用于带式运输机的同轴式二级圆柱齿轮减速器

目录1) 前言 12) 设计任务书 23) 传动方案的拟定及说明 34) 电动机的选择 35) 传动装置的运动和动力参数的计算 56) 传动件的设计计算 67) 轴的结构设计及强度校核计算 138) 滚动轴承的选择和寿命计算 259) 键的选择和校核 2710) 联轴器的选择 2811) 箱体的结构及其附件的设计 2812) 润滑和密封的设计 2913) 设计小结 3014) 参考资料 30刖百机械课程设计是考察学生全面掌握机械设计基础知识的主要环节，将“机械原理课程设计”和“机械设计课程设计”的内容体系有机整合为一个新的综合课程设计体系，使机械运动方案设计、机械运动尺寸设计、机械传动强度设计、零部件结构设计及现代设计方法应用等内容有机结合，培养学生的机械系统设计意识、现代设计意识和创新意识以及提高学生在设计、绘图等的综合能力，培养学生的专业素质。本次课题为设计一单级圆锥齿轮减速器，减速器是用于电动机和电动机之间独立的闭式传动装置。课程设计的主要内容包括:设计题目，传动效率的计算，电机的选择，传动装置的运动及动力参数的计算，轴和轴承的选择及相关计算，键的选择与校核，联轴器的选择，箱体结构设计，润滑和密封的设计等。课程设计的目的：1、综合运用机械设计及其他先修课的知识，进行机械设计训练，使已学知识得以巩固、加深和扩展；2、学习和掌握通用机械零件、部件、机械传动及一般机械的基本设计方法和步骤，培养学生工程设计能力、分析问题及解决问题的能力；3、提高学生在计算、制图、运用设计资料（手册、图册）进行经验估算及考虑技术决策等机械设计方面的基本技能和机械CAD 技术。具体任务：1、传动方案的分析和拟定；2、电动机的选择，传动装置的运动和动力参数的计算；3、传动件的设计（齿轮传动、锥齿传动）；4、轴的设计（所有轴的结构设计，低速轴的弯、扭组合强度校核及安全系数校核）；5、轴承的设计（所有轴承的组合设计，低速轴上轴承的寿命计算）；6、键的选择及强度校核；7、减速器的润滑与密封；8、减速器装配图设计（箱体、箱盖、附件设计等）9、零件工作图设计；- 1 -设计任务书【设计一用于带式运输机上的同轴式二级圆柱齿轮减速器O1 .总体布置简图2 .工作情况工作平稳，单向运转3 .原始数据运输机卷筒扭矩（N?m）运输带速度（m/s）卷筒直径（mm）带速允许偏差 （%）使用年限 （年）工作制度（班/日）14000.7535051024 .设计内容1）电动机的选择与参数计算2）传动部分设计计算3）轴的设计4）滚动轴承的选择5）键和联轴器的选择与校核6）装配图、零件图的绘制7）设计计算说明书的编写5 .设计任务1）减速器装配图一张（1号图幅）2）零件工作图2张（3号图幅2张绘制输出轴及其上齿轮工作图各一张）3）设计计算说明书一份传动方案的拟定及说明1 .传动方案：V带加同轴式二级圆柱齿轮减速箱2 .特点：采用V带可起到过载保护作用；减速器横向尺寸较小，两大吃论浸油深度可以大致 相同。结构较复杂，轴向尺寸大，中间轴较长、刚度差，中间轴承润滑较困难。3 .说明如下：为了估计传动装置的总传动比范围，以便选择合适的传动机构和拟定传动方案可先由已知条件计算般常选用同步转速为 1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机。1.电动机类型和结构的选择四.电动机的选择按工作要求和工作条件，选用一般用途的Y132S-4系列三项异步电动机，它为卧室封闭结构。2.电动机容量的选择-27 -1）卷筒轴的输出功率c FvPw =10002T vD10002 14000.35010000.75=6kW2）电动机输出功率PdPd=N传动装置的总效率二 式中 =0.955 V带传动效率;2 =0.9875轴承传动效率（球轴承）% =0.97 齿轮的传动效率，齿轮精度8级;4 =0.25弹性联轴器传动效率5 =0.955卷筒轴滑动轴承的传动效率；则 = 0.955 0.98753 0.972 0.9925 0.955 0.82015P,6故 Pd7.3157kW0.820153)电动机额定功率Ped查表，选取电动机额定功率Ped =7.5kW3.电动机转速的选择查表得V带传动常用传动比范围i1=24；两级同轴式圆柱齿轮减速器传动比范围i2=860则电动机转速可选范围为 nd = nw彳门2 = 6559827r/min可见同步转速为 750r/min、1000r/min、1500r/min和3000r/min的电动机均符合。这里初选同步转速分别为1000r/min和1500r/min的两种电动机进行比较，如下表所示：方电动机额定 功率 (kW)电动机转速(r/min )电动机传动装置的传动比案型号同步质量(kg)总传动比V带传动两级减速器1Y132M-47.5150014408134.4682.513.7872Y160M-67.5100097011923.2182.210.554由表中数据可知两个方案均可行，但方案1的电动机质量较小，且比价低。