機械設(shè)計-第四章

1、第四章減速器內(nèi)傳動零件的設(shè)計一.減速器內(nèi)直齒圓柱齒輪的設(shè)計。I電動機軸上的小齒輪和低速軸上的大齒輪的設(shè)計?？紤]到轉(zhuǎn)速較大而轉(zhuǎn)矩較小為了簡化工藝可以設(shè)計成直齒圓柱齒輪，由以上的設(shè)計可知，要求的傳動比i=4.342，傳遞功率p =4.3057 Kw，由表2-1得，主動軸的轉(zhuǎn)速n仁1440 r/min.由設(shè)計要求知，單向運轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)?！窘狻浚?.選擇材料，確定許用應(yīng)力，可選小齒輪的材料為 40cr，表面調(diào)質(zhì)處理。 大齒輪的材料為45鋼，表面調(diào)質(zhì)處理。查表，可知 40cr合金鋼調(diào)質(zhì)處理后的齒 面硬度為240285 HBW，取為270HBW。45鋼調(diào)質(zhì)處理后的齒面硬度為 229286 HBW。接觸許用

2、應(yīng)力：用1 = (380+HBW ) =380+270=650 Mpa:0H2 = (380+0.7HBW ) =380+0.7 X240=548 Mpa彎曲許用應(yīng)力：:oF1 = (155+0.3HBW ) =155+0.3 X270=236 Mpa:0F2 = (140+0.2HBW ) =140+0.2 X240=188 Mpa由設(shè)計準(zhǔn)則可知，對于閉式軟齒面?zhèn)鲃?，?yīng)先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，然后由齒根彎曲疲勞強度來進行校核。2疲勞強度齒根接觸設(shè)計。選擇齒數(shù)，通常 Z1= 2040，取 Z 仁23，貝y Z2=i Z 1=23 >4.342=99.866.考慮到兩個齒輪是奇數(shù)嚙合

3、時，傳動較平穩(wěn)，可圓整為Z2=101,得實際傳動比i=l°l=4.3913,傳動比相對誤差為。=4.342-4.3913 >00%=-1.14%在所允許的誤差234.342范圍（±5% ）內(nèi)，傳動比合適.小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，由表2-1,得T =2.8556 >0八4N mm。.選擇齒寬系數(shù)，由于齒輪相對軸承室不對稱布置，且為軟齒面閉式傳動，可取収=08.確定載荷系數(shù)K，由于單向運轉(zhuǎn)，中等沖擊，可取K=1.5.計算分度圓直徑d1.4.391 14.391=46.146mm.1.5 2.8556 10A4x0.8.確定齒輪的模數(shù)?？紤]到其分度圓直徑與電動機的軸直徑相差

4、不大要設(shè)計成齒輪軸的結(jié)構(gòu)，為了便于結(jié)構(gòu)設(shè)計，可初選分度圓直徑稍大于46.146mm，為50 mm.50m=d1/z仁一=2.174mm23由書上的表12.3（標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列），取m的標(biāo)準(zhǔn)值為2.5 （查第一系列）.齒輪幾何尺寸計算。分度圓直徑：d仁m*Z仁2.5疋3=57.5 mm.d2二m*Z2=2.5 K1O1=252.5 mm.齒頂高直徑：da仁d1+2*m=57.5+2 X2.5=62.5 mm.da2=d2+2*m=252.5+2 X2.5=257.5 mm.齒根圓直徑：dfl = dl-2.5*m=57.5 2.5 X2.5=51.25 mm.df2=d2-2.5*m=252.5 2

5、.5 X2.5=246.25 mm.中心距:a=m *(Z 1 + Z2)/2= 2.5 (23 101) =155 mm.齒寬：b2=収!*d 仁0.8 X57.5=46 mm .為了安裝方便一般主動輪的寬度比從動輪的寬度大510 mm所以 3 = b2+5=46+5=51 mm.3.齒根彎曲疲勞強度校核。.齒形系數(shù)，由Z1=23 ，Z2=101，查書229頁的圖12-21 （齒形系數(shù)），得YFa 仁 2.68YFa2 =2.18.驗算齒根彎曲應(yīng)力OF仁2漢1 5匯2 8556漢人4漢2 68二2.8556 4 2.68 啣.3 Mpa v oF1 =236 Mpa51 57.5 2.50F

