机械设计课程设计.doc

1 机械设计课程设计 计算说明书 设计题目卷扬机传动装置设计 粮油食品学院 科学与工程专业系 院 班班 设计者 指导教师 2012 年 06 月 02 日 河南工业大学 2 一 设计任务书一 设计任务书 3 二 传动装置的总体设计二 传动装置的总体设计 4 一 传动方案拟定 一 传动方案拟定 4 二 电动机的选择 二 电动机的选择 5 三 传动装置的总传动比的计算和分配 三 传动装置的总传动比的计算和分配 8 三 传动零件的设计计算三 传动零件的设计计算 一 一 V 型带及带轮的设计计算型带及带轮的设计计算 二 高速级斜齿轮副的设计计算 二 高速级斜齿轮副的设计计算 10 三 低速级直齿轮的设计计算 三 低速级直齿轮的设计计算 13 四 轴系零件的设计计算四 轴系零件的设计计算 17 一 一 输入轴的设计计算 输入轴的设计计算 17 二二 中间轴的设计计算 中间轴的设计计算 20 三 输出轴的设计计算 三 输出轴的设计计算 24 四 四 滚动轴承的校核 滚动轴承的校核 28 1 高速轴上轴承的寿命计算 28 2 中间轴上轴承的寿命计算 30 3 低速轴上轴承的寿命计算 32 五 联轴器和键联接的选用说明和计算 五 联轴器和键联接的选用说明和计算 32 五 减速器的润滑设计五 减速器的润滑设计 34 六 箱体 机架及附件的设计六 箱体 机架及附件的设计 39 一 一 减速器箱体的结构设计 减速器箱体的结构设计 39 二 二 减速器箱体的附件设计 减速器箱体的附件设计 41 七 设计小结七 设计小结 43 3 一 一 设计任务书设计任务书 4 二 传动装置的总体设计二 传动装置的总体设计 一 传动方案拟定 一 传动方案拟定 1 由参考方案可知电动机经联轴器将动力直接传到高速轴上 然后通过二 级圆柱齿轮减速器减速 考虑到二级圆柱齿轮减速器的传动比不宜过大 否则 会导致减速器尺寸很大 2 将弹性联轴器布置于高速级 用此联轴器能够使传动平稳 能缓冲减震 因此宜布置在高速轴 3 高速级 低速级齿轮选用斜齿圆柱齿轮 斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好 常用在高速轴和要求传动平稳的场 合 并且能够抵消一部分轴向力 综上所述 本方案具有一定的合理性及可行性 二 电动机的选择 二 电动机的选择 1 选择电动机类型 按工作要求和条件 选用三相笼型异步电动机 封闭式结构 电压 380V Y 型 2 选择电动机的容量 电动机工作功率为kW kW w d a p p 1000 w FV p 因此 kW 1000 d a FV p 确定电动机到工作机的总效率 设 分别为卷筒轴 滚动轴承 1 2 3 4 圆柱斜齿圆柱齿轮传动 精度为 8 级 弹性性连轴器的传动效率 由表 2 2 查得 0 96 0 98 0 97 0 99 则传动装置的总效率为由电动 1 2 3 4 机至卷筒的传动效率为 322 1234a 取 则 1 0 96 2 0 98 3 0 97 4 0 99 322 0 960 980 970 990 83 a 所以 1500 1 45 2 62 10001000 0 83 d a FV pkW 3 确定电动机转速 二级圆柱齿轮减速器传动比 则总传动比合理范围为 故 2 8 40i 8 40 a i 电动机的转速范围为 8 40 81 49561 92 3259 6 min da ninr 5 符合这一范围的同步转速有 750 1000 和 1500 minr minr minr 根据容量和转速 由有关手册查出有四种适用的电动机型号 因此有四种传动 比方案 如表 方 案 电 动 机 型 号 额 定 功 率 电动机转速 minr 同步 满载 转速 转速 电动机 重量 kg 参 考 价 格 元 中 心 高 mm 外 伸 轴 径 mm 外 伸 轴 长度 mm 磁 极 对 数 堵转 转矩 额定 转矩 最大 转矩 额定 转矩 14 Y100L23 015001430381200100286042 22 4 26 Y132S3 01000960631500132388062 02 0 38 Y132M3 0750710792100132388082 02 0 4 4 计算传动装置的总传动比 并分配各级传动比 计算传动装置的总传动比 并分配各级传动比 1 总传动比 在 8 40 以内 55 17 