一级圆柱直齿减速器课程设计00.5%2.5%300%112.5.doc
一级圆柱直齿减速器课程设计00.5%2.5%300%112.5
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减速器课程设计
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一级圆柱直齿减速器课程设计00.5%2.5%300%112.5,减速器课程设计
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中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 1 机械设计基础课程设计 说 明 书 题 目 名 称： 带式运输机传动装置的设计 学 院（部）： 机械工程学院 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 评 定 成绩： nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 2 课程设计任务书 2009 2010 学年第 1 学期 机械工程学院 学院（系、部） 工业设计 专业 工理 081 班 课程名称： 机械设计基础 设计题目： 带式运输机 传动装置 的设计 完成期限： 自 2010 年 元 月 11 日至 2010 年 元 月 15 日共 1 周 nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 3 内 容 及 任 务 一、 传动装置简图 二、 原始数据 带的圆周力 F/N 卷筒 速 v（ m/s） 滚筒直径 D/mm 500 2.5 300 三 、 工作条件 三班制，使用年限 10 年，连续单向运转，载荷平稳，小批量生产，运输带速度允许误差为 5%。 三、 设计 任务 1、 设计计算说明书一份，内容包括： 传动 方案 的 分析 与拟定 、原动机的选择、传动比及分配、 传动装置的 运动及动力参数计算、 V 带传动设计、齿轮传动设计、轴的设计、轴承的选择和校核、键连接的选择和校核、联轴器的选择、 箱体的结构设计、减速器附件的选择、 润滑和密封、 课程 设计 总 结和参考 文献 。 2、 A1装配图 1张 进度 安排 起止日期 工作内容 2010.1.11 13 编写设计计算说明书 2010.1.14 15 绘 制 装配图 主要 参考 资料 1 金清肃 .机械设计基础 .武汉：华中科技大学出版社 ， 2008年 9月 2 金清肃 .机械设计基础课程设计 .武汉：华中科技 大学出版社， 2007年 10月 指导教师 （签字）： 2009 年 月 日 系（教研室） 主任（ 签字）： 2009 年 月 日 目 录 一、 拟定 传动方案 4 nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 4 二、 选择 电动机 5 三、 传动装置总传动比及其分配 6 四、 传动装置的运动及动力参数计算 7 五、 V带传动设计 9 六、 齿轮传动设计 11 七 、 轴承的选择和校核 14 八 、 轴的设计 22 九、 键连接的选择和校核 23 十、 联轴器的选择 25 十一、 箱体的结构设计 25 十二、 减速器附件的选择 29 十三、 润滑和密封 34 十四、 课程设计总结和参考文献 36 nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 5 一、 拟定传动方案 结 果 1、 设计目的 通过本课程的学习，将学过的基础知识进行综合应用，熟悉和掌握机械设计的基本方法和一般程序，培养设计能力。 2、 传动方案分析 现代机械系统 一般 都包括 原动机、传动 装置 和工作 机三个基本部分 。 传动 装置 是把原动机的 动力传递给工作机的中间装置，它是机器的重要组成部分。 传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。 合理的传动方案除满足工作机的工作要求外，如所传递的工作效率和转速，还要求结构简单、尺寸紧凑、成本低廉、传动效率高、工作可靠、环境适应性好合操作维护方便。 