二级圆锥圆柱齿轮减速器课程设计

1、齐齐 齐齐 哈哈 尔尔 大大 学学 普普 通通 高高 等等 教教 育育机械设计课程设计机械设计课程设计题目题号：题目题号：链式输送机的二级圆锥链式输送机的二级圆锥- -圆柱齿轮减速器圆柱齿轮减速器学学院：院：机电工程学院机电工程学院专业班级：专业班级：机械机械 143143学生姓名：学生姓名：王靖宇王靖宇指导教师：指导教师：李明李明成成绩：绩：2016 年年 12 月月 25 日日齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸2 2机械设计课程设计成绩评阅表机械设计课程设计成绩评阅表注：1、评价等级分为 A、B、C、D 四级，低于 A 高于 C 为 B

2、，低于 C 为 D。2、每项得分分值等级系数（等级系数：A 为 1.0，B 为 0.8，C 为 0.6，D 为 0.4）3、总体评价栏填写“优”、“良”、“中”、“及格”、“不及格”之一。题目二级圆锥-圆柱齿轮减速器评分项目分值评价标准评价等级得分A 级（系数 1.0）C 级（系数为 0.6）选题合理性题目新颖性10课题符合本专业的培养要求，新颖、有创新基本符合，新颖性一般内容和方案技术先进性10设计内容符合本学科理论与实践发展趋势，科学性强。 方案确定合理，技术方法正确有一定的科学性。方案及技术一般文字与图纸质量20设计说明书结构完整，层次清楚，语言流畅。设计图纸质量高，错误较少。设计说明书

3、结构一般，层次较清楚，无重大语法错误。图纸质量一般，有较多错误独立工作及创造性20完全独立工作，有一定创造性独立工作及创造性一般工作态度20遵守纪律，工作认真，勤奋好学。工作态度一般。答辩情况20介绍、发言准确、清晰，回答问题正确，介绍、发言情况一般，回答问题有较多错误。评价总分总体评价齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸3 3机械设计课程设计任务书机械设计课程设计任务书学生姓名：王靖宇班级： 机械 143学号：2014111213一、一、 设计题目：设计题目：链式输送机的二级圆锥链式输送机的二级圆锥- -圆柱齿轮减速器圆柱齿轮减速器给定数据

4、及要求给定数据及要求1、滚筒 2、链传动 3、减速器 4、联轴器 5、电动机 6、一级齿轮 7、二级齿轮图 1二级圆锥圆柱齿轮减速器传动图工作条件：传动不逆转，载荷平稳，起动载荷为名义载荷的 1.25 倍。输送带速度允许误差为5%已知条件题号12345输送链工作拉力（N）3000输送带速度 V（m/s）0.8链节距 P（m m）80链轮齿数 Z10每日工作时数 T(h)16传动工作年限（年）10二、二、 应完成的工作应完成的工作1.减速器装配图 1 张（A0 图纸）；2.零件工作图 12 张（输出轴、齿轮等）；3.设计说明书 1 份。指导教师：李明发题日期2016 年 11 月 28 日完成日

5、期2016 年 12 月 12 日齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸4 4目录摘 要 6第 1 章 绪论 71.1选题的目的和意义 71.2本课题在国内外的研究状况 71.3课题研究的内容及拟采取的技术、 方法 7第 2 章 课程设计任务书 82.1题目及用途 82.2设计要求 8第 3 章 传动方案的拟定与分析 93.1课程设计传动方案 93.2方案分析 9第 4 章 电动机的选择 104.1电动机类型的选择 104.2电动机功率的选择 104.3确定电动机转速 104.4确定电动机型号 11第 5 章 计算总传动比及分配各级传动比 12

6、5.1总传动比 125.2分配各级传动比 12第 6 章 动力学参数计算 136.1计算各轴转速 136.2计算各轴的功率 136.3计算各轴扭矩 13第 7 章 传动零件的设计计算 147.1锥齿轮传动的设计计算 147.1.1 类型选择 147.1.2 载荷计算 147.1.3 型号选择 147.2圆柱齿轮的设计计算 187.2.1 选择齿轮传动类型 187.2.2 选择材料 187.2.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 18齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸5 57.2.4 按齿根弯曲强度设计几何尺寸 207.2.5 校核齿根弯曲疲劳强

