005 - 设计示例(参考)

一、齿轮传动的设计设计此带式输送机减速器的高速级齿轮传动，输入功率P=5.28kw，小齿轮转速n1=320r/min，输出转速n2=？，齿轮传动比i=4.19，由电动机驱动，工作寿命5年（设每年工作300天），三班制，带式输送机平稳传动，转向不变。（1）选择齿轮材料及精度等级大、小齿轮均选软齿面。小齿轮的材料选用40Cr调制，齿面硬度为280HBS，大齿轮选用45钢调制，齿面硬度为250HBS。两者硬度差30HBS。齿轮精度初选8级。由图6-27c中碳钢调质或正火图线小齿轮280HBW查得σHlim1=770MPa；大齿轮250HBW查得σHlim2=610MPa；许用接触应力〔σH1〕=0.9σHlim1=0.9×770MPa=693MPa；〔σH2〕=0.9σHlim2=0.9×610MPa=549MPa；取两式计算中的较小值,即[σH]=549Mpa。由图6-29c中碳钢调质或正火图线小齿轮280HBW查得σFlim1=310MPa；大齿轮250HBW查得σFlim2=240MPa；许用弯曲应力〔σF1〕=0.7σFlim1=0.7×310MPa=248MPa；〔σF2〕=0.7σFlim2=0.7×240MPa=192MPa。（2）按齿面接触疲劳强度设计计算按式6-9计算小轮分度圆直径确定各参数值：小齿轮名义转矩T1T1=9.55×106×P/n1=1.5758×105N·mm由表6-7查得电动机驱动,平稳传动，取K=1.2查表6-8，因单级齿轮传动为对称布置，而齿轮齿面又为软齿面，选取Ψd=1。于是（3）确定齿轮的参数，计算主要尺寸小齿轮的齿数取为Z1=24。则大齿轮齿数Z2=z1×i=24×4.19=100.56，取Z2=100计算模数m=d1/z1=2.7172mm，取标准值m=3计算主要传动尺寸d1=72mmd2=300mma=186mmb=ψdd1=72mm，取b2=72mmb1=b2+(5～10）mm=77～82mm，取b1=77mm（4）按齿根弯曲疲劳强度校核计算Z1=24，Z2=100，由图6-28查得复合齿形系数YFS1=4.25,YFS2=3.98小轮分度圆直径d1=mz1=72mm;齿轮啮合宽度b=Ψdd1=72mm由式（6-10）校核齿根弯曲疲劳强度计算得σF1＜〔σF1〕σF2＜〔σF2〕故满足齿根弯曲疲劳强度要求。（5）验算初选精度等级是否合适齿轮的圆周速度V由此可知，圆周速度为1.206m/s，小于6m/s，对照表6-5可知选择8级精度合适。由表6-5可知，选8级精度是合格的。〔σHF1〕=549Mpa〔σF1〕=248Mpa〔σF2〕=192MpaZ1=24Z2=100m=3d1=72mmd2=300mmb2=57mma=186mmb1=77mmb2=72mmYFS1=4.25YFS2=3.98V=1.206m/s8级精度＜〔σ＜〔σF1〕二、轴的设计（参考P228页例11-2）高速轴1的设计：1、已知高速齿轮轴的输入功率P1=5.28kw，转速n1=320r/min；齿轮传动主要参数：传动比i=4.19，中心距a=186mm，小齿轮分度圆直径d1=72mm；齿宽b1=77mm，b2=72mm。按要求设计高速轴1.解：拟定轴上零件装配图方案见图。确定轴上零件的定位和固定方式。按扭转强度估算轴的直径。选45钢，高速轴的输入功率P=5.28kw，转速n1=320r/min。可得：d=A=(107~118)×0.255=(32.077~26.22)mm根据轴向定位的要求确定轴的各段长度和直径=1\*GB3①从飞轮向左去第一段，由于联轴器处有键槽，轴径应增加5%，取d=32mm，所以该段直径d=34mm。=2\*GB3②左起第二段，考虑联轴器的定位和安装密封圈的需要，取定位轴肩高h=(0.07~0.1)d1，故取d2=40mm=3\*GB3③左起第三段，该段安装轴承，为便于装拆应取d3>d2，且与轴承的内径标准系列相符，故取d3=45mm初选轴承型号为6009型，查表附表可知，B=16mm。D=75mm。取该轴段直径为d3=45mm.=4\*GB3④左起第四段；此段轴与齿轮连接，直径尽可能采用推荐的标准系列值，但轴的尺寸不宜取的过大。