机械设计基础课程设计单级直齿圆柱齿轮减速器.docx

机械课程减速器设计
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：机电一体化
班 级：14机电1班
设 计 者：第3组
指导教师：张冬梅

计算机辅助设计与制造教研室
2015年12月

本组简介

本 组：14131班 第3组
组 长：齐文景
成 员：齐文景 徐指恒 夏祖海
设计任务分配：齐文景
设计内容
设计者
页码
齿轮的设计与校核
齐文景
4-7
轴的设计与校核
徐指恒
7-11
键的选择与校核
夏祖海
12-13
轴承的选择
夏祖海
13-13
箱体的设计
徐指恒
14-16
总装图的绘制
齐文景 徐指恒 夏祖海

齿轮零件图
夏祖海

高速轴
齐文景

从动轴
徐指恒

排版
齐文景

目 录
1 设计任务书…………………………………………………………1
2 设计说明书…………………………………………………………3
2.1 齿轮的设计与校核………………………………………………4
2.2 轴的设计与校核…………………………………………………7
2.3 键的选择与校核…………………………………………………12
2.4 轴承的选择………………………………………………………13
2.5 减速器箱体的设计………………………………………………14
3 设计小结……………………………………………………………17
参考书目………………………………………………………………18

1 设计任务书
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3.2（P/kW）：
主动轴转速330(r/min)：
传动比：2.5
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（A3）；
⑶ 设计说明书1份。
2 设计说明书
计 算 及 说 明
结 果
齿轮的设计与校核
齿轮选择：由表得，由于齿轮传递的功率不大，故大小齿轮都采用软齿面，参考表得，小齿轮选择45号调制钢，硬度选择240HBS，大齿轮选择正火,硬度为190HBS,
选择精度等级：因为是普通减速器，由表选择8级精度，要求齿面粗糙度Ra≤3.2~6.3μm
2. 按齿面接触疲劳强度设计，由公式：
1） 试取K1=1.3，
小齿轮转矩
查表得，选取齿宽系数ᵠd=1
大齿轮应力循环系数N2=N1/i1=0.77*10*9
由表知接触疲劳系数
所以：
［σH1］H=520MPA
［σH2］H=470MPA
2) 试算分度圆直径：K=KAKVKHβ=1*1.12*1.418=1.588
按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径为d1=45.086mm
计算模数：m=d1/z1=45.086/24=1.88mm
3) 按齿根弯曲程度计算

查表得，小齿轮弯曲疲劳强度极限σFE1=500MPA,大齿轮弯曲疲劳强度极限σFE2=380MPA。
由表得，取弯曲疲劳寿命系数
所以：
［σF1］H=300MPA
［σF2］H=280MPA
所以载荷系数K=1.49
4） 确定齿轮参数及主要尺寸
由表得，传递动力的齿轮，其模数不宜小于1.5mm，过小则加工检验不便。
所以，z1=d1/m1=45.086/1.5=30
所以，大齿轮数为
模数：
取其标准值mn=2mm,
中心距：
工作齿宽取b2=40mm,
小齿轮齿宽b1=b2+(3-5)=43-45
5 )校核弯曲疲劳强度

许用弯曲应力［σ］F：由表得：
σFlim1=330+0.45HBS1=(330+0.45×236)MPa=436.2 MPa
σFlim2=184+0.74×HBS2=(184+0.74×190)MPa=324.6 MPa
复合齿形系数YFS：
查图得：
YFS1=4.1，YFS2=3.95。 
2） 齿轮传动的计算与校核
小齿轮弯曲疲劳强度校核:

故弯曲强度可靠
大齿轮弯曲疲劳强度校核:

故弯曲强度可靠

轴类的材料选择及校核
选择45号钢，调质处理，查表可知[ơ-1b]=59MPa
主动轴的最小直径的设计计算
1.估算轴的最小直径
2.查表11-2可知：C可取110
3.由轴的设计公式可知：
dC=C23.46mm
考虑到轴上有键槽削弱，轴径须大于3%~5%，主动轴的最小直径可取d=25mm
轴的结构设计
轴的结构设计须要满足以下要求：
1.轴和装配在轴上的零件应有正确的工作位置和可靠的相对固定。
2.轴应该有良好的工艺性，便于制造和进行轴上零件的装配及调整。
3，轴的结构要有利于减小应力集中。
4，受力合理，有利于减轻轴的重量和节省材料。
轴的阶梯结构设计确定
1，轴的输出端取L1为82mm，直径d1=25mm。
2，左端盖取l2=40mm，经查表得C=2.5mm，轴肩高h=2C=2X2.5=5mm，d2=d1+2h=30mm。
3，左轴承段：l3=50mm，d3=35mm。
4，齿轮段：l4=68mm，d4=45mm。
5，L5=10mm，经查表知C=3mm，d5=d4+2h=55mm。
6，右轮毂：l6=28mm，d6=30mm。
校核
1， 轴所传递的转矩为
T=9.55X106=9.55x106N.mm
=92606.0635N.mm
Ft==913.75N
Fr=338.0875N
FRAV=-=169.044N
2，弯矩：
RDV=RAV*=169.044 X =8874.81N.mm
2， 绘制水平面弯矩图
FRAH==456.875N
MDH=FRAH.=23985.94N.mm
3,绘制合成弯矩
MD==8876.16N.mm
绘转矩图
扭转据为T=92606.0635N.mm
Mec=Mc2+（Ơt）2=78523N.mm
结构草图为

