毕业设计（论文）-多方案轴系结构实验装置的设计

1、多方案轴系结构实验装置的设计摘要：轴系结构作为机械传动中常见的也是不可或缺的一部分，其传动特性以及之中相关零部件是如何进行配合的研究具有重大的理论意义以及实践意义。轴系结构我们常见的是在减速器里，通过不同类型的齿轮和轴承的组合传动来传递转矩，以达到对原动机进行减速的目的。对于我们学习机械的同学来说，了解轴系结构的传动原理及齿轮与轴承的组合传动特性对于我们学习机械设计的相关知识有非常大的帮助。鉴于本科阶段的实验方案和方式存在着一些内容单一、操作复杂繁琐、不便于同学们理解等问题，为了更好的进行相关的实验，我设计了一套结合了多种传动方案的轴系结构传动实验装置。 该实验装置包含了多种组合传动方案（如：

2、两直齿轮啮合、两斜齿轮啮合、两圆锥齿轮啮合、蜗轮蜗杆传动等），本科实验装置中的方案往往只采用了一种或两种进行组合，我设计的实验装置至少包含了四种以上的传动方案，只需要同学们进行同一组实验便可以了解轴系结构是如何传动的，更方便同学们进行创新性的方案设计，以解决轴承类型选择、轴上零件定位紧固、轴承安装与调节、润滑及密封等问题。为了更直观反映各零部件间是如何组合传动的，我还设计了透明的箱体结构，该箱体结构不仅透明而且可拆卸，使得在同一实验箱里便可以实现多种方案的组合。 关键词：轴系结构;实验装置;组合传动方案;箱体结构Design of multi-scheme shafting structure

3、 experimental equipmentABSTRACT:Shafting structure as a common and indispensable part of mechanical transmission, its transmission characteristics and the related parts are how to cooperate 

4、with the research has great theoretical and practical significance. Shafting structure is common in the reducer, through the combination of different types of gears and bearin

5、gs to transfer the torque, in order to achieve the purpose of decelerating the prime mover. For our mechanical students, understanding the transmission principle of shafting&#

6、160;structure and the combination of gear and bearing transmission characteristics is very helpful for us to learn the relevant knowledge of mechanical design. In view of 

7、;the problems such as single content, complex operation and inconvenient understanding of the experimental schemes and methods in the undergraduate stage, I designed a set of&

8、#160;shaft structure transmission experimental equipment that combined a variety of transmission schemes in order to better carry out relevant experiments. This experimental device incl

9、udes a variety of combination scheme (such as: two straight gear meshing, two helical gear meshing, two cone gear mesh, worm gear and worm drive, etc.), the scheme&#

10、160;of undergraduate experiment equipment often use only one or two are combined, I designed the experiment device at least includes four transmission scheme, only need to

11、0;the same group of students experiment can know the structure of shaft system is how to drive, more convenient students to innovative design, in order to solve the&

12、#160;bearing type selection, shaft positioning fastening parts, bearing installation and adjustment, lubrication and seal. In order to more intuitively reflect how the components are

13、60;combined to drive, I also designed a transparent box structure, the box structure is not only transparent but also detachable, so that a variety of schemes can be

14、 combined in the same experimental box. KEYWORDS: shafting structure;experimental device;combined transmission scheme;box structure目录1 绪论11.1课题背景11.2国内外研究概况21.3课题研究的目的及意义31.4待解决的问题以及研究手段32轴系传动方案的选择42.1方案的介绍42.2传动方案选择63 轴的设计83.1轴的分类93.2

15、轴的材料93.3轴系的错误情况分析93.4轴设计需要满足的基本要求113.5轴的设计计算114 齿轮的设计164.1齿轮传动的分类和特点164.2齿轮传动的主要参数与基本要求174.3齿轮传动的失效形式184.4齿轮的参数计算195 轴承的设计235.1轴承种类的选择235.2轴承的选用255.3轴承的配合与固定25参考文献26致谢271 绪论1.1课题背景轴系结构是机械设计课程学习中所涉及到的非常重要的传动结构，它常常存在于减速器中，是对单根轴所设计的结构进行的一系列研究。轴系统是指在机械传动过程中的一个单独系统,它由主要组成部分,其中包括传动件、轴、轴承、轴心座、底部支坐、调节垫片、密封元

16、件、联轴器以及不同零件之间进行轴向周转固定必须要使用的主要部件等1。其不同的结构组合也可以分别组成不同类型和形式的轴承系统结构,根据所应用场合,以适用于不同的工作场景和工作方式。本课题主要是对轴系结构中齿轮和轴承的配合形式做具体的研究和方案设计。轴系结构是机械传动中非常重要的组成部分，轴系结构中齿轮和轴承之间的配合是否合理将对机械传动产生非常重要的影响。回转在一般机械装置中非常常见，只要涉及到回转运动的场合，一般都有轴系结构的存在，因此轴系结构是机械装置设计中应用最广泛、现阶段技术最为成熟的机械结构，轴系结构的好坏直接会影响机械生产中的生产效率、使用寿命和经济实用性等问题。由齿轮和轴承组合方案

