圆锥圆柱齿轮减速器设计与仿真分析说明书.doc

圆锥-圆柱齿轮减速器设计与仿真分析【摘 要】 本课题主要研究的内容是根据减速器设计的原始资料，研究减速器结构组成部件（包括齿轮、轴、轴承、上箱体和下箱体）的设计及校核方法。对二级圆锥圆柱齿轮减速器设计进行功能分解，确立齿轮减速器三维参数化设计方法以及齿轮减速器零件（各主要传动件，标准件等）模型库、总装配库的构建方法。并用Pro/E(PRO/ENGINEER)绘图软件进行二级圆锥圆柱齿轮机构的三维建模，对圆锥圆柱减速器的机构的组成，内部传动部件，进行装配干涉分析、应力应变分析、运动仿真，最终生成二维的工程图。【关键字】 三维虚拟设计 三维建模 减速器 Design and simulation analysis of cone-cylindrical gear reducerLi Tian(Grade08,Class 4,Major machine design manufacture and automation，school of Mechanical Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi)Tutor: He YongAbstract: The main research topics are based on the design of the original data reducer, reducer enough of component parts (including gears, shafts, bearings, the upper casing and lower casing) design and verification method. Of the two conical gear reducer design of functional decomposition, the establishment of three-dimensional parametric gear reducer and gear reducer design parts (the main transmission parts, standard parts, etc.) model library, the total assembly method of constructing the library. And with the Pro/E(PRO/ENGINEER) of drawing software and database technology, for two conical cylindrical gears three-dimensional modeling of conical reducer cylindrical body composition, the internal transmission parts, and assembly interference analysis, stress and strain analysis, spatial motion analysis, motion simulation, eventually to produce two dimensional drawings. Key words: 3D virtual design three-dimensional modeling reducerI毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目 录引 言1绪 论21. 传动装置总体设计41.1确定传动方案41.1.1电动机的容量选择41.1.2电动机转速的选择51.1.3 电动机型号的确定61.1.4 计算传动装置总传动比和分配各级传动比61.1.5 计算传动装置的运动和动力参数62. 传动零件的设计计算82.1圆锥齿轮传动的设计计算82.1.1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数82.1.2.按齿面接触疲劳强度设计82.1.3.按齿根弯曲疲劳强度设计92.1.4.几何尺寸计算112.2 圆柱齿轮传动的设计计算112.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数112.2.2 几何尺寸计算132.3 数据整理143. 轴的设计计算153.1 减速器高速轴的设计153.2 减速器高速轴的设计203.3 减速器高速轴的设计254. 轴承与键的选择304.1 减速器高速I轴滚动轴承的选择与寿命计算304.2 减速器低速III轴滚动轴承的选择与寿命计算304.3 高速轴的键连接314.4 低速轴的键连接314.5 机体要具有足够的刚度324.6机体的结构要便于机体内零件的润滑，密封及散热324.7 确定机盖大小齿轮一段的外轮廓半径335. 