发布时间 : 星期六 文章《机械设计基础》课程设计更新完毕开始阅读64dba706a6c30c2259019ec8
（1）齿轮材料的选择要注意毛坯制造方法：选择材料前应先估计大齿轮的直径，如果大齿轮直径较大，应选用铸造毛坯，材料一般可选铸钢或铸铁；如果小齿轮的齿根圆直径与轴径接近，可制成齿轮轴，选用的材料应兼顾轴的要求，同一减速器的各小齿轮（或大齿轮）的材料应尽可能一致，以减少材料的牌号，降低加工的工艺要求。
（2）计算齿轮的啮合几何尺寸时应精确到小数点后2~3位，角度应精确到秒，而中心距、宽度和结构尺寸应尽量圆整为整数。
（3）参数的合理选择，通常取Z1=20~40，在保证齿根弯曲强度的前提下，Z1可取大些；传递动力的齿轮，其模数应大于1.5~2mm。
例3.2 设计一台单级直齿圆柱齿轮减速器，已知传递的功率P=3.4656KW,电动机驱动，小齿轮转速n1=305.73r/min,传动比 i=4，单向运转，载荷平稳，使用寿命5年，三班制工作。
解：（1）选择齿轮材料及精度等级：小齿轮选用45号钢调质，硬度为220—250HBS，大齿轮选用45号钢正火，硬度为170—210HBS，因为是普通减速器由教材表10.21选8级精度，要求齿面粗糙度Ra≤3.2—6.3um （2）按齿面接触疲劳强度设计
因两齿轮均为钢质齿轮，可求出d1值，确定有关参数与系数。 1）转矩T1=9550×p/n1=9550×3.4656/305.73=108.25Nm
2）载荷系数k 查表10.11取k=1.1 3）齿数Z1和齿宽系ψd
小齿轮的齿数Z1取为27，则大齿轮齿数Z２=i.Z1=108，Z1、Z2互质，取Z2=107。因单级齿轮传动为对称布置，而齿轮齿面又为软齿面，由表10.20选取ψd=1
4) 许用接触应力【бH】
由相关图表查得бHlim1=560Mpa,бHlim2=530Mpa,SH=1N1=60njln=60×305.73×(5×52×120)=0.57×109 N2=N1/i=0.57×109/4=0.14×109 查相关图表得ZN1=1.06,ZN2=1.10
【бH】1= Zn1·бHlim1/SH=1.06×560/1 Mpa =593.6Mpa 【бH】2= Zn2·бHlim2/SH=1.1×530/1 Mpa =583Mpa d1≥76.43（KT（U+1）/(ψdu【бH】2)）1/3
=76.43×(1.1×108.25×10×5/(1×4×(593.6))) mm=57.35mm m= d1/z1=57.35/27 mm=2.12mm 取m=2.5mm d1=mz1=2.5×27=67.5mm
d2=mz2=2.5×107mm=267.5mm b=ψd×d1=1×67.5mm=67.5mm,经圆整后取b2=70mm,b1=b2+5mm=75mm, a=m(z1+z2)/2=2.5(27+107)/2mm=167.5mm. 三、轴径初选
（1）初选轴径 轴的结构设计要在初步估算出一段轴径的基础上进行。轴径可按扭转强度初算，计算式为：d≥c(P/n)1/3
式中P——轴所传递的功率(Kw) n----轴的转速(r/min)
c----由轴的许用切应力所确定的系数（查表见教材） 初估的轴径为轴上受扭段的最小直径，此处如有键槽，还要考虑键槽对轴强度削弱的影响。有一个键槽时，直径增大3%~5%并圆整，若外伸轴用联轴器与电动机轴相联，则应综合考虑电动机轴径及联轴器孔径尺寸，对初算轴径尺寸适当调整。
（2）联轴器选择 一般传动装置中有两个联轴器，一个联接电动机轴与减速器高速轴
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的联轴器，另一个是联接减速器低速轴与工作机的联轴器。对中、小型减速器的输入轴、输出轴均可采用弹性柱销联轴器，它加工制造容易，装拆方便、成本低，能缓冲减震。本方案联轴器联接低速轴与工作机，选弹性柱销联轴器。
第四节 部件的设计与装配图的绘制
减速器的基本结构是由轴系部件、箱体及附件三大部分组成。这里介绍一下轴系部件设计的方法与步骤：
一、轴系部件的设计
轴系部件包括传动件、轴和轴承组合。 1、轴承类型的选择
减速器中常用的轴承是滚动轴承，滚动轴承类型可参照如下原则进行选择：
