二级斜齿圆柱齿轮减速器的轴设计

1、Hefei University课程设计COURSE PROJECT题目：二级斜齿圆柱齿轮减速器的轴设计系别： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 学制： 四年 姓名： 许磊 学号： 1306011031 导师： 王学军 2015 年 12月12日湖北1.1. 设计题目11.2. 设计数据11.3. 设计要求11.4. 作业目的1第 2 章 二级斜齿圆柱齿轮减速器的轴设计与计算32.1. 轴的材料选择32.2. 初算轴径32.3. 结构设计32.4. 中间轴强度计算42.5. 轴承寿命计算6设计小结7参考文献8附件 图纸9 第 1 章 二级斜齿圆柱齿轮减速器的轴设计1.1. 设计题目图

2、4-1所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器简图。该减速器用于机械加工车间起重机械的起重机构的传动系统中。图 4-1 二级斜齿圆柱齿轮减速器简图 1.2. 设计数据输入轴速n 1 （r.p.m） 输入轴功率p 1 （KW） 高速级 低速级 Z 2 /Z 1 mn（mm） a 1 b 2 Z 4 /Z 3 mn（mm） a 2 b 4 1450 581/18 3150 60 82/17 420080 1.3. 设计要求1、 设计说明书一份，主要内容包括：中间轴的强度计算，轴承类型选择和寿命计算。 2、 画出中间轴的结构图。 (提示：表中给出的b2、b4为两级大齿轮的宽度，小齿轮的宽度应增加（510）mm。

3、1.4. 作业目的1、 利用课堂所学的基本知识设计二级斜齿圆柱齿轮减速器的中间轴。2、 掌握轴强度设计。3、 掌握轴结构设计。4、 运用所学的知识解决设计中所遇到的具体实际问题，培养独立工作能力，以及初步学会综合运用所学知识，解决材料的选择，强度计算和刚度计算，制造工艺与装配工艺等方面的问题。 5、 熟悉有关设计资料，学会查阅手册和运用国家标准。第 2 章 二级斜齿圆柱齿轮减速器的轴设计与计算2.1. 轴的材料选择因传递功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，故选用材料45钢，回火处理。2.2. 初算轴径 对于转轴，按扭转强度初算轴径，查表10.2得C=106118,考虑轴端弯矩比转矩小，故取

4、C=110。若取每对齿轮的机械效率，则=26.89mm，考虑键槽的影响并根据轴承内径，取圆整值=30mm。2.3. 结构设计1、 轴承部件的结构形式为方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构。因传递功率小，齿轮减速器效率高、发热小，估计轴不会长，估轴承部件采用两端固定方式。2、 尺寸设计1) d1=30mm,与轴承（角接触球轴承轴承7306C）配合，l1=20mm，轴承宽度B=19mm。2) d2=35mm，轴肩 h=2.5mm，l2=39mm，考虑轴承与箱体内壁距离S=510（取S=5），箱体内壁与齿轮的距离a=515（取a=15）。3) d3=37mm, l3=58mm，l3长度应比

5、齿轮毂长略短，已知齿宽b2=60mm，故取l3=58mm。4) d4=44mm，轴肩h=3.5mm，l41.4h，取l4=15mm。5) d5=37mm，l3=78mm，l3长度应比齿轮毂长略短，已知齿宽b4=80mm，故取l5=78mm。6) d6=35mm，轴肩 h=2.5mm，l6=39mm，长度与l2相同。7) d7=30mm，与轴承配合，l7=20mm，长度与l1相同。3、 轴上零件的周向定位 齿轮和轴的周向定位采用平键连接，d3段查得平键剖面b×h=10×8（GB1095-1979），键槽用键槽铣刀加工，长为40mm，为保证齿轮与轴的配合有良好的对中性，故选齿轮

6、轮毂与轴的配合代号，同样，d5段也采用平键剖面，其配合代号。滚动轴承与轴的周向定位是靠过盈配合来保证的，此处选择。4、 轴的结构工艺性1) 考虑轴的结构工艺性，轴肩处的轴角半径r=1mm；2) 轴端倒角取c=1mm；为便于加工，两端齿轮的键槽布置在同一母线上。2.4. 中间轴强度计算5、 计算支撑反力1) 计算高速级中间轴齿轮圆周力Ft2=1147.59N.2) 计算低速级中间轴齿轮圆周力Ft3=4100.93N. 3) 计算高速级中间轴轴承圆周力Rh1=-1850.38N. 4) 计算低速级中间轴轴承圆周力Rh2=-3398.13N.5) 计算高速级中间轴齿轮径向力Fr2=421.87N.6

