設計 SHANGHAI UNIVERSITY 機械零件設計

《設計 SHANGHAI UNIVERSITY 機械零件設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《設計 SHANGHAI UNIVERSITY 機械零件設計（37頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 設計 SHANGHAI UNIVERSITY 機械零件設計（設計說明書） MACHINED COMPONENT DESIGN (Design specifications ) 題 目: 用于螺旋輸送機的一級圓柱齒輪減速器的設計 學 專 學 院 業(yè) 號 材料科學與工程學院 冶金 學生姓名 指導教師 起訖日期 2013.7.1～2013.7.12 - - -0- 目 0．?1．?錄 課程設計任務書……………………………………………………………3 電動機的選擇………………………………………………………………4 1.1 電動機類型和結構的選擇………………………………………………4 1.2 電動機容

2、量選擇…………………………………………………………4 1.3 確定電動機轉速…………………………………………………………4 1.4 電動機型號選擇…………………………………………………………5 2.?傳動參數(shù)計算………………………………………………………………5 2.1 確定傳動比………………………………………………………………5 2.2 齒輪傳動比………………………………………………………………6 2.3 計算傳動參數(shù)……………………………………………………………6 3．?傳動零件的設計計算………………………………………………………6 3.1 閉式圓柱斜齒輪傳動………………………………………

3、……………7 3.2 開式圓錐齒輪傳動………………………………………………………12 4．?軸的機構設計及強度計算…………………………………………………15 4.1 高速軸（小齒輪軸）設計………………………………………………15 4.2 低速軸（大齒輪軸）設計………………………………………………20 5．?軸承的壽命計算……………………………………………………………27 5.1 高速軸軸承壽命計算……………………………………………………27 5.2 低速軸軸承壽命計算……………………………………………………29 6．?其它零部件選擇及鍵的強度校核…………………………………………31 6.1 鍵

4、的選擇與校核…………………………………………………………31 6.?2 聯(lián)軸器的選用……………………………………………………………32 6.?3 鑄鐵減速箱體的主要結構尺寸…………………………………………32 7．?技術要求……………………………………………………………………34 8．?參考文獻 ……………………………………………………………………34 9．?設計小結 ……………………………………………………………………35 10．課程設計任務書原件 ………………………………………………………37 -1- 《機械零件設計》課程設計任務書 班級 冶金 姓名 學號 一、項目設計：用于螺旋輸送機的一

5、級圓柱齒輪減速器 二、運動簡圖 1.電動機；2、4.聯(lián)軸器；3.一級圓柱齒輪減速器；5.開式圓錐齒輪傳動；6.輸送螺旋。 三、原始數(shù)據(jù)（B2 斜） 輸送機工作軸轉矩 T 輸送機工作軸轉速 n 輸送機工作轉速允許誤差 工作年限 8 850 125 ± 5% 年 2 N·m r/min 班制。 四、設計任務 減速器裝配圖（A1 號圖紙） 零件工作圖（A3 號圖紙） 1 1 張； 張； 1.?大齒輪工作圖 1 張； 2.?減速器輸入軸工作圖 1 張； 設計說明書 五、設計期限 2013 年 6 月 17 日 至 2013 年 6 月 28 日 1 份。 指導教師： 發(fā)題日期： - - -2- 計 算

6、 及 1.?電動機的選擇 說 明 主 要 結 果 1.1 電動機類型和結構的選擇 按工作要求和工作條件，選擇 Y 系列三相交流異步電動 機，此系列電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷電動機。 1.2 電動機容量選擇 1.2.1 輸送機所需功率 Pw=T·n / 9550 = 850×150/9550 = 11.126 kw 1.2.2 傳動裝置總效率 η 總=η １4×η ２2×η ３×η ４ 式中：η 1、η 2、η 3、η 4 分別為滾動軸承（4 對） 、聯(lián)軸器 （2 個） 、圓錐直齒輪和圓柱斜齒輪傳動的傳動效率。 根據(jù)《機械設計課程設計》P9 表 2-3 查得 ： η １=0.99，η ２＝

7、0.99，η ３＝0.93，η ４=0.97。 ?總 ? 0.85 則： η 總=0.994×0.992×0.93×0.97=0.85 1.2.3 輸送機所需電動機的功率 Pd =PＷ/η 總=11.126/0.85=13.09kw 由表 10-1 選取電動機額定功率 Ped=15 kw。 1.3 確定電動機轉速 1.3.1 輸送機工作軸轉速為： nw＝[（1-5%）～（1+5%）]×125r/min ＝118.75～131.25 r/min 1.3.2 電動機轉速 根據(jù) 《機械設計課程設計》 P5 表 2-1 推薦的傳動比合理范 圍：取圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍 I1=3~5。 取開式

8、圓錐齒輪傳動的傳動比 I2=2~4。 總傳動比理論范圍為：I 總= I1 × I2 =（3~5）×（2~4） = 6~20 因此電動機轉速的可選范圍： Nd= I 總× nＷ = (6～20)×(118.75～131.25) = 712.5～3150 r/min 根據(jù)表 10-1 可以確定：符合這一轉速范圍的同步轉速有： 1000、1500 和 3000r/min。查表 10-1 得電動機數(shù)據(jù)及計算出 總傳動比列于附表 1-1 中。 Pd=13.09kW Ped=15kW - - -3- 計 算 及 說 明 1.4 電動機型號選擇 根據(jù)容量和轉速，由相關手冊查出三種適用的電動機型號： 附表 1

9、-1 電動機數(shù)據(jù)及傳動比 額定 電動機轉速 (r/min) 方案 電動機型號 功率 kw 同步轉速 滿載轉速 1 Y160M2-2 15 3000 2930 2 Y160L-4 15 1500 1460 3 Y180L-6 15 1000 970 主 要 結 果 質量 總傳 /kg 動比 125 19.53 144 9.733 195 6.47 電動機轉速越高， 價格越低， 而傳動裝置的輪廓尺寸較大。 表中所列方案 1 與方案 2 電動機轉速高，質量輕，價格便宜， 但方案 1 總傳動比最大，轉動裝置外廓尺寸大，制造成本大； 方案 3 質量大，轉速低，價格高，轉動裝置外廓尺寸小 。綜 合考慮電動

