一级圆柱直齿减速器课程设计120F=3.5%135
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减速器课程设计
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一级圆柱直齿减速器课程设计120F=3.5%135,减速器课程设计
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焦作大学机电工程 学院 机械设计基础课程设计 说明书 设计题目：单 级 直齿 圆柱齿轮减速器 专 业： 计算机辅助设计与制造 班 级： 10152 设 计 者： 第 4 组 指导教师： 宋芳 计算机辅助设计与制造教研室 nts 2015-11-19 - 1 - 2011 年 12 月 本组简介 本 组： 10152 班 第 4 组 组 长 : 文雪 副组长 : 胡林娜 成 员 : 王盼 胡妮 刘梦思 郭自贤 罗鹏 侯亚楠 设计任务分配： 设计内容 设计者 页码 齿轮的设计与校核（含零件图） 文雪 胡林娜 4 轴的设计与校核（含零件图 ） 王盼 刘梦思 4 键的选择与校核 胡妮 2 轴承的选择 侯亚楠 3 箱体的设计 罗鹏 2 箱体零件图的绘制 郭自贤 2 排版 文雪 胡林娜 1 nts 2015-11-19 - 2 - 目 录 1 设计任务 书 3 2 设计说明书 4 2.1 齿轮的设计与校核 4 2.2 轴的设计与校核 8 2.3 键的选择与校核 13 2.4 轴承的选择 14 2.5 减速器箱体的设计 15 3 设计小结 17 参考 书目 19 nts 2015-11-19 - 3 - 一、 设计任务书 一、工作简图 图 1 单级直齿圆柱齿轮减速器齿轮传动设计 二、原始数据 减速器传递功率（ P/kW） ： 3.5 主动轴转速 n1(r/min)： 400 减速器传动比 i: 3 箱体材料：铸铁 三、工作条件 ： 每日工作时速 24h， 连续单向运转，载荷平稳，室内工作；工作年限 5年；最高工作温度 60。 四、设计工作量： 减速器 总装 图 1 张 （ A1）； 从动轴、从动齿轮、主动齿轮 （含 轴） 零件图 3 张（ A3） ； nts 2015-11-19 - 4 - 设计说明书 1 份。 设计说明书 设计项目 计 算 及 说 明 结 果 一设计任务书及有关数据 二齿轮的选择 选择齿轮材料及确定设计准则 按齿面接触疲劳强度 设计 确定齿轮转矩 T1 选载荷系数 K 选择齿宽系数 d 和齿数 Zi 1.已知数据 减速器传递功率 P=3.5 KW 主动轴转速 n1=400r/min 减速器传动比 i=3 由于是没有特殊要求的传动，制造方便，选用价格便宜，货源充足的碳素结构钢，采用软齿面 ，选择一般材料。 齿轮使用 8级精度 (GB10095 88)查 课本 159 页，表 12 6选取：小齿轮 45 号钢调质， HBS1=220；大齿轮 45号钢正火 HBS2=190；由于齿面硬度 HBS350,又是闭式传动，故按齿面接触强度设计，按齿根弯曲强度校核。 T1=9.55 106 3.5/400= 8356N.mm 由于载荷平稳，齿轮相对轴承对称布置，查课件表 8 6得， K=1.1 查课件表 8 8 得 , d=1 假设小齿轮齿数 Z1=20，则大齿轮齿数 Z2=iZ1=3 20=60 由于所设齿数是按照已知的传动 比设计的，所以不用圆整齿数。如果需要圆整，则齿数比误差应在允许范围内（工P=3.5KW n1=400r/min i=3 HBS1=220 HBS2=190 T1=71625N.mm Z1=20 Z2=60 nts 2015-11-19 - 5 - 材料弹性系数 ZE 齿数比 u 许用接触应力 H (3) 校 核 齿根弯曲疲劳强度 程上允许 5的变化范围） 查课件表 8 7 得， ZE=189.8 Mpa U=i=3 由课件图 8 29得， 1Hlim =560Mpa， 2Hlim =530Mpa 由所借书本表 14 49 得 SH=1.25 则 1H = 1Hlim /SH=560/1.25Mpa=448Mpa 2H = 2Hlim /SH=530/1.25Mpa=424Mpa 由于 2H 1H ,应把小值 2H 代 入 d 3 21 )52.3(1uK HEuZTd）（ =32)424 8.18952.3(2.31 3.3716251.1 = 58.78mm 许用弯曲应力 F，由课件 8 30 得 Flim1=205Mpa， Flim2 =190 Mpa 