-52-某斗式提升機(jī)傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算過程案例1.1高速級(jí)減速機(jī)齒輪的計(jì)算確定許用應(yīng)力小齒輪材料選擇，調(diào)質(zhì)處理，硬度等于。大齒輪材料選擇，正火處理，硬度等于.參照機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表彎曲疲勞強(qiáng)度極限，小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限;大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限，，疲勞安全系數(shù)為1，[5]。許用接觸應(yīng)力:(4-1)式中：σHmin：彎曲疲勞強(qiáng)度極限SH：接觸疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)(4-2)(4-3)(4-4)(4-5)計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度Z1一般取17-20.本次課題設(shè)計(jì)小齒輪取20，已知Z2=iZ1，所以大齒輪為95。查閱資料機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)得到標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度公式[5](4-6)式中：d1：小齒輪分度圓直徑K：載荷系數(shù),參考機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)載荷系數(shù)表[10]，查得鍛鋼材料K=1.6。T小:小齒輪轉(zhuǎn)矩，小齒輪轉(zhuǎn)矩=高速軸轉(zhuǎn)矩，T小=38.42（N·m）i：高速軸傳動(dòng)比ZE:彈性系數(shù)，數(shù)值與材料有關(guān)。參照機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)載荷系數(shù)表[10]，查得鍛鋼材料。Ψd：齒寬系數(shù)，。[σH]:許用接觸應(yīng)力ZH:區(qū)域系數(shù)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，ZH=2.5。將相關(guān)參數(shù)帶入計(jì)算(4-7)(1)圓周速度v（4-8）(2)齒輪寬度b（4-9）(3)模數(shù)m（4-10）(4)齒輪高度h（4-11）(5)齒輪寬度與高度比b/h（4-12）齒根疲勞彎曲強(qiáng)度計(jì)算參照機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表齒形系數(shù)和應(yīng)力集中系數(shù)，查得[10]。（1）參照機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)輪齒的設(shè)計(jì)公式[10](4-13)式中：K：載荷系數(shù),參考機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)載荷系數(shù)表[10]，查得鍛鋼材料。T小:小齒輪轉(zhuǎn)矩YFa：齒形系數(shù)YSa：應(yīng)力集中系數(shù)Ψd：齒寬系數(shù)，。[σF]:許用接觸應(yīng)力：螺旋角(4-14)（2）分度圓直徑（3）齒寬（4）中心距1.2低速級(jí)減速機(jī)齒輪的計(jì)算1.確定許用應(yīng)力載荷有中等沖擊，小齒輪材料選擇，調(diào)質(zhì)處理，硬度等于。大齒輪材料選擇，調(diào)質(zhì)處理，硬度等于.參照機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表彎曲疲勞強(qiáng)度極限，小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限;大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限，，疲勞安全系數(shù)為1，[10]。許用接觸應(yīng)力:(4-15)式中：σHmin：彎曲疲勞強(qiáng)度極限SH：接觸疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)(4-16)(4-17)(4-18)(4-19)2.計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度本次課題設(shè)計(jì)小齒輪取25，已知Z4=iZ3，所以大齒輪為92。查閱資料機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)得到標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度公式[10](4-20)式中：d1：小齒輪分度圓直徑K：載荷系數(shù),參考機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)載荷系數(shù)表[10]，查得鍛鋼材料K=1.6。T小:小齒輪轉(zhuǎn)矩，小齒輪轉(zhuǎn)矩i：高速軸傳動(dòng)比ZE:彈性系數(shù)，數(shù)值與材料有關(guān)。參照機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)載荷系數(shù)表[10]，查得鍛鋼材料。Ψd：齒寬系數(shù)，硬齒面非對(duì)稱布置。[σH]:許用接觸應(yīng)力ZH:區(qū)域系數(shù)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，ZH=2.5。將相關(guān)參數(shù)帶入計(jì)算(4-21)圓周速度v（4-22）(2)齒輪寬度b（4-23）(3)模數(shù)m（4-24）(4)齒輪高度h（4-25）(5)齒輪寬度與高度比b/h（4-26）3.