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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
加工中心刀具庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
課題是加工中心刀具庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。刀庫(kù)容量—40把刀，最大刀具直徑160mm，尋刀速度1秒/刀位。刀具庫(kù)由電機(jī)傳動(dòng)。這種刀庫(kù)在數(shù)控加工中心上應(yīng)用非常廣泛,其換刀過(guò)程簡(jiǎn)單，換刀時(shí)間短；總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠；維護(hù)方便，成本低。本課題的目的就是要通過(guò)對(duì)加工中心刀庫(kù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高換刀速度，減少助助時(shí)間。
關(guān)鍵詞：加工中心，刀具庫(kù)，電機(jī)，數(shù)控
47
Abstract
Topic is the design tool library structure of machining center. The capacity of the tool storage - 40 knife, the maximum tool diameter 160mm, find the knife speed 1 / cutter. Cutter is driven by the motor. The cutter in NC machining center is widely used, the tool change is simple, tool change time is short; the structure is simple, compact, accurate and reliable operation; easy maintenance, low cost. The purpose of this paper is to the optimal design for the machining center to improve the tool change speed, reduce the auxiliary time.
Key Words: machining centers, CNC machine tool library
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒 言 1
1.1課題的目的 1
1.2課題設(shè)計(jì)方案的選擇和設(shè)計(jì)手段 1
1.3刀庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 2
1.4刀庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展方向 2
第2章 加工中心刀具庫(kù)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)或原始數(shù)據(jù) 5
2.2刀套線速度 5
2.3鏈參數(shù)確定 5
2.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩選電機(jī) 5
第3章 鏈參數(shù)計(jì)算 9
3.1傳送鏈的設(shè)計(jì) 9
3.2軸承的選型及校核 11
3.3鏈強(qiáng)度計(jì)算 13
3.3.1鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性 13
3.3.2鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷 15
3.3.3鏈傳動(dòng)的受力分析 16
3.3.4滾輪接觸強(qiáng)度的計(jì)算 17
第4章 二級(jí)齒輪傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 18
4.1高速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 18
4.2低速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 21
4.3軸的計(jì)算 25
4.3.1高速軸的計(jì)算 25
4.3.2中間軸 32
4.3.3輸出軸 34
4.3.4低速軸的計(jì)算 38
4.4鍵連接的選擇和計(jì)算 38
4.4.1 高速軸（I軸）上鍵的選擇及校核 38
4.4.2 中間軸（II軸）上鍵的選擇及校核 39
4.4.3 高速軸（III軸）上鍵的選擇及校核 39
4.5滾動(dòng)軸承的選擇和計(jì)算 40
4.6聯(lián)軸器的選擇和計(jì)算 43
4.7主要尺寸及數(shù)據(jù) 43
4.8潤(rùn)滑與密封 44
總 結(jié) 45
參考文獻(xiàn) 46
致 謝 47
第1章 緒 言
1.1課題的目的
未來(lái)工具機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，均以追求高速、高精度、高效率為目標(biāo)。隨著切削速度的提高，切削時(shí)間的不斷縮短，對(duì)換刀時(shí)間的要求也在逐步提高；換刀的速度已成為高等級(jí)工具機(jī)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本課題的目的就是要通過(guò)對(duì)刀庫(kù)的設(shè)計(jì)以提高換刀速度，減少助助時(shí)間。
（1）提高換刀速度的基本原則
工具機(jī)的換刀裝置，通常由刀庫(kù)和換刀機(jī)構(gòu)組成，有些應(yīng)用機(jī)械手臂換刀，有些換刀方式并不需要機(jī)械手臂，刀庫(kù)的形式和擺放位置也不一樣。為了適合高速運(yùn)動(dòng)的需要，高速工具機(jī)在結(jié)構(gòu)上已和傳統(tǒng)的工具機(jī)不同。以刀具運(yùn)動(dòng)進(jìn)給為主，減小運(yùn)動(dòng)工件的質(zhì)量，已成為高速工具機(jī)設(shè)計(jì)的主流。因此，設(shè)計(jì)換刀裝置時(shí)，要充分考慮到高速工具機(jī)的結(jié)構(gòu)特征[9]。
（2）提高換刀速度的主要技術(shù)方法
適合于工具機(jī)的快速自動(dòng)換刀技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面：在傳統(tǒng)自動(dòng)換刀裝置的基礎(chǔ)上提高動(dòng)作速度，或采用動(dòng)作速度更快的機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)元件。例如，機(jī)械凸輪結(jié)構(gòu)的換刀速度高于液壓和氣動(dòng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)高速工具機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)刀庫(kù)和換刀裝置的形式和位置。例如，傳統(tǒng)工具機(jī)的刀庫(kù)和換刀裝置多裝在立柱一側(cè)，在高速工具機(jī)則多為立柱移動(dòng)的進(jìn)給方式，為減輕運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量，刀庫(kù)和換刀裝置不宜再裝在立柱上。采用新方法進(jìn)行刀具快速交換，不用刀庫(kù)和機(jī)械手方式，而改用其它方式換刀。例如不用換刀，用換主軸的方法。使用適合于高速工具機(jī)的刀柄。如HSK刀柄質(zhì)量輕，裝卸刀具的行程短，可以使自動(dòng)換刀裝置的速度提高?？焖僮詣?dòng)換刀裝置采用HSK空心短錐柄刀是發(fā)展的趨勢(shì)。
1.2課題設(shè)計(jì)方案的選擇和設(shè)計(jì)手段
I設(shè)計(jì)方案選擇
刀庫(kù)是刀具交換系統(tǒng)的一部分，加工中心的刀具交換系統(tǒng)也稱為自動(dòng)換刀裝置（ATC）,它通常是由刀庫(kù)和機(jī)械手組成。自動(dòng)換刀裝置是加工中心不可缺少的組成部分，也是加工中心的象征，又是加工中心成敗的關(guān)鍵。
加工中心有立式、臥式、龍門式幾種，所以這些機(jī)床的刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置也是各種各樣。加工中心上的刀庫(kù)類型有鼓輪式刀庫(kù)，鏈?zhǔn)降稁?kù)，格子箱式刀庫(kù)和直線刀庫(kù)等。
（1）鼓輪式刀庫(kù)：
應(yīng)用較廣，這種刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)緊湊，但因刀具單環(huán)排列、定向利用率低，大容量刀庫(kù)的外徑較大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，選刀時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。因此這種刀庫(kù)的容量較小，一般不超過(guò)32把刀具。
（2）鏈?zhǔn)降毒?
