机械工艺课程设计 - 同轴式二级圆柱齿轮减速器的设计

机械与汽车工程学院

机械设计

课程设计说明书

设计题目：同轴式二级圆柱齿轮减速器的设计

专 业： 机械设计制造及其自动化

机 械 与 汽 车 工 程 学 院

2013 年 3月 5日

目 录

一、设计任务书

二、传动方案的拟定及说明

三、电动机的选择

四、计算传动装置总传动比和分配各级传动比

五、计算传动装置的运动和动力参数

六、传动件的设计计算 1.V带传动设计计算

2.斜齿轮传动设计计算

七、轴的设计计算 1.高速轴的设计

2.中速轴的设计

3.低速轴的设计

4.精确校核轴的疲劳强度

八、滚动轴承的选择及计算 1.高速轴的轴承

2.中速轴的轴承

3.低速轴的轴承

九、键联接的选择及校核计算

十、联轴器的选择

十一、减速器附件的选择和箱体的设计

十二、润滑与密封

十三、设计小结

十四、参考资料

第 1 页 共 30页

机械与汽车工程学院

机械设计课程设计设计任务书

设计题目：同轴式二级圆柱齿轮减速器的设计 生产纲领：小批量 设计内容：

1)减速器装配图一张；

2)零件工作图二张（大齿轮，输出轴）；

3)设计说明书一份。

第 2 页 共 30页

一、 设计任务书

设计一用于带式运输机上同轴式二级圆柱齿轮减速 1.总体布置简图

2.工作情况

工作平稳、单向运转 3.原始数据 运输机卷运输带卷筒直径带速允许使用年工作制度筒扭矩速度（mm） 偏差（%） 限（年） （班/日） （N?m） （m/s） 1400 1.6 490 5 10 单班制 4.设计内容 (1) 电动机的选择与参数计算 (2) 斜齿轮传动设计计算 (3) 轴的设计

(4) 滚动轴承的选择

(5) 键和联轴器的选择与校核 (6) 装配图、零件图的绘制 (7) 设计计算说明书的编写 5.设计任务

(1) 减速器总装配图1张（0号或1号图纸） (2) 齿轮、轴零件图各一张（2号或3号图纸） (3) 设计计算说明书一份

二.传动方案的拟定及说明

如任务书上布置简图所示，传动方案采用V带加同轴式二级圆柱齿轮减速箱，采用V带可起到过载保护作用，同轴式可使减速器横向尺寸较小。

60?1000V60?1000?1.6nw???62.39r/min

?D3.14?490第 3 页 共 30页

三.电动机的选择

1. 电动机类型选择

按工作要求和工作条件，选用一般用途的Ｙ（IP44）系列三相异步电动机。它为卧式封闭结构。 2. 电动机容量 （1）卷筒轴的输出功率Pw

2?14002T?1.6VFV0.49D P???9.143KW W?100010001000 (2)电动机的输出功率Pd

Pd?PW?

32传动装置的总效率? ?????????123?45式中，?1,?2?为从电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。由《机械设计课程设计》（以下未作说明皆为此书中查得）表2-4查得：V带传动n1?0.96；滚动轴承?2?0.99；圆柱齿轮传动(八级精度）

?3?0.97；弹性联轴器?4?0.9925；卷筒轴滑动轴承?5?0.96，则 ??0.96?0.993?0.972?0.9925?0.96?0.835

故Pd?PW?=

9.143?11.016KW 0.835(3)电动机额定功率Ped

由《机械设计课程设计》查得，电机的 额定功率Ped?15KW。 3.电机的转速

由《机械设计课程设计》查得，V带传动比iv?2~4,两级同轴式圆柱齿轮减速器传动比范围ic?8~60,则电动机转速可选范围为

n0?nw?i1i2?62.39?(2?8~4?20)?999~4992(r/min)

可见同步转速为1500r/min和3000r/min的电动机均符合。这里对同步转速分别为1500r/min和3000r/min的两种电动机进行比较

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方电动机型案 号 额定电动机转速（r/min） 电动机功率质量同步 满载 （kW） （kg） 15 1500 3000 1460 2930 144 125 传动装置的传动比 总传动比 22.92 46.00 V带传动 2.5 3 两级减速器 9.17 15.33 1 2 Y160L-4 Y160M2-2 15 由表中数据可知两个方案均可行，但方案2的电动机质量较小，且比价低。因此，可采用方案2，选定电动机型号为Y160M2-2。 1. 电动机的技术数据和外形、安装尺寸

