二级减速机说明书

沈阳理工大学应用技术学院 机械设计课程设计说明书

传动装置设计

一、传动方案：展开式二级圆柱齿轮减速器。如下图所示：

二、选择电机：

1、 类型：Y系列三相异步电动机； 2、 型号： 工作所需输入功率：Pw?

Fv1000ηw?1.953KW；

电机所需功率：Pd? 其中，ηPwη?Pwη1η2η3?2.14KW；

w为滚筒工作效率，0.96；

η1为高速级联轴器效率，0.98；

η2为两级圆柱齿轮减速器效率，095； η3为低速级联轴器效率，0.98；

电机转速n选：1500r/min;

所以查指导书表选电机型号为Y100L2-4 电机参数：

额定功率：pm=3KW； 满载转速：nm=1420r/min； 电机轴直径：dm?φ24?0.004mm。 三、传动比分配：

?0.009i总?nmnw?1420119.42?11.89?i1i2 （nw?60?1000?vπD?119.42r/min）

其中，i1为高速级传动比，i2为低速机传动比，且i1=（1.3~1.5）i2 取i1=1.5i2，则有：i1=4.2，i2=2.8； 四、传动装置的运动和动力参数：

1、 电机轴：Pm?Pd?2.14KW；

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nm?1420r/min； Tm?95502、 高速轴：P1?ηPmnm?95502.141420?14.39Ngm

联Pm?0.98?2.14?2.10KW；

n1?nm?1420r/min；

T1?9550P1n1齿?95502.101420?14.12Ngm；

η3、 中间轴：P2?η承P1?0.98?0.95?2.10?1.96KW；

n2?n1/i1?1420/4.2?338.1r/min； T2?9550P2n2齿?95501.96338.1?55.36Ngm；

η4、 低速轴：P3?η承P2?0.98?0.95?1.96?1.82KW；

n3?n2/i2?338.1/2.8?120.75r/min； T3?9550

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P3n3?95501.82120.75?143.94Ngm；

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传动零件设计

一、齿轮设计

（一）、高速级设计参数（斜齿圆柱齿轮）： P1=2.10KW； T1=14.12Ngm； n1=1420r/min； n2=338.1r/min； i1=4.2；

寿命t=19200h； 1、 选择齿轮材料及精度等级

根据教材表11.8选择齿轮的材料为小齿轮选用45钢调质，硬度为220~250HBS，大齿轮选用45钢正火，硬度为170~210HBS。

因为是普通减速器，由教材表11.20选8级精度，要求齿面粗糙度Ra≤3.2~6.3μm。

2、 确定设计准则

由于该减速器为闭式齿轮传动，且两齿轮均为齿面硬度HBS小于等于350的软齿面，齿面点蚀为主要的失效形式。应先按齿面接触疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的主要参数和尺寸，然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度。 3、 按齿面接触疲劳强度设计

因两齿轮均为钢质齿轮，可应用下式求出d1值：

d1?3 确定有关参数与系数：

（1）转矩T1

KT1?u?1??3.17ZE??du????H???? ?2T1?9.55?106Pn1?9.55?1062.101420?14123.23N?mm

（2）载荷系数K

查教材表11.10取1.1。

（3）齿数z1，螺旋角β和齿宽系数Ψd

小齿轮的齿数z1取为25，则大齿轮齿数z2=i1z1=4.2×25=105 实际齿数比为u?'z2z1?10525?4.2

齿数比的误差为

u?u'u?4.2?4.24.2?0??5%。

初选螺旋角β=15°。

因为双击斜齿圆柱齿轮为不对称布置，而齿轮表面又为软齿面，由教材表11.19选取ψd=0.5。 （4）弹性系数ZE

由教材表11.11查得ZE=189.8。

（5）许用接触应力[?H]由教材图11.25查得

?Hlim1?560MPa； ?Hlim2?530MPa；

由教材表11.9查得SH=1。

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N1?60njLh?60?1420?1?19200?1.64?109

