機(jī)械設(shè)計(jì) (張志偉)

一、齒輪軸的設(shè)計(jì)

1、輸出軸上的功率P??、轉(zhuǎn)速n??和轉(zhuǎn)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(diào)質(zhì)處理。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》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(jù)帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸，取lⅠ?Ⅱ?100mm。

4、齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)、根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)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(dòng)軸承。因軸承同時(shí)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(jù)dⅡ?Ⅲ?42mm，查手冊(cè)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。

1

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?yàn)橐�使大小齒輪對(duì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定)。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)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(nèi)壁的距離a?15mm，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離s，取s?8.5mm，已知滾動(dòng)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(jī)械設(shè)計(jì)》表6-1查得平鍵截面b?h?10mm?8mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為80mm。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)度配合來(lái)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(zhǎng)度，簡(jiǎn)圖如下：

2

5、求軸上的載荷

首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中查取a值。對(duì)于7209AC型角接觸球軸承，由手冊(cè)中查得a?24.7mm。因此。作為簡(jiǎn)支梁的軸的支撐跨距L2?L3?130.6mm。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。

從軸的結(jié)構(gòu)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(xiǎn)截面�，F(xiàn)將計(jì)算處的此截面處的MH、MV及M的值列于下表。

3

6、按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度

進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面）的強(qiáng)度。根據(jù)上表數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取??0.6，軸的計(jì)算應(yīng)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(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1查得

[??1]?60MPa，因此?ca??[??1]，故安全。

二、滾動(dòng)軸承的校核

軸承的預(yù)計(jì)壽命LH?8?8?2?300?38400h

1、計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)》表13-7可知：軸承派生軸向力FS?0.63Fr，即 FS1?0.68?3197.08?2174.0144N，F(xiàn)S2?2076.38N

(2)、因?yàn)镕S1?Fa?FS2，所以Fa??97.6344N

故FA1?FS1?2174.0144N，F(xiàn)A2?FS2?Fa?2174.0144N

(3)、FA1FR1?0.68，F(xiàn)A2FR2?0.71，查手冊(cè)可得e?0.68

4

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

(4)、計(jì)算當(dāng)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(jì)算

由于P1?P2，取P?3836.5N，角接觸球軸承，取??3，ft?1 查手冊(cè)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(yù)期壽命。

2、計(jì)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(nèi)部的軸向力FS?0.63Fr

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

(2)、因?yàn)镕S1?Fa?FS2，所以Fa?136.6N

故FA1?FS1?FA?1946.5N，F(xiàn)A2?FS2?1946.5N

(3)、 FA1FR1?0.67，F(xiàn)A2FR2?0.63，查手冊(cè)可得e?0.68 由于FA1FR1?e，故X1?1,Y1?0; FA2FR2?e,故 X2?1,Y2?0

(4)、計(jì)算當(dāng)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(jì)算

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

H LH?60nP

故滿足預(yù)期壽命。

三、鍵聯(lián)接設(shè)計(jì)

1、帶輪與輸入軸間鍵的選擇及校核

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

現(xiàn)校核其強(qiáng)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(cè)得[?p]?(100~120)MPa，因?yàn)?p?[?p]，故鍵符合強(qiáng)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(zhǎng)度L?85mm，查手冊(cè)，選A型平鍵，其尺寸為 b?20mm，h?12mm，L?70mm(GB/T 1096-79)

現(xiàn)校核其強(qiáng)度：l?L?b?50mm,T?1270000N?mm，k?h 2

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

查手冊(cè)得[?p]?(100~120)MPa，因?yàn)?p?[?p]，故鍵符合強(qiáng)度要求。

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3、輸出軸與聯(lián)軸器間鍵的選擇及校核

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

現(xiàn)校核其強(qiáng)度：l?L?b?72mm,T?1210000N?mm，k?h 2

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

查手冊(cè)得[?p]?(100~120)MPa，因?yàn)?p?[?p]，故鍵符合強(qiáng)度要求。

四、箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

減速器的箱體采用鑄造（HT200）制成，采用剖分式結(jié)構(gòu)為了保證齒輪嚙合質(zhì)量， 大端蓋分機(jī)體采用

1、機(jī)體有足夠的剛度

在機(jī)體外加肋，外輪廓為長(zhǎng)方形，增強(qiáng)了軸承座剛度

2、考慮到機(jī)體內(nèi)零件的潤(rùn)滑，密封散熱。

因其傳動(dòng)件速度小于12m/s，故采用侵油潤(rùn)油，同時(shí)為了避免油攪得沉渣濺起，齒頂?shù)接统氐酌娴木嚯xH大于40mm。為保證機(jī)蓋與機(jī)座連接處密封，聯(lián)接凸緣應(yīng)有足夠的寬度，聯(lián)接表面應(yīng)精創(chuàng)，其表面粗糙度為Ra6.3。

3、機(jī)體結(jié)構(gòu)有良好的工藝性.

鑄件壁厚為8mm，圓角半徑為R=5。機(jī)體外型簡(jiǎn)單，拔模方便.

4、對(duì)附件設(shè)計(jì)

（1）視孔蓋和窺視孔

在機(jī)蓋頂部開(kāi)有窺視孔，能看到 傳動(dòng)零件齒合區(qū)的位置，并有足夠的空間，以便于能伸入進(jìn)行操作，窺視孔有蓋板，機(jī)體上開(kāi)窺視孔與凸緣一塊，有便于機(jī)械加工出支承蓋板的表面并用墊片加強(qiáng)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(cè)，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔處的機(jī)體外壁應(yīng)凸起一塊，由機(jī)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(biāo)：

油標(biāo)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(jìn)入油尺座孔而溢出. （4）通氣孔：

由于減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)體內(nèi)溫度升高，氣壓增大，為便于排氣，在機(jī)蓋頂部的窺視孔改上安裝通氣器，以便達(dá)到體內(nèi)為壓力平衡. （5）位銷(xiāo)：

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

在機(jī)蓋上直接鑄出吊鉤和吊環(huán)，用以起吊或搬運(yùn)較重的物體. 減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)尺寸如下：

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對(duì)于單級(jí)圓柱齒輪減速器，因?yàn)閭鲃?dòng)裝置屬于輕型的，且傳速較低，所以

5(1.5~2)?10mmr./mi其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，n所以采用脂潤(rùn)滑，箱體內(nèi)選用

SH0357-92中的50號(hào)潤(rùn)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(xué)合成油，潤(rùn)滑效果好。

從密封性來(lái)講為了保證機(jī)蓋與機(jī)座連接處密封，凸緣應(yīng)有足夠的寬度，連接表面應(yīng)精刨，密封的表面要經(jīng)過(guò)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(lián)軸器設(shè)計(jì)

1.類(lèi)型選擇.

為了隔離振動(dòng)和沖擊，選用彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器。

2.載荷計(jì)算.

見(jiàn)軸的設(shè)計(jì)。

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《機(jī)械設(shè)計(jì)》

課程設(shè)計(jì)

題目：減速器齒輪軸設(shè)計(jì) 姓名：張志偉

班級(jí)：14級(jí)材控一班

學(xué)號(hào)：1406031029

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