传动方案一般用 运动简图表示，它直观地反映了工作机、传动装置 和 原动机三者间的运动和动力的传递 关系。此次带式运输机传动 装置的设计任务书中已经给出了传动方案，为带与闭式齿轮组合传动。 原动机为电动机，工作机为皮带运输机。传动方案采用了两级传动，第一级为 V 带传动 ，第二级为单级直齿圆柱齿轮 减速器。如图 1.1 所示： 图 1.1 选用带传动 和闭式齿轮传动的组合方式有传动平稳、缓冲吸振、过载保护的优点。缺点 是该方案的结构尺寸较大，带传动也不适合繁重的工作要求和恶劣的工作环境。 V 带 传动 承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大， 但是 V 带 的槽面摩擦可以提供更大 的摩擦力， 也就可以传递更nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 6 大的功率。而且， V 带传动允许的传动比大，结构紧凑，还有过载保护，缓冲吸振的优点，故布置在传 递的高速级， 以降低传递的转矩， 减小带传动的结构尺寸。 齿轮传动效率高， 适用的功率和速度范围广，使用寿命较长 。本次设计采用的是单级直齿圆柱齿轮传动。 2、 传动系统的设计 参数 原始数据： 运输带的工作压力 F=500 N，带速 V=2.5 m/s,滚筒直径D=300mm， (滚筒工作效率为 0.96) 工作条件： 三班制，使用年限 10 年，连续单向运转，载荷平稳，小批量生产。 动力来源：电力，三相交流 380/220伏 二、选择 电动机 结 果 1、 选择电动机类型和结构形式 按工作要求选择 Y 型全封闭式 三相异步电动机，电压为 380 V。 Y系列电动机具有高效、节能、性能好、噪音低、振动小、寿命长、维护方便、启动转矩大、运行安全可靠 等优 点 ，安装尺寸和功率等符合国家标准（ IEC），适合于无特殊要求的 各种机械设备，如鼓风机、机床、运输机以及农业机械和食品机械。 3、 选择电动机容量 根据带式运输机工作机的类型，可取工作机的效率 w=0.96。 电动机所需工作容量，查 【 2】 P7 得 Pd=Pw a Pw=FV 1000=500 2.5 1000 KW 传动装置的总效率为 a= 1 22 3 4 5 查 【 2】 第 10 章中表 10-2 机械传动和摩擦副的效率概略值，确定各部分效率为：联轴器效率 1=0.99， 一对 滚动轴承传动效率 2=0.98，闭式 齿轮传动效率 3=0.97， V 带传动效率 4=0.96， 一对滑动轴承传动效率 5=0.97， 带入得 a = 0.99 0.982 0.97 0.96 0.97 所需电动机功率为 Pd= Pw a =500 2.5 (1000 0.859 ) KW 查 【 2】 第 19 章表 19-1 所示 Y 系列三相异 步电动机的技术参数，Pw =1.25KW a 0.859 Pd 1.455KW nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 7 选定电动机的额定功率 Pcd 为 1.5 KW. 3、 确定电动机转速 卷筒轴工作转速为 ： n 滚筒 =60 1000 v ( D) =60 1000 2.5 ( 300) r min 总传动比： i 总 =n 电动机 n 滚筒 n 电动机 =i 总 n 滚筒 i 总 =i 带 i 齿轮 普通 V 带 i 带 = 2 4 单级齿轮减速器 i 齿轮 =3 6 i 总 =(24) (35) = 620 r min n 电动机 = (620) 159.24=955.41 3184.71 r min 4、确定电动机的型号 根据以上计算，符合这一范围的同步转速有 1000 r min ， 1500r/min 和 3000 r min。 查【 2】表 19-1 得电动机数据及计算出的总传动比列于表 2-1 中。 根据 表 2-1， 综合考虑电动机和传动装置的情况 ， 同时也要降低电动机的重量和成本，最终可确定同步转速为 1500r/min ，根据所需的额定功率及同步转速确定电动机的型号为 Y90L-4 ，满载转速 1400r/min。额定转矩为 2.3N m。 