取d4=48mm。=5\*GB3⑤左起第五段为轴环；考虑右边轴承的拆卸以及齿轮的定位和固定，取轴径d5=55mm。=6\*GB3⑥左起第六段；同一轴上轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承型。故d6=d3=40mm各州段直径汇总：轴段d1d2d3d4d5d6直径mm3440454855452、各轴段长度的计算：为保证齿轮固定可靠，轴段④的长度应略短于齿轮轮毂的长度（设齿轮轮毂长与齿宽b相等，为77mm），取L4=75mm。为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，应留一定间隙，取两者间距为15mm，为保证轴承含在箱体轴承孔内，并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁距离为5mm（图示为油润滑，如为脂润滑应取大些），故轴段⑤长度为L5=（15+5）mm=20mm。根据轴承内圈宽度B=16mm，故取轴段⑥L6=30mm。因两轴承相对齿轮对称，故取轴段③L3=（2+20+16）mm=38mm；为保证联轴器不与轴承端盖联接螺钉相碰，并使轴承盖拆卸方便，联轴器左端面与端盖间应留适当的间隙，再考虑箱体和轴承端盖的尺寸取定轴段②的长度，经查《机械零件设计手册》，取L2=40mm；根据联轴器轴孔长度L1＇=84mm,（见《机械零件设计手册》，本题选用凸缘联轴器，型号为TL7,J型轴孔），取L1=82mm。名称L1L2L3L4L5L6长度mm824038752030总长度：L=285mm。两轴承之间的跨距L：因深沟球轴承的支反力作用点在轴承宽度的中点，故两轴承之间的跨距L=（77+20×2+16）mm=133mm。轴II，低速轴的设计1、已知低速齿轮轴的输入功率P=P1·η轴承·η齿轮=5.28×0．99×0.97kW=5.09kWP，转速n2=76.37r/min；齿轮传动主要参数：传动比i=4.19，中心距a=186mm，大齿轮分度圆直径d2=300mm；齿宽b1=77mm，b2=72mm。按要求设计低速轴II。（1）拟定轴上零件装配图方案见图（2）确定轴上零件的定位和固定方式（3）按扭转强度估算轴的直径选45钢，高速轴的输入功率P2=5.09kw，转速n2=76.37r/min。可得：d=C=(107~118)×0.4049=(41.7~51.01)mm虑该轴段上有一个键槽，故应将直径增大4%，；轴段安装联轴器，应取对应的标准直径系列值，取d1=45mm。(4)、根据轴向定位的要求确定轴的各段长度和直径=1\*GB3①从飞轮向左去第一段，该段直径为最小直径，d=45mm。=2\*GB3②右起第二段，必须符合轴承密封原件的要求，取d2=50mm，取定位轴肩高h=（0.07～0.1）d1=3\*GB3③右起第三段，该段装滚动轴承，为便于装拆应取d3>d2，且与轴承的内径标准系列相符，故取d3=55mm（轴承型号为6311，查表附表可知，B=16mm。D=80mm。=4\*GB3④右起第四段；此段轴与通过键连接齿轮，此直径尽可能采用推荐的标准系列值，但轴的尺寸不宜取的过大，故取d4=56mm=5\*GB3⑤右起第五段；为轴环，考虑左面轴承的拆卸以及右面齿轮的定位和固定，取轴径d5=65mm=6\*GB3⑥右起第六段；取与轴段3同样的直径，即d6=55mm。同一轴上轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承型。各轴段直径汇总：轴段d1d2d3d4d5d6直径mm4550555665552、各轴段长度的计算：为保证齿轮固定可靠，轴段④的长度应略短于齿轮轮毂的长度（设齿轮轮毂长与齿宽b相等，为72mm），取L4=70mm。为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，应留一定间隙，考虑两个齿轮的宽度差为5mm，取小齿轮至箱体内壁的距离18mm，为保证轴承含在箱体轴承孔内，并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁距离为5mm（图示为油润滑，如为脂润滑应取大些），故轴段⑤长度为L5=（18+5）mm=23mm。