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無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 實驗用減速器的設(shè)計 摘要：減速器是由封閉在剛性殼內(nèi)所有齒輪的傳動組成的一獨立完整的機構(gòu)。通過此次設(shè)計可以初步掌握一般簡單機械的完整設(shè)計及了解構(gòu)成減速器的通用零部件。 齒輪傳動是應用極為廣泛和特別重要的一種機械傳動形式，它可以用來在空間的任意軸之間傳遞運動和動力，目前齒輪傳動裝置正逐步向小型化，高速化，低噪聲，高可靠性和硬齒面技術(shù)方向發(fā)展，齒輪傳動具有傳動平穩(wěn)可靠，傳動效率高（一般可以達到94%以上，精度較高的圓柱齒輪副可以達到99%），傳遞功率范圍廣（可以從儀表中齒輪微小功率的傳動到大型動力機械幾萬千瓦功率的傳動）速度范圍廣（齒輪的圓周速度可以從0.1m/s到200m/s或更高，轉(zhuǎn)速可以從1r/min到20000r/min或更高），結(jié)構(gòu)緊湊，維護方便等優(yōu)點。因此，它在各種機械設(shè)備和儀器儀表中被廣泛使用，本課題就是齒輪傳動的一個典型應用。 因為齒輪傳動能夠滿足減震器實驗臺對傳動的高度要求，因此，本設(shè)計采用齒輪傳動。 關(guān)鍵詞：減速器 零部件 齒輪傳動 機械傳動 目 錄 第一章 減速器概述……………………………………………………………………………1 1.1 減速器的主要型式及其特性……………………………………………………………1 1.2 減速器結(jié)構(gòu)………………………………………………………………………………2 1.3 減速器潤滑 ……………………………………………………………………………3 第二張 減速箱原始數(shù)據(jù)及傳動方案的選擇 …………………………………………………5 2.1原始數(shù)據(jù) …………………………………………………………………………………5 2.2傳動方案選擇 ……………………………………………………………………………5 第三章 電動機的選擇計算 ……………………………………………………………………8 3.1 電動機選擇步驟 …………………………………………………………………………8 3.1.1 型號的選擇 ………………………………………………………………………8 3.1.2 功率的選擇 ………………………………………………………………………8 3.1.3 轉(zhuǎn)速的選擇 ………………………………………………………………………9 3.2 電動機型號的確定………………………………………………………………………9 第四章 軸的設(shè)計 ……………………………………………………………………………11 4.1 軸的分類 ………………………………………………………………………………11 4.2 軸的材料…………………………………………………………………………………11 4.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………………………………………………12 4.4 軸的設(shè)計計算……………………………………………………………………………13 4.4.1 按扭轉(zhuǎn)強度計算…………………………………………………………………13 4.4.2 按彎扭合成強度計算……………………………………………………………14 4.4.3 軸的剛度計算概念………………………………………………………………14 4.4.4 軸的設(shè)計步驟……………………………………………………………………15 4.5 各軸的計算 ……………………………………………………………………………15 4.5.1高速軸計算………………………………………………………………………15 4.5.2中間軸設(shè)計………………………………………………………………………17 4.5.3低速軸設(shè)計………………………………………………………………………21 4.6 軸的設(shè)計與校核 ………………………………………………………………………23 4.6.1高速軸設(shè)計………………………………………………………………………23 4.6.2中間軸設(shè)計………………………………………………………………………24 4.6.3低速軸設(shè)計………………………………………………………………………24 4.6.4高速軸的校核……………………………………………………………………24 第五章 聯(lián)軸器的選擇…………………………………………………………………………26 5.1 聯(lián)軸器的功用……………………………………………………………………………26 5.2 聯(lián)軸器的類型特點………………………………………………………………………26 5.3 聯(lián)軸器的選用……………………………………………………………………………26 5.4 聯(lián)軸器材料………………………………………………………………………………27 