單級直齒圓柱齒輪減速器—課程設(shè)計(jì)

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1、 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目:單級直齒圓柱齒輪減速器 設(shè)計(jì)任務(wù)分配: 設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)者 頁碼 齒輪的設(shè)計(jì)與校核(含零件圖) 6~10 軸的設(shè)計(jì)與校核(含零件圖) 6~13 鍵的選擇與校核 13~14 軸承的選擇 15 箱體的設(shè)計(jì) 15~17 箱體零件圖的繪制 排版 目 錄 1 設(shè)計(jì)任務(wù)書……………………………………………………………1 2 設(shè)計(jì)說明書…………………………………

2、…………………………2 2.1 齒輪的設(shè)計(jì)與校核…………………………………………………6 2.2 軸的設(shè)計(jì)與校核……………………………………………………7 2.3 鍵的選擇與校核……………………………………………………13 2.4 軸承的選擇…………………………………………………………15 2.5 減速器箱體的設(shè)計(jì)…………………………………………………17 3 設(shè)計(jì)小結(jié)………………………………………………………………18 參考書目…………………………………………………………………22 1 設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、工作簡圖 圖1

3、 單級直齒圓柱齒輪減速器齒輪傳動設(shè)計(jì) 二、原始數(shù)據(jù) 減速器傳遞功率(7.5P/kW): 主動軸轉(zhuǎn)速n1(600r/min): 傳動比:i=4 箱體材料:鑄鐵 三、工作條件: 每日工作時速24h,連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn),載荷平穩(wěn),室內(nèi)工作;工作年限5年;最高工作溫度60℃。 四、設(shè)計(jì)工作量: ⑴ 減速器總裝圖1張(A2); ⑵ 從動軸、從動齒輪、主動齒輪(含軸)零件圖3張(A3); ⑶ 設(shè)計(jì)說明書1份。 2 設(shè)計(jì)說明書 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 2.1齒輪的設(shè)計(jì)與校核 (1)選擇材料:熱處

4、理,精度等級及齒數(shù),該齒輪無特殊要求,所設(shè)計(jì)的齒輪可選用便于制造價(jià)格低廉的材料。 查表,小齒輪選用45鋼,調(diào)質(zhì),HBS1=229~286,取HBS1=240,大齒輪選用45鋼,正火,HBS2=169~217,取HBS2=190.齒輪選用八級精度。(GB/0095-88). (2)齒輪面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì): ①齒輪轉(zhuǎn)矩T1. T1=9.5510=9.5510=119375Nmm ②載荷系數(shù)K,因載荷系數(shù)比較平穩(wěn),齒輪相對軸系對稱布置,由載荷系數(shù)表,查得載荷系數(shù)K=1.1 ③齒數(shù)Z,和齒寬系數(shù)。 軟齒面閉式齒輪傳動在滿足彎曲強(qiáng)度的條件下,為提高傳動的平穩(wěn)性,小齒輪齒

5、數(shù)一般取,z=20~40,速度較高時取較大值。因載荷比較平穩(wěn),所以選齒輪系數(shù)z=35,大齒輪系數(shù)z=uz,z=435=140. 實(shí)際傳動比:===4 齒數(shù)誤差為:﹙7.5-7.5﹚=0% 在允許范圍內(nèi),(工程上允許5%的變化范圍。)由表(齒寬系數(shù))取=1.1。 ④齒數(shù)比U=4. ⑤材料彈性系數(shù)查表(材料系數(shù))=189.8 ⑥許用接觸應(yīng)力;由圖(齒輪材料的接觸疲勞強(qiáng)度極限) =550Mpa; =510Mpa; 由表(最小安全系數(shù))=1.1,所以: =/=560/1.1≈500Mpa =/=510/1.1≈464Mpa 由于<因此應(yīng)取小值代入: ≥ ≥ ≥≈