因此，采用方案1,选定电动机型号为 Y132M-4。3.电动机的技术数据和外形、安装尺寸查表得出出Y132M-4型电动机的主要技术数据和外形、安装尺寸，并列表记录备份。型号额定功率(kw)同步转速 (r/min)满载转速 (r/min)堵转转矩 额定转矩最大转矩 额定转矩Y132M-47.5150014402.22.3HDEGKLFX GD质量(kg)：1323880331251510X 881传动装置的运动和动力参数的计算1 .传动装置总传动比nm144040.9463= 35.1682 .分配各级传动比取V带传动的传动比i1 =2.5,则两级圆柱齿轮减速器的传动比为:i2 i 335.1682.5= 14.067i2 1=3.75所得i2 i 3符合一般圆柱齿轮传动和两级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围3 .各轴转速电动机轴为0轴，减速器高速轴为I轴，中速轴为n轴，低速轴为出轴，各轴转速为n0 =nm =1440r/minn。 1440n： =576r/min11 2.5ni 576nn = = = 153.6r / min12 3.75nn 153.6nm = 40.96r/min13 3.754.各轴输入功率按电动机额定功率 Ped计算各轴输入功率，即P0 = Ped = 7.5kWR = P0 1 = 7.5 0.955= 7.1625kWPn =R 2 3 = 7.1625 0.9875 0.97 = 6.8608kWPm = Pu 2 3 = 6.8608 0.9875 0.97 = 6.5718kW5.各轴转矩Po7.5To =9550-0 =9550 =49.74N m no1440Pt7 1625T =9550 = 9550 65=118.75N m n576Tn = 9550 = 9550 6.8608 = 426.57 N m nn153.6Pm6.5718Tm =9550 =9550父=1532.24 N mnm40.96电动机轴高速轴I中速轴n低速轴m转速（r/min ）1440576153.640.96功率（kW）7.507.16256.86086.5718转矩（N m）49.74118.75426.571532.24总结：六.传动件的设计计算1.V带传动设计计算1）确定计算功率由于是带式输送机，每天工作两班，查机械设计中表得：工作情况系数KA则计算功率为：1.2Pa = KAPed = 1.2 7.5 = 9kW ca a ed2）选择V带的带型由Pca、 n0查图，选用A型3）确定带轮的基准直径dd并验算带速v初选小带轮的基准直径 dd1:由表取得小带轮的基准直径 dd1 = 125mm二dd1n二 125 1440 验算带速 v： v = 9.425m/s60 100060 1000因为5m/s : v 3 30m/s,故带速合适。计算大带轮的基准直径 dd2. dd2 =iddi =2.5x125 = 312.5mm根据表得圆整为dd2 = 315mm4）确定V带的中心距a和基准长度Ld初定中心距a0 = 500mm。计算带所需的基准长度2 2(dd2 - dd1)(dd2 - dd1)Ld0 2a0 -(dd1 dd2)- 2a0 (dd1 dd2)24a024a0_2二(315 - 125)二2 500(125 315) ()1709.2mm24 500由表选得的基准长度 Ld -1750mm计算实际中心距aLd - Ld1 a : a0 -= 5001750 -1709.22=520.4mm中心距变化范围为 494.15572.9mm。5)验算小带轮上的包角 157.357.3：1 180 -(dd2 -dd1) =180 -(315 -125) - 160 -120a545.46)确定带的根数 计算单根V带的额定功率由 dd1 =125mm和 n0 =1440r/min ,查表得 P0 =1.91kW根据 n =1440r/min , i=2.5 和 A 型带，查表得 P0 =0.03kW查表得 K =0.95, Kl = 0.99。于是:Pr =(P0P0) K Kl =1.91kW =1.8246kWPca z 二Pr计算V带的卞!数z9=4.931.8246取5根。7)计算单根V带的初拉力的最小值(Fo)min由表得A型带的单位长度质量 q=0.1kg/m ,所以(Fo)min =500(2.5 - K：)Pcaqv2K:zv(2.5-0.95) 921z= 500 0.1 9.425 N0.95 5 9.425= 165N应使带的实际初拉力 F0 .(F0)min8)计算压轴力Fp pi152(Fp)min = 2z(F)min sin 万=2 5 165 sin - 11622N总结:带基准长度Ld (mm)小带轮基准直径 dd1 (mm)大带轮基准直径 dd2 (mm)中心距范围a (mm)单根带初拉力Fo (N)V带/轮槽数z1750125312.5494.15 572.916552.