減速器輸出軸使用說明

斜齒圓柱齒輪減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明機(jī)械工程系機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)機(jī)械12-7班設(shè)計(jì)者林鍵指導(dǎo)教師王春華

2014年12月26日 一遼寧工程技術(shù)大學(xué)題目二：二級(jí)展開式斜齒圓柱齒輪減速器輸出軸結(jié)構(gòu)簡圖及原始數(shù)據(jù)軸系結(jié)構(gòu)簡圖項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案名稱字母表示及單位4輸入功率P/kW6.1軸轉(zhuǎn)速n/(r/min)150齒輪齒數(shù)Z2107齒輪模數(shù)mn/mm4齒輪寬度b2/mm80齒輪螺旋角P8°6‘34”a/mm80l/mm215s/mm100鏈節(jié)距p/mm25.4鏈輪齒數(shù)z29軸承旁螺栓直徑d/mm16二、根據(jù)已知條件計(jì)算傳動(dòng)件的作用力.計(jì)算齒輪處轉(zhuǎn)矩T、圓周力Ft、徑向力Fr、軸向力Fa及鏈傳動(dòng)軸壓力Q。已知：軸輸入功率P=6.1kW，轉(zhuǎn)速n=150r/(min)。轉(zhuǎn)矩計(jì)算:T=9.550x106P/n=9.550x106x6.1/150=388366.7N?mm分度圓直徑計(jì)算：m?z/cosP-4x107/cos8。6'34〃=432.3mmn2圓周力計(jì)算：F=2T/d=2x388366.7/432.3=1796.7Nt1徑向力計(jì)算：rtF=Ftana/cosP=1796.7xtan20。/cos8。6'344-660.6Nrt軸向力計(jì)算：F-FtanP-1796.7xtan8。6'34〃-256Nat軸壓力計(jì)算：1000KP Q

npz1000KP Q

npz/(60x1000)計(jì)算公式為：Q 」v由于轉(zhuǎn)速小，沖擊不大，因此取％=1.2,帶入數(shù)值得:1000義1.2*6.1二1000義1.2*6.1二3975N軸受力分析簡圖2.計(jì)算支座反力(1)計(jì)算垂直面(XOZ)支反力150*25.4義29/(60*1000)R2R2y=6238.6NQ?(l+s)+R?(l—a) 3975義(215+100)+660.6?(215—80)215R=R—Q—R=6238.6—3975—660.6=1603N1y2y r(2)計(jì)算垂直面(XOY)支反力R2zRR2zR(1—a) 11796.7義(215—80)215二1128.2NR=R—R=1796.7—1128.2=668.5N1z t2z三、初選軸的材料，確定材料機(jī)械性能初選材料及機(jī)械性能材料牌號(hào)45號(hào)熱處理調(diào)質(zhì)毛坯直徑/mm<200硬度/HBS217?255oB/MPa637os/MPa353o-1/MPa268T-1/MPa155[。+1]/MPa216[o0]/MPa98[o1]/MPa59四、進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).確定最小直徑按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算軸的最小值dmin?！?.557106P .：P其設(shè)計(jì)公式為：d231—T―4--=A3'一3'0.2上上 0%nT查表8-2，因彎矩較大故A0取大值118，帶入計(jì)算得：,■r67rd=1183 =40.6mm3,150因開有鍵槽，軸徑需增大5%得：D=42.63mm圓整成標(biāo)準(zhǔn)值得：D1=45mm.設(shè)計(jì)其余各軸段的直徑和長度，且初選軸承型號(hào)(1)設(shè)計(jì)直徑考慮軸上零件的固定、裝拆及加工工藝要求。首先考慮軸承選型，其直徑末尾數(shù)必須是0、5，且為了便于計(jì)算，故D3初取60mm。考慮鏈輪及軸承2的固定，故D2取55?？紤]齒輪由軸套固定，故D4取62?？紤]軸承選型相同及齒輪固定問題D5取70，D6取66，D7取60。(2)設(shè)計(jì)各軸段長度考慮齒輪的拆裝與定位L4取78。考慮最左側(cè)軸承的拆裝與定位L7取25。考慮鏈輪寬度B=72，L1取70?？紤]軸承2與齒輪的相對位置及軸承2的左端固定L3取54。考慮鏈輪與軸承2的相對位置及軸承2的右端固定，故L2取52?？紤]齒輪左端固定及軸環(huán)強(qiáng)度問題，L5取8。考慮齒輪與軸承1之間的相對位置及軸環(huán)的寬度，L6取75。(3)軸的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖(4)初選軸承型號(hào)F 256 1由于k= =0.388>-，故選擇向心推力軸承，考慮軸徑為60，初F 660.6 3r選軸承型號(hào)為圓錐滾子軸承30212。.選擇連接形式與設(shè)計(jì)細(xì)部結(jié)構(gòu)(1)選擇連接形式連接形式主要是指鏈輪與齒輪的周向固定：初步選擇利用鍵連接以固定鏈輪與齒輪。而鍵的型號(hào)依據(jù)鏈輪與齒輪處軸徑大小D1、D4分別為45mm、62mm,查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》中表20-1初選鏈輪處鍵的公稱尺寸為14x9，而鍵長L1初取56mm;初選齒輪處鍵的公稱尺寸為18x11,鍵長L2初取63(2)其余細(xì)部結(jié)構(gòu)五、軸的疲勞強(qiáng)度校核.軸的受力圖