由表20-1、表20-2查出Y160M2-2型电动机的主要技术数据和外形、安装尺寸，并列表记录备份。 堵转转最大转额定功同步转速 满载转速 型号 矩额定矩额定率(kw) (r/min) (r/min) 转矩 转矩 Y160M2-2 15 3000 2930 2.0 2.2

四、计算传动装置总传动比和分配各级传动比

1. 传动装置总传动比 ia?nm2930??46.96 nw62.392. 分配传动装置各级传动比

由表上面可知取V带传动比i1?3，则减速器的传动比i为 i?ia46.96??15.65 i13取两级圆柱齿轮减速器的传动比为 i2?i3?i?15.65?3.956

所得i2?i3符合一般圆柱齿轮传动和两级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。

五、计算传动装置的运动和动力参数

1. 各轴转速

电动机轴为0轴，减速器高速轴为Ⅰ轴，中速轴为Ⅱ轴，低速轴为Ⅲ轴，卷筒轴IV,各轴转速为 0轴

n0?nm?2930r/min P0?Ped?15KW

第 5 页 共 30页

P15T0?95500?9550??48.89N.M

n02930I轴 n1?n02930??976.67r/min i13 P1?P0?1?15?0.96?14.4KW

P14.4 T1?95501?9550??140.80N.M

n1976.67Ⅱ轴 n2?n1976.67??246.88r/min i23.956 P2?P1?2?3?14.4?0.99?0.97?13.83KW

P13.83 T2?95502?9550??534.98N.M

n2246.88Ⅲ轴 n3?n2246.88??62.41r/min i33.956 P3?P2n2n3?13.83?0.99?0.97?13.28KW

P13.28 T3?95503?9550??2032.11N.M

n362.41IV轴 n4?n362.41??62.41r/min i41 P4?P3?2?4?13.28?0.99?0.9925?13.049KW

P13.049?1996.76N.M T4?95504?9550?n462.41

2. 各轴输入功率

按电动机额定功率Ped计算各轴输入功率，即 电动机高速轴Ⅰ 中速轴Ⅱ 第 6 页 共 30页

低速轴Ⅲ

卷轴IV 轴 转速（r/min） 功率（kW） 转矩（N?m） 2930 15 48.89 976.67 14.4 140.80 246.88 13.83 534.98 62.41 13.28 2032.11 62.41 13.049 1996.76 六、传动件的设计计算

1. V带传动设计计算

（1） 确定计算功率,选择V带的带型

由于是带式输送机，每天工作单班，查《机械设计》（V带设计部分未作说明皆查此书）表8-7得， 工作情况系数KA?1.1

Pc?KAPA?1.1?15?16.5

由《机械设计》查得，选用A型普通V带 （2） 确定带轮的基准直径dd并验算带速v

①初选小带轮的基准直径dd1。由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径

dd1?140mm，计算大带轮的直径dd2?idd1?3?140?420mm，由表9-7基准直径

系列选dd2?400mm

②验算带速v。按式(8-13)验算带的速度

v??nd1n160?1000?2930?140??21.467m/s

60?1000,故带速合适。 因为5m/s?v?30m/s（3） 确定V带的中心距a和基准长度Ld

mm，初定中心距①根据式0.7(dd1?dd2)?a0?2(dd1?dd2)得378?a0?1080amm。 0?500②计算带所需的基准长度

由

公

式

Ld0(dd2?dd1)2?(400?140)2?2a0?(dd1?dd2)??2?500?(140?400)??1881.6mm24a024?500?第 7 页 共 30页

③基准带长Ld

由表9-2选带的基准长度Ld?2000mm

a?a0?④实际中心距a0。由式可知，

留出适当的中心距调整量。 （4)计算小轮包角?1。

Ld?Ld02000?1881.6?500??559.2mm，22dd2?dd11800?1?180???153.350>1200,合适。

a?0(5)确定带的根数z 根据公式有z?PcKAP ??P0??P0??P0?KaKL由n1和dd1值查表9-3得P0?3.85kw。 由表9-5查得?P0?0.89KW

查表9-4得Ka?0.93；查表9-2得KL?0.98 算得z?16.5?3.82

?3.85?0.89??0.93?0.98选用B型普通V带4根。 （6）确定带的预拉力F0 由公式F0?500PCzv?2.5?2???1?qv ?K??a?查表9-1，B型普通V带每米质量q=0.17kg/m

2.5?所以F0?500?16.5??1??0.17?21.4672?240.54N ?4?21.467?0.93?(7)计算作用在轴上的力FQ。

153.350?2?4?240.54?sin?1873.09N 由式FQ?2zF0sin22?12、斜齿轮传动设计计算

（1）选择齿轮材料。

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传动无特殊要求，采用软齿面齿轮。由表6-5，小齿轮选用40MnB钢调制，241-286HBS，大齿轮选用45钢正火，167-217HBS

