一级减速器工艺设计.docx
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一级减速器工艺设计
非标圆柱齿轮减速器设计与制造说明书
前言
机械设计制造综合训练是在我们完成的专业基础课和专业课之后，所进行的一种综合性的实践环节，目的是为了加强我们创新能力、工程能力和综合应用能力的培养。
通过强化实践锻炼，让我们成为能够满足企业要求的应用型人才。
由于减速器是在机械行业中非常具有代表性，所以我们选择了非标准圆柱减速器作为实验对象。
1．非标圆柱齿轮减速器的设计
设计要求
设计一非标准齿轮减速箱，由于输出转速需要在装配现场对电机进行调试，传动比可在2到3之间合理选择，传递功率P=2.5KW.输入转速n=960r/min
1.1参数设计
1.1.1选择材料确定齿数
考虑到该减速器的功率不大，故大小齿轮都选用45钢表面淬火处理，齿面硬度分别为220HBS、260HBS，属软齿面闭式传动，载荷平稳，齿轮速度不高，初选7级精度，经过实际的考虑初步选定：
小齿轮齿数Z1=26，
大齿轮齿数Z2=64.
1.1.2确定传动比
由以上大小齿轮的齿数可知：
μ=Z1/Z2=64÷26=2.48
1.1.3计算齿轮传递的转矩T1
T1=9.55×106P/n1=9.55×106×2.48/960=2.467×104N.mm
材料系数ZE查表得Z=189.8
大、小齿轮的接触疲劳强度极限σHLim=600MPa、σHLim=560Mpa
应力循环次数
N1=60n1jLh=60×960×1×10×300×16=2.0765×109
N2=N1/μ=2.765×109/2.48=1.115×109
接触疲劳寿命系数KHN1=0.90KHN2=0.94
确定许用接触应力[σH1]=KHN1σHLim/SH=0.90×60.0=540MPa
[σH2]=KHN2σHLim2/SH=0.94×560=526.4Mpa
设计计算
试算小齿轮的分度圆直径d1t
取[σH]=[σH2]
d1t≥
≥43.93mm
计算圆周速度ν=πd1tn1/60×104=2.21m/s
计算载荷系数K
查表得是使用系数KA=KV=0.9查图得Kβ=1.06
则K=KA×KV×Kβ=0.9×0.9×1.06=0.954
校正分度圆直径d1=d1t
=43.93×
=37.78mm
1.1.4确定齿轮的模数m
计算模数m=d1/z1=37.78/26=1.4531
按照取整的原则,故取模数m=2
1.1.5计算齿轮传动几何尺寸
1）两轮分度圆直径d1d2
d1=mz1=2×26=52mm
d2=mz2=2×64=128mm
2）中心距a=m（z1+z2）=2×（26+64）/2=90mm
3）尺宽
b=Φd×d1=1.0×52=52mm取b2=50mm
b1=b2+（5～10）=58mm
4）齿高h
h=2.25m=2.25×2=4.5mm
1.1.6校核齿根弯曲疲劳强度
（1）确定公式中各参数值
σF=2KT1/ΦdZ12m3YFaYFs≤[σF]
1）大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限σFlim1σFlim2
查图取σFlim1=240Mpa
σFlim2=220Mpa
弯曲疲劳寿命系数KFN1KFN2
查图取KFN1=0.83KFN2=0.86
2）许用弯曲应力[σF1][σF2]
取定弯曲疲劳安全系数SF=1.4,应力修正系数YST=2.0,得
[σF1]=KFN1YSTσFlim1/ST=240×0.83×2/1.4=284.57Mpa
[σF2]=KFN2YSTσFlim2/ST=220×0.86×2/1.4=270.29Mpa
3）齿形系数YFa1、YFa2和应力修正系数YSa1YSa
查表得YFa1=2.60、YFa2=2.26
YSa1=1.595YSa2=1.74
4）计算大小齿轮的YFa1YSa1/[σF1]和YFa2YSa2/[σF2],并加以比较取其中大值带入公式计算
YFa1YSa1/[σF1]=2.60×1.595/284.57=0.0146
YFa2YSa2/[σF2]=2.26×1.74/270.29=0.0145
（2）校核计算
σF2=2×0.94×2.48×104/1.0×262×2.53×2.60×1.595Mpa
=18.3MPa≤[σF2]
弯曲疲劳强度足够
1.2非标圆柱减速器的结构设计
考虑到本次设计的减速器是非标准的，又是单件生产的,故设计其箱体的时,采用五块钢板焊接的方式。
其箱盖因实际的需要,选用薄铁片。
其装配图如下所示:
1.3非标圆柱减速器的精度设计
因本次设计的减速器是非标准的,故对于其箱体和箱盖的外形设计没有过多的表面粗糙度要求,钢板的各个接触面的加工精度经过粗铣可以达到。
非标圆柱减速器中两轴的加工精度,尤其是跟其他部件配合的部位的精度,要求达到一定的精度等级.如:
轴与轴承是过渡配合,轴与键的间隙配合,轴与齿轮的间隙配合,具体的精度等级见上面的装配图.
