2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 1 頁 共 52 頁 一、 課題：減速器傳動裝置分析設(shè)計 二、 課程設(shè)計的目的 1、通過機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計，綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計課程和其它有關(guān)選修課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識去 分析和解決機(jī)械設(shè)計問題，并使所學(xué)知識得到進(jìn)一步地鞏固、深化和發(fā)展。 2、學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計的一般方法。通過設(shè)計培養(yǎng)正確的設(shè)計思想和分析問題、解決問題的能力。 3、進(jìn)行機(jī)械設(shè)計基本技能的訓(xùn)練，如計算、繪圖、查閱設(shè)計資料和手冊，熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。 三、 已知條件 1、展開式二級齒輪減速器產(chǎn)品（有關(guān)參數(shù)見名牌） 2、工作機(jī)轉(zhuǎn)矩： 36N.m，不計工作機(jī)效率損失。 3、動力來源：電壓為 380V 的 三相交流電源；電動機(jī)輸出功率 P=4kw。 4、工作情況：一班制，連續(xù)單向運(yùn)行，載荷有輕微沖擊。 5、使用期： 5年，每年按 350天計。 6、檢修間隔期：四年一次大修，二年一次中修，半年一次小修。 7、工作環(huán)境：室內(nèi)常溫，灰塵較大。 四、 工作要求 1、 畫減速器裝配圖一張（ A0 或 A1 圖紙）； 2、零件工作圖二張（傳動零件、軸、）； 3、 對傳動系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動分析并確定電動機(jī)型號、工作能力分析 ； 4、 對傳動系統(tǒng)進(jìn)行精度分析，合理確定并標(biāo)注配合與公差； 5、設(shè)計說明書一份。 五、 結(jié)題項(xiàng)目 1、 檢驗(yàn)減速能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 2、 每 人一套設(shè)計 零件草圖。 3、 減速器裝配圖： A0 或 A1 圖紙 ；每人 1張。 4、 零件工作圖： A3；每人共 2張、齒輪和軸各 1張。 5、 課題說明書：每人 1份。 六、 完成時間 共 3周（ 2007.7.15 2007.8.5） 七、 參考資料 【 1】、機(jī)械設(shè)計（第 八 版）邱宣懷 主編 高等教育出版社出版； 【 2】、機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 潘承怡 主編 哈爾濱理工大學(xué)出版； 【 3】、畫圖幾何及機(jī)械制圖（第五版）朱冬梅 主編 華中理工大學(xué)出版。 2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 2 頁 共 52 頁 計 算 及 說 明 結(jié) 果 一、 減速器結(jié)構(gòu)分析 分析傳動系統(tǒng)的工作情況 1、傳動系統(tǒng)的作用： 作用：介于機(jī)械中原動機(jī)與工作機(jī)之間，主要將原動機(jī)的運(yùn)動和動力傳給工作機(jī)，在此起減速作用，并協(xié)調(diào)二者的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。 2、傳動方案的特點(diǎn)： 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、效率高、容易制造、使用壽命長、維護(hù)方便。由于電動機(jī)、減速器與滾筒并列，導(dǎo)致橫向尺寸較大，機(jī)器不緊湊。但齒輪的位置不對稱，高速級齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端，可使軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形部分地抵消，以減緩沿齒寬載荷分布有均勻的現(xiàn)象。 3、電機(jī)和工 作機(jī)的安裝位置： 電機(jī)安裝在遠(yuǎn)離高速軸齒輪的一端； 工作機(jī)安裝在遠(yuǎn)離低速軸齒輪的一端。 圖一 :(傳動裝置總體設(shè)計圖 ) 初步確定傳動系統(tǒng)總體方案如 :傳動裝置總體設(shè)計圖所示 。 2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 3 頁 共 52 頁 計 算 及 說 明 結(jié) 果 二、 傳動裝置的總體設(shè)計 （一）、選擇電動機(jī) 1、選擇電動機(jī)系列 按工作要求及工作條件，選用三相異步電動機(jī)，封閉式 扇式結(jié)構(gòu)，即： 電壓為 380V Y系列的三相交流電源 電動機(jī)。 