7、度 22第 8 章 轴的设计计算 238.1输入轴的设计计算 238.1.1 轴的结构设计 238.2中间轴的设计计算 278.3 输出轴的设计计算 34第 9 章 链及链轮的选择 409.1选择链轮齿数 409.2确定计算功率 409.3选择链条型号和齿距 409.4计算链节数和中心距 409.5计算链速 v,确定润滑方式 419.6计算压轴力 Fp 41第 10 章 滚动轴承的选择及校核计算 4210.1计算输入轴轴承 4210.2计算中间轴轴承 4310.3计算输出轴轴承 44第 11 章 键连接的选择 4511.1输入轴的联轴器选择 45第 12 章 减速器的润滑与密封 4612.1齿

8、轮的润滑 4612.2滚动轴承的润滑 4612.3密封 46第 13 章 附件的结构设计 48第 14 章 减速器箱体结构尺寸 49设计小结 51致谢 52参考文献 53齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸6 6摘要本设计是链式运输机用圆柱圆锥减速器，采用的是二级齿轮传动。在设计的过程中，充分考虑了影响各级齿轮和各部件的承载能力，对其做了详细的分析，并就它们的强度，刚度，疲劳强度和使用寿命等都做了校核，并且在此基础上，从选材到计算都力争做到精益求精。考虑到使用性能原则，工艺性能原则，经济及环境友好型原则，在材料的价格，零件的总成本，资源及能源

9、，材料的环境友好及循环使用等方面都做了较为深刻的评估。本次设计还考虑了机械零件的各种失效形式，在尽可能的情况下做到少发生故障。本次设计具有：各级传动的承载能力接近相等；减速器的外廓尺寸和质量最小；传动具有最小的转动惯量；各级传动中大齿轮的浸油深度大致相等等特点。关键词：齿轮传动；轴；链连接；滚动轴承；结构尺寸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸7 7第 1 章 绪论1.1选题的目的和意义选择该课题是为了巩固，加深课堂学习知识，使得学到的知识能灵活的运用到生活实际中来。1.2本课题在国内外的研究状况箱体零件是机器或部件的基础零件，它把有关零件联

10、结成一个整体，使这些零件保持正确的相对位置，彼此能协调地工作。因此，箱体零件的制造精度将直接影响机器或部件的装配质量，进而影响机器的使用性能和寿命。因而箱体一般具有较高的技术要求。由于机器的结构特点和箱体在机器中的不同功用，箱体零件具有多种不同的结构型式，其共同特点是：结构形状复杂，箱壁薄而不均匀，内部呈腔型；有若干精度要求较高的平面和孔系，还有较多的紧固螺纹孔等。箱体零件的毛坯通常采用铸铁件。因为灰铸铁具有较好的耐磨性，减震性以及良好的铸造性能和切削性能，价格也比较便宜。有时为了减轻重量，用有色金属合金铸造箱体毛坯(如航空发动机上的箱体等)。在单件小批生产中，为了缩短生产周期有时也采用焊接毛

11、坯。毛坯的铸造方法，取决于生产类型和毛坯尺寸。在单件小批生产中，多采用木模手工造型；在大批量生产中广泛采用金属模机器造型，毛坯的精度较高。箱体上大于 3050mm 的孔，一般都铸造出顶孔，以减少加工余量。因此我内外的人员都在苦心研究箱体零件的铸造和使用。1.3课题研究的内容及拟采取的方法要研究链式输送机的二级圆锥-圆柱齿轮减速器，只要运用到类比、筛选和假设等方法。齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸8 8第 2 章 课程设计任务书2.1题目及用途题目：设计某链式输送机的二级圆锥-圆柱齿轮减速器用途：用于链式传输机的传输工作2.2设计要求工作条

12、件：传动不逆转，载荷平稳，起动载荷为名义载荷的 1.25 倍。输送带速度允许误差为5%。原始数据：传送带工作拉力 F=3000N；带速 V=0.8m/s；滚筒直径 D=350mm；1、滚筒 2、链传动 3、减速器 4、联轴器 5、电动机 6、一级齿轮 7、二级齿轮图 2-1二级圆锥圆柱齿轮减速器传动图齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸9 9第 3 章 传动方案的拟定与分析3.1课程设计传动方案传动方案：要求设计二级圆锥圆柱齿轮减速器。3.2方案分析分析：它与一级齿轮减速器相比具有更好的减速效果，润滑条件好等优点，适用于传动 V1m/s,这正

13、符合本课题的要求。减速机在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。按照传动级数不同可分为单级和多级减速机；按照齿厂轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥圆柱齿引轮减速机；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同进轴式减速机。减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、 齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件， 常用作原动件与工作机之间的减速传动装置。通用圆柱齿轮的制造精度可从 JB17960 的 89 级提高到GB1009588 的 6 级，高速齿轮的制造精度可稳定在 45 级。部分减速器采用硬齿面后，

