同轴式二级圆柱齿轮减速器课程设计【含CAD图纸】
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机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 0 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减 速器 目录 一、设计任务书 1 二、传动方案的拟定及说明 1 三、电动机的选择 . 3 四、计算传动装置总传动比和分配各级传动比 . 3 五、计算传动装置的运动和动力参数 . 4 六、传动件的设计计算 . 5 1. V 带传动设计计算 5 2. 斜齿轮传动设计计算 7 七、轴的设计计算 . 12 1. 高速轴的设计 . 12 2. 中速轴的设计 . 15 3. 低速轴的设计 . 19 精确校核轴的疲劳强度 22 八、滚动轴承的选择及计算 26 1. 高速轴的轴承 . 26 2. 中速轴的轴承 . 27 3. 低速轴的轴承 . 29 九、键联接的选择及校核计算 31 十、联轴器的选择 . 32 十一、减速器附件的选择和箱体的设计 32 十二、润滑与密封 33 十三、设计小结 34 十四、参考资料 . 35 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 1 设计计算及说明 结果 一、 设计任务书 设计一用于带式运输机上同轴式二级圆柱齿轮减速器 1. 总体布置简图 2. 工作情况 工作平稳、单向运转 3. 原始数据 运输机卷筒 扭矩（ Nm） 运输带 速度 （ m/s） 卷 筒直径 （ mm） 带速允许 偏差（ %） 使用年限 （年） 工作制度 （班 /日） 1350 0.70 320 5 10 2 4. 设计内容 (1) 电动机的选择与参数计算 (2) 斜齿轮传动设计计算 (3) 轴的设计 (4) 滚动轴承的选择 (5) 键和联轴器的选择与校核 (6) 装配图、零件图的绘制 (7) 设计计算说明书的编写 5. 设计任务 (1) 减速器总装配图 1张（ 0号或 1号图纸） (2) 齿轮、轴零件图各一张（ 2号或 3号图纸） (3) 设计计算说明书一份 二、 传动方案的拟定及说明 如任务书上布置简图所示，传动方案采用 V 带加同轴式二级圆柱齿轮减速箱，采 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 2 用 V 带可起到过载保护作用，同轴式可使减速器横向尺寸较小。 设计计算及说明 结果 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 3 m in/778.41320 7.0100060100060 rD vn w 三、 电动机的选择 1. 电动机类型选择 按工作要求 和工作条件，选用一般用途的（ IP44）系列三相异步电动机。它为卧 式封闭结构。 2. 电动机容量 (1) 卷筒轴的输出功率 wP kWvD TFv P w 90625.51000 70.0320.0 13502 1000 2 1000 (2) 电动机的输出功率 dP wd PP 传动装置的总效率 5423321 式中， 21, 为从电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。由机 械设计课程设计（以下未作说明皆为此书 中查得）表 2-4 查得： V 带传动 955.01 ；滚动轴承 9875.02 ；圆柱齿轮传动 97.03 ；弹性联轴 器 9925.04 ；卷筒轴滑动轴承 955.05 ，则 82015.0955.09925.097.09875.0955.0 23 故 kWPP w d 2014.782015.0 9625.5 (3) 电动机额定功率 edP 由第二十章表 20-1选取电动机额定功率 kWPed 5.7 。 3. 电动机的转速 由表 2-1 查得 V 带传动常用传动比范围 421 i ，由表 2-2查得两级同轴式圆 柱齿轮减速器传动比范围 6082 i ，则电动机转速可选范围为 kWPw90625.5 82015.0 kWPd2014.7 kWPed 5.7 设计计算及说明 结果 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 4 m in/10026668 21 riinn wd 可见同步转速为 750r/min、 1000r/min、 1500r/min和 3000r/min 的电动机均符合。这里 初选同步转速分别为 1000r/min和 1500r/min的两种电动机进行比较， 如下表： 方 案 电动机 型号 额定功 率（ kW） 电动机转速（ r/min） 电动机 质量 （ kg） 传动装置的传动比 同步 满载 总传动 比 V带传 动 两级减 速器 1 Y132M-4 7.5 1500 1440 81 34.468 2.5 13.787 2 Y160M-6 7.5 1000 970 119 23.218 2.2 10.554 由表中数据可知两个方案均可行，但方案 1的电动机质量较小，且比价低。因此， 可采用方案 1，选定电动机型号为 Y132M-4。 4. 电动机的技术数据和外形、安装尺寸 由表 20-1、表 20-2查出 Y132M-4型电动机的主要技术数据和外形、安装尺寸， 并列表记录备份。 型号 额定功率 (kw) 同步转速 (r/min) 满载转速 (r/min) 堵转转矩额定转矩 最大转矩额定转矩 Y132M-4 7.5 1500 1440 2.2 2.3 H D E G K L 质量（ kg） 132 38 80 33 12 515 10 81 四、 计算传动装置总传动比和分配各级传动比 1. 传动装置总传动比 468.34778.411440 wmnni 2. 