2、選電動機(jī)功率 （ 1）、傳動滾筒所需有效功率 2 4 0 0 1 . 2 2 . 8 81 0 0 0 1 0 0 0w FVP K W （ 2）、傳動裝置總效率 2312L1L2GBCY23 : 2 . 1 1 0 . 9 52 0 . 9 9 2 0 . 9 7 ( ) 0 . 9 9 ( ) 0 . 9 6 0 . 9 5 0 . 9 7 0 . 9 9 0 . 9 9 2 0 . 9 6L G B L C Y 按 機(jī) 械 設(shè) 計 課 程 設(shè) 計 表 確 定 各 部 分 效 率 如 下 ：聯(lián) 軸 器 1 傳 動 效 率 ： 聯(lián) 軸 器 傳 動 效 率 ： 閉 式 齒 輪 傳 動 效 率 ： 精 度 8 級滾 動 軸 承 效 率 ： 一 對傳 動 滾 筒 效 率 ： 得 0.864（ 3）、所需電動機(jī)功率 2 . 8 8 3 . 3 0 . 8 6 4Wr PP K W （ 4）、電動機(jī)的額定功率 Ped=4kw 3、確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速 ( 1 )1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 6 0 1 . 2 7 6 . 4 / m i n d 300( 2 )WVnr 、 傳 動 滾 筒 轉(zhuǎn) 速、 選 出 符 合 條 件 的 電 動 機(jī) ：i=(3 6)x(3-6)=(9-36) nd=Inw=(687.6-2750) 由此 可以選出 ， Y112M 4，結(jié)構(gòu)緊湊。由 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計中 表 20 選取電動機(jī)的 參數(shù)如下： min/18.4125.12816.00.10rnKWPKWPWrW=2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 4 頁 共 52 頁 電動機(jī)的額定功率 kw，電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n1=1500,滿載轉(zhuǎn)速 n2=1440. 主軸直徑 mm. 電動機(jī)長度為 mm 電動機(jī)的底部安裝寬度為 mm 4、傳動比分配 （ 1）、兩級齒輪傳動比公式 122(1 . 1 1 . 5 )(1 . 3 1 . 4 )ii （ 2）、減速器傳動比 00Y 1 1 2 4 1 4 4 0 / m i n7 6 . 4 / m i n , 1 5 0 0 / m i n14401 8 . 8 57 6 . 4WWM n rn r rnin 由 選 定 電 動 機(jī) ， 滿 載 荷 轉(zhuǎn) 速 ， 滾 筒 軸 轉(zhuǎn) 速同 步 轉(zhuǎn) 速 ?？?傳 動 比 （）分配傳動比 1i=4.95 2i=3.81 5、 計算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 00 r 0 000 0 1 0 1P P 3 . 2 K W 1 4 4 0 / m i n 9 5 5 0 2 1 . 0 7P. . 3 . 2 0 . 9 9 3 3 . 1 7 7 61 4 4 0 / m i n3 . 1 7 7 69 5 5 0 9 5 5 0 2 1 . 0 7 .1440ILIIIIPn r T N mnIP P K WnrPT N mn 0 軸 ： 電 動 機(jī) 轉(zhuǎn) 軸 ， ，軸 ： 高 速 軸2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 5 頁 共 52 頁 計 算 及 說 明 結(jié) 果 12122323 3 . 3 0 . 9 9 0 . 9 7 0 . 9 7 3 . 0 514402 9 0 . 9 1 / m i n4 . 9 53 . 0 59 5 5 0 9 5 5 0 1 0 0 . 1 3 .2 9 0 . 9 1 3 . 0 5 0 . 9 9 0 . 9 7 2 . 9 8 82 9 0 . 9 17 6 . 4 / m i n3 . 8 19550I I IIIIIIIIIII I I I IIIIIIIIIIIP P K WnnriPT N mnIIIP P K WnnriPT 軸 ： 中 間 軸軸 ： 低 速 軸2 . 9 9 89 5 5 0 3 7 4 . 7 5 .7 6 . 