（2）按齿面接触强度计算。

?590??u?1?KT13 一对钢齿轮的设计公式按式d1???mm? ??????u?d?H?P13.83?计算小齿轮齿数传递的转矩，T1?95501?9550??135.23N.M

n1976.67?选择小齿轮齿数z1?29，大齿轮数z2?i2z1?3.956?29?115 ?八级精度制造

④由表6-6查得，载荷综合系数K=1.6

⑤齿宽系数?d?0.9 ⑥确定需用应力??H?

2由图6-28查得?Hlim1?720MPa，?Hlim2?460MPa，由表6-8查得SHlim?1，故由式??H???HlimSHlim得，??H1??720MPa??H2??460MPa,所以??H??460MPa

⑦计算小齿轮分度圆直径

?590??3.956?1?1.6?135.23?1000?79.13mm d1?3??3.9560.9?460?2⑧计算中心距a?d195??1?u??d1(1?z2)?79.13?1????196.08mm 22z12?24?取a=224mm

⑨初选螺旋角??15

02acos?2?224?cos150 计算齿轮模数mn=??3.00，圆整取mn=3

z1?z229?1115计算螺旋角??arccos?z1?z2?Mn2?224?15.360

计算齿轮主要尺寸及圆周速度 分度圆直径d1?mnz13?29??90.22mm 0cos?cos15.36第 9 页 共 30页

d2?中心距a?mnz23?115??357.78mm 0cos?cos15.361?d1?d2??224mm 2齿轮宽度b??d?d1?0.9?90.22?81.198mm，取b2?80mm,b1?85mm

3.14?90.22?976.67?4.61m/s，八级精度可以。

60?100060?1000 （3)校核齿根弯曲强度 ①符合齿形系数

圆周速度v??d1n1?小齿轮zv1?z129??32.34

cos3?cos315.360z2115??128.26 330cos?cos15.36 zv2?由图6-30查得复合齿形系数YFS1?4.13YFS2?3.95

②确定许用弯曲应力，由图6-31查得?Flim1?530MPa；?Flim2?360MPa，

由表6-8查得SFmin?1，故得??F1??530Mpa；??F2??360Mpa

③式中已知K=1.6，T1?529.56N.M，mn=3，b=80mm，d1?90.22mm ④校核计算

?F2?1.6?1.6?529.56?1000?3.95?244.25MPa

80?90.22?3 ?F1??F2?YFS1YFS2?244.25?4.13?255.38MPa

（4）结构设计

三、 轴的设计计算

1.高速轴的设计。 由上可知： 转速 高速轴功 转矩T 齿数z 分度圆直径 b 模数mn （r/min） 率（kw） （N?m） （mm） （mm） 976.67 14.4 140.8 29 3 90.22 80 第 10 页 共 30页

（1）选择轴的材料。

减速器的功率不大，又无特殊要求，故选最常用的45号钢并作正火处理。由表12-1查得?B?600MPa。 （2）按转矩估算轴的最小直径。 由表12-2取C=118，于是得，d?C?3p14.4?118?3?28.93mm，计算所n976.67得是最小直径，该轴段因有键槽，因加大并圆整，取d=32mm

（3）轴的结构设计。

根据估算所得直径、轮毂宽及安装条件，轴的结构及尺寸可进行草图设计，如图a所示，

Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ

为了满足V带轮的轴向定位，Ⅰ-Ⅱ轴段右端需制出一轴肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直径d

用作定位。V带轮与轴配合的长度L1=80mm。齿轮两侧对称安装一队7210Ⅱ-Ⅲ=40mm，

（GB/T202-1994）角接触轴承，其宽度为20mm。左轴承由轴筒定位，右轴承采用轴肩定位，根据轴承对称安装尺寸的要求，轴肩高度取为3.5mm。轴与齿轮、轴与皮带轮均用平键联接，根据减速器的内壁到齿轮和轴承端面的距离以及轴承盖、皮带轮的装拆等需要，参考手册。 （4）计算齿轮受力

已知高速级齿轮的分度圆直径d1=90.22mm，根据《机械手册》则， Ft?

