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1、. 斜齒圓柱齒輪減速器結構設計說明 機械工程 系 機械工程及自動化 專業(yè) 機械12-7 班 設計者 林鍵 指導教師 王春華 2014 年 12 月 26 日 遼寧工程技術大學 . 題目二：二級展開式斜齒圓柱齒輪減速器輸出軸結構簡圖及原始數(shù)據(jù) l s b2 al 軸系結構簡圖 項目 設計方案 名稱 字母表示及單

2、位 4 輸入功率 P/kW 6.1 軸轉速 n/(r/min) 150 齒輪齒數(shù) z2 107 齒輪模數(shù) mn/mm 4 齒輪寬度 b2/mm 80 齒輪螺旋角 β 86’34” a/mm 80 l/mm 215 s/mm 100 鏈節(jié)距 p/mm 25.4 鏈輪齒數(shù) z 29 軸承旁螺栓直徑 d/mm 16 二、根據(jù)已知條件計算傳動件的作用力 1.計算齒輪處轉矩T、圓周力Ft、徑向力Fr、軸向力Fa及鏈傳動軸壓力Q。 已知：軸輸入功率P=6.1kW，轉速n=150r/(min)。 轉矩計算：

3、 分度圓直徑計算： 圓周力計算： 徑向力計算： 軸向力計算： 軸壓力計算： 計算公式為： 由于轉速小，沖擊不大，因此取KQ=1.2,帶入數(shù)值得： Q R2z R2y Rr Rt Ra R1y R1z 軸受力分析簡圖 2.計算支座反力 (1)計算垂直面（XOZ）支反力 (2)計算垂直面（XOY）支反力 三、初選軸的材料，確定材料機械性能 初選材料及機械性能 材料牌號 45號 熱處理 調質 毛坯直徑/mm ≤200 硬度/HBS 217~255 σB/MPa 637 σs/MPa 35

4、3 σ-1/MPa 268 τ-1/MPa 155 [σ+1] /MPa 216 [σ0] /MPa 98 [σ-1] /MPa 59 四、進行軸的結構設計 1.確定最小直徑 按照扭轉強度條件計算軸的最小值dmin。 其設計公式為： 查表8-2，因彎矩較大故A0取大值118，帶入計算得： 因開有鍵槽，軸徑需增大5% 得：D=42.63mm 圓整成標準值得：D1=45mm 2.設計其余各軸段的直徑和長度，且初選軸承型號 (1)設計直徑 考慮軸上零件的固定、裝拆及加工工藝要求。首先考慮軸承選型，其直徑末尾數(shù)必須是0、5，且為了便于計算，故D3初

5、取60mm?？紤]鏈輪及軸承2的固定，故D2取55?？紤]齒輪由軸套固定，故D4取62?？紤]軸承選型相同及齒輪固定問題D5取70，D6取66，D7取60。 (2)設計各軸段長度 考慮齒輪的拆裝與定位L4取78。考慮最左側軸承的拆裝與定位L7取25?？紤]鏈輪寬度B=72，L1取70?？紤]軸承2與齒輪的相對位置及軸承2的左端固定L3取54?？紤]鏈輪與軸承2的相對位置及軸承2的右端固定，故L2取52?？紤]齒輪左端固定及軸環(huán)強度問題，L5取8?？紤]齒輪與軸承1之間的相對位置及軸環(huán)的寬度，L6取75。 (3)軸的初步結構設計圖 7 6 5 4

6、 3 2 1 (4)初選軸承型號 由于，故選擇向心推力軸承，考慮軸徑為60，初選軸承型號為圓錐滾子軸承30212。 3.選擇連接形式與設計細部結構 (1)選擇連接形式 連接形式主要是指鏈輪與齒輪的周向固定：初步選擇利用鍵連接以固定鏈輪與齒輪。而鍵的型號依據(jù)鏈輪與齒輪處軸徑大小D1、D4分別為45mm、62mm，查《機械設計課程設計》中表20-1初選鏈輪處鍵的公稱尺寸為149，而鍵長L1初取56mm；初選齒輪處鍵的公稱尺寸為1811，鍵長L2初取63 (2)其余細部結構 五、軸的疲勞強度校核 1.軸的受力

7、圖 Q R2z R2y Rr Rt Ra R1y R1z 1 2 4 3 2.繪制軸的彎矩圖與轉矩圖 (1)垂直面（XOZ）彎矩圖 1 4 2 3 90256Nm (2)水平面（XOY）彎矩圖 1 4 2 3 216405Nmm 397500Nmm (3)合成彎矩圖 1 4 2 3 234472.3Nmm 397500Nmm (4)繪制轉矩圖 1 4 2 3 T=388366.7Nm 3.確定危險截面,計算安全系數(shù),校核軸的疲勞強度 Ⅰ