N2?N1/i?1.64?109/4.2?3.98?108

查教材图11.28得zN1=1，zN2=1.09 由式可得：

[?H]1?zn1?Hlim1SH??1?5601?MPa?560MPa；

[?H]2? 故：

zn2?Hlim2SH21.09?5301?MPa?577.7MPa；

d1?3KT1?u?1??3.17ZE??du????H?mn??1.1?14123.23??4.2?1??3.17?189.8?3?????35.41mm ?0.5?4.2560????35.41?cos15?25mm?1.37mm

2d1?cos?z1 由教材表11.3取标准模数mn=1.5mm。

（6）确定中心距a和螺旋角β

a?mn(z1?z2)2cos??1.5?（25?105）?100.94mm

2?cos15? 圆整后取中心距为a=101mm； 圆整中心距后确定得螺旋角β为

??arccosmn(z1?z2)2a?arccos1.5(25?105)2?101?15.13?

此值与初选螺旋角β得值相差不大，所以不必重新计算。 4、 主要尺寸计算

d1?mnz1cos?mnz2cos??1.5?25cos15.13?1.5?105cos15.13?mm?38.85mm

d2??mm?163.16mm

b??dd1?0.5?38.85mm?19.425mm

取b2=20mm，b1=25mm。 5、 按齿根弯曲疲劳强度校核

由式得出，如?F???F?，则校核合格。 确定有关系数与参数： （1） 当量齿数

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zv1?z1cos?z2cos?33?25cos15.13105cos15.133?3??27.79?28

zv2???116.72?117

（2） 齿形系数YF 查教材表11.12得，YF1?2.58，YF2?2.17。 （3） 应力修正系数YS 查书表11.13得，YS1?1.61，YS1?1.81； （4） 许用弯曲应力??F?

由教材图11.26查得?Flim1?210MPa.?Flim2?190MPa； 由教材表11.9查得SF?1.3； 由教材图11.27查得YN1?YN2?1； 由式可得：

??F?1?YN1??Flim1?FYN2??Flim2?1?2101.31?1901.3MPa?162MPa；

???f2??F?MPa?146MPa；

故：

?F1?1.6KT1cos?2bmnz1YFYS?1.6?1.1?14123.23?cos15.13?20?1.52?25?88.60?2.17?1.812.58?1.61?2.58?1.61MPa?88.60MPa???F?1?F2??F1YF2YS2YF1YS1MPa?83.78MPa???F?2；

齿根弯曲强度校核合格。

6、 验算齿轮度圆周速度

v??d1n160?1000???38.85?142060?1000m/s?2.89m/s

由教材表11.21可知选8级精度式合适的。 7、 几何尺寸计算及绘制齿轮零件工作图

以大齿轮为里，齿轮的齿顶圆直径为：

da2?d2?2ha?(163.16?2?1?1.5)mm?166.16mm

由da2≤200mm,所以采用实体式结构。

（二）、低速级设计参数（斜齿圆柱齿轮）：

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P1=1.96KW； T1=55.36Ngm； n1=338.1r/min； n2=120.75r/min； i2=2.8；

寿命t=19200h； 1、选择齿轮材料及精度等级

根据教材表11.8选择齿轮的材料为小齿轮选用45钢调质，硬度为220~250HBS，大齿轮选用45钢正火，硬度为170~210HBS。

因为是普通减速器，由教材表11.20选8级精度，要求齿面粗糙度Ra≤3.2~6.3μm。

2、确定设计准则

由于该减速器为闭式齿轮传动，且两齿轮均为齿面硬度HBS小于等于350的软齿面，齿面点蚀为主要的失效形式。应先按齿面接触疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的主要参数和尺寸，然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度。 3、 按齿面接触疲劳强度设计