润滑和密封设计345.1 润滑345.2 密封345.3 箱体设计的主要尺寸及数据346. PRO/E三维参数化设计366.1概述366.2建立模型366.3基于Pro/E的圆柱齿轮减速器装配过程366.3.1产品装配过程366.3.2减速器机构运动仿真366.4选择“测量结果”以图形方式查看位置结果367. 减速器关键零部件的有限元分析367.1 ANSYS的简介367.1.1 ANSYS软件功能模块367.1.2结构静力分析367.1.3模态分析简介367.2 ANSYS分析主要步骤367.3输出轴有限元静力学分析367.4箱体模态分析36致 谢36参考文献36IV陕西理工学院毕业设计论文引 言 本课题研究的目的是在已有减速器设计的基本理论基础上，利用Pro/E (PRO/ENGINEER )三维设计软件和数据库技术，建立齿轮、轴、轴承、上箱体及下箱体的三维参数模型，将各零件进行装配与仿真。 本课题研究的意义在于：能够为齿轮减速器是设计提供一种全新手段和方法，改变原有的手工设计，二维设计变为三维设计，并在设计中体现引导作用，使设计更为直观、形象、生动；通过实时人机互动式的三维参数化实体造型设计，更好地理解、掌握零部件的结构及装配关系，实现齿轮建起的动力学参数设计计算、齿轮传动设计技术、轴系的设计技术；分析三维参数化设计的方法，运用设计辩论与程序设计相结合的方法实现零件的三维参数化设计，在此基础上采用了在零件环境中以及在装配环境中建立零件模板的两种方法；分析齿轮减速器总装配及各部件之间的结构尺寸约束关系，并运用自顶向下与自底向上的设计思想分别构建减速器总装装配模板和轴系模板。采用Pro/E(PRO/ENGINEER)三维设计软件，并结合AutoCAD_2007等二维绘图软件，设计了一个二级圆锥-圆柱齿轮减速器，实现了减速器的三维模型生产，以及由此生成二维工程图的思想。综合运用Pro/E(PRO/ENGINEER)三维绘图软件和有限元分析软件ANSYS对减速器进行运动仿真，对内部传动部件进行装配干涉分析、应力应变分析、对减速器进行了检查和优化设计方案，实现减速器的运动真，完成了减速器在计算机中虚拟设计。第 53页 共 51 页绪 论随着现代工业的不断发展和扩大，对工业机械的需求量也再迅速的增加，同时对机械设备的可靠性，维修性，安全性，经济性和燃油性也提出而来更高的要求。随着微电子工业向机械工业的渗透，现代机械日益向智能化和机电一体化方向发展。自20世纪90年代以来，国外机械工业进入了一个新的发展时期，技术发展的重点在于努力完善产品的标准化实现高精度，多用途，超小型化是工业机械的发展趋势。齿轮机构是在各种机构中应用最广泛的一种传动机构。它可以用来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有功率范围大，传动效率高，传动比准确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。而作为齿轮机构的最基本组成部分齿轮所起的作用是无可代替的，所以齿轮的设计尤为重要。齿轮是应用最为广泛的通用零件，广泛用在各种传动中，如机床的传动装置，汽车的变速箱和后桥，减速器和玩具等。齿轮传动机构中很重要的应用就是减速器。减速器是原动机和工作机之间独立的闭式机械传动装置用来降低原动机转速或增大转矩，以满足工作机需要。而齿轮减速器作为一种重要的动力传递装置，在机械化生产中起着不可替代的作用。圆柱圆锥齿轮减速器是最常用的机械传动机构之一。纵观国内减速器行业的现状，为保持行业的健康可持续发展在充分肯定行业不断发展、进步的同时，更应看到存在的问题，并积极研究对策，采取措施，力争在较短时间内能有所进展。目前，同外减速器行业存在的比较突出的问题是，行业整体新产品开发能力弱、工艺创新及管理水平低，企业管理方式较为粗放，相当比例的产品仍为中低档次、缺乏有国际影响力的产品品牌、行业整体散、乱情况依然较为严重当今世界各国减速器及齿轮技术发展总的趋势是向六高、二低、三化方向发展。六高即指高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动率；二低，即低噪声、低成本；三化，即标准化、多样化、通用化。减速器及齿轮的设计与制造技术的发展，在一定程度上标志着一个国家的工业水平，因为其应用非常广泛，大到矿山机械中的传动装置，小到汽车变速箱等领域无不渗透着齿轮以及减速器的应用。当今是要求人与自然和谐发展的社会，我们的齿轮加工也逐步往绿色环保的干式、半干式加工转变，其中有高速和低温冷风干式加工两个方向，从这一点上讲，传统的机加工都将迈向一个新的台阶。国际上，动力传动齿轮装置正沿着小型化、高速化、标准化方向发展特殊齿轮的应用、行星齿轮装置的发展、低振动、低噪声齿轮装置的研制是齿轮减速器设计方面的一些特点为达到齿轮减速器装置小型化目的，可以提高现有渐开线齿轮的承载推力。各国普遍采用硬齿面技术，提高硬度以缩小装置的尺寸；也可应用以圆弧齿轮为代表的特殊齿形。英法合作研制的舰载直升飞机主传动系统采用圆弧齿轮后，使减速器高度大为降低。