14、体积和质量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了较大的提高，对节能和提高主机的总体水平起到很大的作用。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。近十几年来,由于近代计算机技术与数控技术的发展， 使得机械加工精度， 加工效率大大提高， 从而推动了机械传动产品的多样化，整机配套的模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致， 美观化。 成套机械装备中,齿轮仍然是机械传动的基本部件。 CNC机床和工艺技术的发展,推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控

15、制、液压传动、齿轮、带链的混合传动,将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。 在传动设计中的学科交叉,将成为新型传动产品发展的重要趋势。齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸1010第 4 章 电动机的选择4.1电动机类型的选择选择 Y 系列三相异步电动机。4.2电动机功率的选择传动装置的总效率：弹性联轴器传动效率(一个)为1=0.99锥齿轮的传动(7 级精度)效率为2=0.97圆柱齿轮传动(7 级精度)效率为30.98滚子链传动效率为4=.0.91球轴承传动效率(三对)为50.99运输链轮效率为60.98总效率为：=6354321=0.8591

16、工作机所需有效功率：1000F V2.4KW电机所需的功率：0=2.79kw4.3确定电动机转速计算工作转速：nw=pz100060=60r/min由机械设计课程设计手册查得：圆锥齿轮传动比i1=24单极圆柱齿轮传动比i2=35链轮传动比i3=26nd=nwi1i2i3=7208200 r/min电动机转速的可选范围：nd=nwi1i2i3=7208200 r/min=0.85910=2.79 kw齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸1111符合这一范围的同步转速有 1000，1500 和 3000r/min。表 4-1 电动机参数表方案电动

17、机型号额定功率/kw同步转速/满载转速mn/(r/min)1Y132S2-27.53000/29202Y132-M7.51500/14403Y132S-63960/1000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，综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和链传动、减速器的传动比，可见第 3 方案比较适合，则选n=1000r/min。4.4确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为 Y132S-6。其主要性能：额定功率 3.0KW；满载转速 960r/min.电动机型号：Y132S6齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）

18、用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸1212第 5 章 计算总传动比及分配各级传动比5.1总传动比mawni =n=960/60=165.2分配各级传动比A A 锥齿轮传动比，齿数的确定因为是圆锥圆柱齿轮减速器，为使大锥齿轮的尺寸不致过大，i13，且 i10.25ia，所以取 i1=3.8。由于是闭式传动，小齿轮齿数在 2040 之间。选小圆锥齿轮齿数为 z1=30，z2=3.8z1=114.B 链轮传动比、齿数的确定根据机械设计，为了减少动载荷， z525，取 z5=25 为了不发生脱链,z6不宜过大，又因为链接数通常为偶数，因此 z6最好是奇数，由链轮齿数优先序列选 z6=51

19、li=2553=2.12C C 圆柱齿轮传动比、齿数的确定圆柱齿轮减速器传动比i2=l1aiii=1.99选小圆柱齿轮齿数 z3=30，z4=z3i2=60z4取 60，i2=2D D 校核实际传动比i i1 i2 il 28.88nw=irn=88.28960=33.24r/min转速误差在 5%内，故符合要求。ai=161i=3.8li=2.122i=2齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸1313第 6 章 动力学参数计算6.1计算各轴转速0n=9600r/min1n=00ni =960r/min2n=11ni =253/min3n=2n

20、2i =66.5r/min4n=3n/3i=33.24r/min6.2计算各轴的功率0p=2.79kw21ed12.94kw32122.82kw53232.74kw64342.44kw6.3计算各轴扭矩0009550/TPn29.2468 Nm111/9550nPT29.2468Nm222/9550nPT106.5788Nm333/9550nPT393.4026Nm444/9550nPT701.8848Nm0n=960r/min1n=00ni =960r/min2n=11ni =253/min3n=2n2i =66.5r/min4n=3n/3i=33.24r/min0=2.79kw1=2.94

21、kw2=2.82kw3=2.74kw4=2.44kw0=29.2468 Nm1= 29.2468Nm2=106.578 Nm3=393.402 Nm4=701.884 Nm齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸1414第 7 章 传动零件的设计计算7.1锥齿轮传动的设计计算7.1.1 选择齿轮传动锥类型、精度等级、齿数由机械设计可知，锥齿轮选直齿，选择 7 级精度。功率1=2.94kw，小齿轮转速为1n=960 r/min，齿数比为 3.8，选小齿轮齿数130，大齿轮齿数2u13.830=1147.1.2 选择材料，材料选择，小齿轮材料为 40

