《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iii)5.1~3.1()5.1~3.1(3212/=1.4*10=3.74i2’3=2.672、计算各轴的转速、功率和转矩（1）转速nn1=n3*in2=n3*i2’3n1=960r/minn3=96r/minn2=256.32r/min(2)功率ppg=p3*ηrηr---一对轴承效率（0.97）p3=p2*ηr*ηsηs---低速级齿轮传动效率（0.97）p2=p1*ηr*ηfηf---高速级齿轮传动效率（0.97）p1=p*ηcηc---联轴器效率（0.99）p---电机的输出功率pg---减速器输出功率（已知）∵pg=1.95kw∴p3=2.01kwp2=2.14kwp1=2.27kwp=2.29kw(3)转矩T及其分布T1=9550000*p1/n1=22581.771N.mmT2=9550000*p2/n2=79654.799N.mmT3=9550000*p3/n3=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=wPkWPw=1.95kW123324式中：1、2、3、4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140.9920.9830.97(齿轮精度为7级)，则工作机电机12i23i1T2T3T1p3pgp1n2n3n2p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d1、d2先据接触疲劳强度设计，再按弯曲校核d1=Kd*3T1Kβ1(u12+1)/Ψd1[σH]f2u12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，为软齿面型号额定功率（kW）满载时额定转矩堵转转矩额定转矩最大转矩转速r/min效率%功率因数Y132S—63960830.762.02.2∴Kd=843N/mm2由下表取Ψd1=1由下图Kβ1=1.08u12=i12=3.7417教材p142许用接触应力：[σH]=σHlimb/sH*KHLσHlimb=min[σHlimb1,σHlimb2]由下表知：σHlimb1=17HRC+20N/mm2=17*48+20=836N/mm2σHlimb2=2HBW+69N/mm2=2*300+69=669N/mm2∴σHlimb=σHlimb2=669N/mm2大齿轮调制处理：SH=1.1轮齿的应力循环次数:NH=60*n2*t=60*256.5696*8*250*10=3.084*108∵循环基数NHO由下图查得:HBW为300，NHO=2.5*107，NHNHO∴KHL=1∴[σH]f=[σH]2=σHlimb2/1.1*1=608N/mm2∴d1=36.73mmd2=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=25）齿数z1=d1/m1=20z2=d2/m1=70(圆整)齿顶高ha=m=2齿根高hf=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=4.56）按齿根弯曲疲劳强度校核：σF=YF*2*T1*Kβ1*KV/d12Ψd1m1[σF]=σFlimb/sF*KFC*KFL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=540N/mm2SF=2齿轮双向传动取KFC=0.7∵NF0=4*106NFVNF0∴KFL=1[σF]1=210N/mm2[σF]2=189N/mm2∵Z1=20Z2=70由下图7-38，x=0时，Y1=4.15Y2=3.75图7-38[σF]1/Y1=50.60N/mm2[σF]2/Y2=50.4N/mm2∴校验大齿轮Z2∵齿轮传动精度为8v=n2*2*∏*d2/(60*2)由下图7-33图7-33得KV=1.1∴σF2=YF2*2*T1*Kβ1*KV/d12Ψd1m1=65.76N/mm2[σF]2=189N/mm2∴齿根弯曲强度满足综上实际传动比i12=Z2/Z1=3.5d1=40mmd2=140a1=90mm（2）低速级同理1）分度圆直径d2’、d3d2’=Kd*3T2'Kβ2'(u2'3+1)/Ψd2'[σH]f2u2'3同高速级[σH]f=608N/mm2u2’3=i2’3=2.6726Kd=843N/mm2Kβ2‘=1.08Ψd2’=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‘=28z3=d3/m2’=76.677；取80齿顶高ha=m=2齿根高hf=1.25m=2.5顶隙c=0.25m=0.5齿轮螺旋角β=00端面压力角α=2006）验算齿根弯曲疲劳强度：σF=YF*2*T2*Kβ2‘*KV/d2’2Ψd2‘m2’[σF]=σFlimb/sF*KFC*KFL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=540N/mm2SF=2齿轮双向传动取KFC=0.7∵NF0=4*106NFVNF0∴KFL=1[σF]2‘=189N/mm2[σF]3=210N/mm2∵Z2‘=29Z3=78由图7-38，x=0时，Y2’=3.9Y3=3.75[σF]2‘/Y2’=48.46[σF]3/Y3=56∴校验大齿轮Z2’∵齿轮传动精度为8v=n2’*2*∏*d2’/(60*2)由图7-33得KV=1.1∴σF2’=YF2’*2*T2*Kβ2*KV/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10-2dmin=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dmin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=18mmY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=25mmD=52mmB=15mm安装尺寸da=31mmDa=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=18mmL1=30mm（安装联轴器）d2=22mm（安装轴承端盖）L2=60mmd3=25mm（用于安装轴承）L3=15mm（包括退刀槽）d4=32mmL4=85.5mm（过渡段）d5为齿轮轴上分度圆直径为40mm的齿轮段L5=40mmd6=32mmL6=13mm（过渡段）d7=d3=25mm（安装轴承）L7=15mm（包括退刀槽）②中间轴选材45钢由表10-2系数C取110dmin=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dmin选轴承6205基本尺寸d=25mmD=52mmB=15mm安装尺寸da=31mmDa=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=25mmL1=32mm（安装轴承）d2=30mmL2=63mm（安装低速级齿轮Z2‘）d3=35mmL3=8mm（轴肩用于齿轮轴向定位）d4=35mmL4=33mm（安装高速级齿轮Z2）d5=d1=25mmL5=33mm（安装轴承）③输出轴选材45钢由表10-2系数C取107dmin=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dmin选联轴器∵输出轴选刚性凸缘联轴器（手册P142）GY5轴孔直径d=30mmY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=40mmD=80mmB=18mm安装尺寸da=47mmDa=73mm基本额定载荷Cr=29.5kN∴各轴段直径如下图：最左面为起始d1=30mmL1=60mm（安装联轴器）d2=38mmL2=65mm（安装轴承端盖）d3=40mmL3=18mm（安装轴承）d4=47mmL4=54mm（过渡段）d5=50mmL5=8mm(为轴肩用于齿轮轴向定位)d6=45mmL6=58mm（安装低速级齿轮Z3）d7=d3=40mmL7=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T1=9550000*p1/n1=22581.771N.mmFt1=2T1/d1=1229.609NFr1=Ft1*tan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:NFtB58.093NLLFFNLLLFFarrBabbrrA68.1121415.35541.44786.3341415.105541.447ACB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：NFtA03.2090BAMM0BAMM0ABMMmmNMC06.26613一般可认为轴1传递的转矩是