随着船舶动力由中速柴油机代替的趋势，在大型船上采用大功率行星齿轮装置确有成效；现在冶金、矿山、水泥一轧机等大型传动装置中，行星齿轮以其体积小、同轴性好、效率高的优点而应用愈来愈多。研究手段的现状和发展趋势随着科学技术的发展和日益增长的社会需求，机械产品的类型、规格及性能迅速地发生变化，市场要求产品的设计周期越来越短.传统的减速器设计往往是手工设计，因计算烦琐、复杂，致使手工设计的效率、可靠性、准确性大大降低，而且对于系列化产品设计需要进行反复的计算、查询和绘图，造成大量重复劳动。另外，传统的类比设计中还存在一个极大的毛病，即在设计时，大部分设计人员都是在己有产品的基础上将尺寸增大，这样的相似设计使得产品的尺寸与重量越来越大，造成财力、人力的浪费。在科学技术日益发展的今天，虽然CAD技术已被企业重视，但通用CAD支撑软件对大多数用户来说，只是绘图工具，只是使所绘图便于保存，便于修改，不是真正的实现了通过计算机设计的目的，不能解决设计问题，其实质仍是手工设计，它不仅设计效率低，同时对使用者的要求也较高，因使用者要直接使用图形支撑软件的命令去构造图形，这就要求其对各种命令的功能及其使用方法十分了解，从而限制了对这些命令不熟悉但精通产品设计的人员有效地使用计算机进行辅助设计，而使硬件和软件得不到充分利用。而且，在传统绘图设计过程中，工程师们感到最别扭的、最影响设计质量的、最需要有人辅助的几个常见的问题可能有下列几项：复杂的投影线生成问题、漏标尺寸，漏画图线的问题、机构的几何关系和运动关系的分析讨论问题、设计的更新与修改问题、设计工程管理问题、二维参数化的局限性等等，这些在我们的二维软件绘图中都不能得到很好的解决。在二维参数化软件前景不甚明确的条件，在此背景下，基于计算机的虚拟技术，虚拟产品开发就越来越显出其独特的优势。基于特征的三维参数化/变量化软件开始进入设计领域。人在设计零件时的原始冲动是三维的，是有颜色、材料、硬度、形状、尺寸、位置、相关零件、制造工艺等等关联概念的三维实体，甚至是带有相当复杂的运动关系的三维实体。如果能直接以三维概念开始设计，在现有的软件支持下，这个模型至少有可能表达出设计构思的全部几何参数，整个设计过程可以完全在三维模型上讨论，对设计的辅助就很容易迅速扩大的全过程，设计的全部流程都能使用统一的数据。这样就有可能比较容易地建立充分而完整的设计数据库，并以此为基础，进一步进行应力应变分析、制件质量属性分析、空间运动分析、装配干涉分析、NC控制可加工性分析、高正确率的二维工程图生成、外观色彩和造型效果评价、商业广告造型与动画生成等一系列的需求都能充分满足，是对设计全过程的有效的辅助，是有明确效益的CAD。三维设计的好处已经确实了，Pro/E(PRO/ENGINEER)或其他同类软件的实施过程中，都能体会得到。由三维实体造型自动生成二维工程图纸的方法，这在实际设计工作中有很大的优势，尤其是对于复杂的零部件的造型及其黑维工程图纸的设计，会得到事半功倍的效果，如剖面图自动生成，空间相贯线求交、投影等。对于创成设计，三维设计模式几乎是最为合理的了。1. 传动装置总体设计1.1确定传动方案带式输送机传动系统方案如图1.1所示： 图1.1 圆锥圆柱齿轮减速器 带式输送机由电动机驱动，电动机1通过联轴器2将动力传入减速器3，在经联轴器8传至输送机滚筒9，带动输送带11工作。传动系统中采用两级闭式圆锥-圆柱齿轮减速器。表1.1 已知条件数据编号运输带工作拉力F/KN运输带工作速度v/m.s-1卷筒直径D/mmE55.21.54001、滚筒效率 =0.96（包括滚筒和轴承的效率损失）； 2、工作情况 两班制，连续单向运转，载荷较平稳； 3、使用折旧期 8年；3、工作环境 室内，灰尘较大，环境最高温度35摄氏度；4、动力来源 电力，三相交流，电压380/220V；5、检修期限 四年一大修，两年一次小修；6、制造条件及生产批量 一般机械厂制造，小批量生产；1.1.1电动机的容量选择根据已知条件可以计算出工作机所需有效功率: 设 联轴器的效率 =0.99 圆锥齿轮的传递效率(7级精度) =0.98 圆柱齿轮的传递效率（8级精度） =0.97 轴承的效率 =0.99 输送带间的传动效率 =0.96估算运动系统总传递效率:得传动系统总效率: =所以电动机所需工作功率为： Pd=Pw/=7.8kw/0.868=8.99kw 由表1.2所列Y系列三相异步电动机技术数据中可以确定，满足条件的电动机额定功率应取为11。表 1.2 三相异步电动机技术数据电动机型号额定功率/满载转速/（）Y100L-4314202.22.2Y112M-4414402.22.2Y132S-45.514402.22.2Y132M-47.514402.22.2Y160M-41114602.22.2Y160L-41514602.22.2Y160L-6119702.02.01.1.2电动机转速的选择根据已知条件由计算得知输送机滚筒的工作转速 由表1.2初选同步转速为1500和1000的电动机，对应用于额定功率的电动机型号应分别为Y160M-4型和Y160L-6型。