22、Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240HBS，二者之间相差 40HBS。7.1.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据机械设计第九版公式：1td213241 0.5EHHRRZ ZKTu1.试选载荷系数tK=1.52.计算小齿轮传递的转矩1T=29.2105选取齿宽系数R=0.33.由图 10-5 和 10-20 查得材料弹性影响系数E=189.8MPa,HZ=2.5。4.由图 10-25d 按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限1limH750Mpa，大齿轮的接触疲劳极限2limH690Mpa。5.计算应力循环次数设 n 为齿轮转速（单位为 r/min

23、）；j 为齿轮每转一圈时，同一齿面的啮合次数；hL为齿轮的工作寿命（单位 h），则齿轮的工作应力循环次数)1630015(1440160n6011hjL=6.221109u/122.07371096.由机械设计图 10-23 查得接触疲劳寿命系数齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸15151HN0.902HN=0.957.取失效概率为 1%，安全系数 s=1 计算接触疲劳许用应力SHHNH1lim11540MpaS2HlimHN22H523Mpa取 2 者中较小的作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即 2=HH=523Mpa8.试算小齿轮的分度圆

24、直径代入H中的较小值得1td213241 0.5EHHRRZ ZKTu=49.564mm9. 计算圆周速度 vmid=)5 . 01 (1Rdt42.129mmm11() / (6 01 0 0 0 )mvdn=（3.1472.225960）/（601000）=3.987m/s当量齿轮的齿宽系数db=R1td2/12u=57.472mmd=b/m1d= 1.36410.算载荷系数齿轮的使用系数载荷状态均匀平稳，查表 10-2 得AK=1.0查图 10-8 得动载系数VK=1.173由表 10-3 查得齿间载荷分配系数HK=1。由表 10-4 用插值法查的七级精度， 小齿轮悬臂时得齿向分布系数H

25、K=1.345接触强度载荷系数HK=AKVKHKHK=11.17311.345=1.57811.按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径311t/tHddKK=49.56433 . 1578. 1=52.871mmm=1d/1z=52.87/30=1.762mma523MPHmm129.42dmib=57.427mm齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸16167.1.4 按齿根弯曲疲劳强度1.试选tkF=1.3分锥角：)72/24tan(arc111.91o2=90-1=78.04o2.计算当量齿数1vz=1z/cos1=24/cos18.438

26、o=30.922vz=2z/cos2=72/cos71.562o=550.723.查表 10-17 和 10-18 得1FaY=2.55,1SaY=1.65,2FaY=2.1,2SaY=1.924 由 10-22 查得弯曲疲劳寿命系数1FNK=0.85，2FNK=0.88由图 10-24c 查得齿轮的弯曲疲劳强度极限lim1F=500Mpalim2=380Mpa取安全系数 S=1.7FFHNS/1lim11F250MpaFFHNFS/2lim22197Mpa111FaSaFYY =0.0163222FaSaFYY =0.0204因为大齿轮的FaSaFY Y 大于小齿轮所以取FaSaFY Y =

27、222FaSaFYY =0.0204试算模数1322211 0.5+1FaSaFttFRRY YK Tmzu =1.7735.调整齿轮模数1）圆周速度 v1d=tm1z=1.77330=53.19mm)5 . 01 (11Rddm45.2115mmm11() / (6 01 0 0 0 )mvdn72.55092.30zz2v1v773. 1mts/m271. 2vm61.677mmb 齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸1717=（3.1445.211960）/（601000）=2.271m/s2）齿宽 bb=R1d2/12u=61.677

28、mm3）计算实际载荷系数kF查图 10-8 得动载系数VK=1.12由表 10-3 查得齿间载荷分配系数FK=1由表 10-4 和图 10-13 用插值法查的七级精度， 小齿轮悬臂时得齿向分布系数HK，利用HK计算得出FK=1.270FK=AKVKFKFK=11.1211.270=1.425由实际载荷系数算出齿轮模数m=3tFtm/FKK=1.828mm4） 按照齿根弯曲疲劳强度计算的模数， 就近选择标准模数 m=2，按照接触疲劳强度算的分度圆直径1d=52.871mm,得小齿轮齿数11dz =m=52.871/2=26.435取1z=27 则大齿轮齿数2z=108 为了使两齿轮互质，取2z=

29、1085）计算分度圆直径1d=m1z=54mm2d=m2z=216mm计算分锥角：)113/38arctan(1=14o2=90-1=76o计算齿宽b=R1d2u1/2=61.307mm取 b1=b2=72mm这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。6）主要设计结论模数 m=2，齿数 z1=27,z2=108,压力角 20o,变位系数 0,分锥角114o，2=76o齿宽50bb21小齿轮材料为 40Cr（调质），大齿轮材料为 45 钢（调质），设计精度 7 级。mm216mm54dd21齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐

30、齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸18187.2 圆柱齿轮传动的设计计算圆柱齿轮传动的设计计算7.2.17.2.1 选定齿轮类型、精度等级、齿数输入功率2p=2.82kw，小齿轮转速为1n=960r/min，齿数比为 3.8，选小齿轮齿数1z=30,则2z=u1z=2i1z=3.824=114, 选用斜齿圆柱齿轮传动，压力角 20o，初选螺旋角=14o7.2.2 选择材料选择小齿轮材料 40Cr 钢，调质处理，硬度 280HBS；大齿轮材料 45 钢，调质处理，硬度 240HBS ，二者相差 40HBS。7.2.3 按齿面接触疲劳强度进行设计公式：213121.()EHHttdHZ Z

31、 Z ZK T udu1.选载荷系数HtK=1.32.小齿轮传递的转矩1T=29.241052P/2n=140.443410Nmm3.由表选取齿宽系数d=1,由图 10-20 选取区域系数44. 2H计算接触疲劳强度用重合度系数Ztnarctantan/cos =20.562 o*at11t1aarccoscos/ z +2h cosz（）= 28.429o*at22t2aarccoscos/ z +2h cosz（）=24.253o1at12at2=z (tan-tanz (tan-tan/2）=1.7228d1= z tan2/=2.382Z=aa4-1-+3（）=0.57764.表查得材

32、料的弹性影响系数14043301TN/mm44. 2zh齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸1919EZ=189.8MPa= cos =0.985Z5.图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限1limH=750Mpa，大齿轮的接触疲劳强度极限lim2H=600Mpa。6.应力循环次数hjLnN2160=604801（2830015）=2.0739102N=1N/u=2.073910/（72/30）=8.648107.查图取接触疲劳寿命系数1HN0.90，20.94HNK8.计算接触疲劳许用应力取安全系数 S=1SKHHNH1lim11=675

33、 MPaSKHHNH2lim22=564MPa9.计算试算小齿轮的分度圆直径， 带入H中的较小值，1H和2H比相对较小，所以H=2H=564Mpa2131d21.()EHtHZ Z Z ZKT udu= mm=42.381mm10.计算圆周速度10006021ndvt=2.13m/s11.计算齿宽 btddb1=142.381mm=42.381mm12.计算载荷系数根据 v=2.13m/s，由图查得动载荷系数VK=1,齿轮圆周力1t1t2=dTF=112m(1-0.5)ZRT=1.38310t1/ bAK F=32.562N/m100 N/m查表得FK=1.2由表查的HK=1.417 结合hb

34、=13.741 查图 10-13 得FK=1.375K=AKVKFKFK=11.21.3751.05=1.7333nnttKmmK=2.355mm综合考虑圆整为标准值 m=2，按接触强度算得的分度圆直径1d=76.464，算出小齿轮齿数1z=1cosdm=23.68取整1z=24大齿轮齿数:2z=3.824=91.2，即取2z=92 互为质数。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。7.2.5 几何尺寸计算1.计算中心距a=(z1+z2)m/(2cos)=118.56mm考虑模数从 2.355mm 减小到 2mm，中心距取整 120

35、mm12()arccos2m zza=12.6612o2.计算分度圆直径d1=z1m/cos=50.11mmd2=z2m/cos=194.15mm3.计算齿轮宽度b=d1d=150.11mm=50.11mm取 b2=50mm,b1=55mm由于存在装配误差，保证接触线的长度，应使小齿轮比大齿轮宽 5-10mmb1=60mma=118.56mmmm15.194mm11.50dd21齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸2323第 8 章 轴的设计计8.1输入轴的设计计算8.1.1 轴的结构设计1.求轴 1 上的功率1p、转速1n和转矩1T1p=2

36、.79kW1n=960r/min1T=29.25Nm2.求作用在齿轮上的力已知高速级小圆锥齿轮的分度圆直径为1110.576 (10.5 0.3)64.6mRddmm112mtdTF =843.7N1costanrtFF 274.72N1sintantaFF134.34N圆周力 Ft、径向力 Fr 及轴向力 Fa 的方向如图三，四所示 图 8-1轴的结构与受力示意图（a）m6 .64d1m齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸2424图 8-2轴的结构与受力示意图（b）3.初步确定轴的最小直径选用 45 调质，取 A0=112d112(7.35