分配各级传动比 取 V带传动的传动比 5.21i ，则两级圆柱齿轮减速器的传动比为 787.135.2 468.34132 iiii 713.332 ii 所得 32ii 符合一般圆柱齿轮传动和两级圆柱齿轮减速器传动比的常用 范围。 468.34i 5.21i 713.3 32 ii 设计计算及说明 结果 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 5 五、 计算传动装置的运动和动力参数 1. 各轴转速 电动机轴为 0 轴，减速器高速轴为轴，中速轴为轴，低速轴为轴，各轴 转速为 m in/78.45 713.3 13.155 m in/13.155 713.3 576 m in/576 5.2 1440 m in/1440 3 2 2 1 1 0 0 r i n n r i n n r i n n rnn m 2. 各轴输入功率 按电动机额定功率 edP 计算各轴输入功率，即 kWPP kWPP kWPP kWPP ed 5718.697.09875.08608.6 8608.697.09875.01625.7 1625.7955.05.7 5.7 322 321 10 0 3. 各州转矩 mN n P T mN n P T mN n P T mN n P T 92.1370 78.45 5718.6 95509550 36.422 13.155 8608.6 95509550 75.118 576 1625.7 95509550 74.49 1440 5.7 95509550 0 0 0 电动机轴 高速轴 中速轴 低速轴 转速（ r/min） 1440 576 153.6 40.96 功率（ kW） 7.20 6.91 6.64 6.37 转矩（ mN ） 49.74 118.75 422.36 1370.92 设计计算及说明 结果 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 6 六、 传动件的设计计算 1. V 带传动设计计算 （ 1） 确定计算功率 由于是带式输送机，每天工作两班，查机械设计（ V带设计部分未作说明皆 查此 书）表 8-7得， 工作情况系数 2.1AK kWPKP dAca 95.72.1 （ 2） 选择 V带的带型 由 caP 、 0n 由图 8-11选用 A型 （ 3） 确定带轮的基准直径 d 并验算带速 v 初选小带轮的基准直径 1d 。由表 8-6和表 8-8，取小带轮的基准直径 mmdd 1251 验算带速 v。按式 (8-13)验算带的速度 smndv d /425.9100060 1440125100060 01 smvsm /30/5 因为 ,故带速合适。 计算大带轮的基准直径。根据式 (8-15a),计算大带轮基准直径 2d mmdid dd 5.3121255.2112 根据表 8-8，圆整为 mmdd 3152 （ 4） 确定 V带的中心距 a和基准长度 dL 根据式 (8-20)，初定中心距 mma 5000 。 由式 (8-22)计算带所需的基准长度 mm a dddda a ddddaL dd dd dd ddd 2.17095004 )125315()315125(25002 4 )()( 224 )()( 22 2 0 2 12 210 0 2 12 2100 由表 8-2选带的基准长度 mmLd 1800 kWPca 9 A型 mmdd 1251 mmdd 3152 mmLd 1800 设计计算及说明 结果 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 7 按式 (8-23)计算实际中心距 a。 mmLLaa dd 4.5452 2.170918005002 10 中心距变化范围为 518.4 599.4mm。 （ 5） 验算小带轮上的包角 1 901605 4 5 . 43.57)125315(180a 3.57)(180 121 dd dd （ 6） 确定带的根数 计算单根 V带的额定功率 由 mmdd 1251 和 min/14400 rn ，查表 8-4a 得 kWP 91.10 根据 min/14400 rn ， i=2.5和 A型带，查表 8-4b得 kWP 03.00 于是得，表得查表 99.0K2895.0K58 L kWkWKKPPP Lr 8246.191.1)( 00 计算 V带的根数 z。 93.48246.1 9 rcaPPz 取 5根。 （ 7） 计算单根 V带的初拉力的最小值 min0)(F 由表 8-3得 A 型带的单位长度质量 q=0.1kg/m，所以 N N qvzvK PKF ca 165 425.91.0425.9595.0 9)95.05.2(500 )5.2(500)( 2 2 m i n0 应使带的实际初拉力 min00 )(FF （ 8） 计算压轴力 pF NFzF p 16222152s in165522s in)(2)( 1m in0m in mma 4.545 1601 5根 NF 165)( min0 NFp 1622)( min 设计计算及说明 结果 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 8 2. 斜齿轮传动设计计算 按低速级齿轮设计：小齿轮转矩 mNTT 36.4221 ，小齿轮转速 m in/13.1551 rnn ，传动比 713.33 ii 。 （ 1） 选定齿轮类型、精度等级、材料 及齿数 选用斜齿圆柱齿轮 运输机为一般工作机器，速度不高，故选 7级精度（ GB10095-88） 由机械设计（斜齿轮设计部分未作说明皆查此书）表 10-1选择小齿轮材料为 40Cr（调质），硬度为 280HBS；大齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240HBS，二者 硬度差为 40HBS。 