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二级圆柱齿轮减速器说明书


成绩

南阳理工学院

课 程 设 计 报 告
题 目 二级圆柱齿轮减速器

课 程 名 称 专 班 业 级

机械设计课程设计 机械设计制造及其自动化

学 生 姓 名 学 号

设计起止时间:2012 年 12 月 31 日至 2013 年 1 月 8 日

设计说明书
带式运输机双级圆柱齿轮减速器设计

设计图例:

1—电动机 2—V 带传动 3—双级圆柱齿轮减速器 4—联轴器 5—卷筒 6—运输带

设计要求:
1.设计用于带式运输机的传动装置 2.连续单向运转,载荷较平稳,空载起动,运输带允许误差为 5% 3.使用期限为 10 年,小批量生产,两班制工作

设计基本参数:
数据组编号 输送带有效拉力/N 10 1250 1.45 420

运输带工作速度 v /(m/s) 滚筒直径 D / mm

设计任务:
1.完成装配图 1 张(A1) ,零件图(齿轮和低速轴)2 张(A3) 。 2.编写设计说明书。

-2-

目录
一、 选择电动机????????????????? 4 二、 计算、分配传动比?????????????? 4 三、 运动参数计算???????????????? 5 四、 各级传动零件的设计计算??????????? 6
1 选定齿轮材料、热处理及精度?????????????? 6 2 高速级斜齿圆柱齿轮设计计算?????????????? 6 3 低速级直齿圆柱齿轮设计计算??????????????12

五、 轴的设计??????????????????18 六、 轴承校核??????????????????21 七、 键联接的选择和计算?????????????27

八、 联轴器的选择????????????????28

九、 箱体及减速器附件说明????????????29 十、 总结????????????????????31

-3-

参考资料???????????????????? 33

-4-

项目-内容

设计计算依据和过程

计算结果

一、 选择电动机
1、选择 2、计算电动机容量 Y 型三相异步电动机,电动机额定电压 380 伏, 闭式。 查手册取 Y160L 查手册取机械效率: —4 型三相异步 电动机 V 带传动效率?1 =0.96,滚动轴承效率? 2 =0.99, 额定功率 11kw 满载时,转速为 闭 式 齿 轮 传 动 效 率 ? 3 =0.97 , 联 轴 器 效 率 1460rpm; 电流为 6.8A;效率为 ? 4 =0.99,传动滚筒效率:? 5 ? 0.96 82.5%; 功率因数 (其中, 各机械效率值分别对应依次为闭式齿轮 为 0.81 传动 6 级精度,滚子轴承,齿轮联轴器) 传 动 装 置 效 率 :
4 ? ? ? 1? 2?32? 4? 5

? 0.96 ? 0.99 4 ?0.97 2 ?0.99 ? 0.96 ? 0.825 二、 计算、 分配传动 滚动轴工作转速: 比 60000v 60000 ?1.45 1、滚筒转速 nw ? ? ? 65.97rpm ?D ? ? 420
工作机所需功率: 2、总传动比 Pw=

Fv 1000

电动机所需功率: 3、分配传动比 Pd=

Pw 1250 ? 65.97 = =10.46KW ? 9550 ? 0.825

滚筒转速:

nw ?

60000v 60000 ?1.45 ? ? 65.97rpm ?D ? ? 420
nm 1460 ? ? 22.13 nw 65.97
取 i01 ? 2

总传动比: i a ?

分配传动比:

减速器的传动比: i ?

i a 22.13 ? ? 11.07 i01 2

取两级圆柱齿轮减速器的传动比:

i12 ? 3.937 i23 ? 2.812

i 12 ? 1.4i ? 1.4 ? 7.82 ? 3.937
则低速级的传动比: i 23 ?
-5-

i i 12

?

11.07 ? 2.812 3.937

三、运动参数计 算

0 轴(电动机轴)

P0 ? Pd ? 10.46kW n0 ? nm ? 1460rpm
T0 ? 9550 P0 10.46 ? 9550 ? N ? m ? 68.42 N ? m n0 1460

1 轴(高速轴) :

P ? P0?01 ? P0?1 ? 10.46 ? 0.96 ? 10.04kW 1
n1 ? n0 1460 ? ? 730rpm i01 2 P 10.04 1 ? 9550 ? N ? m ? 131.35 N ? m n1 730

T1 ? 9550

2 轴(中间轴) :

P2 ? P?12 ? P?2?3 1 1 ? 10.04 ? 0.99 ? 0.97 ? 9.64kW
n2 ? n1 730 ? ? 185.42rpm i12 3.937

T2 ? 9550

P2 n2 9.64 N ? m ? 496.51N ? m 185.42

? 9550 ?