37、/1440)1/3mm=19.3mm 考虑有键槽，将直径增大 5%，则：d=19.3(1+5%)mm=20.27mm选 d=21mm这是安装联轴器的直径， 为使所选的轴直径 d1 与联轴器孔径相适应，故要选联轴器的型号：联轴器计算转矩1Aca查表 14-1 得 KA=1.31Aca=1.348750.1=63.37513Nm查机械设计（机械设计基础）课程设计表 17-4，选选 LM3型梅花型弹性联轴器（GB/T5272-2002），其公称转矩为 90000N mm ， 联轴器主动端的孔径 38mm ， 轴孔长度 60mm， Z 型轴孔，C 型键槽；从动端的孔径 28mm ，轴孔长度 45mm，

38、Y 型轴孔，B型键槽。故取 Tca=35425Nmmd12=28mm 。4. 拟定轴上零件的装配方案：图 8-3轴的装配方案图21d mm/35425caNT齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸2525图 8-4联轴器的装配图5.为了满足半联轴器的轴向定位，1-2 轴段右端需制出一轴肩，故取 2-3 段的直径23d=28 mm 。6. 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，参照工作要求并根据 d23=35mm ，由机械设计（机械设计基础）课程设计表 15-7 中初步选取 0 基本游隙组，标准精度级的角接触球轴承 7307C，接触角

39、15o，中窄系列，其尺寸为5634dd30mm，而为了利于固定34L17.25mm。7307C 型轴承的定位轴肩高度h=4.5mm，因此取 d45=36mm7.取安装齿轮处的轴段 6-7 的直径 d67=25mm；齿轮的左端与套筒之间采用套筒定位， 5-6 段应略短于轴承宽度， 故取mm5 .1756L。8.轴承端盖的总宽度为 30mm。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离 20mm，故取23L50mm9锥齿轮轮毂宽度1.2d67=38.4mm67L50mm343445Ld5 . 2L66.5mm至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。10.轴

40、上零件的周向定位齿轮、 半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接轴与半联轴器之间的平键，A 型连接，按 d12机械设计课程设计 查得平键截面mmmmmmlhb3078,键槽深度 4mm。键槽均用键槽铣刀加工。为保证齿轮、半联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择半联轴器与轴配合为 k6 其尺寸公差为6/ 5Hk，齿轮轮毂与轴的配合为6/ 5Hn；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为 H6/js5。mm5 .17mm25mm36mm25.17mm30mm35mm28Ldddddd5667453456342523L齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等

41、教育课程设计（论文）用纸262611.确定轴上圆角和倒角尺寸参考表得，取轴端倒角为452，其他均为 R=1表 8-1 输入轴的计算结果12.弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取6 . 0，轴的计算应力NdTFt331231049. 4721050.16122前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由课本表查得许用弯曲应力MPa601，因此1ca，故安全。13.截面 5 右侧受应力最大截面 5 右侧抗弯截面系数3330.10.1 302700Wdmm抗扭截面系数3330.20.2 305400tWdmm截面 5 右侧弯矩64840MN mm截面

42、5 上的扭矩2T=32730Nmm载荷水平面 H垂直面 V支反力FFNH1=421.5NFNH2=1264.5NFNV1=188.6NFNV2=186.1N弯矩 MMH=64.71NmmMV1=4.15Nmm总弯矩M=64.84Nmm扭矩 TT2=27.25NmNF1049. 433t齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸2727截面上的弯曲应力6484024.012700bMMPaW截面上的扭转切应力t2bWT5.05MPa轴的材料为 45 钢，调质处理，由表 15-1 查的MPa640BMPa2751 -MPa1551截面上由于轴肩而形成的

43、理论应力集中系数及按附表3-2 查取。因 r/d=2.0/30=0.067,D/d=1.233。由课本表用插值法求得=1.93，=1.55又由附图 3-1 可得轴的材料的敏性系数为0.82,0.85qq故有效应力集中系数为1(1)1.761(1)1.47kqkq 尺寸系数=0.71，扭转尺寸系数=0.87,轴按磨削加工，查得表面质量系数为=0.92故得综合系数为Kk/+1/1=2.57Kk/+1/1=1.78又取碳钢的特性系数05. 0, 1 . 0所以轴的截面 5 右侧的安全系数为maKS12754.462.57 24.01 0.1 0maKS115533.541.78 5.05/ 20.0

44、5 5.05/ 222SSSSSca224.46 33.544.424.4633.54S=1.5故可知其安全。8.2中间轴的设计计算8.2.1 轴的结构设计1.轴 2 上的功率2p、转速2n和转矩2T42. 4caS齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸28282p=3.99kW2n=720r/min2T=59.92Nm2.求作用在齿轮上的力已知低速级小齿轮的分度圆直径1d=43.3mm2312tTFd=2.44410333tan/cosrtFF=369620tan/cos14.1=1386.8N轴向力a3F=3tantF=928.4N已知大圆