选小齿轮齿数 241z ：大齿轮齿数 8924713.312 ziz 初选取螺旋角 14 （ 2） 按齿面接触强度设计 按式 (10-21）试算，即 3 211 )(12 H EH d tt ZZuuTKd 确定公式内各计算数值 a) 试选载荷系数 6.1tK b) 由图 10-30选取区域系数 433.2HZ c) 由图 10-26查得 88.0,78.0 21 ， 66.188.078.021 d) 小齿轮传递的传矩 mNT 36.4221 e) 由表 10-7选取齿宽系数 1d f) 由表 10-6查得材料弹性影响系数 218.189 MPaZ E g) 由图 10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 MPaH 6001lim ； 大齿轮的接触疲劳强度极限 MPaH 5502lim h) 由式 10-13计算应力循环次数： 89 1 12 9 11 1044.5713.3 1002.2 1002.2)1036582(15766060 i NN LjnN h 斜齿圆柱齿轮 7级 精度 241z 14 设计计算及说明 结果 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 9 i) 由图 10-19查得接触疲劳寿命系数 94.0,90.0 21 HNHN KK j) 计算接触疲劳许用应力： 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由式 (10-12)得 M P aM P aSK M P aM P aSK HHN H HHN H 5171 55094.0 ;5401 60090.0 2lim2 2 1lim1 1 k) 许用接触应力 M P aHHH 5.5282 5175402 21 计算 a) 试算小齿轮分度圆直径 td1 ，由计算公式 得 mmmmd t 40.925.528 8.189433.2713.3 1713.366.11 1036.4226.123 231 b) 计算圆周速度 smsmndv t 7505.0100060 13.15540.92100060 11 c) 齿宽 b及模数 mnt 76.1041.8/40.92/ 41.874.325.225.2 74.3 24 14c o s40.92c o s 40.9240.920.1 1 1 1 hb mmmmmh mmmm z dm mmmmdb nt t nt td d) 计算纵向重合度 903.114t a n241318.0t a n318.0 1 zd e) 计算载荷系数 K 由表 10-2 查得使用系数 1AK 根据 smv 7505.0 ， 7 级精度，由图 10-8 查得动载系数 04.1vK ；由表 10-4 查 得 HK 的值与直齿轮的相同，故 1231.HK ；因 mmNbFK tA /9.984.92/)2/4.92/(36.4221/ mmN/100 表 10-3 查得 4.1 FH KK ；图 10-13查得 28.1FK mmd t 40.921 smv 7505.0 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 10 设计计算及说明 结果 故载荷系数： 92.1321.14.104.11 HHVA KKKKK f) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式 (10-10a)得 mmmmKKdd tt 19.986.1 92.140.90 3311 g) 计算模数 nm mmmmzdm n 97.324 14c o s19.98c o s11 （ 3） 按齿根弯曲强度设计 由式 (10-17) 3 2 1 21 c o s2 F SaFa dn YYzYKTm 确定计算参数 a) 计算载荷系数 86.128.14.104.11 FFVA KKKKK b) 根据纵向重合度 903.1 ，从图 10-28查得螺旋角影响系数 88.0Y c) 计算当量齿数 43.9714c o s89c o s 27.2614c o s24c o s 33 2 2 33 1 1 zz zz v v d) 查取齿形系数 由表 10-5查得 185.2,592.2 21 FaFa YY e) 查取应力校正系数 由表 10-5查得 787.1,596.1 21 SaSa YY f) 计算弯曲疲劳许用应力 由图 10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPaFE 5001 ；大齿轮的弯曲 疲劳强度极限 MPaFE 3802 mmmn 97.3 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 11 设计计算及说明 结果 由图 10-18查得弯曲疲劳寿命系数 88.0,84.0 21 FNFN KK 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由式 (10-12)得 M P aSK M P aSK FEFN F FEFN F 9.2384.1 50088.0 0.3004.1 50084.0 22 2 11 1 g) 计算大、小齿轮的 FSaFaYY ，并加以比较 01634.09.238 787.1185.2 013790300 596.1592.2 2 22 1 11 F SaFa F SaFa YY YY 大齿轮的数值大 设计计算 mmmmm n 81.201634.066.1241 14c o s88.01036.42286.123 2 23 对比计算的结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 nm 大于由齿根弯曲疲劳强 度计算的法面模数，取 mmmn 3 ，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳 强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 mmd 19.981 来计算应有的齿数。