哈工大機械設(shè)計課程(授課老師：趙小力)第16講

1、組成部件的各零件間相互依存、相互制約，使得有某些聯(lián)系的零組成部件的各零件間相互依存、相互制約，使得有某些聯(lián)系的零件設(shè)計間要協(xié)同設(shè)計，一起完成，比如齒輪的設(shè)計，其與軸相配件設(shè)計間要協(xié)同設(shè)計，一起完成，比如齒輪的設(shè)計，其與軸相配的直徑和長度就需要跟軸一起協(xié)同設(shè)計；軸的長度還與機體、軸的直徑和長度就需要跟軸一起協(xié)同設(shè)計；軸的長度還與機體、軸承蓋等零件相關(guān)。承蓋等零件相關(guān)。設(shè)計過程是關(guān)聯(lián)零件協(xié)同設(shè)計而各個零件設(shè)計仍需要按照該零件設(shè)計過程是關(guān)聯(lián)零件協(xié)同設(shè)計而各個零件設(shè)計仍需要按照該零件的設(shè)計準則進行。的設(shè)計準則進行。（1 1）初定尺寸（）初定尺寸（軸的最小直徑、軸承型號等軸的最小直徑、軸承型號等）（2

2、2）畫結(jié)構(gòu)草圖（）畫結(jié)構(gòu)草圖（確定軸上所有零件的主要尺寸及確定軸上所有零件的主要尺寸及其位置，完成軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計其位置，完成軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計確定軸的跨距，確定軸的跨距，齒輪的力的作用點。軸的徑向尺寸從最小軸頸齒輪的力的作用點。軸的徑向尺寸從最小軸頸的軸端依次設(shè)計；而軸的軸向尺寸從齒輪兩端的軸端依次設(shè)計；而軸的軸向尺寸從齒輪兩端開始，由中間向兩側(cè)展開。開始，由中間向兩側(cè)展開。）（3 3）校核計算）校核計算( (強度、安全系數(shù)強度、安全系數(shù)、壽命、極限轉(zhuǎn)速等壽命、極限轉(zhuǎn)速等) )（4 4）完成部件圖設(shè)計）完成部件圖設(shè)計( (確定部件結(jié)構(gòu)、尺寸、定位確定部件結(jié)構(gòu)、尺寸、定位和固定和固定) )（5 5）完成

3、零件圖設(shè)計（）完成零件圖設(shè)計（零件圖零件圖：尺寸、公差、技術(shù)要：尺寸、公差、技術(shù)要求等）求等）輸出軸部件設(shè)計輸出軸部件設(shè)計 題目要求題目要求試設(shè)計帶式運輸機中齒輪減速器的輸出軸部件。試設(shè)計帶式運輸機中齒輪減速器的輸出軸部件。已知：已知：輸出軸功率輸出軸功率P=2.74kWP=2.74kW，轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩T=289458N.mmT=289458N.mm，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n=90.4r/min, n=90.4r/min, 圓柱齒輪分度圓直徑圓柱齒輪分度圓直徑d= 253.643mm,d= 253.643mm,齒寬齒寬b=62mm, b=62mm, 圓周力圓周力F Ft t=2282.4N, =2282.4N

4、, 徑向力徑向力F Fr r=849.3N, =849.3N, 軸向力軸向力Fa=485.1NFa=485.1N, ,載荷平穩(wěn)載荷平穩(wěn)，單向轉(zhuǎn)動單向轉(zhuǎn)動，工作環(huán)境清潔工作環(huán)境清潔，工作，工作溫度溫度100100，兩班工作制，使用兩班工作制，使用5 5年年，大批量生產(chǎn)大批量生產(chǎn)。 分析題目分析題目 設(shè)計要求設(shè)計要求軸向力軸向力 軸承選型軸承選型載荷平穩(wěn)載荷平穩(wěn) 載荷系數(shù)載荷系數(shù)K K單向轉(zhuǎn)動單向轉(zhuǎn)動 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力循環(huán)特征扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力循環(huán)特征 r=+1r=+1、0 0、-1-1工作環(huán)境清潔工作環(huán)境清潔 密封裝置（齒輪設(shè)計）密封裝置（齒輪設(shè)計）工作溫度工作溫度100100 軸承壽命計算中溫度系數(shù)軸承壽命