大小齿轮都选用45钢表面淬火处理，因为是软齿面闭式传动，载荷平稳，齿轮速度不高，故选7级精度。
端盖与箱体的配合精度要求不高,一般半精车可以达到精度等级，具体的配合精度见装配图。
1.4非标圆柱齿轮的零件设计（以21号同学的设计为依据）
1.4.1齿轮轴的结构设计
设计的齿轮轴因与轴承配合，定位要求精准，故设计其的结构如下所示：
1.4.2齿轮轴的精度设计
根据装配图中的公差配合，得到了齿轮轴各段的具体公差值，具体见下图：
2．齿轮轴的工艺设计
2.1齿轮轴的加工工艺分析
绘制好零件图后，同组的同学集体对零件进行了工艺分析，结果如下:
2.1.1毛坯的选择
由于齿轮轴要求有较高的综合性能，毛坯选用锻件，零件的总长为140mm，齿顶圆直径为43.9mm，选取毛坯尺寸为Φ50X150
2.1.2工艺分析
1）齿轮部分
考虑到精度为7级，查阅机械加工工艺人员手册，齿面粗糙度要求为3.2，我们采用滚齿机进行粗-半精滚来达到加工要求。
2）Φ20处轴段
该轴段与轴承相配合，并且同轴度要求为0.015，圆跳动要求为0.006，表面粗糙度要求为0.8，加工精度较高，我们采用的方案是：
粗车-半精车-精车-磨。
3）Φ30处轴段
该段无配合要求，表面粗糙度要求为3.2，采用粗-半精车即可。
4）Φ16处轴段
该段与联轴器相配合，其精度要求与Φ30处轴段相同，其加工方案也与Φ30处轴段相同。
5）其余部分
其余部分为自由公差，粗糙度要求为12.5，粗车即可达到要求。
6）热处理
为了提高齿轮的综合性能需进行表面淬火处理，为了避免零件热处理过程中变形和便于车削加工，将正火处理安排在粗车之前。
2.1.3机床的选择
参考各机床参数以及结合实验楼设备的实际情况，机床型号选择如下:
车CF6140铣X8126B
磨M1432A滚齿GY3180
2.2确定齿轮轴加工工艺路线
参照前述加工工艺分析，现将齿轮轴的加工工艺路线列述如下:
下料-锻造-热处理（正火）-粗车-半精车-铣键槽-滚齿-热处理（表面淬火）-精车-磨
2.3填写工艺过程卡
表1.1齿轮轴机械加工工艺过程卡
湖南工程学院
机械加工工艺过程卡
产品名称
非标圆柱齿轮减速器
零件名称
齿轮轴
共（）页
第（）页
材料牌号
45
毛坯种类
圆棒料
毛坯外型尺寸
Φ75×100
每毛坯可制件数
１
每台件数
1
备注
工序号
工序名称
加工部位
加工要求摘要
设备
夹具
量具
刃具
10
下料
选取Φ75x100的毛坯
20
锻
毛坯锻造成Φ50x150的锻件
30
热处理
正火
40
车
外圆、端面
车端面、钻中心孔、车外圆、倒角
CF6140
三爪卡盘
20分度游标尺
硬质合金刀
50
铣
伸出端
铣键槽、去毛刺
X8126B
虎钳
20分度游标尺
圆柱形铣刀
60
滚齿
Φ44的外圆
滚齿（z=20）
Y3180
三爪卡盘 、顶尖
20分度游标尺
滚齿
70
车
Φ20的外圆、端面
精车Φ20的端面和外圆
CF6140
顶尖、鸡心夹
50分度千分尺
硬质合金刀
80
热处理
Φ44的外圆
感应表面淬火
90
磨
Φ20的外圆
磨Φ20的端面和外圆
M1432A
顶尖、鸡心夹
50分度千分尺
砂轮
100
检验
检验
卡尺、千分尺
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改
文件号
签字
日期
设计
审核
标准化
会签日期
2.4加工工序卡
