二級(jí)分流式圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)論文

目 錄 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書 1 二、傳動(dòng)方案的擬定及說明 3 三、電動(dòng)機(jī)的選擇 3 四、計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 4 五、齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 5 六、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 15 七、滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算 26 八、鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算 28 九、聯(lián)軸器的選擇 29 十 、 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 30 十一、減速器附件的選擇 31 十二、潤滑與密封 32 十三、設(shè)計(jì)總結(jié) 33 附、參考資料目錄 33 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 1 一、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 題目：設(shè)計(jì)一用于帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置中的二級(jí)分流式圓柱齒輪減速器 1.總體布置簡圖 1 電動(dòng)機(jī)； 2 聯(lián)軸器； 3 齒輪減速器； 4 聯(lián)軸器； 5 帶式運(yùn)輸機(jī)； 6 鼓輪 2.工作情況： 載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn) 3.原始數(shù)據(jù) 運(yùn)輸帶拽引力 F（ N）： 1900N 滾筒直徑 D（ mm）： 350 使用年限（年）： 5 工作制度（班 /日）： 2 4.設(shè)計(jì)內(nèi)容 1. 電動(dòng)機(jī)的選擇與運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算； 2. 斜齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 2 3. 軸的設(shè)計(jì) 4. 滾動(dòng)軸承的選擇 5. 鍵和聯(lián)軸器的選擇與校核； 6. 減速器附件的選擇 7. 潤滑與密封 8. 裝配圖、零件圖的繪制 9. 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的編寫 5.設(shè)計(jì)任務(wù) 2 減速器總裝配圖一張 3 悶蓋、低速軸零件圖各一張 4 設(shè)計(jì)說明書一份 6.設(shè)計(jì)進(jìn)度 1、 第一階段：總體計(jì)算和傳動(dòng)件參數(shù)計(jì)算 2、 第二階段：軸與軸系零件的設(shè)計(jì) 3、 第三階段：軸、軸承、聯(lián)軸器、鍵的校核及草 圖繪制 4、 第四階段：裝配圖、零件圖的繪制及計(jì)算說明書的編寫 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 3 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 二、傳動(dòng)方案的擬定及說明 由題目所知傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型為：分流式二級(jí)圓柱齒輪減速器。故只要對(duì)本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析論證。 本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：一般為高速級(jí)分流，且常采用斜齒輪；低速級(jí)可用直齒輪或人字齒輪，本次設(shè)計(jì)采用低俗級(jí)直齒輪。齒輪相對(duì)于軸承為對(duì)稱布置，沿齒寬載荷分布較均勻。減速器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，常用于大功率，變載荷場合。 三、電動(dòng)機(jī)的選擇 1 電動(dòng)機(jī)類型 和結(jié)構(gòu)的選擇 因?yàn)楸緜鲃?dòng)的工作狀況是：載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn)。所以選用常用的臥式封閉型 Y（ IP44）系列的電動(dòng)機(jī)。 2 電動(dòng)機(jī)容量的選擇 1） 工作機(jī)所需功率 Pw Pw 1000Fv=3.04kW 2) 電動(dòng)機(jī)的輸出功率 Pd Pw / 3221 2 3 4 1為聯(lián)軸器效率： 1 0.99 （彈性柱銷聯(lián)軸器） 2為齒輪嚙合效率：2 0.97 3為滾動(dòng)軸承效率： 3 0.99 4為滑動(dòng)軸承效率：4 0.98 （潤滑良好） 故 0.85 = 則 3 . 5 8PwP d k W 按表 20 1 2 確定電機(jī)額定功率 4Ped kW Pw 3.04kW 0.85 3 .5 8Pd kW 4Ped kW 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 4 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 初選為同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min 的電動(dòng)機(jī) 4電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定 由表 20 12 查出電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y132M1-6,其額定功率為4kW，滿載轉(zhuǎn)速 960r/min?