单级直齿圆柱齿轮减速器的设计

1、 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：1001087设 计 者：第4组指导教师：刘敬平cad教研室2011年12月本组简介本 组：1001087班 第4组组 长:朱俊峰副组长: 彭会光成 员：朱俊峰 赵伟强 彭会光 朱允 是帅帅 闫北京 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）朱俊峰 赵伟强 彭会光5轴的设计与校核（含零件图）朱允 是帅帅 闫北京6键的选择与校核赵伟强 彭会光 朱允2轴承的选择彭会光 朱允 是帅帅2箱体的设计赵伟强 彭会光 闫北京2箱体零件图的绘制彭会光 朱允朱俊峰 赵伟强3排版朱

2、俊峰 彭会光3目 录1 设计任务书32 设计说明书42.1 齿轮的设计与校核42.2 轴的设计与校核82.3 键的选择与校核132.4 轴承的选择142.5 减速器箱体的设计153 设计小结17参考书目19一、 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）：5主动轴转速n1(r/min)：600减速器传动比i:3.5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（A2）； 设计说明书

3、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材料弹性系数ZE齿数比u许用接触应力(3)校核齿根弯曲疲劳强度三确定齿轮参数及主要尺寸(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。 (5)确定轴各段的直径。(6)确定轴各段长度（7）轴的受力分析（8）计算支反力及弯矩（9）键的选择与校核（10）轴承的选择与校核（11）箱体附件的

4、设计1.已知数据减速器传递功率P=5 KW 主动轴转速n1=600r/min 减速器传动比i=3.5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(GB1009588)查课本159页，表126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HBS<350,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=9.55×106×5/600=-N.mm由于载荷平稳，齿轮相对轴承对称布置，查课件表12-4得，K=1.1查课件表88得,d=1假设小齿轮齿

5、数Z1=20，则大齿轮齿数Z2=iZ1=3.5×20=70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（工程上允许±5的变化范围）查课件表87得，ZE=189.8 Mpa U=i=3.5由课件图829得，=560Mpa，=530Mpa由所借书本表1449得SH=1.25 则=/SH=560/1.25Mpa=448Mpa=/SH=530/1.25Mpa=424Mpa由于<,应把小值代入d = =58.78mm许用弯曲应力，由课件830得Flim1=205Mpa，Flim2 =190 Mpa查阅所借书本997页1449得

6、，SF=1.6F1=Flim1/SF=205/1.6=128.13MpaF2=Flim2/SF=190/1.6=118.75Mpa由课件87得，YF1=2.81 YS1=1.56YF2=2.29 YS2=1.74由课件822公式校核得=(2KT1/bm2Z1)YF1YF2=21.171625/6032202.811.56=63.96Mpa<F1=(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=58.78/20=2.94 经查阅所借资料表142得m=3mm 分度圆直径dd

7、1=mZ1=320=60mmd2=mZ2=364=192mm 中心距aa=m(Z1+Z2)/2=3×(20+64)/2=126mm 齿宽bb2=d×d1=1×60=60mmb1=b2+(510)=6575mm取b1=70mm 跨侧系数kk1=0.111Z1+0.5=2.72k2=0.111Z2+0.5=7.604 齿顶圆直径dada1=d1+2ha=6+2×3=66mmda2=d2+2ha=192+2×3=198mm 全齿高hha=ha*m=1×3=3mmhf=(ha*+c*)m=(1+0.25)×3=3.75mmh=ha+

8、hf=3+3.75=6.75mm齿根圆直径dfdf1=d1-2hf=60-2×3.75=52.5mmdf2=d2-2hf=192-2×3.75=184.5mm 公法线系数ww1=m2.9521×(k1-0.5)+0.014×Z1 =3×2.9521×(2.72-0.5)+0.014×20 =20.5mmw2=m2.9521×(k2-0.5)+0.014×Z2 =3×2.9521×(7.604-0.5)+0.014×64 =65.6mmd1=60mm n1=600r/minV=

9、d1n1/60×1000=×60×600/60×1000=1.89m/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。1(八级齿轮)=0.97 2(滚动轴承)=0.98则P2=P112=4.5×0.97×0.98=4.3KWn2=n1/I=60/3.2=187.5r/min 因轴对材料无特殊要求，故选用45钢，正火处理。根据公式dA ,查