4IIIIIINmn 數(shù)據(jù)匯總 : 項(xiàng)目 電動機(jī)轉(zhuǎn)軸 高速軸 I 中間 軸 II 低速軸 III 轉(zhuǎn)速 r/min 1440 1440 290.91 76.4 功率 kw 3.2 3.1776 3.05 2.998 轉(zhuǎn)矩 N.m 2.3 21.07 100.13 374.75 傳動比 1 4.95 3.81 1 效率 0.993 0.9603 0.9831 0.993 2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 6 頁 共 52 頁 （三）、高速級 齒輪的設(shè)計與校核 1、選材 (1)選擇 使用圓柱斜齒輪 (2)一般機(jī)器 ,速度不高 ,選用 8 級精度 (GB10095-88) (3).材料選擇 ,由 機(jī)械設(shè)計表 10-1 中知選擇 : 小齒輪材料為 40Cr(調(diào)質(zhì)處理 )硬度為 280HBS. 大齒輪材料為 45 鋼 (調(diào)質(zhì)處理 )硬度為 240HBS, 硬度差為 40HBS. 2、初步計算 選取小齒輪齒數(shù)2Z=24.則大齒輪的齒數(shù)為2z=118. 選取螺旋角 =14. 2131 1EHtH d dZ Z K TuDu (1) 試 取載荷系數(shù)為 Kt=1.6. (2) 小齒輪的轉(zhuǎn)矩為 T1=21.07N.m 取區(qū)域系數(shù)HZ=2.433 (3) 由表 10-7 取齒寬系數(shù)d=1. (4) 由表 10-6 查得材料彈性影響系數(shù)EZ=189.8 12MPa . (5) 由圖 10-2 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限lim1=600MPa.大齒輪 接觸疲勞強(qiáng)度極限lim2=580MPa. (6) 由圖 10-26 查得1=0.78 , 2=0.87 則1+2=1.65 . (7) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 91826 0 1 4 4 0 1 ( 5 3 0 0 8 1 ) 1 . 3 8 2 3 5 1 01 . 3 8 2 3 5 1 0 9 2 . 8 1 04 . 9 5NN 由 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 120.860.92HNHNKK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 1 l i m 112 l i m 220 . 8 8 5 0 0 4 4 00 . 9 5 3 8 0 3 6 1HNHHNHKSKS 2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 7 頁 共 52 頁 計 算 及 說 明 結(jié) 果 2.計算 (1)小齒輪分度圓直徑 . 213123312 1 . 6 2 1 . 0 7 1 0 5 . 9 5 2 . 4 3 3 1 8 9 . 81 1 . 6 4 . 9 5 4 0 0 . 54 0 . 6 8EHtH d dZ Z K TuDu (2)計算圓周速度 11 4 0 . 6 8 9 6 0 2 . 0 46 0 1 0 0 6 0 1 0 0 0d t nV (3)寬度 b 及模數(shù)ntm1 1 4 0 . 6 8 4 0 . 6 8dtbd 1111c o s 4 0 . 6 8 c o s 1 41 . 6 4242 . 2 5 2 . 2 5 1 . 6 4 3 . 7 04 0 . 6 81 0 . 9 93 . 7( 4 )0 . 3 1 8 t a n 0 . 3 1 8 1 2 4 t a n 1 4 1 . 9 0( 5 )1 . 2 5 .2 . 0 4 . . . . . 1 0 1 8 1 . 0 51 . 4 2tntntdVdmZhmbhZKVK oAH計 算 縱 向 重 合 度計 算 載 荷 系 數(shù)使 用 系 數(shù) K由 八 級 精 度 ， 由 圖 查 得由 表 10-4 查 得 K由表 10-13 查得 1.35HK . 表 10-3 查得 1 .4HHKK2 . 0 9HHK K K K K (6)校正實(shí)際載荷系數(shù)下的分度圓直徑 3 31 2 . 0 91 4 0 . 6 8 4 4 . 51 . 6t Kdd KT (8) 模數(shù) mmd 931取 mma 250取 1313021 =ZZ mmd 161915.931 =3=nm 135814 = mmd 4072 = mmb 93= mmb 1031 = mmb 932 = sm /84.2 = 8 級精度 35.1=AK vK=1.12 NFt 6318 2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 8 頁 共 52 頁 11c o s 4 4 . 5 c o s 1 4 1 . 8 024ndm Z 3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 213212 c o sT FSndFKY YYmZ (1) 確定參數(shù) 1. 1 1 . 0 5 1 . 4 1 . 3 5 1 . 9 8 4 5A V F FK K K K K 2. 