容量較大，當(dāng)采用多環(huán)鏈?zhǔn)降稁?kù)時(shí)，刀庫(kù)的外形較緊湊，占用空間小，適合用于做大容量刀庫(kù)。在增加存儲(chǔ)刀具數(shù)目時(shí)，可增加鏈條的長(zhǎng)度，而不增加鏈輪直徑，因此，鏈輪的圓周速度不會(huì)增加，且刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)慣量不像鼓輪式刀庫(kù)增加的那么多。
（3）格子箱式刀庫(kù)
刀庫(kù)容量大，結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高，但布局不靈活，通常將刀庫(kù)安放于工作臺(tái)上。有時(shí)甚至在使用一側(cè)的刀具時(shí)，必須更換另一側(cè)的刀座板。
（4）直線式刀庫(kù)
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，刀庫(kù)容量較小，一般用于數(shù)控車床，數(shù)控鉆床，個(gè)別加工中心也有采用。
結(jié)合所給題目，初步?jīng)Q定采用鏈?zhǔn)降稁?kù)換刀方案。
1.3刀庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
近年來(lái)刀庫(kù)的發(fā)展儼然已超越其為裝備的角色，在特有的技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展出符合工具機(jī)高精度、高效能、高可靠度及多任務(wù)復(fù)合等概念產(chǎn)品，多樣化產(chǎn)品，左右工具機(jī)在生產(chǎn)效能及產(chǎn)品精度的表現(xiàn)。刀庫(kù)的容量、布局，針對(duì)不同的工具機(jī)，形式也有所不同。根據(jù)刀庫(kù)的容量、外型和取刀的方式可大概分為斗笠式刀庫(kù)、圓盤式刀庫(kù)、鏈條式刀庫(kù)[7]。其發(fā)展趨勢(shì)為：
（1）高效能的產(chǎn)品
發(fā)展符合高荷重、高容量、高速化概念的刀庫(kù)產(chǎn)品。
（2）輕量化、低成本的產(chǎn)品
發(fā)展符合重量輕、成本低概念的刀庫(kù)產(chǎn)品。
1.4刀庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展方向
刀庫(kù)系統(tǒng)作為自動(dòng)化加工過(guò)程中所需的儲(chǔ)刀及換刀需求的一種裝置，為數(shù)控機(jī)床縮短機(jī)床非切削時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度提供了必要條件，是數(shù)控機(jī)床的重要的功能部件，必將向以下幾個(gè)方向發(fā)展。一方面隨著主機(jī)的“單機(jī)多任務(wù)復(fù)合化”發(fā)展，刀庫(kù)也必將向容量大、結(jié)構(gòu)精、速度快、效率高的方向發(fā)展，以適應(yīng)主機(jī)的高轉(zhuǎn)速、高精度和強(qiáng)力切削的機(jī)械特性。此類刀庫(kù)大部分為臥式刀庫(kù)，有下面幾個(gè)特點(diǎn)：
（1） 可遠(yuǎn)距離傳輸。
（2） 換刀時(shí)可同步打刀，縮短換刀時(shí)間。
（3） 大容量且可擴(kuò)充。
（4） 高效且精準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)和選刀系統(tǒng)。
（5） 控制系統(tǒng)復(fù)雜
（6） 刀具重量大。比如適合五軸聯(lián)動(dòng)的立臥轉(zhuǎn)換伺服刀庫(kù)。而另一方面，刀庫(kù)僅作為單純的儲(chǔ)刀倉(cāng)功能存在，主軸主動(dòng)抓刀的“固定地址換刀”刀庫(kù)也是發(fā)展的方向之一，此時(shí)刀庫(kù)好比數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)控制軸，僅有旋轉(zhuǎn)定位功能，如立車刀庫(kù)、轉(zhuǎn)盤刀庫(kù)等[8]。
尤其以40盤式刀庫(kù)為代表，換刀速度和刀庫(kù)重量已經(jīng)成為衡量刀庫(kù)性能的主要參數(shù)之一，比如，吉輔40盤式刀庫(kù)的換刀速度1.1s，重量已經(jīng)降到295kg。
在選材上更環(huán)保，在制作過(guò)程中減少消耗，使用過(guò)程智能、安全等也是刀庫(kù)發(fā)展的方向之一。
鏈?zhǔn)降稁?kù)的介紹
如圖1-5所示，鏈?zhǔn)降稁?kù)的結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫(kù)容量較大，鏈環(huán)的形狀可以根據(jù)機(jī)床的布局配置成各種形狀，也可將換刀位突出以利換刀。當(dāng)鏈?zhǔn)降稁?kù)需增加刀具容量時(shí)，只需增加鏈條的長(zhǎng)度和支承鏈輪的數(shù)目，在一定范圍內(nèi)，無(wú)需變更線速度及慣量。這些特點(diǎn)也為系列刀庫(kù)的設(shè)計(jì)與制造帶來(lái)了很大的方便，可以滿足不同使用條件。一般刀具數(shù)量在30~120把時(shí)，多采用鏈?zhǔn)降稁?kù)。
⑴ 換刀位置 為保證刀套準(zhǔn)停精度和刀套定位剛性，鏈?zhǔn)降稁?kù)的換刀位置一般設(shè)在主動(dòng)鏈輪上如圖1-6所示，或者設(shè)在盡可能靠近主動(dòng)鏈輪的刀套處，如圖1-7所示
圖1-7 鏈?zhǔn)降稁?kù)換刀位置
圖1-6 鏈?zhǔn)降稁?kù)換刀位置
鏈條形式 我國(guó)目前還沒(méi)有廠家生產(chǎn)加工中心刀庫(kù)專用鏈條，因而不得不用標(biāo)準(zhǔn)套筒輥?zhàn)渔?，通過(guò)連接器把刀套固定在鏈條上。這種方式不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配調(diào)試費(fèi)時(shí)，而且套筒位置精度亦差
我國(guó)部分廠家，購(gòu)買日本椿本鏈條公司（TSUBAKI CHAIN Co.）生產(chǎn)的已轉(zhuǎn)有刀套的刀庫(kù)專用鏈條來(lái)裝備刀庫(kù)，效果頗佳?？紤]到刀具重量和刀庫(kù)工作的平穩(wěn)性，推薦采用：
HP型鏈條 這種鏈條是套筒式鏈條，其輥?zhàn)颖旧砭褪堑短祝撴湕l型式及尺寸見(jiàn)表1-1
表1-1
鏈條型號(hào)
刀具錐柄號(hào)
P
O
L
H
W
R
T
HP
40
90
55
86.5
88
60
68
4.0
1） HP-T型
①鏈輪節(jié)圓直徑
式中 N——當(dāng)量齒數(shù)（實(shí)際齒數(shù)/3）
②鏈輪外徑D0
式中 P——鏈條節(jié)距
注：鏈輪齒數(shù)可從9個(gè)起使用。但是為了增加鏈條的耐用度和運(yùn)行效率，齒數(shù)還是盡可能多為好。鏈輪之間的中心距，以取鏈條節(jié)距整數(shù)倍為宜。
第2章 加工中心刀具庫(kù)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)或原始數(shù)據(jù)
刀庫(kù)容量——40把刀，最大刀具直徑160mm，尋刀速度1秒/刀位。
2.2刀套線速度
選用HP型鏈條，錐柄號(hào)40，滾子鏈的最大間距為90X2=180，大于最大刀具直徑160mm，所以選用合格。
鏈行程 S=20×P=20×90=1800m m =1.8 m
一般推薦在20～30m/min之間，過(guò)快的線速度又影響刀庫(kù)工作可靠性
假設(shè)鏈的速度選用20m/min（0.333m/s）
2.3鏈參數(shù)確定
取鏈輪齒數(shù)z=24
鏈輪節(jié)圓直徑DP
式中 N——當(dāng)量齒數(shù)（實(shí)際齒數(shù)/3）
P——鏈條節(jié)距
鏈輪外徑D0
鏈輪轉(zhuǎn)速n
2.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩選電機(jī)
加在伺服電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，應(yīng)比電動(dòng)機(jī)額定連續(xù)轉(zhuǎn)矩小。
