哈工大机械设计课程(授课老师：赵小力)第16讲

1、组成部件的各零件间相互依存、相互制约，使得有某些联系的零组成部件的各零件间相互依存、相互制约，使得有某些联系的零件设计间要协同设计，一起完成，比如齿轮的设计，其与轴相配件设计间要协同设计，一起完成，比如齿轮的设计，其与轴相配的直径和长度就需要跟轴一起协同设计；轴的长度还与机体、轴的直径和长度就需要跟轴一起协同设计；轴的长度还与机体、轴承盖等零件相关。承盖等零件相关。设计过程是关联零件协同设计而各个零件设计仍需要按照该零件设计过程是关联零件协同设计而各个零件设计仍需要按照该零件的设计准则进行。的设计准则进行。（1 1）初定尺寸（）初定尺寸（轴的最小直径、轴承型号等轴的最小直径、轴承型号等）（2

2、2）画结构草图（）画结构草图（确定轴上所有零件的主要尺寸及确定轴上所有零件的主要尺寸及其位置，完成轴的结构设计其位置，完成轴的结构设计确定轴的跨距，确定轴的跨距，齿轮的力的作用点。轴的径向尺寸从最小轴颈齿轮的力的作用点。轴的径向尺寸从最小轴颈的轴端依次设计；而轴的轴向尺寸从齿轮两端的轴端依次设计；而轴的轴向尺寸从齿轮两端开始，由中间向两侧展开。开始，由中间向两侧展开。）（3 3）校核计算）校核计算( (强度、安全系数强度、安全系数、寿命、极限转速等寿命、极限转速等) )（4 4）完成部件图设计）完成部件图设计( (确定部件结构、尺寸、定位确定部件结构、尺寸、定位和固定和固定) )（5 5）完成

3、零件图设计（）完成零件图设计（零件图零件图：尺寸、公差、技术要：尺寸、公差、技术要求等）求等）输出轴部件设计输出轴部件设计 题目要求题目要求试设计带式运输机中齿轮减速器的输出轴部件。试设计带式运输机中齿轮减速器的输出轴部件。已知：已知：输出轴功率输出轴功率P=2.74kWP=2.74kW，转矩，转矩T=289458N.mmT=289458N.mm，转速，转速n=90.4r/min, n=90.4r/min, 圆柱齿轮分度圆直径圆柱齿轮分度圆直径d= 253.643mm,d= 253.643mm,齿宽齿宽b=62mm, b=62mm, 圆周力圆周力F Ft t=2282.4N, =2282.4N

4、, 径向力径向力F Fr r=849.3N, =849.3N, 轴向力轴向力Fa=485.1NFa=485.1N, ,载荷平稳载荷平稳，单向转动单向转动，工作环境清洁工作环境清洁，工作，工作温度温度100100，两班工作制，使用两班工作制，使用5 5年年，大批量生产大批量生产。 分析题目分析题目 设计要求设计要求轴向力轴向力 轴承选型轴承选型载荷平稳载荷平稳 载荷系数载荷系数K K单向转动单向转动 扭转切应力循环特征扭转切应力循环特征 r=+1r=+1、0 0、-1-1工作环境清洁工作环境清洁 密封装置（齿轮设计）密封装置（齿轮设计）工作温度工作温度100100 轴承寿命计算中温度系数轴承寿命

5、计算中温度系数两班工作制两班工作制使用年限使用年限5 5年年 寿命计算及其寿命系数寿命计算及其寿命系数大批量生产大批量生产 材料选择、结构及工艺性材料选择、结构及工艺性因传递的功率因传递的功率P=2.74kWP=2.74kW，不大。并且带式运输机，不大。并且带式运输机属一般设备，结构无特殊要求，故选用轴常用材属一般设备，结构无特殊要求，故选用轴常用材料：料：4545号钢，调质处理。号钢，调质处理。减速器的输出轴减速器的输出轴转轴转轴按扭转强度初算轴径按扭转强度初算轴径查表查表10.210.2得得C=106118C=106118考虑轴端弯矩比转考虑轴端弯矩比转 矩小，取矩小，取C=106C=10

6、61 1）轴承部件的结构形式：图）轴承部件的结构形式：图10.1610.16和表和表10.310.3为便于轴承部件的装拆为便于轴承部件的装拆传递的功率小传递的功率小, , 齿轮减齿轮减速器效率高速器效率高, , 发热小发热小, ,估计轴不会长估计轴不会长2 2）联轴器选择及轴段）联轴器选择及轴段1 1直径直径d d1 1、长度、长度l l1 1确定：确定：为补偿安装误差，隔离振动为补偿安装误差，隔离振动联轴器安装在轴段联轴器安装在轴段1 1联轴器的选型计算：联轴器的选型计算： 计算转矩计算转矩T TC C：查表查表13.113.1K KA A =1.5=1.5（GB/T 5014-2003GB