斜齿轮传动设计计算按低速级齿轮设计：小齿轮转矩T1 =5= 426.57N .m,小齿轮转速 m = nn =153.6r/min ,传动比 i =i3 =3.75。3(1)选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数选用斜齿圆柱齿轮运输机为一般工作机器，速度不高，故选 7级精度(GB10095-88)由机械设计表选择小齿轮材料为40Cr (调质)，硬度为280HBS;大齿轮材料为45钢(调质)，硬度为240HBS,二者硬度差为40HBSo选小齿轮齿数 乙=24：大齿轮齿数z2 = i，乙=3.75父24 = 90初选取螺旋角一：=14(2)按齿面接触强度设计2KHtT1公式：d1t -31(ZhZeZ；z：二 h)2确定公式内各计算数值a）试选载荷系数 K Ht =1.6b）选取区域系数ZH =2.433c）由图查得名d=0.7&名d=0.88,名a=考8+名槃=0.78 + 0.88 = 1.66d）小齿轮传递的传矩Ti=426.57N，me）由表选取齿宽系数 d =1f)工二 0 AtMM =lx24x tan(W)h 二眺g)1口*P(1- 1.905) + = 0.665h） ”厢轲C埠解1i）由表查得材料弹性影响系数 Ze =189.8MPa5j）由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限仃h lim1 = 600MPa ;大齿轮的接触疲劳强度极限: Hlim2 =550MPak）计算应力循环次数:N1 =60 nl j Lh =60 153.6 1 (2 8 365 10) = 538214400 5.38 1085382144008i1143523840 1.435 103.75l）由图查得接触疲劳寿命系数Khni =0.90,Khn2 =0.94m）计算接触疲劳许用应力：取失效概率为1%,安全系数S=1得!hiK: 一K HN1 - H lim1SK HN 2 H lim 2S0.90 600 MPa =540MPa;10.94 550 MPa =517MPan）许用接触应力540 517= 528.5MPa计算a）试算小齿轮分度圆直径dit ,由计算公式得82.737mm,二2父1.6父426.57父1033.75 +1 /2.433 父 189.8 父 0.665 父 0.985 dit 3 父,父I mmV13.75、528.5)b）计算圆周速度二 dt n v =60 1000二 82.737 153.660 1000m. s = 0.665m sc）齿宽bb=：3 d1t =1.0 82.737mm = 82.737mmd）计算载荷系数Kh由表查得使用系数KA =1根据v = 0.665m/s , 7级精度，查得动载系数 Kv =1.05；由表查得KhP的值与直齿轮的相同，故KhP= 1.321;因 KAFt/b =1 426.57/(109.7/2)/109.7 = 70.9N/mm ：100N/mm查表得 KHa = KFa=1.4; KfB=1.18故载荷系数：Kh = Ka Kv Kh： Kh ： =1 1.05 1.4 1.321 =1.94e)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径d1 = d1t 3KH- = 82.737 父 31194mm = 88.225mm1KHt1.6及其相应的齿轮模数mnmn88.225 cos1424mm = 3.57mm（3）按齿根弯曲强度设计mt_32KFtT1YY cos2- YFaYSamnt；d*%确定计算参数a）试选载荷系数KFt =1.6b）计算玩去疲劳强度的重合度系数Y4=arrtanftanPcosc) = arctan(tanl4ocos20.526o) = 13.140,e 郎=Ea/cos: = 1.66/cos: 13,140= 175Y = 0,2S + 0.75/e = 0.25 + 0.75/1.7S = 0.679gwc)螺旋角系数 Ya= 1_ Eft 二 1 -1905 X 二 0*778E P 120:1册d）计算当量齿数Zvi二 乙cos3 :24一326.27cos 14Zv2二 Z2cos3 :90屋=98.52cos 14e）查取齿形系数查表得 YFai = 2.592,YFa2 =2.185f）查取应力校正系数查表得 Ysai =1.596,Ysa2 =1.787g）计算弯曲疲劳许用应力由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限仃FE1 =500MPa；大齿轮的弯曲疲劳强度极限二吒2 =380MPah）由图查得弯曲疲劳寿命系数Kfn1 =0.84, Kfn 