毕业设计齿轮锻坯整形机传动装置的设计.doc

临沂大学机械工程学院2014届本科毕业设计 毕业论文（设计）齿轮锻坯整形机传动装置的设计 2014年3月30日2摘 要起动齿轮毛坯经心轴锻造锻成圆环后，其圆环的厚度因锻锤的锻击不均匀，会出现凹凸不平，常常造成某些部位厚度尺寸误差较大，为此必须进行圆环的圆整。我们用滚轮挤压的方法来代替传统上的车削加工，滚轮挤压的方法不仅可以把做无用功的摩擦力作为动力，不用进行多次车削加工，既节省原材料又节省工时，而且加工后的表面质量也较为光整，改善了材料的致密性，提高了材料的机械性能。利用滚轮挤压的方法是完全可行的。工件表面凹凸不平，利用有效摩擦力的原理来进行挤压，必须保证当毛坯尺寸较小部位夹在两滚轮之间时与滚轮之间有适当的接触压力，使锻坯能随滚轮一起转动；同时为了方便工件裝夹，在喂入方式上采用浅螺纹旋进旋出，滚轮成锥度设计，减速器能实现正反转要求，是本次设计中要解决的主要问题。 关键词：滚轮；挤压；有效摩擦力ABSTRATThe starter toothed wheel semi finished materials hammer the ring after spindle forging, its ring thickness because the forging hammer hammers strikes the non-uniformity, can appear unevenly, frequently creates certain spot thickness size errors to be bigger, must carry on the ring for this the circle to put in order. We use the hoop extrusion the method to replace in traditional the turning processing, the hoop extrusion method not only may do the useless merit the friction force to take the power, does not need to carry on many times the turning processing, both saves the raw material and to save the man-hour, moreover processes after the surface quality also light entire, improved the material compactness, enhanced the material machine capability. Therefore the use hoop extrusion method is completely feasible. because of the work piece surface appearing uneven, but also using effective friction force principle carries on the extrusion, therefore must guarantee when a semi finished materials size smaller spot clamps when two hoops has the suitable contact pressure with the hoop between, causes the semi finished product to be able to rotate together along with the hoop; Simultaneously for the convenience work piece clamping, the way of feeding into use the shallow thread precession to turn on lathe, the