表 2.1 电动 机数据及总传动比 方案 1 2 3 电动机型号 Y100L-6 Y90L-4 Y90S-2 额定功率 Pcd/KW 1.5 1.5 1.5 电动机转速 n / (r/min) 同步转速 1000 1500 3000 满载转速 940 1400 2840 电动机重量 w/kg 35 26 35 参见价格 /元 617 500 398 总传动比 ia 6.28 9.42 18.84 Pcd=1.5 KW n 滚筒 =159.24 r/min n 电动机 = 955.413184.71 r/min 电动机的型号为Y90L-4 n 满 =1400r/min 三、 传动装置总传动比及其分配 结 果 1、 总传动比 根据电动机满载转速 n 满 电动机及工作机滚筒转速 n 滚筒 ，可得传动装nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 8 置所要求的总传动比 ，查【 2】 P10 式 (2-6) 得 ia=nm/n 所以 i 总 =n 满 n 滚筒 =1400/159.24 2、 分配各级传动比 由传动方案知，传动装置的总传动比等于各级传动比的乘 积，即 ia=i1 i2 i3 i4 查【 1】表 17-1，普通 V 带 i1= 2 4 单级齿轮减速器 i2 =3 5 取普通 V 带 i1=2.2， 齿轮 i2=4。 i 总 =8.79 i1=2.2 i2=4 四、 传动装置的运动及动力参数计算 结 果 图 4.1 1、计算各轴转速 (r/min) 查【 2】，由式 (2-9)知 n = nm i0 式中， nm 电动机的满载转速； i0 电 动机轴至轴的传动比。 同理， n = n i1 = nm ( i0 i1 ) n = n i2 = nm ( i0 i1 i2 ) 其余类推。所以： 电动机满载 (0 轴 )： n0= nm = 1400 r/min 轴： n = nm i01 = 1400 2.2 轴： n = n i12 = nm (i01 i12) =1400 / 2.2 / 4 轴： n = n i23 = nm (i01 i12 i23)=1400 / 2.2 / 4 / 1 n0=1400 r/min n =636.4r/min n =159.1r/min 轴 轴 轴 0 轴 nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 9 式中 i01 电动机轴至轴的传动比 (带传动 ) i12 轴至轴的传动比 (齿轮传动 ) i23 轴至轴的传动比 2、计算各轴的功率 (KW) 查【 2】第 10 章中表 10-2 机械传动和摩擦副的效率概略值，确定各部分效率为：联轴器效率 1=0.99，一对滚动轴承传动效率 2=0.98，闭式齿轮传动效率 3=0.97， V 带传动效率 4=0.96，一对滑动轴承传动效率 5=0.97。 查【 2】，由式 (2-12)知 P =Pd 01 式中， Pd 电动机的实际输出功率； 01 电动机与轴间的传动效率。 同理 , P =P 12= Pd 01 12 P = P 23= Pd 01 12 23 其余类推。所以： 电动机的额定功率 Pd=1.455 KW 轴功率： P = Pd 01 =Pd 4 轴功率： P = Pd 01 12 = Pd 4 3 2 轴功率： P = Pd 01 12 23 = Pd 4 3 2 2 1 5 工作机轴功率： P 工作机 = Pd 01 12 23 w = Pd 4 3 2 2 1 5 w 3、计算各轴转矩 (N m) 查【 2】，由式 (2-15)知 T =Td i0 01 式中 ， Td 电动机轴的输出转矩 ， Td=9550 Pd nm 其中： Pd 电动机实际输出功率； nm 电动机转速。 所以 T = Td i0 01=9550 (Pd nm) i0 01 同理 T = T i1 12 T = T i2 23 其余类推。 