49 81 1430 w m n n i 2 分配各级传动比 因 开始二级圆柱齿轮减速器的传动比在 21 i ii 1 3 1 5 之间 初取 1 i 2 i 21 1 4i i 则减速器的传动比 54 3 4 1 55 17 1 4 i1 2 i 96 4 1 4i2 1 i 符合齿轮传动比之间的范围 5 3 5 5 传动装置的运动和动力参数计算 传动装置的运动和动力参数计算 1 1 各轴转速 各轴转速 轴 1 min1430nrn m 轴 2 min31 288 96 4 1430 1 r i n n m 轴 3 min44 81 54 3 31 288 2 r i n n 卷桶轴 n 81 44min IVIII nr 2 2 各轴输入功率 各轴输入功率 6 轴 1 24 2 62 0 98 0 992 54 d PPkW 轴 2 23 2 54 0 98 0 972 41PPkW 轴 3 23 2 41 0 98 0 972 29PPkW 卷筒轴 24 2 29 0 98 0 992 22 IVIII PPkW 3 3 各轴输入转矩 各轴输入转矩 轴 1 1 1 9550 9550 2 54 16 96 1430 P TNm n 轴 2 2 9550 2 41 955079 83 288 31 P n TNm 轴 3 3 9550 9550 2 29 268 54 81 44 P TNm n 卷筒轴 4 9550 9550 2 22 260 33 81 44 IV IV P TNm n 将上述计算结果列于标中 以供查用 各轴的运动及动力参数 轴号转速n minr 功率 PkW转矩 T mN 传动比i 电机轴 14302 62 14302 5416 964 96 288 312 4179 83 3 54 81 442 29268 54 1 0 滚筒轴 81 442 22260 331 0 综合考虑电动机和传动装置的尺寸 重量 价格 和减速器传动比 可见第 1 方案比较适合 选定电动机型号为 其尺寸参数见标准Y100L2 4 4 电动机主要外形和安装尺寸列于下表 7 中心高 H外形尺寸 2 LACADHD 底脚安装 尺寸 A B 地脚螺栓 孔直径 轴伸尺寸 DE 装键部位 尺寸 FG 100380 282 5 245 160 140 1228 60 8 24 三 传动装置的总传动比的计算和分配 三 传动装置的总传动比的计算和分配 1 总传动比 在 8 40 以内 55 17 49 81 1430 w m n n i 2 分配各级传动比 因 开始二级圆柱齿轮减速器的传动比在 1 3 1 5 21 i ii 1 i 之间 初取 2 i 21 1 4i i 8 则减速器的传动比 54 3 4 1 55 17 1 4 i1 2 i 96 4 1 4i2 1 i 符合齿轮传动比之间的范围 5 3 四 传动装置的运动和动力参数计算 1 各轴转速 轴 1 min1430nrn m 轴 2 min31 288 96 4 1430 1 r i n n m 轴 3 min44 81 54 3 31 288 2 r i n n 卷桶轴 n 81 44min IVIII nr 2 各轴输入功率 轴 1 4 2 62 0 992 59 d PPkW 轴 2 3 2 54 0 972 46PPkW 轴 3 23 2 41 0 972 34PPkW 卷筒轴 24 2 29 0 992 27 IVIII PPkW 3 各轴输出功率 轴 1 24 2 62 0 98 0 992 54 d PPkW 轴 2 23 2 54 0 98 0 972 41PPkW 轴 3 23 2 41 0 98 0 972 29PPkW 卷筒轴 24 2 29 0 98 0 992 22 IVIII PPkW 4 各轴输入转矩 电动机轴输出转矩 2 62 9550955017 50 1430 d d m p TN m n 轴 1 1 1 9550 9550 2 54 16 96 1430 P TNm n 轴 2 2 9550 2 41 955079 83 288 31 P n TNm 9 轴 3 3 9550 9550 2 29 268 54 81 44 P TNm n 卷筒轴 4 9550 9550 2 22 260 33 81 44 IV IV P TNm n 5 各轴输出转矩 轴 0 9816 96 0 9816 