17、的不同，各零件定位和固定方式的不同，轴系结构有很多种不同的形式。一般情况可以划分为以下三种：（1）两端单向固定，如图1；（2）一端固定，一端游动，如图2：（3）两端游动，如图3。 图1 图2图3在我们本科阶段的机械设计课程中，轴系结构设计实验要求我们每位学生自选或由老师指定一种或几种轴系结构组合传动方案。由于实验室的设备缺乏多样性，只能实验固定的几种组合方案，对于一些拓展性的内容也只能由老师口头描述不便于同学们理解，整个实验过程缺乏灵活性和直观性，而且实验装置过多导致同学们操作繁琐，因此一套结合了多种实验方案的轴系结构组合传动实验装置就有了设计的必要。1.2国内外研究概况1.2.1国内研究概况

18、中华人民共和国刚成立不久，我国工业发展相对还比较落后。为了发展和改善机械制造业,发展机械制造以及提高机械工业发展水平,我国已经建立了一批大型的减速器生产和制造厂并研究出了一系列的通用减速器。此时我国减速器的制造技术还是引用前苏联的早期制造技术，整体来说缺乏实用性和创新性。后来才慢慢有了发展，到了改革开放，通过对制造技术的不断引进、学习，和生产工作者们的刻苦努力，坚持不懈的探索、发现和研究，渐渐有了许多优秀的研究成果，掌握了高速以及低速重载减速器的生产制造技术。伴随着技术的发展，齿轮加工精度，材料的选择和热处理工艺都有了重大的改善。部分减速器在采用坚固的齿面后,体积和负荷重量得以明显降低,承载能

19、力、使用寿命、传动效率等都有了较为大幅度的改善,对于节能和提升主机总体技术水平具有明显促进作用2。随着工作稳定性和运行效率的提高以及对传统齿轮减速器进行动力学控制的改善,我们开始了更广泛地使用的减速器。其中比较常见的设计手段主要有:模块化设计、优化设计和三维建模。其所采用的设计理论和方法具有以下几个趋势:如果我们能够结合自己的工程实际进一步地优化自己的数学模型,其收敛率和速度也会得到进一步地提高;箱体零部件的参数化建模的通用性将进一步增强,将会面向其他更多种类型的减速器;机械与美学、计算机、数学等各门专业相互贯通,遗传算法、神经网络等启发式算法将被广泛应用于减速器外观和设计中;基于虚拟装配、运

20、动学的仿真、动力学的仿真与分析等技术的综合应用将会完全取代了传统的设计和制造过程中的测试和制作环节,称为是检验设计方案是否可行的有效、快捷之路3。1.2.2国外研究概况减速器在各个行业中的应用范围非常广泛,已经发展成为了一种必不可少的机械传动结构。当前减速器有着重量较大、体积小、传动功率比较大、机械传动效能低等弊端。在国外对减速器设计的研究中,以日本、丹麦以及德国等地均处于绝对优先的地位,特别是减速器设计的工艺和所采用的技术和材质等方面,体现出了极其巨大的优越性,减速器设计的工作可靠性高,使用寿命长。但它们的传动形态仍然主要采用定轴齿轮的传动,体积大、载重量小等问题尚未能够得到很好的缓释。日本

21、住友重工公司自己研制的 fa 型高精度减速器,美国 alan - newton 公司自己研制的 x - y 式减速器,在其传动的原理和结构上与此相近或者更为类似,都被认为是目前较为先进的高精度减速器4。当今的减速器正朝着大功率、更强的传动性、更高的机械效率、更轻的体积、更高的使用寿命等方向发展。所以除了不断地改进材料的品质和技术,以及提高其工艺水平外,还要在传动原理和传动机构上进行更广泛的研究和革命性的创新,如平动齿轮等。减速器与风力发电机的串联体结构,也是我们大力推广的形态,并已经设计制造出多种结构类型和多种功率类型的产品56。当今世界上许多发达国家的传动减速器和传动齿轮箱等机械制造先进技术

22、的研究发展总体和趋势都在向二低、二化、六高三个纵向方面快速进行。二低即低生产噪声、廉价生产成本;二化指标准化产品模型设计即产品标准化、多样化;六高即高精度承载能力、高齿面传动硬度、高转动精确性、高运行旋转速度、高可靠性以及高高速传动和大功率2。对于减速器的研究及其发展,在一定程度上也标志着一个国家在工业化进程中的发展水平。1.3课题研究的目的及意义轴系结构作为机械传动中常见的也是不可或缺的一部分，其传动特性以及之中相关零部件是如何进行配合的研究具有重大的理论意义以及实践意义。轴系结构我们常见的是在减速器里，通过不同类型的齿轮和轴承的组合传动来传递转矩，以达到对原动机进行减速的目的。对于我们学习