因两齿轮均为钢质齿轮，可应用下式求出d1值：

d1?3 确定有关参数与系数：

（1）转矩T1

KT1?u?1??3.17ZE??du????H???? ?2T1?9.55?106Pn1?9.55?1061.96338.1?55362.32N?mm

（2）载荷系数K

查教材表11.10取1.1。

（3）齿数z1，螺旋角β和齿宽系数Ψd

小齿轮的齿数z1取为30，则大齿轮齿数z2=i1z1=2.8×30=84 实际齿数比为u?'z2z1?8430?2.8

齿数比的误差为

u?u'u?2.8?2.82.8?0??5%。

初选螺旋角β=15°。

因为双击斜齿圆柱齿轮为不对称布置，而齿轮表面又为软齿面，由教材表11.19选取ψd=0.5。 （4）弹性系数ZE

由教材表11.11查得ZE=189.8。

（5）许用接触应力[?H]由教材图11.25查得

?Hlim1?560MPa； ?Hlim2?530MPa；

由教材表11.9查得SH=1。

N1?60njLh?60?338.1?1?19200?3.89?108

N2?N1/i?3.89?108/2.8?1.39?108

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查教材图11.28得zN1=1.09，zN2=1.10 由式可得：

[?H]1?zn1?Hlim1SH?1.09?5601?MPa?610.4MPa；

[?H]2? 故：

zn2?Hlim2SH2?1.10?5301?MPa?583MPa；

d1?3KT1?u?1??3.17ZE??du????H?mn??1.1?55263.32??2.8?1??3.17?189.8?3?????54.36mm ?0.5?2.8610.4????54.36?cos15?30mm?1.75mm

2d1?cos?z1 由教材表11.3取标准模数mn=2mm。

（6）确定中心距a和螺旋角β

a?mn(z1?z2)2cos??2?（30?84）?118.02mm

2?cos15? 圆整后取中心距为a=118mm； 圆整中心距后确定得螺旋角β为

??arccosmn(z1?z2)2a?arccos2?(30?84)2?118?14.96?

此值与初选螺旋角β得值相差不大，所以不必重新计算。 4、 主要尺寸计算

d1?mnz1cos?mnz2cos??2?30cos14.96?2?84cos14.96?mm?62.10mm

d2??mm?173.89mm

b??dd1?0.5?62.10mm?31.05mm

取b2=32mm，b1=37mm。 5、 按齿根弯曲疲劳强度校核

由式得出，如?F???F?，则校核合格。 确定有关系数与参数： （1）当量齿数

zv1?z1cos?3?30cos14.963??33.27?33

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zv2?z2cos?3?84cos14.963??93.14?93

（2）齿形系数YF 查教材表11.12得，YF1?2.50，YF2?2.20。 （3）应力修正系数YS 查书表11。13得，YS1?1.64，YS2?1.79。 （4）许用弯曲应力??F?

由教材图11.26查得?Flim1?210MPa.?Flim2?190MPa； 由教材表11.9查得SF?1.3； 由教材图11.27查得YN1?YN2?1； 由式可得： ??F?1?YN1??Flim1?FYN2??Flim2?1?2101.31?1901.3MPa?162MPa；

???f2??F?MPa?146MPa；

故：

?F1?1.6KT1cos?bmz2n1YFYS?YF2YS2YF1YS11.6?1.1?55362.32?cos14.96?32?2?30?100.5?2.20?1.792.50?1.642?2.50?1.64MPa?100.5MPa???F?1?F2??F1MPa?96.52MPa???F?2；

齿根弯曲强度校核合格。 6、 验算齿轮度圆周速度

v??d1n160?1000???62.10?338.160?1000m/s?1.10m/s

由教材表11.21可知选8级精度式合适的。 7、 几何尺寸计算及绘制齿轮零件工作图

以大齿轮为里，齿轮的齿顶圆直径为：

da2?d2?2ha?(173.89?2?1?2)mm?177.89mm

由da2≤200mm,所以采用实体式结构。

所以计算得齿轮参数如下表所示： m z d 高速级 低速级

a 101 118 8

b 20 25 32 37 ? 15° *ha c 0.25 *? 大 小 大 小 163.16 38.85 173.89 62.10 1.5 2 105 25 84 30 1 20 沈阳理工大学应用技术学院 机械设计课程设计说明书