7、) 计算低速级中间轴齿轮径向力Fr3=1507.58N.7) 计算高速级中间轴轴承径向力Rv1=-96.97N.8) 计算低速级中间轴轴承径向力Rv2=-988.74N.9) 计算高速级中间轴齿轮轴向力Fa2=162.92N.10) 计算低速级中间轴齿轮轴向力Fa3=582.18N.11) 计算高速级中间轴轴承总支承反力R1=1852.92N.12) 计算低速级中间轴轴承总支承反力R2=3539.06N.6、 计算弯矩1) 计算高速级中间轴水平弯矩Mh1=155543.75Nmm. 2) 计算低速级中间轴水平弯矩Mh2=207261.04Nmm. 3) 计算高速级中间轴垂直弯矩Mv1=5718

8、0.93Nmm. 4) 计算低速级中间轴垂直弯矩Mv2=76193.23Nmm. 5) 计算高速级中间轴弯矩M1=165721.20Nmm. 6) 计算低速级中间轴弯矩M2=220822.43Nmm. 7) 计算高速级中间轴当量弯矩Mca1=216574.93Nmm. 8) 计算低速级中间轴当量弯矩Mca2=261158.44Nmm.7、 校核轴的强度1) 计算a-a剖面右侧抗弯截面系数W1=4280.95mm3.2) 计算a-a剖面右侧抗扭截面系数W1T=9253.80mm3.3) 计算a-a剖面右侧弯曲应力=38.71Mpa，即=38.71Mpa；=0Mpa.4) 计算a-a剖面右侧剪切应

9、力=15.07Mpa，可得=7.53Mpa，且=7.53Mpa.5) 由p192表10.1查得：45号钢回火处理抗拉强度极限=600.00Mpa，45号钢回火处理弯曲疲劳极限=275.00Mpa，45号钢回火处理扭转疲劳极限=140.00Mpa，碳素钢等效系数=0.20，=0.10.6) 由p207附表10.4查得键槽引起的应力集中系数=1.50 =1.625，绝对尺寸系数=0.78=0.70，表面质量系数=0.957) 计算安全系数=3.51，=7.93，S=3.21，查表10.5得许用安全系数,显然，故剖面安全8) 对于单向转动的转轴，通常转矩按脉动循环处理，即取折合系数=0.6.9) 计

10、算当量应力=42.73Mpa.10) 由p201表10.4查得碳素钢许用弯曲应力=60.00Mpa，显然>，故强度足够。8、 校核键连接的强度1) 计算高速级齿轮处键连接的挤压应力=52.82Mpa.2) 由p85表6.1查得键连接许用挤压应力=120150Mpa，显然>，故强度足够。2.5. 轴承寿命计算1、 由GB/T 292-1994查得:7307C轴承基本额定动载荷Cr=26500.00N，7307C轴承基本额定静载荷Cor=19800.00N.2、 计算高速级中间轴轴承内部轴向力S1=0.7R1=1297.05N.3、 计算低速级中间轴轴承内部轴向力S2=0.7R2=24

11、77.34N,即低速级中间轴轴承轴向力Ra2=S2=2477.34N.4、 计算高速级中间轴轴承轴向力Ra1=S2+Fa=2896.61N.5、 由p220表11.12查得:轴承动载荷径向系数X=0.41；轴承动载荷轴向系数Y=0.87.6、 计算高速级中间轴轴承当量动载荷P1=3279.75N.7、 计算低速级中间轴轴承当量动载荷P2=3606.30N.8、 由p218表11.9查得温度系数fT=1.00；由p219表11.10查得载荷系数fP=1.00.9、 计算高速级中间轴轴承预期寿命和低速级中间轴轴承预期寿命Lh=8×2×250×5=20000h.10、

12、计算高速级中间轴轴承寿命Lh1=27284.12h；低速级中间轴轴承寿命Lh2=20523.26h.设计小结课程设计越来越难了！从之前的1.5个小时做完螺栓组设计，再到3小时的V带传动，当时觉得机械设计最复杂的不过如此了，后来的齿轮设计再次打破了我的观念，直到这次的齿轮轴的设计。花了我整整一天的时间。之前的设计要么用AutoCAD2014，要么用UGNX8.0作图，从没有出现AutoCAD2014和UGNX8.0联合作图的经历，这次的设计需要不断的切换AutoCAD2014和Excel表格。通过这次设计让我熟悉了齿轮轴的受力分析、齿轮轴的设计、齿轮轴的强度校核、齿轮轴的寿命计算。之前的设计只需要运用机械设计知识，而这次