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機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 0 目錄 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) ...................................................................................................................................... 1 二、傳動(dòng)方案的擬定及說(shuō)明 .................................................................................................................... 1 三、電動(dòng)機(jī)的選擇 ................................................................................................................................... 3 四、計(jì)算 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比 ...................................................................................... 3 五、 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) ..................................................................................................... 4 六、傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 ........................................................................................................................... 5 1. .............................................................................................................................. V 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 5 2. .......................................................................................................................... 斜齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 7 七、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................................................................................................................. 12 1. ..................................................................................................................................... 高速軸的設(shè)計(jì) 12 2. ..................................................................................................................................... 中速軸的設(shè)計(jì) 15 3. ..................................................................................................................................... 低速軸的設(shè)計(jì) 19 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 .............................................................................................................. 22 八、滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算 .................................................................................................................. 26 1. ..................................................................................................................................... 高速軸的軸承 26 2. ..................................................................................................................................... 中速軸的軸承 27 3. ..................................................................................................................................... 低速軸的軸承 29 九、 ................................................................................................................. 鍵聯(lián)接的選擇及校核 計(jì)算 31 十、 .................................................................................................................................... 聯(lián)軸器的選擇 32 十一、 .................................................................................................. 減速器附件的選擇和箱體的設(shè)計(jì) 32 十二、 ................................................................................................................................... 潤(rùn)滑與密封 33 十三、 ....................................................................................................................................... 