；痉项}目所需的要求。 四、計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及其分配 1 計(jì)算總傳動(dòng)比 由電動(dòng)機(jī)的 滿載轉(zhuǎn)速dn和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速wn可確定傳動(dòng)裝置應(yīng)有的總傳動(dòng)比為： 1 0 .9 8dwni n 1 0 0 0 6 0d vn D 87.4 / m inr 2 合理分配各級(jí)傳動(dòng)比 由于減速箱是分流式布置，所以12(1 .1 1 .5 )ii，且雙級(jí)圓柱減速器每一級(jí)的傳動(dòng)比推薦值為 i 3 6，取高速級(jí)傳動(dòng)比1 3.66i ，低速級(jí)傳動(dòng)比2 3i 3. 各軸轉(zhuǎn)速 1 9 6 0 / m i ndn n r 2 1 1/ 2 6 2 . 3 / m i nn n i r 3 4 2 2/ 8 7 . 4 / m i nn n n i r 4. 輸入功率 按電動(dòng)機(jī)額定功率edP計(jì)算各軸輸入功率，即 0 4edP P kW 113 .9 6dP P kW 22 1 2 3 3 . 6 9P P k W 3 2 2 3 3 . 5 4P P k W 10.98i dn=87.4 /minr 1 3.66i 2 3i 1 9 6 0 / m innr 2 2 6 2 .3 / m i n 3 8 7 .4 / m innr 4 8 7 .4 / m innr 0 4P kW 1 3.96P kW 2 3.69P kW 3 3.54P kW 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 5 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 4 3 3 1 3 . 4 7P P k W 5. 各軸轉(zhuǎn)矩 0 0 09 5 5 0 / 3 9 . 7 9T P n N m 1 1 19 5 5 0 / 3 9 . 3 9T P n N m 2 2 29 5 5 0 / 1 3 4 . 3 5T P n N m 3 3 39 5 5 0 / 3 8 6 . 8 1T P n N m 4 4 49 5 5 0 / 3 7 9 . 1 6T P n N m 五 、齒輪 傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 （一） .高速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 0） 材料及熱處 理； 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS， 大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS， 二者材料硬度差為 40HBS。 1） 精度等級(jí)選用 7 級(jí)精度； 2） 試選小齒輪齒數(shù)1 24Z ，大齒輪齒數(shù) 2 1 1 2 4 3 . 6 6 8 7 . 8Z Z i ，取2 88Z 3） 選取螺旋角。初選螺旋角 14 2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 按式（ 10 21）試算，即 td 23 2 1t HEdHKT ZZuu 0） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （ 1）試選 1.6tK ； （ 2） 由圖 10 30【 1】選取區(qū)域系數(shù) 2.433HZ (3)由表 10 7【 1】選取尺寬系數(shù) 1d 4 3.47P kW 0 3 9 .7 9T N m 1 3 9 .3 9T N m 2 1 3 4 .3 5T N m 3 3 8 6 .8 1T N m 4 3 7 9 .1 6T N m 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 6 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 （ 4） 轉(zhuǎn)矩1T=39.39 Nm （ 5） 由圖 10 26【 1】查得1 0.78 ，2 0.88 ，則12 1 . 6 6 ，由表 10 6【 1】查得材料的彈性影響系數(shù) 121 8 9 .8EZ M P a （ 6） 由圖 10 21d【 1】按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限lim1H 600MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限lim2H 550MPa； （ 7） 由式 10 13【 1】計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 1160 hN n jL 91.382 10 921 / 3 . 6 6 0 . 3 7 8 1 0NN （ 8） 由圖 10 19 【 1】查得接觸疲勞壽命系數(shù)1HNK 0.94；2HNK 0.95 （ 9） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1，安全系數(shù) S 1，由式（ 10 12）【 1】得 1 l i m 11 5 6 4H N HH K M P aS 2 l i m 22 5 2 2 . 5H N HH K M P aS 12 5 4 3 . 