3 轴(低速轴) :

P3 ? P2?23 ? P2?2?3 ? 9.64 ? 0.99 ? 0.97 ? 9.26kW

n3 ?

n2 185.42 ? ? 65.94rpm i23 2.812
P3 n3 9.26 N ? m ? 1341.11N ? m 65.94

T3 ? 9550

? 9550 ?

-6-

4 轴(滚筒轴) :

n1 ? 730rpm n2 ? 185.42rpm n3 ? 65.94rpm n4 ? 65.94rpm P ? 10.04kw 1 P2 ? 9.64kw P3 ? 9.26kw P4 ? 9.08kw
P ' ? 9.94kw 1 P2 ' ? 9.54kw P3 ' ? 9.17 kw P4 ' ? 8.99kw

P4 ? P3?34 ? P3?2?4 ? 9.26 ? 0.99 ? 0.99 ? 9.08kW
n4 ? n3 65.94 ? ? 65.94rpm i34 1
P4 n4

T4 ? 9550

9.08 ? 9550 ? N ? m ? 1258.5 N ? m 65.94

四、 各级传动零件的 高速级大小齿轮均选用硬齿面渐开线斜齿轮 设计计算
a、选定齿轮材料、热 处理及精度 (1) 齿轮材料及热处理 低速级大小齿轮均选用软齿面渐开线直齿轮 高速级大齿轮(整锻结构)材料为 20CrMoTi, 渗碳淬火,硬度为 48~55HRC;小齿轮材料为 20CrMnTi,渗碳淬火,表面硬度为 57~63HRC, 有 效 硬 化 层 深 0.5~0.9mm 。

? H lim 大 ? ? H lim小 ? 1500MPa, ? F lim 大 ? ? F lim小 ? 500MPa
低速级大齿轮材料为 45 钢,调质处理,硬度为 286~299HB;小齿轮材料为 45 钢,调质处理, 硬度为 241~286HB。

(2) 齿轮精度

? H lim ? ? ? H lim ? ? 570MPa, ? F lim ? ? ? F lim ? ? 220MPa
齿面最终成形工艺为磨齿。 按 GB/T10095-1988 , 6 级 , 齿 面 粗 糙 度

Ra ? 0.8?m ,齿根喷丸强化,装配后齿面接触
b、高速级斜齿圆柱齿 轮设计计算 1、初步设计齿轮传动 的主要尺寸 (1) 计算小齿轮传递的 转矩 (2)确定齿数 率为 70%。

T1 ? 9.55 ?106 ?

P' 1 n1
z1 ? 24 z2 ? 95

? 131345 N ? mm
z1 ? 24, z2 ? i12 ? z1 ? 3.313.937 ? 24 ? 95

-7-

传动比误差

i?u ?

z2 95 ? ? 3.958 z1 24

?i ?
允许 (3) 初选齿宽系数 ? d (4) 初选螺旋角

3.958 ? 3.937 ?100% ? 0.5% ? 5% , 3.937

非对称布置, ? d =0.6(表 9.16) 初定螺旋角 ? ? 15 使用系数 K A
?

表 9.11 查得 K A =1.0 估计齿轮圆周速度 5m/s

(5) 载荷系数 K

动载荷系数 K V

查得(图 9.44) K V =1.08 齿向载荷分布系数 K F? 预估齿宽 b=40mm,

由表 9.13 查得 K H? =1.17,初取 b/h=6,再由图 9.46 查得 K F? =1.13 齿间载荷分配系数 K F? 由表 9.12 查得 K H? = K F? =1.1 载荷系数 K K= K A K V K F? K F? = 1.0 ?1.08 ?1.1?1.13 ? 1.34 (6) 齿形系数 YFa 和应 力修正系数 YSa

当量齿数

zv1 ?
.

z1 24 ? ? 32.97 3 cos ? cos3 15?

zv 2 ?

z2 95 ? ? 105.41 3 cos ? cos3 15?

由图 9.53 查得: YFa1 =2.52, YFa 2 =2.17

-8-

(7) 重合度系数 Y?