2T2?140.8??1000?3121.26N d90.22Fttan?n3121.26?tan200 Fr???1178.16N 0cos?cos15.36

Fa?Fttan??3121.26?tan20?1136.04N （5）计算轴承反力

0第 11 页 共 30页

水平面R?H?Fa?d90.22?64Fr1136.04??64?1178.1622??989.45N 128128 R?H?Fr?F?H?1178.16?989.42?188.74N 垂直面R?V?R?V?（6）绘制弯矩图。

水平面弯矩图（-d)

截面b：M/bH?64R?H?64?989.54?63330.56N M//bHFt3121.26??1560.63N 22?M/bH?Fa?d1136.04?90.22?63330.56??12083.8N 22 垂直面弯矩图（-f）

MbV?64R?V?64?1560.63?99880.32N 合成弯矩图（-g） Mb? M//b/2M/2bH?MbV?63330.562?99880.322?118265.96N

2?M//2bH?MbV?12083.82?99880.322?100605.6N

（7）绘制扭矩图（-h）

由前知T=140800N.mm，又根据

?B?60M0Pa,由表12-3查得

95 ?T?0.58?140800?81664N.mm

（8）绘制当量弯矩图（-i） 对于截面b： M M/be和??0?b?95MPa,故??55?0.58。 ???1?b?55MPa?M/2b???T??118265.962?816642?143721.42N.mm

2//be?M//b?100605.6N.mm

对于截面?和?

Mae?M?e??T?81664N.mm

（9）分别计算轴截面a和b处的直径。 da?3

Mae81664?3?24.58mm

0.1???1?b0.1?55M/be143721.42?3?29.67mm db?30.1???1?b0.1?55第 12 页 共 30页

两截面虽有键槽消弱，但结构设计所确定的直径已分别达到32mm和44mm，所以，强度足

够。 （10）精确计算校核轴的疲劳强度

下面以b截面处为例，精确校核该截面的疲劳强度。查表12-1得，??1?275MPa，

??1?140MPa。分别计算弯曲应力和扭转应力

M/b32M/b32?118265.96 ?a? ???14.15MPaW?d33.14?443

?m?0

1T8T8?140800 ???3??4.21MPa322WT?d3.14?441??4.21MPa 2 ?a? ?m?轴的弯曲等效系数，???0.2。轴的剪切等效系数，???0.1。查表12-4可得键槽处的弯曲、扭转有效应力集中系数为，k??1.76,k??1.54

查表12-4得到，弯曲、扭剪时轴的绝对尺寸系数为，???0.81查表12-8得到，,???0.76。轴的表面质量系数??0.95。按无限寿命考虑，取寿命系数KN?1;正火处理45号钢、轴材质均匀、载荷与应力计算比较精确，取?S?=1.5，由公式：

S??KN??1k????? S???a????mKN??11?275?0.81?0.95 ?8.4971.76?14.15k??1401.54?4.21?0.1?4.210.76?0.95?14.89

??? S?2?a????m?S?S?S??S?28.497?14.898.497?14.8922?7.38??S?

因此，轴的b截面有足够个疲劳强度、安全。

第 13 页 共 30页

2.中速轴的设计 第 14 页 共 30页

由上可知：

转速 高速轴功 转矩T 齿数z 分度圆直径 b 模数mn （r/min） 率（kw） （N?m） （mm） （mm） 246.83 13.83 534.98 115 3 357.78 83 （1）选择轴的材料。 减速器的功率不大，又无特殊要求，故选最常用的45号钢并作正火处理。由表12-1查得?B?600MPa。 （2）按转矩估算轴的最小直径。 由表12-2取C=118，于是得，d?C?3p13.83?118?3?45.02mm，计算所得n249.1是最小直径，该轴段因有键槽，因加大并圆整，取d=50mm

（3）轴的结构设计。

根据估算所得直径、轮毂宽及安装条件，轴的结构及尺寸可进行草图设计，如图a所示，

为了满足V带轮的轴向定位，Ⅰ-Ⅱ轴段右端需制出一轴肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直径d

用作定位。V带轮与轴配合的长度L1=80mm。齿轮两侧对称安装一队7210Ⅱ-Ⅲ=50mm，

（GB/T202-1994）角接触轴承，其宽度为20mm。左右轴承均由轴筒定位。轴与齿轮、轴与皮带轮均用平键联接，根据减速器的内壁到齿轮和轴承端面的距离以及轴承盖、皮带轮的装拆等需要，参考手册。 （4）计算齿轮受力

已知高速级齿轮的分度圆直径d2=357.78mm，根据《机械手册》则， Ft1?