齒根疲勞彎曲強(qiáng)度計(jì)算參照機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表齒形系數(shù)和應(yīng)力集中系數(shù)，查得[10]。（1）參照機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)輪齒的設(shè)計(jì)公式[10](4-27)式中：K：載荷系數(shù),參考機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)載荷系數(shù)表[10]，查得鍛鋼材料K=1.6。T小:小齒輪轉(zhuǎn)矩YFa：齒形系數(shù)YSa：應(yīng)力集中系數(shù)Ψd：齒寬系數(shù)，硬齒面非對(duì)稱布置Ψd=0.3-0.6。[σF]:許用接觸應(yīng)力：螺旋角(4-28)m3取整2.5mm（2）分度圓直徑（3）齒寬（4）中心距1.3驅(qū)動(dòng)軸的參數(shù)計(jì)算和選用（1）高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)在軸的選材上應(yīng)選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理（淬火加高溫回火的雙重?zé)崽幚恚?。根?jù)已知的中速軸參數(shù)情況參考結(jié)合實(shí)際承載，以扭矩強(qiáng)度的方法來計(jì)算最小直徑[8]。

（4-29）式中：A--系數(shù)（此處選用112）-電動(dòng)機(jī)功率，kWn--軸的轉(zhuǎn)速，r/min相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（4-319）后可得（4-30）安裝聯(lián)軸器時(shí)需要在軸上一端開鍵槽，這樣做會(huì)使軸的強(qiáng)度被削弱，所以將軸徑增加，所以。圖4-1高速軸上各段直徑以及長(zhǎng)度根據(jù)軸向定位的要求來具體確定，根據(jù)聯(lián)軸器的軸向定位所要求的，一般會(huì)在右邊加一個(gè)軸套，所以，12段軸是與聯(lián)軸器相接處，聯(lián)軸器孔長(zhǎng)為52mm，配合長(zhǎng)度38mm。23段軸肩高度（取），則；為便于軸承端蓋拆卸，取。初步選取角接觸軸承，所以根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)和最小軸的直徑。查閱文獻(xiàn)《運(yùn)輸機(jī)械選型設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用最小直徑最接近30mm的型軸承，型軸承[5]，因此，。四五部分軸在軸承的右部分進(jìn)行軸肩定位，則，四五段軸在長(zhǎng)度上與五六段軸的齒輪在中間軸上所嚙合的齒輪相關(guān)，所以。此時(shí)齒輪所在位置的齒頂圓直徑也就是五六段軸的直徑，所以,而五六段齒輪寬度決定此段軸長(zhǎng)，。軸六七部高速級(jí)小齒輪做齒輪軸，所以。七八段處于沒有定位的軸肩位置且與軸承配合，，圖4-1高速軸的示意圖（2）中速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)在軸的選材上應(yīng)選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)已知的中速軸參數(shù)情況參考結(jié)合實(shí)際承載，以扭矩強(qiáng)度的方法來計(jì)算[8]

（4-31）式中：A-系數(shù)（此處選用112）P-電動(dòng)機(jī)功率，kWn--軸的轉(zhuǎn)速，r/min相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式后可得（4-32）圖4-2是中間軸的示意圖。初步選取軸承，為保證安裝最小軸的直徑要與軸承配合。查閱文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》選用型軸承，型軸承[10]。由軸承的規(guī)格確定軸上各段直徑以及長(zhǎng)度參數(shù)，所以，12段軸的長(zhǎng)度應(yīng)與軸承寬度相關(guān)所以12段軸的長(zhǎng)度，23段軸處于軸肩的位置，軸肩的高度，則，長(zhǎng)度應(yīng)與齒輪相關(guān)所以。齒輪的定位軸肩，，所以。而此處軸的長(zhǎng)度：。此時(shí)45段軸在長(zhǎng)度上與輪轂在軸上的安裝以及在中間軸上齒輪一的嚙合相關(guān)，小于齒輪寬度，則。56段。圖4-2中間軸的示意圖（3）低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)低速軸作為斗提機(jī)的中承受力矩的主要零部件，不僅僅是高的扭矩也是高彎矩。所以在軸的選材上應(yīng)選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)已知的中速軸參數(shù)情況參考結(jié)合實(shí)際承載，以扭矩強(qiáng)度的方法來計(jì)算[8]

（4-33）式中：A-系數(shù)（此處選用112）P-電動(dòng)機(jī)功率，kWn--軸的轉(zhuǎn)速，r/min相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式后可得（4-34）安裝聯(lián)軸器時(shí)需要在軸上一端開鍵槽，這樣做會(huì)使軸的強(qiáng)度被削弱，所以將軸徑增加，取軸的直徑為55mm。在軸的最小直徑處安聯(lián)軸器，此時(shí)軸的最小直徑與聯(lián)軸器d相同。計(jì)算此時(shí)聯(lián)軸器扭矩:（4-35）根據(jù)已知的聯(lián)軸器的扭矩查閱文獻(xiàn)運(yùn)輸機(jī)械選型設(shè)計(jì)手冊(cè)中聯(lián)軸器規(guī)格[5]，選用聯(lián)軸器，軸孔，所以。圖4-3是低速軸的示意圖。與軸配合轂孔長(zhǎng)度,所以12段軸的長(zhǎng)度,軸肩高度，所以因?yàn)橐M(jìn)行軸承端蓋拆卸，所以。初步選取軸承，因?yàn)?3段軸軸的結(jié)構(gòu)的最小軸的直徑大小要與軸承配合。