鏈?zhǔn)绞降稁?kù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算方法 鏈?zhǔn)降稁?kù)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T1是由刀具不平衡重量Wmax和導(dǎo)向面（或支承面）的摩擦力F所組成，如圖2-1所示。
F1和F3是支承面的摩擦力;F2和F4則是導(dǎo)向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。不平衡重力可按刀庫(kù)一側(cè)裝滿刀、一側(cè)不裝刀時(shí)的最大重力差值來(lái)計(jì)算。
（1）確定不平衡重力FWmax
由圖2-1知,不平衡重力
M-刀具的質(zhì)量
g-重力加速度
（2）確定摩擦力F3
(2-1)
μ——鋼與銅之間的摩擦系數(shù)，約取0.2；
N——垂直作用在導(dǎo)向面上的壓力，包括刀具、刀柄和刀座產(chǎn)生的重力，分別為Wj，Wb，Wt。
R——刀座半徑，取118.5mm（鏈輪半徑）；
L——刀座長(zhǎng)度，取210mm。
（3）確定每排刀具負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tf
（4）確定每排刀具作用在主動(dòng)輪上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tz
(2-2)
η1——圓柱齒輪傳動(dòng)效率，取0.98；
η2——鏈傳動(dòng)效率,取0.96；
η3——深溝球軸承傳動(dòng)效率，取0.98。
考慮到實(shí)際情況比計(jì)算時(shí)所設(shè)定條件復(fù)雜，電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩Ts應(yīng)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩的1.2～1.5倍，亦即：
FANUC—BESK直流伺服電機(jī)，是按發(fā)那科(FANUC)公司的?許可證制造的產(chǎn)品，是為驅(qū)動(dòng)機(jī)床伺服機(jī)構(gòu)而專門設(shè)計(jì)的。當(dāng)然也適用于其它各種伺服系統(tǒng)。電機(jī)體積小，重量輕，承?受過(guò)載能力強(qiáng)，檢測(cè)元件可配測(cè)速發(fā)電機(jī)，無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓，?脈沖編碼器或感應(yīng)同步器。
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，所選電機(jī)型號(hào)如下：
表2-1 所選電機(jī)型號(hào)
考慮超載，選擇FB25型直流伺服電動(dòng)機(jī)
型 號(hào)
功率(kw)
額定轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速
FB25型直流伺服電動(dòng)機(jī)
2.5
34.3
1000
第3章 鏈參數(shù)計(jì)算
3.1傳送鏈的設(shè)計(jì)
鏈傳動(dòng)是一種撓性運(yùn)動(dòng)，它由鏈條和鏈輪組成。通過(guò)鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來(lái)傳
遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。鏈傳動(dòng)按用途不同可以分為傳動(dòng)鏈、輸送鏈和起重鏈。
圖3-1 鏈傳動(dòng)
滾子鏈的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：它是由內(nèi)鏈板1、外鏈板2、銷軸3、套筒4和滾子5組成。內(nèi)鏈板與套筒之間、外鏈板與銷軸之間為過(guò)盈配合，滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間為間隙配合。當(dāng)內(nèi)、外鏈板相對(duì)撓曲時(shí)，套筒可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。滾子是活套在套筒上的，工作時(shí)，滾子沿鏈輪齒廓滾動(dòng)，這樣就可減少齒廓的磨損。鏈的磨損主要發(fā)生在銷軸與套筒的接觸面上。因此，內(nèi)、外鏈板間應(yīng)留少許間隙，以便潤(rùn)滑油滲入銷軸和套筒的摩擦面間。
鏈板一般制成8字形，以使它的各個(gè)橫截面具有接近相等的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)也減少了鏈的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力。
圖3-2 滾子鏈的結(jié)構(gòu)
當(dāng)傳遞大功率時(shí)，可采用雙排鏈或多排鏈。多排鏈的承載能力與排數(shù)成正比。但由于精度的影響，各排鏈承受的載荷不易均勻，故排數(shù)不宜過(guò)多。
滾子鏈的鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，接頭處可用開(kāi)口銷或彈簧卡片來(lái)固定，一般前者用于大節(jié)距，后者用于小節(jié)距；當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，需采用過(guò)渡鏈節(jié)。由于過(guò)渡鏈節(jié)的鏈板要受附加彎矩的作用，所以在一般情況下最好不用奇數(shù)鏈節(jié)。
鏈傳動(dòng)是在兩個(gè)或多個(gè)鏈輪之間用鏈作為撓性拉曳元件的一種嚙合傳動(dòng)，因其經(jīng)濟(jì)、可靠，故廣泛用于農(nóng)業(yè)、采礦、冶金、起重、運(yùn)輸、石油、化工、紡織等各種機(jī)械的動(dòng)力傳動(dòng)中。
鏈傳動(dòng)在傳遞功率、速度、傳動(dòng)比、中心距等方面都有很廣的應(yīng)用范圍。目前，最大傳遞功率達(dá)到5000 kW，最高速度達(dá)到40 m/s,最大傳動(dòng)比達(dá)到15，最大中心距達(dá)到8 m。由于經(jīng)濟(jì)及其他原因，鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)功率一般小于100 kW，速度小于15 m/s，傳動(dòng)比小于8。
㈡ 鏈輪
鏈輪輪齒的齒形應(yīng)保證鏈節(jié)能自由地進(jìn)入和退出嚙合，在嚙合是應(yīng)保證良好的接觸，同時(shí)它的形狀應(yīng)盡可能地簡(jiǎn)單。
1.滾子鏈鏈輪
標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定鏈輪的最大齒槽形狀和最小齒槽形狀。實(shí)際齒槽形狀在最大、最小范圍內(nèi)都可以用，因而鏈輪齒廓曲線的幾何形狀可以有很大的靈活性。常用的齒廓為三圓弧一直線齒形。
2.鏈輪結(jié)構(gòu)
小直徑鏈輪可采用實(shí)心式，腹板式，或?qū)㈡溳喤c軸做成一體。鏈輪損壞主要由于齒的磨損。
㈢鏈輪的材料
鏈輪材料應(yīng)能滿足強(qiáng)度和耐磨性的要求。在低速、輕載、平穩(wěn)傳動(dòng)中，鏈輪可采用中碳鋼制造；中速、中載時(shí)，采用中碳鋼淬火處理，其硬度>40HRC～45HRC;高速、重載、連續(xù)工作的傳動(dòng)，采用低碳鋼、低碳合金鋼表面滲碳淬火或中碳鋼、中碳合金鋼表面淬火。
載荷平穩(wěn)、速度較低、齒數(shù)較多時(shí)，也允許采用的鑄鐵制造鏈輪。在工作環(huán)境較差、鏈輪容易磨損的場(chǎng)合，鑄鐵最好經(jīng)過(guò)等溫淬火處理或采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵。
㈣ 鏈輪主要尺寸
名稱
符號(hào)
公式及計(jì)算
分度圓直徑
d
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒側(cè)凸緣
h——內(nèi)鏈板高度 查套筒滾子鏈相關(guān)參數(shù)
齒寬（單排）
b1——內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬
倒角寬
倒角半徑
倒角深
齒側(cè)凸緣圓角半徑
鏈輪齒總寬
注：表中相關(guān)參數(shù)查HP型套筒滾子鏈。
3.2軸承的選型及校核