2T2?534.98??1000?2990.5N d357.78Ft1tan?n2165.40?tan200 Fr1???820.19N

cos?cos16.070 Fa1?Ft1tan??2165.40?tan20?788.14N

又已知低速级齿轮的分度圆直径d1=124.88mm Ft2?02T2?529.56??1000?8481.10N d124.88第 15 页 共 30页

Ft2tan?n8481.10?tan200 Fr2???3212.39N

cos?cos16.070 Fa2?Ft2tan??8481.10?tan200?3086.87N 则合成Ft?Ft1?Ft2?2165.40?8481.10??6315.70N Fr?Fr1?Fr2?820.19?3212.39?4032.58N Fa?Fa1?Fa2?788.14?3086.87?3875.01N

（5）计算轴承反力 水平面R?H?Fa?d489.11?64Fr3875.01??64?4032.5822??9419.83N 128128 R?H?Fr?F?H?4032.58?9419.83??5387.25N 垂直面R?V?R?V? （6）绘制弯矩图。

水平面弯矩图（-d)

截面b：M/bH?64R?H?64?9419.83?602869.12N

Ft?6315.70???3157.85N 22M//bH?M/bH?Fa?d3875.01?489.11?602869.12???344783.95N 22 垂直面弯矩图（-f）

MbV?64R?V?64?(?3175.85)?203254.4N 合成弯矩图（-g） M

/b2?M/2bH?MbV?602869.122?203254.42?636210.29N

M//b2?M//2bH?MbV?(?344783.95)2?203254.42?400235.33N

（7)绘制扭矩图（-h）

由前知T=529560N.mm，又根据

?B?60M0Pa,由表12-3查得

95 ?T?0.58?529560?307144.8N.mm (8）绘制当量弯矩图（-i）

???1?b?55MPa和??0?b?95MPa,故??55?0.58。

第 16 页 共 30页

对于截面b： M M/be?M/2b???T??636210.292?307144.82?706471.13N.mm

2//be?M//b?400235.33N.mm

对于截面?和?

Mae?M?e??T?307144.8N.mm

（9）分别计算轴截面a和b处的直径。

da?3

Mae307144.8?3?38.22mm

0.1???1?b0.1?55 db?3M/be706471.13?3?50.46mm

0.1???1?b0.1?55两截面虽有键槽消弱，但结构设计所确定的直径已分别达到50mm和54mm，所以，强度足

够。 （10）精确计算校核轴的疲劳强度

下面以b截面处为例，精确校核该截面的疲劳强度。查表12-1得，??1?275MPa，

??1?140MPa。分别计算弯曲应力和扭转应力

M/b32M/b32?636210.29???41.18MPa ?a? W?d33.14?543

?m?0

1T8T8?529560 ???3??8.57MPa22WT?d3.14?5431??8.57MPa 2 ?a? ?m?轴的弯曲等效系数，???0.2。轴的剪切等效系数，???0.1。查表12-4可得键槽处的弯曲、扭转有效应力集中系数为，k??1.76,k??1.54

查表12-4得到，弯曲、扭剪时轴的绝对尺寸系数为，???0.81查表12-8得到，,???0.76。轴的表面质量系数??0.95。按无限寿命考虑，取寿命系数KN?1;正火处理45号钢、轴材质均匀、载荷与应力计算比较精确，取?S?=1.5，由公式：

第 17 页 共 30页

S??KN??1k????? S???a????mKN??1k?1?275?0.81?0.95?2.92

1.76?41.18?1401.54?8.57?0.1?8.570.76?0.95?2.71??S?

?7.32

??? S??a????m?S?S?S??S?222.92?7.322.92?7.3222

3.低速轴的设计 由上可知：

第 18 页 共 30页

转速 高速轴功 转矩T 齿数z 分度圆直径 b 模数mn （r/min） 率（kw） （N?m） （mm） （mm） 62.41 13.28 2032.11 115 3 357.78 83 (1)选择轴的材料。 减速器的功率不大，又无特殊要求，故选最常用的45号钢并作正火处理。由表12-1查得?B?600MPa。 (2)按转矩估算轴的最小直径。 由表12-2取C=112，于是得，d?C?3p13.28?112?3?66.86mm，计算所得n62.41是最小直径，该轴段因有键槽，因加大并圆整，取d=70mm

(3)轴的结构设计。

根据估算所得直径、轮毂宽及安装条件，轴的结构及尺寸可进行草图设计，如图a所示，

为了满足滚筒的轴向定位，Ⅰ-Ⅱ轴段右端需制出一轴肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直径dⅡ-Ⅲ=78mm，用作定位。滚筒与轴配合的长度L1=80mm。齿轮两侧对称安装一队7210（GB/T202-1994）角接触轴承，其宽度为20mm。左轴承由轴筒定位，右轴承采用轴肩定位，根据轴承对称安装尺寸的要求，轴肩高度取为3.5mm。轴与齿轮、轴与皮带轮均用平键联接，根据减速器的内壁到齿轮和轴承端面的距离以及轴承盖、皮带轮的装拆等需要，参考手册。 (4)计算齿轮受力

已知高速级齿轮的分度圆直径d1=357.78mm，根据《机械手册》则， Ft?