查阅所借书本 997 页 14 49 得， SF=1.6 F1= Flim1/SF=205/1.6=128.13Mpa F2= Flim2/SF=190/1.6=118.75Mpa 由课件 8 7 得， YF1=2.81 YS1=1.56 YF2=2.29 YS2=1.74 由课件 8 22 公式校核得 ZE=189.8 Mpa U=3 1Hlim =560Mpa 2Hlim =530Mpa SH=1.25 1H =448Mpa 2H =424Mpa 1limF =205MPa 2limF =190MPa F1=128.13Mpa F2=118.75Mpa YF1=2.81 YS1=1.56 YF2=2.29 nts 2015-11-19 - 6 - 三确定 齿轮参数及主要尺寸 F =(2KT1/bm2Z1)YF1YF2=21.171625/6032202.811.56=63.96Mpa F1 2F =(2KT2/bm2Z2)YF1YF2=21.171625/6032642.291.74=18.17 F2 以上 弯曲 强度 校核 满足 要求 ，设计合理。 模数 m=d1/Z1=90/30=3 经查阅所借资料表 14 2 得 m=3mm 分度圆直径 d d1=mZ1=3 30=90mm d2=mZ2=3 60=180mm 中心距 a a=m(Z1+Z2)/2=3 (30+60)/2=135mm 齿宽 b b2= d d1=1 90=90mm b1=b2+(5 10)=95 105mm 取 b1=100mm 跨侧系数 k k1=0.111Z1+0.5=3.83 k2=0.111Z2+0.5=7.16 齿顶圆直径 da da1=d1+2ha=90+2 3=96mm da2=d2+2ha=180+2 3=186mm 全齿高 h YS2=1.74 m=3mm d1=90mm d2=180m a=135mm b2=90mm b1=100mm k1=3.83 k2=7.16 da1=96mm nts 2015-11-19 - 7 - (5) 确 定 齿轮的传动精度以及齿轮的圆周速度 (6) 齿 轮 的结构设计 四轴的设ha=ha*m=1 3=3mm hf=(ha*+c*)m=(1+0.25) 3=3.75mm h=ha+hf=3+3.75=6.75mm 齿根圆直径 df df1=d1-2hf=90-2 3.75=82.5mm df2=d2-2hf=180-2 3.75=172.5mm 公法线系数 w w1=m2.9521 (k1-0.5)+0.014 Z1 =3 2.9521 (3.83-0.5)+0.014 30 =30.6mm w2=m2.9521 (k2-0.5)+0.014 Z2 =3 2.9521 (7.16-0.5)+0.014 60 =61.5mm d1=90mm n1=400r/min V= d1n1/60 1000= 90 400/60 1000=1.88m/s 选择八级精度比较合适。 在设计减速器的装配图的俯视图 时将用到齿轮的结构设计，还涉及很多尺寸。所以在这里就不在多提，在设计时需要时，可以根据情况自己设定。 一般先设计低速轴，把低速轴的长度设计尺寸确定后就可以确定箱体的宽度等尺寸，所以应该先设计低速轴。 da2=186mm ha=3mm hf=3.75mm h=6.75mm df1=82.5mm df2=172.5mm w1=30.6mm w2=61.5mm V =1.88m/s nts 2015-11-19 - 8 - 计 (1) 首 先 确定设计轴前所需的基本参数。 (2) 选择轴的材料 (3) 初 估 轴外伸段直径 d (4) 轴 的 结构 设计并绘制草图 。 1(八级齿轮 )=0.97 2(滚动轴承 )=0.98 则 P2=P1 1 2=3.5 0.97 0.98=3.3KW n2=n/I=400/3=133.3r/min T2=9550(P2/n2)=9550(3.3/133.3)=236.42N.M 因轴对材料无特殊要求，故选用 45钢，正火处理。 根据公 式 d A ,查所借书本表 12 3， 45钢的 A=126103,于是得 d A =(126 103) mm=35.80 25.292mm, 考虑该轴段上有一个键槽，故应将直径增大 5，即d=(35.80 25.292) 1.05mm=37.59 30.71mm;因为轴头要安装联轴器，应取对应的标准直径系列值，取 d1=35mm。 轴的结构分析 轴上零件的布置对于单级的减速器而言，低速轴上安装一个齿轮、一个联轴器，齿轮在箱体中间位置；两个轴承安装在箱体的轴承空座内，相对于齿轮对称布置；联轴器安装在箱体的外 面一侧。