所以 ： n =159.1r/min P =1.397 KW P =1.328 KW P =1.250KW P 工作机 =1.2KW nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 10 电动机轴的输出转矩 Td=9550 Pd nm =9550 (1.455/1400) 轴转矩： T = Td i01 01 = Td i01 4 = Td 2.2 0.96 轴转矩： T = T i12 12 = T i12 3 2 = T 4 0.97 0.98 轴转矩： T = T i23 23 = T i23 2 1 5 = T 1 0.98 0.99 0.97 工作机输出转矩： T 工作机 = T w= T 0.96 运动和动力参数，如表 4-1 所示： 表 4-1 运动和动力参数 Td=9.926N m T =20.965 N m T =79.716N m T =75.020N m T 工作机 =72.02 N m 五、 V 带传动设计 结 果 1、确定设计功率 根据传递的功率 Pd、载荷性质、原动件种类和工作情况 (三班制 )等确定设计功率 , 查【 1】得 P=KA Pd 查表 9-7得工作情况系数 KA =1.3 Pd =1.455 KW 故 P=KA Pd 1.892 KW 2、选择 V带的带型 nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 11 根据 P= 1.892 KW 、 n =1400 r/min, 查【 1】图 9-8 普通 V 带选型图，选用 Z 型。 3、确定带轮的基准直径 dd 并验算带速 1) 初选小带轮的 基准直径 国家标准中规定了普通 V 带轮的最小基准直径和带轮的基准直径系列，查 【 1】表 9-3，取小带轮的基准直径 dd1= 80 mm。 2) 验算带速 查 【 1】 由式（ 9-22）得 V = dd1 n1 (60 1000) =3.14 80 1400 (60 1000) 因 5 m/s V 25 m/s，带速合适。 3) 计算大带轮的基准直径 查 【 1】 根据式（ 9-21），计算大带轮的基准直径 dd2 = i1 dd1 =2.2 80 查表 9-3，取为 dd2 = 180 mm。 4、确 定 V带的中心距 a和基准长度 Ld 4) 查 【 1】 由式（ 9-23） 0.7(dd1 + dd2) a0 2(dd1 + dd2) 初定中心距 a0= 320 mm。 5) 查 【 1】 由式（ 9-24）计算带所需的基准长度 Ld0=2a0+(dd1 + dd2) /2 +( dd1 dd2)2 4a0 =2 320+3.14 (80+180) 2+(180-80)2 4 320 查 【 1】 由表（ 9-2）选带的基准长度 Ld =1000 mm。 6) 查 【 1】按式 (9-25)计算实际中心距 a a0+ (Ld Ld0) 2 =320+(1000 1056) 2 考虑安装、调整和补偿张紧的需要，中心距应有一定的变化范围，查 【 1】由式 (9-26) (9-27) 知 amin=a 0.015 Ld =292-0.015 1000 amax=a 0.03 Ld =292+0.03 1000 所以中心距的变化范围为 277mm 322 mm。 1、 验算小带轮上的包角 a1 查 【 1】由式 (9-28) 得 a1=1800 (dd2 dd1) a 57.30 =1800 (180 80) 292 57.30 a1 1200，所以包角合适。 6、计算带的根数 z Z 型 dd1= 80 mm V=5.86m/s dd2 =176 mm a0= 320 mm Ld0 1056mm Ld =1000 mm a 带 292mm amin=277mm amax=322mm a1 160.380 nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 12 1) 计算单根 V 带的额定功率 由 dd1= 80 mm 和 n1=1400 r min, 查 【 1】表 9-4 单根普通 V 带的基本额定功率 P0,得 P0= 0.35 KW。 根据 n1= 1400 r min， i1= 2.2 和 Z 型带， 查 【 1】表 9-5 单根普通V 带的基本额定功率的增量 P0，得 P0=0.03 KW 。 