2T2?2032.11??1000?11359.55N d357.78Fttan?n11359.55?tan200 Fr???4287.69N 0cos?cos15.36 Fa?Fttan??4287.69?tan20?1560.59N

0 (5)计算轴承反力

第 19 页 共 30页

水平面R?H?Fa?d357.78?64Fr1560.59??64?4287.6922??4532.86N 122122 R?H?Fr?R?H?4287.69?4532.86??245.17N 垂直面R?V?R?V?Ft11359.55??5679.78N 22 (6)绘制弯矩图。

水平面弯矩图（-d)

截面b：M/bH?64R?H?64?4532.86?290103.04N M//bH?M/bH?Fa?d1560.59?357.78?290103.04??10929.09N 22 垂直面弯矩图（-f）

MbV?64R?V?64?5679.78?363505.92N 合成弯矩图（-g）

2Mb?M/2bH?MbV?290103.042?363505.922?465076.69N / M//b2?M//2bH?MbV?10929.092?363505.922?363670.18N

(7)绘制扭矩图（-h）

由前知T=2032110N.mm，又根据

?B?60M0Pa,由表12-3查得

95 ?T?0.58?2032110?1178623.8N.mm （8）绘制当量弯矩图（-i）

对于截面b： M M/be2和??0?b?95MPa,故??55?0.58。 ???1?b?55MPa?M/2b???T??465076.692?1178623.82?1267063.69N.mm

//be?M//b?363670.18N.mm

对于截面?和?

Mae?M?e??T?1178623.8N.mm

（9）分别计算轴截面a和b处的直径。

da?3

Mae1178623.8?3?59.84mm

0.1???1?b0.1?55第 20 页 共 30页

M/be1267063.69?3?61.3mm db?30.1???1?b0.1?55两截面虽有键槽消弱，但结构设计所确定的直径已分别达到70mm和82mm，所以，强度足

够。 （10）精确计算校核轴的疲劳强度

下面以b截面处为例，精确校核该截面的疲劳强度。查表12-1得，??1?275MPa，

??1?140MPa。分别计算弯曲应力和扭转应力

M/b32M/b32?465076.69 ?a? ???8.6MPa33W?d3.14?82

?m?0

1T8T8?2032110 ???3??9.78MPa22WT?d3.14?8231??9.78MPa 2 ?a? ?m?轴的弯曲等效系数，???0.2。轴的剪切等效系数，???0.1。查表12-4可得键槽处的弯曲、扭转有效应力集中系数为，k??1.76,k??1.54

查表12-4得到，弯曲、扭剪时轴的绝对尺寸系数为，???0.81查表12-8得到，,???0.76。轴的表面质量系数??0.95。按无限寿命考虑，取寿命系数KN?1;正火处理45号钢、轴材质均匀、载荷与应力计算比较精确，取?S?=1.5，由公式：

S??KN??1k????? S???a????mKN??11?275?0.81?0.95?7.59

1.76?15.85k??1401.54?9.20?0.1?9.200.76?0.957.59?6.817.59?6.8122?6.81

??? S??a????mS?S?S??S?22??5.07??S?

因此，轴的b截面有足够个疲劳强度、安全。

第 21 页 共 30页

a 2 b 1 a Fa B Fr R2h R2v Ft R1h R1v Fa C Fr R2h Mbh’ R1h Mbh’’ d E Ft R2v Mbv R1v f Mb’ Mb’’ g T h Mbe’’ Mbe’ M1e Mae I

八、滚动轴承的选择及计算

轴承预期寿命 Lh?10?365?8?2?5.84?104h

'第 22 页 共 30页

1. 高速轴的轴承

选用30208型圆锥滚子轴承，查《课程设计》表15-7，得 ??14?02'10''，Cr?71.2kN

e?1.5tan??1.5?tan14?02'10''?0.3746

（1） 求两轴承所受到的径向载荷Fr1和Fr2

由高速轴的校核过程中可知：

RIH?989.45N，R?H?188.74N

R?V?R?V?1560.63N

Rr1?R?H?R?V?989.452?188.742?1007.05N Fr2?FNH2?FNV2?12622?15162?1973N

（2） 求两轴承的计算轴向力Fa1和Fa2

由《机械设计》表13-7得 Fd?2222Fr 2YFd1?Fd22512?659N?2?0.4ctg1151?35??