hoop becomes taper design, the reduction gear can realize the reversing request, are the main question which in this design must solve. Key words: Hoop; Extrusion; Effective friction force 目 录目 录III1 绪论11.1选题背景11.2国内外研究现状11.3方案论证22传动方案及电动机的选择42.1拟定传动方案4 2.1.1原动机的选择及传动机构类型的选择4 2.1.2 传动装置在多级传动的布置42.2选择电动机156 2.2.1电动机的类型和结构形式的选择6 2.2.2电动机容量的确定6 2.2.3电动机转速的选择72.3传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配72.4传动装置运动和动力参数的计算8 2.4.1减速器内二级减速时的情况：8 2.4.2减速器内一级减速时的情况93减速器零部件的设计113.1齿轮设计11 3.1.1选定齿轮类型，精度等级、材料及齿数11 3.1.2按齿面接触强度设计11 3.1.3按齿根弯曲强度设计12 3.1.4几何尺寸的计算及验算133.2 带传动的设计14 3.2.1确定计算功率及选取带型14 3.2.2初定带轮直径15 3.2.3确定带的基准长度和传动中心距15 3.2.4 计算主动轮上的包角及计算所需带的根数15 3.2.5计算预紧力及作用在轴上的压轴力15 3.2.6带轮的结构设计163.3轴及轴承的设计与强度校核163.4箱体的设计253.5附件264工作机的有关设计304.1传动轴的设计30 4.1.1根据有关参数初步估算轴的最小直径30 4.1.2轴的结构设计304.2工作机中其他零件的设计32 4.2.1滚轮的具体结构32 4.2.2弹簧的安装和作用结构335结论34参 考 文 献35谢 辞36361 绪论1.1 选题背景锻造厂锻造的起动齿轮毛坯，经心轴锻造锻成圆环后，其圆环的厚度因锻锤的锻击不均匀，会出现凹凸不平，常常造成某些部位厚度尺寸误差较大，为此必须加大毛坯的加工余量，这不仅增加了后续加工的车削量，还浪费了原材料，增大了生产成本。为了解决上述问题我们需设计一台锻坯整形机，我们拟采用两滚轮挤压的方法调整毛坯圆环的厚度，使其厚度均匀一致。挤压加工的工艺具有投资少、工艺简单、容易实行轧材多品种及节省金属等优点, 同时在挤压的过程中，金属流动速度较大，大大提高了生产率；且挤压制品的表面质量好、组织均匀、力学性能稳定，耐磨性高。该方法最大的优点：一是由于挤压面积较小，因此可以施加较小的作用力，迫使材料流动；二是毛坯由于挤压作用，毛坯圆环的表面形状比较规整。我们要加工的锻坯要求的外径尺寸是345mm，厚度25mm，锤击后的尺寸误差在5mm，若使用车削加工的方法需要的加工余量至少是10mm由于圆环在装夹时不易夹紧所以切削量不能太大，若车床加工每次进给量假设2mm，还需至少进给五次，可见加工余量较大，加工工时较多，若采用滚轮挤压的方法，不用进行多次车削加工，既节省原材料又节省工时，而且加工后的表面质量也较为光整。所以在该次设计中我们采用滚轮挤压的的方法来进行锻坯圆环的整形加工。我们将挤压工序安排在锻造结束后立即进行，此时工件尚有余温500以上，利用工件的余热，使工件挤压时产生的内应力可经过再结晶得以消除，减少了材料的流动阻力，使工件的组织稳定，有利于提高产品质量。1.2国内外研究现状锻后圆环类零件的精加工在传统上常采用车削加工，这种加工方法生产效率低、成本高，很不经济。因此，我们设法寻找一种工效高、成本低的加工工艺。而滚压加工使用范围广，在各大、中及小型工厂均能使用。不论是从加工质量、生产效率，生产成本等方面来看，滚压加工都是一项比较优越的加工方法12。滚压加工是利用塑性变形的原理，在金属表面挤压，从而达到零件的尺寸精度、表面粗糙度和在金属表面产生残余压应力。它是一种无屑加工3。滚压加工在国内电动器具企业里至今很少应用。