由图 9.54 查得: YSa1 =1.64, YSa2 =1.82 端面重合度近似为

? ? ? ?1.88 ? 3.2 ? ?
?

?

? 1 1 ?? ? ? ? cos ? ? z1 z2 ? ?

? 1 ?? ? 1 ? ?1.88 ? 3.2 ? ? ? ? ? cos15? ? 1.65 ? 24 95 ? ? ?
? t ? arctan ?
? tan ? n ? cos ? ? tan 20? ? ? ? ? arctan ? ? ? 20.65 ? cos15? ? ? ?

? arctan ? tan15? ? cos 20.65? ? ? 14.08
则重合度系数为

?b ? arctan ? tan ? ? cos ?t ?

Y? ? 0.25 ? ? 0.25 ?

0.75 cos 2 ? b

Y? ? 0.678

??

0.75 cos 2 14.08? ? 0.678 1.65

轴向重合度 (8) 螺旋角系数

?? ?
?

b sin ? ?d z1 ? tan ? ? mn ?

0.6 ? 24

?

? tan15? ? 1.23

Y? ? 0.847

Y? ? 1 ? ? ?

?
120?

? 1 ? 1.23 ?

15? ? 0.847 120?

(9) 弯曲许用应力

安全系数由表 9.15 查得 S F ? 1.25 (按 1%失效 概率考虑) 小齿轮应力循环次数

N1 ? 60n1kth ? 60 ? 730 ?1?10 ? 300 ?16 ? 2.10 ?108
大齿轮应力循环次数

N2 ?

N1 2.10 ?108 ? ? 5.30 ?107 u 3.3043

由图 9.59 查得寿命系数

YN 1 ? 0.91 , YN 2 ? 0.93

-9-

实验齿轮应力修正系数 YST ? 2.0 , 由图 9.60 预取尺寸系数 YX ? 1 许用弯曲应力

? FP ?
1

? F limYN 1YST YX
SF

?

500 ? 0.91? 2 ?1 ? 728MPa 1.25

? FP ?
2

? F limYN 2YST YX
SF

?

500 ? 0.93 ? 2 ?1 ? 744 MPa 1.25

YFa1 YSa1

? FP

=

1

2.52 ?1.64 ? 0.0056769 728 2.17 ?1.82 ? 0.0053083 744


YFa 2 YSa2

? FP
比较

=

2

YFa1 YSa1

YFa 2 YSa2

? FP

1

? FP



2



YFa YSa

? FP
3

=

YFa1 YSa1

? FP

=0.0056769

1

mn ?
(10) 计算模数
3

2 KT1 YFaYSa ? Y? Y? cos2 ? 2 ?d z1 ? FP

2 ?1.34 ? 0.0056769 ? 0.678 ? 0.847 ? cos 2 15 ?131345? 0.6 ? 232 ? 1.458mm ?

按标准取

mn ? 2

初算中心距 (11) 初算主要尺寸

a?

mn ( z1 ? z2 ) 2 ? (24 ? 95) ? ? 123mm 2cos ? 2 ? cos15?

取 a=123mm 修正螺旋角

- 10 -

? ? arccos
? arccos

mn ? z1 ? z2 ? ? 14.65207?

a ? 123mm

2a 2 ? ? 24 ? 95 ? 2 ?123

? ? 14.65207
d1 ? 49.613mm d 2 ? 196.387 mm b ? 29.77 mm

分度圆直径

d1 ?

mn z1 2 ? 24 ? ? 49.613mm cos ? cos14.65207? mn z2 2 ? 95 ? ? 196.387mm cos ? cos14.65207?
b ? ?d d1 ? 0.6 ? 49.613 ? 29.77mm


d2 ?
齿宽

齿宽系数 ?d ? 圆周速度 (12) 验算载荷系数

b2 34 ? ? 0.605 d1 49.613

b1 ? 35mm b2 ? 30mm

v?

? d1n1
60000

?

? ? 49.613 ? 730
60000

? 1.895m / s

由图 9.44 查得 kv=1.04 按 ?d ? 0.605 ? 29.77 ? 18.01mm ,由表 9.13 查得 K H ? ? 1.17 b/h= b / ? 2.25mn ? ? 30 / ? 2.25 ? 2 ? ? 6.67 由图 9.46 查得 K F ? ? 1.13 ,

K A =1.0, K V =1.02, K H? =1.1, K H? =1.17
K= K A K V K H? K H? = 1.0 ?1.04 ?1.17 ?1.1 ? 1.34 材料弹性系数 Z E , 由表 9.14 查得 Z E =189.8 MPa 节点区域系数 Z H ,由图 9.48 查得 Z H =2.43 重合度系数 Z ? ,由图 9.49 查得 Z ? =0.76

- 11 -

2、校核齿面接触疲劳 强度 (1) 确定载荷系数 K

螺旋角系数 Z ?