62TTN m 轴 0 9879 83 0 9878 23TTN m 轴 0 98268 54 0 98263 17TTN m 卷筒轴 0 98260 54 0 98255 33 VV TTN m 将上述计算结果列于标中 以供查用 各轴的运动及动力参数 运动和动力参数计算结果整理于下表 效率 P kW 转矩 T N m 转速 n r min 轴名 输入输出输入输出 传动比 i 电动机轴 2 6217 501430 轴 2 592 5416 9616 6214304 96 轴 2 462 4179 8378 23288 313 54 轴 2 342 29268 54263 1781 441 0 卷筒轴 2 272 22260 33255 3381 441 0 综合考虑电动机和传动装置的尺寸 重量 价格 和减速器传动比 可见第 1 方案比较适合 选定电动机型号为 其尺寸参数见标准Y100L2 4 二 高速级斜齿轮副的设计计算 二 高速级斜齿轮副的设计计算 斜齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮 按输入转速 传递功率 正反向传动 断续工作 1430minnr 4 96i 2 62 I PkW 有轻微振动 起动载荷为公称载荷的 1 4 倍 且每天工作十二小时 寿命为八年 大修期 为三年等条件来计算 1 1 选择齿轮材料及精度等级 选择齿轮材料及精度等级 10 考虑减速器断续工作 故起动次数频繁 所以齿轮采用硬齿面 小齿轮选用表面淬Cr40 火 齿面硬度为 大齿轮选用钢 表面淬火 齿面硬度 根48 55HRC45 40 50HRC 据指导书选 8 级精度 2 2 选择齿数和齿宽系数 选择齿数和齿宽系数 初定齿数 1 19z 221 4 96 1994 24ziz 取 齿宽系数 2 94z 2 1 94 4 95 19 z u z 1 0 d 3 3 确定轮齿的许用应力 确定轮齿的许用应力 1 根据两轮轮齿的齿面硬度 由资料查到两轮的齿根弯曲疲劳极限和齿面接触疲劳极 限分别为 1 720 FE MPa 2 690 FE MPa 1 lim 1180 H MPa lim2 1135 H MPa 安全系数分别取 得25 1 F S1 1 H S 1 1 0 7 0 7 720 403 2 1 25 FE F F MPa S 2 2 0 7 0 7 690 386 4 1 25 FE F F MPa S 1 1 lim 1180 1072 73 1 1 H H H MPa S 2 2 lim 1135 1031 82 1 1 H H H MPa S 2 按齿根弯曲强度设计计算 齿轮阿爸级精度制造 取载荷系数 K 1 4 表 11 3 齿宽系数 0 5 表 11 d 6 非对称布置 小齿轮上的转矩 1 1 9550 9550 2 54 16 96 1430 P TNm n 初选螺旋角 15 1 确定公式内的各计算数值 1 试选载荷系数 1 4 tk 11 2 计算小齿轮传递的转矩 由前面计算可知 4 1 1 696 10TN mm 3 由表 10 7 取 0 5 d 4 计算当量齿数 1 1 33 19 21 08 coscos 15 v z z 2 2 33 94 104 30 coscos 15 v z z 5 查取齿形系数 由表 11 8 查得 1 2 88 Fa Y 2 2 19 Fa Y 6 查取应力校正系数 由表 11 9 查得 1 1 57 Sa Y 2 1 81 Sa Y 7 计算大小齿轮的并加以比较 FaSa F Y Y 11 1 2 88 1 57 0 0112 403 2 FaSa F YY 22 2 2 19 1 81 0 0103 386 4 FaSa F YY 经比较得小齿轮的数值大 8 设计计算 2 42 1 3 3 22 1 2cos 2 1 4 1 696 10cos 15 0 01121 40 0 5 19 FaSa n dF KTY Y Y mm Z m 对比计算结果 由齿面接触疲劳强度计算得法面模数与由齿根弯曲疲劳强度计算的模 nm 数相差不大 取 已可满足弯曲强度 m2 0 n mm 4 几何尺寸计算 1 计算中心距 12 19942 116 99 2cos2cos15 n m amm ZZ 将中心距圆整后取 120amm 2 按圆整后的中心距修整螺旋角 12 