减速器输出轴使用说明

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 一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/min)150齿轮齿数Z2107齿轮模数mn/mm4齿轮宽度b2/mm80齿轮螺旋角P8°6‘34”a/mm80l/mm215s/mm100链节距p/mm25.4链轮齿数z29轴承旁螺栓直径d/mm16二、根据已知条件计算传动件的作用力.计算齿轮处转矩T、圆周力Ft、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=9.550x106P/n=9.550x106x6.1/150=388366.7N•mm分度圆直径计算：m•z/cosP-4x107/cos8。6'34〃=432.3mmn2圆周力计算：F=2T/d=2x388366.7/432.3=1796.7Nt1径向力计算：rtF=Ftana/cosP=1796.7xtan20。/cos8。6'344-660.6Nrt轴向力计算：F-FtanP-1796.7xtan8。6'34〃-256Nat轴压力计算：1000KP Q

npz1000KP Q

npz/(60x1000)计算公式为：Q 」v由于转速小，冲击不大，因此取％=1.2,带入数值得:1000义1.2*6.1二1000义1.2*6.1二3975N轴受力分析简图2.计算支座反力(1)计算垂直面(XOZ)支反力150*25.4义29/(60*1000)R2R2y=6238.6NQ•(l+s)+R•(l—a) 3975义(215+100)+660.6•(215—80)215R=R—Q—R=6238.6—3975—660.6=1603N1y2y r(2)计算垂直面(XOY)支反力R2zRR2zR(1—a) 11796.7义(215—80)215二1128.2NR=R—R=1796.7—1128.2=668.5N1z t2z三、初选轴的材料，确定材料机械性能初选材料及机械性能材料牌号45号热处理调质毛坯直径/mm<200硬度/HBS217〜255oB/MPa637os/MPa353o-1/MPa268T-1/MPa155[。+1]/MPa216[o0]/MPa98[o1]/MPa59四、进行轴的结构设计.确定最小直径按照扭转强度条件计算轴的最小值dmin。’9.557106P .：P其设计公式为：d231—T―4--=A3'一3'0.2上上 0%nT查表8-2，因弯矩较大故A0取大值118，带入计算得：,■r67rd=1183 =40.6mm3,150因开有键槽，轴径需增大5%得：D=42.63mm圆整成标准值得：D1=45mm.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。(3)轴的初步结构设计图(4)初选轴承型号F 256 1由于k= =0.388>-，故选择向心推力轴承，考虑轴径为60，初F 660.6 3r选轴承型号为圆锥滚子轴承30212。.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14x9，而键长L1初取56mm;初选齿轮处键的公称尺寸为18x11,键长L2初取63(2)其余细部结构五、轴的疲劳强度校核.轴的受力图

.绘制轴的弯矩图与转矩图(1)垂直面(XOZ)弯矩图M=R•(l—a)=R•a=668.5义(215—80)=1128.2义80=90256N•mm4z 1z 2z(2)水平面(XOY)弯矩图M=R•(l—a)=1603x(215—80)=216405N•mm4y 1yM=Q•s=3975x100=397500N•mm2y(3)合成弯矩图M=j'M2+M2=234472.3N•mm4 %4z 4yM=M=397500N•mm2y

(4)绘制转矩图T=388366.7N•mmT=388366.7N•m3.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。口截面弯矩较大，且有应力圆角，有应力集中。皿截面弯矩最大。IV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Ko=1.81Kt=1.60绝对尺寸系数%=0.78j=0.74

加工表面的表面质量系数B=0.95应力总数弯曲中「0.34扭转匕=0.21计算抗弯模量与抗扭模量W=Kd3/32—bt(d—t)2/(2d)=兀*623/32—18义7(62—7)2/(2义62)W=兀d3/16—bt(d—t)2/(2d)=兀x623/16—18x7(62—7)2/(2x62)T计算弯曲应力I截面处最大弯矩M=(397500—234472.3)+80x30+234472.3=295607.7N•mmI截面最大扭矩20324mm343722mm3T=388366.720324mm343722mm3将弯曲应力看成对称循环应力求解，有：o=o=M/W=295607.7/20324=14.5MPaamaxo=0m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=t/2=T/(2W)=388366.7/(2x43722)=4.44MPaaT Tt=t=4.44MPama按疲劳强度计算安全系数S=o/(Ko/(ps)+¥o)o -1oa o om=268/(1.81x14.5/(0.95x0.78)+0.34x0)=7.57S=t/(Kt/(ps)+¥t)t-1ta t tm=155/(1.6x4.44/(0.95x0.74)+0.21x4.44)=14.04综合安全系数SS 7.57x14.04S=—ot——=— —=6.6/ca V.;S2+S2 J7.572+14.042\ot(2)计算口截面处的安全系数有效应力集中系数Ko=1.58Kt=1.41绝对尺寸系数%=0.81j=0.76加工表面的表面质量系数B=0.95应力总数弯曲中「0.34扭转匕=0.21计算抗弯模量与抗扭模量W=k3/32=兀x603/32=21205.8mm3W=Kd3/16=兀x603/16=42411.5mm3T计算弯曲应力口截面最大弯矩M=(397500-234472.3)+80x38+234472.3=311910.5N•mm口截面最大扭矩T=388366.7N•mm将弯曲应力看成对称循环应力求解，有：o=o=M/W=3n910.5/21205.8=14.7lMPaa maxo=0m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=t/2=T/(2W)=388366.7/(2义42411.5)=4.58MPaaT Tt=t=4.58MPama按疲劳强度计算安全系数S=o/(Ko/(ps)+¥o)o -1oa o om=268/(1.58x14..71/(0.95x0.81)+0.34x0)=8.87S=t/(Kt/(ps)+¥t)t -1 ta t tm=155/(1.41x4.58/(0.95x0.76)+0.21x4.58)=15.65综合安全系数SS8.87x15.65S=―ot——=— —=7.72ca .：,S2+S2 "8872+15.652'ot(3)计算川截面处的安全系数有效应力集中系数Ko=1kt=i绝对尺寸系数so=0.81j=0.76加工表面的表面质量系数B=0.95应力总数弯曲中「0.34扭转匕=0.21计算抗弯模量与抗扭模量W=k3/32=兀x603/32=21205.8mm3W=Kd3/16=兀x603/16=42411.5mm3T计算弯曲应力川截面最大弯矩M=397500N•mmm截面最大扭矩T=388366.7N•mm将弯曲应力看成对称循环应力求解，有：o=o=M/W=397500/21205.8=18.74MPaamaxo=0m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=t/2=T/(2W)=388366.7/(2x42411.5)=4.58MPaaT Tt=t=4.58MPama按疲劳强度计算安全系数