根據(jù)縱向重合度 1.9 , 由圖 10-28 查得螺旋角影響系數(shù) 0.88Y 3. 計算當(dāng)量齒數(shù) 11 3322 3324 2 2 . 9 8 8c o s c o s 1 4118 1 1 3 . 5 0c o s c o s 1 4vvZZZZ 4. 由表 10-5 查得齒行系數(shù)為 122.652.218FFYY 應(yīng)力矯正系數(shù) : 121.581.772SSYY 5彎曲疲勞應(yīng)力的計算 由圖 10-20C 查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 1 500FE aMP 查得大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 2 380FE aMP 由圖 10-18 取小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 1 0.82FNK 取大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 2 0.86FNK 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 1112220 . 8 2 5 0 0 2 9 2 . 8 51 . 43 8 0 0 . 8 6 2 3 3 . 4 21 . 4N F EFNN F EFNKSKS 6計算 Fa SaFYY2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 9 頁 共 52 頁 1112222 . 6 5 1 . 5 8 0 . 0 1 4 2 9 72 9 2 . 8 52 . 2 1 8 1 . 7 7 2 0 . 0 6 1 82 3 3 . 4 2F a S aFF a S aFYYYY7設(shè)計計算 213212 c o sT FSndFKY YYmZ =1.262 綜合考慮取 m=2. 于是11121c o s 4 4 . 5 c o s 1 4 2 4 . 5 8 92264 . 9 5 1 2 9ndZmZZZ 取則4幾何尺寸的計算 （ 1） 計算幾何中心距 12 1 5 9 . 7 42 c o s160Z Z ma圓 整 為（ 2）按圓整后的中心距修正螺旋角 12 2 6 1 2 9 2a r c c o s a r c c o s 1 3 . 9 92 2 1 6 0Z Z ma o 因?yàn)?值改變不多。故參數(shù) , , ,HaKZ 等 不 必 修 正 。（ 3）計算大小齒輪的分度圓直徑 2 6 2 5 3 . 8 9c o s c o s 1 3 . 9 91 2 9 2 2 6 5 . 8 8c o s c o s 1 3 . 9 91n12n2Zmd=Zmd=（ 4）計算齒輪寬度 1211 5 3 . 5 8 9 5 3 . 5 8 95 5 6 0dbdBB 圓 整 后 取 ，（四）、低速級齒輪的設(shè)計與校核 2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 10 頁 共 52 頁 1、選材 (1)選擇 使用圓柱斜齒輪 (2)一般機(jī)器 ,速度不高 ,選用 8 級精度 (GB10095-88) (3).材料選擇 ,由 機(jī)械設(shè)計表 10-1 中知選擇 : 小齒輪材料為 40Cr(調(diào)質(zhì)處理 )硬度為 280HBS. 大齒輪材料為 45 鋼 (調(diào)質(zhì)處理 )硬度為 240HBS, 硬度差為 40HBS. 2、初步計算 選取小齒輪齒數(shù)2Z=24.則大齒輪的齒數(shù)為2z=92. 選取螺旋角 =14. 2131 1EHtH d dZ Z K TuDu （ 1）試取載荷系數(shù)為 Kt=1.6. （ 2）小齒輪的轉(zhuǎn)矩為 T1=100。 13N.m 取區(qū)域系數(shù)HZ=2.433 （ 3）由表 10-7 取齒寬系數(shù)d=1. （ 4）由表 10-6 查得材料彈性影響系數(shù)EZ=189.8 12MPa . （ 5）由圖 10-2 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限lim1=600MPa.大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限lim2=580MPa. （ 6）由圖 10-26 查得1=0.78 , 2=0.82 則1+2=1.60 . （ 7）應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 91826 0 2 9 0 . 9 1 1 ( 5 3 0 0 8 1 ) 2 . 0 9 4 5 1 02 . 0 9 4 5 1 0 9 5 . 5 1 03 . 8 1NN 由 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 120.950.96HNHNKK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 1 l i m 112 l i m 220 . 