6、2=31 3疋2 68=3 3 68 P8.48 Mpa v oF2 =188 Mpa 2.18.齒輪精度等級的選擇由 v1=( n*d1*n1)/(60 X1OOO)=4.333m/s.60x1000查表(齒輪傳動精度的選擇及應(yīng)用)可選 7級(或8)級精度。結(jié)構(gòu)設(shè)計。由設(shè)計手冊表12-3得，電動機的輸出軸的直徑 D=38 mm，與小齒輪的分 度圓直徑d仁57.5 mm相近，可選擇把小齒輪做成齒輪軸結(jié)構(gòu)。對于大齒輪，其 分度圓直徑為252.5 mm，可選擇做成腹板式結(jié)構(gòu)。低速軸上的小齒輪和輸出軸上的大齒輪的設(shè)計?？紤]到輸出轉(zhuǎn)矩大，為了使系統(tǒng)的傳動比較平穩(wěn)可設(shè)計成直齒與斜齒配合使用，即低速軸上的

7、小齒輪和輸出軸上的大齒輪為斜齒圓柱齒輪傳動。已知傳動比i=4.342 ,傳遞功率P 11=4.1335 Kw,低速軸上的轉(zhuǎn)速n卩331.644 r/min,小齒輪 為主動輪，大齒輪為從動輪，單向運轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)?！窘狻?1.選擇材料，確定許用應(yīng)力。為了減少材料的品種和簡化工藝要求。應(yīng)使兩小齒輪和兩大齒輪的牌號分別相同，即選小齒輪的材料仍為 40cr，表面調(diào)質(zhì)處理。大齒輪的材料仍為 45鋼, 表面調(diào)質(zhì)處理。查表，可知40cr合金鋼調(diào)質(zhì)處理后的齒面硬度為 240285 HBW , 取為270HBW。45鋼調(diào)質(zhì)處理后的齒面硬度為 229286 HBW。查表6-10 (試驗齒輪的接觸疲勞強度極限 oHl

8、im和齒根彎曲疲勞強度極限oFlim ),得齒輪的接觸疲勞強度極限為：oHlim1=615+1.4(HBW 200) =615+1.4 (270 200) =713 Mpa.oHlim2=480+0.93(HBW 135) =480+0.93 (240 135) =577.65 Mpa.查表（最小安全系數(shù) SFmin和SHmin）按一般可靠度，取接觸強度最小安全系數(shù)SHmin=1.所以兩齒輪的許用接觸應(yīng)力:刑=oHNml /SHmin=罟=713 Mpa.:0HI2 = oHllim2/SHmin二 57765 =577.65 Mpa.由設(shè)計準(zhǔn)則可知，對于閉式軟齒面?zhèn)鲃?，?yīng)先按齒面接觸疲勞強度

9、進行設(shè)計，然后由齒根彎曲疲勞強度來進行校核。2.按齒輪接觸疲勞強度初步確定小齒輪的分度圓直徑和中心距。.小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，由表2-1 （傳動裝置的運動參數(shù)），得T 11=1.1903 X10八5N mm。由表6-7 （載荷系數(shù)），由于原動機為電動機，并且載荷平穩(wěn)取 K=1.0 （斜齒輪取較小的值），由于傳動屬于軟齒面閉式傳動，并且非對稱布置。取齒寬系數(shù)収1=0.8，根據(jù)接觸強度計算小齒輪的分度圓直徑:d1>/ 、2610 I 1577.65 丿1.0 1.1903 10A5.X.0.84.342 14.342=58.88 mm所以：a=0.5 （d1 + d2） =0.5d1 （1 +

10、i） =（1 必4；）5888 =157.27 mm.由于同軸式圓柱齒輪減速器的兩對齒輪的中心距應(yīng)相等，所以圓整為：a=155 mm.確定兩齒輪的齒數(shù)和模數(shù)12.3（標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系由經(jīng)驗公式 mn二（0.01-0.02 ） a=1.55-3.10，查書上的表列），取mn的標(biāo)準(zhǔn)值為2.5 （查第一系列）。初選螺旋角3=13（一般8-20 ° ,則得:2acos :mn (1 i)=器盞=23.347圓整為乙=2318#Z2=Z 1*i=23 >4.342=99.866圓整為 Z2=99檢驗傳動比誤差，實際傳動比i = =4.3043235% ）內(nèi),傳動比相對誤差。=4.342一4.3

