机械设计课程设计-带式运输机二级展开式圆柱齿轮减速器.doc

燕山大学课程设计报告燕 山 大 学机 械 设 计 课 程 设 计 报 告题目：带式运输机二级展开式圆柱齿轮减速器全套图纸加扣3012250582 学 院： 机械工程学院 年级专业： 13级机控一班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 摘 要根据任务说明书要求，针对工作机所需工作条件，设计减速器用以满足使用需求。根据工作要求选定电动机类型、结构以及工作转速和额定功率，确定电动机型号。依据机械设计课程所学习的知识，合理设计传动方案，分析选定最适宜的方案并设计传动零件。在多种传动方案的对比中选用二级展开式齿轮减速器，满足经济性，实用性，工艺性等多方面的要求。根据所设计减速器中的结构来设计所需要的齿轮结构及轴结构，通过对所使用材料的受力强度分析，按照齿轮齿面接触疲劳强度计算得到齿轮直径，确定齿轮蜗杆传动中心距：高速级传动中心距为125mm，低速级齿轮传动中心距为150mm。校核传动轴尺寸，低速轴最小轴颈为18mm，高速轴最小轴颈38mm，确定满足使用要求。在传功轴确定的条件下设计箱体结构并选用各个配合标准件型号。合理布置减速器结构，以满足工作要求。除了对尺寸型号的设计外，为了满足经济性的要求，分析计算材料的各项性能指标，选择满足要求的材料并通过零件精度要求确定加工工艺，在符合使用需求的条件下降低制造成本。所完成的主要工作包括齿轮传动件的设计计算及校核，轴强度校核，绘制装配图及主要零件图，编写课程设计说明书等。关键字： 减速器 实用性 工艺性 经济性目录1 项目设计目标与技术要求4 1.1任务描述 41.2 技术要求 52 传动系统方案制定与分析53 传动方案的技术设计与分析73.1电动机选择与确定73.1.1选择电动机类型与结构形式73.1.2确定电机容量73.1.3电动机转速83.2 传动装置总传动比确定及分83.2.1传动装置总传动比8传动装置总传动比：83.2.2分配各级传动比84 关键零部件的设计与计算104.1 设计原则制定104.1.1齿轮零件的安全系数确定10 4.1.2轴类零件的安全系数确定104.1.3键类零件的安全系数确定114.1.4齿轮零件的材料与加工工艺114.1.5轴零件的材料与加工工艺114.1.6键零件的材料与加工工艺114.2齿轮传动设计方案114.2.1软齿面/硬齿面方案选择11 4.2.2设计及校核原则12 4.2.3直齿轮/斜齿轮方案选择124.3 第一级齿轮传动设计计算124.3.1 第一级齿轮传动参数设计124.3.2第一级齿轮传动强度计算154.4第二级齿轮传动设计计算174.4.1 第二级齿轮传动参数设计174.3.2第二级齿轮传动强度计算204.5 轴的初算214.5.1 基本信息确定214.5.2 估算原则214.5.3 材料选择钢224.5.4轴的毛坯选择224.5.5 各轴初估224.6 键的选择及键联接的强度计算264.6.1 键联接方案选择264.6.2 键联接的强度计算274.7 滚动轴承选择及轴的支撑方式284.7.1基本原则284.7.2类型选择285 传动系统结构设计与总成295.1装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准规范295.1.1装配图整体布局295.1.2 轴系结构设计与方案分析305.2零件图设计335.3 主要零部件的校核与验算355.3.1 轴系结构强度校核（以输出轴为例）355.3.2 滚动轴承的寿命计算396主要附件与配件的选择416.1联轴器选择416.1.1联轴器的分类416.2 润滑与密封的选择426.2.1 润滑方式426.2.2 密封方案确定436.3 通气器446.4 油标尺446.5 螺栓及吊环螺钉456.5.1螺栓456.5.2 吊环螺钉和吊耳466.6放油螺塞466.7 起盖螺钉与定位销476.7.1起盖螺钉476.7.2定位销477 零部件精度与公差的制定477.1 精度设计制定原则477.1.1 尺寸精度制定原则（公差等级选择原则）477.1.2形位公差的设计原则487.2 减速器主要结构及配合要求487.3 减速器主要技术要求488 项目经济性分析与安全性分析49 8.1 零部件材料、工艺、精度等选择经济性498.2 减速器总重量估算及加工成本初算498.3安全性分析518.4 经济性与安全性综合分析529 设计小结5210 参考文献531 项目设计目标与技术要求 1.1任务描述 设计题目：带式输送机二级展开式圆柱齿轮减速器 设计任务：将根据功率所选择的电机的输出轴的转速经过二级圆柱齿轮的啮合传动降低，从而满足带式运输机输送货物的速度和功率要求，其中减速器的重量和成本对整个带式运输机的影响很大，所以设计应根据具体的要求选用合理的方案，选择合适型号的电动机，确定总传动比，按照传动比分配原则选定各级传动比，计算传动装置的运动和动力参数，设计传动装置主要外形结构。 