9 5 6 0 0 5 7 00 . 9 6 5 5 0 5 2 8HNHHNHKSKS 2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 11 頁 共 52 頁 2.計算 (1)小齒輪分度圓直徑 . 213123312 1 . 6 1 0 0 . 1 3 1 0 4 . 8 1 2 . 4 3 3 1 8 9 . 81 1 . 6 3 . 8 1 5 4 96 2 . 6 3EHtH d dZ Z K TuDu (2)計算圓周 速度 33 6 2 . 6 3 2 9 0 . 9 1 0 . 9 5 3 46 0 1 0 0 6 0 1 0 0 0d t n mV s (3)寬度 b 及模數(shù)ntm3 1 6 2 . 6 3 6 2 . 6 3dtbd 3333c o s 6 2 . 6 3 c o s 1 42 . 8 9242 . 2 5 2 . 2 5 2 . 8 9 6 . 5 0 2 56 2 . 6 39 . 6 36 . 5 0 2 5( 4 )0 . 3 1 8 t a n 0 . 3 1 8 1 2 4 t a n 1 4 1 . 4 5 6( 5 )1 . 2 5 .2 . 0 4 . . . . . 1 0 1 8 1 . 0 21 . 4tntntdVdmZhmbhZKVK oAH計 算 縱 向 重 合 度計 算 載 荷 系 數(shù)使 用 系 數(shù) K由 八 級 精 度 ， 由 圖 查 得由 表 10-4 查 得 K 26由表 10-13 查得 1.35FK . 表 10-3 查得 1 .2HHKK2 . 1 8 2HHK K K K K (6)校正實(shí)際載荷系數(shù)下的分度圓直徑 3 333 2 . 1 8 26 2 . 6 3 6 4 . 4 51 . 6t Kdd KT (9) 模數(shù) 33c o s 6 4 . 4 5 c o s 1 4 2 . 9 824ndm Z 3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 12 頁 共 52 頁 213212 c o sT FSndFKY YYmZ (2) 確定參數(shù) 1. 1 . 2 5 1 . 0 2 1 . 2 1 . 3 5 2 . 0 6 5 5A V F FK K K K K 2. 根據(jù)縱向重合度 1.665 , 由圖 10-28 查得螺旋角影響系數(shù)0.88Y 3. 計算當(dāng)量齒數(shù) 33 3344 3324 23c o s c o s 1 492 95c o s c o s 1 4vvZZZZ 5. 由表 10-5 查得齒行系數(shù)為 322.652.198FFYY 應(yīng)力矯正系數(shù) : 341.581.781SSYY 5彎曲疲勞應(yīng)力的計算 由圖 10-20C 查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 1 500FE aMP 查得大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 2 380FE aMP 由圖 10-18 取小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 1 0.84FNK 取大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 2 0.9FNK 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 3334440 . 8 4 5 0 0 3001 . 40 . 9 3 8 0 2 4 4 . 31 . 4F N F EFNF N F EFNKSKS 6計算 Fa SaFYY 3334442 . 6 5 1 . 5 8 0 . 0 1 3 9 5 6 73002 . 1 9 8 1 . 7 8 1 0 . 0 1 6 0 22 4 4 . 3F a S aFF a S aFYYYY2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 13 頁 共 52 頁 7設(shè)計計算 213212 c o sT FSndFKY YYmZ =2.82 綜合考慮取 m=3. 于是33343c o s 6 2 . 6 3 c o s 1 4 2 2 . 0 73233 . 8 1 8 8ndZmZZZ 取則4幾何尺寸的計算 （ 1） 計算幾何中心距 34 1 7 1 . 62 c o s172Z Z ma圓 整 為（ 2）按圓整后的中心距修正螺旋角 34 2 3 8 8 2a r c c o s a r c c o s 1 4 . 0 0 32 2 1 7 1 . 6Z Z ma o 因?yàn)?值改變不多。故參數(shù) , , ,HaKZ 等 不 必 修 正 。（ 3）計算大小齒輪的分度圓直徑 2 3 2 7 1 . 