Z ? ? cos ? ? cos14.65207? ? 0.983
试 验 齿 轮 的 齿 面 接 触 疲 劳 极 限

? H lim1 ? ? H lim 2 ? 1500 MPa
(2) 确定各系数 寿命系数 Z N ,由图 9.56 查得 Z N 1 ? 0.95 ,

Z N 2 ? 0.97
工作硬化系数 Z W ? 1 尺寸系数 Z X ,由图 9.57 查得 Z X ? 1 安全系数 S H ,由表 9.15 查得 S H ? 1.05 (3) 许用接触应力 则许用接触应力

? HP1 ?
?

? H lim Z N 1ZW Z X
SH

1500 ? 0.95 ?1?1 ? 1357.14MPa 1.05

? HP 2 ?
?

? H lim Z N 2 ZW Z X
SH

1500 ? 0.97 ?1?1 ? 1385.71MPa 1.05

取 ? HP ? ? HP1 ? 1357.14MPa

? H ? Z E Z H Z? Z ?

KFt u ? 1 ? bd1 u

? 189.8 ? 2.46 ? 0.78 ? 0.9906 ? 1.34 ? 2 ?131345 3.958 ? 1 ? 30 ? 49.6132 3.958 ? 841.98MPa ? ? HP ? 1357.14MPa
满足齿面接触强度

? HP
? 1357.14 MPa

- 12 -

(4) 校核齿面接触强度

标准中心距

a?

mn ( z1 ? z2 ) 2 ? (24 ? 95) ? ? 123mm 2 cos ? 2 ? cos14.65207?

螺旋角

? ? arccos
? arccos

mn ? z1 ? z2 ? ? 14.65207

2a 2 ? ? 24 ? 95 ? 2 ? 123

分度圆直径 3、 计算几何尺寸

d1 ? 49.613 , d2 ? 196.387
啮合角 ? ? 20 齿顶高
? ha ? han ? mt ? 2mm

?



a ? 120mm

齿根高
? ? h f ? (han ? cn )mt ? 2.5mm

齿顶圆直径

da1 ? d1 ? 2ha ? 49.613 ? 2 ? 2 ? 53.613mm da 2 ? d2 ? 2ha ? 196.387 ? 2 ? 2 ? 200.387mm
齿根圆直径

d f 1 ? d1 ? 2h f ? 49.613 ? 2.5 ? 2 ? 49.792mm d f 2 ? d 2 ? 2h f ? 196.387 ? 2.5 ? 2 ? 191.387mm

d1 ? 49.613mm d 2 ? 196.387 mm a ? 123mm

? ? 20? d a1 ? 53.613mm d a 2 ? 200.387 mm d f 1 ? 44.613mm
d f 2 ? 191.387 mm

- 13 -

c、低速级直齿圆柱齿 轮设计计算 1、初步设计齿轮传动 的主要尺寸 (1) 计算小齿轮传递的 转矩

T2 ? 9.55 ? 106 ?

P2 n2

? 491540 N ? mm

(2) 确定齿数

z1 ? 28, z2 ? i ? z1 ? 2.812 ? 24 ? 79
传动比误差

i?u ?

z2 79 ? ? 2.821 z1 28

?i ?
(3) 初选齿宽系数 ? d (4) 载荷系数 K 允许

2.812 ? 2.821 ?100% ? 0.32% ? 5% , 2.812

非对称布置,由表 9.16 查得 ? d =0.6 使用系数 K A 动载荷系数 K V 表 9.11 查得 K A =1.0 估计齿轮圆周速度 v=5m/s

z1 ? 28 z 2 ? 79

由图 9.44 查得 K V =1.08 齿向载荷分布系数 K F? 预估齿宽 b=40mm,

K H ? ? 1.16
初取 b/h=6,再由图 9.46 查得 K F? =1.13 (5) 齿形系数 YFa 和应 力修正系数 YSa 齿 间 载 荷 分 配 系 数 K F? , 由 表 9.12 查 得

K H? = K F? =1.0
载荷系数 K= K A K V K F? K F? = 1.0 ?1.08 ?1.0 ?1.13 ? 1.22 由图 9.53 查得: YFa1 =2.57, YFa 2 =2.17 由图 9.54 查得: YSa1 =1.61, YSa2 =1.78

- 14 -

(6) 重合度系数 Y?

