哈工大機(jī)械設(shè)計(jì)課程(授課老師：趙小力)第16講

11.9減速器輸出軸部件設(shè)計(jì)—習(xí)題課一級(jí)圓柱齒輪減速器由輸入軸部件、輸出軸部件和機(jī)體組成。以輸出軸部件為例說(shuō)明部件設(shè)計(jì)方法：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(jì)間要協(xié)同設(shè)計(jì)，一起完成，比如齒輪的設(shè)計(jì)，其與軸相配的直徑和長(zhǎng)度就需要跟軸一起協(xié)同設(shè)計(jì)；軸的長(zhǎng)度還與機(jī)體、軸承蓋等零件相關(guān)。設(shè)計(jì)過(guò)程是關(guān)聯(lián)零件協(xié)同設(shè)計(jì)而各個(gè)零件設(shè)計(jì)仍需要按照該零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行。（1）初定尺寸（軸的最小直徑、軸承型號(hào)等）（2）畫(huà)結(jié)構(gòu)草圖（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(jì)確定軸的跨距，齒輪的力的作用點(diǎn)。軸的徑向尺寸從最小軸頸的軸端依次設(shè)計(jì)；而軸的軸向尺寸從齒輪兩端開(kāi)始，由中間向兩側(cè)展開(kāi)。）（3）校核計(jì)算(強(qiáng)度、安全系數(shù)、壽命、極限轉(zhuǎn)速等)（4）完成部件圖設(shè)計(jì)(確定部件結(jié)構(gòu)、尺寸、定位和固定)（5）完成零件圖設(shè)計(jì)（零件圖：尺寸、公差、技術(shù)要求等）輸出軸部件設(shè)計(jì)過(guò)程主要包括：輸出軸部件設(shè)計(jì)題目要求試設(shè)計(jì)帶式運(yùn)輸機(jī)中齒輪減速器的輸出軸部件。已知：輸出軸功率P=2.74kW，轉(zhuǎn)矩T=289458N.mm，轉(zhuǎn)速n=90.4r/min,圓柱齒輪分度圓直徑d=253.643mm,齒寬b=62mm,圓周力Ft=2282.4N,徑向力Fr=849.3N,軸向力Fa=485.1N,載荷平穩(wěn)，單向轉(zhuǎn)動(dòng)，工作環(huán)境清潔，工作溫度＜100℃，兩班工作制，使用5年，大批量生產(chǎn)。

