2023年二级展开式斜齿轮减速器输出轴组合结构设计.doc

斜齿圆柱齿轮减速器构造设计阐明

机械工程及自动化

班

设计者

指导教师

年 12 月 26 日

辽宁工程技术大学

一、 设计任务书及原始数据
题目：二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器输出轴组合构造设计
l
s
b2
al

轴系构造简图
原始数据表1
项目
设计方案
名称
字母体现及单位
2
输入功率
P/kW
4.3
轴转速
n/(r/min)
130
齿轮齿数
z2
103
齿轮模数
mn/mm
4
齿轮宽度
b2/mm
80
齿轮螺旋角
β
8°6’34”

a/mm
80

l/mm
215

s/mm
100
链截距
p/mm
25.4
链轮齿数
z
29
轴承旁螺栓直径
d/mm
16
表1 设计方案及原始数据
二、根据已知条件计算传动件作用力
2.1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=4.3kW，转速n=130r/(min)。
转矩计算：

分度圆直径计算：

圆周力计算：

径向力计算：

轴向力计算：

轴压力计算：
计算公式为：
由于转速小，冲击不大，因而取KQ=1.2,带入数值得：

Q
R2z
R2y
Rr
Rt
Ra
R1y
R1z

轴受力分析简图
2.2计算支座反力
1、计算垂直面（XOZ）支反力

2、计算垂直面（XOY）支反力

3、计算垂直面（YOZ）支反力
Ra=0N
三、初选轴材料，确定材料机械性能
初选材料及机械性能见表2
材料牌号
45号
热处理
调质
毛坯直径/mm
≤200
硬度/HBS
217~255
σB/MPa
637
σs/MPa
353
σ-1/MPa
268
τ-1/MPa
155
[σ+1] /MPa
216
[σ0] /MPa
98
[σ-1] /MPa
59

四、进行轴构造设计
4.1确定最小直径
按照扭转强度条件计算轴最小值dmin。
其设计公式为
查表8-2，因弯矩较大故A0取大值118，带入计算得：

因开有键槽，轴径需增大5%
得：D=40.01mm
圆整成原则值得：
D1=45mm
4.2设计别旳各轴段直径和长度，且初选轴承型号
1、设计直径
考虑轴上零件固定、装拆及加工工艺规定。首先考虑轴承选型，其直径末尾数必要是0、5，且为了便于计算，故D3初取60mm。考虑链轮及轴承2固定，故D2取55。考虑齿轮由轴套固定，故D4取62。考虑轴承选型相似及齿轮固定问题D5取70，D6取66，D7取60。
2、设计各轴段长度
考虑齿轮拆装与定位L4取78。考虑最左侧轴承拆装与定位L7取25。考虑链轮宽度B=72，L1取70。考虑轴承2与齿轮相对位置及轴承2左端固定L3取54。考虑链轮与轴承2相对位置及轴承2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之间相对位置及轴环宽度，L6取75。
3、轴初步构造设计图
7 6 5 4 3 2 1

4、初选轴承型号
由于，故选用向心推力轴承，考虑轴径为60，初选轴承型号为圆锥滚子轴承30212。
4.3选用连接形式与设计细部构造
1、选用连接形式
连接形式重要是指链轮与齿轮周向固定：初步选用运用键连接以固定链轮与齿轮。而键型号根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初选链轮处键公称尺寸为14×9，而键长L1初取56mm；初选齿轮处键公称尺寸为18×11，键长L2初取63
2、设计细部构造
五、轴疲劳强度校核
5.1轴受力图
Q
R2z
R2y
Rr
Rt
Ra
R1y
R1z
1
2
4
3

5.2绘制弯矩图
1、垂直面（XOZ）弯矩图
1
4
2
3
76272N·m

2、水平面（XOY）弯矩图

1
4
2
3
174960N·mm
323300N·mm

3、合成弯矩图

1
4
2
3
190826.3N·mm
323300N·mm

5.3绘制转矩图

1
4
2
3
T=315884.6N·m

5.4确定危险截面
Ⅰ Ⅱ Ⅲ ⅣⅤ
（ ）
（ ）

通过对轴上零件受力分析，绘制弯矩及转矩图，并综合考虑轴径大小及键槽、圆角等原因对轴应力影响，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。Ⅱ截面弯矩较大，且有应力圆角，有应力集中。Ⅲ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。
5.4计算安全系数，校核轴疲劳强度
1、计算Ⅰ截面处安全系数
综合影响系数，如下；
有效应力集中系数
Kσ=1.81
Kτ=1.60
绝对尺寸系数
εσ=0.78
ετ=0.74
加工表面表面质量系数
β=0.95
应力总数
弯曲
Ψσ=0.34
扭转
Ψτ=0.21
计算抗弯模量与抗扭模量
计算弯曲应力
I截面处最大弯矩