11、043 >00%=0.9%。在所允許的誤差范圍（士 4.342合適.確定螺旋角的大小cos 滬 mn(z1 z2) = 2.5(99 23) =0.9838712a2 055 3=10 °18'16".齒輪幾何尺寸計算。分度圓直徑：d仁mn/Z仁亙 23 =58.443 mm. 0.983871d2=m n/Z2二亙 99 =251.557 mm.0.983871由于兩齒輪正常齒制二 han*=1,Cn*=0.25齒頂高直徑：da仁d1+2han*mn=58.443+2 X1 X2.5=63.443 mm.da2=d2+2han*mn=251.557+2 X

12、X2.5=256.557 mm.全齒高h(yuǎn)= (2han*+Cn*) mn =(2 1 0.25) 2.5=5.625 mm.齒寬b2=書d*d 仁0.8 X58.443=46.75 mm.圓整為 b2=47 mm.為了安裝方便一般主動輪的寬度比從動輪的寬度大510 mm所以 3 = b2+5=47+5=52 mm.驗算齒輪的齒根彎曲強度查表6-10 (試驗齒輪的接觸疲勞強度極限oHlim和齒根彎曲疲勞強度極限oFlim ),得齒輪的彎曲疲勞強度極限為：Flim 仁240+0.4 (HBW 200) =240+0.4 (270 200) =268 Mpa.0Flim2=190+0.2 (HBW

13、135) =190+0.2 (240 135) =211 Mpa.查表(最小安全系數(shù) SFmin和SHmin)按一般可靠度，取接觸強度最小安全系數(shù)SHmin=1.所以兩齒輪的許用接觸應(yīng)力:oF1 = oFliml /SFmin=鰹=268 Mpa.1:oF2 = oFlim2 /SFmin二空=211 Mpa.1兩齒輪的 當(dāng)量 齒數(shù)Zv 仁希=（0.98爲(wèi)）3 =24.15Zv2=Z2cos3 :応8/03.9520#齒形系數(shù)，由Zv1=24.15 , Zv2=103.95 ,查書229頁的圖12-21 （齒形系數(shù)），得YFa1=2.65YFa2 =2.21因為 YFa1/ oF1】=265

14、=0.0099268#YFa2/ oF2 =.21=0.0105211所以 YFa2/ oF2 較大將其代入校核公式:OF2=1.56 1.0 1.1903 10八5 2.2142.599胡4.13 Mpa v oF2 =211 Mpa#故齒輪的彎曲強度足夠。#齒輪精度等級的選擇3.14 58.443 331.644 由 v1=( n*d1*n1)/(60 X1OOO)=1.01 m/s.60 1000查表可選8級精度。.兩齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計。由以上設(shè)計可知小齒輪的分度圓直徑為d仁58.446 mm,較小可考慮設(shè)計成齒輪軸的結(jié)構(gòu)。大齒輪的分度圓直徑d2=251.557 mm,較大，可做成腹板式結(jié)構(gòu)

15、。皿.軸的設(shè)計1. I軸即齒輪軸的設(shè)計 齒輪的軸材料的選擇與小齒輪的材料一樣為 40 cr 軸徑的初步計算。由式：式中:A-計算系數(shù)與材料有關(guān)，查表11-2（軸常用材料的許用應(yīng)力及 A值表）由軸的材料為40 cr，得A=11297，取A=110P-軸上的功率，查表2-1 （各軸動力參數(shù)），得P=4.3075 Kwn-軸上的轉(zhuǎn)速，查表 2-1 （各軸動力參數(shù)），得n =1440 r/min把以上數(shù)據(jù)代入上式得：d I 彩 0 汽."4.3075 胡 5.85 mm 1440 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)對于開鍵槽的截面直徑要加大 3%，軸上加標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)件的直徑這一原則，繪制軸的結(jié)構(gòu)草圖如

16、下所示：/0.008B-C0.004=九 二O 寸 032/1.6/220A5C/0.0083-C0.004.確定各軸徑的直徑按結(jié)構(gòu)和強度要求做成階梯軸的，外伸端直徑為$30 mm.為使聯(lián)軸器能軸向定 位在軸的外伸端做一軸肩。所以通過軸承透蓋的軸段直徑取 $38 mm。按題意選 用兩個6008型深溝球軸承軸承。所以軸承上的軸徑為 $40 mm （查設(shè)計手冊得 6008型的內(nèi)徑為$40 mm ）.齒輪的直徑取$62.5 mm為了軸承的軸向定位，在齒 輪和軸承之間設(shè)計一軸環(huán)，軸環(huán)直徑取 $60mm.軸肩圓角半徑為1 mm,齒輪與聯(lián) 軸器處的軸環(huán)，軸肩的圓角半徑為 2 mm。.確定各軸段的長度齒輪輪