19942 arccosarccos19 40 22 120 n m a ZZ 3 计算大小齿轮的分度圆直径 1 1 19 2 40 354 coscos19 40 n dmm mZ 12 2 1 94 2 199 646 coscos19 40 n dmm mZ 4 计算齿轮宽度 1 0 5 40 35420 18 d bmm d 取齿宽 40mm 45mm 2 b 1 b 5 验算齿面接触疲劳强度 由表 11 4 查得材料的弹性影响系数 标准齿距时 189 8 E z 2 5 H z 2 1 94 4 95 19 z u z 1 3 1 3 3 22 1 2 12 1 4 16 96 104 95 1 Z 189 8 2 5cos19 40 25 40 3544 95 545 23 1072 73MPa EH H H KTu ZZ bdu 6 齿轮圆周速度 1 1 40 354 1430 3 02 60 100060 1000 n d m v s 三 低速级直齿轮的设计计算 三 低速级直齿轮的设计计算 按输入转速 传递功率 正反向传动 断续288 31minnr 3 54i 2 41 II PkW 工作 有轻微振动 起动载荷为公称载荷的 1 4 倍 且每天工作十二小时 寿命为八年 大修期为三年等条件来计算 1 1 选择齿轮材料及精度等级 选择齿轮材料及精度等级 考虑减速器断续工作 故起动次数频繁 所以齿轮采用硬齿面 小齿轮选用表面淬Cr40 火 齿面硬度为 大齿轮选用钢 表面淬火 齿面硬度 根48 55HRC45 40 50HRC 据指导书选 8 级精度 2 2 选择齿数和齿宽系数 选择齿数和齿宽系数 初定齿数 3 22z 423 3 54 2277 88ziz 取 实际传动比 齿宽系数 4 78z 4 3 78 3 55 22 z u z 2 78 3 55 22 i 1 0 d 3 3 确定轮齿的许用应力 确定轮齿的许用应力 1 根据两轮轮齿的齿面硬度 由资料查到两轮的齿根弯曲疲劳极限和齿面接触疲劳极 限分别为 1 710 FE MPa 2 680 FE MPa 13 1 lim 1160 H MPa lim2 1120 H MPa 安全系数分别取 得25 1 F S1 1 H S 1 1 0 7 0 7 710 397 6 1 25 FE F F MPa S 2 2 0 7 0 7 680 380 8 1 25 FE F F MPa S 1 1 lim 1160 1054 5 1 1 H H H MPa S 2 2 lim 1120 1018 2 1 1 H H H MPa S 2 按齿根弯曲强度设计计算 齿轮阿爸级精度制造 取载荷系数 K 1 4 表 11 3 齿宽系数 0 5 表 11 d 6 非对称布置 小齿轮上的转矩 2 2 9550 9550 2 41 79 83 288 31 II P TNm n 初选螺旋角 15 1 确定公式内的各计算数值 1 试选载荷系数 1 4 tk 2 计算小齿轮传递的转矩 由前面计算可知 4 2 7 983 10TN mm 3 由表 10 7 取 0 5 d 4 计算当量齿数 1 1 33 22 24 41 coscos 15 v z z 2 2 33 78 86 55 coscos 15 v z z 5 查取齿形系数 由表 11 8 查得 1 2 75 Fa Y 2 2 26 Fa Y 6 查取应力校正系数 由表 11 9 查得 1 1 58 Sa Y 2 1 76 Sa Y 14 7 计算大小齿轮的并加以比较 FaSa F Y Y 11 1 2 75 1 58 0 0109 397 6 FaSa F YY 22 2 2 26 1 76 0 0104 380 8 FaSa F YY 经比较得小齿轮的数值大 8 设计计算 2 42 1 3 3 22 3 2cos 2 1 4 79 83 10cos 15 0 01092 11 0 5 22 FaSa n dF KTY Y Y mm Z m 对比计算结果 由齿面接触疲劳强度计算得法面模数与由齿根弯曲疲劳强度计算的模 nm 数相差不大 取 已可满足弯曲强度 m2 5 n mm 4 几何尺寸计算 1 计算中心距 34 22782 5 129 41 2cos2cos15 n m amm ZZ 将中心距圆整后取 130amm 2 按圆整后的中心距修整螺旋角 34 22782 5 