第六章 圓柱齒輪傳動設(shè)計……………………………………………………………………29 6.1 齒輪傳動特點與分類……………………………………………………………………29 6.2 齒輪傳動的主要參數(shù)與基本要求………………………………………………………29 6.2.1 主要參數(shù)…………………………………………………………………………29 6.2.2 精度等級的選擇…………………………………………………………………30 6.2.3 齒輪傳動的失效形式……………………………………………………………30 6.3 齒輪參數(shù)計算 …………………………………………………………………………31 第七章 軸承的設(shè)計及校核……………………………………………………………………40 7.1 軸承種類的選擇…………………………………………………………………………40 7.2 深溝球軸承結(jié)構(gòu)………………………………………………………………………40 7.3 軸承計算………………………………………………………………………………41 第八章 箱體設(shè)計 ……………………………………………………………………………43 第九章 設(shè)計結(jié)論 ……………………………………………………………………………44 第使章 設(shè)計小結(jié) ……………………………………………………………………………45 第十一章. 參考文獻 …………………………………………………………………………46 致謝 ………………………………………………………………………………………47 46 第一章 減速器概述 1.1 減速器的主要型式及其特性 減速器是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動、蝸桿傳動或齒輪—蝸桿傳動所組成的獨立部件，常用在動力機與工作機之間作為減速的傳動裝置；在少數(shù)場合下也用作增速的傳動裝置，這時就稱為增速器。減速器由于結(jié)構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運動準確可靠、使用維護簡單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機械中應用很廣。 減速器類型很多，按傳動級數(shù)主要分為：單級、二級、多級；按傳動件類型又可分為：齒輪、蝸桿、齒輪-蝸桿、蝸桿-齒輪等。 電動機 聯(lián)軸器 高速軸 中間軸 低速軸 減速器系統(tǒng)框圖 以下對幾種減速器進行對比： 1）圓柱齒輪減速器 當傳動比在8以下時，可采用單級圓柱齒輪減速器。大于8時，最好選用二級(i=8—40)和二級以上(i>40)的減速器。單級減速器的傳動比如果過大，則其外廓尺寸將很大。二級和二級以上圓柱齒輪減速器的傳動布置形式有展開式、分流式和同軸式等數(shù)種。展開式最簡單，但由于齒輪兩側(cè)的軸承不是對稱布置，因而將使載荷沿齒寬分布不均勻，且使兩邊的軸承受力不等。為此，在設(shè)計這種減速器時應注意：1)軸的剛度宜取大些；2)轉(zhuǎn)矩應從離齒輪遠的軸端輸入，以減輕載荷沿齒寬分布的不均勻；3)采用斜齒輪布置，而且受載大的低速級又正好位于兩軸承中間，所以載荷沿齒寬的分布情況顯然比展開好。這種減速器的高速級齒輪常采用斜齒，一側(cè)為左旋，另一側(cè)為右旋，軸向力能互相抵消。為了使左右兩對斜齒輪能自動調(diào)整以便傳遞相等的載荷，其中較輕的齠輪軸在軸向應能作小量游動。同軸式減速器輸入軸和輸出軸位于同一軸線上，故箱體長度較短。但這種減速器的軸向尺寸較大。 圓柱齒輪減速器在所有減速器中應用最廣。它傳遞功率的范圍可從很小至40 000kW，圓周速度也可從很低至60m/s一70m／s，甚至高達150m／s。傳動功率很大的減速器最好采用雙驅(qū)動式或中心驅(qū)動式。這兩種布置方式可由兩對齒輪副分擔載荷，有利于改善受力狀況和降低傳動尺寸。設(shè)計雙驅(qū)動式或中心驅(qū)動式齒輪傳動時，應設(shè)法采取自動平衡裝置使各對齒輪副的載荷能得到均勻分配，例如采用滑動軸承和彈性支承。 圓柱齒輪減速器有漸開線齒形和圓弧齒形兩大類。除齒形不同外，減速器結(jié)構(gòu)基本相同。傳動功率和傳動比相同時，圓弧齒輪減速器在長度方向的尺寸要比漸開線齒輪減速器約30％。 2）圓錐齒輪減速器 它用于輸入軸和輸出軸位置布置成相交的場合。二級和二級以上的圓錐齒輪減速器常由圓錐齒輪傳動和圓柱齒輪傳動組成，所以有時又稱圓錐—圓柱齒輪減速器。因為圓錐齒輪常常是懸臂裝在軸端的，為了使它受力小些，常將圓錐面崧，作為，高速極：山手面錐齒輪的精加工比較困難，允許圓周速度又較低，因此圓錐齒輪減速器的應用不如圓柱齒輪減速器廣。 3）蝸桿減速器 主要用于傳動比較大(j>10)的場合。通常說蝸桿傳動結(jié)構(gòu)緊湊、輪廓尺寸小，這只是對傳減速器的傳動比較大的蝸桿減速器才是正確的，當傳動比并不很大時，此優(yōu)點并不顯著。由于效率較低，蝸桿減速器不宜用在大功率傳動的場合。 蝸桿減速器主要有蝸桿在上和蝸桿在下兩種不同形式。