1 1 3c o s c o s 1 4 . 0 0 38 8 2 2 7 2 . 0 8c o s c o s 1 4 . 0 0 33n32n2Zmd=Zmd=（ 4）計算齒輪寬度 3431 7 1 . 1 1 3 7 1 . 1 1 37 5 8 0dbdBB 圓 整 后 取 ，計 算 及 說 明 結(jié) 果 2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 14 頁 共 52 頁 (五 )軸的 結(jié)構(gòu)設(shè)計 一各 齒輪 的受力圖 1 高速級齒輪受力圖 2 低速級齒輪受力圖 二 . 低速軸的設(shè)計計算 1、求輸出軸上的動力參數(shù) 333P 2 . 9 9 8 k Wn 7 6 . 4 r / m i nT 3 7 4 . 7 5 N m輸 入 功 率轉(zhuǎn) 速轉(zhuǎn) 矩2、求 作用在齒輪上的力 因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為4d 2 5 0 .0 1m m則3t22T 2 3 7 4 . 7 5F N 2 9 9 7 . 8 8d 3 2 7 . 9 1 N nrt t a n t a n 2 0F F 2 9 9 7 . 8 8 N 1 1 2 2 . 6 2 Nc o s c o s 1 4 . 0 0 3 atF F t a n 2 9 9 7 . 8 8 t a n 1 4 . 0 0 3 N 7 2 5 . 2 6 N 圓周力 Ft，徑向力 Fr 及軸向力 Fa 的方向如圖 2 所示 3、初步確定軸的最小直徑 先按 機(jī)械設(shè)計 式（ 15 2）初步估算周的最小直徑，選取軸的材料為 45 鋼調(diào)質(zhì)處理。根據(jù) 表 15-3，取0A 110，于是得 3 33m i n 01P 2 . 9 9 8d A 1 1 0 3 7 . 3 8 m mn 7 6 . 4 輸入軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 ，為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故6 2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 15 頁 共 52 頁 需同時選取聯(lián)軸器型號。 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩3Aca TKT ，查表 14-1，考慮為輸送機(jī)，轉(zhuǎn)矩變化很小，故取 5.1KA ，則： c a A 3T K T 1 . 5 3 7 4 7 5 0 N m m 5 6 2 1 3 0 N m m 按照計算轉(zhuǎn)矩 Tca 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn) GB4323-84，選用 TL7 型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為 500Nm。半聯(lián)軸器的孔徑 d =45mm，故取 dA=45mm； 半聯(lián)軸器長度 L=112mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 L1=84mm。 4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （ 1） . 擬訂軸上零件的裝配方案 如 圖 所 示 裝 配 方 案（ 2） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段長度和直徑 . 1） .為了滿足半連軸器的軸向定位要求， A B 軸段左端需制出一軸肩，故取 B 段的 dB 47mm，右端用軸端擋圈定位 。半連軸器與軸配合的輪轂長度為 L1=84mm，為了保證軸端擋圈只壓在半連軸器上而不壓在軸的端面上，故 A 段的長度應(yīng)比 L1 略短一些，現(xiàn)取 LA =82mm 2） .初步選擇滾動軸承，因軸承同時受有徑向力 和軸向力的作用，故選用 角接觸球軸承 。參照工作要求并根據(jù) dB 47mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的 J 角接觸球 軸承 7210C 型 ，其尺寸 d D T=50mm 90mm 20mm，故 dC dH=50mm。 左端軸承采用軸肩定位，由手冊上查得 7210c 型軸承的定位軸肩高度為 h=6mm。 所以取56Gd mm . 3） .取安裝齒輪處的軸段 F 的直徑 56Fd mm，齒輪的左 端采用套筒定位，已知齒輪輪轂的寬度為 75mm，為了使 套筒端面可靠的壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略小于輪轂寬度，故取 LF 73mm。