把Y160M-4型和Y160L-6型电动机有关技术数据及相应算得的总传动比列于表1.3:表1.3 方案的比较方案号电动机型号额定功率（）同步转速（）满载转速（）总传动比Y160M-411.01500146020.374Y160L-611.0100097013.53通过对这两种方案比较可以看出：方案选用的电动机转速高、质量轻、价值低，总传动比为20.374，比较合适，故选用方案。1.1.3 电动机型号的确定 根据工作条件：两班制工作，空载起动，载荷平稳，常温下连续（单向）运转，工作环境多尘，小批量生产，使用期限为8年，年工作300天，工作机所需电动机功率及电动机的同步转速等，选用Y系列三项异步电动机，卧式封闭结构，型号为Y160M-4，其主要性能数据如下：电动机额定功率 电动机满载转速 电动机轴身直径 电动机轴身长度 1.1.4 计算传动装置总传动比和分配各级传动比 1.分配原则 .各级传动的传动比不应该超过其传动比的最大值 .使所设计的传动系统的各级传动机构具有最小的外部尺寸 .使二级齿轮减速器中，各级大齿轮的浸油深度大致相等，以利于实现油池润滑 2.总传动比 总传动比3.分配减速器的各级传动比直齿轮圆锥齿轮传动比按直齿轮圆柱齿轮传动比 ，又锥齿轮的传动比 一般不大于3，故取=3 则实际总传动比因为转动比误差，故满足要求。1.1.5 计算传动装置的运动和动力参数传动系统中各轴的转速、功率和转矩计算：0轴（电动机轴）：轴（减速器高速轴）：轴（减速器中间轴）： 轴（减速器低速轴）： 运动和动力参数计算结果整理如表1.4：表1.4轴名功率P/kw转矩T/(N.mm)转速n/（r/m）传动比i效率电机轴8.9958.80146010.99轴8.9058.22146030.99轴8.721714876.790.98轴8.461.12103720.972. 传动零件的设计计算2.1圆锥齿轮传动的设计计算已知输入功率P1=8.9KW（略大于小齿轮的实际功率），小齿轮的转速为：n1=1460，大齿轮的转速为n2=487，传动比，由电动机驱动，工作寿命（设每年工作300天），两班制，带式输送，平稳，转向不变。2.1.1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按传动方案，选用直齿圆锥齿轮传动，齿形制,齿形角，齿顶高系数，顶隙系数，螺旋角，不变位。（2）、运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。（3）、材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45刚（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度相差40HBS。（4）、选小齿轮齿数2.1.2.按齿面接触疲劳强度设计 公式： d11. 确定公式内的各计算值 （1）查得材料弹性影响系数。 （2）按齿面的硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限。 （3）计算应力循环次数 小齿轮：N1=60njLh=6014601(283008)=3.364109 大齿轮：N2=N1/u=3.364109/3=1.121109 （4）查得接触批量寿命系数 （5）计算接触疲劳许用应力 （6）试选，查得所以， 已知 T1=58.22Nm （7）2. 计算（1）试算小齿轮的分度圆直径，带入中的较小值得d1t=mm =82.586mm(2) 计算载荷系数mm/s根据V=6.31mm/s，8级精度，查得，所以。(3) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径：(4) 大端模数 查表，取标准模数m=4mm.2.1.3.按齿根弯曲疲劳强度设计公式：1.确定公式内的各计算值 (1）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度。 (2）查得弯曲疲劳寿命系数 (3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则， (4）载荷系数 K=2.31 (5）节圆锥角 (6）当量齿数 (7）查取齿形系数 (8）查取应力校正系数 (9）计算大小齿轮的 ,并加以比较。大齿轮的数值大。2. 校核比较结果，综合分析考虑，取m=4mm,Z1=23.得，.2.1.4.几何尺寸计算（1）、计算大端分度圆直径 （2）、计算节锥顶距 （3）、节圆锥角 （4）、齿宽 （5）、大端齿顶圆直径 （6）、大端齿根圆直径 2.2 圆柱齿轮传动的设计计算已知输入功率（略大于小齿轮的实际功率），小齿轮的转速为：，大齿轮的转速为，传动比，由电动机驱动，工作寿命（设每年工作300天），两班制，带式输送，平稳，转向不变。2.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1.