查 【 1】表 9-6 包角修正系数 Ka 得 Ka=0.95 ； 查 【 1】表 9-2 普通 V带长度系数 KL得 KL=1.06，于是 P0=(P0+ P0)Ka KL =(0.35+0.03) 0.95 1.06 2) 计算 V 带的根数 查 【 1】由式 (9-29) 得 z P P0=P (P0+ P0)KaKL 1.892 (0.35+0.03) 0.95 1.06 4.94 V 带取 5 根。 7、计算单根 V 带的初拉力 F0 查 【 1】表 9-1 普通 V 带截面尺寸，查得 Z 型带的单位长度质量 q= 0.06 kg/m。 查 【 1】由式 (9-30)得 F0=500 (2.5 Ka)P (Kazv) qv2 =500 (2.5 0.95) 1.892 (0.95 5 5.86) 0.06 5.862 8、计算压轴力 FQ 查 【 1】由式 (9-31)得 FQ 2z F0 sin( 1/2) =2 5 55.3 sin(160.38/2) 9、带轮结构设计 表 5-1 查【 12】表 18-9 V 带轮轮缘尺寸 (基准宽度制 ) P0=0.383KW z 5 F0 55.3N FQ 545N nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 13 项目 符号 槽型 Z(SPZ) 槽间距 e 12 0.3 第一槽对称面至端面的最小距离 fmin 7 带轮宽 B B=(z-1)e+2f z 轮槽数 由上可确定 V 带轮的带宽 B 带 =62mm。 B 带 =62mm 六、齿轮传动设计 结果 1、 选择齿轮材料与热处理 带式运输机的工作载荷比较平稳，对减速器的外轮廓尺寸没有限制，为了便于加工，采用软齿面齿轮传动。查【 1】表 11-1，小齿轮选用 45 钢，调质处理，齿面平均硬度为 235HBS；查【 2】 P15 对于软齿面齿轮传动，小齿轮齿面硬度应比大齿轮齿面硬度高 3050HBS。因此大齿轮选用 45钢，正火处理，齿面平均硬度为 190HBS。由于运输机式一般机器，速度不高，查【 1】表 11-6，故选 7 级精度。 2、 参数选择 1) 对于软齿面闭式传动，传动尺寸主要取决于接触疲劳强度，弯曲疲劳强度则往往比较富裕，在传动尺寸不变并满足弯曲疲劳强度要求的前提下，齿数宜取多些 (模数相应减少 )。查【 1】闭式齿轮传动，齿数取 2040。故取 z1=30， z2=i12 z1=4 30=120. 2) 根据工况查【 1】表 11-2，取载荷系数 K=1.1。 3) 由于是单级齿轮传动，且两支承相对齿轮为对称布置，两齿轮为软齿面，查【 1】表 11-5，取齿宽系数 d=1.2。 4) 采用单 级减速传动，齿数比 i12 =4。 3、 确定许用应力 小齿轮的齿面平均硬度为 235HBS。许用应力可根据【 1】表 11-1 通过线性插值来计算，即 大齿轮的齿面平均硬度为 190HBS，许用应力可根据【 1】表 11-1 通过z1=30 z2=120 K=1.1 d=1.2 4 H1=528.16 MPa F1=307.63 MPa H2=502.22 H1= M P a 5 1 35 4 52 1 72 5 52 1 72 3 55 1 3 F1= M P a 301315217255 217235301nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 14 线性插值来计算，即 4、 计算小齿轮的转矩 由四、 传动装置 的运动及动力参数计算 知 T =20.965 N m 5、 按齿面接触疲劳强度计算 取较小的许用接触应力 H2 代入【 1】接触疲劳强度的设计公式 11-7中， 式中： d1 小齿轮的分度圆直径 (mm)； T1 小齿轮的转矩 (N mm)； 齿数比， =z2 z1； d 齿宽系数， d=b d1,其中 b 为齿宽 (mm)； ZE 弹性影响系数，与配对齿轮材料有关； H 许用接触应力。 查【 1】表 11-3 知弹性影响系数 ZE=198.8。 得小齿轮的分度圆直径为 35.1mm 齿轮的模数 m=d1 z1=35.1 30=1.17 mm。 