1973??518N?2?0.4ctg1151?35??因为Fae?875N 所以

Fae?Fd2?1393N?Fd1

Fa1?Fae?Fd2?1393NFa2?Fd2?518N（3） 求轴承当量动载荷P1和P2

Fa11393??0.5545?eFr12512 Fa2518??0.2625?eFr21973

由《机械设计》表13-6，取载荷系数 fp?1.1

第 23 页 共 30页

????P)1?fp?0.4Fr1?YFa1??1.1?(0.4?2512?0.4ctg115135?1393

?4024NP2?fpFr2?1.1?1973?2170N

（4） 验算轴承寿命

因为P1?P2，所以按轴承1的受力大小验算

Lh?10?C?10?71.2??????60n?P?60?576?4.024?6?6103?4.18?105h?Lh'

故所选轴承满足寿命要求。

2. 中速轴的轴承

?选用30309型圆锥滚子轴承，查《课程设计》表15-7，得 ??1257?10??，Cr?102kN

e?1.5tan??1.5?tan12?57?10???0.345

（1） 求两轴承所受到的径向载荷Fr1和Fr2

由中速轴的校核过程中可知：

FNH1?68N，FNH2?6186N FNV1?1382N，FNV2?2682N

Fr1?FNH1?FNV1?682?1382.2?1384N Fr2?FNH2?FNV2?61862?26822?6742N（2） 求两轴承的计算轴向力Fa1和Fa2

由《机械设计》表13-7得 Fd?2222

Fr2Y 1384Fd1??398N????2?0.4ctg1257106742Fd2??1938N?2?0.4ctg1257?10?? 因为Fae?Fa2?Fa1?3113?837?2276N 所以

Fae?Fd2?4214N?Fd1

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Fa1?Fae?Fd2?4214NFa2?Fd2?1938N（3） 求轴承当量动载荷P1和P2

Fa14214??3.045?eFr11384 Fa21938??0.2875?eFr26742

由《机械设计》表13-6，取载荷系数 fp?1.1

????P)1?fp?0.4Fr1?YFa1??1.1?(0.4?1384?0.4ctg125710?4214?8671N

P2?fpFr2?1.1?6742?7416N（4） 验算轴承寿命

因为P1?P2，所以按轴承1的受力大小验算

Lh?10?C?10?102??????60n?P?60?153.6?8.671?6?6103?4.02?105h?Lh'

故所选轴承满足寿命要求。

3. 低速轴的轴承

?选用30314型圆锥滚子轴承，查《课程设计》表15-7，得 ??1257?10??，Cr?208kN

e?1.5tan??1.5?tan12?57?10???0.345

（1） 求两轴承所受到的径向载荷Fr1和Fr2

由低速轴的校核过程中可知：

FNH1?3943N，FNH2?3522N FNV1??2039N，FNV2?4831N

Fr1?FNH1?FNV1?39432?(?2039).2?4439N

2Fr2?FNH2?FNV2?35232?4831?5979N2222

（2） 求两轴承的计算轴向力Fa1和Fa2

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由《机械设计》表13-7得 Fd?Fr2Y 4439Fd1??1276N????2?0.4ctg1257105979Fd2??1719N????2?0.4ctg125710 因为Fae?2717N 所以

Fae?Fd1?3993N?Fd2

Fa1?Fd1?1276NFa2?Fae?Fd1?3993N（3） 求轴承当量动载荷P1和P2

Fa11276??0.2875?eFr14439 Fa23993??0.6678?eFr25979

由《机械设计》表13-6，取载荷系数 fp?1.1

PN 1?fpFr1?1.1?4439?4883P2?fp?0.4Fr2?YFa2??1.1?(0.4?5979?0.4ctg12?57?10???3993)?10270N（4） 验算轴承寿命

因为P1?P2，所以按轴承2的受力大小验算

Lh?10?C?10?208???????60n?P60?40.961.027???2?6?6103?9.21?106h?Lh'