arccosarccos15 56 33 22 130 n m a ZZ 3 计算大小齿轮的分度圆直径 3 3 22 2 5 62 200 coscos15 5633 n dmm mZ 4 4 78 2 5 202 800 coscos15 5633 n dmm mZ 4 计算齿轮宽度 3 0 5 57 20028 6 d bmm d 取齿宽 70mm mm 3 b 4 56 b 6 验算齿面接触疲劳强度 由表 11 4 查得材料的弹性影响系数 标准齿距时 189 8 E z 2 5 H z 2 1 94 4 95 19 z u z 1 3 1 3 3 22 1 2 12 1 4 79 83 103 555 1 Z 189 8 2 5cos155633 30 57 2003 55 794 9 1054 5MPa EH H H KTu ZZ bdu 15 6 齿轮圆周速度 33 57 200 288 31 0 863 60 100060 1000 d n m v s 高 低速级齿轮参数 名称高速级低速级 中心距 a mm 120130 法面摸数 mm 2 02 5 螺旋角 19 40 1556 33 齿顶高系数 a h 11 顶隙系数c 0 250 25 压力角 20 20 1922齿 数 9478 mm 40 35457 200分度圆 直径 mm 199 646202 800 mm 1 f d 35 35450 95 齿根圆 直径 mm 2 f d 194 646196 55 mm 1 a d 44 35462 200 齿顶圆 直径 mm 2 a d 203 646207 800 mm 4570齿 宽 mm 4056 齿轮等级精度88 材料及热处理大 小齿轮的材分别为 表面淬火 齿面硬度为40 r c 48 至 55HRC 45 钢表面淬 火 齿面硬度为 40 50HRC 大 小齿轮的材分别为 表面淬火 齿面硬度为40 r c 48 至 55HRC 45 钢表面淬 火 齿面硬度为 40 50HRC 16 四 轴系零件的设计计算四 轴系零件的设计计算 一 一 输入轴的设计计算 输入轴的设计计算 1 输入轴上的功率 转速 转矩 1 p 1n1T 11 1 2 54 1430 min 16 96KWrN m p nT 2 求作用在齿轮 1 上的力 因已知齿轮分度圆直径 1 40 354mm d 3 1 1 1 2 2 16 96 10 840 56N 40 354 T d tF 1 tan 840 561 tan20 324 891N coscos19 40 Ftn rF 1 tg 840 56119 40 300 413N Fat tg F 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 刚 调质处理 根据表 14 2 取 于是得 C 116 1 3 3 min 1 2 54 C 116 14 048mm 1430 d P n 高速轴的最小直径显然是装带轮处的直径 即大带轮的轴孔直径 因为带轮上有键槽 故 将最小直径增加 7 又因为装小带轮的电动机轴径 d 28mm 因此高速 min 15 08dmm 轴装大带轮处的直径 故取 0 8 1 2 28dmm 1 2 25dmm 4 轴的结构设计 1 拟定轴上零件的装配方案 如下所示 2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1 根据计算的最小直径取轴的直径 25mm 为了满足联轴器能更好的连接电动机和 1 2d 17 轴 1 2 轴左端需制出一轴肩 故 2 3 段得直径 由联轴器长度确定 2 3 30dmm 1 48lmm 2 初步选择滚动轴承 因轴承同时受到径向力和轴向力的作用 故选用角接触球轴承 参照工作要求 并根据 由轴承产品目录中初步选取角接触球轴承 其型号为 7207C 其尺寸为 2 3 30dmm 查得 a 15 7mm 故 而357217dD Tmmmmmm 37 35mmdd 3 14mm l 3 第七段轴的轴承采用套筒定位 右端滚动轴承采用轴肩进行定位 取 4 37dmm 4 轴承端盖的总宽度为 20mm 根据轴承端盖的装拆 及便于对轴承添加润滑脂的要求 取端盖的外端面与联轴器左端面间的距离 L 35mm 故取 2 45mm l 5 由于滚动轴承座断续要进行轴向固定 采用轴肩固定 