單級(jí)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(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)題目：?jiǎn)渭?jí)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(yè)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(shū)……………………………………………………………1 2 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)…………………………………

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(shū)目…………………………………………………………………22 1 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一、工作簡(jiǎn)圖 圖1

3、 單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 二、原始數(shù)據(jù) 減速器傳遞功率（7.5P/kW）： 主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n1(600r/min)： 傳動(dòng)比：i=4 箱體材料：鑄鐵 三、工作條件： 每日工作時(shí)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(dòng)軸、從動(dòng)齒輪、主動(dòng)齒輪（含軸）零件圖3張（A3）； ⑶ 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1份。 2 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 計(jì) 算 及 說(shuō) 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(jí)及齒數(shù)，該齒輪無(wú)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(jí)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(duì)軸系對(duì)稱(chēng)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(dòng)在滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度的條件下，為提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，小齒輪齒

5、數(shù)一般取，z=20~40，速度較高時(shí)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(dòng)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(dòng)精度 齒輪的轉(zhuǎn)速度：V== =2.198m/s 對(duì)照齒輪精度等級(jí)的適應(yīng)范圍表，可知，選八級(jí)精度適合。 ⑹可畫(huà)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(xiàn)長(zhǎng)度w: =m =2 =21.637mm =m =2 =95.401mm 有設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)查得公法線(xiàn)長(zhǎng)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(duì)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(jí)齒輪減速器，為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，應(yīng)該把齒輪布置在箱體內(nèi)部的中間，軸承對(duì)稱(chēng)布置在齒輪的兩邊。同時(shí)，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(guò)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(guò)盈配合實(shí)現(xiàn)徑向固定和軸線(xiàn)固定。 確定軸段的直徑：

10、 為了滿(mǎn)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(gè)軸肩。因軸承邊要安裝在這一端上，所以通過(guò)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(cè)，選用兩個(gè)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(zhǎng)度： 齒輪輪轂的寬度為60mm,故齒輪處軸頭的長(zhǎng)度為80mm（齒輪軸），齒輪與軸分離式的齒輪軸頭的長(zhǎng)度為58mm，比輪

11、轂長(zhǎng)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(cè)查得6209型軸承的寬度為19mm，同時(shí)齒輪兩端面，左側(cè)穿過(guò)軸承蓋的軸段的長(zhǎng)度取為36mm，與帶輪相配合的軸頭長(zhǎng)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(dòng)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(duì)該截面進(jìn)行校核： Ⅰ-Ⅰ截面： Ⅱ-Ⅱ截面： 查到滿(mǎn)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(dòng)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(jí)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(zhǎng)度系列取鍵長(zhǎng)L=45

13、⑵ 校核鍵的長(zhǎng)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(shí)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(rùn)滑油的流動(dòng)，工藝也復(fù)雜。 ⑵：箱體應(yīng)有可靠的密封且便于傳動(dòng)件的潤(rùn)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(shí)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(duì)稱(chēng)布置，螺栓間距不宜過(guò)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(jí)傳動(dòng)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?duì)于單級(jí)圓柱齒輪減速器，m<20mm時(shí)，浸油深度h約為等于一個(gè)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(guò)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(kāi)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(lái)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(lái)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(kāi)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(guò)本次設(shè)計(jì)我們學(xué)到了很多知識(shí)，檢查出了很多的不足，以前學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)很不牢固，比如課程設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)程中軸的設(shè)計(jì)有一組數(shù)據(jù)出問(wèn)題，要把這兩個(gè)軸的設(shè)計(jì)全部否定，對(duì)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(shí)會(huì)為了一個(gè)問(wèn)題去爭(zhēng)辯，雖然設(shè)計(jì)過(guò)程很辛苦，我們都很快樂(lè)，堅(jiān)持就是勝利，用不言棄！、 ⒈對(duì)于軸承的選擇我們剛開(kāi)始的時(shí)候擬定的是6208，幾近完工的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)6208太小了，我們又從新計(jì)算，找出錯(cuò)誤并改正終于發(fā)現(xiàn)了問(wèn)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(jiàn)一個(gè)微小的錯(cuò)誤會(huì)造成多么大的影響。之堤毀于蟻穴，這個(gè)我們從小就學(xué)的成語(yǔ)到今天我才真正理解他的含義。 ⒉對(duì)于是否設(shè)計(jì)成齒輪軸的問(wèn)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(shí)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(shí)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(zhǎng)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(shí)需要考慮其額定動(dòng)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(duì)位移的能力。 ⒎通過(guò)這次設(shè)計(jì)我們的感覺(jué)到了合作的重要性，也明白了為什么會(huì)有1+1＞2這個(gè)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(shū)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(shū). 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(cè)繪。北京：中國(guó)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