2 52HHH M P a 1） 計(jì)算 （ 1） 試算小齒輪分度圓直徑1td 1td 3 21 12 HEHdt ZZuuTK =41.18mm =1.66 1N 91.382 10 2N= 90.378 10 1H 564MPa 2H=522.5MPa 5 4 3 .2 5H M P a 1 4 1 .1 8td mm 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 7 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 （ 2） 計(jì)算圓周速度 v = 1160 1000tdn2.07 /ms （ 3） 計(jì)算齒寬 b 及模數(shù)ntm 1dtbd=41.18mm 11c o s 4 1 . 1 8 c o s 1 4 1 . 6 6 524tntdmZ mm 2 .2 5 3 .7 5nthmmm /bh =10.98mm （ 4） 計(jì)算縱向重合度 10 . 3 1 8 t a nd Z =1.903 （ 5） 計(jì)算載荷系數(shù) K 已知載荷平穩(wěn)，所以取AK=1 根據(jù) v = 2.07 /ms ,7 級(jí)精度，由圖 10 8【 1】查得動(dòng)載系數(shù)vK=1.085； 由表 10 4【 1】查的HK的計(jì)算公式和直齒輪的相同， 故 231 . 1 2 0 . 1 8 0 . 2 3 1 0HdKb 1.31 由表 10 13【 1】查得FK=1.27 由表 10 3【 1】查得HFKK=1.2。故載荷系數(shù) 1 . 7 0 6A V H HK K K K K （ 6） 按實(shí)際 的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（ 10 10a）得 1d= 31 / tt KKd=42.06mm v = 2.07 /ms b 41.18mm ntm=1.665mm h 3.75mm /bh=10.98mm 1.903mm HK 1.31 K =1.706 1d=42.06mm 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 8 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 （ 7） 計(jì)算模數(shù)nm 11c o s 1 . 7 0ndm Z mm 3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式 (10 17)【 1】 nm 231212 c o s F a S adFK T Y YYz 0） 確定計(jì)算參數(shù) （ 1） 計(jì)算載荷系數(shù) A V F FK K K K K=1.654 （ 2） 根據(jù)縱向重合度10 . 3 1 8 t a nd Z =1.903，從圖 10 28【 1】查得螺旋角影響系 數(shù) Y 0.88 （ 3） 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) 11 3 2 6 . 2 7c o sV ZZ 22 3 9 6 . 3 3c o sV ZZ （ 4） 查取齒型系數(shù) 由表 10 5【 1】查得1FaY 2.592 ； 2FaY 2.187 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 10 5 查得2SaY=1.596；2SaY=1.786 （ 5） 計(jì)算 F 取失效概率為 1，安全系數(shù) S 1.4，由式（ 10 12）【 1】得 1 l i m 11 3 1 6 . 1FNF K M P aS nm=1.70mm K =1.654 1VZ 26.27 2VZ=96.33 1F 316.1MPa 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 9 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 2 l i m 22 2 4 7FNF K M P aS 上式中1FNK，2FNK由圖 10 19 【 1】查得 1FNK 0.885；2FNK 0.91 （ 6） 計(jì)算大、小齒輪的 FSaFaYY并加以比較 1 11F SaFaYY=0.013087 2 22F SaFa YY=0.015814 大齒輪的數(shù)值大。 1） 設(shè)計(jì)計(jì)算 nm 231212 c o s F a S adFK T Y YYz =1.213 由于模數(shù) 太小時(shí)，齒輪分度圓太小，故nm取較大的，取為 nm 2.5 4 幾何尺寸計(jì)算 0） 計(jì)算中心距 1Z 1 cosnd m 16.33，為保證不產(chǎn)生根切取 1Z 20， 則2Z13.66Z 73.2 取2Z 73 中心距 a 122 c o s nZ Z m119.8 a 圓整后取 120m 2) 按圓整后的 a 修正螺旋角 =arc 122 nZ Z ma =14.36 2F=MPa 111Fa SaFYY=0.013087 2 22F SaFa YY=0.015814 nm=2.5mm 1Z 20 2Z 73 a =120mm =14.36 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 10 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 3） 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 11 cos nZmd 51.61mm 22 cos nzmd =188.39mm 4） 計(jì)算齒輪寬度 1dbd=51.61mm 圓整后取 1B=58mm, 2B=52mm 5） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 大齒輪因齒輪齒頂圓直徑大于 160mm，而又小于 500mm，故以選用腹板式為宜。小齒輪則由于齒根圓較小，故制造成齒輪軸的形式。 1d51.61mm 2d188.39mm b 51.61mm 1B=58mm 2B=52mm 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 11 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 （二） .