二级展开式斜齿轮减速器输出轴组合结构设计

. 斜齿圆柱齿轮减速器结构设计说明斜齿圆柱齿轮减速器结构设计说明 机械工程及自动化机械工程及自动化 班班 设计者设计者 指导教师指导教师 2014 2014年年 12 12月月 26 26日日 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 . . . . 一、一、设计任务书及原始数据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 b2 l a l s 轴系结构简图 原始数据表 1 项目 名称 设计方 案 2字母表示及 单位 输入功率P/kW4.3 轴转速n/(r/min)130 齿轮齿数z 2 103 齿轮模数m n/mm 4 齿轮宽度b 2/mm 80 齿轮螺旋角β8°6’34” a/mm80 l/mm215 s/mm100 链截距p/mm25.4 链轮齿数z29 轴承旁螺栓d/mm16 直径 表 1 设计方案及原始数据 二、根据已知条件计算传动件的作用力二、根据已知条件计算传动件的作用力 2.1 计算齿轮处转矩 T、圆周力 F t、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： . . T  9.550106P/n  9.5501064.3/130  315884.6N mm 分度圆直径计算： d 1  m n  z 2 /cos 4103/cos8634  416.1mm 圆周力计算： F t  2T /d 1  2315884.6/416.11518.3N 径向力计算： F r  F t tan n /cos1518.3tan 20/cos8634  558.2N 轴向力计算： F a  F t tan1518.3tan8634  216N 轴压力计算： 计算公式为：Q  1000K Q P v  1000K Q P npz/(60  1000) 由于转速小，冲击不大，因此取 KQ=1.2,带入数值得： Q  10001.24.3  3233N 13025.429/(601000) R1z R1y Rr Ra Rt R2y 轴受力分析简图 R2z Q 2.2 计算支座反力 1、计算垂直面（XOZ）支反力 Q(l  s) R r (l a)3233(215100)558.2(21580)  5087.2N l215 R 1y  R 2y Q  R r  5087.23233558.2 1296N R 2y  2、计算垂直面（XOY）支反力 R 2z  R t (l a)1518.3(21580)  953.4N l215 R 1z  R t  R 2z 1518.3953.4  564.9N 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≤200 . . /mm 硬度/HBS σ B/MPa σ s/MPa σ -1/MPa τ -1/MPa [σ +1] /MPa [σ 0] /MPa [σ -1] /MPa 217~255 637 353 268 155 216 98 59 四、进行轴的结构设计四、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 d min。 其设计公式为d  3 9.55  106PP A 0 3 0.2T  nn 查表 8-2，因弯矩较大故 A 0 取大值 118，带入计算得： d 1183 4.3 38.1mm 130 因开有键槽，轴径需增大 5% 得：D=40.01mm 圆整成标准值得： D 1=45mm 4.2 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 . . 7654321 4、初选轴承型号 由于 F a 2161  0.387  ，故选择向心推力轴承，考虑轴径 F r 558.23 为 60，初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 14×9，而键长 L1 初取 56mm；初选 齿轮处键的公称尺寸为 18×11，键长 L2 初取 63 2、设计细部结构 五、轴的疲劳强度校核五、轴的疲劳强度校核 5.1 轴的受力图 R1z R1y Rr Ra 1 4 2 3 R2z Q Rt 5.2 绘制弯矩图 1、垂直面（XOZ）弯矩图 R2y M 4z  R 1z (l a)  R 2z a  564.9(21580)  953.480  76272N mm 76272N·m 1 423 . . 2、水平面（XOY）弯矩图 M 4y  R 1y (l a) 1296(21580) 174960N mm M 2y  Qs  3233100  323300N mm 323300N·mm 174960N·mm 1 423 3、合成弯矩图 22M 4 M 4z  M 4y 190862.3N mm M 2  M 2y  323300N mm 323300N·mm 190826.3N· mm 1 423 5.3 绘制转矩图 T  315884.6N mm T=315884.6N·m 1 423 5.4 确定危险截面 . . ⅠⅠ ⅡⅡⅢⅢⅣⅤⅣⅤ （） （） 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。Ⅰ截面弯矩较大，且开有键槽，有应力集中。Ⅱ截 面弯矩较大，且有应力圆角，有应力集中。Ⅲ截面弯矩最大。Ⅳ 截面弯矩不大但截面小，有圆角，有应力集中。Ⅴ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Ⅰ截面处的安全系数 综合影响