23、机械的同学来说，了解轴系结构的传动原理及齿轮与轴承的组合传动特性对于我们学习机械设计的相关知识有非常大的帮助。鉴于本科阶段的实验方案和方式存在着一些内容单一、操作复杂繁琐、不便于同学们理解等问题，设计本实验装置，将为同学们进行轴系实验提供更好、更方便的实验条件，从而更好的帮助老师和学生完成培养方案里的实践内容要求。 1.4待解决的问题以及研究手段1.4.1待解决的问题本次课题所设计的多方案轴系结构传动装置主要是为了解决在本科阶段的机械设计实验中所出现的一些问题。由于实验室的那些实验装置方案过于单一，学生只能对几种固定的实验方案进行实验，而且实验过程中可能发生的一些问题老师也只是用口述的形式告诉

24、同学们，这样比较抽象不便于进行理解和把握实验方法。此次设计的装置是为了便于老师更直观的为同学们讲解各种传动方案，并且利于同学们进行组合设计，在同一套实验装置中便可进行多种传动方案的单一或组合传动实验，方便同学们在实践中更加深刻的理解实验内容，进而更好的完成教学实践的任务。1.4.2研究手段1.文献研究通过查阅大量文献，全面深入了解有关齿轮、轴承的知识，以及齿轮轴承组合传动的设计原理及方案，与自己的构想进行对比，不断修正。2.方案确定对每一种实验方案进行具体的研究，确定各参数，尝试将两种或多种方案进行组合，逐渐增加组合方案的复杂度，直至将多种方案进行合理的组合。3.试验分析对具体方案绘制图纸，在

25、实验室进行分析，确定其可行性，以解决装配方案选择、轴承类型选择、定位和安装等方面的问题。2轴系传动方案的选择2.1方案的介绍轴系结构作为减速器中最为重要的结构，其根据齿轮类型（直齿、斜齿、锥齿、蜗轮）、装配方案和传动级数的不同，有了各种各样的结构形式，通过不同的组合可以实现不同的传动特性，用以满足许许多多复杂的工作条件和工作需求。弄清楚各传动方案的传动特性以及使用场合对于轴系结构的设计有着重要的意义，更加便于机械的加工制造、装配、零件选择、降低生产成本、提高使用寿命。下面来解释以下不同种传动方案的传动特性以及适用场合。其中一级传动方案有以下几种：（1）一级直齿轮传动一级直齿轮传动介绍一级直齿轮

26、传动是由两直齿轮通过滚动轴承支承在箱体内实现的啮合传动，如图，当轴作为输入轴，轴作为输出轴时，此时传动比i=Z大齿轮Z小齿轮1，因此此时是一个减速的传动组合；相反，当轴作为输入轴，轴作为输出轴时，此时的传动比i'=Z小齿轮Z大齿轮1，因此此时是做一个增速运动，但一般情况下这种应用比较少，通常用于减速。一级直齿轮传动的特点该方案的优点为：单级传动可以承受较大的径向载荷和轴向载荷；经久耐用，可以实现较长的使用寿命要求该方案的缺点为：当齿轮因模数大、打牙等原因，不便于测量齿顶圆直径。容易引起冲击和噪声，传动平稳性差。（2）一级斜齿轮传动一级斜齿轮传动介绍一级斜齿轮传动是由大小不同的斜齿轮在箱

27、体内相啮合而实现的传动，其传动原理与一级直齿轮传动类似，不同的是把直齿轮换成了斜齿轮（注：相互啮合的斜齿轮旋向不同），这使得其在具备直齿轮传动特点的基础上，具备了更多的优点。一级斜齿轮传动特点该方案优点：i. 可以实现较好的啮合特性,在齿轮的传动过程中,齿面的摩擦力呈现为脉动循环变化的特征,以此来逐渐减少;由于采用斜齿,可以实现更高的轴承承载能力和更好的传动平稳性,故该结构可以广泛应用于高速运行和重载场合;ii. 斜齿面相啮合时可以实现更高的重合度，从而使得传动更为可靠，也使得使用寿命提高。啮合的持续时间直接关系决定了各个传动齿轮之间的相互重合作用程度和阻力大小,而且齿轮啮合的持续时间与齿轮接

28、触点表面积的差距增大直接减少了对斜线式齿轮的运动适应性；iii. 因为Z最小减小了，所以使用斜齿轮使得结构更紧凑。该方案缺点：加工制造难度较直齿轮加大，进而使得生产成本提高，经济性差。（3）一级锥齿轮传动一级锥齿轮介绍锥齿轮的应用可以实现两交错轴之间的传动，相交的两轴一般呈90o夹角，锥齿轮传动机构能够改变运动的速度和方向，一般可以改变运动方向（90o）。 当动力从轴输入，轴输出，则动力的速度和方向都将发生改变。一级锥齿轮特点锥齿轮其中一个轮齿最小端相对一般的齿顶高度要低,降低了锥齿轮顶部过尖的机会。因为齿根没有更大的圆形角度和半径,从而增加了承重能力、缩短了刀具的使用寿命及改善了润滑工作条件