5、計算中溫度系數(shù)兩班工作制兩班工作制使用年限使用年限5 5年年 壽命計算及其壽命系數(shù)壽命計算及其壽命系數(shù)大批量生產(chǎn)大批量生產(chǎn) 材料選擇、結(jié)構(gòu)及工藝性材料選擇、結(jié)構(gòu)及工藝性因傳遞的功率因傳遞的功率P=2.74kWP=2.74kW，不大。并且?guī)竭\輸機，不大。并且?guī)竭\輸機屬一般設(shè)備，結(jié)構(gòu)無特殊要求，故選用軸常用材屬一般設(shè)備，結(jié)構(gòu)無特殊要求，故選用軸常用材料：料：4545號鋼，調(diào)質(zhì)處理。號鋼，調(diào)質(zhì)處理。減速器的輸出軸減速器的輸出軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸按扭轉(zhuǎn)強度初算軸徑按扭轉(zhuǎn)強度初算軸徑查表查表10.210.2得得C=106118C=106118考慮軸端彎矩比轉(zhuǎn)考慮軸端彎矩比轉(zhuǎn) 矩小，取矩小，取C=106C=10

6、61 1）軸承部件的結(jié)構(gòu)形式：圖）軸承部件的結(jié)構(gòu)形式：圖10.1610.16和表和表10.310.3為便于軸承部件的裝拆為便于軸承部件的裝拆傳遞的功率小傳遞的功率小, , 齒輪減齒輪減速器效率高速器效率高, , 發(fā)熱小發(fā)熱小, ,估計軸不會長估計軸不會長2 2）聯(lián)軸器選擇及軸段）聯(lián)軸器選擇及軸段1 1直徑直徑d d1 1、長度、長度l l1 1確定：確定：為補償安裝誤差，隔離振動為補償安裝誤差，隔離振動聯(lián)軸器安裝在軸段聯(lián)軸器安裝在軸段1 1聯(lián)軸器的選型計算：聯(lián)軸器的選型計算： 計算轉(zhuǎn)矩計算轉(zhuǎn)矩T TC C：查表查表13.113.1K KA A =1.5=1.5（GB/T 5014-2003GB

7、/T 5014-2003）2 2）聯(lián)軸器選擇及軸段）聯(lián)軸器選擇及軸段1 1直徑直徑d d1 1、長度、長度l l1 1確定確定( (續(xù)續(xù)) )：查機械設(shè)計課程設(shè)計手冊查機械設(shè)計課程設(shè)計手冊P182P182的的GB/T 5014-2003GB/T 5014-2003LX2LX2型彈性柱銷聯(lián)軸器符合型彈性柱銷聯(lián)軸器符合要求：公稱轉(zhuǎn)矩為要求：公稱轉(zhuǎn)矩為560000N.mm434187N.mm560000N.mm434187N.mmLX2LX2型彈性柱銷聯(lián)軸器參數(shù)：型彈性柱銷聯(lián)軸器參數(shù)：公稱轉(zhuǎn)矩公稱轉(zhuǎn)矩560 N.m,560 N.m,許用轉(zhuǎn)速許用轉(zhuǎn)速6300r/min,6300r/min,軸孔軸孔直徑

8、范圍直徑范圍2035mm2035mm，軸孔長度隨結(jié)構(gòu)變化。，軸孔長度隨結(jié)構(gòu)變化。取聯(lián)軸器軸孔直徑為取聯(lián)軸器軸孔直徑為35mm35mm（ d dminmin=34.7mm=34.7mm），），J J1 1型軸型軸孔孔, ,軸孔長度為軸孔長度為60mm60mm，A A型平鍵連接，聯(lián)軸器型平鍵連接，聯(lián)軸器主動端主動端的代號為：的代號為：LX2 35LX2 3560 GB/T 5014-200360 GB/T 5014-2003。2 2）聯(lián)軸器選擇及軸段）聯(lián)軸器選擇及軸段1 1直徑直徑d d1 1、長度、長度l l1 1確定確定( (續(xù)續(xù)) )：取軸端的直徑取軸端的直徑, ,該軸段長度應(yīng)比聯(lián)軸器主該軸