材料的选择
由于从动轴的传动功率较小，因而仍可选用45#钢，调质处理。
估算从动轮的直径
1，由轴的设计公式
dC
2，经查机械设计基础表11-2可知
C=(118~107) 因此C取110
3，由原始数据可知：从动轴的传动比为2.5，即从动轮的转速为：
N2==330/2.5=132r.mim
4，因齿轮的传递效率较高，一般可以达到0.95~0.99.因此齿轮的传递效率为我们可以取0.98。
5，综上所述：从动轴的功率为：
P2=P1η=3.2 x 0.98=3.136kw
即从动轴的最小直径为
dC=110x=31.6mm
6，考虑到轴上有键槽削弱，轴径须大于3%~5%，因此从动轴的最小直径为d1=34mm
从动轴的结构设计
1， 由于本次设计的是单级减速器，可将齿轮布置在箱体的中央以节省空间。
2， 第一段：轴端（安装连轴器部分）的直径d1=34mm，l1=100mm。
3， 第二段：外端盖部分，考虑到要对连轴器进行定位，所以第二段应有轴肩d2=40mm，经查得知外端盖的厚度应为l2=50mm
4， 第三段：轴承部分，该段必须满足轴承内径的标准d3=50mm，l3=45mm
5， 第三段：齿轮部分,d4=65mm,l4=120mm.
6， 第四段：d5=80mm，为了保证齿轮端面不与箱体内壁相碰故l5=10mm
7， 第五段：d6=60mm，为了保证轴承的宽度及轴承的润滑故l6=20mm
从动轴的设计校准
3， 轴所传递的转矩为
T=9.55X106=226884.89 N.mm
Ft==1492.45N
Fr=553.9N
Fa=297.714N
2,轴承支持反力
垂直：FRAV=76.64N
MDV=20141.8N.mm
水平：FRAV==630.54N
MDH=33103.35N.mm
3,合成弯矩
MD=
=38749.5N.mm
4，确定危险界面及校核强度
Ơe=
=30.8MPa
经查表可知：
Ơe<[ơ]=59MPa
2.3键的设计与校核
键的作用及要求
键连接是通过键实现轴和轴上零件间的周向固定以传递运动和转矩。其中，有些类型还可以实现轴向固定和传递轴向力，有些类型并能实现轴向动联接。
键连接装配中，键（一般用45号钢制成）是用来连接轴上零件并对它们起周向固定作用，以达到传递扭矩的一种机械零件。其连接类别有较松键连接、一般键连接和较紧键连接。
（1）装配前应检查键的直线度、键槽对轴心线的对称度和平行度。
（2）普通平键的两侧面与轴键槽的配合一般有间隙。重载荷、冲击、双向使用时，须有过盈。键两端圆弧应无干涉。键端与轴槽应留有零点一零mm的间隙。
（3）普通平键的底面与键槽底面应贴实。
（4）半圆键的半径应稍小于轴槽半径，其他要求与一般平键相同。
键的选择
因对中性要求较高，故选择普通平键
根据d=65mm，从课本P217查询可得：b=18，h=11，有轮毂宽度101，并参考键长取L=100。
2）校核键的强度
键，轴和轮毂都是钢，即，有表可查，许用挤压应力(δ p)=100-120MPa
计算键所受到的作用力F：有T=Fd/2得
F=2T/d=2×19100/65=587.7N
计算剪切力FQ=F=587.7N
计算剪切面的面积Aj
Aj=b(L-b)+π（b/2）
=18（100-18）+3.14×2500
=9326
Aj=9326 mm
3)校核抗挤压强度
计算挤压作用力：Fjy=F=587.7N
计算挤压面积
Ajy=h/2（L-b）
=11/2×（100-18）
=451 mm
计算挤压工作应力
δ jy=Fjy/Ajy=19100/451=42.35MPa≤[τ]
轴承的选择
1、 因转速较高，且只承受径向载荷选深沟球轴承
2、 根据轴颈大小选择。6012、6014
箱体的设计
箱座壁厚ẟ： ẟ=0.025a+18
箱盖壁厚ẟ1 ：ẟ1=0.02a+18
箱盖凸缘厚度b1： b1=1.5 ẟ1=1.5x8=12
箱座凸缘厚度b： b=1.5 ẟ=1.5x8=12
箱座底凸缘厚度b2： B2=2.5 ẟ=1.5x8=20
地脚螺钉直径df： df==+12=16.428
轴承旁连接螺栓直径d1： d1=0.75df=0.75x16.428=12.321
盖与座连接螺栓直径d2： d2=（0.5~0.6）df=0.5x16.428~0.6x16.428=8.241~9.8568
连接螺栓d2的距离l： L=125~200
轴承端盖螺钉直径d3： d3=（0.4~0.5）df=0.4x16.428~0.5x16.428=6.5712~9.8568
检查孔盖螺钉直径d4： d4=（0.3~0.4）df=0.3x16.428~0.4x16.428=4.9284~6.5712
定位销直径d： d=（0.7~0.8）d2=0.7x9~0.8x9=6.3~7.2
df ,d1,d2至箱外壁距离
查表得C1f=24mm
C11=20mm
C12=16mm
df ,d2至凸缘边距离，查表得C2f=22mm
C22=14mm
轴承旁凸台半径R1 R1=C2 R1f=22mm
R22=14mm
凸台高度h 根据低速轴座外径确定，以便于操作为准
外箱壁至轴承座端面距离l1： l1=C1+C2+（5~10）
l1=51~56
齿轮顶圆与内箱壁距离∆1： ∆1>1.2ẟ=1.2x8=9.6