29、。一般应用于轻载、低速场合。（4）一级蜗轮蜗杆传动一级蜗轮蜗杆传动介绍蜗轮轴间蜗杆传动与一种圆锥形的齿轮蜗杆传动相同,它们都采用可以同时改变齿轮运动轴的方向,用于二轴向交错轴的齿轮轴间转向传动。两轴之间的横向偏转传动夹角一般固定为90°,蜗轮减速蜗杆的横向传动比很大,一般都由齿轮蜗杆两轴作为主动,用来控制减速蜗轮运动。一级蜗轮蜗杆传动特点该方案的优点：i. 传动平稳，啮合冲击小；ii. 蜗杆的机械头数少,所以蜗轮蜗杆传动的机械驱动力相对一般都要差很多;蜗杆采用连续不断地固定的螺旋齿,使得机械结构紧凑;iii. 导程角当量摩擦角，可以实现反行程自锁效应。该解决方案的主要缺点:由于传动比

30、大,导致蜗轮向和螺旋轴啮合时接触点之间的相对滑动转矩速度增加,加大了两个接触点之间的摩擦和磨损,易使蜗轮发热,进而导致传动效率低;蜗轮本身应该是具备良好耐磨性,制造蜗轮所用材料比较贵,经济性差。2.2传动方案选择通过对现有资料的分析，现存的减速器的类型多种多样，具体可以分为如下：按各种齿轮传动转换方式分类有:多级齿轮传动减速器,行星式齿轮减速器,蜗杆式齿轮减速器,以及各种齿轮传动转换方式相互作用组合的多级齿轮减速器;按各种传动方式等级:一级齿轮减速器、二级齿轮减速器、三级齿轮减速器、四级齿轮传动器和减速器(目前国内现存的减速器最多四级);按各种齿轮的传动形状:圆柱(主要包括直齿、斜齿、人字齿)

31、系列齿轮传动减速器、圆锥系列齿轮传动减速器以及各种圆柱齿轮与各种圆锥系列齿轮相互作用而变形成的各种圆柱-圆锥系列齿轮传动减速器;按各种传动方式布置转换方式:主要有传动展开、分流、同轴式。（1）一级圆柱齿轮减速器圆柱齿轮中的齿形又可以细分为垂直齿(主要是用于运行速度,载荷较小的情况下)、斜齿(在运行速度较小的情况下)、人字齿(在运行速度较小的情况下),箱体一般选择铸铁(或者是带有焊接结构)。这种轴承最好是适合使用滚动型轴承,除非在速度和载荷都比较大时需要选择滑动型轴承。（2）二级圆柱齿轮减速器展开式:因为传动齿轮与轴承间的连接位置不对称,故需要较大的机械刚度,但是结构简单。为了使扭转变形和弯曲变

32、形可以相互抵消,以降低载荷不均匀现象,常常将高速级放在输出级。由斜齿轮和垂直齿轮的特殊性能可知,斜齿轮一般适宜于高速和中等级,垂直齿轮一般适宜于低速和中等级,此时适宜在载荷平稳时使用。分流式:齿轮和轴承之间呈现一种对称的分布,载荷和轴承的受载更均匀,但是结构较为复杂。这样的排布方式可以使得中间轴受到的转矩增加半,能够很好地适应应变载荷场合。同轴式:降低了横向的尺寸,润滑油对各种齿轮来说可以起到相同的润滑作用,但是由于轴向的尺寸巨大、承载力强、刚度差,载荷分布不均。同轴式分流：这样排布使得输入和输出轴只承受扭矩作用，啮合齿轮传递的载荷减半，便于缩小轴颈尺寸。（3）三级圆柱齿轮减速器展开式:同二级

33、展开式分流式：同二级分流式为了更好的实现轴系结构传动装置的传动效果，笔者将进行以下步骤设计传动方案：1. 根据实验的要求设计一种组合传动方案；2. 根据已经确定的传动方案，确定好其他相关零件（轴、轴承、齿轮等）；3. 轴上零件的定位和固定形式的确定；4. 合理选择密封结构。3 轴的设计为了保证轴上零件的正常运转，需要用轴将轴上零件进行合理的定位和固定，以保证传动装置的正常工作要求。笔者将于本章节讨论轴的分类、轴的材料选择、轴系常见的错误形式、设计轴时需要满足的要求以及设计计算轴的各项参数。3.1轴的分类根据轴的承载情况不同，可以分为三类1. 转轴：不仅能够承受转矩，而且还能承受弯矩的轴。如：皮

34、带轮的轴2. 传动轴：只能够承受转矩的轴。如：汽车方向盘的轴，电风扇的轴3. 心轴:只提供能够用来承受旋转弯矩不向外移动传递的自旋转矩。如:电动列车转向火车的牵引动力和转向车轮轴73.2轴的材料轴材料的选取，首先应该满足工程实际的需求，其次要保证其经济性。1. 对于速度和载荷都不大的轴，常常采用普通的碳素钢即可（Q255、Q235等）；2. 对于承受载荷较大，轴的尺寸和重量有严格要求的轴需要采用合金钢。例如当精度要求和转速要求较高时，需要材料能够实现较好的力学性能，常常采用经调质处理的40Cr合金钢；3. 当精度要求较高时，可采用Cr15,65Mn等合金钢，其材料通过调质和淬火处理后有较好的耐