重合度为

? ? ? 1.88 ? 3.2 ? ?

?1 1 ? ? ? ? z1 z2 ? 1 ? ? 1 ? 1.88 ? 3.2 ? ? ? ? ? 1.73 ? 28 79 ?
0.75 0.75 ? 0.684 1.73

则重合度系数为

Y? ? 0.25 ?

??

? 0.25 ?

(7) 接触疲劳强度

安全系数由表 9.15 查得 S F ? 1.25(按 1%失效 概率考虑) 小齿轮应力循环次数

N1 ? 60n2 kth ? 60 ?185.42 ?1?10 ? 300 ?16 ? 5.34 ?107
大齿轮应力循环次数

N2 ?

N1 5.34 ?107 ? ? 1.90 ?107 u 2.812

由 图 9.59 查 得 寿 命 系 数 Z N 1 ? 0.97 ,

Z N 2 ? 1.04 Z w ? 1 S H ? 1.05 Z N 2 ? 1
许用接触疲劳强度计算

Y? ? 0.684

? HP ?
1

? H lim Z N 1 ? Z w Z X
SH

?

570 ? 0.97 ?1?1 ? 526.57 MPa 1.05

? HP ?
2

? H lim Z N 2 Z w Zx
SF

?

570 ?1.04 ?1?1 ? 564.57 MPa 1.05

? HP ? 564.57 MPa

- 15 -

3

d1 ?

2 KT2 u ? 1 ? Z E Z H Z? ? ? ? ? ?d u ? ? HP ?

2

查表 Z E ? 189.8 MPa

Z H ? 2.5
Z? ? 0.875
(8) 计算模数 所以 d ? 114mm 取 d=114mm

mn ?
(9) 初算主要尺寸

d1 ? 4.07 取 mn ? 5 Z1

所以 d3 ? 140mm

d 4 ? 395mm

a?

mn ( z1 ? z2 ) 5 ? (28 ? 79) ? ? 267.5mm 2 2

齿宽 b ? ?d d1 ? 0.6 ?140 ? 84mm 齿宽系数 ?d ? 圆周速度 2、校核弯曲疲劳强度

b2 84 ? ? 0.6 d1 140

v?

? d3n2
60000

?

? ?140 ?185.42
60000

? 1.359m / s
按标准 取 m=5

由图 9.44 查得 K v ? 1.03 ,不变

K H ? ? 1.122
(1) 确定载荷系数 K 又因 b/h= 84 / ? 2.25 ? 5 ? ? 7.47 由图 9.46 查得 K F ? ? 1.09 , 又 K A ? 1.0 和 K H? ? K F? ? 1.0 不变, 则 K= K A K V K H? K H? = 1.0 ?1.03?1.122 ?1.0 ? 1.16



b3 ? 89mm b4 ? 84mm

- 16 -

(2) 确定各系数

查得 YN 1 ? 0.96 , YN 2 ? 0.97 实验齿轮应力修正系数 YST ? 2.0 , 由图 9.60 预取尺寸系数 YX ? 1

(3) 许用弯曲应力

? FP ?
1

? F limYN 1YST YX
SF

?

220 ? 0.96 ? 2 ?1 ? 337.92 MPa 1.25

? FP ?
2

? F limYN 2YST YX
SF

?

220 ? 0.97 ? 2 ?1 ? 341.44 MPa 1.25
1

? FP ? ? FP ? 337.92MPa

- 17 -

(4) 校核弯曲疲劳强度

? F1 ?
?

YFa1YSa1Y? KFt b1mn

1.122 ? 2 ? 491540 ? 2.57 ?1.61? 0.684 140 ? 84 ? 5 ? 53.09 MPa ? ? FP

?F2 ?
?

