机械设计制造及其自动化课程设计一级减速器样本.doc

一 级 减 速 器 设 计

学生：tanzhiyong_520

学号：

指引教师：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

6月1日

设计题目：机械设计基本课程设计·一级减速器设计
设计规定：设计一单级闭式直齿圆柱齿轮（压力角为20°）减速器，小齿轮材料为45号钢调质解决，大齿轮材料为ZG310-570正火。单向传动，载荷有中档冲击，用电动机驱动。
规定数据：高速轴输入功率p=4kw
高速轴输入转速n1=720r/min
一. 对齿轮设计和强度校核：
1. 选取材料及拟定许用应力：
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=230 Mpa。（[1]：表11-1）
由[1]表11-5，取SH=1.1， SF=1.25，
[σH1]=σHlim1/SH=600/1.1=545 Mpa
[σH2]=σHlim2/SH=300/1.1=273 Mpa
[σF1]=σFE1/ SF=460/1.25=368 Mpa
[σF2]=σFE2/ SF=230/1.25=184 Mpa
2. 由于这两种材料齿轮为软齿面，因而先按齿面接触强度进行设计：
由[2]表15-1取普通减速器齿轮精度选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 因而i=3
小齿轮上转矩为：
T1=9.55*106*P/n1=9.55*106*4/720=53.1*103 N*mm
d1≥ 即：
d1=
=
=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
计算实际分度圆直径：
d1=Z1*m=30*3=Φ90mm d2=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=75mm
3. 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 =2KT1 YFa1 YSa1/bm2Z1
=2*1.5*53100*2.56*1.63/75*32*30
=30Mpa<[σF1]=368 Mpa
σF2=σF1*YFa2 *YSa2/ YFa1 *YSa2
=30*2.13*1.81/2.56*1.63
=27.7 Mpa<[σF2]= 184 Mpa 安全
4. 齿面圆周速度：
V=π*d1*n1/（60×1000）
=3.14*90*720/60000
=3.4m/s
对照[1]表11-2选取8级精度是合宜（直齿圆柱齿轮8级精度转动圆周速度（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
3
30
20°
96
82.5
45号钢调质
大齿轮
3
90
20°
276
262.5
ZG310-570正火

二. 对轴设计和强度校核：
对于高速轴：
⑴.选取材料及拟定许用应力：
由[1]表14-1选45钢正火解决：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*4/0.2d3n1
d=Φ19.6mm 圆整放大d=Φ20mm
(2).拟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某些，也是轴承定位轴肩，直径取d2=Φ35mm，L2=130mm。

3.右起第三段，为齿轮定位轴肩,取d3=Φ40mm 长度取L3=25mm。

4.右起第四段，为滚动轴承定位轴肩，其直径应不大于滚动轴承内圈外径（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14-1
1>.求齿轮上作用力大小、方向:
小齿轮分度圆直径：d1=90mm
轴承最右端方向不拟定力F=1500N
作用在齿轮上转矩为：T1=9.55*106*P/n1=9.55*106*4/720=53.1*103 N*mm
求圆周力：Ft=2T1/d1=2*53.1*103/90
Ft=1180N
求径向力：Fr=Ft·tanα=429N
由于选取滚动轴承Fa=0

2>.求垂直面支撑反力：
F1V= F2v= Fr/2=214.5N

3>.求水平面支撑反力：
F1H= F2H=Ft/2=590N

4>.求力F在支点产生反力：
F1F=F*K/L=1500*(50-15/2)/(180+15/2+15/2)=327N
F2F=F+ F1F=1827N

5>.求垂直面弯矩：
M、aV=MaV= F2V*195/2=214.5*97.5=21N*m

6>.求水平面弯矩：
MaH= F1H*97.5=58N*m

7>.求力F弯矩：
M2F=F*K=1500*42.5=64N*m
F在齿轮中心面所在位置轴横截面上产生MaF=F1F*97.5=327*97.5=32 N*m

8>.求合成弯矩：
Ma= （MaV2+ MaH2）1/2+ MaF=94 N*m
M、a=（M、aV2+ MaH2）1/2+ MaF=94 N*m
M2=Ma=94 N*m