17、轂的寬度是51 mm。由軸承標(biāo)準(zhǔn)查得6008型軸承寬度為15 mm。因 此右端軸頸長度為14 mm。根據(jù)齒輪端面，軸承端面與箱體內(nèi)壁應(yīng)保持一定的距 離（詳見機械設(shè)計手冊），取軸環(huán)的寬度為7 mm。安裝齒輪的軸段的左端面與 整個軸的左端面的寬度為72 mm。由結(jié)構(gòu)草圖可知跨距L=65+7+7=79 mm 。右邊 $38 mm軸段長度應(yīng)根據(jù)減速器箱體結(jié)構(gòu)，軸承端蓋形式（凸緣式端蓋）以及箱 外旋轉(zhuǎn)零件至端蓋的距離要求等確定，現(xiàn)取為 67 mm。安裝聯(lián)軸器的軸頭長度根 據(jù)聯(lián)軸器尺寸取為60 mm。.軸上零件的周向固定聯(lián)軸器采用A型普通平鍵連接，由機械設(shè)計手冊查得鍵的尺寸為寬度X高度X 長度（b Xi

18、X）,聯(lián)軸器處為（8X7X50）2. u軸即低速軸的設(shè)計 材料的選擇考慮到為了簡化工藝要求，應(yīng)盡量減少材料的種類，可選擇u軸的材料為 45號鋼，為保證其力學(xué)性能應(yīng)進行調(diào)質(zhì)處理。 軸徑的初步計算。由式：d u如p式中:A-計算系數(shù)與材料有關(guān)，查表11-2（軸常用材料的許用應(yīng)力及 A值表）由軸的材料為45號鋼，得A=126103，取A=115P-軸上的功率，查表2-1 （各軸動力參數(shù)），得P=4.1335 Kwn-軸上的轉(zhuǎn)速，查表 2-1 （各軸動力參數(shù)），得n=331.644 r/min把以上數(shù)據(jù)代入上式得:4.1335331.644芒6.66 mm25# 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)對于開鍵槽的截面直徑要

19、加大 3%，軸上加標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)件的直徑 這一原則，設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)草圖如下所示：S.50052323454527.50011.確定各軸徑的直徑。按結(jié)構(gòu)和強度要求做成階梯軸的，按題意選用兩個7209C型角接觸軸承所以 軸承外的軸徑為$45 mm （查設(shè)計手冊得7209C型的內(nèi)徑為$45 mm ）安裝齒輪 的軸頭直徑取$50 mm為了使軸承和齒輪的軸向定位，在齒輪和軸承之間設(shè)計一 套筒，套筒內(nèi)徑取$45mm，外徑為65mm,軸肩圓角半徑為1 mm,齒輪與聯(lián)軸器 處的軸環(huán)，軸肩的圓角半徑為 2 mm。.確定各軸段的長度齒輪輪轂的寬度是46 mm，故取安裝齒輪的軸頭長度為 45 mm。由軸承標(biāo)準(zhǔn)

20、查得7509型軸承寬度為19 mm。因此右端軸頸長度為18 mm。根據(jù)齒輪端面， 軸承端面與箱體內(nèi)壁應(yīng)保持一定的距離（詳見機械設(shè)計手冊），取軸環(huán)的寬度為17 mm。安裝齒輪的軸段的左端面與整個軸的左端面的寬度為50 mm。由結(jié)構(gòu)草圖可知跨距L=234-9-9=216 mm。右邊$45 mm軸段長度應(yīng)根據(jù)減速器箱體結(jié) 構(gòu)，軸承端蓋形式（凸緣式端蓋）以及箱外旋轉(zhuǎn)零件至端蓋的距離要求等確定， 現(xiàn)取為27.5mm,其中套筒的長度為9.5 mm。.軸上零件的周向固定齒輪處采用A型普通平鍵連接，由機械設(shè)計手冊查得鍵的尺寸為寬度X高度X 長度（b Xi X）,齒輪處為（14 X X40）.3. 皿軸即輸出軸

21、的設(shè)計 皿軸的材料的選擇選取與H軸的材料相同均為45鋼，表面做調(diào)質(zhì)處理。 軸徑的初步計算。由式：d皿扣p n式中:A-計算系數(shù)與材料有關(guān)，查表11-2（軸常用材料的許用應(yīng)力及 A值表）由軸的材料為45號鋼，得A=126103，取A=115P-軸上的功率，查表2-1 （各軸動力參數(shù)），得P=3.9682 Kwn-軸上的轉(zhuǎn)速，查表 2-1 （各軸動力參數(shù)），得n=76.381 r/min把以上數(shù)據(jù)代入上式得:d 皿15 X；：39682 02.9 mm76.381 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)對于開鍵槽的截面直徑要加大 3%，軸上加標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)件的直徑這一原則，按比例繪制軸系結(jié)構(gòu)草圖如下所示。27#.

