机械设计制造及其自动化课程设计一级减速器

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，σHlim1=600Mpa，σFE1=460Mpa。（[1]：表11-1）大齿轮ZG310-570正火：齿面硬度163-197HBS，σHlim2=300Mpa，σFE2=230Mpa。（[1]：表11-1）由[1]表11-5，取SH=1.1,SF=1.25，[σH1]=σHlim1/SH=600/1.1=545Mpa[σH2]=σHlim2/SH=300/1.1=273Mpa[σF1]=σFE1/SF=460/1.25=368Mpa[σF2]=σFE2/SF=230/1.25=184Mpa2.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Ψd=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*103N*mmd1≥211*K23］［σΨHHEZZuudT即：d1=211*K23］［σΨHHEZZuudT=22735.2*188313*8.053100*5.1*23=Φ91mm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=Φ90mmd2=Z2*m=90*3=Φ270mm中心距a=（d1+d2）/2=（90+270）/2=180mm计算齿宽：b=Ψd*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：σF1=2KT1YFa1YSa1/bm2Z1=2*1.5*53100*2.56*1.63/75*32*30=30Mpa[σF1]=368MpaσF2=σF1*YFa2*YSa2/YFa1*YSa2=30*2.13*1.81/2.56*1.63=27.7Mpa[σF2]=184Mpa安全4.齿面的圆周速度：V=π*d1*n1/（60×1000）=3.14*90*720/60000=3.4m/s对照[1]表11-2选择8级精度是合宜的（直齿圆柱齿轮8级精度转动的圆周速度（v≤6m/s）综上所述：查[1]表4-2模数m齿数Z压力角齿顶da齿根df材料小齿轮33020°9682.545号钢调质大齿轮39020°276262.5ZG310-570正火二.对轴的设计和强度校核：对于高速轴：⑴.选择材料及确定许用应力：由[1]表14-1选45钢正火处理：硬度170-217HBS强度极限σB=600Mpa，屈服极限σS=300Mpa，弯曲疲劳极限σ-1=275Mpa由[1]表14-2取[t]=35Mpa：[t]≥T/WT=9.55*106*4/0.2d3n1d=Φ19.6mm圆整放大d=Φ20mm(2).确定轴各段直径和长度：1.从最右端第一段开始，由于轮盘与轴通过键联接应增大轴，且也是安装轴承段，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6206型轴承，其尺寸为d×D×B=30×62×16，取直径为d1=Φ30mm，暂定长度为L1=80。（[2]P151）2.右起第二段是安装齿轮的部分，也是轴承的定位轴肩，直径取d2=Φ35mm，L2=130mm。3.右起第三段，为齿轮的定位轴肩,取d3=Φ40mm长度取L3=25mm。4.右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩，其直径应小于滚动轴承的内圈外径（d=D/4+3d/4，（[2]P151）），取d4=Φ35mm，长度为L4=25mm。5.右起第五段，为安装滚动轴承段，取d5=Φ30mm，长度取L4=20mm。(3).对此轴进行强度校核：参照[1]P247例14-11.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*103N*mm求圆周力：Ft=2T1/d1=2*53.1*103/90Ft=1180N求径向力：Fr=Ft·tanα=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)=327NF2F=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*mF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=32N*m8.求合成弯矩：Ma=（MaV2+MaH2）1/2+MaF=94N*mM、a=（M、aV2+MaH2）1/2+MaF=94N*mM2=Ma=94N*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)2]1/2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）2]1/2=99N*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σB=600Mpa，屈服极限σS=300Mpa，弯曲疲劳极限σ-1=275Mpad≥Me/0.1*σ-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σB=650Mpa，屈服极限σS=360Mpa，弯曲疲劳极限σ-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[σ-1b]=60Mpa由[1]表11-9取η=0.97因此低速轴从高速轴获得的功率为P2=P*0.97=3.88kwn2=n1/i=720/3=240r/min即：[t]≥T/WT=9.55*106*3.88/0.2d23n2d2=Φ28mm增大5%到d2=Φ30m1.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d×D×B=50×90×20取d1=Φ350mm，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[1]P247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*105N*mm求圆周力：Ft=2T1/d1=2*1.5*105/90Ft=3413N求径向力：Fr=Ft·tanα=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=436NF2F=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=85N*mF在齿轮中心面上的MaF=F1F*195/2=43N*m8.求合成弯矩：Ma=（MaV2+MaH2）1/2+MaF=333N*mM、a=（M、aV2+MaH2）1/2+MaF=333N*mM2=Ma=333N*m9.求轴传递的转矩：T=Ft*d2/2=3413*270/2=1.5*105N*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)2]1/2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）2]1/2=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σB=600Mpa，屈服极限σS=300Mpa，弯曲疲劳极限σ-1=275Mpa查[1]表14-3取σ-1b=60Mpd≥Me/0.1*σ-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*39≈40mm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，由于轴只受径向力和圆周力，因此选用深沟球轴承即可，高速轴用6206，两个；低速轴用6210，两个。有关参数见[2]P151。四.绘图：参考资料：[1]杨可桢,程光蕴等.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社.2006年5月[2]朱文坚,黄平.机械设计基础课程设计[M].北京:科学出版社.2009年5月[3]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社.2007年