設(shè)計(jì)小結(jié) 34 十 四 、 ......................................................................................................................................... 參考資料 35 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 1 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 一、 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì)一用于帶式運(yùn)輸機(jī)上同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 1. 總體布置簡(jiǎn)圖 2. 工作情況 工作平穩(wěn)、單向運(yùn)轉(zhuǎn) 3. 原始數(shù)據(jù) 運(yùn)輸機(jī)卷筒扭矩（ N?m） 運(yùn)輸帶速度（ m/s） 卷筒直徑（ 帶速允許偏差（ %） 使用年限（年） 工作制度（班 /日） 1350 20 5 10 2 4. 設(shè)計(jì)內(nèi)容 (1) 電動(dòng)機(jī)的選擇與參數(shù)計(jì)算 (2) 斜齒輪 傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 (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) 裝配圖、零件圖的繪制 (7) 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě) 5. 設(shè)計(jì)任務(wù) (1) 減速器總裝配圖 1 張（ 0 號(hào)或 1 號(hào)圖紙） (2) 齒輪、軸零件圖各一張（ 2 號(hào)或 3 號(hào)圖紙） (3) 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份 二、 傳動(dòng)方案的擬定及說(shuō)明 如任務(wù)書(shū)上布置簡(jiǎn)圖所示，傳動(dòng)方案采用 V 帶加同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速箱 ，采機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 2 用 V 帶可起到過(guò)載保護(hù)作用，同軸式可使減速器橫向尺寸較小。 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 3 m rD vn w ?? ????? ?? 三、 電動(dòng)機(jī)的選擇 1. 電動(dòng)機(jī)類(lèi)型選擇 按工作要求和工作條件，選用一般用途的Ｙ（ 列三相異步電動(dòng)機(jī)。它為臥式封閉結(jié)構(gòu)。 2. 電動(dòng)機(jī)容量 (1) 卷筒軸的輸出功率w 3502100021000 ?????? (2) 電動(dòng)機(jī)的輸出功率dP? 傳動(dòng)裝置的總效率5423321 ?????? ?????式中， ?21,?? 為從電動(dòng)機(jī)至卷筒軸之間的各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和軸承的效率。由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》（以下未作說(shuō)明皆為此書(shū)中查得）表 2得： V ? ；滾動(dòng)軸承 ? ；圓柱齒輪傳動(dòng) ? ；彈性聯(lián)軸器 ? ；卷筒軸滑動(dòng)軸承 ?，則 8 2 0 1 2 7 3 ??????? 故 0 1 0 1 6 2 ?? ?(3) 電動(dòng)機(jī)額定功率0取電動(dòng)機(jī)額定功率 3. 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 由表 2得 V 帶傳動(dòng)常用傳動(dòng)比范圍 42'1 ～?i ，由表 2得兩級(jí)同軸式圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比范圍 608'2 ～?i ，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 4 m 0 0 2 6668''' 21 ???? 可見(jiàn)同步轉(zhuǎn)速為 750r/1000r/1500r/000r/電動(dòng)機(jī)均符合。這里初選同步轉(zhuǎn)速分別為 1000r/ 1500r/兩種電動(dòng)機(jī)進(jìn)行比較， 如下表： 方案 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率（ 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/ 電動(dòng)機(jī)質(zhì)量（ 傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比 同步 滿載 總傳動(dòng)比 兩級(jí)減速器 1 500 1440 81 000 970 119 表中數(shù)據(jù)可知兩個(gè)方案均可行，但方案 1 的電動(dòng)機(jī)質(zhì)量較小，且比價(jià)低。因此，可采用方案 1，選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 4. 電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)和外形、安裝尺寸 由表 20 20出 電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)和外形、安裝尺寸，并列表記錄備份。 型號(hào) 額定功率 (同步轉(zhuǎn)速 (r/滿載轉(zhuǎn)速 (r/堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 500 1440 D E G K L Ｆ×ＧＤ 質(zhì) 量（ 132 38 80 33 12 515 10×８ 81 四、 計(jì)算傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比 1. 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比 ??2. 分配各級(jí)傳動(dòng)比 取 V 帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比 i ，則兩級(jí)圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)比為 7 8 6 ?? ? 所得32 符合一般圓柱齒輪傳動(dòng)和兩級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比的常用范圍。 i i 2??設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 5 五、 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 1. 各軸轉(zhuǎn)速 電動(dòng)機(jī)軸為 0 軸，減速器高速軸為Ⅰ軸，中速軸為Ⅱ軸，低速軸為Ⅲ軸，各軸轉(zhuǎn)速為 m 44032Ⅲ21Ⅱ10Ⅰ0?????????2. 各軸輸入功率 按電動(dòng)機(jī)額定功率 21Ⅱ10Ⅰ0?????????????????????3. 各州轉(zhuǎn) 矩 ??????????????????