机械设计制造及其自动化课程设计一级减速器.doc

一 级 减 速 器 设 计学生：tanzhiyong_520学号：123456789指导老师：独孤求败院系：物理与电子工程学院专业：机械设计制造及其自动化 2010年6月1日设计题目：机械设计基础课程设计一级减速器设计设计要求：设计一单级闭式直齿圆柱齿轮（压力角为20）减速器，小齿轮的材料为45号钢调质处理，大齿轮的材料为ZG310-570正火。单向传动，载荷有中等冲击，用电动机驱动。要求数据：高速轴输入功率p=4kw高速轴输入转速n1=720r/min一. 对齿轮的设计和强度校核：1. 选择材料及确定许用应力： 小齿轮45号钢调质：齿面硬度197-286HBS，Hlim1=600Mpa，FE1=460Mpa。（1：表11-1）大齿轮ZG310-570正火：齿面硬度 163-197HBS ，Hlim2=300Mpa，FE2=230 Mpa。（1：表11-1）由1表11-5，取SH=1.1, SF=1.25， H1=Hlim1/SH=600/1.1=545 Mpa H2=Hlim2/SH=300/1.1=273 Mpa F1=FE1/ SF=460/1.25=368 Mpa F2=FE2/ SF=230/1.25=184 Mpa2. 由于这两种材料的齿轮为软齿面，因此先按齿面接触强度进行设计：由2表15-1取普通减速器的齿轮精度选8级；由1表11-3取载荷系数K=1.5； 由1表11-6取齿宽系数d=0.8；由1表11-4取弹性系数ZE=188；由机械设计手册取区域系数ZH=2.5, 齿数比u=3 因此i=3小齿轮上的转矩为：T1=9.55*106*P/n1=9.55*106*4/720=53.1*103 N*mmd1 即：d1=91mm齿数取Z1=30，则Z2=30*3=90。 即有： 模数m=d1/Z1=91/30=3.03 由1表4-1取m=3计算实际的分度圆直径：d1=Z1*m=30*3=90mm d2=Z2*m=90*3=270mm中心距a=（d1+d2）/2=（90+270）/2=180mm计算齿宽：b=d*d1=0.8*90=72mm，取b1=80mm，b2=75mm3. 验算软齿面弯曲强度：由1图11-8、11-9取YFa1=2.56，YSa1=1.63 ，YFa2=2.13, YSa2= 1.81由1式11-5得：F1 =2KT1 YFa1 YSa1/bm2Z1=2*1.5*53100*2.56*1.63/75*32*30=30MpaF1=368 MpaF2=F1*YFa2 *YSa2/ YFa1 *YSa2=30*2.13*1.81/2.56*1.63=27.7 Mpa.求齿轮上作用力的大小、方向: 小齿轮分度圆直径：d1=90mm 轴承最右端方向不确定的力F=1500N 作用在齿轮上的转矩为：T1=9.55*106*P/n1=9.55*106*4/720=53.1*103 N*mm求圆周力：Ft=2T1/d1=2*53.1*103/90 Ft=1180N求径向力：Fr=Fttan=429N由于选择滚动轴承Fa=02.求垂直面的支撑反力： F1V= F2v= Fr/2=214.5N3.求水平面的支撑反力： F1H= F2H=Ft/2=590N4.求力F在支点产生的反力： F1F=F*K/L=1500*(50-15/2)/(180+15/2+15/2)=327N F2F=F+ F1F=1827N5.求垂直面的弯矩： M、aV=MaV= F2V*195/2=214.5*97.5=21N*m6.求水平面的弯矩： MaH= F1H*97.5=58N*m7.求力F的弯矩： M2F=F*K=1500*42.5=64N*m F在齿轮中心面所在位置的轴的横截面上产生MaF=F1F*97.5=327*97.5=32 N*m8.求合成弯矩： Ma= （MaV2+ MaH2）1/2+ MaF=94 N*mM、a=（M、aV2+ MaH2）1/2+ MaF=94 N*mM2=Ma=94 N*m9.求轴传递的转矩： T=Ft*d1/2=1180*90/2=53.1N*m10.