互换性实践训练报告石油大学AB090减速机精度设计.docx

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互换性实践训练报告石油大学AB090减速机精度设计

2019—2020学年第1学期

《互换性实践训练》报告

题目：

AB090减速机精度设计

姓名

学号

专业班级

主要任务

（排名不分先后）

日期：

2020年1月10日

1序言

互换性是指在统一规格的一批零件（或部件）中，不经选择、修配或调整，任取其一，都能装在机器上达到规定的功能要求。

通过本学期对《互换性与测量技术基础》这门课程的学习，我们知道互换性概念多、术语多、代号多，除了理论基础知识上有难度外，还具有很强的实践性。

但是只有学好这门课程，才能读懂零件图样上的尺寸公差、几何公差、螺纹公差、表面粗糙度等技术要求，才能掌握零件的品质技术指标，合理加工零件，正确使用量具进行检测。

此次综合实践训练，培养了我们分析和解决工程实际问题的能力，使我们掌握了机械零件、机械传动装置或简单机械的基本设计方法和步骤，初步培养我们独立分析、解决设计工程设计问题的能力，树立正确的设计思想，为以后进行设计工作打下良好的基础。

同时也提高了我们的有关设计能力、绘图能力、计算机辅助设计能力以及计算机应用能力，使我们能够熟练的应用设计资料（手册、图册等），熟悉有关标准、规范、经验估算等机械设计的基本知识。

2减速机整体几何精度设计方案

2.1选型说明

本小组成员设计的高精度斜齿行星减速机PX系列，型号为PX90-L1-5-P1外观如图1.1所示。

图2.1-1PX90-L1-5-P1外观及教学用简图

此减速机主要部件有太阳轮、行星轮、内齿圈、行星架。

为了使三个行星轮的载荷均匀分配，采用了齿式浮动机构，即太阳轮或行星架浮动，或者太阳轮、行星架两者同时浮动。

减速机中的齿轮为直齿渐开线圆柱齿轮。

具有以下特点：

a.体积小、重量轻、在相同情况下，比普通渐开线圆柱齿轮减速机重量轻1/2以上，体积小1/2～1/3。

b.传动效率高：

单级行星齿轮减速机达97％～98％

c.传动功率范围大：

可以从小于1KW至1300KW，甚至更大。

d.传动范围大：

i＝2.8～2000 

e.适应性强且耐用。

主要零件均采用优质合金钢经渗碳淬火或氮化处理，行星齿轮减速机运转平稳、噪音小、使用受命10以上。

图2.1-2总体认识

2.2整体设计方案及思路

以下是整体设计方案：

首先，在设计时确定输入和输出和各个部分的功能。

图2.2-3连接示意图

查阅相关资料并经小组成员讨论后，基本明白了减速的原理：

图2.2-4原理阐释

由一个内齿圈（A）紧密结合于齿箱壳体上，环齿中心有一个自外部动力所驱动之太阳齿轮（B），介于两者之间有一组由三颗齿轮等分组合於托盘上之行星齿轮组（C）该组行星齿轮依靠着出力轴、内齿环及太阳齿支撑浮游于期间；行星减速机当入力侧动力驱动太阳齿时，可带动行星齿轮自转，并依循著内齿环之轨迹沿著中心公转，游星之旋转带动连结於托盘之出力轴输出动力。