于 是由 76.313 14c o s19.98c o s11 nmdz 取 321z ，则 11924713.312 uzz （ 4） 几何尺寸计算 计算中心距 mmmmmZZa n 43.23314c o s2 311932c o s2 21 将中心距圆整为 233mm 按圆整后的中心距修正螺旋角 mmmn 81.2 321z 1192z mma 43.233 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 12 设计计算及说明 结果 5533132332 3)11932(a r c c o s2a r c c o s 21 a mZZ n 因 值改变不多， 故参数 HZK , 等不必修正 计算大、小齿轮的分度圆直径 mmmmmZd mmmmmZd n n 24.367553313c o s 3119c o s 75.98553313c o s 332c o s 2 2 1 1 计算齿轮宽度 mmmmdb d 75.9875.9811 圆整后取 mmBmmB 100,105 21 由于是同轴式二级齿轮减速器，因此两对齿轮取成完全一样，这样保证了中心距完 全相等的要求，且根据低速级传动计算得出的齿轮接触疲劳强度以及弯曲疲劳强度 一定能满足高速级齿轮传动的要求。 为了使中间轴上大小齿轮的轴向力能够相 互抵消一部分，故高速级小齿轮采用左旋， 大齿轮采用右旋，低速级小齿轮右旋大齿轮左旋。 高速级 低速级 小齿轮 大齿轮 小齿轮 大齿轮 传动比 3.713 模数 (mm) 3 螺旋角 中心距 (mm) 233 齿数 32 119 32 119 齿宽 (mm) 105 100 105 100 直径 (mm) 分度圆 98.75 367.24 98.75 367.24 齿根圆 91.25 359.74 91.25 359.74 齿顶圆 104.75 373.24 104.75 373.24 旋向 左旋 右旋 右旋 左旋 mmd mmd 24.36775.9821 mmB mmB 10010521 553313 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 13 设计计算及说明 结果 七、 轴的设计计算 1. 高速轴的设计 (1) 高速轴上的功率、转速和转矩 转速 （ min/r ） 高速轴功率（ kw） 转矩 T（ mN ） 576 6.91 118.75 (2) 作用在轴上的力 已知高速级齿轮的分度圆直径为 d =98.75mm ，根据 机械设计（轴的设计计算 部分未作说明皆查此书）式 (10-14)， 则 NtgFF NtgFF N d TF ta nt r t 37.8752006.2405t a n 49.900 553313c o s 2006.2405 c o s t a n 06.2405 1075.98 75.11822 3 NFp 1622 (3) 初步确定轴的最小直径 先按式 (15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢，调质处理。根据表 15-3， 取 1120 A ,于是得 mmnPAd 64.2557691.6112 330m in (4) 轴的结构设计 1）拟订轴上零件的装配方案（如图） NF NF NF a r t 37.875 49.900 06.2405 NFp 1622 mmd 64.25min 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 14 设计计算及说明 结果 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了满足 V 带轮的轴向定位， -轴段右端需制出一轴肩，故取 -段的直径 d - =32mm。 V 带轮与轴配合的长度 L1=80mm，为了保证轴端档圈只压在 V 带轮上而 不压在轴的端面上，故 -段的长度应比 L1 略短一些，现取 L - =75mm。 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚 子轴承。参照工作要求并根据 d - =32mm，由轴承产品目录中初步选取 0 基本游隙 组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30307，其尺寸为 d D T=35mm 80mm 22.75mm，故 d - =d - =35mm；而 L - =21+21=42mm， L - =10mm。 右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得 30307 型轴承的定位轴肩高度 h=4.5mm，因此，套筒左端高度为 4.5mm， d - =44mm。 取安装齿轮的轴段 - 的直径 d - =40mm，取 L - =103mm 齿轮的左端与左端 轴承之间采用套筒定位。 轴承端盖的总宽度为 36mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端 盖的装拆，取端盖的外端面与 V 带轮右端面间的距离 L=24mm，故取 L - =60mm。 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。 3）轴上零件的轴向定位 V 带轮与轴的周向定位选用平键 10mm 8mm 63mm， V 带轮与轴的配合为 H7/r6； 齿轮与轴的周向定位选用平键 12mm 8mm 70mm，为了保证齿轮与轴配合有良 好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合为 H7/n6；滚动轴承与轴的周向定位是由过 渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 m6。 