故所选轴承满足寿命要求。

九、键联接的选择及校核计算

2T?103????pa 由《机械设计》式(6-1）得 ?p?kld键、轴和轮毂的材料都是钢，由《机械设计》表6-2，取???p?110MPa

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（1） V带轮处的键

取普通平键10×63GB1096-79

键的工作长度l?L?b?63?10?53mm

键与轮毂键槽的接触高度k?0.5h?0.5?8?4mm

2T?1032?140.8?103?p???44.28MPa????p?110MPa

kld4?53?30（2） 高速轴上小齿轮处的键

取普通平键10×32GB1096-79

键的工作长度l?L?b?32?10?22mm

键与轮毂键槽的接触高度k?0.5h?0.5?8?4mm

2T?1032?140.8?103?p???80MPa????p?110MPa

kld4?22?40（3） 中速轴上大齿轮处的键

取普通平键16×80GB1096-79

键的工作长度l?L?b?80?16?64mm

键与轮毂键槽的接触高度k?0.5h?0.5?9?4.5mm

2T?1032?529.56?103?p???70.72MPa????p?110MPa

kld4.5?64?52（4） 中速轴上小齿轮处的键

取普通平键16×80GB1096-79

键的工作长度l?L?b?80?16?64mm

键与轮毂键槽的接触高度k?0.5h?0.5?9?4.5mm

2T?1032?529.56?103?p???70.72MPa????p?110MPa

kld4.5?64?52（5） 低速轴上大齿轮处的键

取普通平键22×14GB1096-79

键的工作长度l?L?b?90?22?68mm

键与轮毂键槽的接触高度k?0.5h?0.5?14?7mm

2T?1032?1991.27?103?p???89.28MPa????p?110MPakld8?68?82

（6） 联轴器周向定位的键

取普通平键20×12GB1096-79

键的工作长度l?L?b?80?20?60mm

键与轮毂键槽的接触高度k?0.5h?0.5?12?6mm

2T?1032?1991.27?103?p???147.77MPa????p?110MPa

kld5.5?70?70联接挤压强度不够，而且相差甚远，因此考虑采用双键，相隔180°布置。

则该双键的工作长度为l?1.5?70?705mm

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2T?1032?1991.27?103?p???98.52MPa????p?110MPakld5.5?105?70

十、联轴器的选择

根据输出轴转矩TⅢ?1991.27N?m，查《课程设计》表17-4

选用HL5联轴器60×142GB5014-85，其公称扭矩为2000N?m符合要求。

十一、减速器附件的选择和箱体的设计

1. 窥视孔和视孔盖

查《课程设计》（减速器附件的选择部分未作说明皆查此书）表9-18，选用板

结构视孔盖A?100mm， d4?M8。

2. 通气器

查表9-7，选用经一次过滤装置的通气冒M36?2。 3. 油面指示器

查表9-14，选用油标尺d?M12。 4. 放油孔和螺塞

查表9-16，选用外六角油塞及封油垫d?M16?1.5。 5. 起吊装置

查表9-20，选用箱盖吊耳d?18，R?18，e?18，b?18

箱座吊耳B?45，H?36，h?18，r2?11，b?18

6. 定位销

查表14-3，选用圆锥销GB 117-86 A12?40 7. 起盖螺钉

查表13-7，选用GB5782-86 M8?35 8. 箱体的设计

名称 箱座壁厚 箱盖壁厚 箱体凸缘厚度 加强筋厚 地脚螺钉直径 地脚螺钉数目 轴承旁联接螺栓直径 箱盖、箱座联接螺栓直径 符号 δ δ1 b、b1、b2 m、m1 df n d1 d2 尺寸 9 9 b=14;b1=12;b2=23 m=9;m1=8 32 4 24 16 十二、润滑与密封

由于中速速轴上的大齿轮齿顶线速度大于2m/s，所以轴承采用油润滑。为防止润滑油外泄，用毡圈密封。

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十三、个人感想。

在开学的前三周，我们进行了课程设计，但是我个人觉得时间有点短，很仓凑，错的地方缺点很多，很多地方考虑的不全面，课程设计也是考验个人的查找手册的能力，说实在，刚开始比较生疏，不知道从那下手，后来经过老师的指导，慢慢一点点的开始做，然后慢慢也有感觉了，在这个过程中，我觉得挺辛苦的，时间截止的时候，都觉得个人做的不是很好，很不满意，但是这只是一个开始。 从课程设计中我也学到很多，对机械的整体设计有了进一步的了解，在查找手册和绘图方面都有了一定提高，为明年的毕业设计打下了基础。其实也很感谢老师对我的指导帮助，给了我很多意见。

十四、参考资料

1．《机械设计（第八版）》 高等教育出版社 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著 濮良贵 纪名刚 主编

2．《机械原理（第六版）》 高等教育出版社 西北工业大学机械原理及机械零件教研室 编著

孙 桓 陈作模 主编

3．《课程设计》

4.《机械制图》

同济大学出版社 许连元 李强德 徐祖茂 主编

高等教育出版社 华中理工大学 王 昆 重 庆 大 学 何小柏

同 济 大 学 汪信远 主编

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7sr7.html