如果这项并不复杂的先进工艺能在较大范围乃至广泛得到采用，那将获得可观的经济效益，加工质量也会有所提高45。连续挤压是20世纪70年代初国际上出现的塑性加工技术，是生产铝及铜制品的有效方法之一，其新颖之处是将通常在压力加工中做无用功的摩擦力转化为变形的动力和加热源，从而成为一种高效节能的加工新技术68，有效摩擦力挤压技术的基本原理是：在一定的条件下，使得摩擦力的方向与挤压坯料金属的流动方向一致，造成挤压坯料外层金属的超前运动，实现摩擦挤压，根据有效摩擦力挤压的基本原理，莫斯科钢铁和合金学院的专家们在实验室中设计出了第一台有效摩擦力挤压机TIB2432型1.6MN挤压机911。在此我们可以利用有效摩擦力挤压技术的原理进行设计，利用主动滚轮的摩擦力带动工件和被动滚轮转动来进行挤压使凸起部位多余的材料流向凹处以达到修整的目的。1.3方案论证我们所做的设计是一台锻坯整形机，拟采用滚轮挤压的方法来实现圆环整形的目的。由于挤压工序安排在锻造后立即进行，此时工件尚有余温500，利用工件的余温使工件挤压时产生的内应力可以经过再结晶得到消除，减少了材料流动阻力，使工件的组织稳定，有利于提高产品的质量，所以我们采用挤压加工来代替传统的车削加工。根据生产实际需要，我们利用有效摩擦力挤压的原理进行设计,利用主动滚轮的摩擦力带动工件和被动滚轮转动来进行挤压使凸起部位多余的材料流向凹处以达到修整的目的。因为工件表面凹凸不平，又是利用有效摩擦力的原理来进行挤压，所以必须保证当毛坯尺寸较小部位夹在两滚轮之间时与滚轮之间有适当的接触压力，使锻坯能随滚轮一起转动，为解决这个主要问题我们共有两套可行方案，下面我们就两套方案进行详细说明。第一套方案：本方案主要是利用滚轮的正反转来进行加工的，具体方案如下：(1)我们设计一个可以改变输出轴转向的减速箱来实现滚轮的正反转，这样一来，既可以避免频繁改变电机的转向，延长电机的使用的寿命，又便于控制 。(2)为便于工件安装，我们在主、从动滚轮上加工上浅螺纹以便于工件旋进旋出。(3)将主、从动滚轮设计成带有一定锥度的形状，既可以保证工件在两滚轮间隙较大处安装，又可以保证随着工件的旋进最终达到要求的尺寸。(4)增加一个滚轮，放置在主动滚轮下方，弹簧作用力作用在此滚轮轴上，使滚轮压在毛坯圆环下方，以保证厚度尺寸较小的毛坯圆环部位夹在滚轮之间时与滚轮有适当的接触压力，使锻坯能随滚轮一起转动。同时可以使滚轮在凹凸不平的表面上滚动时，起一定引导作用，使工作平稳。第二套方案：我们主要是利用液压系统来实现工件的装夹的，具体方案如下：(1)这套方案主要是利用液压系统来实现工件的装夹，在装工件时利用液压油缸将从动滚轮轴抬起，卸下工件时利用液压油缸将从动滚轮轴落下，可以方便工件的装夹。(2)将滚轮设计成下图1的形状，可以对圆环的各个面进行挤压圆整。图1 滚轮的形状(3)安装弹簧使滚轮在凹凸不平的表面上滚动时，起一定缓冲作用，使工作平稳。第二种方案在机构中使用液压系统使机构的生产成本增加，同时由于装夹时费时较大，生产效率低下。第一种方案的减速器的正反转利用滑移齿轮较为容易实现，而且该方案还可以保证工作时有足够的摩擦力来实现工件的圆整，该方案的成本也比第二种方案低。综合这多方面的因素，我们优先选用第一种方案。2传动方案及电动机的选择传动装置总体设计，包括制定传动方案、选择原动机、确定总传动比、分配各级传动比和计算传动装置的运动以及动力参数。2.1拟定传动方案机械系统由动力装置、传动装置和工作机三部分组成。根据工作机要求，传动装置将原动机的运动和动力传递给工作机。事实证明，合理的设计传动装置，对整机的性能、成本和整体尺寸都有很大的影响。2.1.1原动机的选择以及传动机构类型的选择对于原动机本次设计中无特殊需要，因此选用交流电动机。根据常用传动机构的主要特性及适用范围，选用如下： （1）在工作过程中为防止工作机出现过载造成损失，选用具有过载保护作用的带传动，同时带传动也具有缓冲减振的能力。 （2）为保证高效率工作，选用传动效率高的齿轮传动，齿轮传动也可以使两轴保持准确的传动比。2.1.2 传动装置在多级传动的布置在多级传动中，各类传动机构的布置顺序不仅影响传动的平稳性和传动效率，而且对整个传动装置的结构尺寸也有很大的影响。