1、1斜齿圆柱齿轮减速器结构设计说明机械工程及自动化 班设计者 指导教师 2014 年 12 月 26 日辽宁工程技术大学 21一、 设计任务书及原始数据题目：二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器输出轴组合结构设计l sb2al轴系结构简图原始数据表 1项目 设计方案名称 字母表示及单位2输入功率 P/kW 4.3轴转速 n/(r/min) 130齿轮齿数 z2 103齿轮模数 mn/mm 4齿轮宽度 b2/mm 80齿轮螺旋角 8634”a/mm 80l/mm 215s/mm 100链截距 p/mm 25.4链轮齿数 z 29轴承旁螺栓直径d/mm 16表 1 设计方案及原始数据二、根据已知条件计算传动
2、件的作用力2.1 计算齿轮处转矩 T、圆周力 Ft、径向力 Fr、轴向力 Fa及链传动轴压力 Q。已知：轴输入功率 P=4.3kW，转速 n=130r/(min)。转矩计算： mNnPT 6.35840/.450.9/105.9662分度圆直径计算： mzmdn 1.4638cos/104cos/21 圆周力计算： NTFt .5.6/.358/1径向力计算： ntr 2.58436cos/20tan.1cos/a 轴向力计算： ta 4368t.5轴压力计算：计算公式为： )106/(10npzPKvPKQQQ由于转速小，冲击不大，因此取 KQ=1.2,带入数值得：N32)106/(294.
3、5130.QR2zR2yRrRtRaR1yR1z轴受力分析简图2.2 计算支座反力1、计算垂直面（XOZ）支反力 NlasQRry 2.5087215)(.8)0(32)()(2 Nr 96.58.508712、计算垂直面（XOY）支反力 latz 4.321)(3.)(Rzt 95645821 3、计算垂直面（YOZ）支反力Ra=0N三、初选轴的材料，确定材料机械性能初选材料及机械性能见表 2材料牌号 45 号热处理 调质毛坯直径/mm2003硬度/HBS 217255 B/MPa 637 s/MPa 353 -1/MPa 268 -1/MPa 155 +1 /MPa 216 0 /MPa
4、98 -1 /MPa 59四、进行轴的结构设计4.1 确定最小直径按照扭转强度条件计算轴的最小值 dmin。其设计公式为 30362.0159nPAdT查表 8-2，因弯矩较大故 A0取大值 118，带入计算得：md1.830.41因开有键槽，轴径需增大 5%得：D=40.01mm圆整成标准值得：D1=45mm4.2 设计其余各轴段的直径和长度，且初选轴承型号1、设计直径考虑轴上零件的固定、装拆及加工工艺要求。首先考虑轴承选型，其直径末尾数必须是 0、5，且为了便于计算，故 D3初取 60mm。考虑链轮及轴承 2 的固定，故 D2 取 55。考虑齿轮由轴套固定，故 D4 取 62。考虑轴承选型
5、相同及齿轮固定问题D5 取 70，D6 取 66，D7 取 60。2、设计各轴段长度考虑齿轮的拆装与定位 L4 取 78。考虑最左侧轴承的拆装与定位 L7 取 25。考虑链轮宽度 B=72，L1 取 70。考虑轴承 2 与齿轮的相对位置及轴承 2 的左端固定 L3 取 54。考虑链轮与轴承 2 的相对位置及轴承 2 的右端固定，故 L2 取 52。考虑齿轮左端固定及轴环强度问题，L5 取 8。考虑齿轮与轴承 1 之间的相对位置及轴环的宽度，L6 取 75。3、轴的初步结构设计图47 6 5 4 3 2 14、初选轴承型号由于 ，故选择向心推力轴承，考虑轴径3187.02516raF为 60，初
6、选轴承型号为圆锥滚子轴承 30212。4.3 选择连接形式与设计细部结构1、选择连接形式连接形式主要是指链轮与齿轮的周向固定：初步选择利用键连接以固定链轮与齿轮。而键的型号依据链轮与齿轮处轴径大小 D1、D4 分别为 45mm、62mm，查机械设计课程设计中表 20-1 初选链轮处键的公称尺寸为 149，而键长 L1 初取56mm；初选齿轮处键的公称尺寸为 1811，键长 L2 初取 632、设计细部结构五、轴的疲劳强度校核5.1 轴的受力图QR2zR2yRrRtRaR1yR1z1 24 35.2 绘制弯矩图1、垂直面（XOZ）弯矩图 mNalRMzz 762804.953)21(9.564)
7、(2141 4 2 376272Nm52、水平面（XOY）弯矩图 mNalRMy 174960)825(196)(14sQ3021 4 2 3174960Nmm323300Nmm3、合成弯矩图 mNMyz 3.90862244y321 4 2 3190826.3Nmm323300Nmm5.3 绘制转矩图1 4 2 3T=315884.6Nm5.4 确定危险截面mNT6.35846（ ）通过对轴上零件的受力分析，绘制弯矩及转矩图，并综合考虑轴径大小及键槽、圆角等因素对轴的应力影响，最终确定了 5 个危险截面。截面弯矩较大，且开有键槽，有应力集中。截面弯矩较大，且有应力圆角，有应力集中。截面弯矩最
8、大。截面弯矩不大但截面小，有圆角，有应力集中。截面弯矩小，但开有键槽，有应力集中。5.4 计算安全系数，校核轴的疲劳强度1、计算截面处的安全系数综合影响系数，如下；有效应力集中系数 K =1.81 K =1.60绝对尺寸系数 =0.78 =0.74加工表面的表面质量系数 =0.95弯曲 =0.34应力总数扭转 =0.21计算抗弯模量与抗扭模量 32323 204)6/(76182/6)/(2/ mdtbdW 716T计算弯曲应力I 截面处最大弯矩 mNM 9.24053.198630).90823(I 截面最大扭矩 mNT6.154将弯曲应力看成对称循环应力求解，有： MPaWa 8.1203