查【 1】表 4-2 取标准模数 m=1.5 6、 计算齿轮的主要几何尺寸 d1=mz1=(1.5 30)mm=45mm d2=mz2=(1.5 120)mm=180mm da1=(z1+2ha*)m=(30+2 1) 1.5mm=48mm da2=(z2+2ha*)m=(120+2 1) 1.5mm=183mm MPa F2=290.69 MPa T =20.965 N m d1 35.1mm m=1.5 d1=45mm d2=180mm da1=48mm da2=183mm a=112.5mm H2= M P a 4 6 85 1 31 6 22 1 71 6 21 9 04 6 8 F2= M P a 2 8 03 0 11 6 22 1 7 1 6 21 9 02 8 0 32211132.2 HEdZKTdmmd 3231 5028.1894142.1109 mmdda 5.1122180452 21 nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 15 b= d d1=1.2 45=54mm 查【 2】 P15 根据 d=b / d1 ,求齿宽 b 时， b 是一对齿轮的工作宽度。为补偿齿轮轴向位置误差，应使小齿轮宽度大于大齿轮宽度，因此，若大齿轮宽度取 b2，则小齿轮宽度取 b1=b2+(510)mm,齿宽数值应圆整。 故取 b2=54mm， b1=b2+(510)mm，取 b1=62mm。 齿轮基本参数如表 6-1. 齿轮号 1 2 模数 m 1.5 1.5 齿数 z 30 120 分度圆直径 d (mm) 45 180 齿顶圆直径 da (mm) 48 183 齿宽 b (mm) 62 54 中心距 a (mm) 112.5 转速 n/(r/min) 636.4 159.1 圆周速度 v(m/s) 1.50 1.50 7、 按齿根弯曲疲劳强度校核 确定有关参数如下 1) 齿形系数 YFa 查【 1】表 11-4 得 YFa1 =2.52， YFa2 =2.256 应力修正系数 YSa 查【 1】表 11-4 得 YSa1 =1.625 YSa2 =1.742 带入【 1】弯曲疲劳强度校核公式 11-9 中 得 MPa =51.82 MPa F1 =307.63 MPa 查【 1】 P154 式 得 =49.80 MPa F2 =290.69 MPa b1=54mm b2=62mm YFa1 =2.52 YFa1 =2.256 YSa1 =1.625 YSa2 =1.742 F1 F1 F2 F2 1112 112SaFaF YYzbmKT625.152.2305.154 209651.12 21 F112212SaFaSaFaFF YY YY 625.152.2 742.1259.282.512 Fnts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 16 齿根弯曲强度校核合格。 8、结构设计 七、轴的设计 结果 一、输出轴的设计计算 1、选材 查【 1】 P223 知，由于工作时轴上的应力多为交变应力，所以轴的失效一般为疲劳断裂 ，因此轴的材料首先应有足够的疲劳强度，对应力集中敏感性低；还应满足刚度、耐磨性、耐腐蚀性的要求。 轴的常用材料主要有碳钢、合金钢、球墨铸铁和高强度铸铁。由于碳素钢比合金钢成本要低，对应力集中的敏感性较小，同时也可以用热处理或化学热处理的方法来提高其耐磨性和抗疲劳强度，因此采用碳素钢制造轴尤为广泛。这里我们选用的是最常用的 45 钢，调质处理。查【 1】表 15-1 知，毛坯直径 Rr 或 hC1(见图 7-1)。 图 7-1 安装滚动轴承处的 R 和 r 可由轴承标准中查取。轴肩高度 h 应大于R 外，还要小于轴承内圈厚度，以便拆卸轴承。 查【 2】 P42 有配合或安装标准件的直径：轴上有轴、孔配合要求的直径，如图 7-2 所示的安装齿轮和联轴器处的直径 d3 、 d1，一般应取标准值 (见【 2】表 10-7 表 14-1)。另外，安装轴承及密封元件处的轴径 d2、d3 和 d8 ，应与轴承及密封元件孔径的标准尺寸一致 (见表 13-2 和表17-5)。 查【 2】 P43，非定位轴肩：轴径变化仅为装拆方便时，相邻直径要小些，一般为 13mm，如图 7-1 中的 d2 与 d3， d6 与 d7 处的直径变化。