機械設計 (張志偉)

一、齒輪軸的設計

1、輸出軸上的功率P??、轉速n??和轉矩T??

由上可知P???8.63kw，n??

2、求作用在齒輪上的力

因已知高速小齒輪的分度圓直徑

d1?303.125rmin，T???2.719?105N?mm ?mz1?3?29?87mm

2T??2?2.719?105

??6250.57N 而 Ft?d187

Fr?Fttan??2275N

Fa?0

3、初步確定軸的最小直徑

材料為45鋼，調質處理。根據《機械設計》表15-3，取A0?115，于是

'dmin?A0P???35.115mm n??

由于鍵槽的影響，故dmin?1.03dmin?36.17mm

輸出軸的最小直徑顯然是安裝帶輪處的直徑dⅠ?Ⅱ，取dⅠ?Ⅱ?38mm，根據帶輪結構和尺寸，取lⅠ?Ⅱ?100mm。

4、齒輪軸的結構設計

(1)、根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度

1).為了滿足帶輪的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ段右端需制出一軸肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直徑dⅡ?Ⅲ?42mm；

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。按照工作要求并根據dⅡ?Ⅲ?42mm，查手冊選取單列角接觸球軸承7209AC，其尺寸為d?D?B?45mm?85mm?19mm，故'dⅢ?Ⅳ?dVII-VIII?45mm；而lⅥI?VIII?19mm。

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3)、由小齒輪尺寸可知，齒輪處的軸段V-VI的直徑dV-VI?87mm，lV-VI?92mm。軸肩高度h?0.07dIII-IV，故取h?3.5mm，則軸環(huán)處的直徑dⅣ?Ⅴ?dⅥ?Ⅶ?52mm。軸環(huán)寬度b?1.4h，取lⅣ?Ⅴ?6.5mm，因為要使大小齒輪對齊嚙合，故lVI-VII?26.5mm。

4)、軸承端蓋的總寬度為20mm(由減速器及軸承端蓋的結構設計而定)。根據軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與大帶輪右端面間的距離l?30mm，故lⅡ?Ⅲ?50mm。

5)、取齒輪距箱體內壁的距離a?15mm，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時，應距箱體內壁一段距離s，取s?8.5mm，已知滾動軸承寬度T?19mm，則

lⅢ?Ⅳ?T?s?a?lⅣ?Ⅴ?(19?8.5?15?6)mm?36.5mm

(2）、軸上零件的周向定位

帶輪與軸的周向定位均采用平鍵連接。按dⅠ?Ⅱ由《機械設計》表6-1查得平鍵截面b?h?10mm?8mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為80mm。滾動軸承與軸的周向定位是由過度配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。

(3)、確定軸上圓角和倒角尺寸

參考課本，取軸端圓角2?45?。

至此，已初步確定了軸的各段和長度，簡圖如下：

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5、求軸上的載荷

首先根據軸的結構圖做出軸的計算簡圖。在確定軸承的支點位置時，應從手冊中查取a值。對于7209AC型角接觸球軸承，由手冊中查得a?24.7mm。因此。作為簡支梁的軸的支撐跨距L2?L3?130.6mm。根據軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。

從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出齒輪所在截面是軸的危險截面。現將計算處的此截面處的MH、MV及M的值列于下表。

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6、按彎扭合成應力校核軸的強度

進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強度。根據上表數據，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取??0.6，軸的計算應力

?ca?M12?(?T)2.22?(0.6?271900)2

??3.6MPa 3W0.1?87

前已選定軸的材料為45鋼，調質處理，由《機械設計》表15-1查得

[??1]?60MPa，因此?ca??[??1]，故安全。

二、滾動軸承的校核

軸承的預計壽命LH?8?8?2?300?38400h

1、計算輸入軸承

(1)、已知'n???303.125rmi，n兩軸承的徑向反力FR1?3197.08N,FR2?3053.5N

由選定的角接觸球軸承7209AC，查《機械設計》表13-7可知：軸承派生軸向力FS?0.63Fr，即 FS1?0.68?3197.08?2174.0144N，FS2?2076.38N

(2)、因為FS1?Fa?FS2，所以Fa??97.6344N

故FA1?FS1?2174.0144N，FA2?FS2?Fa?2174.0144N

(3)、FA1FR1?0.68，FA2FR2?0.71，查手冊可得e?0.68

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由于FA1FR1?e，故X1?1,Y1?0; FA2FR2?e,故 X2?0.41,Y2?0.87

(4)、計算當量載荷P1、P2

取fp?1.2，則

P1?fp(X1Fr?Y1FA)?3836.5N

P2?fp(X2Fr?Y2FA)?3772N

(5)、軸承壽命計算

由于P1?P2，取P?3836.5N，角接觸球軸承，取??3，ft?1 查手冊得7209AC型角接觸球軸承的Cr?36.8，則

106ftC?10636.8?10003LH?()??()?48525h?L'

H 60nP60?303.1253836.5

故滿足預期壽命。

2、計算輸出軸承

(1)、已知n????62.1rmin，兩軸承的徑向反力, FR1?2872.82NFR2?3089.62N

由選定的角接觸球軸承7214AC，軸承內部的軸向力FS?0.63Fr

FS1?0.63FR?1809.9N,FS2?0..63FR?1946.5N

(2)、因為FS1?Fa?FS2，所以Fa?136.6N

故FA1?FS1?FA?1946.5N，FA2?FS2?1946.5N

(3)、 FA1FR1?0.67，FA2FR2?0.63，查手冊可得e?0.68 由于FA1FR1?e，故X1?1,Y1?0; FA2FR2?e,故 X2?1,Y2?0