其次，先确定高速轴齿轮和低速级齿轮的精度等级。

然后确定轮毂孔的精度等级，对轴承的精度提出设计要求并进行设计。

接下来，根据轴承和齿轮轮毂孔的精度对与其相配合的零部件提出设计要求，并进行设计。

最后，由轴承的外径精度及配合要求都箱体孔的配合精度设计提出要求，并进行设计方案可行性和合理性的探究。

3各零部件的几何精度设计方案

3.1齿轮轴几何精度的设计方案

3.1.1建模

经测绘后，用solidworks建模如下图：

图3.1-1齿轮轴建模

3.1.2设计几何精度

几何精度的设计在图中的标注如下图：

图3.1-2齿轮轴几何精度设计键槽标注

图3.1-3齿轮轴几何精度设计齿轮标注

设计步骤：

1、确定其参数

首先确定其参数，相关参数见下表：

项目

大小

项目

大小

齿数

z=26

毂宽

12mm

齿顶圆

16.3mm

模数

0.6

齿根圆

15mm

分度圆

15.6mm

表3.1-1齿轮轴参数表

2、确定齿轮精度

其次采用类比法确定齿轮精度，选择如下：

表3.1-2精度等级应用表

由表选用7级齿轮精度。

应用范围：

高速且需要逆转的齿轮，具有一定速度的减速机齿轮。

3、确定齿轮偏差必检偏差项目的允许值

表3.1-3螺线总偏差Fβ应用表

表3.1-4其他偏差项目应用表

国标规定，根据齿轮误差的特性及对齿轮传动使用性能的影响，将齿轮公差项目分为三个公差组：

a.第Ⅰ公差组影响传递运动的准确性

b.第Ⅱ公差组影响传动的平稳性

c.第Ⅲ公差组影响载荷分布的均匀性

根据相关要求和标准，相关参数计算选择如下：

a.齿距累积总偏差Fp=23μm

b.单个齿距极限偏差fpt=9.5μm

c.齿廓累计总偏差Fα=9μm

d.螺线总偏差Fβ=14μm

e.齿顶圆直径公差h8

f.齿顶圆圆柱度公差取t=0.04（L/d）Fβ和t=0.1Fp中较小者，所以t=0.71μm

g.齿顶圆对基准孔的径向圆跳动t=0.3Fp=6.9μm

h.端面对基准孔轴线的端面圆跳动t=0.02（L/d）Fβ=0.355μm

4、粗糙度设计

a.齿轮的工作面为齿面，在传动过程中接触的两齿面会产生一定相互滑动，导致齿面磨损。

严重时，会加大齿侧间隙而引起传动不平稳和冲击。

为保证传动的平稳性，并且减小摩擦，应采用较高的表面粗糙度。

查表得此处粗糙度为1.25μm。

b.齿轮端面和齿顶面为非工作表面，表面粗糙度要求较低，此处为3.2μm。

3.2行星齿轮几何精度的设计方案

3.2.1建模

经测绘后，用solidworks建模如下图：

图3.2-1行星轮建模

3.2.2设计几何精度

几何精度的设计在图中的标注如下图：

图3.2-2行星轮几何精度设计齿轮标注

设计步骤：

1、确定其参数

首先确定其参数，相关参数见下表：

项目

大小

项目

大小

齿数

z=40

毂宽

12mm

齿顶圆

25.2mm

模数

0.6

齿根圆

22.5mm

分度圆

24mm

基准孔

13mm

表3.2-4行星轮参数表

2、确定齿轮精度

其次采用类比法确定齿轮精度，选择如下：

表3.2-5精度等级应用表

选用7级齿轮精度

应用范围：

高速且需要逆转的齿轮，具有一定速度的减速机齿轮

3、确定齿轮偏差必检偏差项目的允许值

表3.2-6螺线总偏差Fβ应用表

表3.2-7其他偏差项目应用表

根据相关要求和标准，相关偏差参数计算选择如下：

a.齿距累积总偏差Fp=29μm

b.单个齿距极限偏差fpt=10μm

c.齿廓累计总偏差Fα=10μm

d.螺线总偏差Fβ=14μm

e.基准孔的尺寸公差和形状公差：

基准孔的尺寸公差为H7采用包容要求

f.基准孔圆柱度取t=0.04（L/d）Fβ和t=0.1Fp中较小者，所以t=0.924μm

g.齿顶圆直径公差h8

h.齿顶圆圆柱度公差取t=0.04（L/d）Fβ和t=0.1Fp中较小者，所以t=0.924μm

i.齿顶圆对基准孔的径向圆跳动t=0.3Fp=8.7μm

j.端面对基准孔轴线的端面圆跳动t=0.02（L/d）Fβ=5.6μm

4、粗糙度设计

a.齿轮的工作面为齿面，在传动过程中接触的两齿面会产生一定相互滑动，导致齿面磨损。

严重时，会加大齿侧间隙而引起传动不平稳和冲击。

为保证传动的平稳性，并且减小摩擦，应采用较高的表面粗糙度。

查表得此处粗糙度为1.25μm。

b.齿轮内孔表面与滚针轴承配合，内孔表面为摩擦表面，此处粗糙度选择1.6μm。

c.齿轮端面和齿顶面为非工作表面，表面粗糙度要求较低，此处为3.2μm。

3.3轴承类型及几何精度的设计方案