（1）考虑轴承所承受载荷的方向和大小。原则上，当轴承仅承受纯径向载荷时，一般选用深沟球轴承；当轴承既承受径向载荷又承受轴向载荷时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承：但如果轴向载荷不大时，应选用深沟球轴承。
（2）转速较高，旋转精度要求较高，而载荷较小时和般选用球轴承。
（3）载荷较大且有冲击振动时，宜选用滚子轴承（相同外形尺寸下，滚子轴承一般比球轴承承载能力大，但当轴承内径d<20mm时，这种优点不显著，由于球轴承价格低廉，应选球轴承）。 （4）轴的刚度较差、支承间距较大，轴承孔同轴度较差或多点支承时，一般选用自动调心轴承；而不能自动调心的滚子轴承仅能用在轴的刚度较大、支承间距不大、轴承孔同轴度能严格保证的场合。
（5）同一轴上各支承应尽可能选用同类型号的轴承。 本方案建议采用一对深沟球轴承62** 2、传动件—齿轮结构设计
本课程设计采用圆柱齿轮作为内传动件，齿轮的结构设计与齿轮的几何尺寸、毛坯材料、加工方法、使用要求和经济性等因素有关，进行结构设计时必须综合考虑。
对于钢制齿轮，当齿轮直径很小，齿根圆到键槽底部的距离K≤2m时，常将齿轮和轴做成一体，若K＞2m时，无论从材料或工艺上考虑，都应将齿轮和轴分开制造。圆柱齿轮的结构尺寸及结构型式可参考表选取。
进行齿轮结构设计时，还要进行齿轮和轴的联接设计。通常采用单键联接，但当齿轮转速较高时，应采用花键或双键联接。
3、轴的结构设计及轴、轴承、键的强度校核
传动件装在轴上以实现回转运动和传递功率，减速器普遍采用阶梯轴，传动件和轴以平键联接。
（1）轴的结构设计
减速器中的轴是既受弯矩又受扭矩的转轴，较精确的设计方法是按弯矩合成强度来计算各段轴径，一般先初步估算定出轴径，然后按轴上零件的位置，考虑装配、加工等因素，设计出阶梯轴各段直径和长度，确定跨度后，进一步进行强度验算。
轴的结构设计应在初估轴径和初选滚动轴承型号后进行。
为使轴上零件定位可靠、装拆方便并考虑工艺性因素，通常将轴设计成由两端向中央逐渐增大的阶梯形：其径向尺寸，由轴上零件的受力、定位、固定等要求确定；其轴向尺寸则由轴上零件的位置、配合长度及支承结构等因素决定。
（2）轴的强度校核
通常可选定1~2个危险截面，按弯扭合成的受力状态对轴进行强度校核，如强度不够可修改轴的尺寸。
例4.1 已知传递的功率P=3.32kw，从动轮的转速n=76.4r/min,直齿圆柱齿轮分度圆直径d2=250mm,传递的转矩T=415.82Nm
（1）选择轴的材料确定许用应力 由已知条件知减速器传递的功率属于中小功率，材料无特殊要求，故选用45#钢调质处理，由表13.4查得强度极限ζB=650Mpa，再由表13.2得许用弯曲应力 【ζ-1b】=60Mpa
（2）按扭矩强度估算直径
根据表13.1得C=118～107，又由式（13.2）得d≥c(p/n)1/3 =(107～118)×(3.32/76.4)=37.6～41.5mm
考虑到轴的最小直径处要求安装联轴器，会有键槽存在，故将计算直径加3%～5%取38.73～41.5mm,由设计手册取标准直径d1=42mm
（3）设计轴的结构并绘制草图
由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧轴的外伸端安装半联轴器。
1）、确定轴上零件的位置和固定方式，要确定轴的结构形状，必须确定轴上零件的装拆顺序和固定方式，确定齿轮从右端装入，齿轮的左端用轴肩（或轴环）定位，右端用套筒固定，这样齿轮在轴上的轴向位置完全被确定，齿轮的周向固定采用平键联接，轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴向用轴肩固定，周向固定采用过盈配合。
2）、确定各轴段的直径，如图所示，轴段a（外伸端）直径最小，d1=42mm,考虑到要对安装在轴段a上的联轴器进行定位，轴段b上应有轴肩，同时为能很顺利地在轴段c、f 上安装轴承，轴段c、f必须满足轴承的内径的标准，故取轴段c、f的直径分别为d3=55mm d6=55mm,用相同的方法确定轴段b、d、e的直径d2=50mm d4 =60mm d5=68mm,选用6211轴承。