因此，应根据各类传动机构的特点合理布置，使各类传动机构得以充分发挥其优点。在本次设计中：（1）带传动承载能力低，但传动平稳，缓冲能力强，所以在高速级用带传动来连接电动机和减速器的输入轴。（2）在减速器内考虑到齿轮的传动特点选用齿轮传动。（3）减速器的输出轴与工作机的输入轴中心距较大，则选用带传动，可以起到过载保护的作用。2.1.3变形阻力的确定我们根据本次设计的原理可以知道该加工属于金属的塑性加工，金属的塑性成型技术是利用金属的塑性，在外力作用下改变其原始形状、尺寸和性质，从而获得人们所需要的成品和半成品的一种加工方法。又称之为金属压力加工12。金属塑性加工变形时，使金属发生塑性变形的外力称为变形力。而金属抵抗变形的能力称为变形抗力。变形力与变形抗力数值相等方向相反，在实践中可知，不同的金属有不同的变形抗力，同一种金属在不同的变形温度，变形速度和变形程度下，变形抗力也不同，当确定出变形温度，变形速度和变形程度后，便可以确定出金属的变形抗力。常用的方法有以下三种：实验公式法、计算图表法和回归模型法13。下面就三种方法进行比较：（1）实验公式法：计算变形抗力的实验公式繁多，但考虑到实验条件与生产实际条件的不同，为了精确计算，现不采用此种方法。（2）计算图表法：其所采用的曲线方法所查的数据精度较低，且数据的连续性不好保持，所以不采用此种方法。（3）回归模型法：既能满足数据的精度要求又能保持数据的连续性，所以在本次设计中采用此种方法，以满足设计要求。根据碳钢和合金钢在高温、高速下测定得到的变形速度，变形温度和变形程度对金属变形抗力影响的大量实验数据而建立的非线性回归模型，变形抗力的结构式如下： (2-1)式中：开氏温度，； 基准变形阻力，即和时的变形阻力，； 变形温度，； 变形速度，s1； 变形程度（对数应变）； 回归系数，其值取决于钢种。下面就本次的设计所需的上述数值进行说明计算：（1）基准变形阻力：因为加工材料为45钢，查取；（2）归系数：其值取决于钢种，；（3）变形温度：因为工件先经过锻造后再进行整形，锻造后温度高达500，所以根据生产的实际情况，变形温度在400500之间，在此选取430，则开氏温度是。（4）变形程度：根据工件加工要求可以知道在加工过程中。（5）变形速度：根据实验表格选用：在表中变形程度为550%时，变形速度是0.1100，在此次设计中变形程度是20%，利用插值法的，但是此数据是在高温情况下的数据，本设计是低温状态，选用。则带入上述数据得：。根据材料力学，知道对工件进行整形时的阻力是14，其中为变形区域面积，取，则总的变形阻力为。2.2选择电动机15电动机为系列化产品。机械设计中需要根据工作机的工作情况和运动、动力参数，合理选择电动机的类型，结构形式、容量和转速，提出具体的电动机型号。2.2.1电动机的类型和结构形式的选择在本次设计中对电机无特殊要求，则选用常用的Y系列三相交流异步电动机。同一系列的电动机有不同的防护和安装形式，应根据具体要求选择，我们对此在装配时进行调整，因此在此不涉及防护和安装形式的说明。2.2.2电动机容量的确定根据生产率的需要，选择主动滚轮直径 ,在此选用，根据工作机转速要求滚轮速度要求小于，我们选用。所以滚轮线速度为。则工作机所需功率其中：工作机阻力（N）；工作机线速度；工作机效率，根据工作机类型确定，在此处选为 17，计算可得。所以电动机所需输出功率为：；式中： ：工作机所需功率()；：传动装置的总效率。 传动装置的总效率可以按下式计算：；式中分别为传动装置中每一传动副，每一对轴承和每对齿轮的效率，其数值可以选取：（1）由设计方案拟定可以知道在减速器中需要三对轴承，在普通减速器中常选用深沟球轴承或圆锥滚子轴承。根据工作机的工作情况可以知道工作载荷不平稳，且载荷较大，所以选用圆锥滚子轴承，则。（2）在减速器外需要两次带传动，一般选用V型带传动。因为传动时，V型带只和轮槽的两个侧面接触，根据槽面摩擦的原理，在同样的张紧力作用下，V型带传动较平稳且能产生更大的摩擦力，即V型带的传动能力比平带大。选用。（3）在减速器内选用直齿圆柱齿轮传动，为了使减速器能满足实现工作机正反转的要求，在本次设计中我们选用8级精度的一般齿轮传动（稀油润滑），所以。