减速器输出轴说明书

1、斜齿圆柱齿轮减速器结构设计说明机械工程 系 机械工程及自动化专业机械12-7班设计者 林键指导教师王春华2014年12月26日辽宁工程技术大学题目二：二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器输出轴结构简图及原始数据0Af *ak74Jlks轴系结构简图项目设计方案名称字母表示及单位4输入功率P/kW6.1轴转速n/(r/mi n)150齿轮齿数Z2107齿轮模数mn/mm4齿轮宽度b2/mm80齿轮螺旋角38°'34 ”a/mm80l/mm215s/mm100链节距p/mm25.4链轮齿数z29轴承旁螺栓直径d/mm16、根据已知条件计算传动件的作用力1. 计算齿轮处转矩 T、圆周力Ft

2、、径向力Fr、轴向力Fa及链传动轴压力 Q已知：轴输入功率 P=6.1kW，转速n=150r/(min)。转矩计算：T 9. 550106P / n 9. 550 106 6. 1 / 150388366. 7N ? mm分度圆直径计算：d1mh ? Z2 / cos 4 107 / cos 8 6 34432 . 3mm圆周力计算：Ft2T / d12 388366.7 / 432.31796. 7N径向力计算：FrFt tan n / cos 1796. 7 tan 20 / cos 8 6 34660. 6N轴向力计算：FaF tan轴压力计算：1796.7 tan 8 6 34256N

3、IOOOKqP计算公式为：Qv由于转速小，冲击不大，因此取IOOOKqPnpz /( 601000)Kq=1.2,带入数值得：1000 1.2 6. 13975N15025. 429 /( 601000)2.计算支座反力(1)计算垂直面(XOZ)支反力轴受力分析简图R2yQ?(l s) Rr l_a)3975(215100)660.6 ?(21580)2156238. 6NR1yR2yQRr6238.63975660.61603N(2) 计算垂直面(XOY)支反力R2zRt(la)l1796.7(21580)2151128. 2NRizR R2z 1796. 71128. 2668. 5N、初

4、选轴的材料，确定材料机械性能初选材料及机械性能材料牌号45号热处理调质毛坏直径/mm< 200硬度/HBS217255e/MPa637(f/MPa353e /MPa268T/MPa155ei/MPa216e /MPa98e-i /MPa59四、进行轴的结构设计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：d9.55 106P 0. 2 T n查表8-2，因弯矩较大故 Ao取大值118，带入计算得:40. 6mm因开有键槽，轴径需增大 5%得：D=42.63mm圆整成标准值得：Di=45mm2. 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

5、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

6、。(3) 轴的初步结构设计图7654321(4) 初选轴承型号Fa256 门 “C 1由于h0.388，故选择向心推力轴承，考虑轴径为60，初Fr660.63选轴承型号为圆锥滚子轴承30212。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 X9，而键长L1初取56mm ;初选齿轮 处键的公称尺寸为 18 X11，键长L2初取63(2) 其余细部结构五、轴的疲劳强度校核1.轴的受力图2

7、绘制轴的弯矩图与转矩图mm(1)垂直面(XOZ)弯矩图M4ZRz ?(la)R2Z ?a 668.5 (21580)1128. 2 8090256N3975 100397500N ? mm水平面（XOY）弯矩图M4yRy ?(l a)1603(21580)216405N ? mmM2yQ ?s(3) 合成弯矩图M4. MzM4y234472 3N ? mmM2M2y397500N ? mm(4) 绘制转矩图T388366. 7N ? mmT=388366.7N m14233.确定危险截面，计算安全系数，校核轴的疲劳强度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

8、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。H截面弯矩较大，且有应力圆角，有应力集中。皿截面弯矩最大。W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。(1)计算I截面处的安全系数综合影响系数，如下；有效应力集中系数K 匸1.81K=1.60绝对尺寸系数s 0=0.78sR.74加工表面的表面质量系数3=0.95应力总数弯曲Wo=0.34扭转呼 =0.21计算抗弯模量与抗扭模量bt(d t )2 /( 2d ) bt(dt )2 /( 2d )623 / 32623 / 1618 7 62WTd3 / 16计算弯曲应力

9、I截面处最大弯矩M (397500I截面最大扭矩T388366. 7N ? mm将弯曲应力看成对称循环应力求解，有：max M / W 295607. 7 / 2032414. 5MPa234472. 3)8030234472.3m 0计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有：T / 2 T /( 2W)388366. 7 /( 243722)m a 4. 44MPa 按疲劳强度计算安全系数S 1 /( Ka/(m)187(62295607. 7N4. 44MPa268 /( 1. 81S 1 /( K14. 5/( 0. 95a/()0.78)m)0.340)7.577)2 /(

10、262)7)2 /( 262)? mm20324mrh43722mm155/( 1.6综合安全系数S S4. 44 /( 0. 950. 74)0. 214. 44)14. 04Sca7. 5714. 046. 67有效应力集中系数K 0=1.58K=1.41绝对尺寸系数£-=0.81£=0.76加工表面的表面质量系数3=0.95应力总数弯曲A=0.34扭转Wt=0.21.7. 57214. 042S2S2(2)计算n截面处的安全系数计算抗弯模量与抗扭模量W d3 / 32WTd3 / 16计算弯曲应力 n截面最大弯矩M (397500n截面最大扭矩603 / 32603