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度 0.07hd ，故取 h 8mm，則軸環(huán)處的直徑 dE 64mm，軸環(huán)寬度1.4bh ，取 L 8mm。 4） .軸承端蓋的總寬度為 12mm，根據(jù)軸承端蓋的裝拆以及便于對軸承添加潤滑油的要求，取端蓋的外側(cè)面與半連軸器右端面間的距離 L=30mm，故取 LB 42mm 5). 取齒輪距箱體內(nèi)壁的距離為 13mm，（此內(nèi)壁是固定內(nèi)部滾動軸承 而用），已知滾動軸承的寬度 T 20mm 故得 L （ 13 20 5） mm=43mm 至此，已初步確定了軸的各段直徑及其長度。 （ 3） . 軸上零件的軸向定位 齒輪，半連軸器與軸的軸向定位均采用平鍵連接，按 dA 40mm 由 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 表14 1 查的平鍵截面 b h=12mm 8mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工長為 65mm，同時為了保證齒輪與軸配合2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 16 頁 共 52 頁 有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 76Hh，同樣，半連軸器與軸的連接，選用平鍵 16mm10mm 60mm，半連軸器和軸的配合為 76Hk。滾動軸承與軸的定位是由過渡配合來保證。此處軸的選擇直徑尺寸公差為 m6。 （ 4） .確定軸上圓角和倒角尺寸 參考表 15 2，取軸端倒角為 2 045 。 高速軸的設(shè)計計算 1、求輸入軸上的功率 P1、轉(zhuǎn)速 n1 和轉(zhuǎn)矩 T1 由總體設(shè)計知： 111P 3 .1 7 7 6 k Wn 1 4 4 0 r / m inT 2 1 .0 7 N m2、求作用在齒輪上的力 因已知高速級小齒輪的分度圓直徑為1d 53.6mm而1t1 312T 2 2 1 . 0 7F N 7 8 6 . 2 Nd 5 3 . 6 1 0 nr t t a n t a n 2 0F F 7 8 6 . 2 N 2 9 4 . 9 1 Nc o s c o s 1 3 . 9 9 atF F t a n 7 8 6 . 2 t a n 1 3 . 9 9 N 2 8 8 6 . 1 5 N 3、初步確定軸的最小直徑 按 機(jī)械設(shè)計中式 （ 15 2）初步計算軸的最小直徑，選取軸的材料為 40Gr 調(diào)質(zhì)處理。根據(jù) 資料1表 15-3，取 110A0 ，于是得 1 33m i n 01P 3 . 1 7 7 6d A 1 2 5 1 7 . 2 3 m mn 1 4 4 0 mm 。 同時選擇聯(lián)軸器，選用 TL5 型彈性套柱銷聯(lián)軸器。軸孔長度為 62mm，直徑 28mm,則取 28Ad mm，半聯(lián)軸器的長度為 62mm， 半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 L1=44mm。 4、軸的結(jié)構(gòu) 2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 17 頁 共 52 頁 圖 高速軸結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 中間 軸 I 的設(shè)計計算 1、求輸入軸上的功率 P2、轉(zhuǎn)速 n2 和轉(zhuǎn)矩 T2 由總體設(shè)計知： 222P 3 . 0 5 6 k Wn 2 9 0 . 9 1 r / m i nT 1 0 0 . 1 3 N m2、求作用在齒輪上的力 因已知高速級大齒輪的分度圓直徑為2d 2 6 5 .8 m m而2t2 322T 2 1 0 0 . 1 3F N 7 5 3 . 4 Nd 2 6 5 . 8 1 0 nr2 t2 t a n t a n 2 0F F 7 5 3 . 4 N 2 8 2 . 6 Nc o s c o s 1 3 . 9 9 a 2 t 2F F t a n 7 5 3 . 4 t a n 1 3 . 9 9 N 1 8 7 . 8 N 已知低速級小齒輪的分度圓直徑為3d 7 1 .1 1 3 m m而3t3 332T 2 1 0 0 . 1 3F N 2 8 1 6 . 1 Nd 7 1 . 1 1 3 1 0 nr3 t3 t a n t a n 2 0F F 7 5 3 . 4 N 1 0 5 6 . 4 Nc o s c o s 1 4 . 0 0 3 a 3 t 3F F t a n 2 8 1 6 . 1 t a n 1 4 . 0 0 3 N 7 0 2 . 1 N 3、初步確定軸的最小直徑 按機(jī)械設(shè)計中式（ 15 2）初步計算軸的最小直徑，選取軸的材料為 40Cr 調(diào)質(zhì)處理。根據(jù) 表 15-3，取0A 122，于是得 2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 18 頁 共 52 頁 1 33m i n 01P 3 . 