滾動(dòng)軸承的選擇包括軸承類型選擇、軸承精度等級(jí)選擇和軸承尺寸選擇。
軸承類型選擇適當(dāng)與否，直接影響軸承壽命以至機(jī)器的工作性能。選擇軸承類型時(shí)應(yīng)當(dāng)分析比較各類軸承的特性，并參照同類機(jī)器中的軸承使用經(jīng)驗(yàn)。
在選擇軸承類型時(shí)，首先要考慮載荷的大小、方向以及軸的轉(zhuǎn)速。一般說(shuō)來(lái)，球軸承便宜，在載荷較小時(shí)，宜優(yōu)先選用。滾子軸承的承載能力比球軸承大，而且能承受沖擊載荷，因此在重載荷或受有振動(dòng)、沖擊載荷時(shí)，應(yīng)考慮選用滾子軸承。但要注意滾子軸承對(duì)角偏斜比較敏感。
當(dāng)主要承受徑向載荷時(shí)，應(yīng)選用向心軸承。當(dāng)承受軸向載荷而轉(zhuǎn)速不高時(shí)，可選用推力軸承；如轉(zhuǎn)速較高，可選用角接觸球軸承。當(dāng)同時(shí)承受徑向裁荷和軸向載荷時(shí)，若軸向載荷較小，可選用向心球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承；若軸向載荷較大，而轉(zhuǎn)速不高，可選用推力軸承和向心軸承的組合方式，分別承受軸向載荷和徑向載荷；’當(dāng)軸向載荷較大，且轉(zhuǎn)速較高時(shí)，則應(yīng)選用接觸角較大的角接觸軸承。
各類軸承適用的轉(zhuǎn)速范圍是不相同的，在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中列出了各類軸承的極限轉(zhuǎn)速。一般應(yīng)使軸承在低于極限轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。向心球軸承、角接觸球軸承和短圓柱痞子軸承的極限轉(zhuǎn)速較高。適用于較高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速較低．只能用于較低轉(zhuǎn)速場(chǎng)合。
其次，在選擇軸承類型時(shí)還需考慮安裝尺寸限制、裝拆要求，以及軸承的調(diào)心件能和風(fēng)度，一般球軸承外形尺寸較大，滾子軸承較小，滾針軸承的徑向尺寸最小而軸向尺寸較大，此外，不同系列的軸承，其外形尺寸也不相同。
選擇軸承一般應(yīng)根據(jù)機(jī)械的類型、工作條件、可靠性要求及軸承的工作轉(zhuǎn)速n，預(yù)先確定一個(gè)適當(dāng)?shù)氖褂脡勖麹b (用工作小時(shí)表示)，再進(jìn)行額定動(dòng)裁荷和額定靜載荷的計(jì)算。
對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的軸承(n>10r／min),可按基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值選擇軸承，然后校核其額定靜載荷是否滿足要求。當(dāng)軸承可靠性為90％、軸承材料為常規(guī)材料并在常規(guī)條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，取500h作為額定壽命的基準(zhǔn)，同時(shí)考慮溫度、振動(dòng)、沖擊等變化，則軸承基本額定動(dòng)載荷可按下式進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。
C——基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，N；
P——當(dāng)量動(dòng)載荷，N；
fh——壽命因數(shù)；1
fn——速度因數(shù)；0.822
fm——力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí)取1.5，較大時(shí)取2；
fd——沖擊載荷因數(shù)；1.5
fT——溫度因數(shù)；1
CT——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動(dòng)載荷，N；
查表得，fh=1；fn=0.822；fm=1.5；fd=1.5；fT=1。
在本輸送裝置中，可以假設(shè)軸承只承受徑向載荷，則當(dāng)量動(dòng)載荷為：
P=XFr+YFa
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-18，得，X=1，Y=0；
所以，P=Fr=1128N。由以上可得：
本輸送機(jī)中的軸承承受的載荷多為徑向載荷，所以選取深溝球軸承，查文獻(xiàn)的附表，并考慮軸的外徑，選取軸承6305-RZ，其具體參數(shù)為：內(nèi)徑d=25mm，外徑D=62mm，基本額定載荷，基本額定靜載荷，極限速度為10000r/min，質(zhì)量為0.219kg。
然后校核該軸承的額定靜載荷。額定靜載荷的計(jì)算公式為：
式中：
——基本額定靜載荷計(jì)算值，N;
——當(dāng)量靜載荷，N；
——安全因數(shù);
——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定靜載荷，
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-14知，對(duì)于深溝球軸承，其當(dāng)量靜載荷等于徑向載荷。
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-14知，安全系數(shù)
則軸承的基本額定靜載荷為：
由上式可知，選取的軸承符合要求
3.3鏈強(qiáng)度計(jì)算
3.3.1鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性
由于鏈?zhǔn)怯蓜傂枣湽?jié)通過(guò)銷軸鉸接而成，當(dāng)鏈繞在鏈輪上時(shí)，其鏈節(jié)與相應(yīng)的輪齒嚙合后，這一段鏈條將曲折成正多邊形的一部分。該正多邊形的邊長(zhǎng)等于鏈條的節(jié)距p，邊數(shù)等于鏈輪齒數(shù)z，鏈輪每轉(zhuǎn)過(guò)一圈，鏈條走過(guò)zp長(zhǎng)，所以鏈的平均速度v為
==
式中： 、——分別為主、從動(dòng)鏈輪的齒數(shù)；
、——分別為主、從動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速，r/min。
鏈傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比
因?yàn)殒渹鲃?dòng)為嚙合傳動(dòng)，鏈條和鏈輪之間沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，所以平均鏈速和平均傳動(dòng)比都是常數(shù)。但是，仔細(xì)考察絞鏈鏈節(jié)隨同鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程就會(huì)發(fā)現(xiàn)，鏈傳動(dòng)的瞬間傳動(dòng)比和鏈速并非常數(shù)我們知道，鏈條由剛性鏈板通過(guò)鉸鏈連接而成。當(dāng)鏈條繞在鏈輪上時(shí)，其形狀如圖所示：
在主動(dòng)鏈輪上，鉸鏈A正在牽引鏈條沿直線運(yùn)動(dòng)，繞在主動(dòng)鏈輪上的其他鉸鏈并不直接牽引鏈條，因此，鏈條的運(yùn)動(dòng)速度完全有鉸鏈A的運(yùn)動(dòng)所決定。鉸鏈A隨同主動(dòng)鏈輪運(yùn)動(dòng)的線速度方垂直于AO，與鏈直線運(yùn)動(dòng)方向的夾角為。因此，鉸鏈A實(shí)際用于牽引鏈條運(yùn)動(dòng)的速度為
式中。為主動(dòng)鏈輪的分度圓半徑，m。因?yàn)槭亲兓模约词怪鲃?dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速恒定，鏈條的運(yùn)動(dòng)速度也是變化的。當(dāng)=時(shí)，鏈速最低；當(dāng)=0，鏈速最高，是主動(dòng)鏈輪上的一個(gè)鏈節(jié)所對(duì)的中心角。鏈速的變化呈周期性，鏈輪轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)鏈節(jié)，對(duì)應(yīng)鏈速變化的一個(gè)周期。鏈速變化的程度與主動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)有關(guān)。轉(zhuǎn)速越高、齒數(shù)越少，則鏈速變化范圍越大。