所以传动装置的总效率，则电动机的输出功率为。2.2.3电动机转速的选择额定功率相同的同类型电动机，有几种转速可供选择，如三相异步电动机就有四种常用的同步转速，即3000、1500、1000、750。一般说来，如无特殊需要，通常多选用同步转速为的电动机。在此我们用同步转速为的电机。根据以上的分析，我们在标准中选用电机：型号为, 额定功率为，满载转速为。2.3传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配根据电动机满载转速及工作机转速，可得传动装置的总传动比为。由传动方案可知，传动装置的总传动比等于各级串联传动机构传动比的连乘积，即；式中： 各级串联传动机构传动比。在本次设计中我们所用的减速器并非标准减速器，根据常见非标准减速器传动比的分配原则及经验公式并参考各级的推荐范围： 进行分配：（1）带传动的传动比：推荐范围为24，为了减小减速器内齿轮的尺寸并且使减速器与外部传动机构的尺寸协调、结构匀称，我们选择带传动的传动比为3；（2）则齿轮总的传动比为；（3）齿轮传动比的分配：减速器内二级减速部分工作时：假设两级齿轮的材质相同，齿宽系数相同，为使高、低速级大齿轮的浸油深度大致相近，应使两大齿轮的分度圆直径接近，且低速级大齿轮直径稍大，传动比可按下式分配：高速级传动比低速级传动比i2= i/ i1=1.645减速器内为一级减速部分工作时：齿轮传动比是3.292.4传动装置运动和动力参数的计算 图2 减速器齿轮传动为进行传动零件设计计算，应计算传动装置的运动和动力参数，即各轴的转速、功率和转矩。将各轴由高速至低速依次为电动机轴、轴、轴，并设 、为相邻两轴间的传动比；、为相邻两轴间的传动效率；、为各轴的输入功率（kw）；、为各轴的输入转矩（）；、为各轴的转速（），则可由电动机轴之工作机轴方向依次推算，计算得到各轴的参数。2.4.1减速器内二级减速时的情况：（1）各轴的转速根据公式，式中电动机的满载转速（）；电动机至轴的传动比，所以。同理,。(2)各轴的输入功率根据公式,式中：电动机的实际输出功率，电动机轴至轴的传动效率，所以。同理,。(3)各轴的转矩根据公式，式中：电动机的输出转矩，可按下式计算，式中：电动机的实际输出功率（）；电动机转速（）；电动机的输出转矩（）。所以；同理,；。上述结果列于表1中，如下：表1 运动和动力参数轴号功率（）转矩（）转速（）传动 比效率电动机轴40.1258.75148030.96轴38.496745.21493.3320.9506轴36.591416.79246.671.6450.9506轴34.782215.49149.9530.96工作机轴33.396252.9949.982.4.2减速器内一级减速时的情况（1）各轴的转速根据公式，式中电动机的满载转速（）；电动机至轴的传动比，所以同理, 。(2)各轴输入功率根据公式，式中：电动机的实际输出功率，电动机轴至轴的传动效率，所以。同理，。(3)各轴输入转矩根据公式，式中：电动机的输出转矩，可按下式计算，式中：电动机的实际输出功率（kw）；电动机转速（）；电动机的输出转矩（）。所以 同理，；上述结果列于表2中，如下：表2 运动和动力参数轴号功率（）转矩（）转速（）传动比效率电动机轴40.1258.75148030.96轴38.496745.21493.333.290.9506轴36.592330.62149.9530.9408工作机轴34.426577.9449.983减速器零部件的设计3.1齿轮设计为了满足工作机的工作要求，首先要进行减速器内传动件设计计算，因为传动件尺寸是决定装配图和相关零件尺寸的主要依据。根据已知参数级以上的分析我们在本节以二级减速高速级齿轮为例进行有关设计计算。3.1.1选定齿轮类型，精度等级、材料及齿数（1）根据以上传动方案的分析，同时考虑生产成本的降低，选用标准直齿圆柱齿轮。（2）根据工作机的工作情况及要求，考虑到转速不高，选用齿轮等级为8级精度。