低速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1） 材料及熱處理； 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS， 大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS， 二者材料硬度差為 40HBS。 2） 精度等級(jí)選用 7 級(jí)精度； 3） 試選小齒輪齒數(shù)1 24Z ，大齒輪齒數(shù) 2 1 1 2 4 3 7 2Z Z i ，取2 72Z 2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 按式（ 10 21）試算，即 td 231 12 . 3 2 t EdHKT Zuu 4） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （ 1）試選 1.5tK （ 2） 轉(zhuǎn)矩1T 134.35 Nm (3) 由表 10 7【 1】選取尺寬系數(shù) 1d （ 4 ）由表 10 6 【 1 】查得材料的彈性影響系數(shù)121 8 9 .8EZ M P a （ 5） 由圖 10 21d【 1】按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限lim1H 600MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限lim2H 550MPa； （ 6） 由式 10 13【 1】計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 1160 hN n jL 83.777 10 821 / 3 0 . 7 5 5 4 1 0NN （ 7） 由圖 10 19 【 1】查得接觸疲勞壽命系數(shù)1HNK 0.95；2HNK 0.98 （ 8） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1，安全系數(shù) S 1，由式（ 10 12）【 1】得 1 l i m 11 5 7 0H N HH K M P aS 1 24Z 2 72Z 1N= 83.777 10 82 0 .7 5 5 4 1 0N 1H 570MPa 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 12 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 2 l i m 22 5 3 9H N HH K M P aS 5） 計(jì)算 （ 1） 試算 小齒輪分度圓直徑1td代入中較小值 1td 231 12 . 3 2 t EdHKT Zuu =74.65mm （ 2） 計(jì)算圓周速度 v = 1160 1000tdn= 1.025 /ms （ 3） 計(jì)算齒寬 b 及模數(shù)ntm 1dtbd=74.65mm 113 .1 1tdm Z mm 2 .2 5 7 .0 0hmmm /bh=10.66mm （ 4） 計(jì)算載荷系數(shù) K 已知載荷平穩(wěn)，所以取AK=1 根據(jù) v =1.025 /ms ,7 級(jí)精度，由圖 10 8【 1】查得動(dòng)載系數(shù)vK=1.05；由表 10 3【 1】查的HK的計(jì)算公式 故 231 . 1 2 0 . 1 8 0 . 2 3 1 0HdKb = 1.317 由表 10 13【 1】查得FK=1.275 由表 10 3【 1】查得HFKK=1.2, 故載荷系數(shù) 1 . 7 4 2A V H HK K K K K （ 5） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直 徑，由式（ 10 10a）得 1d = 31 /ttd K K =78.47mm （ 6） 計(jì)算模數(shù) m 113 .2 7dm Z mm 2H 539MPa 1td 74.65mm v 1.025 /ms b 74.65mm m =3.11mm h 7.00mm /bh 10.66mm HK 1.317 K 1.742 1d =78.47mm m 3.27mm 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 13 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 5 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式 (10 17)【 1】 nm 3 1212 Fa SadFYYKTz 0） 確定計(jì)算參數(shù) （ 1） 計(jì)算載荷系數(shù) A V F FK K K K K=1.607 （ 2） 查取齒型系數(shù) 由表 10 5【 1】查得1FaY 2.65； 2FaY 2.236 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 10 5 查得2SaY=1.58；2SaY=1.754 （ 3） 計(jì)算 F 取失效概率為 1，安全系數(shù) S 1.4，由式（ 10 12）【 1】得 1 l i m 11 3 2 5F N FF K M P aS 2 l i m 22 2 4 9 . 7F N FF K M P aS 上式中1FNK，2FNK由圖 10 19 【 1】查得 1FNK 0.91；2FNK 0.92 （ 4） 計(jì)算大、小齒輪的 FSaFaYY并加以比較 1 11F SaFaYY=0.01288 2 22F SaFa YY=0.01571 大齒輪的數(shù)值大。 