d1=25.0mm d2=30.0mm nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 18 这里轴径变化圆角 r 为自由表面过度圆角， r 大些 (见图 7-1(c)。 因此，由初算并考虑键影响及联轴器孔径方位等，取 d1=25.0mm，考虑前面所述决定径向尺寸的各种因素，其他各段直径可确定为d2=30.0mm ， d3=35.0mm ， d4=41.0mm ， d5=45.0mm ， d6=53.0mm ，d7=45.0mm， d8=35.0mm。 4) 选择轴承型号 根据所选定的轴承直径，初选深沟球轴承，代号为 6007。查【 2】表 13-2知，轴承宽度 B 出 14mm，安装尺寸 D 出 =62mm。 5) 确定轴的轴向尺寸 由轴上安装零件确定的轴段长度 如图 7-1 中 l5、 l3、 l8、 l1 由齿轮、联轴器的轮毂宽度及轴承宽度确定。查【 2】 P43 知，一般情况下，轮毂宽度 l=(1.21.6)d，最大宽度 lmax (1.82)d，轮毂过紧则轴向尺寸不紧凑，装拆不便，而且键连接不能过长，键长一般不大于 (1.61.8)d，以免压力沿键长分布不均匀现象严重。轴上零件靠套筒或轴端挡圈轴向固定时，轴段长度 l 应较轮毂宽 l短 23mm，以保证轴上零件定位可靠。因此取 l1 =2d=50mm， l3 =14mm， l5 =52mm， l8 =18mm。 由相关零件确定的轴段长度 轴承 盖轴段长应根据 轴承 盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定 ，取 l2=46 mm。 根据画图确定其他轴段长度 考虑轴承端面和箱体内壁应有一定距离 ， 取 l4=22mm，其中 套筒长为 20mm。类似的取 l7=20mm， l6=12mm。 根据输出轴的结构 (见图 7-2)，把轴当作简支梁，支点取在轴承中点处，可得轴的跨距 L=14+8+12+52+22=108mm。 5、轴的强度计算 1) 绘制轴的计算简图 d3=35.0mm d4=41.0mm d5=45.0mm d6=53.0mm d7=45.0mm d8=35.0mm B 出 14mm D 出 =62mm l1 =50mm l3 =14mm l5 =52mm l8 =18mm l2=46 mm l4=22mm l7=8mm l6=12mm L=108mm nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 19 图 7-2 输出轴的结构 2) 求作用在轴上的外力和支反力 轴上所受的外力有：作用在齿轮上的两个分力，圆周力和径向力，方向如图 7-2 所示；作用在齿轮和联轴器上的扭矩为 T。 将作用在周上的力向水平面和垂直面分解，然后按水平和垂直面分别计算。 垂直面的支反力 (见图 7-4(a) 查【 1】 P232 知 RAV2=RBV2=Fr2/2=322.38 2=161.19N 水平面得支反力 (见图 7-4(b) 查【 1】 P232 知 RAH2=RBH2=Ft2/2=885.73 2=442.865N 3) 做弯矩图 做垂直弯矩图 (见图 7-4(a) 垂直面上截面的 D 处的弯矩，查【 1】 P232 知 MDV2= RAV2 54= 8704.26N mm 做水平面弯矩图 (见图 7-4(b) 水平面上截面 D 处的弯矩，查【 1】 P232 知 MDH2 = RAH2 54 =23914.71 N mm 做合成弯矩图 (见图 7-4(c) 把水平面和垂直面上的弯矩按矢量和合成起来，查【 1】 P233 知其大小为 222 22 2 71.2391426.8704DHDVD MMM 25449.51 N mm 4) 做扭矩图 (见图 7-4(d) 扭矩只做用在 齿轮和半联轴器中间平面之间的一段轴上。 根据说明书 P25 知： T 齿 2=79716 N m 图 7-3 RAV2= 161.19N RBV2=161.19N RAH2=442.865N RBH2=442.865N MDV2=8704.26N mm MDH2=23914.71N mm MD=25449.51 N mm nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 20 (a) (b) (c) (d) 图 7-4 5) 校核轴的强度 轴在 D 处截面处的弯矩和扭矩最大，故为危险截面。