1.2 技术要求 原始数据及要求： 工作机受力F=1261 N ，卷筒直径D=0.28 m ，卷筒速度V=0.75 m/s其他条件： 使用地点：室外 生产批量：小批 载荷性质：微振 使用年限：四年二班2 传动系统方案制定与分析 方案种类方案一方案二方案三方案四传动类型高速级为圆锥齿轮传动，低速级为圆柱齿轮二级同轴式渐开线圆柱齿轮高速级为蜗轮蜗杆传动，低速级为圆柱齿轮二级展开式渐开线圆柱齿轮方案一 优点： 高速级使用圆锥齿轮传动，轴向力较小，而且两级均为齿轮传动，传动比准确，可加工为鼓形齿，以减小载荷分布不均现象。缺点： 与圆柱齿轮相比圆锥齿轮加工比较困难，而且精度较低，无法完成大功率传动。结论：根据本次任务的要求，并没有改变输入输出轴布置方式的需要故方案一不适用。方案二 优点： 该方案高速级与低速级均使用渐开线圆柱齿轮传动，呈同轴式分布，横向尺寸较小，可传动的速度与功率范围很大，传动效率高，对中心距的敏感性较小，方便装配维修。缺点： 轴向尺寸大，中间轴较长，刚度差，高速级齿轮承载能力难以得到充分利用。结论：方案二不适用方案三优点： 结构紧凑，可传递运动与动力的范围大，传动过程中是连续啮合，端面重合度大，传动平稳，噪音小。 缺点： 效率低，齿面相对滑动速度高，发热损失功率大，制造及安装成本高，其中涡轮的轮圈更是要用到贵重的有色金属青铜结论：方案三不适用方案四优点： 该方案高速级与低速级同样使用渐开线圆柱齿轮传动，且呈展开式分布。可传动的速度与功率范围很大，传动效率高，对中心距的敏感性较小，方便装配维修，使用斜齿轮可增大重合度，使传动平稳。此种方案结构简单，应用广泛。缺点： 由于齿轮相对轴承为不对称分布，因而沿齿向载荷分布不均，对轴刚度要求较大，适用于载荷较为平稳的场合，而本次任务的载荷条件为微震所以适用。结论：方案四适用综合比较以上各种方案，由于展开式齿轮减速器应用最广范，同时其齿向载荷分布不均匀的缺点对本次设计任务的影响小，更加符合本次任务需要，故最终选用方案四，使用二级展开式渐开线圆柱齿轮减速器作为带式运输机的传动装置，其传动简图如下所示： 3 传动方案的技术设计与分析 3.1电动机选择与确定 3.1.1选择电动机类型与结构形式 根据工作要求微振和室外的普通工作环境，无特殊需要，不需要有较大的允许冲击，故宜选用较为普通和常用的Y系列三相笼型异步电动机，共有以下两个系列的方案可供选择。方案一：IP23系列电动机 优点高效、节能、噪声小、振动小、运行安全可靠，安装尺寸也符合标准 适用于无特殊要求的普通机械设备。缺点：电机功率较大，本任务所需要的功率较小，会造成一定的成本浪费。方案二：IP44系列的电动机 优点：此系列均为封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，能够在有灰尘杂物 的环境下 保持正常运行，考虑到设计任务中工作地点为室外，可能会有较多灰尘杂物，故符合设计要求，同时且其额定功率适宜，不会造成成本浪费，满足使用要求。 综合比较以上两种方案，根据工作条件，最终选择IP44系列电动机 3.1.2确定电机容量（1）工作机功率 其中，为卷筒效率，查阅机械设计课程设计指导手册P88表12-10可得，计算得（2）电机功率 查阅机械设计课程设计指导手册P88表12-10，可得： 所以，可求得（3）电动机额定功率 为满足功率需求，电动机额定功率应大于传动所需功率。 由机械设计课程设计指导手册表14-4选取电动机额定功率 3.1.3电动机转速 电动机同步转速有750r/min,1000r/min,1500r/min,3000r/min。 其中750r/min的电动机体积过大，3000r/min的电动机所需传动装置传动比大，1000r/min与1500r/min的电动机适宜使用。