课程设计机械专业

机械设计课程设计

2010-2011第2学期

姓 名： 班 级： 指导教师： 成 绩：

日期：2011年5月

目 录

1. 设计目的·············································（3） 2. 设计方案·············································（3） 3.传动装置的总体设计····································（4）

3.1 电机选择·········································（4） 3.2 传动装置的总传动比及分配·························（5） 3.3传动装置各轴的运动机动力参数······················（6） 4.传动件的设计··········································（7） 4.1 V带的设计········································（7） 4.2 齿轮的设计·······································（9） 5.轴及轴上零件的设计···································（10） 5.1 高速轴及轴上零件的设计、校核·····················（10） 5.2 中速轴及轴上零件的设计、校核·····················（17） 5.3 低速轴及轴上零件的设计、校核·····················（24） 6.箱体结构的设计·······································（29） 7.润滑设计·············································（30） 8.密封类型的设计·······································（31） 9.其他附件的设计·······································（31） 10.参考文献············································（32） 11.实验心得············································（33）

一、设计目的： 带式运输机传动系统中的二级圆柱齿轮减速器

1）工作条件

要求减速器沿输送带运动方向具有最小尺寸，单向运转，有轻微振动，两班制工作，使用期限10年。

2）原始数据

已知条件 输送带拉力F（N） 输送带速度v（m/s） 滚筒直径D(mm)

3）设计工作量

（1）设计说明书 （2）减速器装配图 （3）减速器零件图

题 号 E1 1300 0.68 300 E2 1300 0.8 360 E3 1400 0.75 350 E4 1700 0.85 380 E5 1700 0.75 340 E6 1800 0.8 365

二、设计方案：

滚筒输送带联轴器减速器电动机带传动

三、传动装置的总体设计 3.1 电动机的选择

设计内容 计算及说明 结 果 1、选择电动按工作要求和工作条件选用Y系列三相鼠 机的类笼型异步电动机，其机构为全封闭自扇冷式型 结构，电压为380V 2、选择电动工作机的有效功率为： 机的容量 F=T/(D/2)=4750 PW??4.275KW PW 从电机到工作机输送带间的总效率为： 42????1??2??3??4??5 式中，?1?2?3?4?5分别为联轴器，轴承，齿轮 传动，卷筒和带的传动效率，由机械课程设计表 可知?1=0.99，?2=0.98，?3=0.96，?4=0.96， FV4750?0.9??4.275KW 10001000?5=0.96 ??=0.776 ???0.99?0.984?0.962?0.96?0.96=0.776 所以电动机所需的工作功率为： pd?5.5KW pd?pw???4.275?5.5KW 0.776 3、确定电按表推荐的传动比合理范围，二级圆柱 齿轮减速器传动比i?'=8~60,而工作机卷轴动机的转速 筒的转速为： 60?1000v60?1000?0.9nw???53r/min ?d?320 所以电动机的可选范围为： nw ?53r/min ??nw?(8~60)??2~4??53?(847~12720nd?i?)r/min 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量和价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定使用同步转速为1500r/min的电动机 根据电动机的类型、容量和转速，由电机产品目录或有关手册选定电动机的型号为Y100L1-4，其主要性能如下表所示: 电动机型号 额定功率满载转速 最大转矩额定转矩起动转矩额定转矩/kw Y100L1-4 /(r/min) 2.2 1420 2.2 2.2

3.2 计算传动装置的总传动比i?并分配传动比

设计内容 计算及说明 结 果 1、总传动比 i?? nm1420??26.79 nw53i??26.79 2、分配传i??i??i??iⅢ 动比 考虑润滑的条件，为使两级大齿轮相近， 取i??i??? i? =2 ,故： i? =2 i??3.66 i??i??2?26.79?2?3.66i????i??3.66i????3.66 3.3 计算传动装置各轴的运动和动力参数

设计内容 计算及说明 结 果 1、各轴的Ⅰ轴 n?nm?1420?710 r/min ?i?2转数 n710Ⅱ轴 n??????193.99 r/min i??3.66n??710 r/min n???193.99r/min

n193.99Ⅲ轴 n????????53 r/min i???3.66卷筒轴 n ?n????53 r/min n????53 r/min n卷?53 r/min 2、各轴的Ⅰ轴 输出功率 p??pd??1??5?5.5?0.98?0.96?5.1744 kw Ⅱ轴 p?=5.1744 kw p???p???2??3?5.1744?0.98?0.96?4.8681kw Ⅲ轴 p???4.8681 kw p????p????2??3?4.8681?0.98?0.96?4.5799 kw 卷筒轴 p????4.5799 kw p ?p?????2??1?4.5799?0.98?0.99?4.4434 kw p卷?4.4434 kw 3、各轴的T?9.55?106pd?9.55?106?5.5dnm1420 Td?37.0N?m 输出转矩 ?3.70?104n?mm故Ⅰ轴 T??9.55?106p15.1744?9.55?106?n1710 T??69.5993N?m T???239.65N?m ?69.5993N?mⅡ轴 T???9.55?106?239.65N?mⅢ轴 p24.8681?9.55?106?n2193.99 T????9.55?106p34.5799?9.55?106?n353 ?825.2461N?m卷筒轴 T????825.2461N?m T??9.55?106pn?9.55?106?4.443453 T卷?800.6503N?m ?800.6503N?m