S=O/(KO/(p£)+¥o)o -1oa o om=268/(1x18.74/(0.95x0.81)+0.34x0)=11.00S=t/(KT/(p£)+¥t)t -1 ta t tm=155/(1x4.58/(0.95x0.76)+0.21x4.58)=21.22=9.=9.77有效应力集中系数Ko=2.26Kt=2.14绝对尺寸系数£o=0.84£t=0.78加工表面的表面质量系数B=0.95应力总数弯曲也=0.34扭转匕=0.21QSS 11.00x21.22S=―,oT=—ca JS2+S2J11.002+21.222\oT(4)计算IV截面处的安全系数计算抗弯模量与抗扭模量W=而3/32=兀x453/32=8946.2mm3W=而3/16=兀x453/16=17892.4mm3T计算弯曲应力V截面最大弯矩M=397500/100x36=143100N•mmV截面最大扭矩T=388366.7N•mm将弯曲应力看成对称循环应力求解，有：o=o=M/W=143100/8946.2=16.0MPaa maxo=0m计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有：TOC\o"1-5"\h\zt=t/2=T/(2W)=388366.7/(2x17892.4)=10.9MPaa T T\o"CurrentDocument"t=t=10.9MPam a按疲劳强度计算安全系数\o"CurrentDocument"S=o/(Ko/(p£)+¥o)o-1oa o om=268/(2.26x16.0/(0.95x0.84)+0.34x0)=5.91S=T/(KT/(p£)+¥t)t -1 ta t tm=155/(2.14x10.9/(0.95x0.78)+0.21x10.9)=4.59综合安全系数。SS 5.91x4.59 0“S=―।ot=— ==3.63ca V;S2+S2 ,5.912+4.592oT(5)计算V截面处的安全系数有效应力集中系数Ko=1.81Kt=1.60绝对尺寸系数£o=0.84£t=0.78

加工表面的表面质量系数B=0.95应力总数弯曲中「0.34扭转匕=0.21计算抗弯模量与抗扭模量W=兀d3/32—bt(d—1)2/(2d)=兀x45/32—14x5.5(45—5.5)2/(2x45)=76113mm3W=Kd3/16—bt(d—1)2/(2d)=兀x453/16—14x5.5(45—5.5)2/(2x45)=16557.5mm3T计算弯曲应力V截面处最大弯矩M=397500/100x28=111300N•mmV截面最大扭矩T=388366.7N•mm将弯曲应力看成对称循环应力求解，有：o=o=M/W=111300/7611.3=14.4MPaa maxo=0m计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有：TOC\o"1-5"\h\zt=t/2=T/(2W)=388366.7/(2x16557.5)=11.7MPaaT Tt=t=11.7MPama按疲劳强度计算安全系数\o"CurrentDocument"S=o/(Ko/(ps)+¥o)o -1oa o om=268/(1.81x14.4/(0.95x0.84)+0.34x0)=8.21S=t/(Kt/(ps)+¥t)t-1 ta t tm=155/(1.6x11.7/(0.95x0.78)+0.21x11.7)=5.59综合安全系数SS 8.21x5.59S=Lot= _ =4.62ca X：,S2+S2v'8.212+5.592LoT综上所述：所校核截面的安全系数均大于许用安全系数［勺=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R=；R2+R2=,：10632+668.52:1255.7N、1y 1z R二,j'R2+R2=%6238.62+1128.22:6339.8N2y 2z.计算派生轴向力R 12557S='=1255.7=418.6N1 2Y 2x1.5=2113.3N=2113.3NS=-2-= 2 2Y 2x1.5.求轴承轴向载荷A=max(S,S—F)=max(418.6,2113.3—256)=1857.3N1 12 aA=max(S,S+F)=max(2113.3,418.6+256)=2n3.3N2 21