9、4/9.5/x 0m计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有： aTa 61.3)472/(6.3158)2/( MPam6.3按疲劳强度计算安全系数（ ） 716.)034.)78.095/(.18./(26maKS22./.3/5)综合安全系数 4.5.16.222Sca2、计算截面处的安全系数有效应力集中系数 K =1.58 K =1.41绝对尺寸系数 =0.81 =0.76加工表面的表面质量系数 =0.95弯曲 =0.34应力总数扭转 =0.21计算抗弯模量与抗扭模量 333 8.2105/602/mdW41T计算弯曲应力截面最大弯矩 NM 3.2571.190863).90
10、8263(截面最大扭矩 mNT.154将弯曲应力看成对称循环应力求解，有： MPaWa 97.18205/3.571/x 0m计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有： aTa 72.3)5412/(6.3158)2/( MPam7.3按疲劳强度计算安全系数 2.7)034.)81.095/(.158./(26)maKS176./2.34/综合安全系数 28.122Sca3、计算截面处的安全系数8有效应力集中系数 K =1 K =1绝对尺寸系数 =0.81 =0.76加工表面的表面质量系数 =0.95弯曲 =0.34应力总数扭转 =0.21计算抗弯模量与抗扭模量 333 8.2105
11、/602/mdW41T计算弯曲应力截面最大弯矩 mNM320截面最大扭矩T6.1584将弯曲应力看成对称循环应力求解，有： MPaWa 25.1820/3/mx 0计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有： aTa 72.3)5412/(6.3158)2/( MPam7.3按疲劳强度计算安全系数 95.8)034.)81.095/(2.1/(68maKS24.17.276./.3/5综合安全系数 9.4.195.8222Sca4、计算截面处的安全系数有效应力集中系数 K =2.26 K =2.14绝对尺寸系数 =0.84 =0.78加工表面的表面质量系数 =0.95弯曲 =0.34应
12、力总数扭转 =0.21计算抗弯模量与抗扭模量 333 2.946/452/mdW1716T计算弯曲应力9截面最大弯矩 mNM16380/32截面最大扭矩 NT6.1584将弯曲应力看成对称循环应力求解，有： MPaWa 0.1328946/13/mx0计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有： aTa 9.8)4172/(6.3584)2/( MPam9.8按疲劳强度计算安全系数 80.4)3.0)84.50/(.1326./( maKS75.921.7.9/.84/5)综合安全系数 6.5.30.22Sca5、计算截面处的安全系数有效应力集中系数 K =1.81 K =1.60绝对
13、尺寸系数 =0.84 =0.78加工表面的表面质量系数 =0.95弯曲 =0.34应力总数扭转 =0.21计算抗弯模量与抗扭模量 32323 .761)45/(.45(12/45)/(2/ mdtbdW 616T计算弯曲应力截面处最大弯矩 mNM905248/320截面最大扭矩T6.154将弯曲应力看成对称循环应力求解，有： MPaWa 9.1376/90524/mx0计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有：10MPaWTa 5.9)1672/(.3584)2/( MPam5.9按疲劳强度计算安全系数 78.6)034.)8.0/(.18./(26maKS5.921.7.95/./
14、5)综合安全系数 7.34.8.622Sca综上所述：所校核截面的安全系数均大于许用安全系数S=2.0，故轴设计满足安全。六、选择轴承型号，计算轴承寿命6.1 计算轴承所受支反力 NRzy 8.1439.5612221 750876.2 计算派生轴向力 NYS3.415.21R7826.3 求轴承轴向载荷 NFSAa 3.1469)253.17,.4mx(),ax(211 72 6.4 计算轴承当量动载荷 .0.814369eR查表，取 X1=0.4，Y 1=1.54572A查表 9-6，取 X2=1，Y 2=0查表 9-7，取 fd=1.5根据弯矩图可得，f m1=1,fm2=2 NARfP
15、md 2.415)3.695.1843.0(15.)(111 772022226.5 计算轴承寿命因 P2P1，故计算按 P2计算，查表 9-4 得 ft=1，圆锥滚子轴承取 10/3，查表得 Cr=97800N。11hPCfnLrth 802.3574.1527980360601/1轴承寿命符合要求。七、键连接的计算校核平键的强度平键的挤压应力计算公式为： dhlTkp42链轮处平键尺寸：h=9,d=45,l=56齿轮处平键尺寸：h=11,d=62,l=63带入公式得： MPap 7.5)694/(.3158442312因两键均受冲击载荷，且为静联接，故许用压应力 MPap90经过比较，两键的计算应力均小于许用应力，故判断其强度均合格。八、轴系部件的结构装配图