2 =0.88取弯曲疲劳安全系数S=1.4得0.84 5001.4= 300.0MPaK FN 2 FE 2S0.88 5001.4= 238.9MPai）计算YaY纹，并加以比较二 fYFa1 Ysa1上F12.592 1.596300=0.01379= 0.01634YFa2 YSa22.185 1.787Fa 2 sa2 L 238.9大齿轮的数值大，值为0.01634设计计算mnt3- 22 1.6 426.57 103 0.778 0.679 cos141 2420.01634mm =2.68mm调整齿轮模数a)圆周速度 d工二旧汨/c哪= 2.68 K 24/cM4 mm = 662b）齿宽60 -1000nx .29X153.660X1C0Cm/s = 0.533上。儿力/二媪B *c)齿高h及宽高比b/hh = (2h；1t+3)巾就=(2 x 1+ 025)x 2.63rr 6.03b/h = 66.29/6.03 = 1d）计算实际载荷系数KF =Ka KV KF. KF ： =1 1.05 1.4 1.18=1.73e）得出按实际载荷系数算得的齿轮模数对比计算的结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数。从满足弯疲劳强度出发，从标准中就近取mn=3mm。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 匕二88,225师来计算小齿轮应有的齿数。于是：乙=d1cos P = 88225cos14、28.53 取乙=29；则 z2 = 3.75 父 29 =108.75,取 Z2=109。 mn3(4)几何尺寸计算计算中心距29 109 3 mm = 213.34mm2 cos14考虑到模数从2.75mm增大整圆至3mm ,为此将中心距减小圆整为213mm。按圆整后的中心距修正螺旋角- =arccos-ZZ2n = arccos(29 109) 3 =13 37482a2 213因P值改变不多，故参数 % K p, ZH等不必修正计算大、小齿轮的分度圆直径计算齿轮宽度b = ：，d d1 =1 89.52mm = 89.52mm圆整后取 b1 =95mm,b2 = 90mm由于是同轴式二级齿轮减速器，因此两对齿轮取成完全一样，这样保证了中心距完全相等的要求, 且根据低速级传动计算得出的齿轮接触疲劳强度以及弯曲疲劳强度一定能满足高速级齿轮传动的要 求。为了使中间轴上大小齿轮的轴向力能够相互抵消一部分，故采用高速级小齿轮左旋，大齿轮右旋, 低速级小齿轮右旋，大齿轮左旋的方案。总结：高速级低速级小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮传动比3.75法向模数（mm）3螺旋角13 3748中心距（mm）213齿数2910929109齿览（mm）95909590直径(mm)分度圆8732787327齿根圆79.5319.579.5319.5齿顶圆9333393333旋向左旋右旋右旋左旋七.轴的结构设计及强度校核计算1.高速轴的设计（1）高速轴上的功率、转速和转矩转速 n( r / min )高速轴功率P/kw）转上1 T1 ( N m)5767.1625118.75（2）作用在轴上的力已知高速级齿轮的分度圆直径为di=87mm ,根据机械设计中公式得:Ft2T12 118.757 = 87 10工= 2729.89NFrFt tan : ncos :tan20=2729.89 = 1022.39Ncos13.63Fa = Ft tan : =2729.89 tan13.63 -661.94N(3)初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表得 A0=103126取A0 =112，于是得 % =43 =112 3 2等=25.95mmn1576轴与带轮连接，有一个键槽，轴径应增大3%5%,轴端最细处直径应为L 2535mmi (0.030,05) x 25.95mm = 261302715mm1)拟订轴上零件的装配方案(如图)In1111Vv vi vn(4)轴的结构设计2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a)轴段I -n的设计。 i-n轴段上安装带轮，此段设计应与带轮轮毂孔的设计同步进行。初定I -n段轴径d1=30mm,带轮轮毂的宽度为(1.52.0) d1= (1.52.0) x30mm=4560mm ,结合带轮 结构取L带轮=60mm。为了保证轴端档圈只压在V带轮上而不压在轴的端面上，故I-n轴段长度略小于轮毂宽度，取 L1=58mm。b)密封圈与轴段n -m的设计。为了满足V带轮的轴向定位，I -n轴段右端需制出一轴肩，轴肩高度 h= (0.070.1) d1= (0.070.1) x30mm=2.13mm。