选择齿轮材料及热处理方法小齿轮选择45Cr调质处理，齿面硬度为280HBS，大齿轮选择45钢调质处理，齿面硬度为240HBS，二者都属软齿闭式传动，载荷平稳齿轮速度不高，初选7级精度，小齿轮的齿数Z3=24，大齿轮齿数z4=uZ3=246.79=162.96163，取Z4=163.按软齿面齿轮非对称安装查文献2表6.5，取齿宽系数=1.0 ，实际传动比i34=163/24=6.79，误差几乎为零，在设计给定的5%范围内可用。(2)强度设计按齿面接触疲劳强度设计 由文献2式(6.11)确定公式中各式参数； 载荷系数 试选=1.4小齿轮传递的转矩=171 Nm材料系数 查文献2表6.3得大、小齿轮的接触疲劳极限 按齿面硬度查文献得=600MPa =580MPa应力循环次数 ：N3=60njLh=604871(283008)=1.122109 N4=N1/u=1.122109/6.79=1.653108接触疲劳寿命系数 查文献2图6.6得 =0.95 =0.98确定许用接触应力 取安全系数 取设计计算试计算小齿轮分度圆直径 取计算圆周速度v v=计算齿宽b b=d3t=1.070.924mm=70.924mm模数 mt mt =d3/z3=70.924/24mm=2.955mm齿全高 h 齿高比 计算载荷系数k 查文献2表6.2得使用系数=1根据v=1.808m/s 按 7级精度查文献2图6.10得动载系数=1.06查图6.13 得=1.436直齿轮=1。得=1.38 则 k=11.0611.436=1.522校正分度圆直径由文献2式（6.14）计算模数m m=d3/z3=70.927/24=3.038mm 取标准取模数m=3mm根据齿根弯曲疲劳强度校核则有：确定公式中各参数值：大小齿轮的弯曲疲劳强度极限查文献2图6.9取弯曲疲劳寿命系数 文献2图6.7 取许用弯曲应力 取定弯曲疲劳安全系数,应力修正系数齿轮系数和应力修正系数查文献2表6.4得. 计算大小齿轮的与并加以比较取其中最大值代入公式计算大齿轮的数值大，应按大齿轮校核齿根弯曲疲劳强度。校核计算 因为，所以弯曲疲劳强度足够。2.2.2 几何尺寸计算（1）、计算分度圆直径 =mZ3=324=72mm d4=mZ4=3163=489mm （2）、齿顶圆直径 （3）、齿根圆直径 （4）、计算齿轮的宽度 B1=b=.B2=B1+(510)mmB3=72mm B4=80mm（5）、中心距 a a=m(z3+z4)/2=3(24+163)/2=280.5mm2.3 数据整理1.圆锥齿轮 齿轮类型：直齿圆锥齿轮（,齿形角，齿顶高系数，顶隙系数，螺旋角，不变位）。精度8级，小齿轮材40Cr（调质），大齿轮材料45刚（调质），硬度分别为280HBS和240HBS。大端分度圆直径：小齿轮，大齿轮节锥顶距：R=109.0986mm节圆锥角：， 大端齿顶圆直径： ， 齿宽： 齿数：，模数: m=4mm2.圆柱齿轮齿轮类型：直齿圆柱齿轮小齿轮选择45Cr调质处理，齿面硬度为280HBS，大齿轮选择45钢调质处理，齿面硬度为240HBS，二者都属软齿闭式传动，载荷平稳齿轮速度不高， 7级精度。分度圆直径： =72mm , d4=489mm中心距： a=280.5mm 齿宽： B3=72mm B4=80mm齿数： Z3=24，Z4=163模数： m=3mm3. 轴的设计计算3.1 减速器高速轴的设计(1)选择材料:由于传递中功率小，转速不太高，故选用45号钢，调质处理查表得，(2)根据 P1=8.9kWT1=58.22N/mn1=1460r/m初步确定轴的最小直径取c=118mmdmin c=11821.56mm由于该轴有一个键槽，故轴的直径应该加大5-7，故dmin =21.561.05=22.64mm(3)考虑I轴与电动机轴用联轴器连接，因为电动机的轴伸直径为d=38mm，查表选取联轴器的规格YL7联轴器的校核：计算转矩为:Tc=KTK为工作情况系数，工作机为带式运输机时，K=1.25-1.5。根据需要去K=1.5T为联轴器所传递的转矩，即:T=9550P/n=95508.9/1460=58.22NTc=KT=1.558.22=87.32N.m联轴器的需用转矩Tn=125039.3许用转速n=4750r/minn=1460r/m所以联轴器符合使用要求(4)作用在小锥齿轮上的力：dm1=1-0.5b/Rd1=1-0.50.369=58.65mm圆周力：Ft1=2T1/ dm1=28900/69=257.97N径向力：Fr1= Ft1tan20*cos1=257.97Ntan20cos18.43=89N轴向力:Fa1= Ft1*tan20*sin18.43=29N(5)轴的结构设计如图3.1：图3.1 轴的结构图 由于该轴与联轴器相连的一端直径要与电机相同，应小于联轴器的公称转矩，所以查标准GB/T5014-2003或文献【】，选HL3弹性套柱销联轴器，其公称转矩为，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的轮毂孔长度为。