10、機的價格和傳動裝置尺寸條件， 為了合理地分配各 級傳動比，使傳動裝置結構緊湊，決定選用方案 2， 即選定電動機型號為：Y160L-4。 電動機型號： 其滿載轉速 n 滿 =1460r/min，Ped=15KW。 Y160L-4 由《機械設計課程設計》P106 頁表 10-3 得： 電動機軸中心高 H (mm) 160 電動機軸伸出端長 E (mm) 110 電動機軸直徑 D (mm) 42 H ? 160 mm E ? 110 mm D ? 42 mm 2．傳動參數(shù)計算 原始數(shù)據(jù)： 輸送機工作軸上轉矩 T (N·m) 850 輸送機工作軸轉速 N (r/min) 125 工作年限 8 年 2

11、班制 2.1 確定傳動系統(tǒng)的總傳動比和分配各級傳動比 2.1.1 總傳動比： 總傳動比： i總 ? 11.68 i ? 總 n總 1460 ? ? 11.68 nw 125 - - -4- 計 算 及 2.2 齒輪傳動比 說 明 主 要 結 果 取減速箱內閉式圓柱齒輪的傳動比為 i 柱=3.20，則開式 圓錐齒輪傳動比： i柱 ? 3.20 i錐 ? 3.65 i錐 ? i總 11.68 ? ? 3.65 i柱 3.20 2.3 計算傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù) 2.3.1 各軸轉速 1 軸(高速軸)： n1 ? n滿 ? 1460r min 2 軸(低速軸)： n2 ? n1 ? 1460r m

12、in n1 1460 ? ? 456.25 r min i柱 3.20 n2 ? 456.25 r min n3 ? 456.25 r min 3 軸(外傳動軸)： n3 ? n2 ? 456.25 r min 4 軸(輸送機軸)： n4 ? n3 456.25 ? ? 150.082 r min i錐 3.04 n4 ? 150.082 r min 2.3.2 各軸輸入功率 聯(lián)軸器效率：?聯(lián) ? 0.99 球軸承效率：?軸承 ? 0.99 閉式圓柱齒輪傳動效率：?柱 ? 0.97 開式圓錐齒輪傳動效率：?錐 ? 0.93 1 軸： P1 ? Pd· ?聯(lián) ? 13.09 ? 0.99 ? 1

13、2.96KW 2 軸： P2 ? P1 ? ?軸承 · ?柱 ? 12.96 ? 0.99 ? 0.97 ? 12.445KW 3 軸： P3 ? P2 ? ?軸承 ? ?聯(lián) ? 12.445 ? 0.99 ? 0.99 ? 12.20KW 4 軸： P4 ? P3 ? ?軸承 ? ?錐 ? 12.20 ? 0.99 ? 0.93 ? 11.23KW P1 ? 12.96KW P2 ? 12.445 KW P3 ? 12.20KW P4 ? 11.23KW - - -5- 計 算 及 說 2.3.3 各軸的輸入轉矩 1 軸：T1 ? 9550 明 主 要 結 果 P1 12.96 ? 9550

14、 ? 84.773N ? m n1 1460 P2 12.445 ? 9550 ? 260?.493 N ? m n2 456?.25 P3 12.20 ? 9550 ? 255?.364 N ? m n3 456?.25 T1 ? 84.773N ? m 2 軸：T2 ? 9550 T2 ? 269.493N ? m 3 軸：T3 ? 9550 T3 ? 255.364 N ? m T4 ? 714.586N ? m 4 軸：T4 ? 9550 P4 11.23 ? 9550 ? 714?.586 N ? m n4 150?.082 附表 1-2 軸名 高速軸 低速軸 外傳 動軸 輸送 機軸

15、 功率 P/kW 12.96 12.445 12.20 11.23 各軸運動和動力參數(shù) 轉矩 T(N· m) 轉速 n (r/min) 1460 456.25 3.04 0.98 0.92 456.25 150.082 1 傳動比 ia 效率 ? 84.773 269.493 255.364 714.586 3.20 0.96 3．傳動零件的設計計算 3.1 減速器內傳動零件設計 3.1.1 選擇傳動類型、齒輪材料及確定許用應力 閉式圓柱斜齒輪傳動。 小齒輪選用 40Cr 調質，齒面硬度為 241~286HBW， ? H lim1 ? 600Mpa,? FE1 ? 500Mpa ； 大齒輪選用

16、 45 調質，齒面硬度為 217~255HBW。 小齒輪 40Cr 調質 大齒輪 45 調質 ? H lim2 ? 550Mpa, ? FE 2 ? 360Mpa 3.1.2 按齒面接觸強度設計 設齒輪按 8 級精度制造（要求軟齒面粗糙度 Ra ? 3.2 ~ 6.3um ， v ? 10 m s ） 。 - 8 級精度 -6- 計 算 及 說 明 （1）確認公式內的各計算數(shù)值 1）由表 11-3 與表 11-5，查表得取載荷系數(shù) Kt ? 1.5 , 查表 13-26 得齒寬系數(shù) 2）轉矩 T1 與螺旋角 ? 因兩齒輪均為鋼質齒輪，可應用【 2】P171 頁公式 11-3 求 出 d 1 值

17、。確定有關參數(shù)與系數(shù)： 主 要 結 果 K A ? 1.0 Kt ? 1.5 ?d ? 1.0 ?d ? 1.0 T1 ? 9.55 ? 106 初選螺旋角 P 12.96 ? 9.55 ? 106 ? ? 84772?.603N ? mm n1 1460 ? ? 14? 初選螺旋角 ? ? 14? 3）齒數(shù) Z 和傳動比 i 初取 z1 ? 20 ，傳動比 i ? 3.20 ，則 z 2 ? 20 ? 3.20 ? 64 ，則實際 實際傳動比 64 ? 3.20 。 傳動比 i ? i ? 3.20 20 4） 由表 13-25 得： Z E ? 189.8 ； 由圖 13-12 取區(qū)域系數(shù)

18、 Z H ? 2.435 查閱圖 10-26 得， ? ? 1 ? 0.748, ? ? 2 ? 0.852 ， 則 Z E ? 189.8 Z H ? 2.435 ? ? ? ? ? 1 ? ? ? 2 ? 0.748 ? 0.852 ? 1.60 ? ? ? 1.60 5）斜齒輪計算許用應力 由圖 13-8 取 K HN 1 ? 0.89, K HN 2 ? 0.94 ，失效概率取 1%， K HN 1 ? 0.89 K HN 2 ? 0.94 ?? H 1 ? ? K HN1 ? ? H lim1 ? 0.89 ? 600 ? 534MPa S 1 ?? H 2 ? ? K HN 2 ?