3）、确定各轴段的长度，齿轮的轮毂宽为72mm，为保证齿轮固定可靠，轴段d的长度应略短于齿轮轮毂宽，取L4=70mm。为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间应留有一定的间距取该间距为13mm。为保证轴承安装在轴承座孔中（轴承宽度为21mm）并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为5mm。所以轴段e的长度L5=18mm, 轴段f的长度L6=20mm。轴段c由轴承安装的对称性知，L3=40mm,轴段b的长度L2=66mm,轴段 a的长度由联轴器的长度确定得L1=83mm(由轴颈d1=42mm知联轴器和轴配合部分的长度为84mm),在轴段a 、d 上分别加工出键槽，使两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽的长度比相应的轮毂宽度小约5—10mm,键槽的宽度按轴段直径查手册得到，a处选用平键12×8×70，d处选用平键18×11×60。
4）、选定轴的结构细节，如圆角、倒角、退刀槽等的尺寸。
（4）按弯扭合成强度校核轴径： Ft2=2T2/d2=2×415.82/250N=3326.56N Fr2=Ft2 tgα’=3326.56×tg200N=1210.77N 如图在水平面内： FHA=FHB= Ft2/2=3326.56/2N=1663.28N I—I截面处的弯矩为： MHI=MHC=1663.28×128/2 Nm=106.45Nm II—II 截面处的弯矩为： MHII=1663.28×28 Nm=46.57Nm 1/3
在垂直面内：
FVA=FVB=Fr2/2=1210.77/2N=605.39N I—I截面处的弯矩为
MVI=MVC=605.39×128/2 Nm=38.74Nm II—II截面处的弯矩为 MVII=605.39×28 Nm=16.95Nm I—I截面：
MI=(MVI2+MHI2)1/2=(106.452+38.742)1/2 Nm=113.28Nm II—II截面：
MII=(MHII2+MVII2)1/2=(16.572+16.952)1/2 Nm=49.56Nm T=9550 p/n=9550×3.32/76.4 Nm=415Nm I—I截面：
M e I=(MI+(αt))=(113.28+(0.6×415)) Nm=273.56Nm II—II截面：
M e III=(MII2+(αt)2)1/2=(49.562+(0.6×415)2)1/2 Nm=253.88Nm
I--I截面：
ζe I=Me I/w=273.56/(0.1×603) Mpa =12.66Mpa<[ζ-1b] II--II截面:
ζe II=Me II/w=253.88/(0.1×55) Mpa =15.26Mpa<[ζ-1b] 例2-4 高速轴设计 已知传递的功率P=3.456kw，主动轮的转速n=305.73r/min,直齿圆柱齿轮分度圆直径d1=67.5mm,传递的转矩T=108.25Nm
（1）选择材料，确定许用力类似于低速轴; （2）按扭矩强度估算最小直径
C＝107~118，d≥C(P/n)1/3=24~26,安装带轮需键联接直径扩大5％,取d1=30mm。 （3）轴的结构设计
1）轴上的零件固定和固定方式，齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装带轮。齿轮从左端装入，右端轴肩定位，左端用套筒定位，周向用平键定位。
2）确定各轴段直径，如图所示，轴段a（外伸端）直径最小，要对带轮定位，轴段上设计轴肩,若选用６２０７,则d1=30mm,d2=35mm,d3=40mm,d4=45mm,d5=35mm。 3）确定各段长度，带轮的轮毂宽为78mm，L1=76mm,L2>5+δ1+C1+C2+(5~10)+m+e,取L2=85mm,Ｌ3=73mm.L4=17mm,L5=16mm。
（4）轴的强度较核同于低速轴。 （5）键的选取，带轮处：b×h×l=8×7×70,齿轮处：b×h×l=12×8×70。
由于齿轮直径较小，齿根圆到键槽底部的距离Ｋ＝7.325mm<2.5ｍ，采用齿轮轴。结构如
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