拟定轴上零件的装配方案（见图3.1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位，1-2轴段的右端需要制出一轴肩，故取2-3段的直径，为了满足端盖密封，2-3轴段的右端需要制出一轴肩，故取3-4段的直径， 2）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，由文献【】表15-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30308，其尺寸为.d1-2=30mm d2-3=35mmd3-4=40mmd4-5=35mmd5-6=40mm d6-7=36mmL1-2=58mmL2-3=42mmL3-4=30mmL4-5=60.5mmL5-6=30mmL6-7=48mm至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。(6)求轴上的载荷如图3.2计算轴上的载荷：图3.2 轴的载荷图（7）按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为（调质），由文献【】表15-1查得，故安全。（8）精确校核轴的疲劳强度判断危险截面截面 截面5右受应力最大截面5左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面5左侧弯矩M为截面5上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为，调质处理。由表15-1查得。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按文献【】附表3-2查取。因，经查值后查得又由文献【】附图3-1可得轴的材料敏感系数为故有效应力集中系数为由文献【】附图3-2的尺寸系数，扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由文献【】附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则综合系数为又取碳钢的特性系数计算安全系数值故可知安全。截面5右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面5右侧弯矩M为 截面5上的扭矩为 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 过盈配合处的，由文献【】附表3-8用插值法求出，并取 ，于是得轴按磨削加工，由文献【】附图3-4得表面质量系数为故得综合系数为计算安全系数值。故可知安全。3.2 减速器高速轴的设计（1）求输入轴上的功率、转速和转矩 （2）求作用在齿轮上的力已知圆柱直齿轮分度圆直径 已知圆锥齿轮的分度圆半径为圆周力、，径向力、及轴向力、如图3.3.图3.3 轴的载荷分析图（3）初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为（调质），根据文献【】表15-3，取，得中间轴最小直径显然是安装滚动轴承的直径和（4）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案（见下图3.4）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，由文献【】表15-1中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30206，其尺寸为，。 这对轴承均采用套筒进行轴向定位。取安装齿轮的轴段，锥齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位，已知锥齿轮轮毂长，为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴段应略短于轮毂长，故取，齿轮的右端采用轴肩定位 轴肩高度，故取，则轴环处的直径为。取。已知圆柱斜轮齿宽，由于结构上的需要，将其设计为齿轮轴，轴段应略短于轮毂长，故取，在齿轮右端再设一轴肩，取，。轴上的周向定位圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，按由文献【】表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为32mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为； 确定轴上圆角和倒角尺寸 ，取轴端倒角为图3.4 轴的结构分布图 d1-2=30mm d2-3=35mmd3-4=42mmd4-5=35mmd5-6=30mm L1-2=30mmL2-3=40mmL3-4=12mmL4-5=76mmL5-6=50mm 至此，已经初步确定了轴的各段直径和度。(5) 按弯扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为（调质），由文献【】表15-1查得，故安全