19、 ? H lim 2 ? 0.94 ? 550 ? 517 MPa S 1 ?? H ? ? 1 ??? H 1 ? ? ?? H 2 ?? ? 1 ?534 ? 517 ? ? 525.5Mpa 2 2 ?? H 1 ? ? 534MPa ?? H 2 ? ? 517 MPa ?? H ? ? 525.5Mpa - - -7- 計 算 及 說 明 主 要 結 果 （2）計算 1）主要尺寸計算 d 1t ? 3 2 2KT1 u ? 1 ? Z E Z H Z ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?d ? ? u H ? ? ? 3 2 ? 1.5 ? 84772?.603 3.20 ?

20、1 ? 189?.8 ? 2.435 ? cos 14? ? ? ? ?? ? ? 1 ? 1.60 3.20 525?.?5 ? ? 2 d 1t ? 53.90mm ? 53.90 mm 2）計算圓周速度 ?d 1t n1 3.14 ? 53.90 ? 1460 V ? ? ? 4.12m / s 60 ? 1000 60 ? 1000 mnt 3）計算齒寬 b 及模數(shù) v ? 4.12 m/s b ? ?dd1t ? 1 ? 53.90 ? 53.90mm m nt ? d 1 cos ? 53.90 ? cos 14? ? ? 2.78mm z1 20 b ? 53.90 mm m n

21、t ? 2.78mm h ? 2.25m nt ? 2.25 ? 2.78 ? 6.255mm 寬高比 : h ? 6.255 寬高比=8.62 b 53.90 ? ? 8.62 h 6.255 ?? 4）計算縱向重合度 ? ? ? 0.318 ?d z1 tan? ? 0.318?1? 20? tan14? ? 1.5857 5）計算載荷系數(shù) K。 由表 12-21 得使用系數(shù) KA=1.0；查圖 13-6 得動載荷系數(shù) K H? ? 1.312 ? ? ? 1.5857 K A ? 1.0 KV ? 1.12 K H? ? 1.312 K F? ? 1.297 K H? ? K F? ?

22、1.4 Kv=1.12；查表 13-23，插值計算得 ；查圖 13-5 得 K F? ? 1.297 齒向載荷系數(shù) ；查表 13-22 得斜齒輪間載荷分配系 K H? ? K F? ? 1.4 數(shù) ； 因此載荷系數(shù) - -8- 計 算 及 說 明 K ? K A ? KV ? K H? ? K H? ? 1?1.12 ?1.4 ?1.312 ? 2.057 主 要 結 果 K ? 2.057 6）按 實 際 載 荷 系 數(shù) 校 正 所 算 得 的 分 度 圓 直 徑 。 d 1 ? d 1t 3 K 2.057 ? 53.90 ? 3 ? 59.883 mm Kt 1.5 mn d 1 ? 5

23、9.883mm mn ? 。 7）計算模數(shù) d 1 cos ? 59.883 ? cos 14? ? ? 2.905 mm z1 20 m n ? 2.905mm 3.1.3 按齒根彎曲疲勞強度設計 （1）確定計算參數(shù) ①計算載荷系數(shù)。 K ? K A KV K F? K F? ? 1?1.12 ?1.4 ?1.297 ? 2.0337 K ? 2.0337 ②根據(jù)縱向重合度 ? ? ? 1.5857，從圖 13-11 查得螺旋角影響系 數(shù) Y? ? 0.975 ③當量齒數(shù) Y? ? 0.975 ZV 1 ? 21.894 z z v 1 ? ? v 2 z 1 3 cos z 2 3 cos

24、 ? ? ? ? 20 3 cos 14 ? 64 3 cos 14 ? ? ? 21?.894 ; 70.?06 ④查取齒形系數(shù)。由表 13-24 得： YFa1 ? 2.724, YFa2 ? 2.240 ZV 2 ? 70.06 ⑤查取應力校正系數(shù)。由表 13-24 得 YSa1 ? 1.569, YSa2 ? 1.750 ⑥由圖 13-9c 查疲勞彎曲極限 ? FE1 ? 500Mpa, ? FE 2 ? 380Mpa.?⑦由圖 13-7 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) K FN 1 ? 0.85, K FN 2 ? 0.90 ⑧計算彎曲疲勞許用應力。取彎曲疲勞安全系數(shù) SF=1.4， YFa1

25、 ? 2.724 YFa2 ? 2.240 YSa1 ? 1.569 YSa2 ? 1.750 K FN 1 ? 0.85 K FN 2 ? 0.90 SF=1.4 ?? F1 ? ? K FN 1 ? ? FE1 ? 0.85 ? 500 ? 303.571MPa SF 1.4 ?? F 2 ? ? K FN 2 ? ? FE 2 SF ? 0.90 ? 380 ? 244.286 MPa 1.4 - - -9- 計 算 及 說 YFaYSa 明 主 要 結 果 ⑨計算大、小齒輪的 YFa1YSa1 ?? F ? ?? F1 ? ? 303.571MPa ?? F 2 ? ? 244.286

26、MPa 2.724 ?1.569 ? ? 0.01408 ?? F1 ? 303.571 YFa 2YSa 2 2.240 ?1.750 ? ? 0.01605 ?? F ?2 244.286 比較可知：大齒輪的數(shù)值大。 （2）設計計算 YFa1YSa1 mn ? ? 3 3 2KT1Y ? cos ? 2 ?z? 2 d 1 ? ? YFaYSa ?? F ? ?? F ?1 ? 0.01408 ? 0.01605 YFa 2YSa 2 2 ? 2.0337 ? 84772?.603 ? 0.975 ? cos 2 14? ? 0.01605 1 ? 202 ? 1.551 ? 2.86mm