6、50.52mm ⑶確定齒輪參數(shù)及主要尺寸。 m===1.44mm 查表(模數(shù)m的標(biāo)準(zhǔn)值)取標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm 分度圓直徑: =m=235=70mm =m=2140=280mm 中心距: a===175mm b==1.170=77mm 取=55mm;= +﹙5~10﹚=82mm ⑷校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度: 許用彎曲應(yīng)力圖(齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度極限)。 =220Mpa =200Mpa 有表(最小安全系數(shù)),查得=1.3 ==169Mpa ==154Mpa 查表(標(biāo)準(zhǔn)外齒輪的齒形系數(shù)應(yīng)力修正系數(shù)) =2.45 =2.14 =1.65

7、 =1.83 用公式==得: ==2.451.65 98.484< ==2.141.83 95.407< ⑸確定齒輪的傳動精度 齒輪的轉(zhuǎn)速度:V== =2.198m/s 對照齒輪精度等級的適應(yīng)范圍表,可知,選八級精度適合。 ⑹可畫出大小齒輪 分度圓直徑d: =m=235=70mm =m=2140=280mm 齒頂圓直徑: =m(+2)=2(35+2)=74mm =m(+2)=2(140+2)=284mm 齒根圓直徑: =m(-2.5)=2(3.5-2.5)=65mm =m(-2

8、.5)=2(140-2.5)=275mm 齒頂高m=12=2 齒全高h(yuǎn): h==2+2.5=4.5mm 齒根高: =m()=2(1+0.25)=2.5mm 跨齒側(cè)數(shù): =0.111+0.5=0.11135+0.54 =0.111+0.5=0.111140+0.516 公法線長度w: =m =2 =21.637mm =m =2 =95.401mm 有設(shè)計(jì)指導(dǎo)書查得公法線長度的上、下偏差值。因此: =21.637 =95.401 所以小齒輪與軸做成一體為齒輪軸結(jié)構(gòu),大齒輪采用鍛造輪輻式結(jié)構(gòu)。 ⒉2 軸的設(shè)計(jì)與校核 ⑴選擇軸的材料,確定

9、許用應(yīng)力。 選45鋼,正火處理,查表得到其硬度為170~217HBS,抗拉強(qiáng)度=600Mpa,查表得到許用彎曲應(yīng)力=55Mpa,計(jì)算軸的最小直徑。 超標(biāo)得到C=115,因此有: d≧=27.025mm 考慮到該段上有鍵槽,擬取d=27mm ⑵對軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ① 軸的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 確定軸上零件的位置和定位方式,由于設(shè)計(jì)的是單速級齒輪減速器,為了簡便起見,應(yīng)該把齒輪布置在箱體內(nèi)部的中間,軸承對稱布置在齒輪的兩邊。同時,安裝在軸上的齒輪,靠軸環(huán)和套筒實(shí)現(xiàn)徑向固定,靠普通平鍵和過盈配合實(shí)現(xiàn)軸向固定。齒輪兩端的軸承依靠軸承端蓋和過盈配合實(shí)現(xiàn)徑向固定和軸線固定。 確定軸段的直徑:

10、 為了滿足各零件的安裝要求,此軸的各部分尺寸要按照階梯軸進(jìn)行確定。外伸端軸頭,即安裝帶輪的軸頭,直徑為30mm,為使帶輪能軸向固定,因此需要在軸的外伸端設(shè)計(jì)出一個軸肩。因軸承邊要安裝在這一端上,所以通過左端軸承的這一段應(yīng)取直徑40mm考慮到便于拆裝,與軸承蓋接觸的軸段略小取35mm。按要求,查軸承的標(biāo)準(zhǔn)手冊,選用兩個6209型的深溝球軸承,故安裝在左端軸承的軸頸直徑也是40mm,為了便于齒輪的裝配,齒輪處的軸頭直徑為50mm。 確定軸的各段長度: 齒輪輪轂的寬度為60mm,故齒輪處軸頭的長度為80mm(齒輪軸),齒輪與軸分離式的齒輪軸頭的長度為58mm,比輪