35、磨和耐疲劳性，可以满足较差工作条件的要求；4. 当材料在工作环境中的硬度为高速、重载时,需要材料必须具有高的表明硬度和较好的耐磨性、抗冲击韧性和抵抗疲劳能力,常选择优质低碳钢或渗碳钢。5. 当轴的外形比较复杂时，需要材料具备减振、抗冲击、应力集中小等特点。常采用球磨铸铁或高强度铸铁。由于设计的轴是用于学生实验使用，属于以上的第1种情况，可以选用Q235钢。 3.3轴系的错误情况分析轴系结构有很多种错误形式，具体划分如下：（1）安装错误 零件拆卸困难或者不能正常拆卸； 轴端没有倒角（或导向锥）； 当轴承位于轴中部时，没有设置用以过渡的过渡轴肩； 向心角旋转接触滚动轴承、圆锥形角滚动接触轴承、推力

36、球接触轴承没有对称安装或成对使用。（2）制造错误 键槽没有排布在同一直线上； 键过短或过长（一般略短于轮毂宽度）； 轴端太长； 在用轴肩定位时，轴承所在的轴段靠轴肩处没有砂轮越程槽，导致轴颈处磨削加工不方便8。（3）定位和固定错误 没有设置轴向定位和固定，零件可沿轴向任意移动； 没有设置周向固定的键槽； 多余定位； 安装在轴端上的回转件宽度没有比轴端略长； 用于定位的轴肩或套筒的高度过高（超过轴承内圈2/3）； 回转件与固定静止件间没有过渡直接接触。（4）调整错误 轴承盖与箱体间缺少轴承游隙调整垫片，导致轴向游隙没有办法调整； 支撑方式错误； 透盖和与其配合的轴间缺少间隙。（5）密封错误透盖与

37、轴间缺少密封装置。其中常见的错误形式有以下两种： 套筒或轴肩的直径不应该超过轴承内圈的2/3，如图3-1所示，套筒直径超过了轴承内圈的高度，并与保持架接触，这样会使得轴承不能正常拆卸而且影响了保持架的正常工作9。图3-1 常见错误形式一 轴头长度超出轮毂长度，如图3-2所示，当轴头的长度超出了轮毂的宽度时，盖板没法将轮毂压紧，无法实现轮毂正常的轴向固定9。图3-2 常见错误形式二3.4轴设计需要满足的基本要求（1）定位和固定的要求：为满足轴上零件的正常工作，轴和轴上零件都需要有准确而固定的位置。 周向固定:通过对传动零部件的轴进行周向固定,以有效地保护防止传动零部件与传动轴之间可能发生不必要的

38、相对方向旋转。周向固定通常主要采取以下几种联接方法:例如键盘式联接,花键自动联接,销售键联接等； 轴向固定:主要是通过对滑动零部件齿轮进行滑动轴向固定,以防止零件在轴向发生不必要的移动。对于轴向的固定通常是采用以下几种方法:轴肩、套筒、圆螺母等。（2）工艺性要求：为了提高加工轴的效率和降低生产成本，设计的轴需要方便工人加工制造，保证其工艺性和经济性;合理设计轴的结构，便于轴上零件的装拆和调整。 轴段在需进行研磨和切削时,需要设置砂轮越程槽,需进行切削螺纹处理时轴段宜设置后退刀槽; 同一根轴上的键槽应位于同一条直线上； 为使轴便于装配，轴端应有倒角； 设计的轴应该保证轴上各零件不会干扰其他零件的

39、安装和拆卸。（3）对于强度以及刚度的要求:在轴上各个零件的位置都应该能够保证其受力合理,以满足轴和轴上零件的强度和刚度要求。3.5轴的设计计算3.5.1轴的强度计算（1）按扭转强度计算用于： 只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算 结构设计前按扭矩初估轴的直径dmin对于一个圆截面的实心轴,其具有较高的抗扭力和能力的条件是: 强度条件 T=TWT=9.55×106Pn0.2d3T 设计公式 d5×9.55×106PTn=A0Pn轴上宽度设置每当有两个放小键槽时:一个放大键槽轴径:一个放小键槽:35%两个缩小键槽:710% 取标准值（2）根据弯扭合成的强度来计算旋

40、转轴承需要同时保证能够正确承受最大扭矩和弯曲,必须根据二者的扭矩组合度和强度关系来进行计算。通常把一个轴承轮毂当作一个安装放在铰链式轴承支座上的轴承横梁,作用于连接轴承上各个不同零件的轴承力量主要来自于作为一个轴的集中力,其主要作用点在于可以变换取为各个不同零件的轴承轮毂长和宽度。具体流量计算使用方法及操作步骤由本列表说明如下:画出了轴的空间动力学关系曲线;(可以分解成为水平面部件的分力与垂直面部件的分力) 计算水平面和垂直面上的弯矩并作出弯矩图； 计算合成弯矩M并作出弯矩图； 计算转矩M T并作出转矩图； 计算当量弯矩M，绘出当量弯矩图； 依靠当量弯矩图寻找出危险的横截面,进行对该轴的强度测