7、/T 5014-2003）2 2）联轴器选择及轴段）联轴器选择及轴段1 1直径直径d d1 1、长度、长度l l1 1确定确定( (续续) )：查机械设计课程设计手册查机械设计课程设计手册P182P182的的GB/T 5014-2003GB/T 5014-2003LX2LX2型弹性柱销联轴器符合型弹性柱销联轴器符合要求：公称转矩为要求：公称转矩为560000N.mm434187N.mm560000N.mm434187N.mmLX2LX2型弹性柱销联轴器参数：型弹性柱销联轴器参数：公称转矩公称转矩560 N.m,560 N.m,许用转速许用转速6300r/min,6300r/min,轴孔轴孔直径

8、范围直径范围2035mm2035mm，轴孔长度随结构变化。，轴孔长度随结构变化。取联轴器轴孔直径为取联轴器轴孔直径为35mm35mm（ d dminmin=34.7mm=34.7mm），），J J1 1型轴型轴孔孔, ,轴孔长度为轴孔长度为60mm60mm，A A型平键连接，联轴器型平键连接，联轴器主动端主动端的代号为：的代号为：LX2 35LX2 3560 GB/T 5014-200360 GB/T 5014-2003。2 2）联轴器选择及轴段）联轴器选择及轴段1 1直径直径d d1 1、长度、长度l l1 1确定确定( (续续) )：取轴端的直径取轴端的直径, ,该轴段长度应比联轴器主该轴

9、段长度应比联轴器主动端轴孔长度动端轴孔长度60mm60mm略短略短23mm,23mm,取取。3 3）密封圈与密封圈所在轴段）密封圈与密封圈所在轴段2 2：轴段轴段2 2对联对联轴器起轴向轴器起轴向定位作用，定位作用，见图见图10.910.9h h=2.453.5mm,=2.453.5mm,则轴段则轴段2 2的直径的直径d d2 2= =d d1 1+2+2h h=39.942mm=39.942mm。3 3）密封圈与密封圈所在轴段）密封圈与密封圈所在轴段2(2(续续) )：轴段轴段2 2上上有密封圈有密封圈工作环境清洁，工作环境清洁，轴颈的圆周速度轴颈的圆周速度V=0.2 1m/s5m/sV=0

10、.2 1m/s d d2 2=40mm=40mm轴承内径轴承内径d d3 3应在标准值系列内：应在标准值系列内：初取轴承代号为初取轴承代号为，其主要参数为：，其主要参数为：4 4）轴承与轴段）轴承与轴段3 3及轴段及轴段7(7(续续) )：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：轴段7的长度5 5）齿轮与轴段）齿轮与轴段4 4：为便于齿轮安装：d4d3=45mm为便于套筒对齿轮的准确定位轴段4的长度l4应比齿轮轮毂长略短此处，齿轮轮毂长=齿宽b=62mm6 6）轴段）轴段5 5与轴段与轴段6 6：轴段轴段5 5对齿轮轴向对齿轮轴向定位：定位：d d5 5= =d

11、d4 4+2+2h hh h根据齿轮的倒角根据齿轮的倒角C C1 1或轴颈或轴颈d d确确定为：定为：h h=3.364.8mm=3.364.8mm取取。肩环的宽度肩环的宽度b b=1.4=1.4h h=1.4 (=1.4 (d d5 5- -d d4 4)/2=4.9mm)/2=4.9mm取为取为10mm10mm，即，即。轴段轴段6 6对轴承轴对轴承轴向定位向定位, ,且考虑且考虑轴承拆卸轴承拆卸d d6 6 d d7 7 =45mm=45mmd da a轴承安装尺轴承安装尺寸寸52mm52mm7 7）机体与轴段）机体与轴段2,3,62,3,6长度靠结构确定长度靠结构确定8 8）键连接（）键

12、连接（GB/T 1096 2003GB/T 1096 2003）：）：联轴器及齿轮与轴的周向连接均用联轴器及齿轮与轴的周向连接均用A A型普通平键连接，型普通平键连接，分别为：键分别为：键键键。zyxOIIIFR1VFR2VFR1HFR2HFaFrd/2FtT74748.6MV(N.mm)MH2947.5(N.mm)58576.794966.274806.7M(N.mm)T(N.mm)289458bbaa1 1）画画轴轴的的受受力力简简图图2 2）计算支撑反力：）计算支撑反力：在水平面上：= 894.3 （N）= -45（N）负号表明了负号表明了R R2H2H的方向与图中所示的方向相反！的方向

