《机械设计基础》大作业(轴承部件设计——直齿圆柱齿轮减速器的输出轴)

1、输出轴部件设计过程主要包括：输出轴部件设计过程主要包括：（1）初定尺寸（2）画结构草图（3）校核计算（4）完成部件图设计（5）完成零件图设计11.9 减速器输出轴轴系部件设计减速器输出轴轴系部件设计一级圆柱齿轮减速器由输入轴部件、输出轴部件和机体一级圆柱齿轮减速器由输入轴部件、输出轴部件和机体组成。组成。输出轴部件设计流程图教材教材P228P228图11.21材料、结构形式材料、结构形式li习题课：输出轴部件设计输出轴部件设计试设计带式运输机中齿轮减速器的输出轴部件。已知： 输出轴功率P=2.74kW，转矩T=289458N.mm， 转速n=90.4r/min, 圆柱齿轮分度圆直径d= 253

2、.643mm,齿宽b=62mm,圆周力Ft=2282.4N, 径向力Fr=849.3N,载荷平稳，单向转动，工作环境清洁，两班工作制，使用年限5年，大批量生产。 因传递的功率P=2.74kW，不大。并且带式运输机属一般设备，结构无特殊要求，故选用轴常用材料：45号钢，调质处理。减速器的输出轴转轴按扭转强度初算轴径查表10.2得C=106118考虑轴端弯矩比转矩小，取C=106.轴端与联轴器用键联结，键槽对轴的强度有所削弱1 1）轴承部件的结构形式：）轴承部件的结构形式：为便于轴承部件的装拆机体采用剖分式结构传递的功率小, 齿轮减速器效率高, 发热小,估计轴不会长轴承部件的固定方式可采用两端固定

3、方式减速器输出轴结构图减速器输出轴结构图轴段轴段1 轴段轴段2轴段轴段3轴段轴段4轴段轴段5轴段轴段6轴段轴段72 2）联轴器选择及轴段）联轴器选择及轴段1 1直径直径d1 1、长度、长度l1 1确定：确定：为补偿联轴器所连接的两轴的安装误差，隔离振动选弹性柱销联轴器联轴器安装在轴端上轴端直径d1应与联轴器孔径相同联轴器的选型计算：联轴器的选型计算：根据：轴传递的转矩T设备类型(本题带式运输机)计算联轴器计算转矩Tc：查教材266页表13.1KA=1.52 2）联轴器选择及轴段）联轴器选择及轴段1 1直径直径d1 1、长度、长度l1 1确定确定( (续续) )：由机械设计手册GB 5014-1

4、985HL3型弹性柱销联轴器符合要求：公称转矩为630N.m,即630000N.mm434187N.mmHL3型弹性柱销联轴器性能及尺寸参数：公称转矩为630N.m,许用转速为5000r/min（本题转速90.4r/min）,轴孔直径范围3038mm，轴孔长度60mm。取联轴器轴孔直径为35mm（dmin=34.7mm）,轴孔长度为60mm，J型轴孔，A型平键联结，联轴器主动端的代号为：HL3 3560 GB 5010-1985。2 2）联轴器选择及轴段）联轴器选择及轴段1 1直径直径d1 1、长度、长度l1 1确定确定( (续续) )：取轴端的直径d1=35mm,该轴段长度应比联轴器主动端轴

5、孔长度60mm略短23mm,取l1为58mm。3 3）密封圈与密封圈所在轴段）密封圈与密封圈所在轴段2 2：轴段2用轴肩对联轴器起轴向定位作用h=2.453.5mm,则轴段2的直径d2=d1+h=4042mm。3 3）密封圈与密封圈所在轴段）密封圈与密封圈所在轴段2(2(续续) )：轴段2上有密封圈工作环境清洁，估计轴颈的圆周速度vd2=40mm轴承内径d3应在标准值系列内：.,30,35,40,45,.d3=45mm查机械设计手册得轴承代号号为：6209 C6209 C，其主要参数为：内径d=45mm,外经D=85mm,宽度B=19mm,定位轴肩直径da=52mm,轴肩定位处圆角半径(安装尺

