哈工大机械设计课程(授课老师：赵小力)第16讲

11.9减速器输出轴部件设计—习题课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。以输出轴部件为例说明部件设计方法：组成部件的各零件间相互依存、相互制约，使得有某些联系的零件设计间要协同设计，一起完成，比如齿轮的设计，其与轴相配的直径和长度就需要跟轴一起协同设计；轴的长度还与机体、轴承盖等零件相关。设计过程是关联零件协同设计而各个零件设计仍需要按照该零件的设计准则进行。（1）初定尺寸（轴的最小直径、轴承型号等）（2）画结构草图（确定轴上所有零件的主要尺寸及其位置，完成轴的结构设计确定轴的跨距，齿轮的力的作用点。轴的径向尺寸从最小轴颈的轴端依次设计；而轴的轴向尺寸从齿轮两端开始，由中间向两侧展开。）（3）校核计算(强度、安全系数、寿命、极限转速等)（4）完成部件图设计(确定部件结构、尺寸、定位和固定)（5）完成零件图设计（零件图：尺寸、公差、技术要求等）输出轴部件设计过程主要包括：输出轴部件设计题目要求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=253.643mm,齿宽b=62mm,圆周力Ft=2282.4N,径向力Fr=849.3N,轴向力Fa=485.1N,载荷平稳，单向转动，工作环境清洁，工作温度＜100℃，两班工作制，使用5年，大批量生产。

分析题目————设计要求轴向力————

轴承选型载荷平稳————

载荷系数K单向转动————

扭转切应力循环特征

r=+1、0、-1工作环境清洁————

密封装置（齿轮设计）工作温度＜100℃——轴承寿命计算中温度系数两班工作制使用年限5年————

寿命计算及其寿命系数大批量生产————

材料选择、结构及工艺性1.选择轴的材料：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。2.初算轴径：减速器的输出轴转轴按扭转强度初算轴径查表10.2得C=106~118考虑轴端弯矩比转矩小，取C=1063.结构设计：1）轴承部件的结构形式：图10.16和表10.3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（或初算）轴承部件可采用两端固定方式2.初算轴径(续前)：轴端与联轴器用键联结，键槽对轴的强度有所削弱2）联轴器选择及轴段1直径d1、长度l1确定：为补偿安装误差，隔离振动选弹性柱销联轴器联轴器安装在轴段1轴段1直径d1应与联轴器孔径相同联轴器的选型计算：带式运输机+载荷平稳，故计算转矩TC：查表13.1KA=1.5（GB/T5014-2003）2）联轴器选择及轴段1直径d1、长度l1确定(续)：查机械设计课程设计手册P182的GB/T5014-2003LX2型弹性柱销联轴器符合要求：公称转矩为560000N.mm>434187N.mmLX2型弹性柱销联轴器参数：公称转矩560N.m,许用转速6300r/min,轴孔直径范围20~35mm，轴孔长度随结构变化。取联轴器轴孔直径为35mm（>dmin=34.7mm），J1型轴孔,轴孔长度为60mm，A型平键连接，联轴器主动端的代号为：LX235×60GB/T5014-2003。2）联轴器选择及轴段1直径d1、长度l1确定(续)：取轴端的直径d1=35mm,该轴段长度应比联轴器主动端轴孔长度60mm略短2~3mm,取l1为58mm。3）密封圈与密封圈所在轴段2：轴段2对联轴器起轴向定位作用，见图10.9h=2.45~3.5mm,则轴段2的直径d2=d1+2h=39.9~42mm。3）密封圈与密封圈所在轴段2(续)：轴段2上有密封圈工作环境清洁，轴颈的圆周速度V=0.21m/s<5m/s故采用毛毡圈。用毛毡圈密封查《机械设计手册》：选轴径为40mm的毡圈。d2=40mm。d24）轴承与轴段3及轴段7：轴段3，7上有轴承，轴上Fa选择角接触球轴承为便于轴承安装：d3>d2=40mm轴承内径d3应在标准值系列内：d3=45mm初取轴承代号为7209C，其主要参数为：d=45mm,D=85mm,B=19mm,定位轴肩直径da=52mmC=29800N,C0=23800N。4）轴承与轴段3及轴段7(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：d7=d3=45mm轴段7的长度l7=B=19mm5）齿轮与轴段4：为便于齿轮安装：d4>d3=45mm该段可取d4=48mm。为便于套筒对齿轮的准确定位轴段4的长度l4应比齿轮轮毂长略短此处，齿轮轮毂长=齿宽b=62mml4=b-2=60mm6）轴段5与轴段6：轴段5对齿轮轴向定位：d5=d4+2hh根据齿轮的倒角C1或轴颈d确定为：h=3.36~4.8mm取d5=55mm。肩环的宽度b=1.4h=1.4(d5-d4)/2=4.9mm取为10mm，即l5=10mm。轴段6对轴承轴向定位,且考虑轴承拆卸d6>d7=45mmda—轴承安装尺寸52mm取d6=da=52mm轴段1轴段2轴段3轴段4轴段5轴段6轴段77）机体与轴段2,3,6长度靠结构确定8）键连接（GB/T10962003）：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10×56GB1096-2003

键14×56GB1096-2003。zyxOIIIFR1VFR2VFR1HFR2HFaFrd/2FtT74748.6MV(N.mm)MH2947.5(N.mm)58576.794966.274806.7M(N.mm)T(N.mm)289458bbaa4.轴的受力分析：

1）画轴的受力简图2）计算支撑反力：在水平面上：=894.3（N）=-45（N）负号表明了R2H的方向与图中所示的方向相反！2）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）画弯矩图：在水平面上：a-a剖面的左侧：58576.7

1449.9（N）1142.1（N）3）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）画转矩图：2947.5（N.mm）74806.7（N.mm）94966.2（N.mm）74806.7（N.mm）zyxOIIIR1VR2VR1HR2HFaFrd/2FtT59114.2MV(N.mm)MH8764.6(N.mm)52758.3792333.359760.4M(N.mm)T(N.mm)289458bbaa5.校核轴的强度(1)：用安全系数法a-a剖面的左侧：比较重要的轴弯矩大有转矩键槽有应力集中a-a剖面左侧为危险剖面由表附表10.1查得：有键槽的a-a剖面抗弯剖面模量W、抗扭剖面模量WT的计算公式分别为：计算a-a剖面左侧弯曲应力：计算扭转切应力（变化规律不明）：对于调质处理的45钢，由表10.1查得：查表10.1：材料的平均应力折算为应力幅的等效系数5.校核轴的强度（续）：S=8.18>[S]=1.5a-a剖面安全。键槽引起的有效应力集中系数，由附表10.4查得Kσ=1.83，Kτ=1.63(线性插值法)由附图10.1可知：绝对尺寸系数εσ和ετ分为：0.84，0.78。轴磨削加工时的表面质量系数由表附图10.2查得β=1.0由表10.5得13.9410.118.185.校核轴的强度：弯扭合成强度一般的转轴

强度条件式：第三强度理论轴采用45钢，调质处理6.校核键连接的强度：

联轴器处键连接的挤压应力：取键、轴、齿轮及联轴器的材料都为钢，查表6.1：静连接条件下，齿轮处键连接的挤压应力：显然，显然，7.校核轴承寿命：查得7209C的C=29800N,C0=23800N.1）计算轴承的轴向力：由表11.13可查得：7209C型轴承的内部轴向力计算公式为：则轴承I、II的内部轴向力分别为：FS1=0.4Fr1=0.4FR1=580(N)FS2=0.4Fr2=0.4FR2=456.8(N)Fr1Fr2FAFS1FS2III只须校核轴承I的寿