ⅢⅡⅡⅡⅠⅠⅠ000電動(dòng)機(jī)軸 高速軸 Ⅰ 中速軸 Ⅱ 低速軸 Ⅲ 轉(zhuǎn)速（ r/ 1440 576 率（ 矩（ ） 計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 6 六、 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 1. V 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1） 確定計(jì)算功率 由于是帶式輸送機(jī)， 每天工作兩班，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》（ V 帶設(shè)計(jì)部分未作說(shuō)明皆查此書(shū) ）表 8， 工作情況系數(shù) ??? （ 2） 選擇 V 帶的 帶型 由 0 用 A 型 （ 3） 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑算 帶速 v ① 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑1表 8表 8小帶輪的基準(zhǔn)直徑 d 1251 ? ② 驗(yàn)算帶速 v。按 式 (8算帶的速度 d /440125100060 01 ?? ????? ?? 30/5 ??因?yàn)?,故帶速合適。 ③ 計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)式 (8計(jì)算大帶輪基準(zhǔn)直徑2 21 2 ??? 根據(jù)表 8圓整 為 152 ?（ 4） 確定 V 帶的中心距 a 和基準(zhǔn)長(zhǎng)度根據(jù)式 (8初定中心距 000 ?。 ② 由式 (8算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 25315()315125(250024)()(224)()(222021221002122100?????????????????????由表 8帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 800?? A 型 d 1251 ? d 3152 ? 800? 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 7 ③ 按式 (8算實(shí)際中心距 a。 0 ??????? 中心距變化范圍為 （ 5） 驗(yàn)算 小帶輪 上的包角1??????????????? 90160545 . 25315(180a 180 121 dd （ 6） 確定帶的根數(shù) ① 計(jì)算單根 V 帶的額定功率 由 251 ?和 4400 ，查表 8 根據(jù) 4400 ， i= A 型帶，查表 8 ? 于是得，表得查表 ???? ? r 8 2 4 00 ??????? ? ② 計(jì)算 V 帶的根數(shù) z。 ??? 根。 （ 7） 計(jì)算單根 A 型帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量 q=m，所以 00[)00)(22m ????????????應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力(（ 8） 計(jì)算壓軸力p 1 6 2 22152s 2)( 1m i i n ??????? ? ??? 1601? 5 根 65)( NF p 1622)( 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 8 2. 斜齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 按低速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)： 小齒輪轉(zhuǎn)矩 ?? ，小齒輪轉(zhuǎn)速 ? ， 傳動(dòng)比 ? （ 1） 選定齒輪類(lèi)型、精度 等級(jí) 、材料及齒數(shù) ① 選用 斜齒圓柱齒輪 ② 運(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選 7 級(jí)精度（ ③ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》（斜齒輪設(shè)計(jì)部分未作說(shuō)明皆查此書(shū)）表 10擇小齒輪材料為40質(zhì)），硬度為 280齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240者硬度差為 40 ④ 選小齒輪齒數(shù) 241 ?z ：大齒輪齒數(shù) ???? ⑤ 初選取螺旋角 ??14? （ 2） 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 按式 (10算，即 3 211 )][(12?????? ① 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 a) 試選 載荷系數(shù) 6.1?由圖 10取區(qū)域系數(shù) Z c) 由圖 10得 ? ?? ??， ???? ??? ???d) 小齒輪傳遞的傳矩 ? e) 由表 10取齒 寬 系數(shù) 1??由表 10得材料彈性影響系數(shù) ? g) 由圖 10齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 001? ；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 502? h) 由式 10算 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 036582(15766060??????????????????h 斜齒圓柱齒輪 7 級(jí)精度 241 ?z ??14? 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 9 i) 由圖 10得接觸疲勞壽命系數(shù) 1 ?? K j) 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 ? ?? ? M P ????????????k) 許用接觸應(yīng)力 ? ? ? ? ? ? M P 175402 21 ????? ??? ② 計(jì)算 a) 試算 小齒輪分度圓直徑計(jì)算公式得 t ?????? ????????? b) 計(jì)算圓周速度 t 1 ?? ???? ??? ?? c) 齒寬 b 及模數(shù) o o ??????????????d) 計(jì)算縱向重合度??a a ????????? ??? ? e) 計(jì)算載荷系數(shù) K 由表 10得使用系數(shù) 1?根據(jù) ， 7 級(jí)精度，由圖 104.1? 表 10得?1231.?? 因]2/??? 100? 表 10?? K；圖 10得 t 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 10 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 故載荷系數(shù)： ???????? ?? f) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式 (10 311 ????g) 計(jì)算模數(shù)n 4c o o ???? ?? （ 3） 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式 (103 2121][co ???? ?? ① 確定計(jì)算參數(shù) a) 計(jì)算載荷系數(shù) ???????? ?? b) 根據(jù)縱向重合度 ?，從圖 10得螺旋角影響 系數(shù) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) o o o o ????????查取齒形系數(shù) 由表 10得 ? 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 10得 ? 