一级直齿圆柱齿轮减速器输入轴组合结构设计计算说明书（精编版）

1、一级直齿圆柱齿轮减速器输入轴组合结构设计计算说明书题目 1：一级直齿圆柱齿轮减速器输入轴组合结构设计（见图1）图 1 1- 大带轮； 2-轴承； 3-齿轮； 4-轴原始数据见表1-1 。表 1-1 设计方案及原始数据项目设计方案 3 轴输入功率kwp/ 3.3 轴转速min/ rn 750 齿轮齿数3z 25 齿轮模数mmm/ 3 齿轮宽度mmb/ 80 大带轮直径mmd / 160 带型号 a 带根数z 4 160 100 带传动轴压力nq / 950 轴承旁螺栓直径mmd / 12 1、设计目的p137 表5-1 p=3.3kw n=750r/min z3=25 m=3mm =20d=75

2、mm ft=1121n fr=408n p232表 8-1 dmin =25.0mm d=160mm 带型号为 a型带根数 z=4 l=160mm s=100mm d1 =25.0mm 通过完成轴系部分大作业，要求掌握：（1）轴的结构设计过程；（2）轴的强度计算方法；（3）轴承的选型设计和寿命计算；（4）轴承的组合结构设计方法和过程。2、设计步骤（1）根据已知条件计算传动件的作用力。 选择直齿圆柱齿轮的材料：传动无特殊要求，为便于制造采用软齿面齿轮，由表5-1，大齿轮采用 45#钢正火， 162217hbs ； 直 齿 轮 所 受 转 矩npt61055.9=9.55 1063.3/750=4

3、2020n.mm； 计算齿轮受力：齿轮分度圆直径：d=mz3=325=75mm 齿轮作用力：圆周力ft=2t/d=242020/75=1121n 径向力 fr=fttan =1120.5tan20=408n；（2）选择轴的材料，写出材料的机械性能：选择轴的材料： 该轴传递中小功率， 转速较低， 无特殊要求，故选择 45 优质碳素结构钢调制处理，其机械性能由表8-1查得： b=637mpa,s=353mpa, -1=268mpa, -1=155mpa l1=63mm d2=30mm l2=57.5mm d3= 35mm l3=52mm d4=38mm l4=78mm d5=44mm l5=10m

4、m d6=40mm l6=21.5mm d7=35mm l7=20mm d=75mm da=81mm df=67.5mm db=70.78mm v=2.94m/s p151 表5-6 p32附 表1-1、由表 1-5 查得：轴主要承受弯曲应力、扭转应力、表面状态为车削状态，弯曲时：34.0，扭转时：34.0；（3）进行轴的结构设计： 按扭转强度条件计算轴的最小直径dmin，然后按机械设计手册圆整成标准值：由式（ 8-2）及表 8-2t=30mpa，a0=118 得 dmin=a0=118=19.34mm, 圆整后取 dmin=20.0mm 计算所得为最小轴端处直径，由于该轴段需要开一个键槽，应

5、将此处轴径增大3%5% ，即 dmin=(1+5%)d=21.0,圆整后取dmin =25.0mm； 以圆整后的轴径为基础，考虑轴上零件的固定、装拆及加工工艺性等要求，设计其余各轴段的直径长度如下：1） 大带轮开始左起第一段：带轮尺寸为： ds=25mm，宽度 l=65mm 并取第一段轴端段长为l1=63mm；2） 左起第二段，轴肩段：轴肩段起定位作用，故取第二段轴径d2=30mm。由l2=s-l/2-10=57.5mm，取 l2=57.5mm；3） 左起第三段，轴承段：初 步 轴 承 型 号 选 择 ， 齿 轮 两 侧 安 装 一 对6207 型（gb297-84）深沟球轴承。 其宽度为 1

6、7mm，左轴承用轴1-2 套定位，右轴承用轴肩定位。该段轴径 d3= 35mm；4） 左起第四段，齿轮轴段：取轴径 d4=38mm，齿轮宽度 b=80mm，则取 l4=78mm；5） 左起第五段，轴环段：取轴径 d5=44mm，l5=10mm；6） 左起第六段，轴肩段：取轴径 d6=40mm；7） 左起第七段，轴承段：取轴径 d7=35mm，l7=20mm；8） 确定 l3，l6，轴套尺寸：经计算， l3=52mm，l6=21.5mm，轴套外径取45mm。9） 轴承盖：取螺钉数 6 个，d1=45mm，d3=8mm，b=10mm，h=10mm，e=1.2d3=9.6mm，d0=d+2.5d3=