轴段 n -出的轴径 d2=d1+2x (2.13) mm=34.136mm ,其最终由密封圈确定。查表选取毡圈35JB/ZQ4606-1997,故取n -出段的直径d2=35mm。c)初步选择滚动轴承与轴段m-IV和vi-vn的设计。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据d2=35mm,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30208,其尺寸为 d x DX T=40mm x 80mm x 19.75mm ,B=18mm；为补偿箱体铸造误差和安装挡油环，靠近箱体内壁的轴承端面距箱体内壁距离取4=12mm。通常一根轴上的两个轴承取相同型号，故d3=d6=40mm；而Ls=B=18mm。d)齿轮与轴段IV -V的设计。为便于齿轮的安装，d4应略大于d3,课初定d4=42mm,齿轮分度圆直径比较小，采用实心式。齿轮宽度为bi=95mm,齿轮的左端与左端轴承之间采用套筒定位，为保证套筒能够顶到齿轮左端面，该处轴径长度应比齿轮宽度略短，取L4=93mm。e)轴段V -VI的设计。齿轮右侧采用轴肩定位，定位轴肩的高度 h= (0.070.1) d4= (0.070.1)x42mm=2.944.2mm ,取h=3mm ,则轴肩直径 d5=48mm,取l_5=Ai=10mm o该轴段也可提供右 侧轴承的轴向定位。齿轮左端面与箱体内壁距离以及齿轮右端面与右轴承左端面的距离均取为 i,则箱体内壁与高速轴右侧轴承座端面的距离Bxi=2Ai+bi=(2x10+95)mm=115mm of)轴段n -出和m-iv的设计。轴段n -m的长度除了与轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关。轴承座的厚度L = 5+ Ci + Ca + (58,查表得下箱座壁厚5 = O.O25a+ 3mm ：= 0.025x 213mm+3mm = 8.325mm 取 S =(a=213mm300mm ,取轴承旁连接螺栓为M12,则ci=20mm , C2=16mm,箱体轴承座宽度L=9+20+16+(58)mm=5053mm，取L=50m；可取箱体凸缘连接螺栓为M10,地脚螺栓为drM16,则有轴承端盖连接螺钉为0.4d0.4x16mm=6.4mm，取为M8 ,查表得，轴承端盖凸缘厚度取为Bd=10mm；端盖与轴承座间的调整垫片厚度取为t=2mm；端盖连接螺钉查表得，取为螺栓GB/T5781M8 25;为在不拆卸带轮的条件下，可以装拆轴承端盖连接螺钉，取带轮凸缘端面距轴承端盖表面距离K=30mm,带轮采用轮辐式，螺钉的拆装空间足够，则:轴段n -m的长度轴段m-IV的长度=(50 + 10 + 30+2+-12-8)nira = 64JL3= A+B+Ai+2mm= (12+18+10+2) mm=42mm至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3)轴上零件的轴向定位V带轮与轴的周向定位选用A型普通平键连接，查表选其型号为8x45GB/T 1096-1990,尺寸为8mm x 7mm x 45mm , V带轮与轴的配合为 H7/r6 ;齿轮与轴的周向定位选用A型普通平键连接，查表选其型号为12x80GB/T 1096-1990,尺寸为12mm x 8mm x 80mm ,为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6 ;滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。4)确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角1.2 m 45 各圆角半径见图, 总结：轴段编号长度（mm）直径（mm）配合说明I -n5830与V带轮键联接配合n -m64.535定位轴肩m-w4240与滚动轴承30208配合，套筒定位w-v9342与小齿轮键联接配合V-VI1048定位轴环vi-vn1840与滚动轴承30208配合总长度285.5mm（5）求轴上的载荷轴上力作用点间距。轴承反力的作用点与轴承外圈大断面的距离a3=16.9mm。因此，轴的支点及受力点间的距离为：mm = 109.65mmI： = + L: + a3-T+B = + 64.5 + 16,919.75 + 18 l2=T+A+4 + t-a3 = (19.75 -12 +10 + ? -16* 72.35mm占+% + T - 与二(- + 1Q+ 19J5-16.9)mm = 645mJ 3 s J UJ根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。