6、寸)rAS=1mm，基本额定动载荷C=31500N,基本额定静载荷C0= 20500N，油润滑极限转速nlim=9000r/min,脂润滑极限转速7000r/min。4 4）轴承与轴段）轴承与轴段3 3及轴段及轴段7(7(续续) )：一般情况下，同一轴上的两个轴承应取相同的型号，则轴段3，7的轴承相同，直径相同：d7=d3=45mm轴段7的长度l7=B=19mm5 5）齿轮与轴段）齿轮与轴段4 4：为便于齿轮安装：d4略d3=45mm 且d4内应取整数。取d4 4=48mm=48mm。(也可取46或47，49)为便于套筒对齿轮的准确定位轴段4的长度l4应比齿轮轮毂宽度略短23mm此处，齿轮轮毂

7、宽度=齿宽b=62mml4 4= =b-2=60mm-2=60mm6 6）轴段）轴段5 5与轴段与轴段6 6：轴段5为肩环，对齿轮轴向定位：d5=d4+hh根据齿轮的导角C1确定为：h3.364.8mmd5 5d4 4+ +h=48+3.364.8=51.3652.8(mm),取整为取整为55mm。(也可取为53或54mm)肩环的宽度肩环的宽度b=1.4h=1.4 (d5-d4)/2=1.4 (55-48)/2=4.9mm取为取为10mm，即，即l5=10mm。轴段6对轴承轴向定位,且考虑便于轴承拆卸dad6d7 =45mmda轴承安装尺寸52mm取取d6 6=da=52mm l3 l2 l6

8、 b=62H=1015取151515+15+62=92轴承油润滑=38;脂润滑=1015.此处，取=5mm5+5+92=1021919 202010219+20+2=41L2=31+20+9.5=60.5L2=31+20+9.5=60.57 7）机体与轴段）机体与轴段2,3,2,3, 6 6长度：长度：e=10K=20+C1=8+18=26C2+(510)=16+8=24505050-19-5+10+20=5660L1=30+56+9.5=95.58 8）键连接：）键连接：联轴器及齿轮与轴的周向连接均用A型普通平键连接，分别为键1056 GB 1096-1990及键1456 GB 1096-1

9、990。1 1）画轴的受力简图）画轴的受力简图2 2）计算支撑反力：）计算支撑反力：在水平面上：zyxOIIIR1VR2VR1HR2HFrd/2FtT?MV(N.mm)bbaa?M(N.mm)?MH(N.mm)2 2）计算支撑反力（续）：）计算支撑反力（续）：在垂直平面上：轴承I的总支撑反力：轴承II的总支撑反力：3 3）画弯扭矩图：）画弯扭矩图：在水平面上：a-a剖面的左侧：3 3）画弯矩图（续）：）画弯矩图（续）：在水平面上：a-a剖面的右侧：在垂直平面上：a-a剖面：合成弯矩：a-a剖面左侧：a-a剖面右侧：4 4）画转矩图：）画转矩图：5 5）计算当量弯矩图（续）：）计算当量弯矩图（续

10、）：a-a剖面为危险截面，一般减速器中，轴受弯矩扭矩，单向转动，轴的弯曲应力视为对称循环变应力，扭切应力可做脉动循环变应力。对此做弯扭合成强度校核（教材公式10-6）：查教材表10-4联轴器处键连接的挤压应力：)(85.89)1056(83528945844MPadhlTp取键、轴及联轴器的材料都为钢，查教材P84表表6.1：静连接条件下，显然， MPap150120强度足够。,95.89ppMPa齿轮处键连接的挤压应力：)(81.63)1456(94828945844MPadhlTp取键、轴及联轴器的材料都为钢，查教材P84表表6.1：静连接条件下，显然， MPap150120强度足够。,81.63ppMPa由机械设计手册查得6209 C的基本额定动载荷C=31500N,基本额定静载荷C0= 20500N1 1）本轴系中轴承没有轴向力：）本轴系中轴承没有轴向力：2 2）本轴系中轴承径向力：）本轴系中轴承径向力：3 3）计算轴承的当量动载荷）计算轴承的当量动载荷P P：3 3）计算轴承寿命：）计算轴承寿命：轴承在100oC以下工作，查教材P216表11.9得温度系数 f T =1.0。载荷平稳，查表11.10得载荷系数 f P