四、传动件的设计

4.1 减速器外传动部件V带的设计

设计内容 计算及说明 结 果 1、带的型额定功率P= 4.275KW 号和根数取ka=1.1 的确定 普通V带 V带A型 Pc=ka*p=4.7025kw 根据功率pc和小带轮转速n1=710r/min 查表得带型为普通V带A型 2、主要参数的选择 查表得dmin=75mm 取小轮基准直径d1=90mm 大轮基准直径d2=i??d1?2?90?180 mm 带速 v?d1=90mm d2=180mm v?6.7m/s ?d1n160?100060000初步确定中心距ao,即 ???90?1420?6.7 m/s L0=934mm ?934 mm Ld=1000mm 0.7（d1+d2）≤ao≥2（d1+d2） 189 ≤ao≥540 取ao=300 基准长度 L0?2a0??2?d1?d22?d1?d2???4a0查表得Ld=1000m 实际中心距a L?L0a?a0?d?333 mm 2考虑到传动的安装、调整和V带张紧的需要，中心距的变动范围为:221mm~257mm d?d小包角?1?180?21?57.3?1680 a ?1>1200即满足条件 V带根数 查表得 Ka=0.98 kl=1.06 a=333mm ?1=168 0 p0=0.3kw △p=0.03kw z?pcpc4.7025???p0??po??p?k?kl?0.3?0.03??0.98?1.06 ?13.71?14Z=6 查表8-3得Y带的单位长度质量q=0.023kg/m, 所以：初拉力 F0=55.82N 500PC?2.5?2??F0??1?qv?55.82 N ?? ZV?K??作用在带轮轴上的压力Fq ?Fq?2zF0sin?674.6 N 2 4.2

Fq=674.6 N 减速器内传动部件的设计

4.2齿轮设计

设计内容 计算及说明 结 果 1、选择材（1）选用直齿齿轮 （2）大小齿轮均为锻钢，小齿轮材料为45料、热处钢（调质），硬度为250HBS ，硬度为理方法及 大齿轮材料为45钢（调质）220HBS。 公差等级 （3）选用的精度等级为8级 45钢 小齿轮调质处理 大齿轮调质处理 8级精度 因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触 疲劳强度进行计算，其设计公式为： 2kT1u?1?ZHZE?d1?3??du????H?1）选择材料及确定许用应力 小齿轮 ??? ?245钢，硬度为250HBS,?Hlim?600Mpa，?FE?450Mpa 2、计算传 动的主要尺寸 大齿轮 45钢，硬度为220HBS,?Hlim?600Mpa，?FE?450Mpa 取SF=1.25 SH=1.1 ZH=2.5 ZE=189.8 ??F1????F1???FESFSH?450?360Mpa 1.25?600?545.5 Mpa 1.1??H1????H1???Hlim 2）按齿面接触强度设计 齿轮按8级精度 取载荷系数K=1.5，齿宽系数?b?0.8 小齿轮传递转矩T1?2.358?104N?mm 2kT1u?1?ZHZE???d1?3??=44.2mm ???du???H?齿数取Z1=20,则Z2=4.06*20=81 故实际传动比 i=81/20=4.05 模数 m?齿宽 2 d144.2??2.21 mm z120b??dd1?0.8?44.21?35.36 mm 取b2=45mm b1=40mm Z1=20 Z2=81 b2=45mm b1=40mm 2、计算传 动的主要尺寸 按表4-1取m=2.5,实际的 m=2.5 d1?50mm d1?z?m?20?2.5?50 mm d2?z?m?81?2.5?202.5 mm 中心距 d2=202.5mm a?d1?d250?202.5??126.25 mm 223)验算齿轮弯曲强度: T???9.01?104N?mm4 T????34.47?10N?mm查图得齿形系数 YFa1=2.36 YFa2=2.28 Ysa1=1.68 Ysa2=1.77 a?126.25mm 2KT1YFa1Ysa12?1.5?9.01?104?2.36?1.68?F1?? bm2z145?2.52?50 ?76.2Mpa?360Mpa 2KT1YFa2Ysa22?1.5?34.47?104?2.28?1.77?F2?? 2bmz240?2.52?202.5 ?82.38Mpa?360Mpa 故是安全的 4）齿轮的圆周速度 v??d1n160?1000???50?7106?104?1.875 m/s v?1.875m/s 对照11-2可知选用8级精度是合适的