为保证齿轮的轴向位置，还应在齿轮和轴承之间加一个套筒。 因单机齿轮传动，一般将齿轮安装在箱体中间，轴承安装在箱体的轴承孔内，相对于齿轮左右对称为好，并取相同的内径，最后确定的轴的形状如图所示： 各轴段的确定 零件的拆装顺序，轴上的主要零件是齿轮，为了方便从轴的右端装拆，齿轮、套筒、轴承、轴端盖、联轴器依次从 1=0.97 21=0.98 P2=3.3KW n2=133.3r/min T2=236.42N.M nts 2015-11-19 - 9 - (5) 确定 轴各段的直径。 轴的右端装入，左端的轴承从左端装入。 轴的结构设计为方便轴上零件安装，把轴设计成阶梯轴，后段轴的直径大于前端轴的直径，低速轴设计如下： 轴 1 段安装联轴器，用键周向固定。 轴 2 段高于轴 1形成轴肩，用 来定位联轴器。 轴 3 段高于轴 2段，方便来安装轴承。 轴 4 段高于轴 3段，方便安装齿轮，齿轮在轴段 4 上用键周向固定。 轴段 5 高于轴段 4形成轴环，用来定位齿轮。 轴 7 段直径应和轴段 3 直径相同，用来使左右两端轴承型号一致。轴段 6 高于轴段 7形成轴肩，用来定位轴承；轴6 段高于轴段 7的部分取决于轴承标准。 轴 1 的直径 d1=35mm. 轴 2 的直径应在轴 1 的基础上加上两倍的定位轴肩的高度，取定位轴肩高度 h12=（ 0.070.1） d1=4mm d2 =d1 +2 h12=35+8=43mm 轴 3，这里取 d3=50mm 同一根轴上的两轴承一般选同一型号的，所以d3 =d7 =50mm 轴 4 上安装齿轮，为方便安装取 轴 5 的直径 d5=57mm 轴 6 的直径应根据所用的轴承类型选择尺寸，预选用 6210深沟球轴承 d6=60mm、 D=110mm。 d1 =4mm d2 =43mm d3 =50mm d4 =52mm d5 =57mm d6 =60mm d7 =50mm nts 2015-11-19 - 10 - (6) 确 定 轴各段长度 （ 7）轴的受力分析 查附录五选联轴器的型号为 TL6，根据转速选择润滑方式为脂油润滑。 L1段安装联轴器，取 L2=L1+e+m=50mm e 为轴承端盖厚度 e=1.2d3 d3为螺钉直径 L3=B+2+3+2=40mm 2=（ 10 15） mm 3 =（ 3 5） mm 轴 4 的长度应略小于齿宽取 L4=58mm，L5=8mm,L6=10mm,L7=24mm L 总 =82+50+40+58+8+10+24=272mm 按扭转和弯曲组合进行强度校核 L1=82mm L2=50mm L3=40mm L4=58mm L5=8mm L6=10mm L7=24mm L 总 =272mm nts 2015-11-19 - 11 - （ 8） 计算支反力及弯矩 齿轮分度圆直径 d2=180mm 齿轮的圆周力 齿轮的径向力 Fr=Fttan =2387.5*tan20 =868.98N.mm a、 A 段支座反力，由于 B段和 A段对称只受一个力，故 FAV=FBV= Fr/2=868.92/2=434.46N b、求垂直平面弯矩 -截面 MIV=434.46 60=26067.6N -截面 MIIV=434.46 30=13033.8N 计算水平面的支座反力和弯矩 a、 FAH=FBH=Ft/2=2281.35/2=1140.68N b、求水平平面弯矩 -截面 MIH=1140.68 60=68440.8 N.mm -截面 MIIH=1140.68 30=34220.4 N.mm d2=180mm Fr=868.98N.mm FAV=434.46N F+=434.46N MIV=26067.6N MIIV=13033.8N FAH=1140.68N MIH=68440.8 N.mm MIIH=34220.4 nts 2015-11-19 - 12 - （ 9）键的选择与校核 求各截面合成弯矩 -截面 MMMIIHIVI 22 =73237.03N.mm -截面 MMMIIHIIVII 22 =36618.52N.mm TII=531007.8N.mm 确定 危险截面，组合计算时取 =0.6 - 截 面 应d 322Ie 1.0)(II TM =47634685.99/25004.7 =13.68MPa -截面d 322e 1.0)(IIII TM =322599.2/21600 =14.94MPa P2=4.3KW n =187.5r/min hd 3PA =（ 126103）5.1873.43 =（ 35.8028.84） mm d1=30mm、 d2=35mm、 d3=40mm、 d4=50mm、 d5=100mm、 d6=42mm d7=40mm 选择键的尺寸 低速轴的轴段 1和段 4 两处各安装一个键，查 所借阅书目 =本10 1， 选取普通平键联接。