载荷水平囿H垂直面V从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面C是轴的危险截面。先计算出截面C处的Mh、Mv及M的值列于下表。a = 0.6 ,轴的计算应力0.1 4032.中间轴的设计支反力FFnhi =68NFNH2 =6186NFnvi = 1382NFnv2 =2682NC截回 弯矩MMh =Fnh2ML3=460875N mmMv =FNV2L3+Ma2= 353536N mm总弯矩Mmax =JM； +M； =,4608752 十3535362 =580856N .mm扭矩T = 422360 N mm(6)按弯扭合成应力校核轴的强度根据公式及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取(j =caMpa = 28.61MpaM2 (: T)216864620.6 118750 2已选定轴的材料为 45Cr,调质处理。由表查得o_1 = 70MPa。因此aca 2.5m n=2.5X 3mm=7.5mm ,故取 d4=55mm , L4应略短于 b3=95mm ,故 L4=93mm。齿轮2右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定，其轮毂宽度范围为(1.21.5) d2=6682.5mm ,取其轮毂宽度与齿轮宽度相等。 为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段n -m的长度应比相应齿轮的轮毂略短，因 b2=90mm ,故取 L2=88mm。轴段m-IV的设计。该段为齿轮2提供定位，其轴肩高度范围为(0.070.1) d2=3.855.5mm ,取其高度为 h=4mm。故 d3=63mm。齿轮3右端面距离箱体内壁距离取为1,齿轮2的左端面距离箱体内壁的距离为(瓦一) /2 = 10mm4-95 - 90/2mm = 125mm高速轴右侧的轴承与低速轴左侧的轴承共用一个轴承座，其宽度为l5=53.5mm ,则箱体内壁宽度为Bx = Bxi + Bx： + lg = 105+ 111.5 + 53.5)mm = 270mm则轴段m-IV的长度为La = -瓦(270 - 90 95 -10 _ 12,5)nini = 62.5mm轴段I -11和旷-V1长度。由于轴承采用脂润滑，故轴承内端面距箱体内壁的距离取为4,则轴段I -n的长度为L = B+a +占+2mm = (20 + 12 + 125+2)mni = 4&5nnn轴段v -w的长度为15 = B+a + a1=(20+12 + 10)mm = 42mm至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3）轴上零件的轴向定位大小齿轮与轴的周向定位都选用A型普通平键连接，查表选其型号为 16x70GB/T 1096-1990,尺寸为16mm x 10mm x 70mm ,为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6 ;滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角1.2 m 45 ,各圆角半径见图总结：轴段编号长度（mm）直径（mm）配合说明I - n46.550与滚动轴承30210配合，套筒定位n -m8855与大齿轮键联接配合m-w62.563定位轴环w-v9355与小齿轮键联接配合V-VI4250与滚动轴承30210配合总长度332mm（5）求轴上的载荷轴上力作用点间距。轴承反力的作用点与轴承外圈大断面距离a3=20mm ,则可得轴的支点及受力点间的距离为：11 4 +/+A +T - 125+12+2175-20）nun = 7L25mmk %+净，625+蜉）mm=155mmb=?+及+a +T - Sg=+10+12+2U5- 20 j mni=JlJSnmi根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图:Frl从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面C是轴的危险截面。先计算出截面 C处的Mh、Mv及M的值列于下表。载荷水平囿H垂直向V支反力FFnhi =68NFnh2 =6186NFnvi =1382NFnv2 =2682NC截回 弯矩MMh =Fnh2ML3 = 460875N mmMv =FNV2ML3 +Ma2=353536 N mm总弯矩M max =JM；+ M； =.4608752 +3535362 = 580856 N mm扭矩T = 422360 N mm(6) 按弯扭合成应力校核轴的强度根据公式及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取 a =0.6 ,轴的计算应力M2 (: T)2W58085620.6 422360 20.1 503Mpa =50.70Mpa已选定轴的材料为 45Cr,调质处理。