.繪制軸的彎矩圖與轉(zhuǎn)矩圖(1)垂直面(XOZ)彎矩圖M=R?(l—a)=R?a=668.5義(215—80)=1128.2義80=90256N?mm4z 1z 2z(2)水平面(XOY)彎矩圖M=R?(l—a)=1603x(215—80)=216405N?mm4y 1yM=Q?s=3975x100=397500N?mm2y(3)合成彎矩圖M=j'M2+M2=234472.3N?mm4 %4z 4yM=M=397500N?mm2y

(4)繪制轉(zhuǎn)矩圖T=388366.7N?mmT=388366.7N?m3.確定危險(xiǎn)截面,計(jì)算安全系數(shù),校核軸的疲勞強(qiáng)度通過對軸上零件的受力分析，繪制彎矩及轉(zhuǎn)矩圖，并綜合考慮軸徑大小及鍵槽、圓角等因素對軸的應(yīng)力影響，最終確定了5個(gè)危險(xiǎn)截面。I截面彎矩較大，且開有鍵槽，有應(yīng)力集中。口截面彎矩較大，且有應(yīng)力圓角，有應(yīng)力集中。皿截面彎矩最大。IV截面彎矩不大但截面小，有圓角，有應(yīng)力集中。V截面彎矩小，但開有鍵槽，有應(yīng)力集中。(1)計(jì)算I截面處的安全系數(shù)綜合影響系數(shù)，如下；有效應(yīng)力集中系數(shù)Ko=1.81Kt=1.60絕對尺寸系數(shù)%=0.78j=0.74

加工表面的表面質(zhì)量系數(shù)B=0.95應(yīng)力總數(shù)彎曲中「0.34扭轉(zhuǎn)匕=0.21計(jì)算抗彎模量與抗扭模量W=Kd3/32—bt(d—t)2/(2d)=兀*623/32—18義7(62—7)2/(2義62)W=兀d3/16—bt(d—t)2/(2d)=兀x623/16—18x7(62—7)2/(2x62)T計(jì)算彎曲應(yīng)力I截面處最大彎矩M=(397500—234472.3)+80x30+234472.3=295607.7N?mmI截面最大扭矩20324mm343722mm3T=388366.720324mm343722mm3將彎曲應(yīng)力看成對稱循環(huán)應(yīng)力求解，有：o=o=M/W=295607.7/20324=14.5MPaamaxo=0m計(jì)算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力將扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力看作脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力求解，有：t=t/2=T/(2W)=388366.7/(2x43722)=4.44MPaaT Tt=t=4.44MPama按疲勞強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)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綜合安全系數(shù)SS 7.57x14.04S=—ot——=— —=6.6/ca V.;S2+S2 J7.572+14.042\ot(2)計(jì)算口截面處的安全系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù)Ko=1.58Kt=1.41絕對尺寸系數(shù)%=0.81j=0.76加工表面的表面質(zhì)量系數(shù)B=0.95應(yīng)力總數(shù)彎曲中「0.34扭轉(zhuǎn)匕=0.21計(jì)算抗彎模量與抗扭模量W=k3/32=兀x603/32=21205.8mm3W=Kd3/16=兀x603/16=42411.5mm3T計(jì)算彎曲應(yīng)力口截面最大彎矩M=(397500-234472.3)+80x38+234472.3=311910.5N?mm口截面最大扭矩T=388366.7N?mm將彎曲應(yīng)力看成對稱循環(huán)應(yīng)力求解，有：o=o=M/W=3n910.5/21205.8=14.7lMPaa maxo=0m計(jì)算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力將扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力看作脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力求解，有：t=t/2=T/(2W)=388366.7/(2義42411.5)=4.58MPaaT Tt=t=4.58MPama按疲勞強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)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綜合安全系數(shù)SS8.87x15.65S=―ot——=— —=7.72ca .：,S2+S2 "8872+15.652'ot(3)計(jì)算川截面處的安全系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù)Ko=1kt=i絕對尺寸系數(shù)so=0.81j=0.76加工表面的表面質(zhì)量系數(shù)B=0.95應(yīng)力總數(shù)彎曲中「0.34扭轉(zhuǎn)匕=0.21計(jì)算抗彎模量與抗扭模量W=k3/32=兀x603/32=21205.8mm3W=Kd3/16=兀x603/16=42411.5mm3T計(jì)算彎曲應(yīng)力川截面最大彎矩M=397500N?mmm截面最大扭矩T=388366.7N?mm將彎曲應(yīng)力看成對稱循環(huán)應(yīng)力求解，有：o=o=M/W=397500/21205.8=18.74MPaamaxo=0m計(jì)算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力將扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力看作脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力求解，有：t=t/2=T/(2W)=388366.7/(2x42411.5)=4.58MPaaT Tt=t=4.58MPama按疲勞強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)