13、与图中所示的方向相反！2 2）计算支撑反力（续）：）计算支撑反力（续）：在垂直平面上：在垂直平面上：轴承轴承I I的总支撑反力：的总支撑反力：轴承轴承IIII的总支撑反力：的总支撑反力：3 3）画弯矩图：）画弯矩图：在水平面上：在水平面上：a-aa-a剖面的左侧：剖面的左侧：58576.758576.7 1449.91449.9（N N）1142.11142.1（N N）3 3）画弯矩图（续）：）画弯矩图（续）：在水平面上：在水平面上：a-aa-a剖面的右侧：剖面的右侧：).(289458mmNT 在垂直平面上：在垂直平面上：a-aa-a剖面：剖面：合成弯矩：合成弯矩：a-aa-a剖面左侧：剖

14、面左侧：a-aa-a剖面右侧：剖面右侧：4 4）画转矩图：）画转矩图：2947.52947.5（N.mmN.mm）74806.7 74806.7 （N.mmN.mm）94966.294966.2（N.mmN.mm）74806.774806.7（N.mmN.mm）zyxOIIIR1VR2VR1HR2HFaFrd/2FtT59114.2MV(N.mm)MH8764.6(N.mm)52758.3792333.359760.4M(N.mm)T(N.mm)289458bbaaa-aa-a剖面的左侧：剖面的左侧： 弯矩大弯矩大有转矩有转矩键槽有应力集中键槽有应力集中a-aa-a剖面左侧剖面左侧为危险剖面为

15、危险剖面由表附表由表附表10.110.1查得：有键槽的查得：有键槽的a-aa-a剖面抗弯剖面剖面抗弯剖面模量模量W W、抗扭剖面模量、抗扭剖面模量W WT T的计算公式分别为：的计算公式分别为：)(20669),(961033mmWmmWT计算得：2211 amamSSSSSSSKSK 计算计算a-aa-a剖面左侧弯曲应力：剖面左侧弯曲应力：计算扭转切应力（变化规律不明）：计算扭转切应力（变化规律不明）：对于调质处理的对于调质处理的4545钢，由表钢，由表10.110.1查得：查得：查表查表10.110.1：材料的平均应力折算为应力幅的等效系数：材料的平均应力折算为应力幅的等效系数1 . 02

16、 . 0、2211 amamSSSSSSSKSK S S=8.18=8.18S S=1.5=1.5a-aa-a剖面安全。剖面安全。键槽引起的有效应力集中系数，由附表键槽引起的有效应力集中系数，由附表10.410.4查得查得K K= =1.831.83，K K= =1.63(1.63() )由附图由附图10.110.1可知：绝对尺寸系数可知：绝对尺寸系数和和分为：分为：0.840.84，0.780.78。轴磨削加工时的表面质量系数由表附图轴磨削加工时的表面质量系数由表附图10.210.2查得查得 =1.0=1.0由表由表10.510.5得得13.9413.9410.1110.118.188.18

17、强度条件式：第三强度理论强度条件式：第三强度理论2214() ebb转环质数根根据据矩矩循循性性确确定定的的折折合合系系10 ,0.6 bb当转矩脉动变化时2222/4()9.884 (0.6 14.00)19.49ebMPa 当量应力B110.1650MPa 6100MP4a.b，由表查得由表得知，轴采用轴采用4545钢，调质处理钢，调质处理e1 a-ab显然，故轴的剖面左侧的强度满足要求。联轴器处键连接的挤压应力：联轴器处键连接的挤压应力：44 28945889.89()35 8 (56 10)pTMPadhl 取键、轴、齿轮及联轴器的材料都为钢，查表取键、轴、齿轮及联轴器的材料都为钢，查

18、表6.16.1：静连接条件下，：静连接条件下， MPap150120强度足够。,89.89ppMPa齿轮处键连接的挤压应力：齿轮处键连接的挤压应力：)(81.63)1456(94828945844MPadhlTp显然，显然，强度足够。,81.63ppMPa显然，显然，查得查得7209 C7209 C的的C=29800N, CC=29800N, C0 0=23800N.=23800N.1 1）计算轴承的轴向力：）计算轴承的轴向力：由表由表11.1311.13可查得：可查得：7209 C7209 C型轴承的内部轴向力型轴承的内部轴向力计算公式为：计算公式为：0.4rSF则轴承则轴承I I、IIII的内部轴向力分别为：的内部轴向力分别为：F FS1S1=0.4=0.4F Fr1r1=0.4=0.4F FR1R1=580 (N)=580 (N)F FS2S2=0.4=0.4F Fr2r2=0.4=0.4F FR2R2=456.8(N)=456.8(N)F Fr1r1F Fr