YFa 2YSa 2Y? KFt b2 mn

1.122 ? 2 ?1327700 ? 2.17 ?1.78 ? 0.684 395 ? 89 ? 5 ? 44.78MPa ? ? FP
分度圆直径 3、计算几何尺寸

d3 ? mz3 ? 5 ? 28 ? 140mm d 4 ? mz4 ? 5 ? 79 ? 395mm
标准中心距



a?
?

d3 ? d 4 ? 267.5mm 2

啮合角 ? ? 20 齿顶圆直径

da 3 ? mz3 ? 2m ? 140 ? 2 ? 5 ? 150mm da 4 ? mz4 ? 2m ? 395 ? 2 ? 6.25 ? 407.5mm
齿根圆直径

d3 ? 140mm d 4 ? 395mm a ? 267.5mm

d f 3 ? mz3 ? 2m ? 140 ? 2 ? 5 ? 150mm
d f 4 ? mz4 ? 2m ? 395 ? 2 ? 6.25 ? 407.5mm

? ? 20? d a 3 ? 150mm d a 4 ? 407.5mm d f 3 ? 127.5mm
d f 4 ? 382.5mm

- 18 -

五、轴的设计
1、轴Ⅰ的设计

选 择 轴 材 料 为 45 钢 、 调 质 处 理 , 硬 度 为 217~255HBS。由表 19.1 查得对称循环弯曲 许用应力 ?? ?1 ? ? 180 MPa 。 据式 19.3 取 ? ? 0 ,由表 19.3 选参数 A=110, 得:
3

d1min ? A

P 1 ? 110 ? n1

3

9.94 ? 26.3mm 730

因为轴端开键槽,会削弱轴的强度,故取轴的 直径为 28mm 根据轴上的齿轮、轴承、轴承盖、圆盘等零件 的装配方向、顺序和相互关系,周上零件的布 置方案如下: 根据轴的受力,选取 6208 滚动轴承,其尺寸 与其配合轴段的轴径 d ? D ? B 为 40 ? 80 ?18 , 为 40mm。 按轴径选用平键见面尺寸 b ? h ? 8mm ? 7mm , 键长为 70mm(GB/T 1096-2003), 经校核, 合格。 2、轴Ⅱ的设计 选 择 轴 材 料 为 45 钢 、 调 质 处 理 , 硬 度 为 217~255HBS。由表 19.1 查得对称循环弯曲 许 用 应 力 ?? ?1 ? ? 180 MPa 。 据 式 19.3 取

? ? 0 ,由表 19.3 选参数 A=110,得:
3

d 2,min ? A

P ? 110 ? n

3

9.54 ? 40.9mm 185.42

因为轴端开键槽,会削弱轴的强度,故取轴的 直径为 45mm 根据轴上的齿轮、轴承、轴承盖、圆盘等零件 的装配方向、顺序和相互关系,周上零件的布 置方案如下: 根据轴的受力,选取 6209 滚动轴承,其尺寸 d ? D ? B 为 45mm ? 85mm ?19mm ,与其配 合轴段的轴径为 45mm,取斜齿轮安装段直径 54mm,配合为 H7/r6,配合段长应比齿轮宽略 短,取 28mm,齿轮的右端采用轴套定位,轴套 的高度 h ? 0.07d 用于周向定位大斜齿轮采用的平键尺寸为 16mm ?10mm , l ? 25mm ,按弯扭合成校核 轴的强度,合格。

- 19 -

3 轴Ⅲ的设计 (1)、选材

选 择 轴 材 料 为 45 钢 、 调 质 处 理 , 硬 度 为 217~255HBS。由表 19.1 查得对称循环弯曲 许用应力 ?? ?1 ? ? 180 MPa 。 许 用 应 力 ?? ?1 ? ? 180 MPa 。 据 式 19.3 取

? ? 0 ,由表 19.3 选参数 A=110,得:
(2)、轴的结构
3

d3,min ? A

P ? 110 ? n

3

9.17 ? 57mm 65.94

(3)、轴结构的工艺性

因为轴端开键槽,会削弱轴的强度,故取轴的 直径为 63mm 根据轴上的齿轮、轴承、轴承盖、圆盘等零件 的装配方向、顺序和相互关系,周上零件的布 置方案如下: 根据轴的受力,选取 6215 滚动轴承,其尺寸 d ? D ? B 为 75mm ?130mm ? 25mm ,与其配 合轴段的轴径为 75mm。 取齿轮安装段直径 75mm,配合为 H7/r6,配合 段长应比齿轮宽略短,取 81mm。 用于周向定位大直齿轮采用的平键尺寸为 22mm ?14mm , l ? 70mm 用于联轴器的平键 尺寸为 18mm ?11mm , l ? 125mm 。

(4)、 按弯扭合成校核轴 的强度

1 ○画轴空间受力图,将轴作用力分解为垂直面 受力和水平面受力,取集中力作用于齿轮和轴 承宽度的中点。 2 ○轴上受力分析 齿轮圆周力:

Ft ? ?