2） 設(shè)計(jì)計(jì)算 K 1.607 1F 325MPa 2F 249.7MPa 1 11F SaFaYY=0.01288 2 22F SaFa YY=0.01571 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 14 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 將數(shù)據(jù)代入公式可得 m 2.28mm 取標(biāo)準(zhǔn)值 m =2.5mm 按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑1d 78.47mm 6 幾何尺寸計(jì)算 0） 計(jì)算中心距 1Z 1dm=31.4，取1Z 31， 則2Z 3 31 93 中心距 a 122Z Z m =155mm 5） 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 11d Z m=77.5mm 22d Z m=232.5mm 6） 計(jì)算齒輪寬度 1dbd=77.5mm 圓整后取 1B=85mm, 2B=78mm 4） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 大齒輪因齒輪齒頂圓直徑大于 160mm，而又小于 500mm，故以選用腹板式為宜。小齒輪則由于齒根圓較小，故采用實(shí)心式的為宜。 m =2.5mm 1d 78.47mm 1Z 31 2Z 93 a 155mm 1d77.5mm 2d=232.5mm b 77.5mm 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 15 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 六、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1.高速軸 ：由于高速級(jí)小齒輪分度圓較小，故高速軸 I 采用齒輪軸。軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 軸裝配方案如下： 1 初步確定軸的最小直徑 d 30PAn 0A取 118， P =3.98kW ,n 為 960 /minr 故 d 18.9mm,由于電機(jī)的輸出軸為 38mm，該 軸輸入轉(zhuǎn)矩T=39.39Nm ，ca AT K T考慮轉(zhuǎn)矩變化很小，取AK 1.5，故caT 59.09 Nm 查手冊(cè)選用 HL3 型（1L）彈性柱銷聯(lián)軸器 ,該聯(lián)軸器參數(shù)為公稱轉(zhuǎn)矩 T =630 Nm ， L 60mm，最大允許轉(zhuǎn)速為5000 /minr Nm 。 2. 軸上的軸承可選用內(nèi)徑為 35mm 的軸承，由于高速級(jí)斜齒輪成對(duì)稱布置，故軸向力完全抵消，故軸承可選用滾子軸承，初步選用N207 型中窄軸承其參數(shù)如下： 3 5 , 7 2d m m D m m， 1 7 , 4 2 , 6 5aB m m d m m D a m m 3. 根據(jù)軸向定位的要求確 定軸的各段直徑和長度 1 2 段 由于聯(lián)軸器一端連接電動(dòng)機(jī)，另一端連接輸入軸，所以該段直徑尺寸受到電動(dòng)機(jī)外伸軸直徑尺寸的限制，選為32mm,長度略短于 60，取12L 58mm。 2 3 段 考慮到聯(lián)軸器的軸向定位該段直徑選為 34mm,長度取為23L 50mm。 3 4 段 該段軸要 安裝軸承和套筒，即該段直徑定為35mm。長度為軸承寬度加上軸承端面到箱體內(nèi)壁的距離，由于用油潤滑，故軸承端面到箱體內(nèi)壁的距離可取為 7mm，考慮套筒寬度故 34L 17+7+1 25mm. d 18.9mm caT 59.09Nm 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 16 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 4 5 段 該段為定位軸肩，對(duì)套筒進(jìn)行定位，故直徑取為42mm,長度由齒輪端面到箱體內(nèi)壁的距離確定取45L 8mm 5 6 段 該處為齒輪，長度等于齒寬為 56L 58mm 6 7 段 該處軸為隔開兩齒輪，且考慮到低速級(jí)小齒輪的寬度，取67L 105mm,直徑可取為 42mm. 7 8 段 與 5 6 段 相同，故 78L 58mm,8 9 段 與 4 5段 相同，故89L 8mm, 9 10 段 與 3 4 段 相同，故910L25mm。 4.計(jì)算軸的總長 L =58+50+25+8+58+105+58+8+25=395mm 2.中間軸的設(shè)計(jì) 此軸的輸入功率 P =3.69 kW ，轉(zhuǎn)速 n 262.3 /minr ，扭矩T=134.35 Nm ， 1.初步確定軸的最小直徑 d 30PAn 0A取 118， P =3.69kW ,n 為 262.3 /minr 故 d 28.5mm 為了使軸承便于安裝，取最小直徑為 35mm。 2 求作用在齒輪上的受力 高速級(jí)每一個(gè)大齒輪處1 2t TF d=713N， 11ta nc o s nrtFF =335N 軸向力互相抵消；低速級(jí)小齒輪處受力與低 速級(jí)大齒輪受力相同計(jì)算過程見輸出軸設(shè)計(jì)：tF=3320N rF=1210N L =395mm d 28.5mm 1tF=892N 1rF=335N tF=3320N rF=1210N 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 17 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) : 裝配方案如下 1 2 段 該段軸要安裝軸承和套筒，軸承選用 30207 型圓錐滾子軸承 其參數(shù)如下： 3 5 , 7 2d m m D m m， 1 7 , 1 8 . 2 5B m m T m m，故 該段直徑定為 35mm 通過高速軸的設(shè)計(jì)可通過計(jì)算求得，取12L 40.25mm。 2 3 段 此處安裝高速級(jí)大齒輪齒輪為 34mm,直徑可根據(jù)套筒定位需要取為 42mm,長度由與高速級(jí)相匹配計(jì)算可得，取為23L 66mm。 3 4 段 為安裝低速級(jí)小齒輪，直徑可取為 50mm,其長度略短于齒寬取 34L 81mm. 4 5 段 該段為定位軸肩，對(duì)套筒進(jìn)行定位，根據(jù)軸肩定位要求，故直徑取為 60mm,寬度取45L 13mm 5 6 段 該處安裝高速級(jí)大齒輪，長度略短于齒寬為 56L49mm 6 7 段 與 1 2 段 相同67L 40.25mm,直徑為 35mm. 4.