a、整个图面应匀称美观，并在右下方预留减速器技术特性表、技术要求、标题栏和零件明细表的位置。
b、各视图之间应留适当的尺寸标注和零件序号标注的位置。
（2）、尺寸的标注：
①、特性尺寸：用于表明减速器的性能、规格和特征。如传动零件的中心距及其极限偏差等。
②、配合尺寸：减速器中有配合要求的零件应标注配合尺寸。如：轴承与轴、轴承外圈与机座、轴与齿轮的配合、联轴器与轴等应标注公称尺寸、配合性质及精度等级。
③、外形尺寸：减速器的最大长、宽、高外形尺寸表明装配图中整体所占空间。
④、安装尺寸：减速器箱体底面的长与宽、地脚螺栓的位置、间距及其通孔直径、外伸轴端的直径、配合长度及中心高等。
（3）、标题栏、序号和明细表：
①、说明机器或部件的名称、数量、比例、材料、标准规格、标准代号、图号以及设计者姓名等内容。查GB10609.1-1989和GB10609.2-1989标题栏和明细表的格式
②、装备图中每个零件都应编写序号，并在标题栏的上方用明细表来说明。
（4）、技术特性表和技术要求：
①、技术特性表说明减速器的主要性能参数、精度等级、表的格式布置在装配图右下方空白处。
②、技术要求包括减速器装配前、滚动轴承游隙、传动接触斑点、啮合侧隙、箱体与箱盖接合、减速器的润滑、试验、包装运输要求。
八．设计小结
三周的课程设计拖到了现在，快要结束了。这次关于步进式工件输送机的两级圆锥圆柱齿轮减速器的课程设计是我们理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。作为一个机械设计制造及其自动化大四的学生，觉得在毕业前做这样的课程设计还是有意义的。在课堂上掌握的只是专业基础课的的理论面，如何面对现实中的各种机械设计，如何把我们所学的专业知识用到实践中，类似的课程设计就为我们提供了良
好的平台。在做本次课程设计的过程中，我查阅了很多设计手册和指导书。本次课程设计主要用auto CAD绘图。用CAD制图方便简洁，易修改。通过计算选择了电动机，然后分配传动比，设计齿轮、轴、联轴器和轴承。本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持，衷心的感谢老师的指导和帮助。设计中还存在不少错误和缺点，需要继续学习和掌握有关机械设计的知识，提高设计实践操作能力。为毕业设计和不久的工作打下坚实的基础。
九．参考文献
[1] 机械制图 何铭新 钱可强 主编 高等教育出版社
[2] 机械设计课程设计 陈秀宁 施高义 编著 浙江大学出版社