由表15-1查得仃-1 =70MPa。因此仃ca 60,35 + 60.85 X (0.030.05)mm = (62r686189)mm(4)轴的结构设计1)拟订轴上零件的装配方案I111111Vv VI vn2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 联轴器及轴段I -n的设计。为补偿联轴器所连接两周的安装误差、隔离振动，选用弹性柱销联轴器。查表取 Ka=1.5,则计算转矩为Tc=KaT3=1.5x1532240N - mm=2298360N - mm。查表得 GB/T5014-2003中的LX4型联轴器符合要求：公称转矩为2500N - mm,许用转速为 3870r/min ,轴孔范围为4075mm。考虑 d (62.6863.89) mm,取联轴器毂孔直径为63mm ,轴孔长度 107mm, J型轴孔，A型键。相应轴段I -n的直径d1=63mm,其长度略小于毂孔宽度，取L1=105mm 密封圈与轴段n -m的设计。联轴器用轴肩定位，轴肩高度h= (0.070.1) d1= (0.070.1)x63mm=4.416.3mm。轴段n -出的轴径d2=d+2xh= (71.8275.6) mm,最终由密封圈确定。查表选 取毡圈 70JB/2Q4606-1997,贝U取 d2=70mm 轴承与轴段m-IV和VI -vn的设计。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。现暂取轴承为 30215,由表得其尺寸为 dXDXT=75mmX 130mm x 27.25mm , B=25mm,通 常一根轴上的两个轴承取相同的型号，故d3=d6=75mm。该减速器齿轮的圆周速度小于2m/s ,故左端轴承采用脂润滑，需要挡油环。为补偿箱体铸造误差和安装挡油环，轴承靠近箱体内壁的端面与箱体内壁距离取4 =12mm。因为是同轴式减速器，该轴上右端轴承的轴承座完全处于箱体内部，该处轴承采用油润滑，润滑油由低速级大齿轮轮缘上刮取，可使轴承内圈端面与轴承座端面共面，故可取L6=B=25mm。该处轴承与高速轴右端轴承共用一个轴承座，两轴承相邻端面间距离取为6.5mm ,满足安防拆卸轴承工具的空间要求，则轴承座宽度等于两轴承的总宽度与其端面间距的和，即l5=(19.75+27.75+6.5)mm=53.5mm 齿轮与轴段IV -V的设计。为便于齿轮的安装，d4应略大于d3,可初定d4=77mm。齿轮4轮毂的宽度范围为14电(L2ML5)山=(9L2H4 ,取其轮毂宽度为l4=91.5mm ,其左端面与齿轮左侧轮缘处于同一平面内，采用轴肩定位，有段采用套筒固定。为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段IV-V的长度应比齿轮 4的轮毂宽度略短，故取 L4=88mm 轴段V -VI的设计。齿轮左侧采用轴肩定位， 定位轴肩高度为h= (0.070.1)d4=(0.070.1)x76mm=(5.327.6) mm,取h=5.5mm ,则轴肩直径d5=87mm ,齿轮左端面与轮毂右端面距箱体内壁距离 均取为 i=iomm,则箱体内壁与低速轴左侧轴承座端面的距离Bq =+1& = 2 X51Tlm = 11L,取L5=Ai=iomm,该轴段也可提供轴承的轴向定位。 轴段n -出与m-IV的长度。轴段n -m的长度除了与轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关。为在不拆联轴器的条件下可以装拆轴承端盖带连接螺栓，取联轴器毂端面与轴承端盖表面距离K=35mm ,则有La 二 L + 瓦 + K_B = (50 +10 + 35+ 2-12 - 25)mm = 60nlmL3 =a+B+a1+14-L4= (12+25 +10 + 9L5 - 88)mm = 505mm至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3)轴上零件的轴向定位半联轴器与轴的联接，选用A型普通平键连接，查表选其型号为18x100GB/T 1096-1990,尺寸为18mm x 11mm x 100mm ,半联轴器与轴的配合为 H力k6。齿轮与轴的联接，选用A型普通平键连接，查表选其型号为22x80GB/T 1096-1990,尺寸20X80GB/T1096-1990 ,尺寸为22mm x 14mm x 80mm ,为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选 齿轮轮毂与轴的配合为 H7/n6。