蝸桿圓周速度小于4m/s時最好采用蝸桿在下式，這時，在嚙合處能得到良好的潤滑和冷卻條件。但蝸桿圓周速度大于4m/s時，為避免攪油太甚、發(fā)熱過多，最好采用蝸桿在上式。 4）齒輪-蝸桿減速器 它有齒輪傳動在高速級和蝸桿傳動在高速級兩種布置形式。前者結(jié)構(gòu)較緊湊，后者效率較高。　 通過比較，我們選定圓柱齒輪減速器。 1.2 減速器結(jié)構(gòu) 近年來，減速器的結(jié)構(gòu)有些新的變化。為了和沿用已久、國內(nèi)目前還在普遍使用的減速器有所區(qū)別，這里分列了兩節(jié)，并稱之為傳統(tǒng)型減速器結(jié)構(gòu)和新型減速器結(jié)構(gòu)。 1）傳統(tǒng)型減速器結(jié)構(gòu) 絕大多數(shù)減速器的箱體是用中等強度的鑄鐵鑄成，重型減速器用高強度鑄鐵或鑄鋼。少量生產(chǎn)時也可以用焊接箱體。鑄造或焊接箱體都應進行時效或退火處理。大量生產(chǎn)小型減速器時有可能采用板材沖壓箱體。減速器箱體的外形目前比較傾向于形狀簡單和表面平整。箱體應具有足夠的剛度，以免受載后變形過大而影響傳動質(zhì)量。箱體通常由箱座和箱蓋兩部分所組成，其剖分面則通過傳動的軸線。為了卸蓋容易，在剖分面處的一個凸緣上攻有螺紋孔，以便擰進螺釘時能將蓋頂起來。聯(lián)接箱座和箱蓋的螺栓應合理布置，并注意留出扳手空間。在軸承附近的螺栓宜稍大些并盡量靠近軸承。為保證箱座和箱蓋位置的準確性，在剖分面的凸緣上應設(shè)有2—3個圓錐定位銷。在箱蓋上備有為觀察傳動嚙合情況用的視孔、為排出箱內(nèi)熱空氣用的通氣孔和為提取箱蓋用的起重吊鉤。在箱座上則常設(shè)有為提取整個減速器用的起重吊鉤和為觀察或測量油面高度用的油面指示器或測油孔。關(guān)于箱體的壁厚、肋厚、凸緣厚、螺栓尺寸等均可根據(jù)經(jīng)驗公式計算，見有關(guān)圖冊。關(guān)于視孔、通氣孔和通氣器、起重吊鉤、油面指示Oe等均可從有關(guān)的設(shè)計手冊和圖冊中查出。在減速器中廣泛采用滾動軸承。只有在載荷很大、工作條件繁重和轉(zhuǎn)速很高的減速器才采用滑動軸承。 2）新型減速器結(jié)構(gòu) 下面列舉兩種聯(lián)體式減速器的新型結(jié)構(gòu)，圖中未將電動機部分畫出。 1）齒輪—蝸桿二級減速器；2）圓柱齒輪—圓錐齒輪—圓柱齒輪三級減速器。 這些減速器都具有以下結(jié)構(gòu)特點： ——在箱體上不沿齒輪或蝸輪軸線開設(shè)剖分面。為了便于傳動零件的安裝，在適當部位 有較大的開孔。 ——在輸入軸和輸出軸端不采用傳統(tǒng)的法蘭式端蓋，而改用機械密封圈；在盲孔端則裝有沖壓薄壁端蓋。 ——輸出軸的尺寸加大了，鍵槽的開法和傳統(tǒng)的規(guī)定不同，甚至跨越了軸肩，有利于充分發(fā)揮輪轂的作用。 和傳統(tǒng)的減速器相比，新型減速器結(jié)構(gòu)上的改進，既可簡化結(jié)構(gòu)，減少零件數(shù)目，同時又改善了制造工藝性。但設(shè)計時要注意裝配的工藝性，要提高某些裝配零件的制造精度。 1.3減速器潤滑 圓周速度u≤12m/s一15m／s的齒輪減速器廣泛采用油池潤滑，自然冷卻。為了減少齒輪運動的阻力和油的溫升，浸入油中的齒輪深度以1—2個齒高為宜。速度高的還應該淺些，建議在0．7倍齒高左右，但至少為10mm。速度低的(0．5m／s一0．8m／s)也允許浸入深些，可達到1／6的齒輪半徑；更低速時，甚至可到1／3的齒輪半徑。潤滑圓錐齒輪傳動時，齒輪浸入油中的深度應達到輪齒的整個寬度。對于油面有波動的減速器(如船用減速器)，浸入宜深些。在多級減速器中應盡量使各級傳動浸入油中深度近予相等。如果發(fā)生低速級齒輪浸油太深的情況，則為了降低其探度可以采取下列措施：將高速級齒輪采用惰輪蘸油潤滑；或?qū)p速器箱蓋和箱座的剖分面做成傾斜的，從而使高速級和低速級傳動的浸油深度大致相等。 減速器油池的容積平均可按1kW約需0．35L一0．7L潤滑油計算(大值用于粘度較高的油)，同時應保持齒輪頂圓距離箱底不低于30mm一50mm左右，以免太淺時激起沉降在箱底的油泥。減速器的工作平衡溫度超過90℃時，需采用循環(huán)油潤滑，或其他冷卻措施，如油池潤滑加風扇，油池內(nèi)裝冷卻盤管等。循環(huán)潤滑的油量一般不少于0．5L/kW。圓周速度u>12m/s的齒輪減速器不宜采用油池潤滑，因為：1)由齒輪帶上的油會被離心力甩出去而送不到嚙合處；2)由于攪油會使減速器的溫升增加；3)會攪起箱底油泥，從而加速齒輪和軸承的磨損；4)加速潤滑油的氧化和降低潤滑性能等等。這時，最好采用噴油潤滑。潤滑油從自備油泵或中心供油站送來，借助管子上的噴嘴將油噴人輪齒嚙合區(qū)。速度高時，對著嚙出區(qū)噴油有利于迅速帶出熱量，降低嚙合區(qū)溫度，提高抗點蝕能力。速度u≤20心s的齒輪傳動常在油管上開一排直徑為4mm的噴油孔，速度更高時財應開多排噴油孔。噴油孔的位置還應注意沿齒輪寬度均勻分布。噴油潤滑也常用于速度并不很高而工作條件相當繁重的重型減速器中和需要用大量潤滑油進行冷卻的減速器中。噴油潤滑需要專門的管路裝置、油的過濾和冷卻裝置以及油量調(diào)節(jié)裝置等，所以費用較貴。