軸上零件的周向定位 2 3， 3 4， 5 6 段采用鍵連接固定齒輪 2 3， 5 6 段鍵 相同，由 d=42mm，查手冊(cè)得 bh 12 8 ， 長度取 l 40mm,公差 n6。 3 4 鍵，由 d=50mm，查手冊(cè) bh 12 8 ，長度取 l 63mm 公差 n6。 4.倒圓角的設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 18 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 查表 15 2【 1】 2r 1.2mm,3r=1.6mm,4r=2mm,5r2mm,6 1.2r mm,兩端面倒角 2 45 2.輸出軸的設(shè)計(jì) 此軸的輸入功率 P =3.54 kW ，轉(zhuǎn)速 n 87.4 /minr ，扭矩T=386.81 Nm ， 1.初步確定軸的最小直徑 d 30PAn 0A取 112， P =3.54kW ,n 為 87.4 /minr 故 d 38.46mm 為了使軸承便于安裝，取最小直徑為35mm。 2.求作用在齒輪上的受力 2t TF d =3320N 1 tanrtFF =1210N 3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 擬定軸上零件的裝配方案 d 38.46mm tF=3320N rF=1210N 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 19 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 1 2 段 該段為輸出軸的最小直徑，該處為與聯(lián)軸器相連的軸，為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需先選取聯(lián)軸器型號(hào)： 該軸輸入轉(zhuǎn)矩 T=386.81Nm ，ca AT K T考慮轉(zhuǎn)矩變化很小，取AK 1.5，故caT 579.92Nm ，查手冊(cè)選用 HL4（ J、 Z 型） 彈性柱銷聯(lián)軸器 ,該聯(lián)軸器參數(shù)為公稱轉(zhuǎn)矩T =1250 Nm ， L 84mm，最大允許轉(zhuǎn)速為 4000 /minr 故取該段1 1 24 2 , 8 2d m m L m m 2 3 段 可根據(jù)潤滑條件及軸肩定位要求取為 2d48mm,23L 40mm。 3 4 段 根據(jù) 1 42d mm，2d 48mm 選擇滾動(dòng)軸承，選用30210 型 圓 錐 滾 子 軸 承 其 參 數(shù) 如 下 ： 5 0 , 9 0d m m D m m， 2 0 , 2 1 . 7 5B m m T m m，故 該段軸直徑定為 50mm， 34L 21.75mm. 4 5 段 該段為定位軸肩，對(duì)左端軸承進(jìn)行定位，根據(jù)軸肩定位要求，故直徑可取為 58mm,長度取45L 75.5mm 5 6 段 該處為軸環(huán)對(duì)右邊大齒輪定位取直徑為 74mm， 56L 12mm 6 7 段 該處安裝低速級(jí)大齒輪，長度略短于齒寬為67L 74mm 7 8 段 與 8 9 段 長度可通過與中速軸的匹配和軸承安裝 定位計(jì)算得出 7 8 7 85 8 , 9 1 . 5d m m L m m 8 9 8 95 0 , 2 1 . 7 5d m m L m m 故輸出軸總長 L 82+40+21.75+75.5+12+74+91.5+21.75 418.5mm 4.軸上零件的周向定位 1 2， 6 7 段采用鍵連接 1 2 段為半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接 d=42mm，查手冊(cè)得 b h l 12 8 76 ，半聯(lián)軸器與軸的配合為 76Hm ， 6 7 段按直徑查手冊(cè)，選用平鍵 bh 18 11 ，長度取為 l =56mm,為了保證齒輪與軸的 caT 579.92Nm 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 20 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 對(duì)中性，配合選為76Hm 。 5. 倒圓角的設(shè)計(jì) 查表 15 2【 1】 2r 1.6mm,3r=1.2mm,4r=1.6mm,5r2mm,6 2rmm,7r1.6mm,8r=1.6mm,兩端面倒角 2 45 6. 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡圖，軸承壓力中心查手冊(cè)可只 a 20mm 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 21 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 以上 af 各圖為輸出軸上的受力圖，及彎矩，扭矩圖，危險(xiǎn)截面處的 , , ,H V caM M M M的值計(jì)算列于下面表格中 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 22 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 R 12605HHR R N 121660VVR R N 彎矩 M 7 7 .5 9HM N m 2 1 2 .9 0VM N m 總彎矩 2212 2 2 6 . 6 0VHM M M M N m 扭矩 T 3 8 6 .8 1T N m 計(jì)算彎矩 221 ( ) 3 2 4 . 3 6caM M T N m 7. 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 A. 判斷危險(xiǎn)截面 截面 A、 2、 3、 B只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，所以這幾個(gè)截面均不需要校核。 