27、 ?? F ?2 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù) mn 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)， 由于齒輪法面模數(shù) mn 的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接 觸疲勞強度所決定的承載能力僅與齒輪直徑 (即模數(shù)與齒數(shù)的 乘積)有關， 所以可取由彎曲強度算得的法面模數(shù) 2.86mm 并就 近圓整為標準值 mn=3 ，取按接觸強度算得的分度圓直徑 m n ? 2.86mm d 1 ? 59.883mm 。從而可算出小齒輪齒數(shù)和大齒輪齒數(shù)分別為 d1 59.883 ? ? 19.96 ? 20 m 3 z 2 ? i齒 ? z1 ? 3.20 ? 20 ? 64 z1 ?

28、3.1.5 幾何尺寸計算 （1）計算中心距。 a ? m n ? 3mm Z 1 ? 20 ?z 1 ? z 2 ?m n ?20 ? 64 ? ? 3 ? 129.857mm ，為了便于制造和 ? 2 cos ? 2 ? cos 14? Z 2 ? 64 測量，中心距應盡量圓整成尾數(shù)為 0 和 5，故取 a ? 130 mm 。 a ? 130 mm （2）按圓整后的中心距修正螺旋角。 ?z ? z2 ?m n ? arccos (20 ? 64) ? 3 ? 14.25? ? 14?15? ? ? arccos 1 2a 130 ? 2 由于β 的變動不多，因此 ? ?、K ?、Z H 等

29、不必修正。 - 10 - 計 算 及 說 明 （3）計算大、小齒輪的分度圓直徑： m ? z1 3 ? 20 d1 ? n ? ? 61.90 mm , cos ? cos 14.25? 主 要 結 果 ? ? 14?15? d2 ? 齒頂高 齒根高 全齒高 頂隙 m n ? z2 3 ? 64 ? ? 198.10 mm , cos ? cos 14.25? ha ? m n ? 3mm d 1 ? 61.90 mm d 2 ? 198?.10 mm hf ? 1.25m n ? 1.25 ? 3 ? 3.75mm h ? ha ? hf ? 3 ? 3.75 ? 6.75mm ha ? 3

30、mm hf ? 3.75 mm h ? 6.75 mm c ? 0.75 mm d a 1 ? 67?.9mm c ? hf ? ha ? 3.75 ? 3 ? 0.75mm 齒頂圓直徑： d a1 ? d 1 ? 2ha ? 61.90 ? 2 ? 3 ? 67.9mm d a 2 ? d 2 ? 2ha ? 198?.10 ? 2 ? 3 ? 204.10mm 齒根圓直徑： d f 1 ? d 1 ? 2hf ? 61.90 ? 2 ? 3.75 ? 54.4 mm d f 2 ? d 2 ? 2hf ? 198?.10 ? 2 ? 3.75 ? 190.6mm 齒輪寬度： b ? ?dd

31、 1 ? 61.90mm ，則 b2 ? 65mm, b1 ? 70mm 。 d a 2 ? 204?.10 mm 3.1.6 齒輪的結構設計 小齒輪 1 由于直徑較小，所以采用齒輪軸結構。 大齒輪 2 采用腹板式結構。 d f 1 ? 54?.4 mm d f 2 ? 190?.6mm b2 ? 65mm b1 ? 70mm 3.2 減速器外傳動零件設計 3.2.1 選定齒輪傳動類型、材料、熱處理方式、精度等級。 開式直齒圓錐齒輪傳動。 小齒輪選硬齒面，大齒輪選軟齒面。 小齒輪：45 鋼。調質處理，齒面硬度為 230HBS； ? H lim1 ? 580Mpa,? FE1 ? 550Mpa

32、； 大齒輪：45 鋼。正火處理，齒面硬度為 190HBS。 ? H lim2 ? 450Mpa, ? FE 2 ? 380Mpa 。 齒輪精度初選 8 級。 小齒輪 45、調質 - - - 11 - 計 算 及 說 明 3.2.2 初選主要參數(shù)及確定許用應力 初取 z1 ? 18 ，傳動比 i ? 3.04 ，則 z2 ? 18 ? 3.04 ? 54.72?? 55 i ? 55 / 18 ? 3.056 ? 3.06 由【2】表 11-5，齒輪為一般可靠度，取 SH=1, SF=1.25。 實 主 要 結 果 大齒輪 45、正火 8 級精度 z1 ? 18 z 2 ? 55 ?? H 1

33、? ? ? H lim1 SH ? ? 580 ? 580 MPa 1 550 ? 550 MPa 1 ?? H 2 ? ? ? H lim2 SH SH=1 SF=1.25 ?? F1 ? ? ? FE1 SF ? ? 450 ? 360MPa 1.25 380 ? 304MPa 1.25 ?? H 1 ? ? 580MPa ?? H 2 ? ? 550 MPa ?? F 2 ? ? ? FE 2 SF 3 3.2.3 按彎曲疲勞強度設計 公式 ?? F1 ? ? 360MPa 4 KT1 2 2 m? YFa ? YSa ?R z1（1 ? 0.5?R） u ? 1 0.7?? F ? 2

34、 ? ?? F 2 ? ? 304MPa 確定各參數(shù)值 1） 試選載荷系數(shù) K=1.3， ? R =0.3 2）計算小齒輪傳遞的轉矩 T3 ? 9550000 P3 12.20 ? 9550000 ? 255364?.384 N ? mm n3 456?.25 K=1.3 3）齒形系數(shù)和應力修正系數(shù) z 齒形系數(shù)與應力修正系數(shù)按當量齒數(shù) z v ? 計算。 cos? ?R ? 0.3 T3 ? 255364?.384 N ? mm ? 2 ? arctan z2 55 ? arctan ? 71.88? z1 18 ?1 ? 90? ? ? 2 ? 90? ? 71.88? ? 18.12?