在鏈速變化的同時(shí)，鉸鏈A還帶動(dòng)鏈條上下運(yùn)動(dòng)，其上下運(yùn)動(dòng)的鏈速 也是隨鏈節(jié)呈周期性變化的。
在主動(dòng)鏈輪牽引鏈條變速運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，從動(dòng)鏈輪上也發(fā)生著類似的過(guò)程。從動(dòng)鏈輪上的鉸鏈C正在被直線鏈條拉動(dòng)，并由此帶動(dòng)從動(dòng)鏈輪以轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)殒溗俜较蚺c鉸鏈的C的線速度方向之間的夾角為，所以鉸鏈C沿圓周方向運(yùn)動(dòng)的線速度為
式中，為從動(dòng)鏈輪的分度圓半徑，
由此可知從動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速為
在傳動(dòng)過(guò)程中因?yàn)樵趦?nèi)不斷變化，加上也是不斷變化，多以即使是常數(shù)，也是周期性變化的。
從上式中可得鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比為
可見(jiàn)鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比是變化的。鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比變化與鏈條繞在鏈輪上的多邊形特征有關(guān)，故以上現(xiàn)象稱為鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)。
3.3.2鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷
鏈傳動(dòng)在工作過(guò)程中，鏈速和主從鏈輪的轉(zhuǎn)速都是變化的，因而會(huì)引起變化的慣性力及相應(yīng)的動(dòng)載荷。
鏈速變化引起的慣性力為=ma
式中：—緊邊鏈條的質(zhì)量，kg;
—鏈條變速運(yùn)動(dòng)的加速度，/。
如果視主動(dòng)鏈輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則
當(dāng)時(shí),
(
從動(dòng)鏈輪因角加速度引起的慣性力為
式中：J—從動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化到從動(dòng)鏈輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，;
—從動(dòng)鏈輪的角速度，rad/s.
鏈輪的轉(zhuǎn)速越高，節(jié)距越大，齒數(shù)越少，則慣性力就越大，相應(yīng)的動(dòng)載荷也就越大。同時(shí)，鏈條沿垂直方向也在做變速運(yùn)動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)載荷。
此外，鏈節(jié)和鏈輪嚙合瞬間的相對(duì)速度，也將引起沖擊和振動(dòng)，當(dāng)鏈節(jié)和鏈輪輪齒接觸的瞬間，因鏈節(jié)的運(yùn)動(dòng)速度和鏈輪輪齒的運(yùn)動(dòng)速度在大小和方向上的差別，從而產(chǎn)生沖擊和附加的動(dòng)載荷。顯然，節(jié)距越大，鏈輪的轉(zhuǎn)速越高，則沖擊越嚴(yán)重。
3.3.3鏈傳動(dòng)的受力分析
鏈傳動(dòng)在安裝時(shí)，應(yīng)使鏈條受到一定的張緊力。張緊力是通過(guò)使鏈條保持適當(dāng)?shù)拇苟人a(chǎn)生的懸垂拉力來(lái)獲得的。鏈傳動(dòng)張緊的目的主要是使松邊不致過(guò)松，以免出現(xiàn)鏈條的不正常嚙合、跳齒或脫鏈。因?yàn)殒渹鲃?dòng)為嚙合傳動(dòng)，所以與帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)所需的張緊力要小得多。
鏈傳動(dòng)在工作時(shí)，存在緊邊拉力和松邊拉力。如果不計(jì)傳動(dòng)中的動(dòng)載荷，則緊邊拉力和松邊拉力分別為
式中： F— 有效圓周力，N;
F— 離心力引起的拉力，N；
F— 懸垂拉力，N。
有效圓周力為
式中： P— 傳動(dòng)的功率，kW；
V — 鏈速，m/s。
離心力引起的拉力為
式中： q為鏈條單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，kg/m。懸垂拉力Ff為
Ff=max(Ff,Ff)
其中：Ff =Kfqa Ff =(Kf+sina)qa
式中：—鏈傳動(dòng)的中心距，mm
Kf——垂度系數(shù)，見(jiàn)下圖。圖中f為下垂度，為中心線與水平面夾角。
圖3-11 懸垂拉力
3.3.4滾輪接觸強(qiáng)度的計(jì)算
機(jī)械中各零件之間力的傳遞，總是通過(guò)兩零件的接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。除了共形面相接觸的情況外大量存在著異形曲面相接觸的情況。這些異形曲面在未受外力時(shí)的初始接觸情況，不外乎是點(diǎn)接觸和面接觸兩種。
已知的原始條件有：
軌道的材料: Q235-A =235Mpa =440Mpa E=206Gpa
根據(jù)計(jì)算公式Pmax=0.418SQRT(F/LE/R)
由上面的計(jì)算可知P0.418
=0.52Mpa
第4章 二級(jí)齒輪傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1高速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
按設(shè)計(jì)計(jì)算公式1 選擇齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)。
1）根據(jù)傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
2）運(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，選用7級(jí)精度（GB10095-88）
3）材料選擇 由表(10-1)選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280 HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240 HBS，二者硬度差為40 HBS。
4）初選小齒輪的齒數(shù)，，選
2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)公式（注:腳標(biāo)t表示試選或試 算值,下同.）
（1）確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值
1）試選載荷系數(shù)
2）計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩
3）由表10-7選取齒寬系數(shù)（非對(duì)稱布置）
4）由表10-6查取材料彈性影響系數(shù)
5）由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度
6）由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（j為齒輪轉(zhuǎn)一圈，同一齒面嚙合次數(shù)；為工作壽命）
7）由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)
8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，由式10-12得
（2）計(jì)算
1）試算小齒輪分度圓直徑，代入較小值
由計(jì)算式得，
mm
2）計(jì)算圓周速度
3）計(jì)算齒輪b
4)計(jì)算齒寬與齒高比
模數(shù)
齒輪高
齒高比
5）計(jì)算載荷系數(shù)K
根據(jù)，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)