五、轴及轴上零件的设计计算 5.1高速轴的设计与计算

设计内容 计算及说明 结 果

1、已知条高速轴传递的功率p1= 1.753kw，转速 件 n1=710r/min，小齿轮分度圆直径d1=50mm，齿轮宽度b1=45 mm 2、选择轴的材料 因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无 特殊要求，故选用常用的材料45钢，调制45钢，调制处理 处理 3、初算轴径 由教材表14-2查得C=118~107，考虑到轴才 端既承受转矩又承受弯矩故取中间值C=110，则： dmin?C3p11.735?110?3?14.8mm n1710轴和联轴器之间有一个键槽，轴径轴径应该增大5%，轴端最细处的直径： d1>14.8mm+14.8*0.05mm=15.5 mm dmin=15.5mm 4、结构设计 轴的结构如图所示 1）带轮及轴段I的设计: dmin=15.5mm 电动机小轮的轴径为28mm，故大轮应不小于28mm 取d=28mm V 带与轴配合长度L=70mm 为了保证轴承挡圈只压在V带轮上不压在轴的端面上，故轴段I的长度略短取LI=68 2）轴段II的设计： II段用于安装轴承端盖，轴承端盖的e=7.2mm（由减速器及轴的结构设计而定）。根据轴承端盖的拆卸及便于对轴承添加润滑油的要求，取端盖与II段右端的距离为20mm。故取LII=34，因其右端面需制出一轴肩故取dII=32mm。 3）轴承与轴段III和轴段VI的设计： 考虑到齿轮有轴向力存在，且有较大的周 dI=28mm LI=68mm dII=32mm LII=34mm 向力和径向力作用，选用圆锥滚子轴承。轴段III安装轴承，其直径应即便于轴承安装，又符合轴承内径系列，现暂取轴承为30207 ，由此查表得d=35mm,外径D=72mm，宽度B=17mm,T=18.25mm,故dIII=30mm LIII=17+17=34mm。 通常一根轴上的两个轴承取相同型号，则dVI=30mm. 5)齿轮及轴段IV的设计： 该轴上安装齿轮，为了便于齿轮的安装，dv应略小于dIV， 可初定dv=40mm，齿轮的分度圆直径比较小，采用实心式，齿轮宽度b1=45,为了保证套筒能顶到齿轮的右端面，该处轴径的长度应比齿轮宽度略短，取Lv=43mm. 4）轴段IV的设计： 齿轮左端采用轴间定位，定位轴间的高度： h=(0.06~0.1)dV=1.96~3.2=3mm 5、键连接 6、倒角 dIII=35mm LIII=34mm dIV=40mm LIV=43mm dv=44mm Lv=10mm 轴间直径dIV=44mm,LIV=△1=10mm 6)轴段VI的设计： dVI=30mm,LVI=17mm dVI=35mm LVI=17mm 轴上零件的周向定位： A型平键连接 小齿轮做成齿轮轴的形式 V带b*h*l=6*6*64 带轮与轴之间的定位均采用A型平键连接。 查表得： V带选用的键尺寸为b*h*l=6*6*64 . 如图所示，轴的两端倒角C1.5，其余图示。 两端倒角C1.5 其余图示 7、轴的受画轴的受力分析图，轴的受力分析分析图如 力分析 图所示： 已知：作用在齿轮上的 圆周力 2T12?2.358?104F????943.2N d150径向力 F??943.2N Fr?F?tan??943.2?tan200?343.3N 法相力 F943.2Fa????1003.7N cos?cos20 齿轮的分度圆直径d=50mm作用在轴左端的外力F=744.2 N 1)求垂直面的支撑反力： LdFr??Fa?.7?2522?343.2?44.35?1003F1v?L88.7??111.3NFr?343.3N Fa?1003.7N F1v??111.3N F2V?Fr?F1V?343.3???111.3??454.6N 2)水平面的支撑反力： F F1H?F2H?t?471.6N 23）F在支撑点产生的反力： F2V?454.6N F1H?F2H?471.6N F1F?F2FF?K744.2?110.5??927.1N L88.7?F?F1F?744.2?927.1?1671.3NF1F?927.1N F2F?1671.3N 外力F作用方向与带传动的布置有关，在具体位置尚未确定前，可按最不利的情况考虑，见（7）的计算 4）绘垂直面的弯矩图： Mav?F2V?L?454.6?44.35?20.1N?M2 L?F1V???111.3?44.35??4.9N.M2Mav?20.1N?M M'av??4.9N.M M'av5)绘水平面的弯矩图： L MAH?F1H??236?44.35?10.5N.M 26)F产生的弯矩图： M2F?F?K?744.2?110.5?82.2N.M a-a截面F力产生的弯矩为： L MAF?F1F??927.1?44.35?41.1N.M 27)求合成弯矩图： MAH?10.5N.M M2F?82.2N.M MAF?41.1N.M MAF 考虑最不利的情况，把与 22MAV?MAH直接相加 22?MAHMA=MAV+MAF=20.12?20.92 MA=70.1N.m +41.1=70.1 N.m 22M'A=M'AV?MAH+MAF=4.92?20.92 M'A=62.57N.m +41.1=62.57 N.m 8)求轴传递的转矩： T?23.58N.m T?2.358?104 N.mm 9)求危险截面的当量转矩 如图所示，a-a截面最危险，其当量转矩为： 2Me?Ma???T? 2如认为轴的扭切应力是脉动循环应变力，取折合系数a=0.6，带入上式可得： 2Me?Ma???T??70.12??0.6?23.58? ?71.51N.m2210）计算危险截面处轴的直径 轴的材料选用45钢，调质处理，由表14-1查得δB=650Mp,由表 14-3查得[δ-1b]=60Mpa,则： 3Me71.51?10d?3?3?22.8mm 0.1???1b?0.1?60考虑到键槽对轴的消弱，将d值加大5%，故： d=22.8*1.05=24mm<32mm 满足条件 8、强度的因a-a处剖面左侧弯矩大，同时作用有转矩 校核 ，且有键槽，故a-a左侧为危险截面 其弯曲截面系数为： bt?d?t???5036?6?50?6?W???? 322d322?50?1.25?104mm3?d322抗扭截面系数为： bt?d?t???5036?6?50?6?WT????162d162?50?2.5?104mm3?d322弯曲应力为： Mb70.1?103?b???5.608Mpa 4W1.25?10扭切应力为： T12.358?104?b???0.94Mpa W2.5?104按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数a=0.6则当量应力为： ?e??b2?4????2?5.6082?4??0.6?0.94?2?5.721Mpa由表查得45钢调质处理抗拉强度极限?b=640Mpa，则由表查得轴的许用弯曲应力