分析題目————設(shè)計(jì)要求軸向力————

軸承選型載荷平穩(wěn)————

載荷系數(shù)K單向轉(zhuǎn)動(dòng)————

扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力循環(huán)特征

r=+1、0、-1工作環(huán)境清潔————

密封裝置（齒輪設(shè)計(jì)）工作溫度＜100℃——軸承壽命計(jì)算中溫度系數(shù)兩班工作制使用年限5年————

壽命計(jì)算及其壽命系數(shù)大批量生產(chǎn)————

材料選擇、結(jié)構(gòu)及工藝性1.選擇軸的材料：因傳遞的功率P=2.74kW，不大。并且?guī)竭\(yùn)輸機(jī)屬一般設(shè)備，結(jié)構(gòu)無(wú)特殊要求，故選用軸常用材料：45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。2.初算軸徑：減速器的輸出軸轉(zhuǎn)軸按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初算軸徑查表10.2得C=106~118考慮軸端彎矩比轉(zhuǎn)矩小，取C=1063.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：1）軸承部件的結(jié)構(gòu)形式：圖10.16和表10.3為便于軸承部件的裝拆機(jī)體采用剖分式結(jié)構(gòu)傳遞的功率小,齒輪減速器效率高,發(fā)熱小,估計(jì)軸不會(huì)長(zhǎng)（或初算）軸承部件可采用兩端固定方式2.初算軸徑(續(xù)前)：軸端與聯(lián)軸器用鍵聯(lián)結(jié)，鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度有所削弱2）聯(lián)軸器選擇及軸段1直徑d1、長(zhǎng)度l1確定：為補(bǔ)償安裝誤差，隔離振動(dòng)選彈性柱銷聯(lián)軸器聯(lián)軸器安裝在軸段1軸段1直徑d1應(yīng)與聯(lián)軸器孔徑相同聯(lián)軸器的選型計(jì)算：帶式運(yùn)輸機(jī)+載荷平穩(wěn)，故計(jì)算轉(zhuǎn)矩TC：查表13.1KA=1.5（GB/T5014-2003）2）聯(lián)軸器選擇及軸段1直徑d1、長(zhǎng)度l1確定(續(xù))：查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)P182的GB/T5014-2003LX2型彈性柱銷聯(lián)軸器符合要求：公稱轉(zhuǎn)矩為560000N.mm>434187N.mmLX2型彈性柱銷聯(lián)軸器參數(shù)：公稱轉(zhuǎn)矩560N.m,許用轉(zhuǎn)速6300r/min,軸孔直徑范圍20~35mm，軸孔長(zhǎng)度隨結(jié)構(gòu)變化。取聯(lián)軸器軸孔直徑為35mm（>dmin=34.7mm），J1型軸孔,軸孔長(zhǎng)度為60mm，A型平鍵連接，聯(lián)軸器主動(dòng)端的代號(hào)為：LX235×60GB/T5014-2003。2）聯(lián)軸器選擇及軸段1直徑d1、長(zhǎng)度l1確定(續(xù))：取軸端的直徑d1=35mm,該軸段長(zhǎng)度應(yīng)比聯(lián)軸器主動(dòng)端軸孔長(zhǎng)度60mm略短2~3mm,取l1為58mm。3）密封圈與密封圈所在軸段2：軸段2對(duì)聯(lián)軸器起軸向定位作用，見(jiàn)圖10.9h=2.45~3.5mm,則軸段2的直徑d2=d1+2h=39.9~42mm。3）密封圈與密封圈所在軸段2(續(xù))：軸段2上有密封圈工作環(huán)境清潔，軸頸的圓周速度V=0.21m/s<5m/s故采用毛氈圈。用毛氈圈密封查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》：選軸徑為40mm的氈圈。d2=40mm。d24）軸承與軸段3及軸段7：軸段3，7上有軸承，軸上Fa選擇角接觸球軸承為便于軸承安裝：d3>d2=40mm軸承內(nèi)徑d3應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)值系列內(nèi)：d3=45mm初取軸承代號(hào)為7209C，其主要參數(shù)為：d=45mm,D=85mm,B=19mm,定位軸肩直徑da=52mmC=29800N,C0=23800N。4）軸承與軸段3及軸段7(續(xù))：一般情況下，同一軸上的兩個(gè)軸承應(yīng)取相同的型號(hào)，則軸段3，7的軸承相同：d7=d3=45mm軸段7的長(zhǎng)度l7=B=19mm5）齒輪與軸段4：為便于齒輪安裝：d4>d3=45mm該段可取d4=48mm。為便于套筒對(duì)齒輪的準(zhǔn)確定位軸段4的長(zhǎng)度l4應(yīng)比齒輪輪轂長(zhǎng)略短此處，齒輪輪轂長(zhǎng)=齒寬b=62mml4=b-2=60mm6）軸段5與軸段6：軸段5對(duì)齒輪軸向定位：d5=d4+2hh根據(jù)齒輪的倒角C1或軸頸d確定為：h=3.36~4.8mm取d5=55mm。肩環(huán)的寬度b=1.4h=1.4(d5-d4)/2=4.9mm取為10mm，即l5=10mm。軸段6對(duì)軸承軸向定位,且考慮軸承拆卸d6>d7=45mmda—軸承安裝尺寸52mm取d6=da=52mm軸段1軸段2軸段3軸段4軸段5軸段6軸段77）機(jī)體與軸段2,3,6長(zhǎng)度靠結(jié)構(gòu)確定8）鍵連接（GB/T10962003）：聯(lián)軸器及齒輪與軸的周向連接均用A型普通平鍵連接，分別為：鍵10×56GB1096-2003