求危险截面的当量弯矩： 齿轮中心面所在位置的轴的横截面为最危险截面，其当量弯矩为： Me=Ma2+(aT)21/2如认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数a=0.6，代入上式得：Me=942+（0.6*53.1）21/2 =99 N*m11.计算危险截面处轴的直径：45钢正火处理：硬度170-217HBS 强度极限B=600Mpa，屈服极限S=300Mpa， 弯曲疲劳极限-1=275MpadMe/0.1*-1b=(99000/0.1*60)1/3d=25mm 由于考虑到箱体结构，最小直径取d=30mm1. 对于低速轴： (1).选择材料及确定许用应力： 由1表14-1选45钢调质处理：硬度217-255HBS 强度极限B=650Mpa，屈服极限S=360Mpa， 弯曲疲劳极限-1=300Mpa(2).设计轴的直径和长度：由1表14-2取t=35Mpa由1表14-3取-1b=60 Mpa 由1表11-9取=0.97 因此低速轴从高速轴获得的功率为P2=P*0.97=3.88 kw n2=n1/i=720/3=240r/min 即： tT/WT=9.55*106*3.88/0.2d23n2d2=28mm 增大5%到d2=30m1.从最右端开始第一段，为滚动轴承的安装段，选用6210型轴承，其尺寸为dDB=509020取d1=350mm，暂定长度L1=22mm2.右起第二段，为滚动轴承定位轴肩，因此其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取d2=55mm，L2=20mm3.右起第三段，为齿轮的定位轴肩取d3=70mm。L3=32.5mm。 4.右起第四段，为齿轮的安装段且为滚动轴承的定位轴肩其直径应小于滚动轴承的内圈外取d3=60mm。L3=130mm。5.右起第五段，为滚动轴承的的安装段取d3=50mm。L3=80mm。(3).对此轴进行强度校核：参照1P247例14-11.求齿轮上作用力的大小、方向: 大齿轮分度圆直径：d2=270mm 轴承最左端方向不确定的力F=2000N 作用在齿轮上的转矩为：T1=9.55*106*P/n1=9.55*106*3.88/240=1.5*105 N*mm求圆周力：Ft=2T1/d1=2*1.5*105/90 Ft=3413N求径向力：Fr=Fttan=1242N由于选择滚动轴承Fa=02.求垂直面的支撑反力： F1V= F2v= Fr/2=621N3.求水平面的支撑反力： F1H= F2H=Ft/2=1706.5N4.求力F在支点产生的反力： F1F=F*42.5/195=436N F2F=F+ F1F=2436N5.求垂直面的弯矩： M、aV=MaV= F2V*195/2=238N*m6.求水平面的弯矩： MaH= F1H*195/2=166N*m7.求力F的弯矩： M2F=F*42.5=2000*42.5=85 N*m F在齿轮中心面上的MaF=F1F*195/2=43 N*m8.求合成弯矩： Ma= （MaV2+ MaH2）1/2+ MaF=333N*mM、a=（M、aV2+ MaH2）1/2+ MaF=333 N*mM2=Ma=333 N*m9.求轴传递的转矩： T=Ft*d2/2=3413*270/2=1.5*105 N*mm10.求危险截面的当量弯矩： 齿轮中心面为最危险截面，其当量弯矩为： Me=Ma2+(aT)21/2如认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数a=0.6，代入上式得：Me=3332+（0.6*150）21/2 =345N*m11.计算危险截面处轴的直径：45号钢正火处理：硬度170-217HBS 强度极限B=600Mpa，屈服极限S=300Mpa， 弯曲疲劳极限-1=275Mpa查1表14-3 取-1b=60MpdMe/0.1*-1b=(345000/0.1*60)1/3d=39mm考虑到键槽对轴的削弱，将d值加大5%，故d=1.05*3940mm 由于考虑到箱体结构，最小直径取d=50mm综上所述：高速轴最小直径可取d1=30mm，45号钢正火处理 低速轴最小直径可取d2=50mm，45号钢调质处理三. 选择轴承:根据所设计的轴选择合适的轴承，由于轴只受径向力