由表10-2查得
由表10-4用插值法，7級(jí)精度,小齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置
查得
由 查圖10-13得
故載荷系數(shù)
=1.562
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算分度圓直徑，由式（10-10a）得
7）計(jì)算模數(shù)
3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由式（10-5）
（1）確定計(jì)算參數(shù)
1)圖10-20C查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪彎曲疲勞
強(qiáng)度極限為
2) 由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)
3)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)由公式(10-12)得
4)算載荷系數(shù) =
5)取齒形系數(shù)，應(yīng)力校正系數(shù)
由表10-5查得
6)比較大小齒輪的大小
大齒輪的數(shù)值大
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，終合考慮，滿足兩方面，對(duì)模數(shù)就近取整，則
m=2.5
大齒輪齒數(shù) 取
4 幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算中心距
=131.25mm
(2)分度圓直徑
（3）算齒輪寬度
圓整后取
5.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及齒輪零件草圖見(jiàn)附件
4.2低速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
1 選擇齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)。
1）根據(jù)傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
2）運(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，選用7級(jí)精度（GB10095-88）
3）材料選擇 由表(10-1)選擇小齒輪材料為40Cr（表面淬火），硬度為
48-55HRC,大齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280 HBS
4）初選小齒輪齒數(shù)，。
2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
按設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）
（1）確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值
1）試選
3）由表10-7選取齒寬系數(shù)
4）由表10-6查取材料彈性影響系數(shù)
5）由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度
6）由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
7）由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)
8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，由式10-12得
（2）計(jì)算
1）試算小齒輪分度圓直徑，由計(jì)算式
得，mm
2）計(jì)算圓周速度
3）計(jì)算齒輪b
4)計(jì)算齒寬與齒高比
模數(shù)
齒輪高
齒高比
5）計(jì)算載荷系數(shù)K
由10-2查得使用系數(shù)，；
根據(jù)，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)
因?yàn)槭侵饼X輪 所以 ；
由表10-4用插值法查的7級(jí)精度,小齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱軸承時(shí)
.
由查圖10-13得
.
故載荷系數(shù)
=1.469
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算分度圓直徑，由式（10-10a）得
=70.39mm
7） 計(jì)算模數(shù)
按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由式（10-5）
（1）確定計(jì)算參數(shù)
1)圖10-20C查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限為
2)10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)
3)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)由公式(10-12)得
4)算載荷系數(shù) =1.369
5)取齒形系數(shù)，應(yīng)力校正系數(shù)
由表10-5查得
6)較大小齒輪的大小
大齒輪的數(shù)值大
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，終合考慮，滿足兩方面，對(duì)模數(shù)就近取整，則
m=3
取 大齒輪齒數(shù)
4 幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算中心距
(2)分度圓直徑
（3）算齒輪寬度
圓整后取
5.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及齒輪零件草圖見(jiàn)附件
所以，計(jì)算得齒輪的參數(shù)為：
高速級(jí)
大
210
2.5
84
131.25
55
1
0.25
小
52.5
21
50
低速級(jí)
大
216
3
72
144
65
小
72
24
60
4.3軸的計(jì)算
按照如下原則進(jìn)行軸的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
1） 初步確定計(jì)算軸徑。
其計(jì)算公式
式中：P-軸所傳遞的功率，kw;
n-軸的轉(zhuǎn)速，r/min;
A-由軸的許用切應(yīng)力所確定的系數(shù)，其值可查相關(guān)教材。
設(shè)計(jì)
4.3.1高速軸的計(jì)算
求作用在齒輪上的受力
==
3.按15-2初步估算軸的最小直徑。選取的材料為40cr（調(diào)質(zhì)）。根據(jù)表15-3，取，于是得
輸入軸的最小直徑顯然要考慮安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選軸的直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選擇聯(lián)軸器型號(hào)。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 ，查表14-1，
=1.558.61=88.42
按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用 YL8 （鋼制）聯(lián)軸器，公稱轉(zhuǎn)矩為250 ，電機(jī)軸孔徑為d=42mm ，=84。
輸入軸孔徑為d=32mm,與軸配合的長(zhǎng)度=60。故取 。
4． 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）擬定軸設(shè)計(jì)方案，如下圖
圖4.1
（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)軸器的軸向定位要求，1-2段右端制出一軸肩，故2-3段直徑；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取取擋圈直徑。半聯(lián)軸器與軸配合的長(zhǎng)度，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的斷面上，故取。