11、轂長度短是為了用套筒進(jìn)行軸向定位。有軸承的標(biāo)準(zhǔn)手冊查得6209型軸承的寬度為19mm,同時齒輪兩端面,左側(cè)穿過軸承蓋的軸段的長度取為36mm,與帶輪相配合的軸頭長度取34mm,軸的直跨距為187mm。 ② 校核軸的強(qiáng)度 計(jì)算齒輪上所受的圓周力和徑向力: =23411.71N 徑向力 =tan20=3411.710.36=1227.86N 的方向如圖所示 水平支反力(圖9) Ⅰ-Ⅰ截面處彎矩為: Ⅱ-Ⅱ截面處彎矩為: 垂直面內(nèi)的彎矩圖(圖c) Ⅰ-Ⅰ截面處彎矩為: Ⅱ-Ⅱ截面處彎矩為: 作合成彎矩圖(圖d) Ⅰ-Ⅰ截面: Ⅱ-Ⅱ截面: 作轉(zhuǎn)矩圖(圖f)

12、 求彎矩 因減速器單向運(yùn)轉(zhuǎn),故認(rèn)為轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)變化,取修正系數(shù) Ⅰ-Ⅰ截面: Ⅱ-Ⅱ截面: 確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度 由圖可知Ⅰ-Ⅰ為危險(xiǎn)截面,故對該截面進(jìn)行校核: Ⅰ-Ⅰ截面: Ⅱ-Ⅱ截面: 查到滿足,故軸的強(qiáng)度足夠。 因軸的強(qiáng)度足夠,故軸的結(jié)構(gòu)不用再做修改。 4、 軸承的選擇 主從動軸均選用6208型深溝球軸承。各部分尺寸為,,。 ⒉3鍵的選擇與校核 根據(jù)軸的直徑查表 八級精度的齒輪有定心精度要求應(yīng)選擇平鍵。 由于齒輪不在軸端,故選用圓頭普通平鍵,根據(jù)d=30從表(17-6)課本P217,b=16、h=10 有輪轂寬度55并參考鍵的長度系列取鍵長L=45

13、⑵ 校核鍵的長度 鍵、軸和輪轂的材料都是鋼,有表(17-7)可查得許用擠壓力=100~120Mpa取110Mpa 計(jì)算鍵受到的作用力F:由T=F得 F===4591.34N 計(jì)算剪切力=F=4591.34N 計(jì)算剪切面的面積 =b(L-b)+=472.96 (2)計(jì)算剪切工作應(yīng)力: ===9.58< (3)校核抗擠壓強(qiáng)度 (3.1)計(jì)算擠壓作用力 F=F=4591.34N (3.2) 計(jì)算擠壓面積 (L-b)= (45-16)=145 (3.3)計(jì)算擠壓工作應(yīng)力 ==12.67Mpa< 鍵的強(qiáng)度足夠 ⒉4軸承的選擇、 ⑴:受純徑向載荷時應(yīng)選

14、向心軸承 ⑵:根據(jù)軸徑大小選擇:6206和6210 ⒉5減速器箱體的設(shè)計(jì) 箱體應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度 為保證鑄造箱體的強(qiáng)度和剛度,在軸承處不僅要有足夠的壁厚,而且要在軸承座上加支撐力,箱體的支撐力有內(nèi)力和外力兩種結(jié)構(gòu),一般采用外力,內(nèi)力剛度大,外表美觀,但內(nèi)力阻礙潤滑油的流動,工藝也復(fù)雜。 ⑵:箱體應(yīng)有可靠的密封且便于傳動件的潤滑和散熱。為保證箱體連接當(dāng)然密封,箱體剖面連接凸緣應(yīng)有足夠的寬度,剖分面邀精加工,裝配合箱時剖分面結(jié)合處也允許涂上密封膠。連接箱蓋和箱座的螺栓組應(yīng)對稱布置,螺栓間距不宜過大,一般小于200mm。為提高密封性,有的減速器在剖分面上制出回油溝,使?jié)B出的油可以