4)确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角2.0父45,各圆角半径见图总结:轴段编号长度(mm)直径(mm)配合说明I -n10563与联轴器键联接配合n -m6070与端盖配合，做滚动轴承的轴向定位m-w50.575与滚动轴承30215配合w-v8877与大齿轮以键联接配合，套筒定位V-VI1087轴环vi-vn2575与滚动轴承30215配合总长度338.5mm(5)求轴上的载荷轴上力作用点间距。受力点间的距离为：轴承反力的作用点与轴承外圈大断面距离a3=27.4mm ,则可得轴的支点及l1 = 7i+L5+T-a3 = (- + 10 + 27125-27.4)mm = 54,85 mm1? = T+A+&+l3-aw = f27.25 +12+ 10+91.5 - 7 - 27.4jmm = 68,35mml3=+L2+a3-T+B = (53.5+60+27.4- 27.25+25)mm=138.65mm根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图:Fr从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面B是轴的危险截面。先计算出截面B处的Mh、Mv及M的值列于下表载荷水平面H垂直面V支反力FFnh1 =3943.35NFNH2 =3522.72NFnv1 = -2039.50 NFNV2 =4831.04NB 弯矩MMh =Fnh1MLi = 264204N mmM V F NV 2 M L2=362325N mm总弯矩M max = VM 2 + M V2 = 42642042 十 3623252 = 448423N .mm扭矩T =1370920N -mm（6）按弯扭合成应力校核轴的强度M 2 ： (T)2W根据式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取 =0.6,轴的计算应力Mpa = 22.21Mpa44842320.6 1370920 20.1 753已选定轴的材料为45Cr,调质处理。由表15-1查得仃-1 =70MPa。因此aca（叵-1,故安全。八.滚动轴承的选择和寿命计算-A. r. p-T- jj-i-f 人轴承预期寿命Lh =10 300 8 2 = 4 8 0 h01 .高速轴的轴承1）计算轴承的轴向力。查表得30208轴承的 G=63000N, C0r=74000N, e=0.37, 丫=1.6。查表得其内部轴向力计算公式，则轴承 1、2的内部轴向力分别为：_23122 2Y = 2 X 1.6=722.6N_R2_ 2354,3Sa = 2Y=2xL6=7357N-36 -外部轴向力A=734.6N,各轴向力方向如轴力图所示。Ss + A = 7357N+ 7316N = 1470,3N S则两轴承的轴向力分别为Fal = S2 + A= 14703NFfl2 = S2 = 735,7N2）计算当量动载荷。因为=14073/23126=0研轴承1的当量动载荷为& = 04 瓦 + 16PHi = 04 x 231Z6N+1,6 x 14701 = 32775N因为除低二7357/23543= 0,31 P2,故只需交合轴承 1, P=P1。轴承在100 c一下工作，查表得 后=1。对于减速器，查表得载荷系数 fp=1.5o轴承1的寿命为：10fi frC E 1061 x 6300 f,昆=瓯（钎）=60x576（ 1.5x32775）= 142488h %故轴承寿命足够。2 .中间轴的轴承1）计算轴承的轴向力。 查表得30210轴承的Cr=73200N, Cor=92000N, e=0.42, 丫=1.4。查表得其内部轴向力计算公式，则轴承 1、2的内部轴向力分别为：=662.6N_ 瓦 _ 1855,41.= 2Y = 2x1.4R2_ 8239,12Y= 2x1.4=2942,5N外部轴向力A=1840.9N,各轴向力方向如轴力图所示。S2 + A = 2942,5N+ 1840.9N = 47834N 工则两轴承的轴向力分别为Ffll = S2+A=U703NFa2 = S: = 29425N2）计算当量动载荷。因为 Fal/Ri = 4783.4/1855.4 = 2,5E,轴承1的当量动载荷为P1 = 04 瓦 + 1.6Fh1= 04 x 1855.4N+1,6 x 4783.4N = 74389N因为跖/卜二2942.5/82391 = 0136 R,故只需交合轴承 2, P=历。轴承在100c一下工作，查表得 、=1。对于减速器，查表得载荷系数 fp=1.5。轴承1的寿命为：10fi fTC, 1 x 73200 _0* 一Z 瓯（哥）=60x1516 （1.S X 8239,P40793,5h胎小于但在允许范围内，故轴承寿命足够。3 .低速轴的轴承1）计算轴承的轴向力。 查表得30215轴承的 G=138000N, Cor=1850