4）确定轴上圆角和倒角尺寸 参考表 15-2，取轴端倒角 451.2 ，各圆角半径见图 轴段编号 长度（ mm） 直径（ mm） 配合说明 - 75 30 与 V 带轮键联接配合 - 60 32 定位轴肩 - 42 35 与滚动轴承 30307 配合，套筒定位 - 103 40 与小齿轮键联接配合 - 10 44 定位轴环 - 23 35 与滚动轴承 30307 配合 总长度 313mm （ 5） 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承支点位置时，从手册中查取 a 值。对于 30307 型圆锥滚子轴承，由手册中查得 a=18mm。因此，轴的支撑跨距为 L1=118mm， L2+L3=74.5+67.5=142mm。 根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以 看出截面 C 是轴的危险截面。先计算出截面 C 处的 MH、 MV 及 M 的值列于下表。 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 15 设计计算及说明 结果 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 16 设计计 算及说明 结果 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F NFNH 11431 ， NFNH 12622 NFNV 22371 ， NFNV 15162 C 截面 弯矩 M mmNLFM NHH 8518532 mmN MLFM aNVV 145551 32 总弯矩 mmNMMM VH 16864614555185185 2222m a x 扭矩 mmNT 118750 （ 6） 按弯扭合成应力校核轴的强度 根据式 (15-5)及 上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取 6.0 ，轴的计 算应力 M p aM p aW TMca 61.28401.0 1187506.0168646)( 3 2222 已选定轴的材料为 45Cr，调质处理。由表 15-1 查得 70MPa 1- 。因此 1-ca ，故安全。 2. 中速轴的设计 (1) 中速轴上的功率、转速和转矩 转速 （ min/r ） 中速轴功率（ kw） 转矩 T（ mN ） 153.6 6.64 422.36 (2) 作用在轴上的力 已知高速级齿轮的分度圆直径为 mmd 24.3671 ，根据 式 (10-14)， 则 NtgFF NtgFF N d TF ta nt r t 20.8372019.2300t a n 22.861 553313c o s 2019.2300 c o s t a n 19.2300 1024.367 36.42222 1 1 31 已知低速级齿轮的分度圆直径为 mmd 75.982 ，根据 式 (10-14)， 则 Mpaca 61.28 安全 NF NF NF a r t 20.837 22.861 19.2300 1 1 1 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 17 设计计算及说明 结果 NtgFF NtgFF NF ta nt r t 45.31132013.8554t a n 79.3202 553313c o s 2013.8554 c o s t a n 13.8554 1075.98 36.4222 2 2 32 (3) 初步确定轴的最小直径 先按式 (15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢，调质处理。根据表 15-3， 取 1120 A ,于是得 mmnPAd 31.396.153 64.6112 330m in (4) 轴的结构设计 1）拟订轴上零件的装配方案（如图） 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥 滚 子轴承。参照工作要求并根据 d - =d - =45mm，由轴承产品目录中初步选取标准精 度级的单列圆锥滚子轴承 30309，其尺寸为 d D T=45mm 100mm 27.25mm， 故 L - =L - =27+20=47mm。 两端滚动轴承采用套筒进行轴向定位。由手册上查得 30309 型轴承的定位轴肩高度 h=4.5mm，因此，左边套筒左侧和右边套筒右侧的高度为 4.5mm。 取安装大齿轮出的轴段 -的直径 d - =50mm；齿轮的左端与左端轴承之间采用 套筒定位。 为了使大齿轮轴向定位，取 d - =55mm，又由于考虑到与高、低速轴的配合，取 L - =100mm。 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。 NF NF NF a r t 45.3113 79.3202 13.8554 2 2 2 mmd 31.39min 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 18 设计计算及说明 结果 3）轴上零件的轴向定位 大小齿轮与轴的周向定位都选用平键 14mm 9mm 70mm，为了保证齿轮与轴配 合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合为 H7/n6；滚动轴承与轴的周向定位 是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 m6。 