《精密机械设计》课程设计说明书

合肥工业大学《精密机械设计》课程设计指导教师：刘善林设计人员：08-测控三班20080090刘昊乐08-测控三班20080091李建荣08-测控三班20080092 金鑫08-测控三班20080093 蒋婷婷08-测控三班20080094 宋冰清08-测控三班20080095 盖玉欢08-测控三班20080096 杨杰二级圆柱直齿轮减速器设计目录：一、设计任务书；二、传动方案的比较和拟定；三、各级传动比的分配，计算各轴的转速、功率和转矩；四、电动机的选择；五、齿轮的设计计算；六、轴的设计计算；七、滚动轴承的选择和计算；八、联轴器的选择；九、减速器的技术特性、润滑方式、润滑剂的择；十、其他说明；十一、参考文献一、设计任务书（一）设计课题二级圆柱直齿轮减速器的设计（二）技术指标1、减速器输出功率1.95kw;2、减速器输入轴转速960r/min;3、总传动比i=10;4、使用寿命10年，每年工作250天，每天工作8小时；5、双向传动（传动无空回），载荷基本稳定，常温工作。

二、传动装置总体设计拟定设计方案：展开式特点：输入输出轴不在同一方向，结构简单，非对称分布，轴向尺寸小，径向尺寸大。

三、各级传动比的分配，计算各轴的转速、功率和转矩1、分配各级齿轮传动比i i i )5.1~3.1()5.1~3.1(3212/=== 1.4*10 =3.74i 2’3=2.672、计算各轴的转速、功率和转矩 （1）转速nn 1=n 3*i n 2=n 3* i 2’3 n 1=960r/min n 3=96r/min n 2=256.32r/min (2)功率pp g =p 3*ηr ηr ---一对轴承效率（0.97）p 3=p 2*ηr *ηs ηs ---低速级齿轮传动效率（0.97） p 2=p 1*ηr *ηf ηf ---高速级齿轮传动效率（0.97） p 1=p*ηc ηc ---联轴器效率（0.99）p---电机的输出功率 p g ---减速器输出功率（已知）∵p g =1.95kw ∴p 3=2.01kw p 2=2.14kw p 1=2.27kw p=2.29kw(3)转矩T 及其分布T 1=9550000 * p 1 / n 1=22581.771N.mm T 2=9550000 * p 2/ n 2=79654.799N.mm T 3=9550000*p 3/n 3=199953.125N.mm四、电动机的选择1、按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V ，Y 型。

2、选择电动机容量 电动机所需工作功率为Pd=αηwP kW Pw=1.95kW ηα=η1η23η32η4式中：η1、η2、η3、η4分别为输入轴联轴器、轴承、齿轮传动、输出轴联轴器的传动效率。

取η1=η4=0.99 η2=0.98 η3=0.97(齿轮精度为7级)，则工电12i 23i T 2T 31p 3p gp 1n 2n 3n 2pηα=0.99*0.983*0.972*0.99=0.87所以 Pd=87.095.1 =2.24kW综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比，选定电动机型号为Y132S —6，其主要性能如下表：五、确定齿轮的主要参数和尺寸齿轮材料的选择：所有齿轮均取材料40Cr ，小齿轮经表面淬火40~56HRC; 大齿轮经调制处理后 硬度为300HBW 。

1、高速级1）分度圆直径d 1、d 2先据接触疲劳强度设计，再按弯曲校核 d 1=K d *3T 1K β1(u 12+1)/Ψd1[σH ]f 2u 12式中[σH ]f ---高速级齿轮的齿面许用接触应力，N.mm ，取[σH ]1和[σH ]2中的较小值代入。