2T1 2T1 ? d1 Z1mn 2 ? 1327.7 ? 6722.5 N 395

齿轮径向力:

Fr ? Ft tan 20? ? 6722.5 ? tan 20? ? 2446.8 N

- 20 -

3 ○计算作用于轴上的支反力 其中,

l AB ? 181.5mm lBC ? 74mm l AC ? 107.5mm
水平面内的支反力

FHB ? FHA ?

lBC ? Ft ? 2740.9 N l AB l AC ? F ? 3981.6 N l AB

垂直面内的支反力

FVA ? Fr ?

lBC ? 997.6 N l AB

FVB ? Fr ? FVA ? 1449.2 N
4 ○计算轴的弯矩、并画弯矩图 计算截面 C 处的弯矩

M H ? 997.6 ?107.5 ? 107242 N ? m M V ? 27409 ?107.5 ? 294646.8 N ? m
分别画出垂直面和水平面的弯矩图(图 c、 求 e), 和成弯矩并画其弯矩图(图 f)

M ? M H 2 ? M V 2 ? 313556 N ? m
5 ○画扭矩图(g) 6 ○校核轴的强度 其中,取 ? ? 0.7,? ? 0 ,考虑到键槽影响,

?c ?

M 12 ? ?? T ?

2

0.1d 3 ? 25MPa ?? ?? ?1 ? ? 180MPa

故安全。 (注:弯矩图、扭矩图附于表格后) 。

- 21 -

六、 滚动轴承的选择 1、 轴Ⅲ上的轴承 根据工况,初选轴承 6215。查机械课程设计指 和计算
导书,得

Cr ? 60.8KN ; C0 ? 45.0 KN

P ? Fr ? 2446.8 N C ? 66.0 / KN n ? 65.94r / min
轴承寿命 Lh 计算 因 P2 ? P ,故按轴承Ⅱ计算轴承寿命: 1

106 ? C ? 106 66000 3 Lh ? ? ( ) ? ? 60n ? P ? 60 ? 65.94 2446.8 ? 4961615h ? 300 ? 2 ? 16 ? 48000h
故所选轴承 6215 合格。

3

七、 键联接的选择和 计算
I 轴:

按轴径 ? 28 平键截面尺寸为 b×h=

8 ? 7 ,键长 70. 强度校核:

?p ?

4T 4 ? 491.54 ?103 ? ? dhl 28 ? 7 ? 70 45.5MPa ? ?? p ? ? ?

满足强度要求 Ⅱ轴 按轴径 ? 54 型平键截面尺寸为 b× h= 16mm ?10mm ,键长 25. 强度校核:
?p ?
4T 4 ? 491540 ? ? 145.6MPa ? ?? p ? ? ? dhl 54 ?10 ? 25

满足强度要求 按轴径 ? 54B 型平键截面尺寸为 b ×h= 16 ?10 ,键长 70.

- 22 -

强度校核:
?p ?
4T 4 ? 491540 ? ? 145.6MPa ? ?? p ? ? ? dhl 54 ?10 ? 25

满足强度要求 Ⅲ轴 按轴径 ? 73 用 B 型平键截面尺寸为 b ×h= 22 ?14 ,键长 70. 强度校核:
?p ?
4T 4 ?132770 ? ? 65.8MPa ? ?? p ? ? ? dhl 78 ?14 ? 70

满足强度要求

八、联轴器的选择 由表 18.1 得,联轴器工作情况系数 为 k=1.3
T ? 9.55 ? 106 P 8.99 ? 9.55 ? 106 ? n 65.94 ? 130200940 N ? mm ? 1692612223N ? mm ? 1692.6 N ? m

