襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)）論文 減速器 輸入 軸的設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 模具設(shè)計(jì)與制造 學(xué) 生： 何偉 指導(dǎo)教師： 范興平 教學(xué)單位： 襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 學(xué) 號(hào)： 052310345 畢 業(yè) 屆： 2008 屆 2008 年 6 月 8 日 襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （畢業(yè)）論文 1 1 鄭重聲明 本設(shè)計(jì)（論文）系本人在 范興平 老 師指導(dǎo)下獨(dú)立完成的設(shè)計(jì)（論文）， 本人擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，沒有抄襲、剽竊他人成果，由此造成的知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛由本人負(fù)責(zé)。 學(xué)生： 何偉 2008年 6 月 8 日 襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （畢業(yè)）論文 2 2 襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械電子信息工程學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文 ）課 題 任 務(wù) 書 機(jī)械電子信息工程學(xué)院 模具 專業(yè) 0503 班 學(xué)生： 何偉 一、 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )課題 減速器 輸入 軸的設(shè)計(jì) 二、 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )工作自 2008年 05月 01日起至 2008年 06月 01日止 三、 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )進(jìn)行地點(diǎn) ： 襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四、 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )的課題 要求： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX（ 課題要求由指導(dǎo)教師完成 ） 五、 教師 指定的主要參考文獻(xiàn) 1. XXX著 . XXXXX. XXXX出版社 ,XX:XXX XXXX 序號(hào) 作者 署名 出版社 年份 起止頁(yè) 2. 3. 4. 指導(dǎo)教師： 范興平： 襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （畢業(yè)）論文 3 3 目 錄 目 錄 . 4 摘要 . 4 關(guān)鍵詞 . 4 1 軸的材料的選擇 . 4 2.軸的初步計(jì)算 . 4 2 1初步確定輸入軸的最小直徑： . 5 3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 5 3 1根據(jù)軸向定位的要求確定軸各段的直徑和長(zhǎng)度 . 6 3 2軸上零件的周向定位 . 6 3 3確定軸上圓角和倒角尺寸 . 6 3 4求軸上的載荷 . 7 3 5扭矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 . 8 3 6精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 . 8 致謝 . 11 參考文獻(xiàn) . 12 襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （畢業(yè)）論文 4 4 減速器 輸入 軸的設(shè)計(jì) 學(xué)生：何偉 指導(dǎo)教師 ：范興平 機(jī)械電子信息工程學(xué)院 摘要 ： 國(guó)內(nèi)減速器現(xiàn)狀 ?國(guó)內(nèi)的減速器多以齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過低的問題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點(diǎn)，特別是大型的減速器問題更突出，使用壽命不長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)使用的大型減速器（ 500kw 以上），多從國(guó)外（如丹麥、德國(guó)等）進(jìn)口，花去不少的外匯。 60年代開始生產(chǎn)的少齒差傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)等減速器具有傳動(dòng)比大，體積小、機(jī)械效率高等優(yōu)點(diǎn) ?。但受其傳動(dòng)的理論的限制，不能傳遞過大的功率，功率一般都要小于 40kw。由于在傳動(dòng)的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破 因此， 沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、機(jī)械效率高等這些基本要求。 90 年代初期，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的三環(huán)（齒輪）減速器，是一種外平動(dòng)齒輪傳動(dòng)的減速器，它可實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，傳遞載荷的能力也大。它的體積和重量都比定軸齒輪減速器輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率亦高。由于該減速器的三軸平行結(jié)構(gòu)，故使功率 /體積（或重量）比值仍小。且其輸入軸與輸出軸不在同一軸線上，這在使用上有許多不便。北京理工大學(xué)研制成功的 內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器 不僅具有三環(huán)減速器的優(yōu)點(diǎn)外，還有著大的功率 /重量（或體積）比值，以及輸入軸和輸出軸在同一軸線上 的優(yōu)點(diǎn)，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位 當(dāng)今發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一個(gè) 重要保障就是機(jī)械制造工業(yè)的飛速發(fā)展。隨著時(shí)間的發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)水平以及國(guó)防力量 的重要標(biāo)志之一。