9、段長度應(yīng)比聯(lián)軸器主動端軸孔長度動端軸孔長度60mm60mm略短略短23mm,23mm,取取。3 3）密封圈與密封圈所在軸段）密封圈與密封圈所在軸段2 2：軸段軸段2 2對聯(lián)對聯(lián)軸器起軸向軸器起軸向定位作用，定位作用，見圖見圖10.910.9h h=2.453.5mm,=2.453.5mm,則軸段則軸段2 2的直徑的直徑d d2 2= =d d1 1+2+2h h=39.942mm=39.942mm。3 3）密封圈與密封圈所在軸段）密封圈與密封圈所在軸段2(2(續(xù)續(xù)) )：軸段軸段2 2上上有密封圈有密封圈工作環(huán)境清潔，工作環(huán)境清潔，軸頸的圓周速度軸頸的圓周速度V=0.2 1m/s5m/sV=0

10、.2 1m/s d d2 2=40mm=40mm軸承內(nèi)徑軸承內(nèi)徑d d3 3應(yīng)在標準值系列內(nèi)：應(yīng)在標準值系列內(nèi)：初取軸承代號為初取軸承代號為，其主要參數(shù)為：，其主要參數(shù)為：4 4）軸承與軸段）軸承與軸段3 3及軸段及軸段7(7(續(xù)續(xù)) )：一般情況下，同一軸上的兩個軸承應(yīng)取相同的型號，則軸段3，7的軸承相同：軸段7的長度5 5）齒輪與軸段）齒輪與軸段4 4：為便于齒輪安裝：d4d3=45mm為便于套筒對齒輪的準確定位軸段4的長度l4應(yīng)比齒輪輪轂長略短此處，齒輪輪轂長=齒寬b=62mm6 6）軸段）軸段5 5與軸段與軸段6 6：軸段軸段5 5對齒輪軸向?qū)X輪軸向定位：定位：d d5 5= =d

11、d4 4+2+2h hh h根據(jù)齒輪的倒角根據(jù)齒輪的倒角C C1 1或軸頸或軸頸d d確確定為：定為：h h=3.364.8mm=3.364.8mm取取。肩環(huán)的寬度肩環(huán)的寬度b b=1.4=1.4h h=1.4 (=1.4 (d d5 5- -d d4 4)/2=4.9mm)/2=4.9mm取為取為10mm10mm，即，即。軸段軸段6 6對軸承軸對軸承軸向定位向定位, ,且考慮且考慮軸承拆卸軸承拆卸d d6 6 d d7 7 =45mm=45mmd da a軸承安裝尺軸承安裝尺寸寸52mm52mm7 7）機體與軸段）機體與軸段2,3,62,3,6長度靠結(jié)構(gòu)確定長度靠結(jié)構(gòu)確定8 8）鍵連接（）鍵

12、連接（GB/T 1096 2003GB/T 1096 2003）：）：聯(lián)軸器及齒輪與軸的周向連接均用聯(lián)軸器及齒輪與軸的周向連接均用A A型普通平鍵連接，型普通平鍵連接，分別為：鍵分別為：鍵鍵鍵。zyxOIIIFR1VFR2VFR1HFR2HFaFrd/2FtT74748.6MV(N.mm)MH2947.5(N.mm)58576.794966.274806.7M(N.mm)T(N.mm)289458bbaa1 1）畫畫軸軸的的受受力力簡簡圖圖2 2）計算支撐反力：）計算支撐反力：在水平面上：= 894.3 （N）= -45（N）負號表明了負號表明了R R2H2H的方向與圖中所示的方向相反！的方向

13、與圖中所示的方向相反！2 2）計算支撐反力（續(xù)）：）計算支撐反力（續(xù)）：在垂直平面上：在垂直平面上：軸承軸承I I的總支撐反力：的總支撐反力：軸承軸承IIII的總支撐反力：的總支撐反力：3 3）畫彎矩圖：）畫彎矩圖：在水平面上：在水平面上：a-aa-a剖面的左側(cè)：剖面的左側(cè)：58576.758576.7 1449.91449.9（N N）1142.11142.1（N N）3 3）畫彎矩圖（續(xù)）：）畫彎矩圖（續(xù)）：在水平面上：在水平面上：a-aa-a剖面的右側(cè)：剖面的右側(cè)：).(289458mmNT 在垂直平面上：在垂直平面上：a-aa-a剖面：剖面：合成彎矩：合成彎矩：a-aa-a剖面左側(cè)：剖