二、联轴器选择

高速级：T=14.21Ngm，电机轴直径：D=24mm，所以，选择YL4（钢制）； 低速级：T=143.94Ngm，所以，选择YL9（钢制）； 三、轴的设计

（一）、高速级

1、轴的强度设计

.选择轴的材料，确定许用应力

由已知条件可知，故选用45钢并经调质处理。由表16.1查得强度极限???1b??60MPa 2.按电机轴直径估算轴径（最小直径）

电机轴径

0.009Dm?24??0.004

考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽存在，故需将轴直径加大3%~5%，由设计手册

取标准直径d1?24mm

3.设计轴的结构

确定各轴段的长度如下图所示：

4.按弯矩合成强度校核轴径

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1）画出轴的受力图

Ft1?2T1d1?2?14.238.85?10?3?731Ntan20??275.6N

Fr1?Ft1tan?cos??731?cos15.13?Fa1?Ft1tan??731?tan15.13??197.6N2)作水平面内的弯矩图，支点反力为

FHA?Ft1?3988Ft1?4988?731?3988731?4988?323.97N

FHB?Ⅰ-Ⅰ截面处的弯矩为

??407.03N

MHI?FHA?OA?323.97?49?15874.5N?mm

Ⅱ—Ⅱ截面处的弯矩为

MHII?FHB?BD?407.03?26.5?10786.3N?mm

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3)作垂直面内的弯矩图，支点反力为

FVA?Fr1?3988?Fa1?19.42588?122.1?479.8??357.7N

FVB?Fr1?FVA?275.6?357.7?633.3N

Ⅰ—Ⅰ截面左侧弯矩为

MV1左?FVA?AO??357.7?49?17527.3N?mm

Ⅰ—Ⅰ截面右侧弯矩为

MV1右?FVB?BO?633.3?39?24698.7N?mm

Ⅱ—Ⅱ截面处的弯矩为

MVII右?FVB?26.5?633.3?26.5?16782.45N?mm

4）作合成弯矩图

M?Ⅰ—Ⅰ截面

22MH?MV MI左?MI右?Ⅱ—Ⅱ截面

2M2VI左?MHI?23648N?mm

M2VI右?M2HI?29360N?mmMII?5）作转矩图

2M2VII?MHII?19950N?mm

T?9.55?106Pn?9.55?1062.11420?14123.23N?mm

6）求当量弯矩图（修正系数?为0.6）

Ⅰ—Ⅰ截面

MeI?Ⅱ—Ⅱ截面

22M2（?T）?（29360）?（0.6?14123.23）?30558N?mm I右?MeII?22M2?（?T）?（19950）?（0.6?14123.23）?21675N?mm II7）确定危险截面及校核强度

弯矩MeⅠ>MeⅡ,故截面Ⅰ—Ⅰ可能为危险截面，但由于轴径不等，也应对截面Ⅱ—Ⅱ进行校核 Ⅰ—Ⅰ截面

?eI?Ⅱ—Ⅱ截面

MeIW?MeI0.1d3?MeI0.1?353?305580.1?353?7.17MPa

?eII?

MeIIW?MeII0.1d3?MeII0.1?30311

?216750.1?303?8.02MPa

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查表得16.3得???1b??60Mpa，满足?e????1b?的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定的裕度

5.修改轴的结构

因所设计轴的强度裕度不大，此轴不必再进行结构修改。 （二）、中间轴设计

1、按扭矩强度估算轴径（最小直径） 根据教材表16.2得C=118～107

d?C3Pn?(107~118)31.96338.1?19.2~21.20mm d≥19.8~22.26mm；

由设计手册取标准直径d=20mm 2、 设计轴的结构

3、 计算轮齿受力

（1）T?9.55?106Pn?9.55?106?1.96338.1?5.54?104N?mm

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d2?d3?Ft2?Ft3?mnz2cos?2mnz3cos?32Td22Td3????1.5?105cos15.13?1.5?30cos14.96??163.16mm?62.10mm2?55400163.162?5540062.10?679N?1784Ntan20?cos15.13?tan20?cos14.96??256N?672N