工作机转速为： 考虑到传动比因素影响 ，选用决定选用同步转速为1000r/min的电动机。则所选电动机具体参数为：电动机型号额定功率（Kw）同步转速(rpm)实际转速(rpm) 起动转矩/额定转矩 最大转矩/额定转矩Y100L-61.510009402.02.2 3.2 传动装置总传动比确定及分 3.2.1传动装置总传动比 传动装置总传动比： 其中是电动机满载转速，是工作机转速。 3.2.2分配各级传动比 3.2.2.1分配方案 对于两级展开式圆柱齿轮减速器，当两级齿轮的材质和热处理条件 相同、齿宽系数相等时，为使高、低速级大齿轮浸油深度大致相近，且低速级齿轮直径略大，为充分考虑浸油深度和润滑条件，传动比可按下式分配： 式中为高速级传动比，i为减速器总传动比。 因此： 则低速级传动比： 3.2.2.2 各级传动比确定 由齿轮传动比 各轴转速: 电机轴: 轴: 轴: =940/5.15=182.52rpm 轴: =182.52/3.43=53.21rpm 卷筒轴: 各轴输入功率: 电机轴: 轴: 轴: 轴: 卷筒轴: 各轴转矩: 电机轴： 轴: 轴： 轴： 工作机： 运动和动力参数计算结果整理得下表:轴号功率P/kW转矩T/（Nm）转速n/（r/min）传动比i效率电机轴1.1611.799401.000.99轴1.1511.689405.150.95轴1.0957.03182.523.430.95轴1.04186.753.211.000.97卷筒轴1.01181.353.21 4 关键零部件的设计与计算 4.1 设计原则制定 4.1.1齿轮零件的安全系数确定 齿轮零件在工作中主要为轮齿受力，不同的工况与加工工艺条件下，主要失效形式不同。在进行设计时，实际圆周力要比名义圆周力大一些，利用各种系数对其进行修正。分析其主要失效形式时，按照该失效形式所对应的设计原则进行设计，并且对其进行校正。在设计完成后，取其非主要失效形式所对应的校核原则进行校核。 4.1.2轴类零件的安全系数确定 在一般情况下，轴的工作能力决定于它的强度和刚度，对于高速转轴，有时还决定于它的振动稳定性。在设计轴时，除了按照这些工作能力准则进行设计计算或校核计算以外，在结构设计上还需使轴能满足其他一系列要求，例如轴上零件固定的要求，热处理要求，运转维护要求等。对于重型轴，还需考虑毛坯制造和探伤等问题。在设计与校核中，还需考虑由于加工和结构带来的应力集中问题。4.1.3键类零件的安全系数确定 键按照等强度设计的观点，其强度计算与安全系数确定与其联接件有关4.1.4齿轮零件的材料与加工工艺 对于齿轮零件来说，由于其工作受力的特殊性，所以对其材料的基本要求是：齿面要硬，齿心要韧，以抵抗齿面失效和轮齿折断。制造齿轮最常用的材料是钢，其次是铸铁以及非金属材料。除了大尺寸齿轮外，一般均使用锻钢制造齿轮。软齿面齿轮多经过调质或正火处理后切齿，其精度可达8到7级。硬齿面齿轮一般为切齿后热处理再磨齿。常用的热处理方式有表面淬火、渗碳淬火、调质、正火、渗氮等。4.1.5轴零件的材料与加工工艺 轴的材料主要采用碳素钢和合金钢，碳素钢笔合金钢价廉，对应力集中敏感性较小，所以应用比较广泛。最常用的碳素钢为45钢，为保证其力学性能，应进行调质会正火处理，不重要的或受力较小的轴以及一般传动轴可用Q235、Q255等。4.1.6键零件的材料与加工工艺 键的材料要有足够的硬度，最常用的中碳键用精拔钢。4.2齿轮传动设计方案 4.2.1软齿面/硬齿面方案选择方案一 软齿面优点：一般调质或正火热处理后切齿即可，加工精度可达7到8级，但是容易制造同时成本较低缺点：因为齿面硬度不高，故承载能力有限，所以经常用于对尺寸和重量无严格要求的场合。方案二 硬齿面优点：一般先切齿再进行渗碳渗氮或是淬火等热处理最后再磨齿以达到较高的精度等级。由于齿面硬度较高，承载能力也大，一般用于对尺寸和质量有严格要求的场合。缺点：由于需要进行磨齿，所以加工制造的成本较高 综上所述，带式运输机的二级展开减速器所受载荷并不大，对尺寸和质量也并无严格要求，所以在考虑成本的前提下优先选用软齿面齿轮。 4.2.2设计及校核原则 对于软齿面齿轮，主要的失效方式是点蚀，从而决定了要按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。