此外，還應注意，箱座上的排油孔宜開大些，以便熱油迅速排出。 蝸桿圓周速度在10m/s以下的蝸桿減速器可以采用油池潤滑。當蝸桿在下時，油面高度應低于蝸桿螺紋的根部，并且不應超過蝸桿軸上滾動軸承的最低滾珠(柱)的中心，以免增加功率損失。但如滿足了后一條件而蝸桿未能浸入油中時，則可在蝸桿軸上裝一甩油環(huán)，將油甩到蝸輪上以進行潤滑。當蝸桿在上時，則蝸輪浸入油中的深度也以超過齒高不多為限。蝸桿圓周速度在10m／s以上的減速器應采用噴油潤滑。噴油方向應順著蝸桿轉(zhuǎn)入嚙合區(qū)的方向，但有時為了加速熱的散失，油也可從蝸桿兩側(cè)送人嚙合區(qū)。齒輪減速器和蝸輪減速器的潤滑油粘度可分別參考表選取。若工作溫度低于0℃，則使用時需先將油加熱到0℃以上。蝸桿上置的，粘度應適當增大。 第二章 減速箱原始數(shù)據(jù)及傳動方案的選擇 2.1原始數(shù)據(jù) 運輸帶有效拉力F=1500N，工作速度v =1.2m/s，卷筒直徑D=200mm 間歇工作，載荷平穩(wěn)，傳動可逆轉(zhuǎn)，傳動比誤差為±5%，每隔2min工作一次，停機5min，工作年限為10年。 2.2傳動方案選擇 傳動裝置總體設(shè)計的目的是確定傳動方案、選定電機型號、合理分配傳動比以及計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)，為計算各級傳動件準備條件。由于我們的實驗的要求較高，電機輸入的最高轉(zhuǎn)速較大，為了減少成本，降低對電機的要求，同時能夠滿足減震器試驗臺的正常工作，我們對減震器采用這樣的方案:變頻電機通過帶輪的傳遞，到達第一對嚙合齒輪，為了讓減速器具有變速功能，我們使第二對嚙合齒輪為雙聯(lián)齒輪，最后由輸出軸傳遞給偏心輪機構(gòu)。因為本試驗屬于多功能測試，包括了靜特性試驗、疲勞試示功試驗、耐久試驗。所以對整個傳遞要求較高。所以第一、二根軸;兩端采用角接觸球軸承，第三根軸采用一頭用角接觸球軸承另一頭采用普通調(diào)心球軸承。 注意點是使用這個傳動方案應保證工作可靠，并且結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、加工方便、成本低廉、 傳動效率高和使用維護便利。 減速器設(shè)計 二級圓柱齒輪減速器傳動比一般為8～40，用斜齒、直齒或人字齒，結(jié)構(gòu)簡單，應用廣泛。展開式由于齒輪相對于軸承為不對稱布置，因而沿齒向載荷分布不均，要求軸有較大剛度；分流式則齒輪相對于軸承對稱布置，常用于較大功率、變載荷場合。同軸式減速器，長度方向尺寸較小，但軸向尺寸較大，中間軸較長，剛度較差。兩級大齒輪直徑接近有利于浸油潤滑，軸線可以水平、上下或鉛垂布置，如圖： 圖中展開式又可以有下面兩種，如下所示： 根據(jù)材料力學（工程力學）可以算出在相同載荷作用下，a方案優(yōu)先于b方案，∴ 最終選a 由裝配圖查得，。 由裝配圖查得， 綜上所述：可得y1＜y2 。 ∴選a方案。 第三章 電動機的選擇計算 合理的選擇電動機是正確使用的先決條件。選擇恰當，電動機就能安全、經(jīng)濟、可靠地運行；選擇得不合適，輕者造成浪費，重者燒毀電動機。選擇電動機的內(nèi)容包括很多，例如電壓、頻率、功率、轉(zhuǎn)速、啟動轉(zhuǎn)矩、防護形式、結(jié)構(gòu)形式等，但是結(jié)合農(nóng)村具體情況，需要選擇的通常只是功率、轉(zhuǎn)速、防護形式等幾項比較重要的內(nèi)容，因此在這里介紹一下電動機的選擇方法及使用。 3.1電動機選擇步驟 電動機的選擇一般遵循以下三個步驟： 3.1.1 型號的選擇 電動機的型號很多，通常選用異步電動機。從類型上可分為鼠籠式與繞線式異步電動機兩種。常用鼠籠式的有J、J2、JO、JO2、JO3系列的小型異步電動機和JS、JSQ系列中型異步電動機。繞線式的有JR、JR O2系列小型繞線式異步電動機和JRQ系列中型繞線式異步電動機。 從電動機的防護形式上又可分為以下幾種： 1．防護式。這種電動機的外殼有通風孔，能防止水滴、鐵屑等物從上面或垂直方向成45o以內(nèi)掉進電動機內(nèi)部，但是灰塵潮氣還是能侵入電動機內(nèi)部，它的通風性能比較好，價格也比較便宜，在干燥、灰塵不多的地方可以采用?！癑”系列電動機就屬于這種防護形式。 2．封閉式。這種電動機的轉(zhuǎn)子，定子繞組等都裝在一個封閉的機殼內(nèi)，能防止灰塵、鐵屑或其它雜物侵入電動機內(nèi)部，但它的密封不很嚴密，所以還不能在水中工作，“JO”系列電動機屬于這種防護形式。在農(nóng)村塵土飛揚、水花四濺的地方（如農(nóng)副業(yè)加工機械和水泵）廣泛地使用這種電動機。 3．密封式。這種電動機的整個機體都嚴密的密封起來，可以浸沒在水里工作，農(nóng)村的電動潛水泵就需要這種電動機。 實際上，農(nóng)村用來帶動水泵、機磨、脫粒機、扎花機和粉碎機等農(nóng)業(yè)機械的小型電動機大多選用JO、JO2系列電動機。 在特殊場合可選用一些特殊用途的電動機。如JBS系列小型三相防爆異步電動機，JQS系列井用潛水泵三相異步電動機以及DM2系列深井泵用三相異步電動機。 