故可取 中间轴两齿 4 37mm d 轮间的距离取 12mm 第二队齿轮的主动轮齿宽为 70mm 故可取 4 74 lmm 6 取安装齿轮处的轴段 5 的直径 根据齿轮的轮毂宽度 取 取 5 40 dmm 5 45 lmm 轴肩 6 37 dmm 6 12 lmm 去箱体呢你壁之间的距离考虑到箱体的铸造误差 在确定滚筒轴承位置时 应距 12amm 壁一段距离 S 取 已知滚动轴承宽度 则 7smm 14tmm 7 35 lt s amm 已初步确定了轴的各段直径和长度 3 轴上零件的周向定位 联轴器与轴的周向定位均采用平键连接 按 由教材表 10 9 查得平键截面 1 25mm d 键槽用键槽铣刀加工 长为 33mm 齿轮轮毂与轴的配合配合采用87b hmmmm 带轮与轴的配合采用 滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的 此 7 6 H n 7 6 H k 处选轴的直径尺寸公差为 k6 4 确定轴上的圆角和倒角尺寸 参考表 1 27 取右轴端与 2 处倒角为 1 2 处圆角 R 1 0mm 其余圆角1 0 45 R 1 6mm 5 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图做出轴的计算简图 从上已经知道 对于角接触球轴承 7207AC 由手册中 可查得 a 21mm 作为简支梁的轴的支承跨距 对轴进行计算并做出弯矩图和扭矩图 如下 18 对水平面进行计算 121 21 233 NHNHt NHt FFF FF lll 1 2 264 41 576 15 NH NH FN FN 12 27366 HNH N mm lMF 对垂直面进行计算 121 21 232 NVNVr NVr FFF FF lll 1 2 102 2 222 69 NV NV FN FN 12 10577 7 vNV N mm lMF 求总的弯矩 即合成弯矩 19 2222 10577 27366 29339 HV MMN mm M 将计算结果列于下表 载荷水平面 H垂直面 V 支反 力 F 12 264 41 576 15 NHNH FN FN 12 102 2 222 69 NVNV FN FN 弯矩 M27366 H MN mm 10577 7 V MN mm 总弯 矩 M 22 29339 vH MMM 扭矩 T 16960TN mm 6 按弯曲合成应力校核轴的强度 进行校核时 通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度 由上表的数据 以及轴 的正反向旋转 扭转切应力为对称循环应力 取 1 0 则 222 2 3 293391 0 16960 5 29 0 1 40 caa T MP W M 前以选定轴的材料为 40Cr 钢 调质处理 查表的 55Mpa 因此小于 1b ca 1b 故安全 二二 中间轴的设计计算 中间轴的设计计算 1 中间轴上的功率 转速及转矩 2 p 2n2T 12 2 2 41 288 31 min 79 83KWrN m p nT 2 求作用在齿轮上的力 21 840 56 tt N FF 21 324 89 rr N FF 21 300 413 aa N FF 因已知齿轮分度圆直径 3 57 200mm d 3 2 3 3 2 2 79 83 10 2791 26N 57 2 T d tF 3 3 tan 2791 26 tan20 1056 57N coscos 15 56 33 Ftn rF 20 33 tan 2791 26 tan15 56 33 797 35N FatF 3 初步确定轴的最小直径 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 14 2 取 0 110A 于是得 2 3 3 min 2 2 41 C 116 23 54mm 288 31 d P n 中间轴的最小直径显然是轴承处直径 图 4 为了使所选的轴直径与轴承的1 6d d1 6d d 孔径相适应 故需同时选取轴承型号 选取型号为 7309AC 角接触球轴承 其尺寸为 查得4510025dDBmmmmmm a 27 5mm 所以 16 45 ddmm 4 轴的结构设计 1 拟定轴上零件的装配方案如下图 6 5 4 3 2 1 