滚动轴承是精密的标准部件，它主要由内圈、外圈、滚动体、保持架组成。

外圈与箱体上的轴承孔配合，内圈与旋转的轴颈配合。

图3.3-1滚动轴承各部分示意图

滚动轴承精度设计的任务主要有：

①选择滚动轴承的公差等级。

②确定与滚动轴承配合的轴颈和座孔的尺寸公差带代号。

确定与滚动轴承配合的轴颈和座孔的形状和位置公差及表面粗糙度要求。

滚动轴承的内、外圈，都是薄壁件，在其加工和未装配的自由状态下容易变形，但装入外壳孔内和轴颈上后，变形又容易得到矫正。

故与轴颈、壳体孔配合时，决定配合性质的是内圈的实际平均内径或外圈的实际平均外径。

根据要求及查表：

1、公差带

内径为55mm，外径为80mm的轴承采用深沟球轴承，正常载荷

查表得：

轴颈公差带代号为k5，es=+0.015，ei=+0.002

轴承内圈公差带代号为M7，ES=0，EI=-0.03

内径为35mm，外径为55mm的轴承采用深沟球轴承，正常载荷

查表得：

轴颈公差带代号为k5，es=+0.015，ei=+0.002

轴承内圈公差带代号为M7，ES=0，EI=-0.03

内径为35mm，外径为75mm的轴承采用深沟球轴承，正常载荷

查表得：

轴颈公差带代号为k5，es=+0.015，ei=+0.002

轴承内圈公差带代号为M7，ES=0，EI=-0.03

2、形位公差

内径为55mm，外径为80mm的轴承，查表得：

轴颈圆柱度为0.003mm，端面圆跳动为0.010mm，轴承内圈圆柱度为0.008mm；

内径为35mm，外径为55mm的轴承，查表得：

轴颈圆柱度为0.0025mm，端面圆跳动为0.008mm，轴承内圈圆柱度为0.007mm；

内径为35mm，外径为75mm的轴承，查表得：

轴颈圆柱度为0.0025mm，端面圆跳动为0.008mm，轴承内圈圆柱度为0.007mm。

图3.3-2内径为55mm的滚动轴承公差标注

所用的部分表格如下：

表3.3-1圆度圆柱度公差

表3.3-2同轴度对称度公差

表3.3-3Ra

3.4轴的几何精度的设计方案

3.4.1建模

经测绘后，用solidworks建模如下图：

图3.4-1输入轴建模

图3.4-2输入轴建模

3.4.2设计几何精度

几何精度的设计在图中的标注如下图：

图3.4-3输入轴几何精度设计标注

图3.4-3输出轴几何精度设计标注

轴类零件的精度应根据与轴配合的零件（如滚动轴承，齿轮，键套筒等）对轴的精度要求设计，合理地确定轴的各部位的尺寸公差，几何公差和表面粗糙度参数值

设计步骤如下：

1.确定轴向长度尺寸

减速机中轴的长度采用一般公差。

2.确定几何公差标准

轴承是轴的支撑，轴上的几何公差基准要素应该选择和轴承配和的轴端，由于该轴一端与轴承连接，另一端与联轴器连接，所以取这两段的轴线为公共基准A-B。

3.确定与滚动轴承内圈配合轴颈的尺寸公差

选择的0级轴承属于轻负载，工作时承受定向载荷作用。

内圈与轴一起转动，因此内圈承受旋转载荷，与轴承内圈配合轴颈表面采用包容要求。

图3.4-4负荷类型

4.确定与滚动轴承内圈配合轴颈的几何公差

与轴承内圈配合表面要求圆柱度公差，按0级轴承查表得圆柱度公差值为0.006，为保证55轴线与公共基准A-B同轴，应规定其径向圆跳动公差。

5.确定与滚动轴承内圈配合轴颈表面粗造度：

55K6轴颈表面粗糙度查表得Ra上限值为0.8um，35k6轴颈表面粗糙度查表得Ra上限值为0.8um。

表3.4-1轴颈和外壳孔的几何公差（GB/T275—2005）

表3.4-2轴颈和外壳孔的表面粗糙度（GB/T275—2005）

6.确定与齿轮配合轴颈尺寸公差：

齿轮精度等级为7级其内孔尺寸公差为H7，联结轴的公差为：

22H7/m6,为保证安装齿轮的轴段轴线与公共基准A-B同轴，应规定它们的径向圆跳动公差。

根据齿轮精度为7级和经验得：

22的径向圆跳动公差tr=0.014。

7.确定与齿轮配合轴颈表面粗糙度：

轴颈表面粗糙度Ra上限值为0.8um，定位端面表面粗糙度Ra上限值为1.6um。

8.确定键联结公差：

都采用普通平键联结轴上的键槽公差带取N9。

9.确定表面精度：

轴其他表面粗糙度Ra上限值选为12.5um。

10.确定一般公差：

确定未注尺寸公差按GB/T1804-m加工，确定未注几何公差按GB/T1184-K加工。

3.5键的几何精度的设计

键联结将轴与轴上的传动件（如齿轮、皮带轮等）联接在一起，以传递扭矩。

在此减速机中，用到键的地方有两处，如下所示：

图3.5-1减速机中键联结处

查下表，键采用普通平键，轴径d=15mm，键的尺寸b×h=5×5。