所以進(jìn)行零件機(jī)械加工工藝規(guī)程及夾具的設(shè)計(jì)有著重要的意義。 關(guān)鍵詞 ： 輸入軸 軸的結(jié)構(gòu)圖 1 輸入軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1.軸的材料的選擇 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞度 ，故采用碳鋼制造尤為廣泛。 材料選擇： 45#鋼，采用熱處理（調(diào)質(zhì)）和表面未強(qiáng)化處理，由機(jī)械手冊(cè)查得， 45 號(hào)鋼采用調(diào)質(zhì)處理硬度為 217255HB。 2.軸的初步計(jì)算 1 初步確定輸入軸的受力計(jì)算： 已知：輸入軸上的輸入功率 襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （畢業(yè)）論文 5 5 P=14.85KW； 轉(zhuǎn)速1 2 9 3 0 / m innr； 轉(zhuǎn)矩1 47750T N m m； 前面已經(jīng)算出軸上齒輪分度圓直徑 : 80d mm1， 264d mm1； 求作用在蝸桿 上 的力 12 2 4 7 7 5 0 119480tTF T Nd 1a2 1； 122 2 9 4 4 2 9 0 4540264atTF F Nd 22； 1 4 5 4 0 2 0 1 6 5 2rF F t g N r2圓周力tF，徑向力rF，軸向力aF的方向 如圖 4 2所示。 2 初步確定輸入軸的最小直徑： 131PdAn o； 式中： A 查表 15-3，初步選定為 120，代入上式可得： 3m i n 1 4 . 8 51 2 0 2 0 . 4 52930d m m ； 軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 d1-2直徑與聯(lián)軸器的孔徑，以及電動(dòng)機(jī)的輸出軸相適應(yīng)，故需先確定聯(lián)軸器的型號(hào)。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩：ca AT K T； 由于提升機(jī)的工作效率不大，工作轉(zhuǎn)矩變化小，原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)。查表 14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故選 3.1AK ； 則：ca AT K T=1 . 3 4 7 7 5 0 6 2 0 7 5 N m m 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩caT應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用 HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為 160000Nm 。半聯(lián)軸器的孔徑1d=24mm，故取12d=24mm；半聯(lián)軸器長(zhǎng)度32mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度1 27L mm。 3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （畢業(yè)）論文 6 6 圖 4 1 輸 入軸的結(jié)構(gòu) （ 1） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸各段的直徑和長(zhǎng)度 1、為使 1 2軸段滿足半聯(lián)軸器的配合要求，需制出一軸肩，取 1 2段直徑23 30d mm 。左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑 D=34mm。又因?yàn)樗x聯(lián)軸器與軸配合的軸孔長(zhǎng)度L=27mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在端面上，故 1 2軸段的長(zhǎng)度 l1 略短一些，取 l1 =25mm。 2、初步選擇滾動(dòng)軸承 因所選用的齒輪為斜齒輪，則軸承同時(shí)承受有徑向和軸向力的作用，鼓選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù) d23=30mm，查手冊(cè)，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 31307，其尺寸為 3 5 8 0 2 2 . 7 5d D T m m m m m m ,故3 4 1 1 1 2 35d d m m。 3、兩端都采用套筒定位，所以1 1 1 2 3 4 2 2 . 7 5 1 6 3 8 . 7 5l l T l m m 套 筒，在 4處設(shè)計(jì)成軸環(huán)， h0.07d,所以取 h=3.5mm,因?yàn)?b 1.4h,所以取 b=10mm，即67 10l mm 。 4、軸承端蓋的總寬度 20mm，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離 l=30mm，故取23 50l mm 。 5、取蝸輪距箱體內(nèi)壁之距離 a=16mm，因?yàn)樯厦嬉呀?jīng)算了蝸輪的分度圓的直徑1 6 0 .8fd mm，即67 6 0 .8d mm ， 所 以 6 的 左 面 的 軸 肩 h 取值為 5mm ，891 . 4 , 1 0b d l m m 6-7取 b=10mm, 即 l， 而直徑5 6 9 1 0 6 7 5 2 6 0 . 8 1 0 5 0 . 8d d d m m 。 襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （畢業(yè)）論文 7 7 又已知1 7 89 6 , 9 6ad m m d m m即， 因?yàn)? 0.5X ，12( 0 . 0 6 ) 8 ( 8 0 . 0 6 3 1 ) 8 8 8 . 9 6b m Z m m ， 取1 90b mm，而22 1 . 5 2 4 8 1 . 5 8 2 6 0ead d m m m ，取蝸輪與箱壁的距離為 16mm, 所以219 1 0 5 6 2 6 0 9 61 6 1 6 9 82 2 2 2eaddl l m m 至此，已經(jīng)初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 （ 2） 軸上零件的周向定位 根據(jù)軸 1 2處的直徑12 24d mm ，查手冊(cè)得 鍵的型號(hào)為 8 7 2 0b h L m m m m m m ，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過度配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 m6， 半聯(lián)軸器與軸的配合為 H7/k6。 （ 3） 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考表 15-2，取左軸端倒角為 1 45，右軸端倒角 1.3 45， 2、 3處倒圓 r=1.0mm， 6、 7、 8、9 處 r=2.0mm,其它處倒圓 r=1.3mm。 （ 4） 求軸上的載荷 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖 4 1，作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖 4 2，在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)根據(jù)手冊(cè)查取 a值。對(duì)于 32217型的滾動(dòng)軸承，由手冊(cè)查得 a=17mm。 又滾動(dòng)軸承如圖 5-1正裝 ，則作為簡(jiǎn)支梁的軸承跨距 L=23 1 8 1 . 7 5 1 8 1 . 7 5 3 6 3 . 5L L m m 。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖 4 2。 襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （畢業(yè)）論文 8 8 NV1 =F a NV1圖 4 2 軸 的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖 從軸的機(jī)構(gòu)圖以及扭矩圖中可以看出， C截面是軸的危險(xiǎn)截面。 1、 求軸承的支反力NHF和NVF12 5972 tN H N H FF F N 31232223801 6 5 2 1 8 1 . 7 5 4 5 4 0/22 11583 6 3 . 5801 6 5 2 1 8 1 . 7 5 4 5 4 0/22 4943 6 3 . 5raNVraNVF L F DFNLLF L F DLL 2、截面 C上的 HM 、VM、 M 12 5 9 7 1 8 1 . 7 5 1 0 8 5 0 4 . 7 5H N HM F L N m m 襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （畢業(yè)）論文 9 9 1 1 22 2 31 1 5 8 1 8 1 . 7 5 2 1 0 4 6 6 . 54 9 4 1 8 1 . 7 5 8 9 7 8 4 . 5V N VV N VM F L N m mM F L N m m 則：總彎矩 M 為： 2 2 2 211 1 0 8 5 0 4 . 7 5 2 1 0 4 6 6 . 5 2 3 6 7 8 9 . 8 4HVM M M N m m 2 2 2 222 1 0 8 5 0 4 . 7 5 8 9 7 8 4 . 5 1 4 0 8 3 5 . 1 4HVM M M N m m 47750T N m m； （ 5） 扭矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受 最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度，根據(jù)以上所算得的數(shù)據(jù)，并取a =0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力為： 22221132 3 6 7 8 9 . 8 4 0 . 6 4 7 7 5 0 2 . 6 80 . 1 9 6caM a T M P a M P aW 1 前已選定軸的材料為 45鋼，由表 15-1查得 1 =60MPa ，故軸工作安全。 （ 6） 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1 判斷危險(xiǎn)截面： 此蝸桿 3 12 是關(guān)于中心線對(duì)稱的。面 1、 2、 3、 4 只受扭矩的作用， 雖 然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕來確定的，所以以上截面無需在校核。 從應(yīng)力集中對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面 6、 7、 8、處應(yīng)力集中嚴(yán)重。從受載的情況來看，截面 C上的應(yīng)力最大。其中截面 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11，截面 8、 9、 10、 11 不受扭矩作用，故不必作強(qiáng)度校核。截面 C雖然應(yīng)力最大，但不集中，故也不用校核。 6和 7比較， 7處的直徑比 6處的直徑要大，因而該軸只需校核截面 6，因?yàn)橛覀?cè)半徑比左側(cè)半徑大，那么校核截面 6 左側(cè)就可。 2 對(duì) 危險(xiǎn)截面 6左側(cè) 校核： 抗彎截面系數(shù)： 3 3 30 . 1 0 . 1 5 0 . 8 1 3 1 1 0W d m m ； 抗扭截面系數(shù)： 3 3 30 . 2 0 . 2 5 0 . 8 2 6 2 2 0TW d m m ； 截面左側(cè)的彎矩 M為： 2 3 6 7 8 9 .8 4M 1 8 1 . 7 5 4 5 1 7 8 1 6 2 . 3 71 8 1 . 7 5 N m m N m m ; 截面上的彎曲應(yīng)力： 1 7 8 1 6 2 . 3 7 1 3 . 5 913110b M M P aW ； 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：1 47750 1 . 826220TTT M P aW ； 軸的材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表 15-1查得 MPaB 640 ， MPa2751 ， MPa1551 。 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)a及ta按附表 3-2查取。 襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （畢業(yè)）論文 10 10 因?yàn)?2 0 .0 3 95 0 .8rd ； 6 0 .8 1 .2 05 0 .8Dd ，經(jīng)插值后可查得： 2.00a ； 1.68ta 又由附圖 3-1可得軸的材料的敏感系數(shù)為： 0.82q ； 0.87q ； 有效集中系數(shù)： 1 1 1 0 . 8 2 2 1 1 . 8 2k q a ； 1 1 1 0 . 8 7 1 . 6 8 1 1 . 5 9k q a ； 由附圖 3-2得尺寸系數(shù) 0.63 ； 由附圖 3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)： 0.78 ； 軸按磨削加工，由附圖 3-4得表面質(zhì)量系數(shù) 92.0 ； 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化，即 ,1q則得綜合系數(shù)值為： 1 1 . 8 2 11 1 2 . 9 80 . 6 3 0 . 9 2kK ； 1 1 . 5 9 11 1 2 . 1 30 . 7 8 0 . 9 2kK ； 碳鋼的特性系數(shù)： 2.01.0 ，取 1.0 ； 1.005.0 ，取 05.0 ； 計(jì)算安