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有效應(yīng)力集中系數(shù)Ko=2.26Kt=2.14絕對尺寸系數(shù)￡o=0.84￡t=0.78加工表面的表面質(zhì)量系數(shù)B=0.95應(yīng)力總數(shù)彎曲也=0.34扭轉(zhuǎn)匕=0.21QSS 11.00x21.22S=―,oT=—ca JS2+S2J11.002+21.222\oT(4)計(jì)算IV截面處的安全系數(shù)計(jì)算抗彎模量與抗扭模量W=而3/32=兀x453/32=8946.2mm3W=而3/16=兀x453/16=17892.4mm3T計(jì)算彎曲應(yīng)力V截面最大彎矩M=397500/100x36=143100N?mmV截面最大扭矩T=388366.7N?mm將彎曲應(yīng)力看成對稱循環(huán)應(yīng)力求解，有：o=o=M/W=143100/8946.2=16.0MPaa maxo=0m計(jì)算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力將扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力看作脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)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按疲勞強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)\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綜合安全系數(shù)。SS 5.91x4.59 0“S=―?ot=— ==3.63ca V;S2+S2 ,5.912+4.592oT(5)計(jì)算V截面處的安全系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù)Ko=1.81Kt=1.60絕對尺寸系數(shù)￡o=0.84￡t=0.78

加工表面的表面質(zhì)量系數(shù)B=0.95應(yīng)力總數(shù)彎曲中「0.34扭轉(zhuǎn)匕=0.21計(jì)算抗彎模量與抗扭模量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計(jì)算彎曲應(yīng)力V截面處最大彎矩M=397500/100x28=111300N?mmV截面最大扭矩T=388366.7N?mm將彎曲應(yīng)力看成對稱循環(huán)應(yīng)力求解，有：o=o=M/W=111300/7611.3=14.4MPaa maxo=0m計(jì)算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力將扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力看作脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力求解，有：TOC\o"1-5"\h\zt=t/2=T/(2W)=388366.7/(2x16557.5)=11.7MPaaT Tt=t=11.7MPama按疲勞強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)\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綜合安全系數(shù)SS 8.21x5.59S=Lot= _ =4.62ca X：,S2+S2v'8.212+5.592LoT綜上所述：所校核截面的安全系數(shù)均大于許用安全系數(shù)［勺=2.0，故軸設(shè)計(jì)滿足安全。六、選擇軸承型號(hào)，計(jì)算軸承壽命1.計(jì)算軸承所受支反力R=；R2+R2=,：10632+668.52:1255.7N、1y 1z R二,j'R2+R2=%6238.62+1128.22:6339.8N2y 2z.計(jì)算派生軸向力R 12557S='=1255.7=418.6N1 2Y 2x1.5=2113.3N=2113.3NS=-2-= 2 2Y 2x1.5.求軸承軸向載荷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