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面和6， 7 處過渡配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來看，截面 C 上的應(yīng)力最大。截面 6 和 7 的應(yīng)力集中的影響相近，但截面 7 不受扭矩作用，故不必作強(qiáng)度校核。截面 C 上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中 不大（過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大，故截面 C 也不必校核。截面 8、 9 更不必校核。由第三章【 1】可知，鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過盈配合的小，因而該軸只需校核截面 6 的左右兩側(cè)即可。 B. 截面 6 左側(cè) 抗彎截面系數(shù) W=0.1 3d = 330 .0 1 9 5 1 0 m 抗扭截面系數(shù) TW =0.2 3d = 330 .0 3 9 1 0 m 截面 6 左側(cè)的彎矩 M 為 M= 1 2 8 . 2 5 3 92 2 6 . 6 01 2 8 . 2 5 截面上的扭矩 3 8 6 .8 1T N m 截面上的彎曲應(yīng)力 WMb =8.08MPa W= 330 .0 1 9 5 1 0 m TW = 330 .0 3 9 1 0 m 1 5 7 .6 9M N m b =8.08MPa 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 23 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 T TTW =9.92MPa 軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表 15-1【 1】查得B=640MPa，1=275MPa，1=155MPa。 截面上由于軸肩而形成的理 論應(yīng)力集中系數(shù) 及 按附表 3-2【 1】查取。因?yàn)?r/d=2/50=0.04； D/d=74/63=1.175 所以 =2.07， =1.58 又由附圖 3-1【 1】可得軸的材料敏性系數(shù)為 q =0.80， q =0.83 所以有效應(yīng)力集中系數(shù)為1 ( 1 )kq =1.856 1 ( 1 )kq 1.481 由附圖 3-2【】得尺寸系數(shù) 0.65 ，由附圖 3-3【 1】得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) =0.80 軸按磨削加工，由附圖 3-4【 1 】得表面質(zhì)量系數(shù)為0 .9 2 ，軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 q =1，則得綜合系數(shù)值為 1 1kK =3.725 1 1kK =2.721 由 3-1 及【 1】 3-2【 1】取碳鋼的特性系數(shù) 0.1 ，0.05 求安全系數(shù) 1mbS K =9.14 T=9.92MPa k =1.856 k 1.481 K =3.725 K =2.721 S 9.14 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 24 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 122TTS K=11.28 22caSSSSS =7.101 S=1.5 C. 截面 6 右側(cè) 抗彎截面系數(shù)： W=0.1 3d = 6325 10 m 抗扭截面系數(shù)： TW =0.2 3d = 6350 10 mm 彎矩 M ： M= 1 2 8 . 2 5 3 92 2 6 . 6 01 2 8 . 2 5 彎曲應(yīng)力為 ： b MW =6.31MPa 截面上的扭矩 ： 3 8 6 .8 1T N m 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ：TT WT3 =7.732MPa 由附表 3-8【 1】用插值法求出 k=3.00；0 .8 3 .0 0k 軸按磨削加工，由附圖 3-4 【 1】得表面質(zhì)量系數(shù) 0 .9 2 故得綜合系數(shù) ： 1 1kK =3.087 1 1kK =2.487 求安全系數(shù)： S 11.28 caS =7.101 W= 6325 10 m TW = 6350 10 mm 1 5 7 .6 9M N m b =6.31MPa T=7.732MPa k 2.40 K =3.087 K =2.487 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 25 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 1mbS K =14.11 122TTS K=15.80 22caSSSSS =10.52 S=1.5 故由以上計(jì)算可知輸出軸其安全。 S =14.11 S =15.80 caS =10.52 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 26 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 七、滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算 1.高速軸： 1 求兩軸承受到的徑向載荷 因?yàn)閮升X輪旋向相反，螺旋角相同，故軸向力力aF=0 高速軸 T =39.39 Nm ， 因無軸向力，故當(dāng)量動(dòng)載荷等于徑向力 2t TF d =763N， 1 t a n t a n12 c o s c o snnr r t TF F F d =134.5N 故徑向力 ： 221 ( ) 4 0 4 . 52 trrFF F N 當(dāng)量動(dòng)載荷：vrPF 2. 軸承壽命的校核 軸承型號(hào)為 N207,查手冊(cè)得rC=46.5kN 軸承壽命： 6 810 ( ) 1 . 