（3）材料选择：根据齿轮的工作条件及其他要求，由常用齿轮材料及其力学特性表19可以选择小齿轮材料为45Cr（调质），硬度为280HBS ，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240 HBS，二者材料硬度差为40 HBS。（4）齿数的确定：在本次设计中采用闭式齿轮传动，为了提高传动平稳性，减少冲击振动，以小齿轮齿数多一些好。小齿轮齿数常用范围是，在此选小齿轮齿数，则大齿轮齿数。3.1.2按齿面接触强度设计由齿面接触强度设计计算公式进行试算，即（1）确定公式内的计算值试选载荷系数；由前面的计算可知小齿轮传递的转矩为；由齿轮的齿宽系数表根据齿轮的装置情况可以试选齿宽系数；根据齿轮的材料由弹性影响系数表选取弹性影响系数；按齿面硬度由齿轮的接触疲劳强度极限表可以查出小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限；按以下公式计算应力循环次数：，其中：齿轮的转速（r/min），；齿轮每转一圈同一齿面的啮合次数，此处；齿轮的工作寿命，由生产的实际需要可假设齿轮可以工作十年，每年工作300天，每天是三班制工作，一班8小时，所以；按齿轮材料可以查表查得各齿轮的接触疲劳寿命系数： ；计算接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数，由公式 ，可得:。 （2）计算试算小齿轮分度圆直径，带入中较小值得： 计算圆周速度：。计算齿宽：。计算齿宽与齿高之比：模数 ；齿高 ； ；计算载荷系数：根据，8级精度，查得动载系数为；直齿轮，假设，可以查得；根据载荷状态和工作机的形式可以查取使用系数；查得8级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时，查表得；由，可以查得；所以载荷系数由公式计算得；按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由公式带入已知数据可得；计算模数：。3.1.3按齿根弯曲强度设计齿根弯曲强度设计的设计公式为（1）确定公式内的计算值按齿面硬度由齿轮的弯曲疲劳强度极限表可以查出小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限；根据材料和应力循环次数查图可以查出弯曲疲劳寿命系数为：，；计算弯曲许用应力取弯曲疲劳安全系数，由公式可得：；计算载荷系数：由以上分析可知带入已知数据得；根据齿数查取齿形系数为：；根据齿数查取应力校正系数为： ；计算大、小齿轮的并加以比较：；大齿轮的数值大。（2）设计计算根据弯曲强度的设计计算公式并带入已知数据可得对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定承载能力，仅与齿轮直径(即模数与齿数得连乘积)有关，可取由弯曲强度计算的模数3.47并就近圆整为17，按齿面接触疲劳强度计算的分度圆直径，算出小齿轮齿数，则大齿轮齿数为，取为。这样设计出来的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。3.1.4几何尺寸的计算及验算（1）计算分度圆尺寸；（2）计算中心距；（3）计算齿轮宽度，避免安装不方便，取，；由于；，故合适。其他两对齿轮传动不做详细的计算说明，在此只列出有关的参数，如下表表3及表4：表3 二级传动低速级齿轮参数级别齿数模数压力角齿宽主动轮从动轮表4 一级传动齿轮参数级别齿数模数压力角齿宽一级传动主动轮一级传动从动轮至此减速器内三对啮合齿轮的有关参数已初步计算完毕，这对以后设计工作的进行有很大的帮助。3.2 带传动的设计带传动是由固定于主动轴上主动轮、固定于从动轴上的从动轮和紧套在两轮上的传动皮带组成的。在本次设计中，我们需要两次带传动来分别实现从原动机到减速器的传动，从减速器到工作机的传动，同时带传动还可以实现减速。带传动结构简单、传动平稳、造价低廉和缓冲吸振等有点特点，被广泛应用在近代机械中。常用的带传动中有V带传动、平带传动、多楔带传动和同步带传动。带传动中以V带传动应用最广，所以在这里我们先预选用V带传动。下面将根据机械设计有关知识对高速级的窄V带传动进行设计计算。