[δ -1b]=60Mpa,?e<[δ-1b],强度满足要求。 9、键连接V带处键连接的挤压应力为： 强度的校4T4?2.358?104核 ?p???6.14Mpa dhl40?6?64取轴、键的材料都是钢，查表得[δp]= 60~90Mpa, ?p<[δp],强度安全 10校核轴（1）计算轴承的轴向力 的寿命 由表查得： 轴承30207的额定载荷Cr=54.2*103N Cor=63.5*103N,e=0.37,Y=1.6 则轴承1、2内部轴向力分别为： F1927.1Fd1???290N 2Y3.2 F21671.3Fd2???522.3N 2Y3.2 外部轴向力： Fae=502.3 Fae+Fd2=502.3+522.3=1024.6>Fd1 即： Fa1=Fae+Fd2=1024.6N Fa2=Fd2=522.3N (2)计算当量动载荷P Fa11024.6??1.1?e FR1927.1 即 P?xFr?yFa?0.4?103.4?1.6?314?543.76N (3)校核轴承寿命 查表得：fT=1.0 fp=1.1 10? 6?63?1.0?54.2?10?310?fTc?10?? ??Lh??? ??60n?fpp?60?710?1.1?543.76? ?7.8?106 L'h?10?365?18?6.57?104h Lh>L'h即满足使用寿命要求 满足使用寿命要求 5.2 中轴的设计与计算