35、zv 1 ? zv 2 ? z1 18 ? ? 18.94 cos ?1 cos 18.12? z2 55 ? ? 176?.84 cos ? 2 cos 71.88? ? 2 ? 71?.88 ? ? 1 ? 18?.12 ? 查【2】圖 11-8,11-9，得 YFa1 ? 2.84, YFa2 ? 2.17 YSa1 ? 1.82, YSa2 ? 1.82 - 12 - zv 1 ? 18.94 zv 2 ? 176?.84 計 算 及 說 明 主 要 結 果 YFa1 ? 2.84 YFa2 ? 2.17 比較小齒輪、大齒輪 YFaYSa 的大小： 0.7?? F ? YFa1YSa1

36、 2.64 ?1.82 Y Y 2.17 ?1.82 ? ? 0.02051 ? Fa 2 Sa 2 ? ? 0.01856 0.7?? F 1 ? 0.7 ? 360 0.7?? F 2 ? 0.7 ? 304 計算大端模數(shù)： 3 me ? 3 4KT1 ? z （1 ? 0.5?R） u ? 1 2 2 2 R 1 ? YFa ? YSa 0.7?? F ? ? 0.0205 ? 4 ? 1.3 ? 255364?.384 2 2 0.3 ? 18（ 1 ? 0.5 ? 0.3） 3.06 2 ? 1 ? 4.94 mm 選取第一系列標準模數(shù) me=8 m 8 2 2 外錐距 Re ? e

37、 z1 ? z2 ? 182 ? 552 ? 231?.48 mm 2 2 齒寬 分度圓直徑 m? ? 4.94mm b ? ?d ? Re ? 0.3 ? 231.48 ? 69.44mm ? 70mm me=8 d 1 ? me ? z1 ? 8 ? 18 ? 144 mm d 2 ? me ? z2 ? 8 ? 55 ? 440 mm Re ? 231.48mm b ? 70mm 3.2.4 按齒面疲勞強度校核 小齒輪齒寬中點的分度圓直徑 d 1 ? 144 mm d 2 ? 440 mm d m 1 ? d1 ? b sin ?1 ? 144 ? 70 ? sin 18.12? ? 1

38、22.23mm 小齒輪圓周力 Ft 1 ? 2T1 2 ? 255364?.384 ? ? 4178?.42N d m1 122?.23 由【2】171 頁表 11-4 得： Z E ? 189.8 ； 已知齒輪均為標準齒輪，所以 Z H ? 2.5 將上述參數(shù)代入【2】P181 公式 11-14 校核齒輪接觸疲勞強度 d m 1 ? 122.23mm Ft1 ? 4178。 42N Z E ? 189.8 Z H ? 2.5 - - - 13 - 計 算 及 說 明 主 要 結 果 ?H ? Z E Z H KFt 1 u2 ? 1 · bd（ φ R） u 1 1 ? 0.5 1.3 ?

39、4178?.42 3.062 ? 1 ? 70 ? 144 ? ?1 ? 0.5 ? 0.3? 3.06 ? H ? 387?.52 Mpa ? H ? ?? H ? ? 550 Mpa 安全 ? 189?.8 ? 2.5 ? 387?.52Mpa ? ?? H ? ? 550 Mpa 安全。 3.2.5 幾何尺寸計算 大端模數(shù) 齒數(shù) 齒寬 外錐距 分度圓直徑 me=8 me=8 z 1 ? 18 z 2 ? 55 z 1 ? 18 ， z 2 ? 55 b ? ?d ? Re ? 0.3 ? 231.48 ? 69.44mm ? 70mm Re ? me 8 2 2 z1 ? z2 ? 18

40、2 ? 552 ? 231?.48 mm 2 2 b ? 70mm Re ? 231.48mm d 1 ? me ? z1 ? 8 ? 18 ? 144 mm d 2 ? me ? z2 ? 8 ? 55 ? 440 mm d 1 ? 144 mm d 2 ? 440 mm 4．軸的設計及強度 4.1 減速器輸入軸（高速軸）設計 4.1.1 初步確定軸的最小直徑 選用 40Cr 調質處理，硬度為 241~286HBS。軸的輸入功 率為 P1=12.96kw，轉速 n1=1460r/min； 高速軸 40Cr 由【2】245 頁表 14-2，得 C=105。 代入公式 14-2 得 C=105

41、de ? C ? 3 P 12.96 ? 110 ? 3 ? 22.776 mm n 1460 考慮到連接聯(lián)軸器的一個鍵的存在,軸徑應該擴大 5%， d e ? ?1 ? 5%? ? 22.776 ? 23.915mm 4.1.2 齒輪上的作用力 - d e ? 23.915mm - 14 - 計 算 及 說 明 小齒輪分度圓直徑 d1=61.90mm 主 要 結 果 d1=61.90mm Ft1 ? Fr1 ? 2T1 2 ? 85969?.6 ? ? 2567.4 N d1 66.97 Ft1 tan? n 2567.4 ? tan 20? ? ? 962.77N cos ? cos13.

42、9305? Ft1 ? 2764.096 N Fr1 ? 1034.82 N 4.1.3 結構設計 圖 1-1 高速軸示意圖 高速軸采用齒輪軸，齒輪部分安排在減速器箱體的中央， L4 與 L6 相等。由于軸不長，所以軸承采用兩端固定方式?，F(xiàn) 軸承采用脂潤滑，通過擋油環(huán)和軸承蓋雙向定位。高速軸示意 圖如上圖 1-1。 根據(jù)軸上零件的安裝和固定要求，將軸分為七段 軸段①：安裝聯(lián)軸器； 軸段②：軸身； 軸段③：安裝軸承； 軸段④：過渡段； 軸段⑤：小齒輪； 軸段⑥：過渡段； 軸段⑦：安裝軸承。 4.1.4 各軸段軸徑的確定 軸段① 根 據(jù) 最 小 軸 徑 d1 ? 24.188mm 及 計 算 轉