齿轮轴车削加工工序卡
湖南工程学院
机械加工工序卡片
产品名称
零件名称
零件图号
非标准减速器
齿轮轴
9
材料
材料名称
毛坯种类
毛坯尺寸
零件重
每台件数
卡片编号
第1页
45钢
锻件
Φ75X100
1
1
共1页
加工工序图
工序号
40
工序名
车削
设备
CF6140
夹具
三爪卡盘
工量具
20分度游标卡尺
刃具
硬质合金刀
工步
工步内容及要求
主轴
转速（r/min）
切削
速度（m/min）
轴向
进给
量
（mm/r）
径向进给量（mm）
走刀
次数
1
粗车端面
560
87
0.4
1
2
半精车端面
560
87
0.2
2
3
粗车Φ48的外圆
560
87
0.4
1
4
粗车Φ30外圆
560
87
0.4
6
5
半精车Φ30外圆
560
87
0.2
2
6
粗车Φ20的外圆
560
60
0.4
5
7
半精车Φ20的外圆
560
87
0.2
2
8
粗车Φ16外圆
560
87
0.4
2
9
半精车Φ16外圆
560
87
0.2
2
10
车倒角
560
87
0.2
2
工艺编制
郭丽
学号
16
审定
会签
工时定额
校核
执行时间
批准
齿轮轴车削加工工序卡
湖南工程学院
机械加工工序卡片
产品名称
零件名称
零件图号
非标准减速器
齿轮轴
9
材料
材料名称
毛坯种类
毛坯尺寸
零件重
每台件数
卡片编号
第页
45钢
锻件
Φ75X100
1
2
共页
加工工序图
工序号
40
工序名
车削
设备
CF6140
夹具
三爪卡盘
工量具
20分度游标卡尺
刃具
硬质合金刀
工步
工步内容及要求
主轴
转速（r/min）
切削
转度（m/min）
轴向进给量
（mm/r）
径向进给量（mm）
走刀
次数
1
粗车端面
560
87
0.4
1
2
半精车端面
560
87
0.2
2
3
粗车Φ30外圆
560
87
0.4
6
4
半精车Φ30外圆
560
87
0.2
2
5
粗车Φ20的外圆
560
60
0.4
5
6
半精车Φ20的外圆
560
87
0.2
2
7
车倒角
560
87
0.2
2
工艺编制
郭丽
学号
16
审定
会签
工时定额
校核
执行时间
批准
齿轮轴车削加工工序卡
湖南工程学院
机械加工工序卡片
产品名称
零件名称
零件图号
非标准减速器
齿轮轴
9
材料
材料名称
毛坯种类
毛坯尺寸
零件重
每台件数
卡片编号
第页
45钢
锻件
Φ75X100
1
5
共页
加工工序图
工序号
70
工序名
车削
设备
CF6140
夹具
顶尖、鸡心夹
工量具
50分度千分尺
刃具
硬质合金刀
工步
工步内容及要求
主轴
转速（r/min）
切削
转度（m/min）
轴向进给量
（mm/r）
径向进给量（mm）
走刀
次数
1
精车Φ20的外圆
900
87
0.08
2
2
车退刀槽
900
87
0.08
3
1
3
精车Φ30的端面
900
87
0.08
2
工艺编制
郭丽
学号
16
审定
会签
工时定额
校核
执行时间
批准
齿轮轴车削加工工序卡
湖南工程学院
机械加工工序卡片
产品名称
零件名称
零件图号
非标准减速器
齿轮轴
9
材料
材料名称
毛坯种类
毛坯尺寸
零件重
每台件数
卡片编号
第页
45钢
锻件
Φ75X100
1
6
共页
加工工序图
工序号
70
工序名
车削
设备
CF6140
夹具
顶尖、鸡心夹
工量具
50分度千分尺
刃具