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖 10得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 001 ?? ；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 802 ?? n 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 11 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 由圖 10得彎曲疲勞壽命系數(shù) ? =式 (10 ? ?? ? M P ????????????g) 計(jì)算大、小齒輪的][ 并加以比較 ? ?? ? 0 1 6 3 3 7 9.?????? 大齒輪的數(shù)值大 ② 設(shè)計(jì)計(jì)算 ? ? o ?? ?????? ? 對(duì)比計(jì)算的結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù) ?， 已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑 來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由 4co ??? 取 321 ?z ，則 ??? （ 4） 幾何尺寸計(jì)算 ① 計(jì)算中心距 ? ? ? ? n 314co 1 1 932co 1 ?? ???????將中心距圓整為 233 按圓整后的中心距修正螺旋角 n 321 ?z 1192 ?z 械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 12 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 ? ? 5533132332 3)11932(a r c c o r c c o s 21 ?????? ????? a n? 因 ? 值改變不多， 故參數(shù), ???等不必修正 ③ 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 o o o o ?????????????????? ④ 計(jì)算齒輪 寬 度 d ????? 圓整后取 00,105 21 ?? 由于是同軸式二級(jí)齒輪減速器，因此兩對(duì)齒輪取成完全一樣，這樣保證了中心距完全相等的要求，且根據(jù)低速級(jí)傳動(dòng)計(jì)算得出的齒輪接觸疲勞強(qiáng)度以及彎曲疲勞強(qiáng)度一定能滿足高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的要求。 為了使中間軸上大小齒輪的軸向力能夠相互抵消一部分，故高速級(jí)小齒輪采用左旋 ，大齒輪采用右旋，低速級(jí)小齒輪右旋大齒輪左旋。 高速級(jí) 低速級(jí) 小 齒輪 大 齒輪 小 齒輪 大 齒輪 傳動(dòng)比 數(shù) (3 螺旋角 中心距 (233 齒數(shù) 32 119 32 119 齒寬 (105 100 105 100 直徑(分度圓 根圓 頂圓 向 左旋 右旋 右旋 左旋 ?? 553313 ????機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 13 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 七、 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1. 高速軸的設(shè)計(jì) (1) 高速軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速 （ r ） 高速軸 功率（ 轉(zhuǎn)矩 T（ ） 576 2) 作用在軸上的力 已知高速級(jí)齒輪的分度圓直徑為 d =， 根據(jù) 《機(jī)械設(shè)計(jì)》（軸的設(shè)計(jì)計(jì)算部分未作說(shuō)明皆查此書(shū)）式 (10 則 a o o st a ?????????????????????NF p 1622? (3) 初步確定軸的最小直徑 先按式 (15步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表 15 1120 ?A,于是得 30m ??? (4) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）擬訂軸上零件的裝配方案（如圖） ? 622? Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 14 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 ① 為了滿足 V 帶輪的軸向定位， Ⅰ -Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，故取Ⅱ -Ⅲ段的直徑 dⅡ -Ⅲ =32V 帶輪與軸配合的 長(zhǎng)度 0了保證軸端檔圈只壓在 V 帶輪上而不壓在軸的端面上，故Ⅰ -Ⅱ段的長(zhǎng)度應(yīng)比 短一些，現(xiàn)取 LⅠ -Ⅱ =75 ② 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù) dⅡ -Ⅲ =32軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承 30307，其尺寸為 d× D× T=3580 dⅢ -Ⅳ =dⅦ -Ⅷ =35 LⅢ -Ⅳ =21+21=42LⅤ -Ⅵ =10 右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得 30308 型軸承的定位軸肩高度h=此， 套筒 左端高度為 dⅤ -Ⅵ =44 ③ 取安裝齒輪的軸段 Ⅳ -Ⅴ 的直徑 dⅣ -Ⅴ =40 LⅣ -Ⅴ =103輪的左端與左端軸承之間采用套筒定位。 ④ 軸承端蓋的總寬度為 36減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆，取端蓋的外端面與 V 帶輪右端面間的距離 L=24取 LⅡ -Ⅲ =60 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 3） 軸上零件的軸向定位 V 帶輪與軸的 周向定位 選用平鍵 10863V 帶輪與軸的配合為 H7/輪與軸的周向定位選用平鍵 12870為 了保證齒輪與軸配合有良好的 對(duì)中性，故選齒輪輪轂與軸的配合為 H7/動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 4）確定軸上圓角和倒角尺寸 參考表 15軸端倒角 ??各圓角半徑見(jiàn)圖 軸段編號(hào) 長(zhǎng)度（ 直徑（ 配合說(shuō)明 Ⅰ -Ⅱ 75 30 與 V 帶輪鍵 聯(lián)接 配合 Ⅱ -Ⅲ 60 32 定位軸肩 Ⅲ -Ⅳ 42 35 與滾動(dòng)軸承 30307 配合，套筒定位 Ⅳ -Ⅴ 103 40 與小齒輪鍵 聯(lián)接 配合 Ⅴ -Ⅵ 10 44 定位軸環(huán) Ⅵ -Ⅶ 23 35 與滾動(dòng)軸承 30307 配合 總長(zhǎng)度 313 5） 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(jiǎn)圖。在確定軸承支點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè)中查取 于 30307 型圓錐滾子軸承，由手冊(cè)中查得 a=18此，軸的支撐跨距為 18 3=42 根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面 C 是軸的危險(xiǎn)截面。先計(jì)算出截面 C 處的 的值列于下表。 