8、 Ⅱ Ⅲ ⅣⅤ （ ） （ ） 通過對軸上零件的受力分析，繪制彎矩及轉矩圖，并綜合考慮軸徑大小及鍵槽、圓角等因素對軸的應力影響，最終確定了5個危險截面。Ⅰ截面彎矩較大，且開有鍵槽，有應力集中。Ⅱ截面彎矩較大，且有應力圓角，有應力集中。Ⅲ截面彎矩最大。Ⅳ截面彎矩不大但截面小，有圓角，有應力集中。Ⅴ截面彎矩小，但開有鍵槽，有應力集中。 (1)計算Ⅰ截面處的安全系數(shù) 綜合影響系數(shù)，如下； 有效應力集中系數(shù) Kσ=1.81 Kτ=1.60 絕對尺寸系數(shù) εσ=0.78 ετ=0.74 加工表面的表面質量系數(shù) β=0.95 應

9、力總數(shù) 彎曲 Ψσ=0.34 扭轉 Ψτ=0.21 計算抗彎模量與抗扭模量 計算彎曲應力 I截面處最大彎矩 I截面最大扭矩 將彎曲應力看成對稱循環(huán)應力求解，有： 計算扭轉切應力 將扭轉切應力看作脈動循環(huán)應力求解，有： 按疲勞強度計算安全系數(shù) 綜合安全系數(shù) (2)計算Ⅱ截面處的安全系數(shù) 有效應力集中系數(shù) Kσ=1.58 Kτ=1.41 絕對尺寸系數(shù) εσ=0.81 ετ=0.76 加工表面的表面質量系數(shù) β=0.95 應力總數(shù) 彎曲 Ψσ=0.34 扭轉 Ψτ=0.21 計算抗彎模量與抗扭模量

10、計算彎曲應力 Ⅱ截面最大彎矩 Ⅱ截面最大扭矩 將彎曲應力看成對稱循環(huán)應力求解，有： 計算扭轉切應力 將扭轉切應力看作脈動循環(huán)應力求解，有： 按疲勞強度計算安全系數(shù) 綜合安全系數(shù) (3)計算Ⅲ截面處的安全系數(shù) 有效應力集中系數(shù) Kσ=1 Kτ=1 絕對尺寸系數(shù) εσ=0.81 ετ=0.76 加工表面的表面質量系數(shù) β=0.95 應力總數(shù) 彎曲 Ψσ=0.34 扭轉 Ψτ=0.21 計算抗彎模量與抗扭模量 計算彎曲應力 Ⅲ截面最大彎矩 Ⅲ截面最大扭矩 將彎曲應力看成對稱循環(huán)應力求解，有：

11、 計算扭轉切應力 將扭轉切應力看作脈動循環(huán)應力求解，有： 按疲勞強度計算安全系數(shù) 綜合安全系數(shù) (4)計算Ⅳ截面處的安全系數(shù) 有效應力集中系數(shù) Kσ=2.26 Kτ=2.14 絕對尺寸系數(shù) εσ=0.84 ετ=0.78 加工表面的表面質量系數(shù) β=0.95 應力總數(shù) 彎曲 Ψσ=0.34 扭轉 Ψτ=0.21 計算抗彎模量與抗扭模量 計算彎曲應力 Ⅳ截面最大彎矩 Ⅳ截面最大扭矩 將彎曲應力看成對稱循環(huán)應力求解，有： 計算扭轉切應力 將扭轉切應力看作脈動循環(huán)應力求解，有： 按疲勞強度計

12、算安全系數(shù) 綜合安全系數(shù) (5)計算Ⅴ截面處的安全系數(shù) 有效應力集中系數(shù) Kσ=1.81 Kτ=1.60 絕對尺寸系數(shù) εσ=0.84 ετ=0.78 加工表面的表面質量系數(shù) β=0.95 應力總數(shù) 彎曲 Ψσ=0.34 扭轉 Ψτ=0.21 計算抗彎模量與抗扭模量 計算彎曲應力 Ⅴ截面處最大彎矩 Ⅴ截面最大扭矩 將彎曲應力看成對稱循環(huán)應力求解，有： 計算扭轉切應力 將扭轉切應力看作脈動循環(huán)應力求解，有： 按疲勞強度計算安全系數(shù) 綜合安全系數(shù) 綜上所述：所校核截面的安全系數(shù)均大于許用安全系數(shù)[S]

13、=2.0，故軸設計滿足安全。 六、選擇軸承型號，計算軸承壽命 1.計算軸承所受支反力 2.計算派生軸向力 3.求軸承軸向載荷 4.計算軸承當量動載荷 查表，取X1=0.4，Y1=1.5 查表9-6，取X2=1，Y2=0 查表9-7，取fd=1.5 根據(jù)彎矩圖可得，fm1=1,fm2=2 5.計算軸承壽命 因P2>P1，故計算按P2計算，查表9-4得ft=1，圓錐滾子軸承取10/3，查表得Cr=97800N。 軸承壽命符合要求。 七、鍵連接的計算 校核平鍵的強度 平鍵的擠壓應力計算公式為： 鏈輪處平鍵尺寸：h=9,d=45,l=56 齒輪處平鍵尺寸：h=11,d=62,l=63 帶入公式得： 因兩鍵均受沖擊載荷，且為靜聯(lián)接，故許用壓應力 經(jīng)過比較，兩鍵的計算應力均小于許用應力，故判斷其強度均合格。 八、軸系部件的結構裝配圖 軸系部件結構裝配圖如圖所示。 .