鍵14×56GB1096-2003。zyxOIIIFR1VFR2VFR1HFR2HFaFrd/2FtT74748.6MV(N.mm)MH2947.5(N.mm)58576.794966.274806.7M(N.mm)T(N.mm)289458bbaa4.軸的受力分析：

1）畫(huà)軸的受力簡(jiǎn)圖2）計(jì)算支撐反力：在水平面上：=894.3（N）=-45（N）負(fù)號(hào)表明了R2H的方向與圖中所示的方向相反！2）計(jì)算支撐反力（續(xù)）：在垂直平面上：軸承I的總支撐反力：軸承II的總支撐反力：3）畫(huà)彎矩圖：在水平面上：a-a剖面的左側(cè)：58576.7

1449.9（N）1142.1（N）3）畫(huà)彎矩圖（續(xù)）：在水平面上：a-a剖面的右側(cè)：在垂直平面上：a-a剖面：合成彎矩：a-a剖面左側(cè)：a-a剖面右側(cè)：4）畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖：2947.5（N.mm）74806.7（N.mm）94966.2（N.mm）74806.7（N.mm）zyxOIIIR1VR2VR1HR2HFaFrd/2FtT59114.2MV(N.mm)MH8764.6(N.mm)52758.3792333.359760.4M(N.mm)T(N.mm)289458bbaa5.校核軸的強(qiáng)度(1)：用安全系數(shù)法a-a剖面的左側(cè)：比較重要的軸彎矩大有轉(zhuǎn)矩鍵槽有應(yīng)力集中a-a剖面左側(cè)為危險(xiǎn)剖面由表附表10.1查得：有鍵槽的a-a剖面抗彎剖面模量W、抗扭剖面模量WT的計(jì)算公式分別為：計(jì)算a-a剖面左側(cè)彎曲應(yīng)力：計(jì)算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（變化規(guī)律不明）：對(duì)于調(diào)質(zhì)處理的45鋼，由表10.1查得：查表10.1：材料的平均應(yīng)力折算為應(yīng)力幅的等效系數(shù)5.校核軸的強(qiáng)度（續(xù)）：S=8.18>[S]=1.5a-a剖面安全。鍵槽引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)，由附表10.4查得Kσ=1.83，Kτ=1.63(線性插值法)由附圖10.1可知：絕對(duì)尺寸系數(shù)εσ和ετ分為：0.84，0.78。軸磨削加工時(shí)的表面質(zhì)量系數(shù)由表附圖10.2查得β=1.0由表10.5得13.9410.118.185.校核軸的強(qiáng)度：彎扭合成強(qiáng)度一般的轉(zhuǎn)軸

強(qiáng)度條件式：第三強(qiáng)度理論軸采用45鋼，調(diào)質(zhì)處理6.校核鍵連接的強(qiáng)度：

聯(lián)軸器處鍵連接的擠壓應(yīng)力：取鍵、軸、齒輪及聯(lián)軸器的材料都為鋼，查表6.1：靜連接條件下，齒輪處鍵連接的擠壓應(yīng)力：顯然，顯然，7.校核軸承壽命：查得7209C的C=29800N,C0=23800N.1）計(jì)算軸承的軸向力：由表11.13可查得：7209C型軸承的內(nèi)部軸向力計(jì)算公式為：則軸承I、II的內(nèi)部軸向力分別為：FS1=0.4Fr1=0.4FR1=580(N)FS2=0.4Fr2=0.4FR2=456.8(N)Fr1Fr2FAFS1FS2III只須校核軸承I的壽