已知数据为：电机型号为， 额定功率为，满载转速为,传动比为，一天运转时间为，选用带型为窄V带。3.2.1确定计算功率及选取带型根据载荷变化情况和每天工作的时间由工作情况系数表选择工作情况系数为，故计算功率为。根据，由窄V带带型图选择带型为型。3.2.2初定带轮直径根据带型由带轮最小直径表可以知道，再根据的基准直径系列表选用。根据从动轮基准直径的计算公式可以知道：，根据基准直径系列将从动轮直径圆整为。按照带速的计算公式验算带的线速度则，所以带的速度合适。3.2.3确定带的基准长度和传动中心距因为带传动的中心距并未事先给出，所以我们需要根据下式来初步估算中心距：根据初步确定中心距。根据带所需的基准长度计算公式可以知道，根据基准长度系列可以将基准长度圆整为。则实际的中心距为。3.2.4 计算主动轮上的包角及计算所需带的根数由包角的计算公式带入已知数据得，则主动轮上的包角合适。根据所需窄V带的根数的计算公式Z=进行以下计算：由，查单根窄V带的基本额定功率表、单根窄V带额定功率的增量表，可取，；查包角系数表得；查长度系数表得；带入已知数据得，取根。3.2.5计算预紧力及作用在轴上的压轴力由预紧力的计算公式根据带型选择带单位长度的质量，带入以上公式可得预紧力。根据压轴力的计算公式并带入已知数据得压轴力。3.2.6带轮的结构设计根据V带轮的设计要求并结合生产的实际需要带轮的材料选用常用的铸铁，并考虑到带轮的尺寸选用小带轮的结构形式为实心式结构，大带轮的结构形式为腹板式。具体的轮槽尺寸如表5：表 5 带轮的轮槽尺寸 单位：项目数值基准宽度(节宽)基准线上槽深基准线下槽深槽间距第一槽对称面至端面的距离轮缘厚带轮宽外径，轮槽角，其中,带轮宽；外径；表中其他的尺寸可以根据已知的条件进行选取。同理，我们依上述步骤对低速级带传动进行设计，在此不做详细的计算说明，只将有关参数列于表6中：表6 低速级带传动有关参数表 单位：主动轮基准直径从动轮基准直径带根数带轮宽度带传动中心距350低速级带传动的其他参数与高速级带传动参数相同，在此不做重复说明。带轮的其他结构尺寸可以参照带轮的经验公式来确定，将在以下章节进行介绍。3.3轴及轴承的设计与强度校核轴的设计也和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理确定轴的结构形式和尺寸，轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难，因此，轴的结构设计是轴的设计中的重要内容；轴的工作能力计算是指轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算，轴的计算通常都是在初步完成结构设计后进行校核计算，计算准则是满足州的强度或刚度要求，必要时还进行校核轴的振动稳定性。在此，我们以中间轴为例介绍轴的设计计算。3.3.1已知数据（1）齿轮有关数据：表7 齿轮有关数据级别齿数模数压力角齿宽二级传动高速级从动轮二级传动低速级主动轮（2）输入轴上的功率，转速，转矩：表8 输入轴有关数据功率36.59 转速246.67转矩1416.79（3） 计算作用在齿轮上的力因已知二级传动高速级大齿轮的分度圆直径为，二级传动时小齿轮的分度圆直径；所以根据机械设计有关知识可以知道齿轮上的作用力的计算公式为：， 。我们将已知数据带入可以得到：, , ，。3.3.2初步确定轴的最小直径先按公式初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据轴的工作情况由常用表选用，于是得=，显然，中间轴的最小直径处是安装轴承处，取-=。3.3.3轴的结构设计（1）拟定轴上的装配方案，如下图2所示：（2）确定轴的各段轴径和长度根据州的定位要求。为了与主动轮齿轮相啮合，故取-=，。初步选择滚动轴承。根据轴承的受力情况，选用单列圆锥滚子轴承。按照工作要求，根据，在轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度等级的单列圆锥滚子轴承30313，其尺寸为。