另外，在啮合过程中，小齿轮的接触次数比大齿轮多，为了满足等寿命原则，一般使小齿面的硬度比大齿面高出30到50HBS，可以通过选用不同的热处理方式来实现。 4.2.3直齿轮/斜齿轮方案选择 （1）斜齿轮进入和退出啮合都是逐渐的，而直齿轮是上一对齿退出啮合一段时间后下一对齿才进入啮合，故斜齿轮在传动过程中的重合度更大，因而更加平稳，工作噪音更小。 （2）斜齿轮因轮齿倾斜，在承受很大径向力的同时也能承受一定的轴向力而直齿轮不可以。 （3）直齿轮在重载的情况下容易产生突然震动，而斜齿轮的承载能力较好，在重载情况下仍能比较平稳的传动。 综上所述，大多数机械传动都采用斜齿轮，对于带式运输机的二级展开减速器来说，对传动的平稳性及工作噪音的要求较高，所以选择斜齿轮方案。4.3 第一级齿轮传动设计计算 4.3.1 第一级齿轮传动参数设计1.基本信息确定 1）材料及热处理 小齿轮材料为45钢，调质，硬度为24010HBS 大齿轮材料为45钢，正火，硬度为20010HBS 二者材料硬度差为40HBS，符合等寿命原则 2）精度等级普通机械传动场合选择8级精度等级 3）初选小齿轮齿数z120 （斜齿轮不根切最小齿数=17,故初选z1要大于17） 大齿轮齿数 螺旋角取值范围一般为825 ，初选=10 齿宽系数d 查机械设计课本P94表6-7，取两支承相对小齿轮对称布置，则d=1 2.按齿面接触强度设计 （1）载荷系数K 基本公式 1）使用系数 查机械设计课本P82，动力机为电动机，均匀平稳，工作机为带式运输机同样要求均匀平稳，由表6-4可得 2）动载系数 ,查机械设计课本P82图6-11（b），精度等级为8，得动载系数Kv=1.07 3）齿间载荷分布系数查机械设计课本P84图6-13，精度等级为8得 4）齿向载荷分配系数查机械设计课本P85图6-17，软齿面，d=1，对称布置，可得 综上所述，(2)小齿轮传递的转矩(3) 1）节点区域系数 查机械设计课本P87图6-19，变位系数，得 2）重合度系数 3）螺旋角系数 4）弹性系数 查机械设计课本P87表6-5，大齿轮与小齿轮的材料为钢，得 综上所述，(4)接触疲劳许用应力 1）接触疲劳强度极限应力查机械设计课本P95，按齿面硬度,分别由图6-27（c）调质处理和6-27（b）正火处理，查得小齿轮的接触疲劳强度极限应力Hlim1550MPa；大齿轮疲劳强度极限应力Hlim2450MPa； 2）疲劳寿命系数应力循环次数查机械设计课本P95图6-25，不允许点蚀，得疲劳寿命系数; 3）安全系数S 取失效概率为1，安全系数S1 综上所述 （5）小轮分度圆直径d1 实际圆周速度 修正载荷系数：按 查机械设计课本P88表6-11，精度等级为8级，得 校正分度圆直径（6）最终参数确定1）法向模数 ，查机械设计课本P76 表6-1在优先系 列第一系列中取2）中心距 ，圆整取3）螺旋角 4）分度圆直径 5） 齿宽 圆整取mm 4.3.2第一级齿轮传动强度计算 (1) 重合度系数 (2) 螺旋角系数 (3) 当量齿数 （4）齿形系数 查机械设计课本P89图6-21得 (5)应力修正系数 查机械设计课本P89图6-22得 (6)弯曲疲劳许用应力 弯曲疲劳极限应力 查机械设计课本P96表6-28（c）与（b)分别得， 寿命系数 查机械设计课本P95图6-26得 失效概率为1%，安全系数S=1 综上所述， (7)弯曲应力 结论：强度足够，校核完成4.4第二级齿轮传动设计计算 4.4.1 第二级齿轮传动参数设计1.基本信息确定 1）材料及热处理； 小齿轮材料为45钢，调质，硬度为24010HBS 大齿轮材料为45钢，正火，硬度为20010HBS 二者材料硬度差为40HBS，符合等寿命原则 2）精度等级 普通机械传动场合选择8级精度等级 3）初选小齿轮齿数z122 （斜齿轮不根切最小齿数=17,故初选z1要大于17） 大齿轮齿数 螺旋角取值范围一般为825 ，初选=10 4）齿宽系数d 查机械设计课本P94表6-7，取两支承相对小齿轮对称布置，则d=12.