轴单向转动，扭矩可认为按脉动循环变化，故取折合系数 =0.6。轴的材料为 45 钢，调质处理，查【 1】表 15-1 知 许用弯曲应力 为 60MPa。 查【 1】 P231，对于直径为 d 的圆轴，弯曲应力 =M/W,扭转切应力=T/WT=T/(2W)(WT为轴的抗转截面系数 (mm3),圆轴的 WT 0.2 d3)，则轴的扭转合成强度条件为 式中： M 轴所受的弯矩 (N mm); T 轴 所受的扭矩 (N mm); W 轴的抗弯截面系数 (mm3)，圆轴的 W= d3/32 0.1d3。 =5.95 MPa =60 MPa 所以轴的强度满足要求。 二、输入轴的设计计算 1、选材 选轴的材料为 45 钢，正火处理。查【 1】表 15-1 知，毛坯直径 100mm，硬度为 170217HBS，强度极限 b 为 600MPa，屈服极限 s 为 300MPa， ca WaTMWaTWMca222224 3223522222451.07 9 7 1 66.051.2 5 4 4 91.0 daTMWaTM Dca齿nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 21 许用弯曲应力 为 55MPa，许用扭转应力 为 3040MPa。 2、按扭转 强度估算轴的最小直径 单级齿轮减速器低速轴为转轴，输出端与联轴器相连，从结构考虑，输出端轴径应最小。查【 1】式 15-2 轴径 d 的计算公式为 式中： P 轴传递的功率 (KW); n 轴的转速 (r/min); 查【 1】表 15-3 可得 45 钢 A=110。 所以 查【 1】 P230 当轴上开有键槽时，轴径还应增大 5%7%(一个键槽 )或10%15%(两个键槽 )。所以取 d22=16mm。 3、齿轮上作用力的计算 齿轮所受转矩： T 齿 2=9.55106P/n=9.551061.397 636.4=20965N m 齿轮作用力： 圆周力： Ft1=2T 齿 1/ d1=220965 45=931.8N 径向力： Fr1=Ft1tan200= tan200 931.8=339.12 N 4、轴的结构设计 1) 绘制轴的计算简图 图 7-5 2) 确定轴上零件的位置和固定方式 单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布 。 齿轮靠套筒 和轴肩高度 实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向45 钢，正火处理。 硬度为 217255HBS b 600MPa b 300MPa 55MPa = 3040MPa d22=16mm T 齿 2=20965N m Ft1=931.8N Fr1=339.12 N 3 nPAd mm.nPd 3144636 3971110 3322 nts中国机械加工网 ： 中国最专业的机械加工行业网站！ 中国机械加工社区 ： 中国机械加工人自己的专属社区！ 22 固定，两端轴承靠套筒 或轴间高度 实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，轴 通过两端轴承盖实现轴向定位 。 3) 确定轴的径向尺寸 查【 2】 P42，定位轴肩：当直径变化时为了固定轴上零件或承受轴向力时，其轴肩高度要大些，如图 7-6 中的 d1 与 d2， d4 与 d5， d6与d7 处的轴肩。查【 1】 P226，定位轴肩高度 h=(0.070.1)d，轴环宽度 b 1.4a。 轴肩高度 h、圆角半径 R 及轴上零件的倒角 C1 或圆角 r 要保证如下的关系： hRr 或 hC1(见图 7-6)。 图 7-6 安装滚动轴承处的 R 和 r 可由轴承标准中查取。轴 肩高度 h 应大于R 外，还要小于轴承内圈厚度 ，以便拆卸轴承。 查【 2】 P42 有配合或安装标准件的直径：轴上有轴、孔配合要求的直径，如图 7-6 所示的安装齿轮处的直径 d4，一般应取标准值 (见【 2】表 10
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