硬质合金刀
工步
工步内容及要求
主轴
转速（r/min）
切削
转度（m/min）
轴向进给量
（mm/r）
径向进给量（mm）
走刀
次数
1
精车Φ20的外圆
900
87
0.15
2
2
车退刀槽
900
87
0.15
3
1
2
精车Φ30的端面
900
87
0.15
2
工艺编制
郭丽
学号
16
审定
会签
工时定额
校核
执行时间
批准
3．齿轮轴加工及工序验证
3.1齿轮轴的加工（车削）
由零件图可知，零件外形规则，被加工部分的各尺寸、形位、表面粗糙度值等要求较高。
工件复杂程度一般，包含了圆柱面、钻中心孔、倒角以及滚齿的加工，且大部分的尺寸均达到IT8～IT7级精度。
选用通用三爪卡盘装夹工件，精车加工时，采用顶尖和鸡心夹装夹工件,以达到其加工精度。
根据零件图样要求给出车削加工过程为：
1.用三爪卡盘夹紧毛坯的一端，保证伸出端长度大于80mm，
2.按照粗车工艺卡的加工要求和工步内容进行粗车-半精车的加工,
3.取下工件,用三爪卡盘夹紧一个顶尖,用鸡心夹夹紧工件,用另一个顶尖顶起工件,
4.按照精车工艺卡的加工要求和工步内容进行精车的加工,
5.加工完毕，卸下工件。
3.2验证加工工序
经过实际的加工验证，得到如下的车削加工工序：
1.选用外圆车刀，用三爪卡盘夹紧毛坯的一端，保证伸出端长度大于80mm，
2.粗车外圆柱面，保证其直径为Φ30mm，预留2mm的半精加工余量，
3.粗车外圆柱面，长度为70mm，保证其直径为Φ20mm,预留2mm的半精加工余量，
4.粗车外圆柱面，长度为42mm保证其直径为Φ16mm,预留2mm的半精加工余量，
5.半精车外圆轮廓，预留0.8的精车余量,
6.右端面倒角，选用45°倒角车刀，钻中心孔，
7.掉头，夹紧Φ20mm处，以其的端面为定位端面
8.粗车外圆柱端面，保证伸出端可加工长度为60mm，
9.粗车外圆柱面，保证其直径为Φ44mm，预留2mm的半精加工余量,
10.粗车外圆柱面，长度为24mm，保证其直径为Φ30mm,预留2mm的半精加工余量，
11.粗车外圆柱面，长度为14mm，保证其直径为Φ20mm,预留2mm的半精加工余量，
12.半精车外圆轮廓，预留0.8mm的精车余量，
13.右端面倒角，选用45°倒角车刀，钻中心孔，
14.用鸡心夹夹紧轴的左端，用顶尖顶着轴的两端，精加工外轮廓一端，预留0.3mm的磨削加工余量，
15.掉头，用鸡心夹夹紧轴的左端，用顶尖顶着轴的两端，精加工外轮廓一端，预留0.3mm的磨削加工余量。
16.取下工件，加工完毕。
3.3检验
3.3.1确定计量器具
粗车时，因其尺度精度要求不高，故用20分度的游标卡尺控制尺寸，
半精车、精车时，因有些部位的尺寸精度要求是最后的加工精度，故用50分度的千分尺控制其尺寸精度。
3.3.2测量结果
对加工零件检测与分析：
零件加工后，用游标卡尺检测各加工表面尺寸，结果如表2.5所示。
所加工零件尺寸全部合格。
表2.5零件检测记录表
测量对象
d1
d2
d3
d4
d5
d6
要求尺寸
检测计量器具
千分尺
游标卡尺
游标卡尺
游标卡尺
千分尺
游标卡尺
测量值
20.62
30.01
43.89
30.03
20.68
16.02
结果
留有较大
磨削余量
合格
合格
合格
留有较大
磨削余量
合格
测量对象
L1
L2
L3
L4
L5
L6
要求尺寸
14
36
10
28
42
60
检测计量器具