按齿面接触强度设计 （1）载荷系数K 基本公式 1）使用系数 查机械设计课本P82，动力机为电动机，均匀平稳，工作机为带式运输 机同样要求均匀平稳，由表6-4可得 2）动载系数 , 查机械设计课本P82图6-11（b），精度等级为8，得动载系数Kv=1.07 3）齿间载荷分布系数查机械设计课本P84图6-13，精度等级为8得齿向载荷分配系数查机械设计课本P85图6-17，软齿面，d=1，对称布置，可得 综上所述，(2)小齿轮传递的转矩 (3) 1）节点区域系数 查机械设计课本P87图6-19，变位系数，得 2）重合度系数 3）螺旋角系数 4）弹性系数 查机械设计课本P87表6-5，大齿轮与小齿轮的材料为钢，得 综上所述，(4)接触疲劳许用应力 1）接触疲劳强度极限应力 查机械设计课本P95，按齿面硬度,分别由图6-27（c） 调质处理和6-27（b）正火处理，查得小齿轮的接触疲劳强度极限应力Hlim1 550MPa；大齿轮疲劳强度极限应力Hlim2450MPa； 2）疲劳寿命系数 应力循环次数 查机械设计课本P95图6-25，不允许点蚀，得疲劳寿命系数; 3）安全系数S 取失效概率为1，安全系数S1 综上所述 （5）小轮分度圆直径d1实际圆周速度修正载荷系数：按 查机械设计课本P88表6-11，精度等级为8级，得校正分度圆直径mm（6）最终参数确定 1）法向模数 ，查机械设计课本P76表6-1，在 优先系列中选取 2）中心距 ，圆整取 3）螺旋角 4）分度圆直径 5）齿宽 圆整取mm 4.3.2第二级齿轮传动强度计算 (1) 重合度系数 (2) 螺旋角系数 (3) 当量齿数 （4）齿形系数 查机械设计课本P89图6-21得 (5)应力修正系数 查机械设计课本P89图6-22得 (6)弯曲疲劳许用应力 1）弯曲疲劳极限应力 查机械设计课本P96表6-28（c）与（b)分别得， 2）寿命系数 查机械设计课本P95图6-26得 3）失效概率为1%，安全系数S=1综上所述， (7)弯曲应力 结论：强度足够，校核完成4.5 轴的初算 4.5.1 基本信息确定 此带式运输机二级展开圆柱齿轮减速器一共包括三根轴，其中轴为输入轴，轴为传动轴，轴为输出轴。主要作用是支撑轴上的齿轮等零件，传递运动和转矩，按外形分类三根轴都属于直轴中的阶梯轴，按受载情况分三根轴都为即受弯矩又受扭矩的转轴。 4.5.2 估算原则 在轴径估算时，遵循的基本原则轴径大小轴轴轴，其外形决定于轴的加工制造方案，轴上作用力大小和分布情况，轴上零件的布置以及固定方式，轴承类型以及位置，轴的加工和装配工艺性以及其他要求。尤其是与轴上零件配合的轴段，要确定轴径的具体大小，及轴表面的粗糙度。 4.5.3 材料选择钢 （1）碳钢在受力不大的一般场合，可选用普通碳钢如Q135，Q275在较为重要的传动场合，选用热处理方式为正火后调质处理的45或40 （2）合金钢具有明显的减震耐磨作用，热处理方式一般为淬火后调质，强度较高，适用于各种应力集中的敏感场合 （3）铸铁有球墨铸铁与合金铸铁，一般用于形状复杂的轴 综上所述，减速器中均为阶梯轴，形状不复杂，故不用铸铁；应力集中不明显，且合金钢的成本较高，故选用应用较为广泛的45号优质碳钢即可。 4.5.4轴的毛坯选择 尺寸较小的轴一般用成形的圆钢棒料车制即可，圆钢棒料大多来源于锻造，表面有一定的预应力，有利于改善轴的强度，一般形状不是过于复杂都不用铸造，因为有缩孔缩松等缺陷太多。对于轴的形式可采用空心轴，通过减少重量而降低成本，但由于本次设计任务为小批量生产，空心轴复杂的加工工艺反而会造成成本上扬，故最终决定采用锻造的圆钢棒料制成实心阶梯轴。 4.5.5 各轴初估 4.5.5.1轴初估 运动学参数如下： 按许用切应力定最小轴颈 选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计课本P143公式10-2初步计算轴径。轴受弯矩时取，且因轴上有单键槽，增大轴径的3%，故得： 输入轴的最小直径为安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时进行联轴器的选择，为了缓冲吸振，一般选用弹性的联轴器。查机械设计课程设计指导手册表15-5，轴的转矩为11.68Nm,故选用公称转矩为16Nm的LT2型弹性套柱销联轴器，其轴孔直径18mm，孔长42mm 按照零件装配要求确定轴各轴段直径。 轴段1 轴段1和联轴器相配合，所以，其长度和直径均由联轴器确定。由于联轴器轴孔直径为18mm，所以第一轴段的直径为d1=18mm，为稳定定位取轴长小于毂长2到3毫米，L1=40mm。 