3.1.2 功率的選擇 一般機械都注明應配套使用的電動機功率，更換或配套時十分方便，有的農(nóng)業(yè)機械注明本機的機械功率，可把電動機功率選得比它大10%即可（指直接傳動）。一些自制簡易農(nóng)機具，我們可以憑經(jīng)驗粗選一臺電動機進行試驗，用測得的電功率來選擇電動機功率。 電動機的功率不能選擇過小，否則難于啟動或者勉強啟動，使運轉(zhuǎn)電流超過電動機的額定電流，導致電動機過熱以致燒損。電動機的功率也不能選擇太大，否則不但浪費投資，而且電動機在低負荷下運行，其功率和功率因數(shù)都不高，造成功率浪費。 選擇電動機功率時，還要兼顧變壓器容量的大小，一般來說，直接啟動的最大一臺鼠籠式電動機，功率不宜超過變壓器容量的1/3。 3.1.3 轉(zhuǎn)速的選擇 選擇電動機的轉(zhuǎn)速，應盡量與工作機械需要的轉(zhuǎn)速相同，采用直接傳動，這樣既可以避免傳動損失，又可以節(jié)省占地面積。若一時難以買到合適轉(zhuǎn)速的電動機，可用皮帶傳動進行變速，但其傳動比不宜大于3。 異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min等。異步電動機的轉(zhuǎn)速一般要低2%～5%，在功率相同的情況下，電動機轉(zhuǎn)速越低體積越大，價格也越高，而且功率因數(shù)與效率較低；高轉(zhuǎn)速電動機也有它的缺點，它的啟動轉(zhuǎn)矩較小而啟動電流大，拖動低轉(zhuǎn)速的農(nóng)業(yè)機械時傳動不方便，同時轉(zhuǎn)速高的電動機軸承容易磨損。所以在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上一般選用1500r/min的電動機，它的轉(zhuǎn)速也比較高，但它的適應性較強，功率因數(shù)也比較高。 3.2 電動機型號的確定 根據(jù)已知的工作要求和條件，選用Y型全封閉籠型三相異步電動機。 ① 由公式 P1=Fv=1500×1.2=1.8 kw 電動機轉(zhuǎn)速 n1===114。65. r/min ② 求電機功率P5 P= P電η η=ηa·ηb·η齒2·ηz3 P= Fv 查閱資料可得：選取?1=0.99 — 彈性柱銷聯(lián)軸器 ?2=0.97 — 6級精度齒輪的效率 ?3=0.98— 7級精度齒輪的效率 ?4=0.938 — 滾動滾子軸承的效率 ?5=0.96—滾子鏈傳動 則?總=η1η2η3η4η5=0.8503 P5===2.127 kw 查閱資料可得：取 i=8~60 則 n5=n1i=114.65×(8~40)=917.2~4586 (r/min) 電動機符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有1500、3000，綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格和帶傳動比，顯然選擇1500 r/min的同步轉(zhuǎn)速電動機比較合適。 電動機型號 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速 極數(shù) (額定轉(zhuǎn)矩)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 (額定轉(zhuǎn)矩) Y112M-4 2.2 kw 1440 r/min 4 2.2 kw 2.2 kw 第四章 軸的設(shè)計 機器上所安裝的旋轉(zhuǎn)零件，例如帶輪、齒輪、聯(lián)軸器和離合器等都必須用軸來支承，才能正常工作，因此軸是機械中不可缺少的重要零件。本章將討論軸的類型、軸的材料和輪轂聯(lián)接，重點是軸的設(shè)計問題，其包括軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度計算。結(jié)構(gòu)設(shè)計是合理確定軸的形狀和尺寸，它除應考慮軸的強度和剛度外，還要考慮使用、加工和裝配等方面的許多因素。 4.1 軸的分類 按軸受的載荷和功用可分為： 1.心軸：只承受彎矩不承受扭矩的軸，主要用于支承回轉(zhuǎn)零件。如.車輛軸和滑輪軸。 2.傳動軸：只承受扭矩不承受彎矩或承受很小的彎矩的軸,主要用于傳遞轉(zhuǎn)矩。如汽車的傳動軸。 3.轉(zhuǎn)軸：同時承受彎矩和扭矩的軸，既支承零件又傳遞轉(zhuǎn)矩。如減速器軸。 4.2軸的材料 主要承受彎矩和扭矩。軸的失效形式是疲勞斷裂，應具有足夠的強度、韌性和耐磨性。軸的材料從以下中選?。? 1. 碳素鋼 　　優(yōu)質(zhì)碳素鋼具有較好的機械性能，對應力集中敏感性較低，價格便宜，應用廣泛。例如：35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素鋼。一般軸采用45鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)或正火處理；有耐磨性要求的軸段，應進行表面淬火及低溫回火處理 。