齿轮材料：40Cr 钢制直齿圆柱齿轮 表面硬度<350HBW ，为软齿面∴ K d=843N/mm2由下表取Ψd1=1由下图Kβ1=1.08 u12=i12=3.7417 教材p142许用接触应力：[σH]= σHlimb/s H*K HLσHlimb=min[σHlimb1, σHlimb2] 由下表知：σHlimb1=17HRC+20N/mm2=17*48+20=836 N/mm2σHlimb2=2HBW+69 N/mm2=2*300+69=669 N/mm2∴σHlimb=σHlimb2=669 N/mm2大齿轮调制处理：S H=1.1轮齿的应力循环次数:N H=60*n2*t=60*256.5696*8*250*10=3.084*108∵循环基数N HO由下图查得:HBW为300，N HO=2.5*107，N H>N HO∴K HL=1∴[σH]f=[σH]2=σHlimb2/1.1*1=608 N/mm2∴d1=36.73mm d2=d1*u12=137.43mm2）齿宽：大齿轮b2=d1*Ψd1=36.73mm=35mm(圆整)小齿轮b1=b2+(3-5mm)=40mm3) 中心距a1=( d1 +d2)/2=87.08mm=90mm(圆整)4) 模数m1=(0.015-0.03)a1=1.35~2.7；取m1 =2 5）齿数z1=d1/m1=20 z2= d2/m1=70(圆整)齿顶高h a=m=2 齿根高h f=1.25m=2.5顶隙c=0.25m=0.5 齿轮螺旋角β=00端面压力角α=200全齿高h=2.25m=4.52Ψd1m16）按齿根弯曲疲劳强度校核：σF=Y F*2*T1*Kβ1*K V/d1[σF]=σFlimb/s F*K FC*K FL小齿轮40Cr表面淬火σFlimb1=600N/mm2大齿轮40Cr正火调质σFlimb2=1.8HBW=(1.8*300)N/mm2=540 N/mm2 S F=2 齿轮双向传动取K FC=0.7∵N F0=4*106 N FV>N F0∴K FL=1[σF]1=210N/mm2 [σF]2=189N/mm2∵Z1=20 Z2=70由下图7-38，x=0时，Y1=4.15 Y2=3.75图7-38[σF]1/Y1=50.60 N/mm2>[σF]2/Y2=50.4 N/mm2∴校验大齿轮Z2∵齿轮传动精度为8 v=n2*2*∏*d2/(60*2) 由下图7-33图7-33得K V=1.1∴σF2=Y F2*2*T1*Kβ1*K V/d12Ψd1m1=65.76 N/mm2<[σF]2 =189 N/mm2∴齿根弯曲强度满足综上实际传动比i12 =Z 2/Z1=3.5d1 =40mm d 2 =140 a1=90mm（2）低速级同理1）分度圆直径d2’、d3d2’= K d*3T2'Kβ2'(u2'3+1)/Ψd2'[σH]f2u2'3同高速级[σH]f=608 N/mm2 u2’3=i2’3=2.6726 K d=843N/mm2Kβ2‘=1.08 Ψd2’=1∴d2’=57.44mmd3=d2’*u2’3=153.354mm此时验证：d3/d2=1.12 满足（1-1.5）满足传动比精度2)齿宽：大齿轮b3= d2’*Ψd2’=60mm（圆整）b2’=b3+(3-5)mm=65mm（圆整）3）中心距a2=( d2’ +d3)/2=105.395；取110mm4)模数m2‘=(0.015-0.03)a2=25)齿数z2‘=d2’/m2‘=28 z3=d3/m2’=76.677；取80齿顶高h a=m=2 齿根高h f=1.25m=2.5顶隙c=0.25m=0.5 齿轮螺旋角β=00端面压力角α=2002Ψd2‘m2’6）验算齿根弯曲疲劳强度：σF=Y F*2*T2*Kβ2‘*K V/d2’[σF]=σFlimb/s F*K FC*K FL小齿轮40Cr表面淬火σFlimb2‘=600N/mm2大齿轮40Cr正火调质σFlimb3=1.8HBW=(1.8*300)N/mm2=540 N/mm2 S F=2 齿轮双向传动取K FC=0.7∵N F0=4*106 N FV>N F0∴K FL=1[σF]2‘=189N/mm2 [σF]3=210N/mm2∵Z2‘=29 Z3=78 由图7-38，x=0时，Y2’=3.9 Y3=3.75[σF]2‘/Y2’=48.46<[σF]3/Y3=56∴校验大齿轮Z2’∵齿轮传动精度为8 