9>.求轴传递转矩：
T=Ft*d1/2=1180*90/2=53.1N*m

10>.求危险截面当量弯矩：
齿轮中心面所在位置轴横截面为最危险截面，其当量弯矩为：
Me=[Ma2+(aT)2]1/2
如以为轴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
=99 N*m

11>.计算危险截面处轴直径：
45钢正火解决：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
d≥Me/0.1*σ-1b=(99000/0.1*60)1/3

d=25mm
由于考虑到箱体构造，最小直径取d=30mm

1. 对于低速轴：
(1).选取材料及拟定许用应力：
由[1]表14-1选45钢调质解决：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).设计轴直径和长度：
由[1]表14-2取[t]=35Mpa
由[1]表14-3取[σ-1b]=60 Mpa
由[1]表11-9取η=0.97
因而低速轴从高速轴获得功率为P2=P*0.97=3.88 kw
n2=n1/i=720/3=240r/min 即：
[t]≥T/WT=9.55*106*3.88/0.2d23n2
d2=Φ28mm 增大5%到d2=Φ30m
1>.从最右端开始第一段，为滚动轴承安装段，选用6210型轴承，其尺寸为d×D×B=50×90×20取d1=Φ350mm，暂定长度L1=22mm

2>.右起第二段，为滚动轴承定位轴肩，因而其直径应不大于滚动轴承内圈外径，取d2=55mm，L2=20mm

3>.右起第三段，为齿轮定位轴肩取d3=70mm。L3=32.5mm。
4>.右起第四段，为齿轮安装段且为滚动轴承定位轴肩其直径应不大于滚动轴承内圈外取d3=60mm。L3=130mm。
5>.右起第五段，为滚动轴承安装段取d3=50mm。L3=80mm。
(3).对此轴进行强度校核：参照[1]P247例14-1
1>.求齿轮上作用力大小、方向:
大齿轮分度圆直径：d2=270mm
轴承最左端方向不拟定力F=N
作用在齿轮上转矩为：T1=9.55*106*P/n1=9.55*106*3.88/240=1.5*105 N*mm
求圆周力：Ft=2T1/d1=2*1.5*105/90
Ft=3413N
求径向力：Fr=Ft·tanα=1242N
由于选取滚动轴承Fa=0

2>.求垂直面支撑反力：
F1V= F2v= Fr/2=621N

3>.求水平面支撑反力：
F1H= F2H=Ft/2=1706.5N

4>.求力F在支点产生反力：
F1F=F*42.5/195=436N
F2F=F+ F1F=2436N

5>.求垂直面弯矩：
M、aV=MaV= F2V*195/2=238N*m

6>.求水平面弯矩：
MaH= F1H*195/2=166N*m

7>.求力F弯矩：
M2F=F*42.5=*42.5=85 N*m
F在齿轮中心面上MaF=F1F*195/2=43 N*m

8>.求合成弯矩：
Ma= （MaV2+ MaH2）1/2+ MaF=333N*m
M、a=（M、aV2+ MaH2）1/2+ MaF=333 N*m
M2=Ma=333 N*m

9>.求轴传递转矩：
T=Ft*d2/2=3413*270/2=1.5*105 N*mm

10>.求危险截面当量弯矩：
齿轮中心面为最危险截面，其当量弯矩为：
Me=[Ma2+(aT)2]1/2
如以为轴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*m

11>.计算危险截面处轴直径：
45号钢正火解决：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=60Mp
d≥Me/0.1*σ-1b=(345000/0.1*60)1/3
d=39mm
考虑到键槽对轴削弱，将d值加大5%，故
d=1.05*39≈40mm
由于考虑到箱体构造，最小直径取d=50mm
综上所述：高速轴最小直径可取d1=30mm，45号钢正火解决
低速轴最小直径可取d2=50mm，45号钢调质解决
三. 选取轴承:
依照所设计轴选取适当轴承，由于轴只受径向力和圆周力，因而选用深沟球轴承即可，高速轴用6206，两个；低速轴用6210，两个。关于参数见[2]P151。
四. 绘图：

参照资料：[1] 杨可桢,程光蕴等. 机械设计基本[M].北京：高等教诲出版社.5月
[2] 朱文坚,黄平.机械设计基本课程设计[M].北京：科学出版社. 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.