取安装齿轮的轴段处的轴径为-=70，齿轮左端与轴承之间采用套筒定位。已知齿轮宽度为，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段的长度应略小于轮毂宽度，故取-=。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，取，则轴环处的直径-=82，轴环宽度为，取-=。同理，另一齿轮安装处-=，-=。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。（3）轴上零件的轴向定位轴上的齿轮均采用平键联接，根据齿轮安装处的轴径大小由标准17选用：左端齿轮处采用平键截面为，键槽用键槽铣刀加工，根据轴段长由常用键槽长表选用键长为；同理，右端齿轮安装处平键的尺寸为；为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，所以用出轮轮毂与轴的配合为。滚动轴承与轴的轴向定位是靠过渡配合来保证的，因此选用轴的直径公差为。（4）确定轴上的圆角和倒角尺寸根据轴段直径由零件倒角和圆角半径的推荐表选用轴段倒角为，各轴肩处的圆角尺寸如图3所示。3.3.4求轴上的载荷（1）根据轴的结构简图做出轴的计算简图，如图4所示：在确定轴承的支点位置时，应从手册中查出，对于型圆锥滚子轴承，因此可以求出轴的支撑跨距如下图所示。根据轴的计算简图可以做出轴的弯矩图和扭矩图，如图5、 图6 、图7所示。（2）求轴承的支撑反力根据材料力学的有关知识，带入已知的有关数据可以知道：，图 中间轴的装配简图及相关尺寸图图图图从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面为轴的危险截面。现将计算出的截面的、和的值列于表：表 轴的有关计算尺寸载荷水平面垂直面支反力弯矩总弯矩扭矩3.3.5按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。根据公式及上表中的数据，并取，则轴的计算应力为=。前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由许用应力表查得。因此，故安全。我们也依照上述步骤对其他两轴进行设计计算，在此不进行详细说明，只绘制出其他两轴的装配图，见下图8 、图9：图8 输入轴的装配图图9 输出轴的装配图3.3.6轴承寿命校核滚动轴承的正常失效形式是滚动体或内外圈滚道上的点蚀破坏，轴承点蚀破坏后，在运转时通常会出现较强烈的振动、噪声和发热现象。所以必须进行轴承的寿命的校核以保证轴承的正常工作。下面我们以中间轴上的滚动轴承为例进行轴承寿命的校核计算说明。根据以上章节的分析计算，我们知道以下已知数据：, ,；求两轴承的径向载：由公式可得：求两轴承的计算轴向力对于30313型轴承，轴承的派生轴向力计算公式为，其中Y是对应的时的值。由有关手册查取此时。则带入已知的数据可以得到，。根据轴向载荷的计算公式可知：当时，轴有向左窜动的趋势，相当于轴承1被压紧，轴承2被放松，为了保持平衡，则，则带入已知数据可得。则根据滚动轴承当量动载荷的计算公式，其中查取；则带入以上已知数据可得：。验算轴承寿命：根据实际的工作情况我们可以知道轴承的预期计算寿命。根据公式计算轴承的实际寿命其中：，而因为，所以，则带入以上已知数据可得，所以所选轴承可满足寿命要求。同理，依上述步骤对其他两对轴承进行寿命校核。通过计算可知：主动轴上轴承实际寿命为可满足寿命要求；输出轴上轴承的实际寿命为也可满足寿命要求。至此，轴承寿命的校核全部结束，轴承寿命的校核可以保证我们所设计机械的正常工作。3.3.7键联接强度的校核根据减速器工作的要求，在键联接中我们既需要平键联接，又需要可以实现滑移的花键联接，所以在本章我们将对平键和花键联接进行联接强度的校核，以保证所选择的键联接能安全、可靠的工作。在本节我们对用到的平键和矩形花键进行强度校核计算。平键联接强度的校核：在减速器内根据工作的要求及轴的设计我们共需要五个平键联接，在本节我们只对中间轴上的一个平键联接强度的校核进行详细说明，其他的平键联接只列出结果