Fr2?Ft2Fr3?Ft3tan?ncos?2tan?ncos?3?679??1784?Fa2?Ft2tan?2?679?tan15.13??184NFa3?Ft3tan?3?1784?tan14.96??477N轴的受力图：

（2）作垂直面受力图，弯矩MV

FRVA?FRVBFt3?OC?Ft2?BCAC88?Ft3?Ft2?FRVA?(1784?679?1566)?897N?1784?66?679?29.5?1566N

MVB?FRVA?AO?1566?22?34452N?mmMVC?FRVB?BC?897?29.5?26461.5N?mm

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（3）作水平面受力图，弯矩MH

Fr3?AO?Fr2?AB?Fa2?FRHB?ACFr3?OC?Fr2?BC?Fa2?FRHA?ACd3d22d22?Fa3?d32?d32?672?22?256?58.5?184?88672?66?256?29.5?184?88163.162163.162?477?62.1262.12?79N?337N?Fa3??477?'MHB?FRHA?AO?79?22?1738N?mm''MHB?FRHA?AO?Fa3?'MHC?FRHB22?BC?337?29.5?9941.5N?mmd22?337?29.5?184??79?22?477?62.1?16549N?mm''MHC?FRHB?BC?Fa2?163.162??5069N?mm（4）作合成弯矩图

'MB?''MB?2'2MVB?MHB?2''2MVB?MHB?(34.452)2?(1.738)2?34.5KN?mm(34.452)2?(16.549)2?38.2KN?mm(26.4615)?(9.9415)?28.3KN?mm(26.4615)2?(?5.069)2?26.9KN?mm22

M'C?M2VC?M'2HC?''MC?2''2MVC?MHC?（5）做扭矩图

T?5.54?104N?mm

（6）作当量弯矩图

扭矩按脉动循环（α=0.586）

'Mca(B)?M'B?34.5KN?mm''Mca(B)?'ca''2(MB)?(?T)2?'(38.2)2?(0.586?55.4)2?50.1KN?mmM(C)?MC?28.3KN?mm''Mca(C)?

(Mc'')2(?T)2?(26.9)2?(0.586?55.4)2?42.2KN?mm（7）校核

???1?b?51MPa； 轴材料用45钢正火，?B?560MPa，①截面Ⅰ-Ⅰ由d=30mm，可得WB=2700mm

3

?B''Mca(B)WB?501000.1d3?5010027003

?18.56MPa????1?b

②截面Ⅱ-Ⅱ由d=30mm，可得Wc=2700mm

?c?此轴强度安全。

（三）、低速级轴设计

''Mca(C)Wc?422002700?15.6MPa????1?b

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1、按扭转强度估算轴径（最小直径）

d?C3Pn?(107~118)31.82120.75?26.43~29.15mm

考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽存在，故需将估算后的轴直径加大3%~5%,取为27.22~30.61mm，由设计手册取标准直径30mm。

2、设计轴的结构

3、按弯扭合成强度校核轴径 已知条件：

Ft1?2T3d4?2?143940173.89?10?3?1655.5N Fa1?Ft1?tan?2?1655.5?tan14.96??442.35N

Fr1?Ft1?tan20?cos?3?1655.5?tan20?cos14.96??623.7N1)画出轴的受力图

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2)做水平面内的弯矩图，支点反力为：

FHA?FHB?Ft1?BCACFt1?ABAC??1655.5?40881655.5?4888?752.5N

?903NⅠ-Ⅰ截面处的弯矩为MHI?FHA?AB?752.5?48?36120N?mm Ⅱ-Ⅱ截面处的弯矩为MHII?FHB?BC?903?40?36120N?mm 3)作垂面内的弯矩图，支点反力为