设计内容 计算及说明 结 果 1、已知条 中间齿轮的功率为1.649kw，转速 件 n2=174.88r/min,大齿轮的分度圆直径d1=202.5mm,大齿轮的分度圆直径d2=50mm 2、选择轴因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸的材料 无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调质处理 3、初选轴由教材表14-2查得C=118~107，考虑到轴端径 既承受转矩又承受弯矩故取中间值C=110，则： 材料45钢 调质处理 dmin?C3p21.649?110?3?22.5mm n2174.88轴和联轴器之间有一个键槽，轴径轴径应该增大5%，轴端最细处的直径： d1>22.5*1.05mm=23.6 mm dmin?23.6 mm 4、结构设计 轴的结构如图所示 （1）轴段I和轴段V的设计： 考虑到齿轮有轴向力存在，且有较大的周向力和，故选用圆锥滚子轴承，轴段I和轴段VI安装轴承，其直径应便于安装，有复合轴承内径系列，现暂取轴承30206 查表得：d=30mm,外径D=62mm,宽度B=16mm,T=17.25mm， 故取dI=dv=30mm LI=32mm LV=32mm (2)大齿轮及轴段II的设计： 该轴上安装齿轮，为了便于齿轮的安装，dv应略小于dII， 可初定dII=40mm，齿轮的分度圆直径比较小，采用实心式，齿轮宽度b1=40,为了保证套筒能顶到齿轮的右端面，该处轴径的长度应比齿轮宽度略短，取LII=38mm. （3）轴段III的设计： 考虑到高低速轴的配合及大小齿轮的定位取dIII=46mm LIII=32+17+6=55mm (4)小齿轮及轴段IV设计： 该轴上安装齿轮，为了便于齿轮的安装，dv应略小于dIV， 可初定dIv=40mm，齿轮的分度圆直径比较小，采用实心式，齿轮宽度b1=45,为了保证套筒能顶到齿轮的右端面，该处轴径的长度应比齿轮宽度略短，取LIv=43mm. dI=dv=30mm LI=32mm LV=32mm dII=40mm LII=38mm dIII=46mm LIII=55mm dIv=40mm LIv=43mm 5、键连接 轴上零件的周向定位： A型 齿轮，带轮与轴之间的定位均采用A型平平键连接 大齿均 键连接。查表得： b*h*l=10*8*38 大齿均选用的键尺寸为b*h*l=10*8*38 小齿均 小齿均选用的键尺寸为b*h*l=10*8*43 b*h*l=10*8*40 6、倒角 两端倒角为：1.2*450 其余见图 两端倒角为：1.2*450 大齿轮： 7、轴的受已知：作用在齿轮上的 力分析 大齿轮： 圆周力 2T22?9.01?104F????890N d1202.5径向力 F??890N Fr?F?tan??890?tan200?324N 法相力 F890Fa????947.1N cos?cos20 小齿轮： 圆周力 Fr?324N Fa?947.1N 小齿轮： 2T22?9.01?104F????3604N d250径向力 F??3604N Fr?F?tan??3604?tan200?1131.7N Fr?1131.7N 法相力 F3604Fa?3835.3N Fa????3835.3N cos?cos20(1)画轴的受力分析图，轴的受力分析图如下图 所示： (2)求支撑反力： 水平面上： F1H?451N F2H?1004.7N d2d1Fr1?L2?L3??Fr2L3?Fa2??Fa1?22?451N F1H? L1?L2?L3 F2H?Fr1?Fr2?F1H?324?1131.7?451?1004.7NF1V=?2546.7N 垂直面上： F1V?F?2?L3?F?1L2?L3L1?L2?L3??F2V?5260.7N 890?46?36.4??97.5?46????2546.7N187 F1?2585.6N F2V?F?2?F?1?F1V?3604?890?(?2546)?5260.7N轴承1的总反力为： F1?F1H?F1V?4512???2546??2585.6N222F2?5355.8N F2?F2H?F2V?1004.7?5260.7?5355.8N2222MaH?19.6N.m