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 15 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 16 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力F H 11431 ? ， H 12622 ? V 22371 ?? ， V 15162 ? C 截面彎矩 M ??? 8 5 1 8 532 ???145551 32總彎矩 ????? 168 646145 551851 85 2222m a ? 118750 （ 6） 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)式 (15上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切 應(yīng)力，取 ，軸的計(jì)算應(yīng)力 ? ? M 46)(32222 ?????? ?? ＝ 已選定軸的材料為 45質(zhì)處理。由表 15得 70 1- ?? 。因此][ 1? ? ，故安全。 2. 中速軸的設(shè)計(jì) (1) 中 速軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速 （ r ） 中 速軸功率 （ 轉(zhuǎn)矩 T（ ） 2) 作用在軸上的力 已知高速級(jí)齒輪的分度圓直徑為 ，根據(jù) 式 (10 則 a o o st a ?????????????????????已知低速級(jí)齒輪的分度圓直徑為 ，根據(jù) 式 (10 則 安全 ? 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 17 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 a o o st a ????????????????????(3) 初 步確定軸的最小直徑 先按式 (15步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表 15 1120 ?A,于是得 30m ??? (4) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）擬訂軸上零件的裝配方案（如圖） 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 ① 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù) dⅠ -Ⅱ =dⅤ -Ⅵ =45軸承產(chǎn)品目錄中初步選取標(biāo)準(zhǔn)精度 級(jí)的單列圓錐滾子軸承 30309，其尺寸為 d× D× T=45100 LⅠ -Ⅱ =LⅤ -Ⅵ =27+20=47 兩端滾動(dòng)軸承采用套筒進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得 30309 型軸承的定位軸肩高度h=此，左邊套筒左側(cè)和右邊套筒右側(cè)的高度為 ② 取安裝大齒輪出的軸段Ⅱ -Ⅲ的直徑 dⅡ -Ⅲ =50輪的左端與左端軸承之間采用套筒定位。 ③ 為了使大齒輪軸向定位，取 dⅢ -Ⅳ =55由于考慮到與高、低速軸的配合，取LⅢ -Ⅳ =100 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 ? Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 18 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 3）軸上零件的軸向定位 大 小 齒輪與軸的周向定位 都 選用平鍵 14970為 了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選齒輪輪轂與軸的配合為 H7/動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 4）確定軸上圓角和倒角尺寸 參考表 15取軸端倒角 ??各圓角半徑見(jiàn)圖 軸段編號(hào) 長(zhǎng)度（ 直徑（ 配合說(shuō)明 Ⅰ -Ⅱ 49 45 與滾動(dòng)軸承 30309 配合，套筒定位 Ⅱ -Ⅲ 98 50 與大齒輪鍵 聯(lián)接 配合 Ⅲ -Ⅳ 90 55 定位軸環(huán) Ⅳ -Ⅴ 103 50 與小齒輪鍵 聯(lián)接 配合 Ⅴ -Ⅵ 45 45 與滾動(dòng)軸承 30309 配合 總長(zhǎng)度 385 5） 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(jiǎn)圖。在確定軸承支點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè)中查取 于 30309 型圓錐滾子軸承，由手冊(cè)中查得 a=21此，軸的支撐跨距為 6 根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面 C 是軸的危險(xiǎn)截面。先計(jì)算出截面 C 處的 的值列于下表。 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力F 81 ? H 61862 ? V 13821 ? V 26822 ? C 截面彎矩 M ??? 4 6 0 8 7 532 ? ???3 5 3 5 3 6 232 總彎矩 ????? 580 8 56353 5 36460 8 75 2222m a ? 422360 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 19 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 20 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 （ 6） 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)式 (15上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取 ，軸的計(jì)算應(yīng)力 ? ? M p aM p 32222 ?????? ?? ＝ 已選定軸的材料為 45質(zhì)處理。由表 15得 701- ??。因此][ 1? ? ，故安全。 3. 低速軸的設(shè)計(jì) (1) 低 速軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速 （ r ） 中速軸功率 （ 轉(zhuǎn)矩 T（ ） 2) 作用在軸上的力 已知低速級(jí)齒輪的分度圓直徑為 ，根據(jù) 式 (10 則 a o o st a ?????????????????????(3) 初步確定軸的最小直徑 先 按式 (15步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表 15 1120 ?A， 于是得 30m ???(4) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1） 擬訂軸上零件的裝配方案（如圖） 安全 ? Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 21 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 2） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 ① 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位，Ⅵ -Ⅶ 軸段左端需制出一軸肩，故?、?