4）确定轴上圆角和倒角尺寸 参考表 15-2，取轴端倒角 451.2 ，各圆角半径见图 轴段编号 长度（ mm） 直径（ mm） 配合说明 - 49 45 与滚动轴承 30309 配合，套筒定位 - 98 50 与大齿轮键联接配合 - 90 55 定位轴环 - 103 50 与小齿轮键联接配合 - 45 45 与滚动轴承 30309 配合 总长度 385mm （ 5） 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承支点位置时，从手册中查取 a 值。对 于 30309 型圆锥滚子轴承，由手册中查得 a=21mm。因此，轴的支撑跨距为 L1=76mm， L2=192.5， L3=74.5mm。 根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以 看出截面 C 是轴的危险截面。先计算出截面 C 处的 MH、 MV 及 M 的值列于下表。 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F NFNH 681 NFNH 61862 NFNV 13821 NFNV 26822 C 截 面 弯矩 M mmNLFM NHH 46087532 mmN MLFM aNVV 353536 232 总弯矩 mmNMMM VH 580856353536460875 2222m a x 扭矩 mmNT 422360 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 19 设计计算及说明 结果 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 20 设计计算及说明 结果 （ 6） 按弯扭合成应力校核轴的强度 根据式 (15-5)及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取 6.0 ，轴的计 算应力 M p aM p aW TMca 70.50501.0 4223606.0580856)( 3 2222 已选定轴的材料为 45Cr，调质处理。由 表 15-1 查得 70MPa 1- 。因此 1-ca ，故安全。 3. 低速轴的设计 (1) 低速轴上的功率、转速和转矩 转速 （ min/r ） 中速轴功率（ kw） 转矩 T（ mN ） 40.96 6.37 1370.92 (2) 作用在轴上的力 已知低速级齿轮的分度圆直径为 mmd 24.367 ，根据 式 (10-14)， 则 NtgFF NtgFF N d TF ta nt r t 43.27172007.7466t a n 54.2791 553313c o s 2007.7466 c o s t a n 07.7466 1024.367 92.137022 3 (3) 初步确定轴的最小直径 先按式 (15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢，调质处理。根据表 15-3， 取 1120 A ，于是得 mm nPAd 23.6096.40 37.6112 330m in (4) 轴的结构设计 1） 拟订轴上零件的装配方案（如图） Mpaca 70.50 安全 NF NF NF a r t 43.2717 54.2791 07.7466 mmd 23.60min 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 21 设计计算及说明 结果 2） 根据轴向定 位的要求确定轴的各段直径和长度 为了满足半联轴器的轴向定位， - 轴段左端需制出一轴肩，故取 -段的直 径 d - =64mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度 L1=107mm，为了保证轴端档圈只压 在半联轴器上而不压在轴的端面上，故 - 段的长度应比 L1 略短一些，现取 L - =105mm。 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚 子轴承。参照工作要求并根据 d - =65mm，由轴承产品目录中初步选取标准精度级 的单列圆锥滚子 轴承 30314，其尺寸为 d D T=70mm 150mm 38mm，故 d - =d - =70mm；而 L - =38mm， L - =38+20=58mm。 左端滚动轴承采用轴环进行轴向定位。由表 15-7 查得 30314 型轴承的定位高度 h=6mm，因此，取得 d - =82mm。右端轴承采用套筒进行轴向定位，同理可得套筒 右端高度为 6mm。 取安装齿轮出的轴段 -的直径 d - =75mm；齿轮的右端与右端轴承之间采用套 筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为 100mm，为了使套筒端面可靠地压紧 齿轮，此轴段 应略短于轮毂宽度，故取 l - =98mm。 轴承端盖的总宽度为 30mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端 盖的装拆，取端盖的外端面与联轴器左端面间的距离 L=30mm，故取 L - =60mm。 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。 3） 轴上零件的轴向定位 半联轴器与轴的联接，选用平键为 18mm 11mm 80mm，半联轴器与轴的配合为 H7/k6。齿轮与轴的联接，选用平键为 20mm 12mm 80mm，为了保证齿轮与轴配 合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配 合为 H7/n6。 