轴段2 为满足联轴器定位要求，起定位轴肩，d2比d1大6-8mm，且轴段2与油润滑的有骨架密封圈配合，其直径应以0、2、5、8结尾，所以取d2=22mm，长度应满足距端盖20mm左右，由实际草图具体装配关系可确定 轴段3 轴段3与轴承配合，且为安装方便，d3d2。与轴承配合，直径应以0或5结尾，选定d3=25mm，L3=15mm为轴承宽度，由于与轴承配合的轴段要求表面粗糙度较高，这样可以减少加工表面从而降低成本。 轴段4 轴段4无配合关系，为给轴承定位，轴段3、4之间应为定位轴肩，即 d3+（6-8）mm=d4 ，所以得 d4=32mm，L4=98mm（轴承的另一端为端盖定位，由于端盖为铸造，最小厚度为6mm，大于轴承外径厚度，故此处加一厚度为5mm的套筒来取代端盖对轴承的定位，同时套筒上开漏斗形的孔方便注油进行润滑） 轴段5 由于齿轮一的分度圆直径与轴段4的直径差为40.65-32=8.65mm，小于2倍的齿高为22.252=9mm,故轴段5制为齿轴一体的齿轮轴形式，为齿轮轴，由于分度圆直径为d5=40.65mm，L5=44mm为齿宽 轴段6 轴段6无配合，与轴段7之间为下一轴承的定位轴肩，故取轴段6直径d6=25+（6-8）mm=32mm，取L6=8.5mm 轴段7 轴段7与轴承配合，同一根轴上两端轴承型号相同，取d7=25mm，此处斜齿轮轴的分度圆直径为40.65mm,小于轴承外径为52mm,会使斜齿轮产生轴向排油使过多的油冲向轴承，高速级尤为严重会增大滚动轴承的阻力，所以轴承旁需要增加挡油板一个，根据实际草图具体装配关系确定L7=23mm 轴一各段参数统计表轴段轴段1轴段2轴段3轴段4轴段5轴段6轴段7长度40651598448.523直径1822253240.653225 轴一示意图 4.5.5.2轴轴径初估 轴运动学参数如下： 按许用切应力定最小轴颈 选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计课本P143公式10-2初步 计算轴径，轴受弯矩时，故得： 轴段1 遵循设计原则轴轴轴，可知轴轴承内径应大于等于轴轴承内径，所以d1=30mm，由实际草图具体装配关系得L1=40mm，轴承两端分别由端盖与套筒定位 轴段2 轴段2与齿轮配合，与轴段1之间为非定位轴肩，取d2=33mm，为使稳定定位取轴径小于齿轮2齿宽1-2mm,取L2=38mm 轴段3 轴段3给轴段2上的齿轮定位，所以为定位轴肩，取d3=40mm，L3=10mm 轴段4 轴段4与齿轮配合，与轴段3之间为定位轴肩，取d4=33mm，为使稳定定位 取轴径小于齿轮2齿宽1-2mm,，取L4=72mm 轴段5 轴段5与轴承配合，同一根轴上两端的轴承应相同，取d5=30mm，轴承轴向分别由套筒与端盖定位，由实际草图装配关系取L5=34mm 轴二各段参数统计表轴段轴段1轴段2轴段3轴段4轴段5长度36.538107234直径3033403330 轴二示意图 4.5.5.3.轴轴径初估 轴运动学参数如下： 按许用切应力定最小轴颈，根据机械设计课本P143公式10-2初步计算轴径。选取轴的材料为45钢（调质），轴受弯矩时，且因轴上有单键槽，增大轴径的3%，故得： ，输入轴的最小直径为安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。 查机械设计课程设计指导手册表15-5，轴转矩为186.7Nm,选LT6型弹性套柱销联轴器，公称转矩为250Nm,其轴孔直径38mm，孔长82mm 按照零件装配要求确定轴各轴段直径。 轴段1 轴段1和联轴器相配合，所其直径和长度均由联轴器确定。由于联轴器轴孔直径为38mm，所以第一轴段的直径为d1=38mm,为稳定定位取轴长小于毂长2到3毫米，故L1=80mm 轴段2 为满足联轴器定位要求，d2比d1大3-5mm，且轴段2与有骨架密封圈配合，其直径应以0、2、5、8结尾，所以取d2=42mm，长度应满足距端盖20mm左右，由实际草图装配关系可确定L2=60mm 轴段3 轴段3与轴承配合，直径应以0或5结尾，选定d3=45mm。