《机械设计基础》大作业（轴承部件设计——直齿圆柱齿轮减速器的输出轴）

输出轴部件设计过程主要包括：,（1）初定尺寸,（2）画结构草图,（3）校核计算,（4）完成部件图设计,（5）完成零件图设计,11.9 减速器输出轴轴系部件设计,一级圆柱齿轮减速器由输入轴部件、输出轴部件和机体组成。,输出轴部件设计流程图教材P228图11.21,习题课：输出轴部件设计,试设计带式运输机中齿轮减速器的输出轴部件。已知： 输出轴功率P=2.74kW，转矩T=289458N.mm， 转速n=90.4r/min, 圆柱齿轮分度圆直径d= 253.643mm,齿宽b=62mm,圆周力F1=2282.4N, 径向力Fr=849.3N,轴向力Fa=485.1N,载荷 平稳，单向转动，工作环境清洁，两班工作 制，使用年限5年，大批量生产。,1. 选择轴的材料：,因传递的功率P=2.74kW，不大。并且带式运输机属一般设备，结构无特殊要求，故选用轴常用材料：45号钢，调质处理。,解：,2. 初算轴径：,减速器的输出轴,转轴,按扭转强度初算轴径,查表10.2得C=106118,考虑轴端弯矩比转矩小，取C=106.,2. 初算轴径(续前)：,轴端与联轴器用键联结，键槽对轴的强度有所削弱,3. 结构设计：,1）轴承部件的结构形式：,为便于轴承部件的装拆,机体采用剖分式结构,传递的功率小, 齿轮减速器效率高, 发热小,估计轴不会长,轴承部件的固定方式可采用两端固定方式,减速器输出轴结构图,轴段1,轴段2,轴段3,轴段4,轴段5,轴段6,轴段7,2）联轴器选择及轴段1直径d1、长度l1确定：,为补偿联轴器所连接的两轴的安装误差，隔离振动,选弹性柱销联轴器,联轴器安装在轴端上,轴端直径d1应与联轴器孔径相同,联轴器的选型计算：,根据：轴传递的转矩T设备类型(本题带式运输机),计算联轴器计算转矩Tc：,查教材266页表13.1,KA=1.5,2）联轴器选择及轴段1直径d1、长度l1确定(续)：,由机械设计手册GB 5014-1985,HL3型弹性柱销联轴器符合要求：公称转矩为630N.m,即630000N.mm434187N.mm,HL3型弹性柱销联轴器性能及尺寸参数：公称转矩为630N.m,许用转速为5000r/min（本题转速90.4r/min）,轴孔直径范围3038mm，轴孔长度60mm。,取联轴器轴孔直径为35mm（dmin=34.7mm）,轴孔长度为60mm，J型轴孔，A型平键联结，联轴器主动端的代号为：HL3 3560 GB 5010-1985。,2）联轴器选择及轴段1直径d1、长度l1确定(续)：,取轴端的直径d1=35mm,该轴段长度应比联轴器主动端轴孔长度60mm略短23mm,取l1为58mm。,3）密封圈与密封圈所在轴段2：,轴段2用轴肩对联轴器起轴向定位作用,h=2.453.5mm,则轴段2的直径d2=d1+h=4042mm。,3）密封圈与密封圈所在轴段2(续)：,轴段2上有密封圈,工作环境清洁，估计轴颈的圆周速度vd2=40mm轴承内径d3应在标准值系列内：.,30,35,40,45,.,d3=45mm,查机械设计手册得轴承代号号为：7209 C，其主要参数为：,内径d=45mm,外经D=85mm,宽度B=19mm,定位轴肩直径da=52mm,轴肩定位处圆角半径(安装尺寸)rAS=1mm，基本额定动载荷C=29800N,基本额定静载荷C0= 23800N，油润滑极限转速nlim=9000r/min,脂润滑极限转速6700r/min。,4）轴承与轴段3及轴段7(续)：,一般情况下，同一轴上的两个轴承应取相同的型号，则轴段3，7的轴承相同，直径相同：,d7=d3=45mm,轴段7的长度l7=B=19mm,5）齿轮与轴段4：,为便于齿轮安装：,d4略d3=45mm,且d4内应取整数。,取d4=48mm。(也可取46或47，49),为便于套筒对齿轮的准确定位,轴段4的长度l4应比齿轮轮毂宽度略短23mm,此处，齿轮轮毂宽度=齿宽b=62mm,l4=b-2=60mm,6）轴段5与轴段6：,轴段5为肩环，对齿轮轴向定位：,d5=d4+h,h根据齿轮的导角C1确定为：h3.364.8mm,d5d4+h=48+3.364.8=51.3652.8(mm),取整为55mm。(也可取为53或54mm),肩环的宽度b=1.4h=1.4 (d5-d4)/2=1.4 (55-48)/2=4.9mm取为10mm，即l5=10mm。,轴段6对轴承轴向定位,且考虑便于轴承拆卸,dad6d7 =45mmda轴承安装尺寸52mm,取d6=da=52mm,19+20+2=41,7）机体与轴段2,3, 6长度：,50-19-5+10+20=56,8）键连接：,联轴器及齿轮与轴的周向连接均用A型普通平键连接，分别为键1056 GB 1096-1990及键1456 GB 1096-1990。,4. 轴的受力分析：,1）画轴的受力简图,2）计算支撑反力：,在水平面上：,2）计算支撑反力（续）：,在垂直平面上：,轴承I的总支撑反力：,轴承II的总支撑反力：,3）画弯扭矩图：,在水平面上：a-a剖面的左侧：,3）画弯矩图（续）：,在水平面上：a-a剖面的右侧：,在垂直平面上：a-a剖面：,合成弯矩：a-a剖面左侧：,a-a剖面右侧：,4）画转矩图：,5. 校核轴的强度：用安全系数法,a-a剖面的左侧：,弯矩大有转矩键槽有应力集中,a-a剖面左侧为危险剖面,由教材P201附表10.1查得：有键槽的a-a剖面抗弯剖面模量W、抗扭剖面模量WT的计算公式分别为：,5. 校核轴的强度（续）：,计算a-a剖面左侧弯曲应力：,计算扭剪应力：,对于调质处理的45钢，由教材P188表10.1查得：,由教材P197查得：碳素钢的平均应力折算为应力幅的等效系数,5. 校核轴的强度（续）：,S=6.72S=1.5a-a剖面安全。,6. 校核键连接的强度：,联轴器处键连接的挤压应力：,取键、轴及联轴器的材料都为钢，查教材P84表6.1：静连接条件下，显然，,齿轮处键连接的挤压应力：,取键、轴及联轴器的材料都为钢，查教材P84表6.1：静连接条件下，显然，,7. 校核轴承寿命：,由机械设计手册查得7209 C的C=29800N, C0=23800N.,1）计算轴承的轴向力：,由教材P219表11.13查得7000 C型轴承的内部轴向力计算公式为：,则轴承I、II的内部轴向力分别为：S1=0.4Fr1=0.41474.1=589.6(N)S2=0.4Fr2=0.41144.3=457.7(N),只须校核轴承I的寿命。,1）计算轴承的轴向力（续）：,2）计算轴承的当量动载荷P：,3