2）初步選擇滾動(dòng)軸承。因?yàn)槭侵饼X圓柱齒輪，無(wú)軸向載荷，選用深溝球軸承。由，查設(shè)計(jì)手冊(cè)選深溝球軸承6208，，故。
3）右端滾動(dòng)軸承采用軸肩軸向定位，查手冊(cè) 6208型軸承軸肩高度mm，因此取。由于此輪分度圓直徑d=55mm，所以制成齒輪軸，；齒輪左端與左軸承之間用套筒定位，。
4)軸承端蓋的總寬度為20mm，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑劑的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器由斷面的距離，故取。
5）取齒輪與箱體的內(nèi)壁距離，軸承斷面與內(nèi)壁的距離，（查課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)）。故，。
（3）軸上零件的周向定位
半聯(lián)軸器與軸周向采用平鍵連接，按 由表6－1查得平鍵截面。半聯(lián)軸器與軸配合為 。滾動(dòng)軸承與軸周向定位由過(guò)渡配合保證，此處造軸的直徑尺寸公差為m6。
（4）參考表15－2，取軸端倒角為 ，各軸肩圓角半徑。
5．求軸上的載荷
作用在小齒輪上的力可分為垂直于軸心的力和沿圓周切線方向的力。 其中＝2131.27N， ＝ ＝775.72N
（1）確定軸承支點(diǎn)位置，對(duì)于6208深溝球軸承，其支點(diǎn)就是軸承寬
1. 度B的中點(diǎn)，故軸的支承跨距為。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出
彎矩和扭矩圖。（下圖所示）
載荷
水平面
垂直面
支反力F
彎矩
總彎矩
扭矩
6.軸強(qiáng)度的校核
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核承受最大彎矩的截面的強(qiáng)度。由上圖可知齒輪處C點(diǎn)為危險(xiǎn)截面，故只需校核C點(diǎn)強(qiáng)度， ?。?.6，則由式15－5得
為齒根圓直徑
由表15－1查得40Cr 調(diào)質(zhì)鋼 ＝70 Mpa
因此 <，故安全。
7、精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
1）、判斷危險(xiǎn)截面
由軸的結(jié)構(gòu)圖以及受力圖和各平面的彎矩圖綜合可知齒輪左端截面4因加工齒輪有尺寸變化，引起應(yīng)力集中，故該截面左側(cè)需校核驗(yàn)證
2)、截面左側(cè)
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
截面左側(cè)的彎矩M為：截面上的扭矩為：
截面上的彎曲應(yīng)力：
截面上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
軸的材料為40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理，由機(jī)設(shè)書(shū)P362表15-1查得：
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按機(jī)設(shè)書(shū)P40附表3-2查取
因 經(jīng)插入后得：
又由附圖3-1可得軸的材料敏性系數(shù)為
軸的材料選擇為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得。因此，故安全。
則：
由附圖3-2的尺寸系數(shù) 由附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)
軸按磨削加工，由附圖3-4得表面質(zhì)量
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，則按式3-12及3-14b得綜合系數(shù)為：
合金鋼的特性系數(shù) 取
取
則可計(jì)算安全系數(shù)
， 故可知其安全
8.軸承壽命的校核
1)已知軸承的預(yù)計(jì)壽命 L=2×8×300×8=38400h
由所選軸承系列6208，查指導(dǎo)書(shū)P122表知額定動(dòng)載荷C=29.5KN
2)求兩軸承受到的徑向載荷
4)當(dāng)量動(dòng)載荷P
查表13-6 查表13-5 由軸承6208得
5)驗(yàn)算軸承壽命
因 ，所以按軸承1的受力大小來(lái)驗(yàn)算，則：
所以所選軸承壽命符合要求。
（9）、鍵的校核
聯(lián)軸器與軸：
1)選用鍵的系列
2)鍵、軸和聯(lián)軸器的材料都是鋼，由表6-2查得許用擠壓應(yīng)力，取，鍵的工作長(zhǎng)度，鍵的接觸高度，由式6-1得：
4.3.2中間軸
求作用在齒輪上的力
高速級(jí)大齒輪的力
低速級(jí)小齒輪的力
3．初步確定軸的最小直徑
根據(jù)式15－2， 初步估算軸的最小直徑。
選取軸的材料為40cr（調(diào)質(zhì)），根據(jù)表15－3，取
于是有 選定。
4．軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）擬定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）初步選定滾動(dòng)軸承，因無(wú)軸向載荷要求故選深溝球軸承，由，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，選6309， 。
2）因?yàn)橐∮诖簖X輪齒轂長(zhǎng)度,取,；同理?？紤]嚙合關(guān)系，則 。 定位齒輪的軸肩高度 h>0.07d ，故取 h=4，取，。套筒厚度為3.5mm，擋板厚度為20mm
3）軸上零件周向定位
a．齒輪與軸周向定位采用平鍵連接，由
查表得，由，查表得小齒輪鍵長(zhǎng)為45mm ，由，得大齒輪鍵長(zhǎng)為63mm。
b．取齒輪輪轂與軸的配合公差為 ；軸承與軸的周向定位由過(guò)渡配合來(lái)得證，選軸的直徑尺寸公差為 m6。
5． 求軸上的載荷
作用在小齒輪和大齒輪上的力可分為垂直于軸心的力和沿圓周切線方向的力。切線方向的力方向相同，垂直于軸心的力方向相反。
其中＝2033N，，
＝ ＝740N，==2511N
（1）確定軸承支點(diǎn)位置，對(duì)于6309深溝球軸承，其支點(diǎn)就是軸承寬度B的中點(diǎn)，故軸的支承跨距為。根據(jù)軸的計(jì)
算簡(jiǎn)圖做出彎矩和扭矩圖。（下圖所示）
載荷
水平面
垂直面
支反力F
彎矩
總彎矩
扭矩
6.軸強(qiáng)度的校核
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核承受最大彎矩的截面的強(qiáng)度。由上圖可知齒輪處C點(diǎn)為危險(xiǎn)截面，故只需校核C點(diǎn)強(qiáng)度，?。?.6，則由式15－5得
由表15－1查得40Cr 調(diào)質(zhì)鋼 ＝70 Mpa
因此 <，故安全。
7、軸承壽命的校核
1)已知軸承的預(yù)計(jì)壽命 L=2×8×300×8=38400h
由所選軸承系列6309，查指導(dǎo)書(shū)P122表知額定動(dòng)載荷C=52.8KN
2)求受力大軸承受到的徑向載荷
4)當(dāng)量動(dòng)載荷P
查表13-6 查表13-5 由軸承6208得
5)驗(yàn)算軸承壽命
所以所選軸承壽命符合要求。
（9）、鍵的校核
1)選用鍵的系列
2)鍵、軸和聯(lián)軸器的材料都是鋼，由表6-2查得許用擠壓應(yīng)力，取，鍵的工作長(zhǎng)度，鍵的接觸高度，由式6-1得：
，所以合適
選用鍵的系列
2)鍵、軸和聯(lián)軸器的材料都是鋼，由表6-2查得許用擠壓應(yīng)力，取，鍵的工作長(zhǎng)度，鍵的接觸高度，由式6-1得：
，所以合適
4.3.3輸出軸
求作用在齒輪傷的力
==
3初步確定軸的最小直徑
根據(jù)式（15－2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為40cr（調(diào)質(zhì)）鋼。根據(jù)表15－3，取，于是得
選
根據(jù)聯(lián)軸器孔徑大小，取=56mm
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