根据轴承内圈宽度B=16mm，故取轴段⑥L6=30mm。因两轴承相对齿轮对称，故取轴段③L3=（38+2）mm=40mm；为保证联轴器不与轴承端盖联接螺钉相碰，并使轴承盖拆卸方便，联轴器左端面与端盖间应留适当的间隙，再考虑箱体和轴承端盖的尺寸取定轴段②的长度，经查《机械零件设计手册》，取L2=40mm；根据1段与联轴器连接，根据该段直径d1=45mm，转矩为887.6NM,选择弹性联轴器:（GB/T5014-2003）型号：HL4参数：公称扭矩：1250NM;轴孔直径：45mm；轴孔长度：112mm；D=195mm；质量：22kg；转动惯量：3.4kg/M所以选取该段轴的长度为：L1=116mm。名称L1L2L3L4L5L6长度mm1164040702330总长度：L=319mm。三、滚动轴承的选择根据初算轴径，考虑轴上零件的轴向定位和固定，假设选用深沟球轴承，查表可估选出装轴承处的轴径及轴承型号，见下表：轴号装轴承处的轴径轴承型号I高速轴40mm滚动轴承6008GB/T276-93I低速轴50mm滚动轴承6010GB/T276-93滚动轴承6008GB/T276-93参数：内圈内径：40mm外圈外径：68mm轴承宽度：15mm基本额定：Cr=17.0KnC0=11.8Kn滚动轴承6010GB/T276-93参数：内圈直径：50mm外圈外径：80mm轴承宽度：16mm基本额定：Cr=22.0KnC0=16.2Kn四、平键的连接的选择和计算I轴与飞轮传动接触的键=1\*romani的选择：轴直径：34mm根据轴的直径，依据《机械设计基础》表11-6普通平键和键槽的尺寸（摘自GB/T1095-2003，GB/T1096-2003）选择平键：圆头普通平键（A）型10x80GB/1095-2003键1的尺寸：b=10mm；h=8mm；C或r=0.4~0.6；键长L=80mm键1槽：t=5.0mm；t1=3.3mm半径r=0.25~0.4I轴与小齿轮接触的键=2\*romanii的选择：轴的直径：42mm根据轴的直径，依据《机械设计基础》表11-6普通平键和键槽的尺寸（摘自GB/T1095-2003，GB/T1096-2003）选择平键：圆头普通平键（A）型12x65GB/1095-2003键2的尺寸：b=12mm；h=8mm；C或r=0.4~0.6；键长L=65mm键2槽：t=5.0mm；t1=3.3mm半径r=0.25~0.4II轴与大齿轮接触的键=3\*romaniii的选择轴的直径：55mm根据轴的直径，依据《机械设计基础》表11-6普通平键和键槽的尺寸（摘自GB/T1095-2003，GB/T1096-2003）选择平键：圆头普通平键（A）型16x65GB/1095-2003键2的尺寸：b=16mm；h=10mm；C或r=0.4~0.6；键长L=59mm键2槽：t=6.0mm；t1=4.3mm半径r=0.25~0.4II轴与联轴器接触的键=4\*romaniv的选择轴的直径：45mm根据轴的直径，依据《机械设计基础》表11-6普通平键和键槽的尺寸（摘自GB/T1095-2003，GB/T1096-2003）选择平键：圆头普通平键（A）型16x65GB/1095-2003键2的尺寸：b=16mm；h=9mm；C或r=0.4~0.6；键长L=90mm键2槽：t=5.5mm；t1=3.8mm半径r=0.25~0.4五、键强度的校核联接中轮毂材料的强度最弱，由表可以查得键的工作强度强度计算由公式可得：由公式可得：键名键=1\*romani键=2\*romanii键=3\*romaniii键=4\*romaniv键的有效长度/mm70534374ᵟp0.03530.37750.09620.0667许用挤压应力【ᵟ】100100100100许用压强【p】100100100100由表计算结果得，都满足强度和挤压要求。六、齿轮的结构设计（参考）小齿轮结构设计：小齿轮齿根圆直径：df1=64.5mmI轴齿轮处直径d=42mm轴槽深度：d=42-5=37mm；轮毂毂槽深=42+3.