41、量和校正10。（3）按轴的刚度计算轴的弯曲刚度校核计算轴的弯曲刚度可用挠度 y 和偏转角为单位进行测量。对于一个发射光轴,可以直接通过利用发射材料偏心动力学的两个公式函数来精确计算它们的偏心挠度或偏心的转角。对于一个阶梯轴,可以把它们转化成一个当量是直径的发射光轴后,来计算它们的挠度或相反方向的偏转角。轴的弯曲偏向刚度定义条件其中定义的称为弯曲挠度条件yy偏向旋转角,y和分别为轴的许用挠度及许用偏转角。轴的扭转刚度校核计算轴的扭转刚度是用扭矩和旋转角的公式来衡量。轴的最大扭转刚度的条件是 3.5.2确定许用应力上面已经确定轴的材料为Q235钢，抗拉强度b=410MPa，弯曲疲劳强度-1=180

42、MPa,-1b=40MPa3.5.3估算轴的基本直径取A=100dA(P1/n1)1/3 =110×2.771381/3 =110×0.12=13.1mm考虑有键槽，将直径增大5%，则:d1=13.1mm×(1+5%)mm=13.75mm选d1=14mm3.5.4轴的结构设计确定轴各段直径和长度I段：d1=14mm   长度的选择大小主要取决于一个联轴器的整体结构及其需要安装的零部件的所在位置，根据各种联轴器的长度计算工作方式可以进行长度选择，选取YL6型Y型凸缘联轴器L1=30mm。II段:d2=d1+2h=14mm2×0.07d1 =14m

43、m2×0.07×14mm =16.96mmd2=18mm L2=32mmIII段直径d3=d2+2h=18mm2×0.07d2 =18mm+2×0.07×18mm =20.52mm 取d3=20mm初选用6204型深沟球轴承，其内径为20mm,宽度为14mm。 L3=24段直径d4=d32h=20mm2×0.07d2 =20mm2×0.07×20mm =23.8mm  取d4=25mmL4=L大齿轮+L套筒-1mm=30+21-1mm=50mm段直径d5=d4+2h=25mm+2×0.

44、07d4=28.5mm取d5=30mmL5=27mm段直径d6=d5+2h=30mm+2×0.07d5=38.2mm取d6=40mmL6=20mm段直径由于这里有齿轮存在。因此取d7=25mmL7=28mm段直径由于这里使用了6204深沟球轴承。因此取d8=20mmL8=26mmL=30+32+24+50+27+20+28+26mm=237mm按弯矩复合进行强度计算A 求分度圆直径：已知d2=240mmB 求转矩：已知T2=9550×P/ n=191.692N.mC 求圆周力：FtFt=2T2/d2=2×191692N.mm/240mm=1597.4ND 求径向力

45、FrFr=Ft·tan=1597.4N×tan200=581.5NE 因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=70mm传动轴4 齿轮的设计齿轮机械传动中的机械副系统是一种在我国现代工业机械传动中,最重要的、应用最为广泛的一种新型机械传动系统结构,他通过传动齿轮副之间的相对运动关系来直接传递机械运动和控制动力,具有结构紧凑、效率高、工作可靠、寿命长、传动比准确,适用于传动速度快和控制传动范围宽等多大优势。4.1齿轮传动的分类和特点 4.1.1齿轮传动的类型（1）根据不同传动齿轮轴的不同相对传动位置:选择平行旋转轴传动齿轮旋转传动、相交旋转轴传动齿轮旋转传动、交错旋转轴传动齿轮旋

46、转传动（2）按工作条件： 开式滑动齿轮完全不能外露,易滑动掉落杂物灰尘和任何碎屑杂物,不能在工作过程中不能保证良好的滑动润滑,轮齿容易断裂发生松动磨损,多场合适用于各种低速、不重要的机械应用工作场合; 半开式的润滑油池一般装有简单的润滑保护罩,有时甚至可能会把大型柴油齿轮机所组成的部分直接用水浸泡在开式油池中,比开式液力传动机的润滑好些,但仍然由于不能严格地准确防止油池灰尘及其他有害杂物直接浸泡,多被广泛应用于各种小型农业、建筑和民用工程机械以及简易的通用机械设备; 齿轮全封闭式是将齿轮和传动轴承完全密实均匀地滑动封闭于箱体内,能够有效确保良好的箱体润滑性和较高的齿轮啮合传动精度,应用广泛。多