-Ⅵ段的直徑 dⅤ -Ⅵ =64聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度 07了保證軸端檔圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故 Ⅵ -Ⅶ 段的長(zhǎng)度應(yīng)比 短一些，現(xiàn)取 LⅥ -Ⅶ=105 ② 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù) dⅥ -Ⅶ =65軸承產(chǎn)品目錄中初步選取標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承 30314，其尺寸為 d× D× T=7015038 dⅠ -Ⅱ=dⅣ -Ⅴ =70 LⅠ -Ⅱ =38LⅣ -Ⅴ =38+20=58 左端滾動(dòng)軸承采用軸環(huán)進(jìn)行軸向定位。由表 15得 30314 型軸承的定位高度h=6此，取得 dⅡ -Ⅲ =82右端軸承采用套筒進(jìn)行軸向定位，同理可得套筒右端高度為 6 ③ 取安裝齒輪出的軸段Ⅲ -Ⅳ的直徑 dⅢ -Ⅳ =75輪的右端與右端軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為 100了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取 lⅢ -Ⅳ =98 ④ 軸承端蓋的總寬度為 30減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆，取端蓋的外端面與聯(lián)軸器左端面間的距離 L=30取 LⅤ -Ⅵ =60 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 3） 軸上零件的軸向定位 半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵為 181180聯(lián)軸器與軸的配合為H7/輪與軸的聯(lián)接，選用平鍵為 201280了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選齒輪輪轂與軸的配合為 H7/ 4） 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考表 15軸端倒角 ??各圓角半徑見(jiàn)圖 軸段編號(hào) 長(zhǎng)度（ 直徑（ 配合說(shuō)明 Ⅰ -Ⅱ 38 70 與滾動(dòng)軸承 30314 配合 Ⅱ -Ⅲ 10 82 軸環(huán) Ⅲ -Ⅳ 98 75 與大齒輪以鍵 聯(lián)接 配合，套筒定位 Ⅳ -Ⅴ 58 70 與滾動(dòng)軸承 30314 配合 Ⅴ -Ⅵ 60 68 與端蓋配合，做聯(lián)軸器的軸向定位 Ⅵ -Ⅶ 105 63 與聯(lián)軸器鍵 聯(lián)接 配合 總長(zhǎng)度 369械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 22 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 23 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 （ 5） 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(jiǎn)圖。在確定軸承支點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè)中查取 于 30314 型圓錐滾子軸承，由手冊(cè)中查得 a=31此，軸的支撐跨距為 42756721 ???? 根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面 B 是軸的危險(xiǎn)截面。先計(jì)算出截面 B 處的 的值列于下表。 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力F H H V ? V B 截面彎矩 M ??? 2 6 4 2 0 411 ? ??362325 22 總彎矩 ????? 448 4 23362 3 25264 2 04 2222m a ? 1370920 （ 6） 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)式 (15上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取 ，軸的計(jì)算應(yīng)力 ? ? M 32222 ?????? ?? ＝ 已選定軸的材料為 45質(zhì)處理。由 表 15得 70 1- ?? 。因此 ][1? ?，故安全。 （ 7） 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1） 判斷危險(xiǎn)截面 截面 ⅤⅥⅦ只受扭矩作用，雖然鍵槽，軸肩及過(guò)渡配合引起的應(yīng)力集中將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以 截面 ⅤⅥⅦ無(wú)需校核。 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，截面Ⅲ和 Ⅳ 處 過(guò)盈配合引起應(yīng)力集中 最嚴(yán)重；從受載情況來(lái)看， 截面 B 上的應(yīng)力最大。 截面Ⅲ的應(yīng)力集中影響和截面Ⅳ的相近，但截面Ⅲ不受扭矩作用，同時(shí)軸徑也較大，故不必做強(qiáng)度校核 。截面 B 上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大（過(guò)盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而這里軸的直徑也大，故截面 B 不必校核。截面ⅠⅡ顯然更不必校核 。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第三章附錄可知，鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過(guò)盈配合的小，因而該軸只需校核截面Ⅳ左右兩側(cè)。 安全 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) — 同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 24 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明 結(jié)果 2） 截面 Ⅳ 左側(cè) 抗彎截面系數(shù) 3333 ??? 抗扭截面系數(shù) 3333 8 4 3 7 ???截面 Ⅳ 左側(cè)的 彎矩為 ???? 1 6 14 3 275 48754 4 84 2 3 截面 Ⅳ 上的扭矩為 ? 1370920 截面上的彎曲應(yīng)力 M P 18 71 6 14 3 2 ????截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 T 3 7 51 3 7 0 9 2 0 ????軸的材料為 45質(zhì)處理。由表 15得 2 0 0 M P a,3 5 5 M P a,7 3 5 M P a 11b ??? ?? ??? 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)按附表 3??? 經(jīng)插值后可查得 ??? ??又由附圖 3 得軸的材料的敏性系數(shù)為 ? ?? 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 ? ? ? ?? ? ? ????????????????????? ??qk 由附圖 3尺寸系數(shù) ?由附圖 3扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) ?軸按磨削加工，附圖 3表面質(zhì)量系數(shù)為 ?? ??軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即β q=1，則得綜合系數(shù)值為 ?????????? ??kK機(jī)