单级直齿圆柱齿轮减速器的设计

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2020-1-4-1-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排版朱俊峰彭会光32020-1-4-2-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2020-1-4-3-一、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：⑴减速器总装图1张（A1）；⑵从动轴、从动齿轮、主动齿轮（含轴）零件图3张（A2）；⑶设计说明书1份。2020-1-4-4-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⑴选择齿轮材料及确定设计准则⑵按齿面接触疲劳强度设计①确定齿轮转矩T1②选载荷系数K③选择齿宽系数∮d和齿数Zi④材料弹性1.已知数据①减速器传递功率P=5KW②主动轴转速n1=600r/min③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(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=9.55×106×5/600=---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8–8得,∮d=1假设小齿轮齿数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）P=5KWn1=600r/mini=3.5HBS1=220HBS2=190T1=79584N.mmZ1=20Z2=702020-1-4-5-系数ZE⑤齿数比u⑥许用接触应力[H](3)校核齿根弯曲疲劳强度查课件表8–7得，ZE=189.8MpaU=i=3.5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≥321)][52.3(1uKHEuZTd）（=32)4248.18952.3(2.313.3716251.1=58.78mm许用弯曲应力[F]，由课件8–30得σFlim1=205Mpa，σFlim2=190Mpa查阅所借书本997页14–49得，SF=1.6[σ]F1=σFlim1/SF=205/1.6=128.13Mpa[σ]F2=σFlim2/SF=190/1.6=118.75Mpa由课件8–7得，YF1=2.81YS1=1.56YF2=2.29YS2=1.74由课件8–22公式校核得F=(2KT1/bm2Z1)YF1YF2=21.171625/6032202.81ZE=189.8MpaU=3.51Hlim=560Mpa2Hlim=530MpaSH=1.25[1H]=448Mpa[2H]=424Mpa1limF=205MPa2limF=190MPa[σ]F1=128.13Mpa[σ]F2=118.75MpaYF1=2.81YS1=1.56YF2=2.29YS2=1.742020-1-4-6-三．确定齿轮参数及主要尺寸1.56=63.96Mpa[σ]F12F=(2KT2/bm2Z2)YF1YF2=21.171625/6032642.291.74=18.17[σ]F2以上弯曲强度校核满足要求，设计合理。①模数m=d1/Z1=58.78/20=2.94经查阅所借资料表14–2得m=3mm②分度圆直径dd1=mZ1=320=60mmd2=mZ2=364=192mm③中心距aa=m(Z1+Z2)/2=3×(20+64)/2=126mm④齿宽bb2=∮d×d1=1×60=60mmb1=b2+(5～10)=65～75mm取b1=70mm⑤跨侧系数kk1=0.111Z1+0.5=2.72k2=0.111Z2+0.5=7.604⑥齿顶圆直径dada1=d1+2ha=6+2×3=66mmda2=d2+2ha=192+2×3=198mm⑦全齿高hm=3mmd1=60mmd2=192ma=126mmb2=60mmb1=70mmk1=2.72k2=7.604da1=66mmda2=198mm2020-1-4-7-(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．轴的设计ha=ha*m=1×3=3mmhf=(ha*+c*)m=(1+0.25)×3=3.75mmh=ha+hf=3+3.75=6.75mm⑧齿根圆直径dfdf1=d1-2hf=60-2×3.75=52.5mmdf2=d2-2hf=192-2×3.75=184.5mm⑧公法线系数ww1=m[2.9521×(k1-0.5)+0.014×Z1]=3×[2.9521×(2.72-0.5)+0.014×20]=20.5mmw2=m[2.9521×(k2-0.5)+0.014×Z2]=3×[2.9521×(7.604-0.5)+0.014×64]=65.6mmd1=60mmn1=600r/minV=πd1n1/60×1000=π×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。ha=3mmhf=3.75mmh=6.75mmdf1=52.5mmdf2=184.5mmw1=20.5mmw2=65.6mmV=1.89m/sη1=0.972020-1-4-8-(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。η1(八级齿轮)=0.97η2(滚动轴承)=0.98则P2=P1η1η2=4.5×0.97×0.98=4.3KWn2=n1/I=60/3.2=187.5r/minT2=9550(P2/n2)=9550(4.3/187.5)=219.01N.M①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=126～103,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。①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：②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η21=0.98P2=4.3KWn2=187.5r/minT2=219.01N.M2020-1-4-9-(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=（0.07~0.1）d1=4mmd2=d1+2h12=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=4mmd2=43mmd3=50mmd4=52mmd5=57mmd6=60mmd7=50mm2020-1-4-10-(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=50mme为轴承端盖厚度e=1.2d3d3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=24mmL总=82+50+40+58+8+10+24=272mm按扭转和弯曲组合进行强度校核L1=82mmL2=50mmL3=40mmL4=58mmL5=8mmL6=10mmL7=24mmL总=272mm2020-1-4-11-（8）计算支反力及弯矩齿轮分度圆直径d2=192mm齿轮的圆周力齿轮的径向力Fr=Fttanα=2387.5*tan20º=868.98N.mm①a、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=434.46Nb、求垂直平面弯矩Ⅰ-Ⅰ截面MIV=434.46×60=26067.6NⅡ-Ⅱ截面MIIV=434.46×30=13033.8N②计算水平面的支座反力和弯矩a、FAH=FBH=Ft/2=2281.35/2=1140.68Nb、求水平平面弯矩Ⅰ-Ⅰ截面MIH=1140.68×60=68440.8N.mmⅡ-Ⅱ截面MIIH=1140.68×30=34220.4N.mmd2=272mmFr=868.98N.mmFAV=434.46NF+=434.46NMIV=26067.6NMIIV=13033.8NFAH=1140.68NMIH=68440.8N.mmMIIH=34220.4N.mm2020-1-4-12-（9）键的选择与校核③求各截面合成弯矩Ⅰ-Ⅰ截面MMMIIHIVI22=