22、確定各軸徑的直徑#按結(jié)構(gòu)和強度要求做成階梯軸的，外伸端直徑為$35 mm.為使聯(lián)軸器能軸向定 位在軸的外伸端做一軸肩。所以通過軸承透蓋的軸段直徑取$40 mm。按題意選用兩個7209C型角接觸軸承所以軸承外的軸徑為 $45 mm （查設(shè)計手冊得7209C 型 的內(nèi)徑為$45 mm ）安裝齒輪的軸頭直徑取$50 mm為了使軸承和齒輪的軸向 定位，在齒輪和軸承之間設(shè)計一軸環(huán)，軸環(huán)直徑取$58mm.軸肩圓角半徑為1 mm, 齒輪與聯(lián)軸器處的軸環(huán)，軸肩的圓角半徑為2 mm。.確定各軸段的長度齒輪輪轂的寬度是46 mm，故取安裝齒輪的軸頭長度為 45 mm。由軸承標(biāo)準(zhǔn) 查得7509型軸承寬度為19 mm

23、。因此右端軸頸長度為18 mm。根據(jù)齒輪端面， 軸承端面與箱體內(nèi)壁應(yīng)保持一定的距離（詳見機械設(shè)計手冊）,取軸環(huán)的寬度為17 mm。安裝齒輪的軸段的左端面與整個軸的左端面的寬度為50 mm。由結(jié)構(gòu)草圖可知跨距L= :9+ （50-9） +11+46 =107 mm。右邊$40 mm軸段長度應(yīng)根 據(jù)減速器箱體結(jié)構(gòu)，軸承端蓋形式（凸緣式端蓋）以及箱外旋轉(zhuǎn)零件至端蓋的距 離要求等確定，現(xiàn)取為73 mm。安裝聯(lián)軸器的軸頭長度根據(jù)聯(lián)軸器尺寸取為 82 mm。.軸上零件的周向固定聯(lián)軸器及齒輪處均采用A型普通平鍵連接，由機械設(shè)計手冊查得鍵的尺寸為寬 度X高度X長度（b >4iXl）,聯(lián)軸器處為（10 $

24、 X70）齒輪處為（14刈M0）.4. 由于輸出軸的轉(zhuǎn)矩在三根軸中的輸出轉(zhuǎn)矩為最大，所以需對軸進行彎矩合成強 度校核計算。（1 ）畫出軸的受力圖（圖b），并確定 輸出軸的轉(zhuǎn)矩:Ti=4.9616 X0八5(N.mm)作用在齒輪上的圓周力Ft，徑向力Fr,軸向力Fa分別為：Ft=2T/d2=2 4.9616 10A5251.557=3945 NFr=Fttan a/cos 薩3945 tan200.983871=1459 NFa=Fttan p=3945tan10 °8'16''=717 N(2) 作水平面的彎矩圖MH圖(圖C) 支撐反力：由受力平衡，得RHA+

25、RHB=3945 NRha= ±Rhb73RHA=1254 N RHB=2691 N截面C處彎矩：Mhc = LaB*Rha=73 X10A-3 X1254=91.5 N m(3) 作垂直面內(nèi)的彎矩圖 Mr圖(圖d)支撐反力：RVA = Fr/2-Fad2/2L= - 717 251.557 =-113 N 22勺07RVB = Fr/2+Fad2/2L= 1459 + 717 251.557 =1572 N22 107截面C左側(cè)的彎矩：Mrc1二 Rva*Lac=-113 X73 X10A-3=-8.3 N mC右側(cè)的彎矩：Mrc2 = Rvb*LBC = 1572 X34 X0A-3=53.5 N m(4) 作合成彎矩M圖(圖e)截面C左側(cè)的合成彎矩：Mc1= MHC2 MVc12 = 91.52 (-8.3)2 = 91.88 N mC右側(cè)的合成彎