（3）画弯矩图： 在水平面上： a-a剖面左侧为： MaH?115.5N.m 'MaH?F1H?L1?451?43.5?19.6N.m a-a剖面右侧为： d'MaH?MaH?Fa22?19.6?103?947.1?101.252?115.5N.m b-b剖面右侧为： MbH?46.2N.m MaH?115.5N.m 'MbH?F2H?L3?1004.7?46?46.2N.m b-b剖面左侧为： d'MaH?MaH?Fa32?19.6N.m?3835.3?25 2?115.5N.m垂直面上： MaV?111N.m MbV?242N.m MaV??F1V?L1?2546.7?43.6?111N.m MbV?F2V?L3?5260.7?46?242N.m 合成弯矩图： a?a剖面左侧：Ma?MaH?MaV?19.62?1112 ?112.7N?ma?a剖面右侧：Ma?M'aH222222a?a剖面左侧： Ma?112.7N?m a?a剖面右侧： Ma?160.2N?mb?b剖面左侧： Mb?246.4N?m?MaV?115.5?111 ?160.2N?mb?b剖面左侧：Mb?MbH?MbV?46.22?2422 ?246.4N?mb?b剖面右侧：M'b?M'bH?MbV?115.52?2422 ?268.2N?m 2222b?b剖面右侧： M'b?268.2N?m 8、校核轴因b-b右侧弯矩大，同时有转矩。故b-b左侧 的强度 为其危险剖面 其弯矩系数： bt?d?t???5036?6?50?6?W???? 322d322?50?12500mm3?d322bt?d?t???4036?6?40?6?W???? 162d322?40?25000mm3?d322弯曲应力： MB2.682?105?b???21.456Mpa W12500扭切应力： T290.1?104????3.064Mpa WT25000按弯曲合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数a=0.6，则当量应力为： ?e??b2?4????2?21.4562?4??0.6?3.064?2?22Mpa 由表查得45钢调质处理抗拉强度极限?b=640Mpa，则由表查得轴的许用弯曲应力[δ-1b ]=60Mpa,?e<[δ-1b],强度满足要求。 轴的强度满足要求 9、校核键齿轮处键连接的挤压应力为： 连接强度 4T4?9.01?104?p???56Mpa dhl40?7?23 取轴、键的材料都是钢，查表得[δp]= 60~90Mpa, ?p<[δp],强度安全 键连接强度满足要求 10、校核轴（1）计算轴承的轴向力 承寿命 由表查得： 轴承30206的额定载荷Cr=43.3*103N 则轴承1、2内部轴向力分别为： F2585.6 Fd1?1??808N2Y3.2 F5261.6Fd2?2??1644.25N 2Y3.2 外部轴向力： Fae=Fa2-Fa1=3835.4-947.1=2888.2 N Fae+Fd2=2888.2+1644.25=4532.45>Fd1 即： Fa1=Fae+Fd2=4532.45N Fa2=Fd2=1644.25N (3)计算当量动载荷P1和P2 Fa14532.45 ??1.75?eFR12585.6 Fa21644.25??0.3125?e FR25261.6 即 P.6?1.6?4532.451?xFr1?yFa1?0.4?2585 ?8286.16N (3) P2?Fr2?5261.6N 校核轴承寿命 因P2>P1故只需校核轴承1 查表得：fT=1.0 fp=1.1 10?6??1.0?43.3?103?3 106?fc10T?????Lh?? ??60n?fpp?60?174.88?1.1?8286.16?? ?1.71?105 L'h?10?365?18?6.57?104h Cor=50.5*103N,e=0.37,Y=1.6 Lh>L 'h即满足使用寿命要求 轴承寿命满足要求

5.3低速轴的设计与计算 设计内容 计算及说明 结 果 1、已知条 中间齿轮的功率为1.551kw，转速 件 n3=43r/min,齿轮的分度圆直径d1=202.5mm 2、选择轴因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸的材料 无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调质处理 3、初选轴由教材表14-2查得C=118~107，考虑到轴端径 既承受转矩又承受弯矩故取中间值C=110，则： 材料45钢 调质处理 dmin?C3p21.551?110?3?20.89mm n2174.88轴和联轴器之间有一个键槽，轴径轴径应该增大5%，轴端最细处的直径： dmin?21.9mm d1>20.89*1.05mm=21.9mm 4、结构设低速轴轴的结构如图所示： 计 (1)联轴器及轴段VI的设计： 轴段VI安装联轴器此段设计应与联轴器 的选择同步选择，为补偿联轴器所连接两轴的 安装误差、隔离震动，选用弹性柱销联轴器查 表得ka=1.3，则计算转矩 dVI=30mm LVI=58mm Tc?ka?T3?1.3?1.04?104 4?1.35?10 查表得：LX2型联轴器满足要求，工称转矩 Tn=560n.m，需用转速n=4300r/min,轴孔范围 20~35由于d>21.9,取dVI=30mm。轴孔长度 60mm，J型轴孔，A型键，为了保证轴段挡圈 只在半联轴器上，故LVI略短，取LVI=58mm 5、键连接 6、倒角 （2）轴承及轴段I和轴段IV的设计： 考虑到齿轮有轴向力存在，且有较大的周向力和径向力作用，选用圆锥滚子轴承。轴段I和IV安装轴承，其直径应即便于轴承安装，又符合轴承内径系列，现暂取轴承为30207 ，由此查表得d=35mm,外径D=72mm，宽度B=17mm,T=18.25mm,故 dI=dIV=35mm LI=17mm LIV=17+17=34mm (3)齿轮及轴段III的设计： 该轴上安装齿轮，为了便于齿轮的安装，dIII应略小于dII， 可初定dIII=40mm，齿轮的分度圆直径比较小，采用实心式，齿轮宽度b1=30,为了保证套筒能顶到齿轮的右端面，该处轴径的长度应比齿轮宽度略短，取LIII=28mm. (4)轴段II的设计： △h=(0.07-0.1)d=2.8-4 取dII=42mm,L=10mm (5)轴段V的设计： 轴承端盖的总长度为30（由减速器及轴承端盖结构设计而定）。根据轴承端盖便于拆装，取轴承端面与联轴器的距离L=30mm故LV=60mm ,dV=33mm 轴上零件的周向定位： 齿轮，联轴器与轴之间的定位均采用A型平键连接。查表得： 齿轮选用的键尺寸为b*h*l=12*12*42 联轴器选用键尺寸为b*h*l=12*12*54 两端倒角为：1.2*450 其余见图 dI=dIV=35mm LI=17mm LIV=34mm dIII=40mm LIII=38mm dII=42mm L=10mm LV=60mm dV=33mm A型平键连接 齿轮 b*h*l=12*12*42 联轴器 b*h*l=12*12*54 两端倒角为：1.2*450 齿轮： 7、轴的受已知：作用在齿轮上的 力分析 齿轮： 圆周力