查閱文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》選用型軸承，型軸承[9]。軸上各段直徑以及長(zhǎng)度根據(jù)軸承的相關(guān)參數(shù)來確定，所以，，此時(shí)45段軸承處于右方，用軸肩來定位左端，軸肩高度大于0.07d,約為6mm，則，。56段軸軸肩高度,所以，所以。軸67段此時(shí)為齒輪安裝段，所以。。圖4-3低速軸的示意圖1.4聯(lián)軸器的選擇和聯(lián)軸器處鍵的校核（1）聯(lián)軸器的選擇根據(jù)原理已知低速軸的最小直徑應(yīng)與聯(lián)軸器的孔徑相同，查閱資料確定公式（4-36）計(jì)算可得聯(lián)軸器的扭矩:（4-37）根據(jù)已知的聯(lián)軸器的扭矩查閱文獻(xiàn)《運(yùn)輸機(jī)械選型設(shè)計(jì)手冊(cè)》P103表1-90LZ型聯(lián)軸器基本參數(shù)和主要尺寸[5]，選用型彈性柱銷齒式聯(lián)軸器。（2）聯(lián)軸器處鍵的選擇中間鍵的齒輪為7級(jí)精度齒輪，所以聯(lián)接時(shí)應(yīng)選用圓頭（A型）的普通平鍵。安裝處直徑為55mm，查閱相關(guān)材料《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表8-9普通平鍵和鍵槽的尺寸（尺寸參照GB/T1095-2003)：鍵的截面尺寸，則[11]（參照軸長(zhǎng)）。（3）聯(lián)軸器處鍵的強(qiáng)度計(jì)算參考《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》平鍵連接的設(shè)計(jì)計(jì)算公式[11]（4-38）參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知許用擠壓應(yīng)力。由擠壓強(qiáng)度條件可得（4-39）滿足強(qiáng)度要求。所以選用鍵的標(biāo)記為[11]。1.5鍵的選擇與強(qiáng)度校核1.5.1高速鍵的選擇與強(qiáng)度校核高速鍵的選擇高速鍵的齒輪為7級(jí)精度齒輪，所以聯(lián)接時(shí)應(yīng)選用圓頭（A型）的普通平鍵。安裝處直徑為25mm，查閱相關(guān)材料《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表8-9普通平鍵和鍵槽的尺寸（尺寸參照GB/T1095-2003)：鍵的截面尺寸，則[9]。高速鍵的強(qiáng)度計(jì)算參考《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》普通鍵連接的設(shè)計(jì)計(jì)算公式[5](4-40)式中：T：扭矩，Nd：直徑，mmh：鍵的高度mml：鍵的工作長(zhǎng)度mmσp[σ參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知許用擠壓應(yīng)力。由擠壓強(qiáng)度條件可得（4-41）滿足強(qiáng)度要求。所以選用鍵的標(biāo)記為[5]。1.5.2中間鍵的選擇與強(qiáng)度校核（1）中間鍵的選擇中間鍵的齒輪為7級(jí)精度齒輪，所以聯(lián)接時(shí)應(yīng)選用圓頭（A型）的普通平鍵。查閱相關(guān)材料《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表8-9普通平鍵和鍵槽的尺寸（尺寸參照GB/T1095-2003)：鍵的截面尺寸，則[5]。（2）中間鍵的強(qiáng)度計(jì)算參考《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》普通鍵連接的設(shè)計(jì)計(jì)算公式（4-42）參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知許用擠壓應(yīng)力。由擠壓強(qiáng)度條件可得（4-43）滿足強(qiáng)度要求。所以選用鍵的標(biāo)記為[5]。1.5.3低速鍵的選擇與強(qiáng)度校核（1）低速鍵的選擇中間鍵的齒輪為7級(jí)精度齒輪，所以聯(lián)接時(shí)應(yīng)選用圓頭（A型）的普通平鍵。查閱相關(guān)材料《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表普通平鍵和鍵槽的尺寸（尺寸參照GB/T1095-2003)：鍵的截面尺寸，則[5]。（2）低速鍵的強(qiáng)度計(jì)算參考《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》聽見鏈接的設(shè)計(jì)計(jì)算公式（4-44）參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知許用擠壓應(yīng)力。由擠壓強(qiáng)度條件可得（4-45）滿足強(qiáng)度要求。所以選用鍵的標(biāo)記為[5]。1.6軸承的校核1.7.1高速軸軸承校核(1)計(jì)算齒輪受力齒輪分度圓直徑圓周力（4-46）徑向力（4-47）軸向力（4-48）對(duì)軸心產(chǎn)生的彎矩（4-49）圖4-4高速軸受力簡(jiǎn)圖(2)型軸承的校核軸承的主要性能參數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表得出派生軸向力（4-50）（4-51）軸向負(fù)載（4-52）軸承Ⅱ被“壓緊”，軸承Ⅰ被“放松”（4-53）（4-54）查機(jī)械設(shè)計(jì)表得（3）當(dāng)量載荷（4-55）帶入壽命計(jì)算公式（4-56）式中：ε：壽命指數(shù)，球軸承取3。ft：溫度系數(shù)。C：基本額定動(dòng)載荷。（4-57）故型軸承滿足壽命要求。1.7.2中間軸軸承校核(1)計(jì)算齒輪受力齒輪分度圓直徑圓周力（4-58）（4-59）徑向力（4-60）（4-61）軸向力（4-62）（4-63）圖4-4中間軸受力簡(jiǎn)圖(2)計(jì)算軸承的軸向載荷軸承,基本派生軸向力（4-64）（4-65）軸向負(fù)載（4-66）軸承Ⅱ被“壓緊”，軸承Ⅰ被“放松”（4-67）