47、向轴适用于各种大型汽车、机床和民用航空器的引擎以及风力发电机等机械齿轮轴的传动。4.1.2齿轮传动的特点优点：传动效率高 传动比恒定 结构紧凑 工作可靠、寿命长缺点：齿轮的制造、安装对精度的要求比较高；不能满足齿轮的中心间距较大两轴之间的传动；在使用上的维护成本比较高；当精度低时,振动和噪音比较大11。 4.2齿轮传动的主要参数与基本要求齿轮的传动应该必须满足两个基本条件:传动均匀；承受的运转能力较好。在关于齿轮的技术设计、生产和应用技术开发科研中,有关于牙轮齿廓运动曲线、齿轮的运动强度、制造工艺精确性、加工工艺方式以及关于齿轮的流体热处理工艺技术等,基本上都已经是紧紧地紧密围绕着这两个基本的

48、技术要求体系来进行实施的。齿轮传动的主要参数（1）模数m所以设计一个齿轮的分度圆主要目的就是把它们作为设计的基准,以此来确定齿轮各个组成部分的尺寸。齿轮分度圆的周长 c = d = zp ,于是我们可以推导出齿轮分度圆的直径 d = zp /,模数就是觉得一个齿轮有多长直径的因素。（2）传动比i和齿数比u在一对齿轮中，设主动轮转速n主、齿数Z主，从动轮转速n从、齿数Z从，则传动比i通常可表示为i=n主n从=Z从Z主在一对齿轮中，若设小齿轮齿数Z1，大齿轮齿数为Z2，则齿数比u=Z2Z11显然，在减速运动中u=i，在增速运动中u=1i。（3） 中心距a 其中心点距 a 是采用圆柱形齿轮作为传动机

49、械的一个特征大小尺寸,也是其中最重要的几何学测量参数。在设计中我们应该注意保持取值的简洁和整齐,并尽可能多，并尽量避免有小数。（4）齿宽系数b齿宽系数体现了齿轮的宽度和径向尺寸在齿轴上的比率关系。齿宽系数 b 的定义和取得值大小会直接决定齿轮传动的结构布局和传动质量,因而这个值也是齿轮机械学设计过程中的主要参数之一。4.3齿轮传动的失效形式 齿轮打折;轮齿的折断通常分为两种类型的情况:一种是因为多次重复的弯曲应力和应力的集中而导致轮齿疲劳性地折断;另外一个就是因为突然性地产生了严重的过载或者是冲击物体在载荷上的作用而导致的过载打折。 齿轮表面点蚀:由于当一个轮齿正常运动工作时,前面的两个啮合点

50、中心位置在交变力和接触应力的多次反复运动作用下,在一个较远或靠近的小节点啮合线的齿面上常常会同时发生若干个微型的小节点裂纹。 齿面胶合;在高速和重载下的齿轮传动中,牙面询问的是由于压力较大、气温升高、润滑效果较差,当瞬时的温度超出一定范围时,将会导致使两个齿面之间局部发生熔融和金属交替粘连,当两个齿面之间做相对移动时,黏附的地方会被撕裂,从而导致齿面上沿着一定的滑动方向产生带状或者是大面积的损坏12。 齿面直接打磨;由于当啮合轮齿在直接啮合运动过程中,由于相对摩擦力的直接滑动,特别多的是当啮合外界空气中的硬质金属微粒直接滑动进入啮合到与其他啮合轮齿工作面之间时,会直接滑动造成啮合轮齿整体表面的

51、严重磨损。当传动齿轮表面逐步受到磨损后,齿面上就会逐渐丧失正确的受力位置和传动齿型,严重的话就可能会直接导致传动轮齿太薄而被应力打折,齿面的逐步磨损也就已经成为了开式汽车齿轮动力传动的一种主要不良系统失效。 齿表面可塑性变形。硬度相对较低的柔软齿面传动牙轮,在低速运行中重载时,由于齿面传动压力太大,在摩擦力的作用下,齿面上的金属会产生可塑性的流动而使传统齿形失去。提高齿面的硬度与采用黏性比较高的润滑油,都是为了帮助防止或缓解齿面可塑性的变形。4.4齿轮的参数计算高速级齿轮传动的设计计算 齿轮材料，热处理及精度鉴于此类减速器的传动功率和现场所需安装位置的限制,因而大小型减速器齿轮均选择了硬齿面上

52、的渐开式直线斜齿轮材料：高速级小齿轮选用Q235钢，齿面硬度小于165HBS，取小齿齿数=22。 高速级大齿轮选用Q235钢，齿面硬度小于165HBS ，Z2=i×Z1=2×22=44。 齿轮精度：按GB/T10095.1，选择7级。 初步设计齿轮传动的主要尺寸确定各参数的值:试选=1.6查课本图10-30 选取区域系数 Z=2.45由课本图10-26 =0.86 =0.90则=0.86+0.90=1.76查课本 10-19图得：K=0.93 K=0.96齿轮的疲劳强度极限取失效概率为1%,安全系数S=1,应用公式10-12得:=0.93×960=892.8 =0

53、.96×960=921.6 许用接触应力 =892.8+921.6/2=907.2MPa查课本由表10-6得： =188MP 选取齿宽系数 0.558 T=95.5×10×=95.5×10×2.55/10.15=239.92×10N.M 设计计算小齿轮的分度圆直径d=64.41模数：m=d1/z1=64.41/22=2.93mm根据课本P130表10-2 取标准模数：m=3mm分度圆直径d1=mz1=3×22=66mm     d2=mz2=3×44=132mm传动