(4)、計算當量載荷P1、P2

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取fp?1.2，則

P1?fp(X1Fr?Y1FA)?3447.384N

P2?fp(X2Fr?Y2FA)?3707.544N

(5).軸承壽命計算

由于P1?P2，取P?3707.544N，角接觸球軸承，取??3，ft?1 查手冊得7214AC型角接觸球軸承的Cr?69.2KN，則 106ftC?()?1745084h?L'

H LH?60nP

故滿足預期壽命。

三、鍵聯接設計

1、帶輪與輸入軸間鍵的選擇及校核

軸徑d?38mm，輪轂長度L?100mm，查手冊，選A型平鍵，其尺寸為 b?10mm，h?8mm，L?80mm(GB/T 1096-79)

現校核其強度：l?L?b?70mm,T?271900N?mm，k?h 2

2T?1032?103?271.900?p???51.109MPa kld4?70?38

查手冊得[?p]?(100~120)MPa，因為?p?[?p]，故鍵符合強度要求。

2、輸出軸與齒輪間鍵的選擇及校核hb

軸徑d?75mm，輪轂長度L?85mm，查手冊，選A型平鍵，其尺寸為 b?20mm，h?12mm，L?70mm(GB/T 1096-79)

現校核其強度：l?L?b?50mm,T?1270000N?mm，k?h 2

2T?1032?103?1270?p???113MPa kld6?50?75

查手冊得[?p]?(100~120)MPa，因為?p?[?p]，故鍵符合強度要求。

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3、輸出軸與聯軸器間鍵的選擇及校核

軸徑d?60mm，輪轂長度L?105mm，查手冊，選C型平鍵，其尺寸為 b?18mm，h?11mm，L?90mm(GB/T 1096-79)

現校核其強度：l?L?b?72mm,T?1210000N?mm，k?h 2

2T?1032?103?1210?p???102MPa kld5.5?72?60

查手冊得[?p]?(100~120)MPa，因為?p?[?p]，故鍵符合強度要求。

四、箱體結構的設計

減速器的箱體采用鑄造（HT200）制成，采用剖分式結構為了保證齒輪嚙合質量， 大端蓋分機體采用

1、機體有足夠的剛度

在機體外加肋，外輪廓為長方形，增強了軸承座剛度

2、考慮到機體內零件的潤滑，密封散熱。

因其傳動件速度小于12m/s，故采用侵油潤油，同時為了避免油攪得沉渣濺起，齒頂到油池底面的距離H大于40mm。為保證機蓋與機座連接處密封，聯接凸緣應有足夠的寬度，聯接表面應精創(chuàng)，其表面粗糙度為Ra6.3。

3、機體結構有良好的工藝性.

鑄件壁厚為8mm，圓角半徑為R=5。機體外型簡單，拔模方便.

4、對附件設計

（1）視孔蓋和窺視孔

在機蓋頂部開有窺視孔，能看到 傳動零件齒合區(qū)的位置，并有足夠的空間，以便于能伸入進行操作，窺視孔有蓋板，機體上開窺視孔與凸緣一塊，有便于機械加工出支承蓋板的表面并用墊片加強密封，蓋板用鑄鐵制成，用M8緊固

（2）油螺塞：

放油孔位于油池最底處，并安排在減速器不與其他部件靠近的一側，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔處的機體外壁應凸起一塊，由機械加工成螺塞

7 H7配合. k6

頭部的支承面，并加封油圈加以密封。 （3）油標：

油標位在便于觀察減速器油面及油面穩(wěn)定之處。 油尺安置的部位不能太低，以防油進入油尺座孔而溢出. （4）通氣孔：

由于減速器運轉時，機體內溫度升高，氣壓增大，為便于排氣，在機蓋頂部的窺視孔改上安裝通氣器，以便達到體內為壓力平衡. （5）位銷：

為保證剖分式機體的軸承座孔的加工及裝配精度，在機體聯結凸緣的長度方向各安裝一圓錐定位銷，以提高定位精度. （6）吊鉤：

在機蓋上直接鑄出吊鉤和吊環(huán)，用以起吊或搬運較重的物體. 減速器機體結構尺寸如下：

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對于單級圓柱齒輪減速器，因為傳動裝置屬于輕型的，且傳速較低，所以

5(1.5~2)?10mmr./mi其速度遠遠小于，n所以采用脂潤滑，箱體內選用

SH0357-92中的50號潤滑，裝至規(guī)定高度。油的深度為H?h，H=40 h=20。所以H+h=40+20=60。其中油的粘度大，化學合成油，潤滑效果好。

從密封性來講為了保證機蓋與機座連接處密封，凸緣應有足夠的寬度，連接表面應精刨，密封的表面要經過刮研。而且，凸緣連接螺柱之間的距離不宜太大，并均勻布置，保證部分面處的密封性。軸承端蓋采用嵌入式端蓋，易于加工和安裝。

六、聯軸器設計

1.類型選擇.

為了隔離振動和沖擊，選用彈性套柱銷聯軸器。

2.載荷計算.

見軸的設計。

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《機械設計》

課程設計

題目：減速器齒輪軸設計 姓名：張志偉

班級：14級材控一班

學號：1406031029

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