齿轮与箱体内壁距离∆2： ∆2> ẟ=8
箱盖，箱座肋厚m1：m m1=0.85
ẟ1=0.85x8=6.8mm，m=0.85 ẟ=0.85
轴承端面外径D2 ，查表得
D0=D+2.5d3=120+2.5x12=150mm
D2= D0+2.5d3=150+2.5x
12=180mm
D0’=D’+2.5d3’=90+2.5x8=110mm
D2’= D0’+2.5d3’=110+2.5x8=130mm
轴承旁连接螺栓距离S： S=D+(2~2.5)d1=120+（2~2.5）x14
=148~125mm
S’=D’+(2~2.5)d1
=90+(2~2.5)x14=118~125mm
箱座深度Hd： Hd=ds/2+（30~50）=(260+2.5x2x1)/
2+(30~50)=162.5~182.5
箱座高度H ：H= Hd+ẟ+（5~10）=170+8+（5~10）
=183~188
箱座宽度Ba 由内部传动件位置结构及壁厚确定

T=92606061N*mm

［σH1］H=520MPA
［σH2］H=470MPA

K=1.588

M=1.88mm

［σF1］H=300MPA
［σF2］H=280MPA

z1=30
Z2=60

a=90mm
b1=43-45
b2=40mm

σFlim1=436.2 MPaσFlim2=324.6 MPa

两齿轮弯曲强度可靠

ơ-1b]=59MPa
C=110

d=32mm

L1=82mm
d2=25mm
l2=40mm
d2=30mm
l3=50mm
d3=35mm
l4=68mm
d4=45mm
l5=10mm
d5=55mm
l6=28mm
d6=30mm

T=92606.0635N.mm
Ft=913.75N
Fr=338.0875N
FRAV=169.044N

C=110

N2=132r.mim

η=0.98

P2=3.136kw

D=31.6mm

d1=34mm

d1=34mm
l1=100mm

d2=40mm
l2=50mm

d3=50mm，l3=45mm

d4=65mm,
l4=120mm
d5=80mm
l5=10mm
d6=60mm
l6=20mm

T=226884.89 N.mm
Ft=1492.45N
Fr=553.9N
Fa=297.714N
FRAV=76.64N
MDV=20141.8N.mm

FRAV=630.54N
MDH=33103.35N.mm

MD=38749.5N.mm

Ơe=30.8MPa

Aj=9326mm

Ajy=451 mm

ẟ=8mm
ẟ1=8mm
b1=12mm
b=12mm
b=20mm
df=16.428
n=4
d1=12.321mm
d2=9mm
L=160
d3=8mm
d=6.5mm
C1f=24mm
C11=20mm
C12=16mm
C2f=22mm
C22=14mm
R1f=22mm
R22=14mm

l1=54mm
∆1=10mm

∆2=10mm

m1=6.8mm
D2=180mm

D2’=130mm
S=150mm
S’=120mm
Hd=170mm

3 设计小结
通过我们三人的努力合作，最终终于完成了，由刚开始的迷惑 ，经过老师的指点，我们的讨论与商量，我们确定了尺寸，材料的选择，在这段日子里，基本都坐在电脑机前构思规划整个课题的研究与选材，借鉴了大量的图书，而且学到了很多在课本上都不理解的知识，通过这次课程设计使我懂得了理论与实践结合才是最重要的，才能最终服务到生活中。
在设计中，我们要选取齿轮，轴，箱，体键的类型与材料。经过小组讨论，选取了他们的主要参数，进行计算，最后再进行校核，最后就是制图了，就一个高速轴的绘图，就花费了近半个下午的时间，最令我们头痛的就是一张最大的组装图了，花费了我们近四天的时间，请教了许多同学，自己又做了数遍，审了又审，不断地改正，最后经过老师的审核与修正，才放心。
最后通过这次减速器课程设计，我知道了还有很多的知识去学习，不断地去完善。

参考书目
1 陈立德主编. 机械设计基础课程设计指导书. 北京：高等教育出版社，2013.7
2 王良斌，王保华主编 机械设计基础 北京：北京邮电大学出版社，2012.5
3 曾宗福主编 机械设计基础课程设计 北京：化学工业出版社，2009.2
4 徐起贺，刘静香主编 机械设计基础 北京：机械工业出版社，2010.8
5孙宝钧主编 机械设计基础 北京：机械工业出版社，2007.6

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