45、锥齿轮的平均分度圆直径)5 . 01 (22Rddm=171mm径向力：212costanfrFF=129.2N轴向力：212sintantaFF=264.3N3.初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢（调质），根据课本表得，取1120A，得3220minnPAd=27.49mm中间轴的最小值显然是安装滚动轴承的直径。因轴上有两个键槽，故直径增大 3%5%，故30mindmm4.拟定轴上零件的装配方案如图图 8-5中间轴的结构示意图5.初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承， 参照工作要求并根据12d=21mm， 初步选取，标 准

46、精 度 级 的 单 列 圆 锥 滚 子 轴 承 32006型， 其尺 寸 Dd=30mm72mm20.75mm，所以91012LL=30mm。这对轴承均采用套筒进行轴向定位，由表查得 32006 型轴承的定位轴肩高度mmh5 . 2，因此取套筒直径8923dd=60mm。1120Amm60mm30mm21dLd231212齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸29296.取安装圆锥齿轮的轴段 3-4，7-8，锥齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位，为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴段应略短于轮毂长， 故取23L=35mm，34d=78d=40mm

47、齿轮的右端采用轴肩定位，则轴环处的直径为6745dd=50mm,56d=40mm7.已知圆柱斜齿轮齿宽 b=75mm，为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴段应略短于轮毂长，故取34L=76mm。8 .箱体以小圆锥齿轮中心线为对称轴56L=53mm,6745LL=42mm,78L=10mm。9.轴上的周向定位圆锥齿轮的周向定位采用平键连接， 按34d=42mm 由课本表 6-1查得平键截面mmmmhb812，键槽用键槽铣刀加工，长为22mm， 同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性， 故选择齿轮轮毂与轴的配合为67mH；圆柱齿轮的周向定位采用平键连接，按78d=40mm 由表查得平键截面10 8b

48、hmm，键槽用键槽铣刀加工，长为 36mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为67mH；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为 m6。10.确定轴上圆角和倒角尺寸参考表得，取轴端倒角为 245o。mm42mm53674556LLL齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸3030图 8-6中间轴的受力示意图齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸3131表 8-2中间轴的计算结果12.弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切

49、应力为脉动循环变应力，取6 . 0，轴的计算应力MPaWTMca5 .47252) 425(412322514. 3)1615006 . 0(4 .57056)(23222221前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由课本表查得许用弯曲应力MPa601，因此1ca，故安全。13.截面 5 左右侧受应力最大截面 5 右侧载荷水平面 H垂直面 V支反力FNFNH5 .22301NFNH5 .22692NFNV3 .7321NFNV5572弯矩 MmmNMH1622451mmNMH3 .1094212mmNMV 5470101mmNMV5 .1023132总弯矩mmNMMMVH4 .5705621

50、211；mmNMMMVH4737222222扭矩 TmmNT1615002a5 .47caMP齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸3232抗弯截面系数3330.10.1 302700Wdmm抗扭截面系数3330.20.2 305400tWdmm截面 5 右侧弯矩94581MN mm截面 5 上的扭矩3=52.92Nm截面上的弯曲应力9458135.032700bMMPaW截面上的扭转切应力2529209.85400TTTMPaW轴的材料为 45 钢，调质处理，由表 15-1 查11200BM 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表3-

51、2 查取。因 r/d=2.0/30=0.067,D/d=1.167。由课本表用插值法求得=1.90，=1.47又由附图 3-1 可得轴的材料的敏性系数为0.82,0.85qq故有效应力集中系数为1(1)1.741(1)1.40kqkq 由图得尺寸系数=0.71，由图得扭转尺寸系数=0.87，轴按磨削加工，查得表面质量系数为=0.92故得综合系数为1/1/k=2.541/1/k=1.70又取碳钢的特性系数05. 0, 1 . 0所以轴的截面 5 右侧的安全系数为MPa03.35b齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸3333maKS13553.3

52、92.54 35.030.1 0maKS120022.301.78 9.8/ 20.05 9.8/ 222SSSSSca223.39 22.303.353.3922.30S=1.5故可知其安全。14.截面 5 左侧抗弯截面系数3330.10.1 354287.5Wdmm抗扭截面系数3330.20.2 358575tWdmm截面 5 左侧弯矩94581MN mm截面 5 上的扭矩3=52.92Nm截面上的弯曲应力9458122.064287.5bMMPaW截面上的扭转切应力2529206.178575TTTMPaW过盈配合，由课本表用插值法求得k/=2.13 则k/=0.82.13=1.7轴按磨