0 5 6d A 1 2 2 2 6 . 3 7 m mn 2 9 0 . 9 1 mm 。 4、軸的結(jié)構(gòu) III II I 圖 中間的結(jié)構(gòu)設(shè)計 (六 )軸的 強(qiáng)度計算 (1)對中間軸進(jìn)行精確校荷 . 2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 19 頁 共 52 頁 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出危險截面。先計算出截面處的 MH、 MV 及 M 的值列于下表。 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 122 1 7 2 .3 51 4 6 4 .5NHNHFN123 8 6 .36 3 2 .6NVNVFN彎矩M 121 2 2 . 7 3 72 3 6 . 9 6HHM N mM N m 12342 1 . 7 83 1 . 3 85 0 . 6 02 5 . 6 3VVVVM N mM N mM N mM N m總彎矩 12341 2 4 .61 2 2 .72 4 2 .32 3 8 .3M N mM N mM N mM N m扭矩T 1 0 0 .1 3T N m 6、按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)軸的彎扭合成強(qiáng)度條件，取 6.0 ，軸的計算應(yīng)力 22 223ca 3M ( T ) 2 3 . 0 6 ( 0 . 6 1 0 0 . 1 3 ) 6 . 7 4 M P aW 0 . 1 0 . 0 7 1 前已選定軸的材料為 40Cr，調(diào)質(zhì)處理。由 表 15-1 查得 70M Pa 1- 。因此2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 20 頁 共 52 頁 1-ca ，故安全。 7、精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 （ 1）判斷危險截面 E 軸段截面 I 左側(cè) 配合引起應(yīng)力集中； F 軸段 I 右側(cè) 受較大彎矩和扭矩，且直徑較小，最終確定此兩個面為危險截面。 （ 2）截面左側(cè) 抗彎截面系數(shù) 3 3 3 3W 0 . 1 d 0 . 1 4 0 m m 6 4 0 0 m m 抗扭截面系數(shù) 3 3 3 3TW 0 . 2 d 0 . 2 4 0 m m 1 2 8 0 0 m m 截面 I 左側(cè)的彎矩 M 8 3 .8 4 N m 截面 I 上的扭矩 T2 為2T 1 0 0 .1 3 N m m截面上的彎曲應(yīng)力b M 8 3 8 3 8 . 9 6 M P a 1 3 . 0 9 M P aW 6 4 0 0 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力3TTT 100130 M P a 7 . 8 2 2 M P aW 1 2 8 0 0 軸 的 材 料 為 45 鋼 ， 調(diào) 質(zhì) 處 理 。 由 表 15-1 查得B 1 16 4 0 M P a , 2 7 5 M P a , 1 5 5 M P a 過盈配合處的 k值，由附表 3-8 用插入法求出， ，于是得 k 1.1216 ， k 1.003 軸按磨削加工，由附表 3-4 的表面質(zhì)量系數(shù)為 0.9 2。故得綜合系數(shù)為 k 11K 1 1 . 1 2 1 6 1 1 . 2 10 . 9 2 k 11K 1 1 . 0 0 3 1 1 . 0 90 . 9 2 又由 第 3-1 節(jié) ,3-2 節(jié)得到碳鋼的特性系數(shù) , 1 .0 1 .20 .0 5 0 .1 取 1.00.05所以軸在截面 I 左側(cè)的安全系數(shù)為 1am275S 1 7 . 3 0K 1 . 2 1 1 3 . 0 9 0 . 1 0 1am7 . 8 2 2S 1 5 . 7 2 80 . 8 7 2 5 0 . 8 7 2 5K 1 . 0 9 0 . 0 522 2007 年 7 月 25 日 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 機(jī)械 05 5 班 范偉 051940 指導(dǎo)教師： 奚鷹 第 21 頁 共 52 頁 ca 2 2 2 2SS 1 7 . 3 6 1 5 . 7 2 8S 1 1 . 6 5 6 S = 1 . 5S S 1 7 . 3 6 1 5 . 7 2 8 所以是安全 的 . （ 3）截面 I 右 側(cè) 抗彎截面系數(shù) 3 3 3 3W 0 . 1 d 0 . 1 5 7 m m 1 8 5 1 9 . 3 m m 抗扭截面系數(shù) 3 3 3 3TW 0 . 2 d 0 . 2 5 7 m