I截面最大扭矩

将弯曲应力当作对称循环应力争解，有：

计算扭转切应力
将扭转切应力看作脉动循环应力争解，有：

按疲劳强度计算安全系数

综合安全系数

2、计算Ⅱ截面处安全系数
有效应力集中系数
Kσ=1.58
Kτ=1.41
绝对尺寸系数
εσ=0.81
ετ=0.76
加工表面表面质量系数
β=0.95
应力总数
弯曲
Ψσ=0.34
扭转
Ψτ=0.21
计算抗弯模量与抗扭模量

计算弯曲应力
Ⅱ截面最大弯矩

Ⅱ截面最大扭矩

将弯曲应力当作对称循环应力争解，有：

计算扭转切应力
将扭转切应力看作脉动循环应力争解，有：

按疲劳强度计算安全系数

综合安全系数

3、计算Ⅲ截面处安全系数
有效应力集中系数
Kσ=1
Kτ=1
绝对尺寸系数
εσ=0.81
ετ=0.76
加工表面表面质量系数
β=0.95
应力总数
弯曲
Ψσ=0.34
扭转
Ψτ=0.21
计算抗弯模量与抗扭模量

计算弯曲应力
Ⅲ截面最大弯矩

Ⅲ截面最大扭矩

将弯曲应力当作对称循环应力争解，有：

计算扭转切应力
将扭转切应力看作脉动循环应力争解，有：

按疲劳强度计算安全系数

综合安全系数

4、计算Ⅳ截面处安全系数
有效应力集中系数
Kσ=2.26
Kτ=2.14
绝对尺寸系数
εσ=0.84
ετ=0.78
加工表面表面质量系数
β=0.95
应力总数
弯曲
Ψσ=0.34
扭转
Ψτ=0.21
计算抗弯模量与抗扭模量

计算弯曲应力
Ⅳ截面最大弯矩

Ⅳ截面最大扭矩

将弯曲应力当作对称循环应力争解，有：

计算扭转切应力
将扭转切应力看作脉动循环应力争解，有：

按疲劳强度计算安全系数

综合安全系数

5、计算Ⅴ截面处安全系数
有效应力集中系数
Kσ=1.81
Kτ=1.60
绝对尺寸系数
εσ=0.84
ετ=0.78
加工表面表面质量系数
β=0.95
应力总数
弯曲
Ψσ=0.34
扭转
Ψτ=0.21
计算抗弯模量与抗扭模量
计算弯曲应力
Ⅴ截面处最大弯矩

Ⅴ截面最大扭矩

将弯曲应力当作对称循环应力争解，有：

计算扭转切应力
将扭转切应力看作脉动循环应力争解，有：

按疲劳强度计算安全系数

综合安全系数

综上所述：所校核截面安全系数均不不不小于许用安全系数[S]=2.0，故轴设计满足安全。
六、选用轴承型号，计算轴承寿命
6.1计算轴承所受支反力

6.2计算派生轴向力

6.3求轴承轴向载荷

6.4计算轴承担量动载荷

查表，取X1=0.4，Y1=1.5

查表9-6，取X2=1，Y2=0
查表9-7，取fd=1.5
根据弯矩图可得，fm1=1,fm2=2
6.5计算轴承寿命
因P2>P1，故计算按P2计算，查表9-4得ft=1，圆锥滚子轴承取10/3，查表得Cr=97800N。

轴承寿命符合规定。
七、键连接计算
校核平键强度
平键挤压应力计算公式为：

链轮处平键尺寸：h=9,d=45,l=56
齿轮处平键尺寸：h=11,d=62,l=63
带入公式得：

因两键均受冲击载荷，且为静联接，故许用压应力
通过比较，两键计算应力均不不小于许用应力，故判断其强度均合格。
八、轴系部件构造装配图