11、/ 1621205. 8mm42411.5mrn234472. 3)8038234472. 3311910. 5N ? mmT388366. 7N ? mm将弯曲应力看成对称循环应力求解，有：M / W 311910. 5 / 21205. 814. 71MPamaxm 0计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有：T / 2 T /( 2W/)388366. 7 /( 2 42411.5)4. 58MPam a 4.58MPa按疲劳强度计算安全系数S1 /( Ka/()m)268 /( 1. 5814.71 /( 0.!950. 81)0.340)8.87S1/( K a./()m)

12、155/( 1.414. 58/( 0. 950.76)0. 214. 58)15. 65综合安全系数cS S8. 8715. 65S7. 72caS2 S2.8. 87215. 652计算皿截面处的安全系数有效应力集中系数Ko=1Kt=1绝对尺寸系数3=0.813=0.76加工表面的表面质量系数3=0.95应力总数弯曲A=0.34扭转呼 =0.21计算抗弯模量与抗扭模量W d3 / 32603 / 3221205 . 8mri3iW d3 / 16603 / 164 2411.5mrn计算弯曲应力皿截面最大弯矩M 397500N ? mm皿截面最大扭矩T388366. 7N ? mm将弯曲应

13、力看成对称循环应力求解，有:maxM / W 397500 / 21205. 818. 74MPa计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有:T / 2 T /( 2VT)388366. 7 /( 242411.5)4. 58MPa4. 58MPa按疲劳强度计算安全系数S1/(K a/()m)268 /( 118. 74 /( 0. 950. 81)S1 /( K a /()m)0. 340)11.00155/( 14. 58/( 0. 950. 76)综合安全系数0. 21_11. 00_21. 22_11. 002 21.2224. 58)21. 229. 77有效应力集中系数K&

14、amp;2.26K=2.14绝对尺寸系数3=0.843=0.78加工表面的表面质量系数3=0.95应力总数弯曲Wo=0.34扭转呼 =0.21S2S2(4)计算W截面处的安全系数计算抗弯模量与抗扭模量(5)计算V截面处的安全系数有效应力集中系数KT.81K=1.60绝对尺寸系数£o=0.84沪0.78加工表面的表面质量系数3=0.95应力总数弯曲Wo=0.34扭转Wt=0.21W d3 / 16计算弯曲应力 w截面最大弯矩M 397500/ 100w截面最大扭矩453 / 328946 . 2mm3345 / 1617892. 4mm36143100N ? mmT388366. 7N

15、 ? mm将弯曲应力看成对称循环应力求解，有:maxM/ W 143100 / 8946. 216. 0MPa计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有:T/( 2WT)388366. 7/( 217892.4)10. 9MPa10. 9MPaS1 /( Ka/()m)268 /( 2. 2616. 0/( 0. 950.84)S1 /( Ka/()m)155/( 2. 1410. 9/( 0. 950. 78)ma按疲劳强度计算安全系数SS S5. 914. 59caS2 S2,5. 9124. 592综合安全系数0. 340)5. 910. 2110. 9)4. 593.63计算抗

16、弯模量与抗扭模量7611.3mm16557. 5mmWd3/ 32bt(dt )2 /(2d)45s /32145.5(455.5)2 /( 24勺3232Wd / 16bt(dt ) /( 2d)45 /16145. 5(455. 5) /( 245)计算弯曲应力v截面处最大弯矩M 397500/ 100 28111300N ? mmv截面最大扭矩T388366. 7N ? mm将弯曲应力看成对称循环应力求解，有：maxM / W 111300 / 7611. 314.4MPa计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有：11.7MPaa T / 2 T /( 2WT)388366.

17、7/( 216557. 5)11. 7MPa按疲劳强度计算安全系数1/( K268 /( 1. 81S 1 /( K155/( 1.6 综合安全系数S Sa /()14. 4/( 0. 95 a /()11. 7/( 0.95m)0. 84)m)0. 78)0. 340.21Sca8. 215. 590) 8.2111.7)5.592 S2.、8.2125. 5924. 62综上所述：所校核截面的安全系数均大于许用安全系数S=2.0，故轴设计满足安全。六、选择轴承型号，计算轴承寿命1.计算轴承所受支反力,10632668.521255. 7N.6238. 621128. 226339. 8N2

18、.计算派生轴向力S1R11255. 72Y21. 5S2R26339. 82Y21. 5r +RRZ&RyR2z3. 求轴承轴向载荷Amax©, S2Fa)Amax(S2, S1Fa)4. 计算轴承当量动载荷A 1857.3, 11.5R 1255.7418. 6N2113. 3Nmax(418. 6,2113. 3max(2113. 3,418. 6e 0.4256)256)1857. 3N2113. 3N查表，取X1=0.4，2113.36339.8丫1=1.50. 33e 0.4查表 9-6，取 X2=1，丫2=0查表 9-7，取 fd=1.5根据弯矩图可得，fm1=1,fm2=2f d f mi( X1R1Y1A)1.51(0.41255. 71.51857. 3)4932. 3N106ftCr10610 / 31978000h60nP6015019019. 4P2fdfm2(X2R2Y2A2)1.5 2 ( 16339. 85.计算轴承寿命因P2>P1,故计算按P2计算，查表9-4得ft=1，圆锥