輕載或不重要的軸，使用普通碳素鋼Q235、Q275等。 2. 合金鋼 合金鋼具有較高的機械性能，對應力集中比較敏感，淬火性較好，熱處理變形小，價格較貴。多使用于要求重量輕和軸頸耐磨性的軸。例如：汽輪發(fā)電機軸要求，在高速、高溫重載下工作，采用27Cr2Mo1V、38CrMoAlA等。滑動軸承的高速軸，采用20Cr、20CrMnTi等。 3. 球墨鑄鐵 球墨鑄鐵吸振性和耐磨性好，對應力集中敏感低，價格低廉，使用鑄造制成外形復雜的軸。例如：內(nèi)燃機中的曲軸。 4.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 如圖所示為一齒輪減速器中的的高速軸。軸上與軸承配合的部份稱為軸頸，與傳動零件配合的部份稱為軸頭，連接軸頸與軸頭的非配合部份稱為軸身，起定位作用的階梯軸上截面變化的部分稱為軸肩。 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求有： （1）、便于軸上零件的裝配 軸的結(jié)構(gòu)外形主要取決于軸在箱體上的安裝位置及形式，軸上零件的布置和固定方式，受力情況和加工工藝等。為了便于軸上零件的裝拆，將軸制成階梯軸，中間直徑最大，向兩端逐漸直徑減小。近似為等強度軸。 （2）、保證軸上零件的準確定位和可靠固定 軸上零件的軸向定位方法主要有：軸肩定位、套筒定位、圓螺母定位、軸端擋圈定位和軸承端蓋定位。 1）軸向定位的固定 ① 軸肩或軸環(huán)：如教材圖10-7所示。軸肩定位是最方便可靠的定位方法，但采用軸肩定位會使軸的直徑加大，而且軸肩處由于軸徑的突變而產(chǎn)生應力集中。因此，多用于軸向力較大的場合。定位軸肩的高度h=(0.07—0.1)d，d為與零件相配處的軸徑尺寸。要求r軸óca 所以軸安全。 第五章 聯(lián)軸器的選擇 5.1 聯(lián)軸器的功用 聯(lián)軸器是將兩軸軸向聯(lián)接起來并傳遞扭矩及運動的部件并具有一定的補償兩軸偏移的能力，為了減少機械傳動系統(tǒng)的振動、降低沖擊尖峰載荷，聯(lián)軸器還應具有一定的緩沖減震性能。聯(lián)軸器有時也兼有過載安全保護作用。 5.2 聯(lián)軸器的類型特點 剛性聯(lián)軸器：剛性聯(lián)軸器不具有補償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，也不具有緩沖減震性能；但結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。只有在載荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，能保證被聯(lián)兩軸軸線相對偏移極小的情況下，才可選用剛性聯(lián)軸器。 　　 撓性聯(lián)軸器：具有一定的補償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，最大量隨型號不同而異。 無彈性元件的撓性聯(lián)軸器：承載能力大，但也不具有緩沖減震性能，在高速或轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定或經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)時，有沖擊噪聲。適用于低速、重載、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的場合。 非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器：在轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)時有很好的緩沖減震性能；但由于非金屬（橡膠、尼龍等）彈性元件強度低、壽命短、承載能力小、不耐高溫和低溫，故適用于高速、輕載和常溫的場合 金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器： 除了具有較好的緩沖減震性能外，承載能力較大，適用于速度和載荷變化較大及高溫或低溫場合。 安全聯(lián)軸器：在結(jié)構(gòu)上的特點是，存在一個保險環(huán)節(jié)（如銷釘可動聯(lián)接等），其只能承受限定載荷。當實際載荷超過事前限定的載荷時，保險環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截斷運動和動力的傳遞，從而保護機器的其余部分不致?lián)p壞，即起安全保護作用。 起動安全聯(lián)軸器：除了具有過載保護作用外，還有將機器電動機的帶載起動轉(zhuǎn)變?yōu)榻瓶蛰d起動的作用。 