15、沿油溝槽流回油箱。 一般情況下,單級傳動每傳遞1KW的功率需油量=0.35-0.7L 圖中表示減速器的中心高;H表示減速器中分面距油殼底面的距離;H表示油面高度;h 表示適當(dāng)?shù)慕蜕疃葘τ趩渭増A柱齒輪減速器,m<20mm時,浸油深度h約為等于一個全齒高,但小于10mm (3)箱體的鑄造工藝 箱體的鑄造力求壁厚均勻 查鑄造過度尺寸(JB\ZQ4254-1986) X=5 Y=25 R=5 (4)箱體附件設(shè)計(jì) (1):檢視孔和視孔蓋 檢視孔應(yīng)開在箱體上部,以便于觀察嚙合零件的位置 (2)通氣器 通氣器是用來溝通箱體內(nèi)外的氣流,平橫箱

16、體氣壓,一般安在箱蓋最高的位置,也可裝在視孔板上。 (3)油標(biāo) 油標(biāo)是用來指示油面高度,其位置應(yīng)設(shè)于檢查及油面較穩(wěn)定的位置。 ⑷放油螺塞 放油螺塞應(yīng)開在箱底面最低處,油塞的直徑一般為箱體壁厚的1.5~2倍,=20,查表M20x1.5 ⑸起吊裝置 起吊環(huán)螺釘為標(biāo)準(zhǔn)件 a=125w=825N 設(shè)計(jì)小結(jié) 通過本次設(shè)計(jì)我們學(xué)到了很多知識,檢查出了很多的不足,以前學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)很不牢固,比如課程設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的計(jì)算方法、公式都忘了。在實(shí)驗(yàn)中我們不斷的翻資料,相互討論,在設(shè)計(jì)過程中軸的設(shè)計(jì)有一組數(shù)據(jù)出問題,要把這兩個軸的設(shè)計(jì)全部否定,對軸的

17、跨距受力分析,CAD出圖,每一步都要小心,謹(jǐn)慎。我們組的同學(xué)都很上進(jìn),有時會為了一個問題去爭辯,雖然設(shè)計(jì)過程很辛苦,我們都很快樂,堅(jiān)持就是勝利,用不言棄!、 ⒈對于軸承的選擇我們剛開始的時候擬定的是6208,幾近完工的時候才發(fā)現(xiàn)6208太小了,我們又從新計(jì)算,找出錯誤并改正終于發(fā)現(xiàn)了問題所在,大家有幾經(jīng)討論最終改為相差不大的6209型軸承,由此可見一個微小的錯誤會造成多么大的影響。之堤毀于蟻穴,這個我們從小就學(xué)的成語到今天我才真正理解他的含義。 ⒉對于是否設(shè)計(jì)成齒輪軸的問題,要考慮到齒頂圓直徑是否小于軸孔直徑的2倍,若小于時應(yīng)該將齒輪與軸制成一體,即齒輪軸。 ⒊軸的受力為彎矩組合

18、,強(qiáng)度校核時要按照理論分析。 ⒋鍵的設(shè)計(jì)可以用擠壓強(qiáng)度定出鍵長L的范圍,在在范圍內(nèi)取值后再用剪切應(yīng)力校核。 ⒌軸承在校核時需要考慮其額定動載荷以及極限轉(zhuǎn)速。 ⒍聯(lián)軸器的選擇主要考慮是否要求具有補(bǔ)償相對位移的能力。 ⒎通過這次設(shè)計(jì)我們的感覺到了合作的重要性,也明白了為什么會有1+1>2這個公式了,他的存在告訴我們合作的重要性。 HBS1=240 HBS2=190 T1=119375Nmm K=1 z=35 z=140 =4 =189.8 =550Mpa; =510

19、Mpa; ≈500Mpa ≈464Mpa m=2mm =70mm =280mm a=175mm b=77mm =82mm =55mm =2.45 =2.14 =1.65 =1.83 V =2.198m/s =70mm =280mm =74mm =284mm =65mm =275mm h=4.5mm =2.5mm 3 設(shè)計(jì)小結(jié) 參考書目 1 陳立德主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書. 北京:高等教育出版社,2007.3 2李向東 馬新生 主編。計(jì)算機(jī)工程制圖與測繪。北京:中國電力出版社2010.8 3王良斌 王保華 主編。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。北京;郵電大學(xué)出版社。2012.5 4 23

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