根据轴向定位的要求确定轴各段的直径和长度 1 轴段 6 的右端与轴承之间采用套筒定位 去吃论据箱体之间的距离 考虑到a12mm 箱体的制造误差 在确定滚动轴承位置时应距箱体内壁一段距离 s 取 已知轴承 6smm 宽度 则 25tmm 6 s a 12 6 25 40mm lt 2 取安装斜齿圆柱齿轮处的轴段处 5 的直径 齿轮左端与左轴承之间采用套 5 d 48mm 筒定位 已知齿轮轮毂长度 为了使套筒端可靠的压紧大齿轮 此轴段应略短与 48lmm 轮毂长度 故取 齿轮右端采用轴肩定位 轴肩高度 5 40 lmm 44 0 07d h 3mm 4d 50 l 12mmhmm 故取则轴段处的直径取 3 确定两端轴承处的轴段长度 轴段处齿轮的分度圆直径 故取 又齿宽 所以取 57 200dmm 3 55 dmm 72bmm 3 70 lmm 21 4 轴段处 1 为滚动轴承 又轴承宽度 故 轴段 1 靠 1 45 b ddmm 25bmm 1 25 lmm 轴肩固定 取 2 50 dmm 2 10 lmm 3 轴上零件的周向定位 齿轮与轴的周向定位采用平键连接 按截面 查表查得平键截面 5 40mm d 键长为 38mm 此处齿轮轮毂与轴的配合配合采用 滚动轴承与14 9b hmm 7 6 H n 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 k6 4 确定轴上的圆角和倒角尺寸 参考表 1 27 取轴端倒角为 其余各处取圆角为 R 1 6mm 1 6 45 mm 5 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图做出轴的计算简图 从上已经知道 对于角接触球轴承 7308AC 由手册中 可查得 a 27 5mm 作为简支梁的轴的支承跨距 对轴进行计算并做出弯矩图和扭矩图 如下 123 55 568 544 5168 5mm l ll 图 22 对水平面进行计算 12 23 12 3123233 0 0 NHNH tt NHt t FFN FFN FF l lllllF 1 2 1300 86 2330 96 NH NH FN FN 111 72197 73 HNH N mm lMF 223 103727 72 HNH N mm lMF 对垂直面进行计算 123 2 33 2 0 31231 2 NVNVr r r r FFF NV F FFl llFlll 1 2 61 16 670 52 NV NV FN FN 111 3394 38 vNV N mm lMF 223 29838 14 vNV N mm lMF 23 求总的弯矩 即合成弯矩 2222 11 1 72197 73 3394 38 72727 47 HV MMN mm M 2222 22 2 103727 72 670 52 10372 89 HV MMN mm M 将各计算结果列于下表 载荷水平面 H垂直面 V 支反 力 F 12 1300 86 2330 96 NHNH FN FN 12 61 16 670 52 NVNV FN FN 弯矩 M 1 2 72197 73 103727 72 H H MN mm MN mm 1 2 3394 38 29838 14 V V MN mm MN mm 总弯 矩 M 1 72727 47103729 89MN mmMN mm 2 扭矩 T 79830TN mm 6 按弯曲合成应力校核轴的强度 进行校核时 通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度 由上表的数据 以及轴 单向旋转 扭转切应力为脉动循环变应力 取 0 6 则 222 2 2 1 3 72727 471 0 79830 11 85 0 1 45 caa T MP W M 前以选定轴的材料为 40Cr 调质处理 查表的 55Mpa 因此 故安 1b ca 1b 全 三 三 输出轴的设计计算 输出轴的设计计算 1 输入轴上的功率 转速及转矩 3 p 3n3T 3 1 3 2029 81 44 min 268540mKWrTN m p n 2 作用在齿轮上的力 因已知齿轮分度圆直径 4 202 8mm d 43 2791 26N ttFF 43 1056 57N rrFF 43 797 35N aaFF 3 