表3.5-1普通平键公差表

由于平键为标准件，且键又为外表面，故键与轴槽、键与轮毂槽的配合均采用基轴制。

国家标准对键宽规定了一种公差带h8。

为了保证键与键槽侧面接触良好而又便于拆装，键与键槽宽采用过渡配合或小间隙配合。

其中，键与轴槽宽的配合应较紧，而键与轮毂槽宽的配合可较松。

这相当于一个轴与两个孔相配合，且配合性质不同。

图3.5-2轴槽宽和轮毂槽宽三种配合

其中：

对于处轴径d=15mm，键的尺寸b×h=5×5：

a.键槽：

紧联结；

b.轴上键槽：

P9，基本尺寸t1=3，上偏差+0.1，下偏差0；

c.毂上键槽：

P9，基本尺寸t2=2.3，上偏差+0.1，下偏差0。

对于处有：

a.键槽：

正常联结；

b.轴上键槽：

N9，基本尺寸t1=9，上偏差0，下偏差-0.052；

c.毂上键槽：

JS9，基本尺寸t2=5.4，上偏差+0.026，下偏差-0.026。

用CAD做出标注图见下：

图3.5-3j处键的标注

3.6箱体的几何精度的设计

3.6.1建模

经测绘后，用solidworks建模如下图：

图3.6-1箱体顶部建模

图3.6-2箱体底部建模

3.6.2设计几何精度

1、箱体与滚动轴承

箱体与滚动轴承共有3处配合如下图所示：

图3.6-3箱体与滚动轴承配合处

直径55mm、直径70mm、直径80mm与滚动轴承外圈配合，因此，三孔的公差带应由滚动轴承的精度、负荷大小和运转情况来确定。

图3.6-4箱体孔与滚动轴承配合常用公差带

此三个轴承套圈与作用在套圈上的径向负荷相对转动，则套圈在360°方向上依次承受负荷类型为循环负荷。

负荷的大小决定滚动轴承套圈与轴颈或壳体孔配合的最小过盈。

查有关手册可知负荷大小为轻负载。

表3.6-1轴承和壳体公差带表

由上表及图选择，三个轴承精度为2级，同时优先选用0组为基本组游隙。

放置轴承箱体为整体式，三孔公差带都为K7。

外壳孔和与轴承外圈配合，外壳孔和轴颈应采用包容要求。

关于轴颈和外壳孔的形位公差与表面粗糙度的选择，国标规定：

为了防止套圈装配后产生变形，对轴颈和箱体孔规定圆柱度公差8μm。

表面粗糙度值直接影响配合质量和连接强度，因此，凡是与轴承内、外圈配合的表面都提出较高的要求。

据此三个放置滚动轴承处的壳体表面粗糙度均设计为Ra上限值为3.2μm。

2、接合面处

根据经验，箱盖与箱座结合表面的表面粗糙度Ra上限值为6.3μm；箱座底平面表面粗糙度Ra上限值为12.5μm；

同时为保证箱体的两部分合体后的同轴度，箱体的两部分的接合面处应与轴线垂直、规定两孔的同轴度，应选择合适的表面粗糙度。

据此查表，垂直度以两孔轴线为基准，公差等级为7级，公差值为40μm；同轴度以箱体的其中一部分的孔径为基准，大小为25μm。

3、螺栓处

两部分箱体连接起来需要靠螺栓，因此需要规定位置度。

表3.6-2位置度数系

计算得位置度位80μm。

4、其他

其余表面的表面粗糙度Ra上限值为6.3μm。

未注尺寸公差按GB/T1804-m加工；

未注几何公差按GB/T1184-K加工。

由上述箱体标注如下图：

图3.6-5箱体标注

图3.6-6箱体标注

4设计方案合理性的探究及设计感想

4.1设计方案合理性的探究

此次AB090减速器的设计过程有些坎坷，但根据网上的一些资料和课堂所学知识，基本方案应该没有什么大问题，只是每个人负责一小部分，部分与部分之间的相互配合可能存在一些不合适的地方。

同时每一个小部分可能也会出现设计精度过高或过低的情况。

总体来说，方案合理性可行。

4.2设计感想

在现代工业生产中常采用专业化的协作生产，即用分散制造、集中装配的办法来提高生产率，保证产品质量和降低成本。

要实行专业化生产保证产品具有互换性，必须采用互换性生产原则。

我们在课堂上的理论学习到实践环节还有很长时间的路要走。

在此次的设计过程中我们小组遇到了很多问题，如配合不够默契、对要求理解不深刻等。

在设计过程中每个人或多或少发现了自己在课堂上的没有学到的或者没有认真学会的东西。

除此之外，由于这次实践环节在考试之后进行，组内一些组员车票无法更改，在于其他组员的配合上有一些不方便。

其中的任务分配只是主要任务，每个人都或多或少的做了一些主要任务之外的事情。

最后谢谢秦老师、纪老师的教授和指导！

5参考文献

[1]《互换性与测量技术基础》第四版伯平主编；

[2]刘万山.齿轮箱体公差的分析与确定[J].航空标准化与质量,1996（06）:

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6附件