43、矩 Tc=KA·T1=1.5×88.773=127.1595 N·m，查【1】P192 表 15-7 ， 選 擇 彈 性 柱 銷 聯(lián) 軸 器 LX2-Y 型 ， 公 稱 轉 矩 Tn ? 560 N ? m ， 則Tc ? Tn 。軸孔直徑 32mm ，軸孔長度 - 用 LX2-Y 型 聯(lián)軸器 - 15 - 計 算 及 82mm。 說 明 主 要 結 果 故取 ?1 ? 35mm。 軸段② 根據(jù)聯(lián)軸器的軸向定位要求，定位軸肩為 ?1 ? 35mm d1 ? 32mm h = (0.07 ~ 0.1)d1 = (0.07 ~ 0.1) ×32 = 2.24 ~ 3.2mm 又考慮到密封圈的標準，

44、取 d 2 ? 40mm 該處軸的圓周速度 d 2 ? 40mm v? ?d1n1 60 ?1000 ? ? ? 40 ?1460 60 ?1000 ? 3.056 m/s ? 4m/s v ?? 3.056 m/s ? 4m/s 故可選用氈圈油封，由【1】P206 表 17-9，選取 氈圈 40JB/ZQ4606—1997。 軸段③和⑦ 考慮軸承的拆裝方便，使 d 3 ? d 2 。初步選取角接觸向 心軸承 7010AC。查【1】P177-178 表 14-6 得其基本尺寸 為 d ? D ? B ? 50 mm ? 80 mm ?16 mm ， 其 安 裝 尺 寸 為 d a ? 56mm

45、。 所以 d3 ? d7 ? 50mm。 軸段④和⑥ 這一部分為軸承和齒輪的過渡段，齒輪分度圓大小為 d3 ? d7 ? 50mm 64.28mm ，選取 d 4 ? d 6 ? 60mm 。 軸段⑤ 由于小齒輪直徑較小， 故采用齒輪軸結構。 這一部分為小 齒輪，分度圓直徑為 62.28mm ，齒頂圓直徑為 70mm 。 d 4 ? d 6 ? 60mm d 5 ? 70mm 4.1.4 各軸段長度計算 軸長① 半聯(lián)軸器長度為 82mm，故取 L1 ? 80m m。 軸長③和⑦ - 16 - L1 ? 80mm 計 算 及 說 明 主 要 結 果 參考【 1 】 5-11a ，取擋油環(huán)端面到箱

46、體內壁距離為 2mm，靠近箱體內壁的軸承端面到箱體內壁的距離取 ? 4 ? 14mm ；故取 L3 ? B ? ? 4 ? 2 ? 16 ? 14 ? 2 ? 32mm 。 由于對稱，L7=L3=32mm。 軸長④和⑥ 觀察裝配圖可以得到： L4 ? L6 ? ? 2 ? 2 L3 ? 32mm L 7 ? 32mm 由【1】表 4-1 得： ? 2 ? ? ? 8mm ?。?? 2 ? 15mm 所以： L4 ? 13, L6 ? 13 L4 ? 13mm L6 ? 13mm 軸長⑤ L5 ? B齒寬 ? 70mm L5 ? 70mm 軸長② 地腳螺釘直徑取 M16，軸承旁連接螺釘直徑取 M

47、16，查 表 4-1 得相應的 C1 ? 22mm, C2 ? 20mm 。 箱蓋與箱座連接 螺直徑取 M10；軸承端蓋螺釘直徑取 M8。由表 16-1 查 得軸承端蓋凸緣厚度 e ? 1.2d3 ? 1.2 ?10 ? 12mm 。軸承座 寬度 l2 ? ? ? C1 ? C2 ? 8 ? 8 ? 22 ? 20 ? 8 ? 58mm ；取端蓋 與軸承座尖的調整墊片厚度 ?t ? 2mm； 取起出螺釘?shù)谋?要距離 K 2 ? 32mm ，則有 L2 ? l2 ? ? t ? e ? K1 ? B ? ? 4 ? 58 ? 2 ? 12 ? 32 ? 16 ? 15 ? 74mm L2 ? 7

48、4mm 4.1.5 校核高速軸的強度 - 17 - 計 算 及 說 明 主 要 結 果 3.1?.按彎矩、轉矩合成強度計算軸的計算簡圖如圖 1-2 所示 圖 1-2 高速軸的簡化圖及彎矩圖 a=122m， b=72m，c=72mm， T=88.848 N·m (1)確定作用在軸上的載荷： 圓圓周力 徑徑向力 軸軸向力 Ft= 2T1 d1 ? 2 ×88.848 ? 2764.096 N 64.287 ×0.001 a=122mm b=72mm c=72mm T=88.848 N·m Ft=2764.096N Fr=1034.82N Fa=665.45N Fr= Ft 2764.096 tga

49、 ? tg 20° ? 1034.82 N cos ? cos 13.5362° Fa= Fttgβ =2754.096×tg13.5362°=665.45N （2）確定支點反作用力及彎曲力矩 水平面中的計算簡圖如圖 1-2 所示。 支承反力 FRBH =FRCH =0.5Ft=0.5×2764.092=1382.048 N 齒輪中心截面的彎曲力矩 MIH=FRBH b=1382.049×72=98125.408 N·mm 垂直面中的計算簡圖如圖 1-2 所示。 支承反力 - 18 - FRBH =1382.048 N FRCH =1382.048 N 計 算 及 說 明 FRBV= Fa d

50、 ? Fr c 665.45 ×64.287/2 ? 962.68 ×72?2 ? ? 668.043 N b?c?72???72?主 要 結 果 MIH=98125.408 N·mm d Fr b ? Fa × 2 ? 1034.82 ×72?- 665.45 ×64.287/2 ? 376.777N FRCV= b?c?72??72?M 齒輪中心截面的彎曲力矩 M?IH =FRBV·b=668.043×72=47431.053N·mm M??IH =FRCV·c=366.777×72=26041.167N·mm 合成彎矩（圖 1c） M?WI = M 2 IV FRBV=668.043N