2T22?3.447?104F????3402.2N d1202.5径向力 0F??3402.2N Fr?F?tan??3402.2?tan20?1238.3N 法相力 F3402.2Fa????3620.5N cos?cos20 (2)画轴的受力分析图，轴的受力分析图如下图所示： Fr?1238.3N Fa?3620.5N (2)求支撑反力： 水平面上： F2H??406.8N F2HdFr?L2?Fa42?1238.3?45.5?3620.5?25?L1?L284 F1H?1645N ??406.8NF1H?Fr?F2H?1238.3?406.8?1645N垂直面上： F2V?1842.8N F2V?F?2?L23402.2?45.5??1842.8NL1?L284 F1V=1559.1N F1V?F?2?F2V?3402?1842.8?1559.1N轴承的总反力为： F2?F2H?F2V?2222F2?1887.2N ??406.8?2?1842.82F1?2266.5N ?1887.2 N F1?F1H?F1V?16452?1559.12?2266.5N （4）画弯矩图： 在水平面上： a-a剖面左侧为： MaH?15.6N.m MaH??F2H?L1?406.8?38.5?15.6N.m a-a剖面右侧为： M'aH?74.8N.m M'aH?F1H?L2?1645?45.5?74.8N.m 垂直面上： MaV?71N.m MaV?F2V?L1?1842?38.5?71N.m 合成弯矩图： a?a剖面左侧：Ma?MaH?MaV?15.62?712 ?72.7N?ma?a剖面右侧：Ma?MaH?MaV?74.82?712 ?103.1N?m2222a?a剖面左侧： Ma?72.7N?m a?a剖面右侧： Ma?103.1N?m 8、校核轴因b-b左侧弯矩大，同时有转矩。故b-b左侧 的强度 为其危险剖面 其弯矩系数： bt?d?t???5036?6?50?6?W???? 322d322?50?12500mm3?d322bt?d?t???5036?6?50?6?W???? 162d162?50?25000mm3?d322弯曲应力： MB1.03?105?b???8.248Mpa W12500扭切应力： T234.47?104????13.8Mpa WT25000按弯曲合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数a=0.6，则当量应力为： ?e??b2?4????2?8.2482?4??0.6?13.8?2?23.57Mpa 由表查得45钢调质处理抗拉强度极限?b=640Mpa，则由表查得轴的许用弯曲应力]=60Mpa,?e<[δ 轴的强度满足要[δ-1b-1b],强度满足要求。 求 9、校核键齿轮处键连接的挤压应力为： 连接强度 4T4?34.47?104 ?p???53.44Mpa dhl50?12?42 4T4?34.47?104 ?p???44.2Mpa dhl50?12?54 取轴、键的材料都是钢，查表得[δp]= 键连接强度满足60~90Mpa, 要求 ?p<[δp],强度安全 10、校核轴（1）计算轴承的轴向力 承寿命 由表查得： 轴承30207的额定载荷Cr=54.2*103N Cor=63.5*103N,e=0.37,Y=1.6 则轴承1、2内部轴向力分别为： F21887.2??590N2Y3.2 F12266.5Fd1???708.3N2Y3.2Fd2?外部轴向力： Fae=3620N Fae+Fd=3620.5+590=4210.5>Fd1 即： Fa1=Fae+Fd2=4210.5N Fa2=Fd2=590N (4)计算当量动载荷P Fa14210.5??1.86?e FR12266.5即 P.5?1.6?3620.51?xFr1?yFa1?0.4?2266?6123.4 (3)校核轴承寿命 查表得：fT=1.0 fp=1.1 ??10??fTc??10?1.0?54.2?10?60?43?1.1?632160n?fp.4?p???4.04?105 66?3Lh???? ?103L'h?10?365?18?6.57?104h Lh>L'h即满足使用寿命要求 11、联轴器轴段VI安装联轴器此段设计应与联轴器的选的选择 择同步选择，为补偿联轴器所连接两轴的安装误差、隔离震动，选用弹性柱销联轴器查表得ka=1.3，则计算转矩 轴承寿命满足要求 Tc?ka?T3?1.3?1.04?104?1.35?104 LX2型联轴器 查表得：LX2型联轴器满足要求