54、中心距  a=m(z1+z2)/2=3(22+44)/2=99mm验算齿轮圆周速度  V齿=3.14d1n1/60×1000=3.14×66×960/60×1000=3.32m/s使用系数=1.1根据v=0.67m/s,7级精度，查表得动载系数K=1.00齿向载荷分布系数 KH=1.245齿间载荷分布系数 KH=1.00故载荷系数:KKAKVKK =1.1×1.0×1.245×1.0=1.3695 齿根弯曲疲劳强度设计F=(2kT1/d1mb)YFS1F1确定有关参数和系数许用弯曲应力FPF1= 0.7F

55、lim1 =709.2Mpa F2= 0.7Flim2 =709.2Mpa齿轮1复合齿形系数 =4.30498齿轮1应力校正系数 =1.56256齿轮2复合齿形系数 =4.01577齿轮2应力校正系数 =1.69048端面重合度 =1.64604计算两轮的许用弯曲应力F1=(2kT1/d1mb)YFS1=168.3MpaF1F2=(2kT1/d1mb)YFS2=157MpaF2小齿轮材料为Q235钢接触强度极限应力 Hlim1=960.0MPa齿轮1接触疲劳强度许用值 H1=1050.9MPa大齿轮材料为Q235钢齿轮2接触强度极限应力 Hlim2=960.0MPa齿轮2接触疲劳强度许用值 H

56、2=1050.9MPa计算模数 =2.42对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=3mm但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=64.41来计算应有的齿数.于是由:= 21.47 取 z1=21那么z2=2×21=42几何尺寸计算计算中心距：a=96.013mm将中心距圆整为98mm因此齿轮为圆柱直齿齿轮,故参数,等不必修正.计算大、小齿轮的分度圆直径=63mm=126mm因实际条件限制，圆整后d1=64mm d2=130mm齿轮参数和几何尺寸总结： 小齿轮 大齿

57、轮齿数模数压力角齿顶高系数顶隙系数齿距齿厚齿槽宽齿根高齿顶高分度圆直径齿高基圆直径齿顶圆直径齿根圆直径中心距大齿轮小齿轮5 轴承的设计5.1轴承种类的选择轴承在机械中广泛应用的部分零件之一,它的功能和作用主要包括支撑着机器在运动时的旋转体,降低了机器在运动时的摩尔系数,并有效地保证了其回转的准确性。轴承的质量及其使用寿命和轴承的工作性能,不仅依赖于轴承本身的生产制造精度,还和其他轴承部件的连接孔与轴尺寸精度、形位精度和轴表面的粗糙度、正确选用和安装方法有着紧密的联系。尤其是在工作中怎样正确合理地选用轴承的搭接,对于提高轴承的寿命,保证整个机器的正常工作至关重要。（1） 轴承精度等级滚动精度轴承

58、的额定精度范围可以依次划分分别为根据大小不同尺寸的滚动精度和不同旋转方向轴承的滚动精度。精度标准级别已经开始进行了首次标准化,划分分别为0级、6x级、6级、5级、4级、2级六个精度级别。精度由0级提高开始依次提高进行逐级提高,对于普通用途0级精度己经可说是精度足够,但在较为复杂的使用情况和特殊场合下,还是可能需要5级或者更高。（2） 滚动轴承配合选择 配合的选择由于轴承的内径和外径的大小都是从国家标准中进行选取的,而对于轴承的内圈、外围轴、座孔之间的配套松紧程度也只能靠着控制公差大小来改变。滚动轴承的内圈和轴的配合一般都会使用基孔制,轴承的外圈和座孔一般都会使用基轴制。在正确地选择轴承时,必须

59、要知道实际工况下负载大小和工作的实际条件,而知道这些条件是很困难的。因此，多数情况是通过使用精度来选择配合的。 负荷大小套圈与轴（或外孔）间的过盈量取决于负载的大小，当负载较大时选择较大的过盈量，当负载较小时选择较小的过盈量。通常将当量径向负载分成“轻”、“正常”、“重”型负载三种情况。 负载性质在选取配合时首先要考虑到的是负载矢量相对于套圈旋转。按照套圈中合成的径向负载矢量相对于套圈的旋转运动情况,套圈中所要承受的径向负载大致可以划分为:固定式负载、旋转式负载、摆动式负载。 1.固定负载作用于支承套圈上的一个径向压力负载,由装在套圈支承轨道上的径向局部运动区域对其进行压力承受,并向其传递压力到支承轴或者也就是装在轴承座上的一个相应径向局部运动区域。特点:合成的径向负载向量和套圈相对于静止,承受定向负载时套圈间可以选择较松紧的配置。2.旋转负载作用于套圈上的合成径向负载，沿滚道圆周方向旋转，依次负载于各部位。特点:每当合成套筒负载的传动向量与合成套圈相对方向旋转,承