FVA?FVBFr1?BCAC?Fr2?FVA?2?623.7?40?AC88?623.7?153.55?777.25NFa1?d4442.35?173.892??153.55N

88Ⅰ-Ⅰ截面左侧弯矩为MI左?FVA?AB??153.55?48??7370.4N?mm Ⅰ-Ⅰ截面右侧弯矩为MI右?FVB?BC?777.25?40?31090N?mm

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Ⅱ-Ⅱ截面右侧弯矩为MVII?FVB?OC?777.25?24?18654N?mm

4)作合成弯矩图 MⅠ-Ⅰ截面

22MH?MV

MI左?MI右? Ⅱ-Ⅱ截面

2M2VI左?MHI??7370.42?3612022?36864.3N?mm

M2VI右?M2HI?31090?361202?47657.55N?mmMII?5) 作转矩图

2M218654VII?MHII?2?361202?40652.5N?mm

T?9.55?106Pn?143942N?mm

6)求当量弯矩（修正系数?为0.6）

Ⅰ-Ⅰ截面

MeI? Ⅱ-Ⅱ截面

222M2（?T）?（47657.55）?（0.6?143942）?98641.7N?mmI右?222MeII?M2（?T）?（40652.5）?（0.6?143942）?954N?mmII?

7)确定危险截面及校核强度

弯矩MeI?MeII，故截面Ⅰ-Ⅰ可能为危险截面，但由于轴径不等，也应对截面Ⅱ-Ⅱ进行校核。 Ⅰ-Ⅰ截面

?eI?MeIW?98641.70.1?403?15.413MPa

Ⅱ-Ⅱ截面 ?eII?MeIIW?95454.560.1?353?22.26MPa

查教材表16.3得???1?b?60MPa，满足?e????1?b的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一

定的裕度。

4、修改轴的结构

因所设计轴的强度裕度不大，此轴不必再进行结构修改。 四、轴承设计

已知：Fr?352.1N,轴颈d?20mm，转速n?1440r/min，[Lh]?19200h。 按寿命计算选取轴承

P?fp?Fr?1.2?352.1?422.52N 查表17.9得fp?1.2 (1)计算额定动载荷

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沈阳理工大学应用技术学院 机械设计课程设计说明书

1/3C?P?Ljs10?422.52?(

1920?60?1440106)1/3?5006N

(2)选取轴承型号

由《机械设计手册》查得7004AC轴承，Cr?10000N,C0r?5780N。 结论：由于Cjs＜Cr，满足寿命要求。 2、静强度校核

由表17.13得到S0?0.8~1.2,取S0?1.1；得出P0?Fr?352.1N.

C0rP0?5780352.1?16.42＞S0

所以选取7004AC型轴承满足静强度条件。

五、箱体结构尺寸

箱箱座壁厚：δ=0.025a2 +3≥8mm，而0.025×110+3=5.75mm﹤8mm 所以，取δ=8mm

箱盖壁厚：δ1=0.025a2+3≥8mm，所以取δ1=8mm。

箱座、箱盖、箱底座凸缘的厚度：b=b1=1.5δ1=12mm;b2=2.5δ=20mm。 箱座、箱盖的肋厚：m=m1=0.85δ1=6.8mm。 轴承旁凸台的半径：R1=C2。

轴承盖外径：D2=D+（5～5.5）d3。 中心高：

H≈da3+(30～50)mm+20mm=143.98mm。 地脚螺钉的直径：df=16mm(因为a1+a2=185mm);数目：4 轴承旁联接螺栓：d1=0.75df=12mm;

箱盖、箱座联接螺栓直径：d2=0.5df=8mm,间距l=160mm 轴承盖螺钉的直径；d5=8mm

df,d1,d2箱外壁的距离：C1f=22mm;C11=20mm;C12=16mm

df,d1,d2至凸缘边缘的距离：C2f=16mm;C21=18mm;C22=26mm 外箱壁到轴承座端面的距离：l1=C11+C21+6=42mm

齿轮顶圆与内箱壁距离：Δ1＞1.2δ=9.6mm,取Δ1=12.5mm 齿轮端面与内箱壁距离：Δ2＞δ=8mm,取Δ2=12mm

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