51、FRCV=376.777N M 2 2 M?IH = 47431.053N·mm M??IH = 26041.167N·mm M’WI= 108987.616N·mm M??WI= 101522?.106 N·mm ? M ′ ? 98125.048 ? 47431.053 2 IH ? 108987.616 N·mm 2 2 M IV ? M ′′ 98125.0482 ? 26041.167 2 IH ? M??WI= ? 101522.106 軸上的扭矩 T=88.848 N·m N·mm 畫出軸的當量彎矩圖，從圖中可以判斷齒輪中心截面彎 矩值最大，而軸外伸段截面承受純扭，所以對這兩個危

52、險截 面進行計算。 (3)計算齒輪中心截面、軸外伸段的直徑 已知軸的材料為 40C r（調質熱處理）,其σ B=750MPa； [σ -1b]=70MPa，[σ 0b]=120MPa。則 ?? [? ?1b ] ? 70/120=0.58 [? 0b ] 齒輪中心截面處的當量彎矩 [σ 0b]=120MPa ? ? 0.58 - 19 - 計 算 及 說 明 主 要 結 果 2 M′ M′ ? (?T ) 2 ? 108987.616 2 ? (0.58 ×88848) 2 N ·mm 1 ? WI ? 120556.339 齒輪中心截面處的當量彎矩 M′ (?T ) ? ?T ? 0.58

53、×88848 ? 51531.84 N·mm 2 ? 2 M′ 1 ? 120556.339 N ? mm 故齒輪中心截面處的直徑 dⅠ= 3 求； 軸外伸段截面的直徑 dⅡ= 3 M′ 51531.84 2 ?3 ? 19.453 mm 0.1[? -1b ] 0.1×70 M′ 120556.339 Ⅰ ?3 ? 25.824mm 0.1[? -1b ] 0.1×70 M′ 2 ? 滿足設計要 51531.84N ? mm d t ? 25.824mm 滿足設計要求 有一個鍵槽，則增大5%得20.20mm，也滿足設計要求。 d u ? 20.43mm 4.2 低速軸（大齒輪軸）設計 4.2

54、.1 初步確定軸的最小軸徑 選用 45 鋼調質處理，硬度為 241~286HBS。軸的輸入功 率為 P1=13.583kw，轉速 n2=456.25r/min； 由【2】245 頁表 14-2，取 C=115。 代入公式 14-2 得 滿足設計要求 de ? C ? 3 P 13.583 ? 115 ? 3 ? 35.045mm n 456.25 考慮到兩個鍵的存在,軸徑應該擴大 6%， d e ? 1.06 ? 35.045 ? 37.148mm 4.1.2 齒輪上的作用力 大齒輪分度圓直徑 d2=205.72mm ? ? 2 d e ? 37.148mm ? 2623?.96 ? N 98

55、2?.35 N F t 1 ? ? 2 T 1 d 1 F t 1 ? ? n 270267?.616 205.72?? F r 1 tan cos 2623?.96 ? tan 20? cos 13.5362 ? - - - 20 - 計 算 及 說 明 主 要 結 果 d 2 ? 205.72mm 4.2.2 結構設計 Ft1 ? 2623.96 N Fr1 ? 982.35 N 圖 1-3 低速軸示意圖 大齒輪安排在箱體中央，軸承對稱分布在齒輪兩側。 軸外伸端安裝聯(lián)軸器，聯(lián)軸器靠軸肩向固定。齒輪靠軸環(huán)和套 筒實現(xiàn)軸向固定。軸承采用兩端固定，脂潤滑，通過擋油環(huán)和 軸承蓋固定。低速軸示意圖如

56、上圖 1-3。 根據(jù)零件的安裝和固定要求，軸應該分為六段： 軸段①：安裝聯(lián)軸器； 軸段②：軸身； 軸段③：安裝軸承； 軸段④：安裝大齒輪； 軸段⑤：軸肩； 軸段⑥：安裝軸承。 4.2.3 各軸段直徑 軸段① 查【1】P192 表 15-7，選擇彈性柱銷聯(lián)軸器 LX3-Y 聯(lián) 軸器，軸孔直徑 40mm，軸孔長度 112mm。 d1 ? 40m m 軸段② 根據(jù)聯(lián)軸器的軸向定位要求，定位軸肩為 h = (0.07~ 0.1)d 40 = 2.8 ~ 4mm 1 = (0.07~ 0.1)× 又考慮到密封圈的標準，取 d 2 ? 45m m 該處軸的圓周速度 d1 ? 40mm v? ?d 2 n2

57、 60 ?1000 ? ? ? 45 ? 456.25 60 ?1000 - ? 1.074 m/s ? 4m/s - - 21 - 計 算 及 說 明 故可選用氈圈油封，由【1】P206 表 17-9，選取 氈圈 45 JB/ZQ4606—1997。 主 要 結 果 d2 ? 45mm 軸段③ 考慮裝拆方便， d 3 ? d 2 ，取 d3 ? 50mm，查【1】177 v ? 1.074 m/s ? 4m/s 頁表 14-6 得到，為使軸承外徑不致過大，選用角接觸向心 球軸承?7210AC，其基本尺寸為 選取氈圈 45 d ? D ? B ? 55mm ? 90mm ? 20mm ， 其安

58、裝尺寸為 d a ? 57 mm 。 軸段④ 此軸段用于安裝大齒輪，根據(jù)【1】P97 表 9-10 取大 于 55mm 的標準值，則取 d 4 ? 55mm。 軸段⑤ 軸環(huán)，為齒輪提供定位作用，定位軸肩為 d3 ? 50mm h = (0.07~ 0.1)d4 = (0.07~ 0.1)×55 = 3.85~ 5.5mm， 查 表 9-10 取標準值，取 d 5 ? 63mm 。 軸徑⑥ d6 ? d3 ? 50mm 。 d 4 ? 55m m 4.2.4 各軸段長度 軸長① 選用 LX4 型聯(lián)軸器，聯(lián)軸器軸孔長 112 mm ，為了保 證軸向定位可靠， L1 ? 112 ? 2 ? 110m