六、箱体结构的设计

两级同轴式圆柱齿轮减速器箱体的主要结构尺寸如下表： 名称 箱座壁厚 箱盖壁厚 箱座 箱体凸缘厚度 箱盖 箱座底 加强肋厚 箱座 箱盖 公式 δ=0.025a+3≥8 δ1=0.02a+3≥8 b=1.5δ b1=1.5δ b2=2.5δ m≈0.85δ m1≈0.85δ df=0.036a+12 d1=0.72 df d2=0.6 df M8 d3 =0.4-0.5 df M8 M8 112 D2=D+5d3 102 112 d4=0.4 df M8 26 C1 18 16 24 C2 16 14 Δ1 >1.2δ Δ2 > δ 10 10 n=6 M20 M16 M10 数值（mm） 8 8 12 12 20 7 7 n=4 地脚螺钉直径和数目 轴承旁连接螺栓直径 箱盖和箱座连接螺栓直径 高速轴 轴承盖螺钉直径和数目 中间轴 低速轴 高速轴 轴承盖外径D2 中间轴 低速轴 观察孔盖螺钉直径 df、d1、d2 至箱外壁距离 df d1 d2 df d1 d2 df、d1、d2 至凸缘边缘的距离 大齿轮齿顶圆与内壁距离 齿轮端面与内壁距离

外壁至轴承座端面的距离 定位销直径d 连接螺栓d2的间距l 轴承旁凸台半径R 凸台高度h 轴承端盖凸缘厚度e l1=C2+C1+(5～10)=39 7 150 16 根据低速级轴承座外径确定 10 高速轴 112 102 112 轴承旁连接螺栓距离s?D2 七、润滑设计

低速轴 中间轴 齿轮采用飞溅润滑，在箱体上的四个轴承采用脂润滑，在中间支撑上的两个轴承采用油润滑。

八、 密封类型的选择

1. 轴伸出端的密封：轴伸出端的密封选择毛毡圈式密封。

2. 箱体结合面的密封： 箱盖与箱座结合面上涂密封胶的方法实现密封。 3. 轴承箱体内，外侧的密封：

（1）轴承箱体内侧采用挡油环密封。 （2）轴承箱体外侧采用毛毡圈密封。

九、其他附件的设计：

1 、观察孔及观察孔盖的选择与设计：

观察孔用来检查传动零件的啮合，润滑情况，并可由该孔向箱内注入润滑油。平时观察孔盖用螺钉封住，。为防止污物进入箱内及润滑油渗漏，在盖板与箱盖之间加有纸质封油垫片，油孔处还有虑油网。 查表[6]表15-3选观察孔和观察孔盖的尺寸分别为140?120和110?90。

2 、 油面指示装置设计：

油面指示装置采用油标指示。

3 、通气器的选择：

通气器用来排出热膨胀，持气压平衡。查表[6]表15-6选M36?2 型通气帽。

4 、放油孔及螺塞的设计：

放油孔设置在箱座底部油池的最低处，箱座内底面做成1.5?外倾斜面，在排油孔附近做成凹坑，以便能将污油放尽，排油孔平时用螺塞堵住。查表[6]表15-7选M20?1.5型外六角螺塞。 5 、起吊环的设计：

为装卸和搬运减速器，在箱盖上铸出吊环用于吊起箱盖。

6、 起盖螺钉的选择：

为便于台起上箱盖，在上箱盖外侧凸缘上装有1个启盖螺钉，直径与箱体凸缘连接螺栓直径相同。

7 、定位销选择：

为保证箱体轴承座孔的镗孔精度和装配精度，在精加工轴承座孔前，在箱体联接凸缘长度方向的两端，个装配一个定位销。采用圆锥销，直径是凸缘连接螺栓直径的0.8倍。

十、参考文献：

杨可桢 、程光蕴、李仲生. 机械设计基础. 北京：高等教育出版社.2006.5 王连明、宋宝玉.机械设计课程设计.哈尔滨工业大学出版社.2010.1 濮良贵.机械设计.北京：高等教育出版社.2006.5

十一、实验心得：

前沿两级展开式圆柱齿轮减速器的特点及应用：结构简单，但齿轮相

对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度。高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分地互相抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。高速级一般做成斜齿，低速级可做成直齿。两级同轴式圆柱齿轮减速: 特点及应用：减速器横向尺寸较小，两对齿轮浸入油中深度大致相同。但轴向尺寸大和重量较大，且中间轴较长、刚度差，使载荷沿齿宽分布不均匀，高速级齿轮的承载能力难于充分利用。

从性能和尺寸以及经济性上考虑选择两级展开式圆柱齿轮减速.

卷筒同输出轴直接同联轴器相连就可以,因为这样可以减少能量的损耗.

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