14、面左側(cè)：a-aa-a剖面右側(cè)：剖面右側(cè)：4 4）畫轉(zhuǎn)矩圖：）畫轉(zhuǎn)矩圖：2947.52947.5（N.mmN.mm）74806.7 74806.7 （N.mmN.mm）94966.294966.2（N.mmN.mm）74806.774806.7（N.mmN.mm）zyxOIIIR1VR2VR1HR2HFaFrd/2FtT59114.2MV(N.mm)MH8764.6(N.mm)52758.3792333.359760.4M(N.mm)T(N.mm)289458bbaaa-aa-a剖面的左側(cè)：剖面的左側(cè)： 彎矩大彎矩大有轉(zhuǎn)矩有轉(zhuǎn)矩鍵槽有應(yīng)力集中鍵槽有應(yīng)力集中a-aa-a剖面左側(cè)剖面左側(cè)為危險剖面為

15、危險剖面由表附表由表附表10.110.1查得：有鍵槽的查得：有鍵槽的a-aa-a剖面抗彎剖面剖面抗彎剖面模量模量W W、抗扭剖面模量、抗扭剖面模量W WT T的計算公式分別為：的計算公式分別為：)(20669),(961033mmWmmWT計算得：2211 amamSSSSSSSKSK 計算計算a-aa-a剖面左側(cè)彎曲應(yīng)力：剖面左側(cè)彎曲應(yīng)力：計算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（變化規(guī)律不明）：計算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（變化規(guī)律不明）：對于調(diào)質(zhì)處理的對于調(diào)質(zhì)處理的4545鋼，由表鋼，由表10.110.1查得：查得：查表查表10.110.1：材料的平均應(yīng)力折算為應(yīng)力幅的等效系數(shù)：材料的平均應(yīng)力折算為應(yīng)力幅的等效系數(shù)1 . 02

16、 . 0、2211 amamSSSSSSSKSK S S=8.18=8.18S S=1.5=1.5a-aa-a剖面安全。剖面安全。鍵槽引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)，由附表鍵槽引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)，由附表10.410.4查得查得K K= =1.831.83，K K= =1.63(1.63() )由附圖由附圖10.110.1可知：絕對尺寸系數(shù)可知：絕對尺寸系數(shù)和和分為：分為：0.840.84，0.780.78。軸磨削加工時的表面質(zhì)量系數(shù)由表附圖軸磨削加工時的表面質(zhì)量系數(shù)由表附圖10.210.2查得查得 =1.0=1.0由表由表10.510.5得得13.9413.9410.1110.118.188.18

17、強度條件式：第三強度理論強度條件式：第三強度理論2214() ebb轉(zhuǎn)環(huán)質(zhì)數(shù)根根據(jù)據(jù)矩矩循循性性確確定定的的折折合合系系10 ,0.6 bb當轉(zhuǎn)矩脈動變化時2222/4()9.884 (0.6 14.00)19.49ebMPa 當量應(yīng)力B110.1650MPa 6100MP4a.b，由表查得由表得知，軸采用軸采用4545鋼，調(diào)質(zhì)處理鋼，調(diào)質(zhì)處理e1 a-ab顯然，故軸的剖面左側(cè)的強度滿足要求。聯(lián)軸器處鍵連接的擠壓應(yīng)力：聯(lián)軸器處鍵連接的擠壓應(yīng)力：44 28945889.89()35 8 (56 10)pTMPadhl 取鍵、軸、齒輪及聯(lián)軸器的材料都為鋼，查表取鍵、軸、齒輪及聯(lián)軸器的材料都為鋼，查

18、表6.16.1：靜連接條件下，：靜連接條件下， MPap150120強度足夠。,89.89ppMPa齒輪處鍵連接的擠壓應(yīng)力：齒輪處鍵連接的擠壓應(yīng)力：)(81.63)1456(94828945844MPadhlTp顯然，顯然，強度足夠。,81.63ppMPa顯然，顯然，查得查得7209 C7209 C的的C=29800N, CC=29800N, C0 0=23800N.=23800N.1 1）計算軸承的軸向力：）計算軸承的軸向力：由表由表11.1311.13可查得：可查得：7209 C7209 C型軸承的內(nèi)部軸向力型軸承的內(nèi)部軸向力計算公式為：計算公式為：0.4rSF則軸承則軸承I I、IIII的內(nèi)部軸向力分別為：的內(nèi)部軸向力分別為：F FS1S1=0.4=0.4F Fr1r1=0.4=0.4F FR1R1=580 (N)=580 (N)F FS2S2=0.4=0.4F Fr2r2=0.4=0.4F FR2R2=456.8(N)=456.8(N)F Fr1r1F Fr