59、m。 軸長④ 此處安裝齒輪，為了保證定位可靠， L4 ? B大齒 - 2 d5 ? 64mm d 6 ? 50mm 已知 B 大齒 =65，所以： L1 ? 110mm L4 ? 65 ? 2 ? 63mm 軸長② - 22 - 計 算 及 說 明 主 要 結 果 此段長度除與軸上零件有關外， 還與軸承座寬度及軸承 L4 ? 63mm 蓋等零件有關。由裝配關系可知，軸承座寬度 l 2 、軸承蓋凸緣 厚度 e 、軸承端蓋連接螺栓長度、軸承靠近箱體內壁的端面至 箱體內壁距離 ? 4 、端蓋與軸承座間的調整墊片厚度 ? t 均與高 速軸相同，取起出螺釘?shù)谋匾嚯x K 2 ? 45mm ，則有 L2

60、? l2 ? ? t ? e ? K 2 ? B ? ? 4 ? 58 ? 2 ? 12 ? 45 ? 20 ? 14 ? 83mm 軸長⑤ 軸環(huán)寬度， b ? 1.4h(63 ? 55) / 2 ? 4mm ，取 L5 ? 10mm 軸長⑥ K 2 ? 45mm L2 ? 83mm L6 ? ? 5 ? ? 4 ? B ? L5 ? 17.5 ? 14 ? 20 ? 10 ? 41.5mm 軸長③ L3 ? B齒 ? L4 ? ? 5 ? ? 4 ? B ? 65 - 63 ? 17.5 ? 14 ? 20 ? 53.5mm L5 ? 10mm L6 ? 41.5mm 4.2.5 軸的強度校

61、核減速器輸出軸（Ⅱ軸） 3.?按彎矩、轉矩合成強度計算軸是否符合要求 根據(jù)上例高速軸的分析， 低速軸的受力情況跟高速軸的一 樣，只是力的大小有所變化，所以還是用高速軸的模型進行設 計計算。受力簡圖還是一樣，如下圖 1-4 所示： L3 ? 53.5mm - - - 23 - 計 算 及 說 明 主 要 結 果 圖 1-4 低速軸的簡化及簡化圖 圖 a=148mm， b=74mm，c=74mm，T=270.268 N·m (1)確定作用在軸上的載荷： 大齒輪分度圓直徑 d2=205.72mm 圓周力 Ft= 2T ? 2 ×270.268 ? 2627.54 N -3 徑向力 d 205.72?

62、× 10 Fr= Ft tga ? 2627.54 tg 20°? 983.693N cos ? cos13.5362° a=148mm b=74mm c=74mm T=270.268 N·m Ft=2627.54N Fr=983.693N Fa= 632.57N 軸向力 Fa= Fttgβ =2627.54×tg13.5362°=632.57N （2）確定支點反作用力及彎曲力矩 水平面中的計算。 支承反力 FRBH =FRCH =0.5Ft=0.5×2627.54=1313.27N 截面齒輪中心截面的彎曲力矩 MIH=FRBH b=1313.27×74=97218.98N·mm 垂直面中的計

63、算簡圖如圖 1-4 所示。 - FRBH =1313.27N FRCH =1313.27N MIH= 97218.98N·mm - 24 - 計 算 及 說 明 主 要 結 果 支承反力 d ? Fr c 632.57 ×205.72/2 ? 983.693 ×74 FRBV= 2 ? ? 931.481N b?c 74 ? 74 d Fr b ? Fa × 2 ? 983.693 ×74 ? 632.57 ×205.72/2 ? 52.213 N FRCV= b?c 74 ? 74 Fa 齒輪中心截面的彎曲力矩 M?IH =FRBV·b=931.481×74=68929.594N·mm M?

64、?IH =FRCV·c=52.213×74=3863.762N·mm FRBV=931.481N FRCV=52.213N M?IH = 68929.594N·mm M??IH= 3863.762N·mm 合成彎矩 M?WI = 2 2 M IV ? M′ 97218.982 ? 68929.594 2 IH ? M?WI N·mm = 119175?.58 Nmm M??WI = 97294?.66 Nmm ? 119175.58 2 2 M IV ? M ′′ 97218.982 ? 84912 IH ? M??WI= ? 97294.66 N·mm 軸上的扭矩 T=270.268 N·m

65、 畫出軸的當量彎矩圖。從圖中可以判斷齒輪中心截面彎 矩值最大，而軸外伸段截面 (安裝聯(lián)軸器)承受純扭，所以對 這兩個危險截面進行計算。 （3）計算齒輪中心截面、軸外伸段截面的直徑 已知軸的材料為 45 （調質熱處理） , 其 σ B=650MPa ； [ σ -1b]=60MPa，[σ 0b]=102.5MPa。則 ?? [? ?1b ] ? 60/102.5=0.6 [? 0b ] [σ 0b]=102.5MPa ? ? 0?.6 - - - 25 - 計 算 及 說 明 主 要 結 果 齒輪中心截面處的當量彎矩 2 M′ M′ ? (?T ) 2 ? 119175.582 ? (0.6 ×

66、270268) 2 1 ? WI N·mm ? 201243.494 M′ 1 ? 201243.494 N ? mm 軸外伸段截面處的當量彎矩 M′ (?T ) 2 ? ?T ? 0.6 ×270268 ? 162160.8 N·mm 2 ? 故軸齒輪中心截面處的直徑 dⅠ= 3 M′ 201243.494 Ⅰ ?3 ? 32.25 mm 0.1[? -1b ] 0.1×60 M′ 2 ? 162160.8 N·mm 有一個鍵槽，則增大 5%得 33.86mm＜55mm 滿足設計要求； 軸外伸段截面處的直徑 dⅡ= 3 M′ 162160.8 Ⅰ ?3 ? 30.01 mm 0.1[? -1b ] 0.1×60 d1 ? 33.86mm 滿足設計要求 有一個鍵槽，則增大5%得31.51m，也滿足設計要求。 d 2 ? 31.51mm 滿足設計要求 5．軸承的壽命計算 5.1 高速軸軸承壽命計算 已知，采用八年兩班制工作，所以需要壽命： L ? 8 ? 2 ? 8 ? 300 ? 38400 h 選用 7010AC 軸承，由【1】177 頁表 14-6 得： Cr ? 25.2kN （