53、削加工，查得表面质量系数为=0.92故得综合系数为1/1/k=2.221/1/k=1.79又取碳钢的特性系数=0.1，=0.05所以轴的截面 5 右侧的安全系数为maKS13557.252.22 22.060.1 035. 3caS齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸3434maKS120037.041.70 6.17/ 20.05 6.17/ 222SSSSSca227.25 37.047.117.2537.04S=1.5故可知其安全。8.3输出轴的设计计算1.求输入轴上的功率3P、转速3n和转矩33P=2.74kW3n=66.5r/min

54、3=39.34Nm2.求作用在齿轮上的力已知大圆柱斜齿轮的分度圆直径2d=282mm232FdTt=2373.6Nmmcos/tantrFF =1346.8 NmmtantaFF =591.8 Nmm3.初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢（调质），根据课本表得，取0A=112，得3330minnPAd=31.3mm中间轴的最小值显然是安装滚动轴承的直径。因轴上有两个键槽，故直径增大 3%5%，故mind38mm这是安装链轮的直径，假定用联轴器代替链轮进行轴的计算。为使所选的轴直径 d1 与联轴器孔径相适应，故要选联轴器的型号：联轴器计算转矩 Tca=A=1.3

55、327.02=425.126Nm（查得KA=1.3） ， 则查表选 HL3 型弹性柱销联轴器， 其公称转矩为 630N m，半联轴器孔径为1d=40mm，故取1d=40mm，半联轴器长 L=112mm，半联轴器与轴配合毂长为 L1=84mm。4.拟定轴上零件的装配方案如图。11. 7caSmm3 .31dmin齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸3535图 8-7输出轴的结构示意图图 8-8联轴器的装配图5.由图可得12d为整个轴直径最小处选12d=40 mm 。为了满足齿轮的轴向定位， 取23d=47mm。 根据联轴器宽度及带轮距箱体的距离

56、综合考虑取2L82mm。6.初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据23d47mm，故初步选取 0 基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30310，其尺寸为50 11029.25dD T， 所以7834dd=50mm，3429.25lmm。这对轴承均采用套筒进行轴向定位，由表查得 30310 型轴承的定位轴肩高度，因此取的45d=60mm，67d43mm，78d=40mm，89d=38mm。去安装支持圆柱斜齿轮处直径5356dmm。7 .已知圆柱斜齿轮齿宽 b2=75mm，为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴段应略短于轮毂长，故67l=76

57、mm。.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油的要求，齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸3636求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离 l=20mm，故取l23=40mm8.另取 l45=60.75mm，l56=10mm，l78=58mm。至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。9.轴上的周向定位圆柱齿轮的周向定位采用平键连接，按67d由课本表查得平键截mmmmmmlhb63914，键槽用键槽铣刀加工，长为 36mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为67mH；链轮的周向定位采

58、用平键连接，按23d由课本表查得平键截面mmmmmmlhb561118，键槽用键槽铣刀加工，长为 70mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为67mH；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选 k6。10.确定轴上圆角和倒角尺寸， 参考表得， 取轴端倒角为452。11.求轴上的载荷根据轴的结构图，做出轴的计算简图，支承从轴的结、构图，以及弯矩和扭矩图中可以看出圆柱齿轮位置的中点截面是轴的危险截面。齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸3737图 8-9输出轴的计算结果齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文

59、）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸383812.弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取6 . 0，轴的计算应力222233140.110.6 207.4511.260.1 0.055caMTMPaW前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由课本表查得许用弯曲应力MPa601，因此1ca，故安全。13.截面 7 右侧受应力最大侧面 7 右侧抗弯截面系数3330.10.1 5012500Wdmm抗扭截面系数3330.20.2 5025000tWdmm截面 7 右侧弯矩113614MN mm截面 7 上的扭矩3=207.45Nm表 8-

60、3 输出轴的计算结果载荷水平面 H垂直面 V支反力FNFNH3 .19001NFNH2 .10852NFNV8231NFNV6 .2632弯矩 MmmNMH154235mmNMV 63249总弯矩mmNMMMVH16669722扭矩 TmmNT 6210003齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸齐齐哈尔大学普通高等教育课程设计（论文）用纸3939截面上的弯曲应力1136149.09125000bMMPaW截面上的扭转切应力32074508.2325000TTTMPaW轴的材料为 45 钢，调质处理，由表-1 查的B=640MPa，1=275MPa，1=155MPa截面上由于轴肩而形成的