选取键的参数如下： d1=35 得出键 b h=10 8 t 轴深 = 5 t1 毂深 =3.3 r=0.25 0.40 d4=52 得出键 b h=16 10 t 轴深 =6.0 t1 毂深 =4.3 r=0.25 0.4 N.mm M1=73237.03N.mm M2=36618.52N.mm I=13.68MPa =14.9MPa P2=4.3KW n =187.5r/min nts 2015-11-19 - 13 - （ 10）轴承的选择与校核 t=6 t1=4.3 r=0.25 0.4 确定工作长度 L1=82mm L4=58mm b2=60(大齿轮宽度 ) 由轮厚宽度并参考键长度系列得， L=50mm 工作长度 l=L-b=50-10=40mm l=L-b=50-16=34mm 校核键的强度 查教材表 11-7 键的强度取值范围 p=50MP 60MP 静联接校核挤压强度 轴段 1 p1=2T 103/K l d=2 219010/4 40 35=78.22MPap1 轴段 2 p2=2T 103/K l d=2 219010/5 34 52=49.55MPa p2 轴段 1 的强度和范围值相差不大，可以用已确定的尺寸，不必修改。 所以，所选键联接强度满足要求。 1） 轴承型号选择 高速轴选择 轴承类型为深沟球轴承，型号为 6208. 低速轴选择轴承类型为深沟球轴承，型号为 6210. 2） 轴承寿命计算 高速轴： 高速轴的外端安装有带轮，中间安装有齿轮，要计算寿命，nts 2015-11-19 - 14 - 就要先求出轴承支座反力，进一步求出轴承的当量动载荷 P，然后计算轴承寿命 高速轴上的齿轮受力和低速轴的力大小相等，方向相反，即：Fr1=1038.9mm、 Ft1=2885.9mm，带对轴的压力 FR=1222.7mm。 求轴承 A处的支座反力 水平平面： FAH=FBH=Ft1=2885.9/2=1442.95N 垂直平面： FAV=FBV=Fr1=1038.9/2=519.45N 查 借阅书本表 13-9和 13-10得， ft=1、 fp=1.2、 =3、 查附录一 6208 轴承的基本额定载荷 C=29.5KN 其中 n =305.7r/min 代入公式得： Lh= n60106 ）（pfcfpt3 =24779.95N 低速轴； 查借阅书本表 13-9，温度修正系数 ft=1,表 13-10，载荷修正系数 fp=1.2,表 12-1，基本额定负荷 Cr=35KN,寿命指数 E=3 齿轮相对于轴对称布置轴承受力一样，计算 A处即可， 当量载荷 P= FFAHAH 22 =1.53KN 代入公式 Lh= n60106 ）（pfcfpt3 =3839301.44h 查借阅书表 13-11 看，高速轴使用时间较短，每年按 250 天算约工作五年。 nts 2015-11-19 - 15 - （ 11）箱体附件的设计 轴承的润滑方式选择脂润滑 高速轴处选用接触式毡圈密封 低速齿轮也选用接触式 毡圈密封 1） 箱体选择 一般情况下，为制造和加工方便，采用铸造箱体，材料为铸铁。箱体结构采用剖分式剖面选择在轴线所在的水平面上。 箱体中心高度 H=d2a/2+（ 50 70） mm =99+（ 50 70） mm =（ 149 169） mm 取中心高度 H=160mm 取箱体厚度 =8mm 齿顶圆到内壁高度为 14mm 2） 选择轴承端盖 选用凸缘式轴承盖，根据轴承型号设计轴承盖的尺寸： 高速轴： D=80mm、 d3=8mm、 D0=100mm、 D2=120mm 低速轴： D=90mm,d3=8mm、 D0=110mm、 D2=160mm 3） 确定检查孔 和孔盖 的尺寸： L1=110mm、 b1=70mm； b2=60mm L2=100mm 材料选择 Q235，厚度取 6mm。 4） 通气器 选用表 14-7通气 1，选 M12 1.25. nts 2015-11-19 - 16 - 5）油标装置 选用 14-5 中 M12。 6）螺塞 选用表 14-10 中 M10 1 7）定位销 定位销选用圆锥销。销钉公称直径 d=8mm。 nts 2
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