L3=19mm为此轴承的宽度，由于与轴承配合的轴段要求表面粗糙度较高，这样可以减少加工表面从而降低成本；轴承的两端分别用轴肩及端盖定位 轴段4 轴段4非配合轴段，与轴段3之间为轴承的定位轴肩，取轴段4直径d4=+（3-5）mm=52mm，长度由实际草图装配关系确定L4=64mm 轴段5 无配合关系，考虑到与轴段6之间为低速级大齿轮的定位轴肩，取d5=56mm，实质为齿轮的定位轴环，长度为直径差的1.6倍，L5=1.6（56-48）=12.8mm，取整L5=10mm 轴段6 轴段6与齿轮配合，轴段6、7之间应为轴承定位轴肩， 所以得 d6=45+（3-5）=52mm，L6=60mm 轴段7 轴段7与轴承配合，同一根轴上两端轴承型号相同，取d7=45mm，同时该段上需要加给齿轮进行轴向定位的套筒，由实际草图装配关系得L7=39mm注：所用的定位套筒一端与轴承定位，一端与齿轮定位，为了稳定定位，套筒高度要位于轴承内径的12到34，套筒高度由要高出齿轮足够高度，为了同时满足这两个要求，套筒均铣为两端高度不同的阶梯状轴三各段参数统计表轴段轴段1轴段2轴段3轴段4轴段5轴段6轴段7长度80601961106839直径38424552564845 轴三示意图4.6 键的选择及键联接的强度计算 4.6.1 键联接方案选择 方案一 普通平键联接平键联接为松联接，键侧面为工作面，依靠键与键槽的相互挤压传递转矩，分为普通平键导键与滑键，其中普通平键用于静联接。分为圆头、方头、一端圆头一端方头三种，在此处无法使用螺钉紧固，所以选用圆头平键联接。平键联接是最常用的键连接方式，对轴强度削弱最小。 方案二 半圆键联接半圆键联接用于静联接，侧面为工作面，键槽半径与键半径相同，因此键能在键槽中绕其几何中心摆动以适应毂上键槽的斜度，定心性好，工艺性好，键槽可由指状或盘状铣刀直接铣出，键可由圆钢棒料切制而成，但由于键槽较深，对轴削弱较大，应用局限于载荷较小的联接。 方案三 斜键联接斜键能够传递转矩和单向轴向力，但会引起轴上零件与轴的偏心，在冲击振动载荷下容易松动。不适宜使用。 综上所述，选择普通平键联接为键连接方式为最佳。 4.6.2 键联接的强度计算 键连接的主要失效形式是压溃和磨损。轴与齿轮均为45钢，联接为静联接,轻微冲击载荷，查机械设计P39表3-1，则选取许用挤压应力p=110MPa。静联接所能传递转矩为： 4.6.2.1.键尺寸选择轴： 联轴器配合轴段有键槽部分的轴径为18mm，轴长40mm，查机械设计课程设计指导手册选用普通圆头平键 键 A632 GB/T 1096-79轴：左右两侧齿轮配合轴段有键槽部分的轴径均为33mm，轴长分别为38mm、72mm，查机械设计课程设计指导手册选用普通圆头平键 键 A632 GB/T 1096-79 左侧 键 A1032 GB/T 1096-79 右侧 键 A1063 GB/T 1096-79轴：齿轮配合轴段部分的轴径为48mm，轴长为68mm，所以选择普通圆头平键 键 A1463 GB/T 1096-79 轴端联轴器配合轴段有键槽部分的轴径为38mm，轴长为80mm，所以选择普通圆头平键 键 A1070 GB/T 1096-79 4.6.2.2.键强度校核 （1）轴联轴器配合轴段键的强度计算键所能传递的转矩为： (2)轴上高速级齿轮端键的强度计算键所能传递的转矩为： (3)轴上低速级齿轮端键的强度计算 键所能传递的转矩为： (4)轴上低速级齿轮端键的强度计算键所能传递的转矩为： (5)轴联轴器配合轴段键的强度计算键所能传递的转矩为：4.7 滚动轴承选择及轴的支撑方式 4.7.1基本原则 综合考虑滚动轴承的载荷能力，速度特性，调心性，运转精度等性质 速度较高，载荷不大而旋转精度要求较高时优先考虑球轴承，转速较低载荷较大且有冲击震动时考虑滚子轴承 当径向和轴向载荷都比较大，且转速较高时用角接触球轴承；当径向载荷比轴向载荷大得多时宜用向心轴承，当轴向载荷比径向载荷大的多且转速较高时宜用推力轴承 支承刚度要求较高时，可成对使用角接触球轴承 需要调整径向间隙时宜采用带内锥孔的轴承 支点跨距大，轴的变形大或是多支撑的轴宜采用调心球轴承 一般球轴承的价格低于滚子轴承，同时精度等级越高价格越高，故在满足使用要求的前提下优先选用精度等级较低的球轴承 4.7.2类型选择 方案一 深沟球轴承主要承受径向载荷和一定的双向轴向载荷，极限转速高，结构简单，价格低廉。方案二 角接触球轴承角接触轴承能同时承受较大的径向载荷和单向轴向载荷，所能承受的单向轴向力大小随接触角的增大而增大，宜成对使用，内外圈轴线允许有较小的角度偏斜，可以自动调心，适用于旋转精度高的支承。