查設(shè)計(jì)手冊(cè)選用HL5型聯(lián)軸器；得公稱轉(zhuǎn)矩為T=2000,孔徑d=60mm，半連軸器長(zhǎng)度，與軸配合的轂孔長(zhǎng)軸孔長(zhǎng)。
4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
1）初步選定滾動(dòng)軸承，因無(wú)軸向載荷要求故選深溝球軸承，由，故定裝軸承的軸段。查設(shè)計(jì)手冊(cè)，選6013，得 。
2）要與聯(lián)軸器連接故取=105mm，制出一軸肩給聯(lián)軸器軸向定位故，軸承端蓋的總寬度為20mm，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑劑的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器由斷面的距離，故取。
3）取齒輪與箱體的內(nèi)壁距離，軸承斷面與內(nèi)壁的距離（查課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)）。則。
4）因?yàn)橐∮邶X輪齒轂長(zhǎng)度,取,；制出一軸肩給齒輪定位，齒輪的軸肩高度 h>0.07d=4.9 ，故取 h=5，則，。
5）左端軸承制出一軸肩定位，軸肩高度h=2.5。故。
6）軸上零件的周向定位
齒輪，半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用鍵連接。按齒輪,由表6－1得平鍵截面。選擇齒輪輪轂與軸的配合為 ；同樣，半聯(lián)軸器與鍵連接，由=105，，選用平鍵為，半聯(lián)軸器與軸的配合為 。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的。此處選用軸的直徑尺寸公差為m6。
7）確定軸上圓角和倒角尺寸
參照表15－2，取軸端倒角為 ，各軸肩處的圓角半徑取R＝2。
5． 求軸上載荷
作用在齒輪上的力可分為垂直于軸心的力和沿圓周切線方向的力。
其中＝6540.4N， ＝ ＝2380.5N
（1）確定軸承支點(diǎn)位置，對(duì)于6013深溝球軸承，其支點(diǎn)就是軸承寬
度B的中點(diǎn)，故軸的支承跨距為。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出彎矩和扭矩圖。（下圖所示）
載荷
水平面
垂直面
支反力F
彎矩
總彎矩
扭矩
6.軸強(qiáng)度的校核
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核承受最大彎矩的截面的強(qiáng)度。由上圖可知齒輪處C點(diǎn)為危險(xiǎn)截面，故只需校核C點(diǎn)強(qiáng)度，?。?.6，則由式15－5得
由表15－1查得40Cr 調(diào)質(zhì)鋼 ＝70 Mpa
因此 <，故安全。
7、軸承壽命的校核
1)已知軸承的預(yù)計(jì)壽命 L=2×8×300×8=38400h
由所選軸承系列6013，查指導(dǎo)書(shū)P122表知額定動(dòng)載荷C=32KN
2)求受力大軸承受到的徑向載荷
3) 當(dāng)量動(dòng)載荷P
查表13-6 查表13-5 由軸承6208得
4)驗(yàn)算軸承壽命
所以所選軸承壽命符合要求。
8、鍵的校核
1)選用鍵的系列
鍵、軸和聯(lián)軸器的材料都是鋼，由表6-2查得許用擠壓應(yīng)力，取，鍵的工作長(zhǎng)度，鍵的接觸高度，由式6-1得：
，所以合適
2)選用鍵的系列
鍵、軸和聯(lián)軸器的材料都是鋼，由表6-2查得許用擠壓應(yīng)力，取，鍵的工作長(zhǎng)度，鍵的接觸高度，由式6-1得：
，所以合適
4.3.4低速軸的計(jì)算
低速軸計(jì)算與高速軸類似，不再重復(fù)敘述。其計(jì)算應(yīng)力為，小于，滿足設(shè)計(jì)要求。
4.4鍵連接的選擇和計(jì)算
本減速器全部使用圓頭平鍵，其主要失效形式是工作表面的壓潰，除非有嚴(yán)重的過(guò)載，一般不會(huì)出現(xiàn)鍵斷裂，因此，通常只按工作面的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核。假定載荷在鍵的工作平面上均勻分布，則普通平鍵的強(qiáng)度條件根據(jù)公式（6-1）為：
式中：T -傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位N.mm;
k-鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h,此處h為鍵的高度， mm;
l-鍵的工作長(zhǎng)度， mm,圓頭平鍵l=L-b，平頭平鍵l=L,這里L(fēng)為鍵的公稱長(zhǎng)度，mm;b為鍵的寬度，mm;
d-軸的直徑，mm;
-鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，MPa，見(jiàn)表6-2。
4.4.1 高速軸（I軸）上鍵的選擇及校核
對(duì)于I軸上的聯(lián)軸器與軸的鏈接主要是周向定位，而不承受軸向力的作用，所以用平鍵鏈接，根據(jù)d=35mm查參考書(shū)【2】P106選用普通平鍵型；
鍵，軸的材料為鋼，帶輪輪轂的材料為鑄鐵，由表6-2查的許用擠壓力在，取其中間值，。鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=63-10=53mm,鍵和輪轂槽的接觸高度k=0.5h=0.5*8=4mm,所受轉(zhuǎn)矩取輸入
轉(zhuǎn)矩即由式（6-1）可得，
鍵的強(qiáng)度足夠。
4.4.2 中間軸（II軸）上鍵的選擇及校核
軸II上有兩個(gè)相同的鍵，且在兩處軸徑相同，那么只需要對(duì)軸徑小處的
鍵進(jìn)行校核即可。根據(jù)d=50mm查參考書(shū)【2】P106選用普通平鍵型；和，只需對(duì)
的鍵進(jìn)行校核。
鍵，軸，輪轂的材料都為鋼，受輕微的沖擊載荷，由表6-2查的許用擠壓力在，取其中間值，。鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=50-14=36mm,鍵和輪轂槽的接觸高度k=0.5h=0.5*9=4.5mm,所受轉(zhuǎn)矩取輸
入轉(zhuǎn)矩即由式（6-1）可得，
鍵的強(qiáng)度足夠。
4.4.3 高速軸（III軸）上鍵的選擇及校核
高速軸上有兩處要進(jìn)行鍵的選擇和校核。兩處的直徑分別為50mm、60mm，但是為了加工和安裝方便，按直徑小處選擇鍵寬和鍵高。根據(jù)d=50mm查參考書(shū)【2】P106選用普通平鍵型；和，對(duì)兩處的鍵都要進(jìn)行校核。
鍵，軸，輪轂的材料都為鋼，受輕微的沖擊載荷，由表6-2查的許用擠壓力在，取其中間值，。
L=100mm的鍵，其工作長(zhǎng)度l=L-b=100-14=86mm,鍵和輪轂槽的接觸高度k=0.5h=0.5*9=4.5mm,所受轉(zhuǎn)矩取輸入轉(zhuǎn)矩即由式（6-1）可得，
鍵的強(qiáng)度足夠。
鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=70-14=56mm,鍵和輪轂槽的接觸高度k=0.5h=0.5*9=4.5mm
所受轉(zhuǎn)矩取輸入轉(zhuǎn)矩即由式（6-1）可得，
鍵的強(qiáng)度足夠。
4.5滾動(dòng)軸承的選擇和計(jì)算
由于本減速器承受載荷較輕，確有一定的軸向力，因此選擇角接觸球軸承。本著節(jié)約材料的目的，在特輕系列中選擇7000C 系列。再根據(jù)軸徑，查參考書(shū)【1】第P122頁(yè)最終選擇軸承類型。本減速器中所選三對(duì)軸承分別為,7008C,7012C.現(xiàn)在只對(duì)7009C軸承的使用壽命系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其他軸承類似。
查參考書(shū)【1】第P122頁(yè)可知7009C的動(dòng)載荷系數(shù)，靜載荷系數(shù)為,按查考書(shū)【2】P318頁(yè)取軸承預(yù)期壽命。
圖8.1軸承的受力情況
1.求兩軸承所受到的徑向載荷,.
由前面I軸的計(jì)算可知,，,，由此可得
2.求兩軸承的計(jì)算軸向力,
對(duì)于7000C型軸承，按表13-7查得軸承派生軸向力，其中e為表13-5中的判斷系數(shù)，其值