5.3 聯(lián)軸器的選用 聯(lián)軸器選擇原則： 轉(zhuǎn)矩T： T↑，選剛性聯(lián)軸器、無彈性元件或有金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器； T有沖擊振動，選有彈性元件的撓性聯(lián)軸器； 轉(zhuǎn)速n：n↑，非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器； 對中性：對中性好選剛性聯(lián)軸器，需補償時選撓性聯(lián)軸器； 裝拆：考慮裝拆方便，選可直接徑向移動的聯(lián)軸器； 環(huán)境：若在高溫下工作，不可選有非金屬元件的聯(lián)軸器； 成本：同等條件下，盡量選擇價格低，維護簡單的聯(lián)軸器； 5.4 聯(lián)軸器材料 半聯(lián)軸器的材料常用45、20Cr鋼，也可用ZG270—500鑄鋼。鏈齒硬度最好為40HRC一45HRC。聯(lián)軸器應有罩殼，用鋁合金鑄成。用單排鏈時，滾子和套筒受力，銷軸只起聯(lián)接作用，結(jié)構(gòu)可靠性好；用雙排鏈時，銷軸受剪力，承受沖擊能力較差，銷軸與外鏈板之間的過盈配合容易松動。在高速輕載場合，宜選用較小鏈節(jié)距的鏈條，重量輕，離心力小；在低速重載場合，宜選用較大鏈節(jié)距的鏈條，以便加大承載面積。鏈輪齒數(shù)一般為12~22。為避免過渡鏈節(jié)，宜取偶數(shù)。 本機構(gòu)查GB4323-84，選用TL4型彈性套柱銷聯(lián)軸器，其尺寸參數(shù)如表所示， 型號 公稱轉(zhuǎn)矩N.m 軸孔直徑 軸孔長度L、L1 D S A D0 B 質(zhì)量 Y,J,J1,Z Kg ? ? d1，d2，dz L、L1 Tl TLL TL1 - 6.3 9-14 14-32 71 3 18 - - 1.16 - TL2 - 16 12-19 20-42 80 3 18 - - 1.64 - TL3 - 31.5 16-22 30-52 95 4 35 - - 2.2 - TL4 - 63 20-28 38-62 106 4 35 - - 3.2 - TL5 TLL1 125 25-35 44-82 130 5 45 200 85 8.36 8.3 TL6 TLL2 250 32-42 60-112 160 5 45 250 105 10.36 15.3 TL7 TLL3 500 40-48 84-112 190 5 45 315 132 15.7 30.0 TL8 TLL4 710 45-63 84-142 224 6 65 315 132 25.4 39.6 TL9 TLL5 1000 50-71 84-142 250 6 65 315 168 31 47.0 TL10 TLL6 2000 60-95 107-172 315 8 80 400 168 65.9 92.6 TL11 TLL7 4000 80-110 132-212 400 10 100 500 210 122.6 172.3 TL12 TLL8 8000 100-130 167-252 475 12 130 500/630 210/265 218.4 304.3 TL13 TLL9 16000 120-170 167-302 600 14 180 710 298 425.8 576.8 T=T0=31.236N.M 取KA=1.7則 TCA=KA*T=1.7*31.236N*M=53.1N*M 許用轉(zhuǎn)距：63N*M 許用最大轉(zhuǎn)速：5700r/min 軸徑：20-80mm 第六章 圓柱齒輪傳動設(shè)計 齒輪傳動的適用范圍很廣，傳遞功率可高達數(shù)萬千瓦，圓周速度可達150m／s(最高300m／s)，直徑能做到10m以上，單級傳動比可達8或更大，因此在機器中應用很廣。 6.1 齒輪傳動特點與分類 和其他機械傳動比較，齒輪傳動的主要優(yōu)點是：工作可靠，使用壽命長；瞬時傳動比為常數(shù)；傳動效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和速度適用范圍很廣等。缺點是：齒輪制造需專用機床和設(shè)備，成本較高；精度低時，振動和噪聲較大；不宜用于軸間距離大的傳動等。 按齒線相對于齒輪母線方向分：直齒，斜齒，人宇齒，曲線齒 按齒輪傳動工作條件分： 閉式傳動，形式傳動，半形式傳動 按齒廓曲線分： 漸開線齒，擺線齒，圓弧齒 按齒面硬度分： 軟齒面(≤350佃)，硬齒面(>350佃) 6.2 齒輪傳動的主要參數(shù)與基本要求 齒輪傳動應滿足兩項基本要求:1)傳動平穩(wěn);2)承載能力高。 在齒輪設(shè)計、生產(chǎn)和科研中，有關(guān)齒廓曲線、齒輪強度、制造精度、加工方法以及熱理工藝等，基本上都是圍繞這兩個基本要求進行的。 6.2．1主要參數(shù) ——基本齒廓。漸開線齒輪輪齒的基本齒廓及其基本參數(shù)見表12．2或查閱機械設(shè)計手冊。 ——模數(shù)。為了減少齒輪刀具種數(shù)，規(guī)定的標準模數(shù)見表12．3或查閱機械設(shè)計手冊。 ——中心距。薦用的中心距系列見表12，4或查閱機械設(shè)計手冊。 ——傳動比i、齒數(shù)比u。主動輪轉(zhuǎn)速nl與從動輪轉(zhuǎn)速n2之比稱為傳動比i。大齒輪的齒數(shù)z2與小齒輪齒數(shù)z1之比稱為齒數(shù)比u。 減速傳動時，u=i；增速傳動u=1/i 。 ——標準模數(shù)m： ① 斜齒輪及人宇齒輪取法向模數(shù)為標準模數(shù)，錐齒輪取大端模數(shù)為標準模數(shù)。 ②標準中優(yōu)先采用第一系列，括號內(nèi)的模數(shù)盡可能不用。 ——變位系數(shù)。刀具從切制標準齒輪的位置移動某一徑向距離(通稱變位量)后切制的齒輪， 稱為徑向變位系數(shù)。刀具變位量用xm表示，x稱為變位系數(shù)。刀具向齒輪中心移動，x為負值，反之為正值。隨著x的改變，輪齒形狀也改變，因而可使?jié)u開線上的不同部分作為工作齒廓，以改善嚙合性質(zhì)。 ， 由變位齒輪所組成的齒輪傳動，若兩輪變位系數(shù)的絕對值相等，但一為正值，另一為負值，即x1=-x2稱為“高度變位”，此時，傳動的嚙合角等于分度圓壓力角，分度圓和節(jié)圓重合，中心距等于標準齒輪傳動中心距，只是齒頂高和齒根高有所變化。 若x1=-x2；x1+x2≠0，這種齒輪傳動稱為角度變位齒輪傳動。此時，嚙合角將不等于分度圓壓力角，分度圓和節(jié)圓不再重合。 6.2.2 精度等級的選擇 在漸開線圓柱齒輪和錐齒輪精度標準(GBl0095—-88和GBll365—89)中，規(guī)定了12個精度等級，按精度高低依次為1—12級，根據(jù)對運動準確性、傳動平穩(wěn)性和載荷分布均勻性的要求不同，每個精度等級的各項公差相應分成三個組：第Ⅰ公差組、第Ⅱ公差組和第Ⅲ公差組。 6.2.3 齒輪傳動的失效形式 齒輪傳動的失效形式主要有輪齒折斷和齒面損傷兩類。齒面損傷又有齒面接觸疲勞磨損(點蝕)、膠合、磨粒磨損和塑性流動等。 減速器中齒輪分布如圖所示，齒輪的傳動形式一般有： 1)齒輪傳動：按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計公式作齒輪的設(shè)計計算，不按齒面接觸疲勞強度設(shè)計公式計算，也無需用齒面接觸疲勞強度校核公式進行校核。開式齒輪傳動，將計算所得模數(shù)加大10%-15%（考慮磨損影響。傳遞動力的齒輪模數(shù)一般不小于1.5-2mm（以防意外斷齒）。 2)齒輪傳動：方法一 軟齒面閉式齒輪傳動傳動，接觸疲勞點蝕是主要失效形式，計算時先按齒面接觸疲勞強度設(shè)計公式求出小齒輪直徑d1和接觸齒寬b，再用齒根彎曲疲勞強度校核公式進行校核。硬齒面閉式齒輪傳動計算時先按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計公式求出模數(shù)m和接觸齒寬b，再用齒面接觸疲勞強度校核公式進行校核。 方法二 不論軟硬齒面都分別按彎曲疲勞強度設(shè)計公式求出模數(shù)m,按接觸疲勞強度設(shè)計公式求出小齒輪分度圓直徑d1，再按d1=mZ1調(diào)整齒數(shù)Z1。與方法一相比，這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既剛好滿足接觸疲勞強度，又剛好滿足彎曲疲勞強度，所以結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 6.3齒輪參數(shù)計算 材料選擇：小齒輪40C r（調(diào)質(zhì)）硬度280HBs 大齒輪45#鋼（調(diào)質(zhì)）硬度240HBs；（硬度差40HBs）材料選擇： 運輸機為一般工作機器速度不高，故選用6級和7級精度（GB10095-88） 選擇初選螺旋角β=14度，取Z1=21，Z2=4*21=84 高速級斜齒輪、圓柱齒輪傳動的設(shè)計計算 （1）選擇精度等級、材料及齒數(shù) 選擇小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))，硬度為240HBS； 減速器一般選用7級精度（GB10095-88） 選擇z1=20，由z2= i高z1=53.45，圓整z2=54 則 i高= z2/z1=54/20=2.7 Δi=%=1%＜±2.5%，u=2.7 i高= i高’=2.7 選取螺旋角，初選螺旋角β=14° （2）按齒面接觸強度設(shè)計（以下公式、表、圖均出自《機械設(shè)計》） d1t≥ ① 試選載荷系數(shù)kt=1.6 ② 查閱資料可得，選取區(qū)域系數(shù)zH=2.433 ③ 查閱資料可得，=0.78, =0.87, 則：=+=0.78+0.87=1.65 ④ 查閱資料可得，按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限=560Mpa，大齒輪的接觸疲勞強度極限=531Mpa ⑤ 查閱資料可得，選取持寬系數(shù)=1 ⑥ 查閱資料可得，材料的彈性影響系數(shù)zE=200Mpa ⑦ 查閱資料可得，計算應力循環(huán)次數(shù) N1=60·nⅢJLh=60×1420×1×(1×8×300×10)=2.045×1010 N2=N1/μ=2.045×1010/2.7=7.574×109 ⑧ 查閱資料可得，接觸疲勞強度系數(shù)kHN1=1，kHN2=1.11 ⑨ 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1％，安全系數(shù)s=1（《簡明