方案三 圆锥滚子轴承与角接触轴承类似，因滚动体与套圈之间为线接触，故能同时承受的径向载荷和单向轴向载荷的能力比角接触轴承要大，但其极限转速低，宜成对使用。 综合比较以上各种方案，在此二级展开圆柱式减速器中，由于使用的都是斜齿轮，故径向力和轴向力都比较大，转速较高，从经济性角度出发综合考虑选择角接触球轴承，同时可以自动调心保证一定的旋转精度。根据实际使用要求选用宽度系列窄（0）直径系列轻（2）的轴承，即轴选用代号7205的轴承，轴选用代号7206的轴承，轴选用代号7209所选轴承各项参数见下表：轴承型号7205255215720630621672094585195 传动系统结构设计与总成 5.1装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准规范 5.1.1装配图整体布局正视图俯视图侧视图 5.1.2 轴系结构设计与方案分析 5.1.2.1 高速轴结构设计与方案分析 齿轮结构形式选择 轴为高速轴，与其配合的齿轮1分度圆直径为40.65mm，配合轴段初估轴径为d=32mm，则齿根圆直径与初估轴径之差为8.65mm小于2倍的齿高2h=222.25=9mm，所以此段制成轮轴一体的齿轮轴形式 轴上零件固定方案 联轴器：联轴器的周向固定使用应用最广泛的普通平键固定，方便拆装，轴向固定为轴肩定位。 轴承：轴承为标准件，不能进行二次加工，所以其周向固定采用内圈与轴采用基孔制过盈联接配合（H7k6）的固定方式。其轴向定位与支承结构的基本型式种类有关，主要有以下三种支承结构的基本形式： 方案一 两端固定支承(两支承端各限制一个方向的轴向位移）受轴向和径向载荷联合作用的轴多采用角接触型轴承组成两端固定支承，此种支承形式可以在安装或检修时，通过调整某个轴承套圈的的轴向位置，使轴承达到所要求的游隙或预紧量。由于游隙可调，这种结构适用于对旋转精度要求高的机械。此种支承方式多使轴承外圈与外壳孔间采用较松的配合，同时在外圈与端盖间留有适量间隙适应轴的热伸长 方案二 固定-游动支承（一个支承端轴承与外壳孔及轴固定，另一端可游动）此种支承方式中轴的轴向定位精度取决于固定端轴向游隙的大小，游动端能够补偿轴因热变形及制造安装误差引起的长度变化，所以运转精度较高，在跨距较长及温度较高的轴中应用广泛，对各种工作环境的适应性强。 方案三 两端游动支承（两端都不对轴及外壳孔作精确定位）此种支承方式常用于轴的轴向位置已经由其他零件所限定的场合（例如人字齿轮及双斜齿轮传动），其中一根轴的轴向位置已经进行了双向固定，则另一轴必为双支点游动。几乎所有不需要调整的轴承，均可作游动支承。两端游动支承的特点是不需要精确的限定轴向位置，因此安装时不必调整轴承的轴向游隙，即使处于不利的发热状态，轴承也不会卡死。 综合比较上述三种方案，考虑到在减速器中轴承承受轴向及径向载荷联合作用，轴刚度要求不高，温升变形也不大，也没有预先限定轴的轴向位置，最终选择方案作为轴的支承型式。在此种支承型式下轴承的两端均需进行轴向定位，其中联轴器端轴承采用端盖加套筒（加套筒的原因是铸造端盖的最小厚度小于轴承外圈厚度），轴肩双向轴向定位，另一端轴承采用端盖加套筒双向轴向定位 5.1.2.2 中间轴结构设计与方案分析 齿轮结构形式选择 轴上配合的大齿轮与轴的齿轮轴段啮合，其分度圆直径为209.35mm，配合轴段直径为33mm，两者相差远大于两倍的齿高，故选用孔板式齿轮结构，任务要求中批量为小批量，故选用自由锻的加工方式，轮缘轮毂无拔模斜度。小齿轮为主动轮，与轴上大齿轮配合，其分度圆直径为67.34mm，其配合轴段直径为33mm两者相差远大于两倍的齿高，任务要求中批量为小批量，故选用自由锻的加工方式。齿轮轴结构示意图轴一装配示意图 轴上零件固定方案 齿轮： 轴上有两个齿轮配合，齿轮是减速器中最重要的工作零件，为便于装卸和维修，其周向定位均采用圆头普通平键联接。轴向定位有如下方案： 方案一 轴肩-锁紧挡圈定位 此种定位方式采用一侧轴肩定位，一侧锁紧挡圈定位，可承受较大的单向轴向力，但螺钉端需要在轴上打孔，引起应力集中，削弱轴的强度，同时加工工艺比较复杂。 方案二 轴肩-套筒定位此种定位方式结构简单，能够承受较大的双向轴向力，便于轴上零件的拆装。套筒不宜太长，需要有其他轴肩或零件对套筒进行限制。 方案三 双锁紧挡圈定位此种定位方式可任意调整轴上零件位置， 装卸方便，但不能承受太大的轴向力，且但螺钉端需要在轴上打孔，引起应力集中，削弱轴的强