机械工艺课程设计 - 同轴式二级圆柱齿轮减速器的设计(4)

转速 高速轴功 转矩T 齿数z 分度圆直径 b 模数mn （r/min） 率（kw） （N?m） （mm） （mm） 246.83 13.83 534.98 115 3 357.78 83 （1）选择轴的材料。 减速器的功率不大，又无特殊要求，故选最常用的45号钢并作正火处理。由表12-1查得?B?600MPa。 （2）按转矩估算轴的最小直径。 由表12-2取C=118，于是得，d?C?3p13.83?118?3?45.02mm，计算所得n249.1是最小直径，该轴段因有键槽，因加大并圆整，取d=50mm

（3）轴的结构设计。

根据估算所得直径、轮毂宽及安装条件，轴的结构及尺寸可进行草图设计，如图a所示，

为了满足V带轮的轴向定位，Ⅰ-Ⅱ轴段右端需制出一轴肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直径d

用作定位。V带轮与轴配合的长度L1=80mm。齿轮两侧对称安装一队7210Ⅱ-Ⅲ=50mm，

（GB/T202-1994）角接触轴承，其宽度为20mm。左右轴承均由轴筒定位。轴与齿轮、轴与皮带轮均用平键联接，根据减速器的内壁到齿轮和轴承端面的距离以及轴承盖、皮带轮的装拆等需要，参考手册。 （4）计算齿轮受力

已知高速级齿轮的分度圆直径d2=357.78mm，根据《机械手册》则， Ft1?

2T2?534.98??1000?2990.5N d357.78Ft1tan?n2165.40?tan200 Fr1???820.19N

cos?cos16.070 Fa1?Ft1tan??2165.40?tan20?788.14N

又已知低速级齿轮的分度圆直径d1=124.88mm Ft2?02T2?529.56??1000?8481.10N d124.88第 15 页 共 30页

Ft2tan?n8481.10?tan200 Fr2???3212.39N

cos?cos16.070 Fa2?Ft2tan??8481.10?tan200?3086.87N 则合成Ft?Ft1?Ft2?2165.40?8481.10??6315.70N Fr?Fr1?Fr2?820.19?3212.39?4032.58N Fa?Fa1?Fa2?788.14?3086.87?3875.01N

（5）计算轴承反力 水平面R?H?Fa?d489.11?64Fr3875.01??64?4032.5822??9419.83N 128128 R?H?Fr?F?H?4032.58?9419.83??5387.25N 垂直面R?V?R?V? （6）绘制弯矩图。

水平面弯矩图（-d)

截面b：M/bH?64R?H?64?9419.83?602869.12N

Ft?6315.70???3157.85N 22M//bH?M/bH?Fa?d3875.01?489.11?602869.12???344783.95N 22 垂直面弯矩图（-f）

MbV?64R?V?64?(?3175.85)?203254.4N 合成弯矩图（-g） M

/b2?M/2bH?MbV?602869.122?203254.42?636210.29N

M//b2?M//2bH?MbV?(?344783.95)2?203254.42?400235.33N

（7)绘制扭矩图（-h）

由前知T=529560N.mm，又根据

?B?60M0Pa,由表12-3查得

95 ?T?0.58?529560?307144.8N.mm (8）绘制当量弯矩图（-i）

???1?b?55MPa和??0?b?95MPa,故??55?0.58。

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对于截面b： M M/be?M/2b???T??636210.292?307144.82?706471.13N.mm

2//be?M//b?400235.33N.mm

对于截面?和?

Mae?M?e??T?307144.8N.mm

（9）分别计算轴截面a和b处的直径。

da?3

Mae307144.8?3?38.22mm

0.1???1?b0.1?55 db?3M/be706471.13?3?50.46mm

0.1???1?b0.1?55两截面虽有键槽消弱，但结构设计所确定的直径已分别达到50mm和54mm，所以，强度足

够。 （10）精确计算校核轴的疲劳强度

下面以b截面处为例，精确校核该截面的疲劳强度。查表12-1得，??1?275MPa，

??1?140MPa。分别计算弯曲应力和扭转应力

M/b32M/b32?636210.29???41.18MPa ?a? W?d33.14?543

?m?0

1T8T8?529560 ???3??8.57MPa22WT?d3.14?5431??8.57MPa 2 ?a? ?m?轴的弯曲等效系数，???0.2。轴的剪切等效系数，???0.1。查表12-4可得键槽处的弯曲、扭转有效应力集中系数为，k??1.76,k??1.54

查表12-4得到，弯曲、扭剪时轴的绝对尺寸系数为，???0.81查表12-8得到，,???0.76。轴的表面质量系数??0.95。按无限寿命考虑，取寿命系数KN?1;正火处理45号钢、轴材质均匀、载荷与应力计算比较精确，取?S?=1.5，由公式：

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S??KN??1k????? S???a????mKN??1k?1?275?0.81?0.95?2.92

1.76?41.18?1401.54?8.57?0.1?8.570.76?0.95?2.71??S?

?7.32

??? S??a????m?S?S?S??S?222.92?7.322.92?7.3222

3.低速轴的设计 由上可知：

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转速 高速轴功 转矩T 齿数z 分度圆直径 b 模数mn （r/min） 率（kw） （N?m） （mm） （mm） 62.41 13.28 2032.11 115 3 357.78 83 (1)选择轴的材料。 减速器的功率不大，又无特殊要求，故选最常用的45号钢并作正火处理。由表12-1查得?B?600MPa。 (2)按转矩估算轴的最小直径。 由表12-2取C=112，于是得，d?C?3p13.28?112?3?66.86mm，计算所得n62.41是最小直径，该轴段因有键槽，因加大并圆整，取d=70mm

(3)轴的结构设计。

根据估算所得直径、轮毂宽及安装条件，轴的结构及尺寸可进行草图设计，如图a所示，

为了满足滚筒的轴向定位，Ⅰ-Ⅱ轴段右端需制出一轴肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直径dⅡ-Ⅲ=78mm，用作定位。滚筒与轴配合的长度L1=80mm。齿轮两侧对称安装一队7210（GB/T202-1994）角接触轴承，其宽度为20mm。左轴承由轴筒定位，右轴承采用轴肩定位，根据轴承对称安装尺寸的要求，轴肩高度取为3.5mm。轴与齿轮、轴与皮带轮均用平键联接，根据减速器的内壁到齿轮和轴承端面的距离以及轴承盖、皮带轮的装拆等需要，参考手册。 (4)计算齿轮受力

已知高速级齿轮的分度圆直径d1=357.78mm，根据《机械手册》则， Ft?

2T2?2032.11??1000?11359.55N d357.78Fttan?n11359.55?tan200 Fr???4287.69N 0cos?cos15.36 Fa?Fttan??4287.69?tan20?1560.59N

0 (5)计算轴承反力

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