7、92mm，d4=d-(1015)mm，则取 d4=d-12=60mm，d1=68mm，d2=112mm，m=17mm；10）其它定位尺寸：选用 6207 型轴承，其宽度为17mm，考虑到箱体的铸造误差及装配时留有必要的间隙，取齿轮端面至箱体壁间的距离为 21.5mm，滚动轴承与箱内边距为10mm，轴承处箱体凸缘宽度应按箱盖与箱座连接螺栓尺寸及结构要求确定，暂取42mm。 考虑轴上零件的周向固定，选择连接形式和配合符号1）轴与透盖之间的密封圈为间隙配合，符号为30h7 /m62）轴与两轴承为过盈配合，符号为35h7 /k63）直齿轮与轴，带轮与轴之间通过平键连接，通过查设计手册得键截面尺寸分别为

8、b h=10mm 8mm 和 8mm7mm，齿轮处键槽长度为70mm，带轮处键槽长度为50mm，键槽深度分别为5mm、4mm。其中，直齿轮采用平辐板铸造齿轮，参数如下：齿轮分度圆直径： d=mz3=325=75mm 齿轮齿顶圆直径： da=d+2ham=75+2 1.0 3=81mm 齿轮齿根圆直径：df=d-2(ha+c) m=75-2 1.25 3=67.5mm 齿轮基圆直径： db=dcos=75cos20=70.78mm 圆周速度： v=dn/(60 1000)= 75750/(60 1000)=2.94m/s 由表 5-6 ，选齿轮精度为8 级。 其余细部结构考虑轴的结构工艺性，在轴

9、的左端和右端均制成145倒角，两端装轴承处为磨削加工，留有砂轮越程槽，为了便于加工，齿轮、带轮的键槽布置在同一母线上，并取同一截面尺寸。（4） 轴的疲劳强度校核 绘制轴的受力图2-1 图 2-1 计算轴的支反力水平面的支承反力：=垂直面的支承反力: 则可得：=1172n =1004n 绘制轴的弯矩图和扭矩图（如图2-3,2-4,2-5 所示）设计的轴的结构如图2-2 所示图 2-2 水平面弯矩图为mh，垂直面弯矩为mv，合成弯矩为m 截面处的弯矩为：水平面弯矩： mhv=0 垂直面弯矩： mvv=q 100=950 100=95000n mm 合成弯矩后 mv=95000 n mm 截面处弯矩

10、为：水平面弯矩： mh=r2h80=16320n mm mv=r1v80=92320 n mm 合成弯矩后m1=93751 n mm 图 2-3 图 2-4 图 2-5 扭矩图如图 2-7，t=42020 n mm，计算弯矩图如图2-8。弯矩按脉动循环变化处理，=0.6 mca1= =25212 n mm mca2=98288 n mm mca3=97082n mm mca4=m1=93751n mm 95000 93320 16320 95000 93751 图 2-7 图 2-8 确定危险截面， 计算计算应力、 其安全系数， 校核轴的疲劳强度1）计算计算应力：左起阶梯轴一、二之间的截面直径

11、最小dmin= 25mm，计算弯矩较大；轴承 2 受力点处截面d=35mm，轴径不是最大但所受计算弯矩最大。故此两处较危险，校核此两处。线性插值取近似值得：mca5=48962 n mm 剖面处计算应力ca=mca5/w=31.3mpa 剖面处计算应力ca=mca3/w=17.7mpa 由表 8-3 插值得 b-1=58.7 mpa cas ，面安全校核和剖面疲劳强度，剖面因配合（h7/r6 ）引起的应力集中系数由附表1-1 插值得， k=1.97 ，k=1.8。剖面因过渡圆角引起应力集中系数，由附表1-2 插值得（d-d） /r=(38-35)/1=3， r/d=1/35=0.028， k=2.12 ， k=1.98 面因键槽引起应力集中系数由附表1-1插 值 可 得 ，k=1.86 ，k=1.62 故剖面按配合产生应力集中计算mv=67766 n mm t=42020n mm max=mv/w=67766/（0.1 303）=25.1mpa =max=25.1mpa m=0 max=t/w=42020/（0.2 303）=7.8 mpa m=max/2=3.9 mpa =0.81 ，=0.76 ，=0.92 ，=0.92 s=s=s=16.2 s=1.51.8 ss ，安全。（5）轴承寿命校核已算出轴承支反力r1=1172n ，r2=1004n