10、所借书本表123，45钢的A=126103,于是得dA =(126103) mm=35.8025.292mm,考虑该轴段上有一个键槽，故应将直径增大5，即d=(35.8025.292)×1.05mm=37.5930.71mm;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

11、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

12、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）=4mm=+2 h12=35+8=43mm轴3，这里取=50mm同一根轴上的两轴承一般选同一型号的，所以=50mm轴4上安装齿轮，为方便安装取轴5的直径=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 =60mm、D=110mm。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

13、=B+2=40mm =（1015）mm =（35）mm轴4的长度应略小于齿宽取L4=58mm，L5=8mm,L6=10mm,L7=24mmL总=82+50+40+58+8+10+24=272mm按扭转和弯曲组合进行强度校核齿轮分度圆直径 d2=192mm齿轮的圆周力 齿轮的径向力Fr=Fttan=2387.5*tan20 ºa、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

14、面的支座反力和弯矩a、FAH=FBH=/2=2281.35/2=1140.68Nb、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 求各截面合成弯矩 -截面 -截面 TII 确定危险截面，组合计算时取=0.6 -截面应=47634685.99/25004.7 =13.68MPa -截面=322599.2/21600 =14.94MPaP2=4.3KW =187.5r/min=（126103）×=（35.8028.84）mm d1=30mm、d2=35mm、d3=40mm、

15、d4=50mm、d5=100mm、d6=42mmd7=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101，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=0.250.40d4=52得出键b×h=16×10 t轴深=6.0 t1毂深=4.3 r=0.250.4t=6 t1=4.3 r=0.250.4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=50-1

16、6=34mm 校核键的强度查教材表11-7键的强度取值范围=50MP60MP静联接校核挤压强度轴段1 =2T×103/K×l×d=2×219010/4×40×35=78.22MPa<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

17、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，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=305

18、.7r/min代入公式得：Lh=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=1.53KN代入公式Lh=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。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=/2+（50

19、70）mm =99+（5070）mm =（149169）mm取中心高度H=160mm取箱体厚度=8mm齿顶圆到内壁高度为14mm2） 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=160mm3） 确定检查孔和孔盖的尺寸：L1=110mm、b1=70mm；b2=60mmL2=100mm材料选择Q235，厚度取6mm。4） 通气器选用表14-7通气1，选M12×1.25.5）油标装置 选用14-5中M12。6）螺塞 选用表14-10中M10

20、15;17）定位销 定位销选用圆锥销。销钉公称直径d=8mm。P=5KWn1=600r/mini=3.5HBS1=220HBS2=190T1=79584N.mmZ1=20Z2=70ZE=189.8 MpaU=3.5=560Mpa=530MpaSH=1.25=448Mpa=424Mpa=205MPa=190MPaF1=128.13MpaF2=118.75MpaYF1=2.81YS1=1.56YF2=2.29 YS2=1.74m=3mmd1=60mmd2=192ma=126mmb2=60mmb1=70mmk1=2.72k2=7.604da1=66mmda2=198mmha=3mmhf=3.75mm

21、h=6.75mmdf1=52.5mmdf2=184.5mmw1=20.5mmw2=65.6mmV =1.89m/s1=0.9721=0.98P2=4.3KWn2=187.5r/minT2=4mm=43mm=50mm=52mm=57mm=60mm=50mmL1=82mmL2=50mmL3=40mmL4=58mmL5=8mmL6=10mmL7=24mmL总=272mmd2=272mmFAV=434.46NF+=434.46NMIV=26067.6NMIIV=13033.8NFAH=1140.68NMIH=68440.8 N.mmMIIH=34220.4 N.mmM1M2I=13.68MPa=14.9MPaP2=4.3KW=187.5r/min设计小结本次课程设计单级直齿圆柱齿轮减速器齿轮传动设计，主要设计包括：齿轮的设计与校核，轴的设计与校核，联轴器的选择与设计，键的选择与设计，滚动轴承的选择与设计以及箱体的设计。传动装置由齿轮传动组成。本次课程设计的步骤由给出的原始尺寸开始逐步向齿轮进行设计，直至设计完成为止。在设计的过程中翻阅了学过的各种关于力学，制图，公差方面的书籍，综合运用了这些知识，感觉提高了许多，当然尤其是在计算机软件CAD方面的运用，深切感到计算机辅助设计给设计人员带来的方便，各种设计，计算，制图全套完成。由于没有经验，第一次和本组同学做整个设计工作，在设