初步确定轴的最小直径 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 14 2 取 C 116 于 是得 24 3 3 3 min 3 2029 C 116 35 27mm 81 44 d P n 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径 为了使所选的轴得直径和联轴器的 1d 孔径相适应 故需同时选取联轴器型号 查表 17 1 考虑到转矩变化很小 故取 则1 3 A K 联轴器的转矩计算 按照计算转矩 ca3 1 3 268540349102 A N mm TK T 应小于联轴器公称转矩得条件 查手册 ca T 选用 LT7 型弹性套柱销联轴器 其公称转矩为 500000N mm 联轴器的孔径 1 45mm d 故取 半连轴器长度 L 112mm 半连轴器与轴配合的毂孔长度 1 45mm d 1 84Lmm 4 轴的结构设计 1 拟定轴上零件的装配方案 如图所示 2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1 为了满足半联轴器的轴向定位要求 轴段 1 左端需制出一轴肩 故 2 段的直径 半联轴器与轴配合的毂孔长度 为了保证轴端挡圈只压在半联 2 48mm d 1 84Lmm 轴器上而不压在轴的端面上 故 1 2 段的长度应比略短一些 现取 1L1 78mm l 2 初步选择滚动轴承 因轴承同时受到径向力和轴向力的作用 故选用角接触球轴承 参照工作要求 并根据 由轴承产品目录中初步选取角接触球轴承 其型号为 7310AC 其尺寸为 2 48mm d 25 故取 5011027dDBmmmmmm 35 50mm dd 3 取安装齿轮处的轴段的直径 齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位 已 4 60mm d 知齿轮轮毂的宽度为 85mm 为了使套筒端面可靠地压紧轮齿 此轴段应略短于轮毂宽度 故取 4 80mm l 4 轴承端盖的总宽度为 20mm 根据轴承端盖的装拆 及便于对轴承添加润滑脂的要求 取端盖的外端面与半联轴器的右端面间的距离 故取 40mm l 2 60mm l 取齿轮距箱体内壁左端之距离 考虑到箱体的制造误差 在确定滚动轴承位置50amm 时应距箱体内壁一段距离 S 取 S 值为 9mm 已知轴承宽度 T 21mm 则 5 21 95080Tasmm l 3 2692156Tsamm l 致此已初步确定了轴的各段直径和长度 3 轴上零件的周向定位 联轴器 齿轮与轴的周向定位采用平键连接 按截面 查表查得平键截面 1 45mm d 键长为 69mm 齿轮轮毂与轴的配合配合采用 半联轴器与149b hmmmm 7 6 H n 轴的配合采用 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 7 6 H k 寸公差为 m6 4 确定轴上的圆角和倒角尺寸 参考表 1 27 取轴端倒角为 所有圆角半径 R 1 6mm 1 6 45 mm 5 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图做出轴的计算简图 作为简支梁的轴的支承跨距 对轴进行计算并做出弯矩图和扭矩图 如下图 23 9046136mm ll 26 对水平面进行计算 124 14 233 NHNHt NHt FFF FF lll 1 2 944 1 1847 16 NH NH FN FN 12 84969 HNH N mm lMF 对垂直面进行计算 124 14 233 0 0 NVNVr NVr FFF FF lll 1 2 357 37 699 2 NV NV FN FN 12 32163 3 vNV N mm lMF 求总的弯矩 即合成弯矩 2222 84969 32163 3 90852 6 HV MMN mm M 扭矩268540TN mm 27 载 荷 水平面 H垂直面 V 支 反 力 F 12 944 1 1847 16 NHNH FN FN 12 357 37 699 2 NVNV FN FN 弯 矩 M 84969 H MN mm 32163 3 V MN mm 总 弯 矩 M 90852 6MN mm 扭 矩 T 26