v=n2’*2*∏*d2’/(60*2) 由图7-33 得K V=1.1∴σF2’=Y F2’*2*T2*Kβ2*K V/d2’2Ψd2’m2’=118.23N/mm2<[σF]2’=189N/mm2∴齿根弯曲强度满足六、轴的设计计算1、轴的概算：1）按转矩初算轴的直径：（轴所受转矩部分的最小直径）①输入轴（齿轮轴）选材40Cr 由下表10-2：系数C取100表10-2d min=C*3p1/n1 =13.32mm根据结构要求确定轴其他部分的直径（阶梯轴）（参指导书P45）根据d min选联轴器∵输入轴选弹性套柱销联轴器（机械零件手册P144）TL3 轴孔直径d=18mm Y型轴孔长L=42mm∴确定输入轴最小直径处为 d=18mm再根据直径变化处的端面是为了固定轴上零件或承受轴向力，则直径变化值要大些，一般取（6-8）mm∴选取轴承 6205基本尺寸 d=25mm D=52mm B=15mm安装尺寸 d a=31mm D a=46mm基本额定载荷 Cr=14.0kN确定轴各部分的长度有如下因素确定：（1）装轴承部分的配合长度（轴颈）=轴承的宽度（2）装联轴器部分的长度与联轴器的孔长一致（3）与其他零件的配合长度L=（1.2-1.5）d∴如上图：最右面为起始，各轴段直径长度如下d11=18mm L1=30mm（安装联轴器）d2=22mm（安装轴承端盖）L2=60 mmd3=25mm（用于安装轴承）L3 =15 mm（包括退刀槽）d4=32mm L4=85.5 mm（过渡段）d5为齿轮轴上分度圆直径为40mm的齿轮段L5=40 mm d6 =32mm L6=13 mm（过渡段）d7= d3=25mm（安装轴承）L7=15 mm（包括退刀槽）②中间轴选材45钢由表10-2系数C取110d min=C*3p2/n2 =22.30mm根据结构要求确定轴其他部分的直径（阶梯轴）（参指导书P45）根据d min 选轴承 6205基本尺寸 d=25mm D=52mm B=15mm安装尺寸 d a=31mm D a=46mm基本额定载荷 Cr=14.0kN∴如上图：最右面为起始，各轴段直径如下d1=25mm L1=32mm（安装轴承）d2=30mm L2=63mm（安装低速级齿轮Z2‘）d3=35mm L3=8mm（轴肩用于齿轮轴向定位）d4=35mm L4=33mm（安装高速级齿轮Z2）d5= d1=25mm L5=33mm（安装轴承）③输出轴选材45钢由表10-2系数C取107d min=C*3p3/n3 =29.49mm根据结构要求确定轴其他部分的直径（阶梯轴）（参指导书P45）根据d min选联轴器∵输出轴选刚性凸缘联轴器（手册P142）GY5 轴孔直径d=30mm Y型轴孔长L=60mm∴确定输出轴最小直径处为 d=30mm再根据直径变化处的端面是为了固定轴上零件或承受轴向力，则直径变化值要大些，一般取（6-8）mm∴选轴承 6208基本尺寸 d=40mm D=80mm B=18mm安装尺寸 d a=47mm D a=73mm基本额定载荷 Cr=29.5kN∴各轴段直径如下图：最左面为起始d 1=30mm L 1=60mm （安装联轴器） d 2=38mm L 2=65mm （安装轴承端盖） d 3=40mm L 3=18mm （安装轴承） d 4=47mm L 4=54mm （过渡段）d 5=50mm L 5=8mm (为轴肩用于齿轮轴向定位) d 6= 45mm L 6=58mm （安装低速级齿轮Z 3） d 7= d 3=40mm L 7=36mm （安装轴承）3、轴复合强度的计算 按弯、扭复合的强度校核1） 输入轴T 1=9550000 * p 1 / n 1=22581.771N.mm F t1=2T1/d1=1229.609N F r1=F t1*tan α=447.541N 求垂直面内的支点反力:用类似的方法求水平面内的支点反力：求垂直面内弯矩:NF tB58.093=NL L F F NL L L F F a r rB a b b r rA 68.1121415.35541.44786.3341415.105541.447=⨯=⨯==⨯=+⨯=A CB和扭转复合强度计算轴用类似的方法求水平面内弯矩：求合成弯矩： N F tA 03.209=0==⊥⊥B A M M 0==⊥⊥B A M M 0====A B M M mmN M C ⋅==06.26613一般可认为轴1传递的转矩是按脉动循环变化的。