4） 确定轴上圆角和倒角尺寸 参考表 15-2，取轴端倒角 450.2 ，各圆角半径见图 轴段编号 长度（ mm） 直径（ mm） 配合说明 - 38 70 与滚动轴承 30314 配合 - 10 82 轴环 - 98 75 与大齿轮以键联接配合，套筒定位 - 58 70 与滚动轴承 30314 配合 - 60 68 与端盖配合，做联轴器的轴向定位 - 105 63 与联轴器键联接配合 总长度 369mm 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 22 设计计算及说明 结果 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 23 设计计算及说明 结果 （ 5） 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承支点位置时，从手册中查取 a 值。对于 30314 型圆锥滚子轴承，由手册中查得 a=31mm。因此，轴的支撑跨距为 mmLL 142756721 根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以 看出截面 B 是轴的危险截面。先计算出截面 B 处的 MH、 MV 及 M 的值列于下表。 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F NFNH 35.39431 NFNH 72.35222 NFNV 50.20391 NFNV 04.48312 B 截面 弯矩 M mmNLFM NHH 26420411 mmN LFM NVV 362325 22 总弯矩 mmNMMM VH 448423362325264204 2222m a x 扭矩 mmNT 1370920 （ 6） 按弯扭合成应力校核轴的强度 根据式 (15-5)及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取 6.0 ，轴的计 算应力 M p aM p aW TMca 21.22751.0 13709206.0448423)( 3 2222 已选定轴的材料为 45Cr，调质处理。由表 15-1 查得 70MPa 1- 。因此 1-ca ， 故安全。 （ 7） 精确校核轴的疲劳强度 1） 判断危险截面 截面只受扭矩作用，虽然键槽，轴肩及过渡配合引起的应力集中将削弱轴的 疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面无 需校核。 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面和处 过盈配合引起应力集中最严 重；从受载情况来看，截面 B 上的应力最大。 截面的应力集中影响和截面的相 近，但截面 不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。截面 B上虽然 应力最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而这里 轴的直径也大，故截面 B不必校核。截面显然更不必校核。由机械设计第 三章附录可知，键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面左 右两侧。 Mpaca 21.22 安全 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 24 设计计算及说明 结果 2） 截面 左侧 抗弯截面系数 3333 5.42187751.01.0 mmmmdW 抗扭截面系数 3333 84375752.02.0 mmmmdW T 截面 左侧的弯矩为 mNM 16143275 4875448423 截面 上的扭矩为 mmNT 1370920 截面上的弯曲应力 M P aM P aWM b 83.35.42187161432 截面上的扭转切应力 M P aM P a WT TT 25.16843751370920 轴的材料为 45Cr，调质处理。由表 15-1 查得 2 0 0 M Pa,3 5 5 M Pa,7 3 5 M Pa 11b 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数按附表 3-2 07.17075,027.075 0.2 dDDr 经插值后可查得 32.1,3.2 又由附图 3-1 可得轴的材料的敏性系数为 85.082.0 qq ， 故有效应力集中系数为 72.1132.158.0111 07.212 .328.0111 qk qk 由附图 3-2 得尺寸系数 65.0 由附图 3-3 得扭转尺寸系数 80.0 轴按磨削加工，附图 3-4 得表面质量系数为 92.0 轴未经表面强化处理，即 q=1，则得综合系数值为 27.3192.0 165.0 07.211 kK 机械设计课程设计 同轴式二级圆柱齿轮减速器 25 设计计算及说明 结果 67.1192.0 180.0 27.111 kK 又由 3-1和 3-2查得碳钢的特性系数 2.01.0 , 取 15.0 ； 1.005.0 , 取 075.0 ； 于是，计算安全系数 caS 值，按式 (15-6) (15-8)则得 35.28015.083.327.3 3551 maKS 11.14 2 25.16075.0 2 25.1667.1 2001 maKS 5.163.1211.1435.28 11.1435.28 2222 SSS SSS ca 故可知其安全。 3） 截面 右侧 抗弯截面系数 3333 34300701.01.0 mmmmdW 抗扭截面系数 3333 68600702.02.0 mmmmdW T 截面 右侧的弯矩为 mNM 16143275 4875448423 截面 上的扭矩为 mmNT 1
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