TC ? KT ? 1.3 ? 130200940

查机械设计手册,轴 3 选择 LT=10 型联轴 器,Y 型轴孔,其孔径 d1=63mm,与轴配合 为 H7/k6,联轴器轴孔长 142mm。

- 23 -

九、箱体及减速器附件说明:
箱壳是安装轴系组件和所有附件的基座,它需具有足够的强度、刚度和良好的 工艺性。 箱壳多数用 HT150 或 HT200 灰铸铁铸造而成,易得道美观的外表,还易于切 削。为了保证箱壳有足够的刚度,常在轴承凸台上下做出刚性加固筋。 当轴承采用润滑时,箱壳内壁应铸出较大的倒角,箱壳接触面上应开出油槽, 一边把运转时飞溅在箱盖内表面的油顺列而充分的引进轴承。 当轴承采用润滑脂 润滑时,有时也在接合面上开出油槽,以防润滑油从结合面流出箱外。 箱体底部应铸出凹入部分,以减少加工面并使支撑凸缘与地量好接触。

减速器附件:
1)视孔和视孔盖 箱盖上一般开有视孔,用来检查啮合,润滑和齿轮损坏情况,并用来加注润 滑油。为了防止污物落入和油滴飞出,视孔须用视孔盖、垫片和螺钉封死。视孔 和视孔盖的位置和尺寸由查表得到。 2)油标 采用油池润滑传动件的减速器,不论是在加油还是在工作时,均续观察箱内 油面高度,以保证箱内油亮适当,为此,需在箱体上便于观察和油面较稳定的地 方,装上油标油标已标准化。 3)油塞 在箱体最底部开有放油孔,以排除油污和清洗减速器。放油孔平时用油塞和 封油圈封死。油塞用细牙螺纹,材料为 235 钢。封油圈可用工业用革、石棉橡胶 纸或耐油橡胶制成。 4)吊钩、吊耳和吊环螺钉 为了便于搬运减速器, 常在箱体上铸出吊钩、吊耳或在箱盖上安装吊环螺钉。 起调整个减速器时,一般应使用箱体上的吊钩。对重量不大的中小型减速器,如 箱盖上的吊钩、 吊耳和吊环螺钉的尺寸根据减速器总重决定,才允许用来起调整 个减速器,否则只用来起吊箱盖。 5)定位销 为了加工时精确地镗制减速器的轴承座孔,安装时保证箱盖与箱体的相互位 置,再分箱面凸缘两端装置两个圆锥销,以便定位。圆锥销的位置不应该对称并 尽量远离。直径可大致取凸缘连接螺栓直径的一半,长度应大于凸缘的总厚度, 使销钉两端略伸凸缘以利装拆。

滚动轴承的外部密封装置:
为了防止外界灰尘、水分等进入轴承,为了防止轴承润滑油的泄漏,在透盖上需 加密封装置。在此,我们用的是毡圈式密封。因为毡圈式密封适用于轴承润滑脂 润滑,摩擦面速度不超过 4~5m/s 的场合。

- 24 -

附:弯矩图、扭矩图(轴Ⅰ) 具体参数见表格中“轴的设计”部分。

- 25 -

十、设计总结与心得
为期 20 天的机械设计课程设计转瞬即逝,在这段时间里我学习到了很多。 在设计齿轮时, 由于我没有均匀分配好传动比,导致我的低速级大齿轮分度 圆偏大,直接导致了我设计的减速器体积偏大。由于这次的失误,我明白了在设 计减速器时要均匀分配传动比,合理设计设备的体型。而在设计低速级齿轮时, 我选用的时软齿面齿轮, 这种齿轮虽然可以避免轮齿折断,但是同样也避免不了 齿面点蚀, 而且这样的齿轮模数较大,在实际生产中如果大规模制造的话会消耗 更多的原材料,增加生产成本。这在实际中需要避免。 在设计轴的过程中, 我重新温习了工程材料, 材料力学和互换性的专业知识, 并且在设计时张老师教给我们的一些经验数值也非常的实用。 在绘制装配图时,我们既体会到手工绘图的不容易,也培养了小心谨慎,严 谨对待学问的习惯。 机械设计的课程设计时一门综合性非常强的学科,通过对它的学习,我们在 各个方面的水品都有了显著的提升。但是由于现阶段生产上的局限性,导致了设 计上创新艰难。我在下阶段的目标就是认真学习,将生产和设计融会贯通,尽自 己的努力在改善这一局面。

参考资料
1 2 3 4 吴克坚等主编.机械设计.北京:高等教育出版社,2003 王之栎等主编.机械设计综合课程设计.北京:机械工业出版社,2003 龚桂义主编.机械设计课程设计指导书.北京:高等教育出版社,1990 龚桂义主编.机械设计课程设计图册.北京:高等教育出版社,1989
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