游标卡尺
游标卡尺
游标卡尺
游标卡尺
游标卡尺
游标卡尺
测量值
13.98
35.95
10.02
27.86
42.03
59.88
结果
合格
合格
合格
合格
合格
合格
4．样机的装配及调整
对加工完的各个零部件进行装配，由于各个部件是非标准件，其装配过程有点复杂。
我们首先考虑了两齿轮的装配问题,因为大齿轮和小齿轮之间的装配距离增加了2个齿顶高的长度,也就是2m=4mm,故其大于箱体的设计的中心距长度。
因此,在装配的时候要注意,在将小齿轮和大齿轮啮合放入箱体的同时也要完成大齿轮和大轴的配合,两者许同时进行。
故经讨论和调整后其最为合理的装配过程为：
1.齿轮轴与之配合的轴承6204装配
2.大轴与闷盖相近的一端与6205装配
3.大轴与键、大齿轮装配,同时齿轮轴和大齿轮在箱体中啮合装配
4.将套筒从大轴输出端套入，并加入最后一个轴承与之装配
5.将四个端盖分别安装，用螺丝钉紧固
6.将箱盖盖上，用螺丝钉紧固。
结论
加工完的所有零件，装配后能够正常运行，尤其是齿轮的啮合传动很平稳，流畅。
本人加工的齿轮轴完全符合设计要求，与大齿的配合很精确。
由于没有实践经验，焊接的箱体外观不够好看，以致箱盖上钻的孔与箱体上面的孔不能一一对应，有错位现象。
在以后的设计中值得我们注意.本次的综合实验总体设计到位,得到了知道老师的肯定。
后语
为期四周的设计让我真正的认识了机械设计的严谨，通过对非标减速器设计与加工，让我又一次接触到设计过程（之前做过二级减速器的设计），但明显的感觉到有点陌生了，经过这次的综合实验训练，使我对其的设计思路更为熟悉了，形成了自己的设计风格，而且也能同样的用于其它的设计中，更增加了自己对机械设计的兴趣。
虽然在制作加工工艺的时候，由于没有经验，曾经一度有不知道从哪里下手的感觉，在同学的帮助和老师的指导下，通过查找手册，最终得到了各个工艺参数。
使一度瘫痪的工作很快恢复了，并且取得了快速进展，工作进度一下子超过了各个小组。
以致后来加工时，取得了优先加工的机会。
在整个的加工过程中，由于有的机床没有用过，如：
用滚齿机滚齿的时候，在选择挂轮时费了不少的时间，因其的夹紧定位要求高，故我们的准备工作做了很久。
最后还因为机床的局限性使得齿轮轴上的齿轮没有完全加工好，但不影响其的正常工作。
在装配过程中，出现了装配完毕产品不能工作的情况，经过和老师的一起研究发现：
由于是因为键太小，在装配时掉出来了。
为解决配合不紧凑的问题，我们重新加工了一个键，装配好后，产品工作正常，而且十分平稳。
短短了四周，我见证了一个产品从设计加工到成品的整个过程，学习到了许多课本以外的设计方法，得到了老师的许多帮助。
在此，向带我们课程设计的指导老师郭老师致上诚挚的谢意。
参考文献：
[1]《金属机械加工工艺人员手册》修订组编/金属机械加工工艺人员手册.上海;上海科学技术出版社，1981.10（P256表4-6:
定位和夹紧符号）
[2]陈宏钧主编/车工速查速算实用手册.北京:
中国标准出版社，2002（P474表7-4:
粗车及半精车外圆加工余量及极限偏差;P485表7-22:
硬质合金及高速钢车刀粗车外圆和端面的进给量）
[3]王昆．机械设计课程设计．北京：
高等教育出版社，1996
[4]徐锦康．机械设计．北京：
高等教育出版社，2004
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