2 8 2 4 1 0 2 8 8 0 060h vCrL h hnP 滿足使用要求。 2.中間軸： 1. 求兩軸承受到的徑向載荷 因無軸向力，故當(dāng)量動(dòng)載荷等于徑向力 高速級(jí)每一個(gè)齒輪嚙合處： 1tF763N， 1rF134.5N 低速級(jí)齒輪嚙合處： 2tF605N， 2rF 1660N 水平面上高，低速級(jí)嚙合處的徑向力方向相反，故 212r r rF F F=1391N 故單個(gè)軸承受力為 12rr FF =695.5N tF=763N， 1rF=134.5N 404.5rFN hL 81 .2 8 2 4 1 0 h rF=1391N 1rF =695.5 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 27 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 豎直 面上高，低速級(jí)嚙合處的圓周力方向相同，故 212t t tF F F=2131N 故單個(gè)軸承受力為 12tt FF 1065.5N 故當(dāng)量動(dòng)載荷 ： 1 2 1 21( ) ( ) 1 . 2 7V r tP F F k N 2. 軸承壽命的校核 軸承型號(hào)為 30207,查手冊(cè)得rC=51.5kN 軸承壽命： 6 710 ( ) 1 . 6 4 4 1 0 2 8 8 0 060h vCrL h hnP 滿足使用要求。 1.低速軸： 1. 求兩軸承受到的徑向載荷 tF605N， rF1660N 當(dāng)量動(dòng)載荷： 22( ) ( ) 1 . 7 6 722ttvFFP k N 2. 軸承壽命的校核 軸承型號(hào)為 30210,查手冊(cè)得rC=72.2kN 軸承壽命： 6 710 ( ) 4 . 4 8 0 6 1 0 2 8 8 0 060h vCrL h hnP 滿足使用要求。 tF=2131N 1tF 1065.5N 1.27VP kN 7. 6 4 4 1 0hLh 1.767vP kN 74 . 4 8 0 6 1 0hLh 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 28 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 八、鍵連接的選擇及校核計(jì)算 普 通平鍵聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度條件為： 32 1 0ppT M P ak l d 查手冊(cè)并計(jì)算得鍵的各參數(shù)如下表： 代號(hào) 直徑 mm） 工作長度 （ mm） 工作高度 （ mm） 轉(zhuǎn)矩 （ N m） 極限應(yīng)力 （ MPa） 高速軸 10 8 50（單頭） 32 45 4 39.39 13.7 中間軸 12 8 40 42 28 4 134.35 57.1 14 9 63 50 49 4.5 134.35 24.4 低速軸 18 11 56 63 38 5.5 386.81 58.8 12 8 76（單頭） 42 70 4 386.81 65.8 由于鍵采用靜聯(lián)接，沖擊輕微，所以許用擠壓應(yīng)力為 1 1 0p M P a ，所以上述鍵皆安全。 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 29 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 九、聯(lián)軸器的選擇 由于彈性聯(lián)軸器的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以考慮選用它。 1. 高速軸用聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)前面軸的設(shè)計(jì)說明中可知選用彈性柱銷聯(lián)軸器 HL3（ GB5014-85）。 其主要參數(shù)如下： 材料 HT200 公稱轉(zhuǎn)矩 630nT N m 軸孔直徑 mmd 381 ，2 32d mm 軸孔長（ J、 Z 型） mmL 82 ， mmL 601 2. 第二個(gè)聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)前面軸的設(shè)計(jì)說明中可知 選用 HL4 型 （ GB5014-85）彈性柱銷聯(lián)軸器 ,該聯(lián)軸器主要參數(shù)為： 公稱轉(zhuǎn)矩 T =1250 Nm ， L 84mm， 最大允 許轉(zhuǎn)速為 4000 /minr 軸孔直徑1 45d mm，2 45d mm 軸孔長（ J、 Z 型） 112L mm ，1 84L mm 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 30 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 十、減速器附件的選擇 1. 通氣器 由于在室內(nèi)使用，選通氣帽（一次過濾），采用 M36 2，材料為 Q235 2. 油面指示器 選用游標(biāo)尺 M20 3. 起吊裝置 采用箱蓋吊耳、箱座吊耳 4. 放油螺塞 選用外六角油塞及墊片 M20 1.5 5. 窺視孔及視孔蓋 直接與通氣器組合裝配， A=120,采用板結(jié)構(gòu)視孔蓋。 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 31 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 十、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 箱座與箱蓋采用鑄造成型，其形狀及位置，尺寸可參考參考文獻(xiàn)【 2】，詳細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸如下表 箱體的結(jié)構(gòu)尺寸 名稱 尺寸（ mm） 箱座壁厚 9 箱蓋壁厚 8 箱座上部凸緣厚度 13