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1、题目3:圆锥-圆柱齿轮减速器小锥齿轮轴组合结构设计方案 : 设计方案数据: 输入功率P=5.5kW 轴转速n=1460(r/min) 小锥齿轮齿数Z1=25 大锥齿轮齿数Z2=99 齿轮模数m=3.5mma= 100mmb= 50mmc= 80mm轴承旁螺栓直径d= 16mm计算过程及设计说明一、 轴的设计计算1、求扭矩T已知:轴输入功率p=5.5kw,轴转速n=1460(r/min) 得 T=9550P/n= 35.9 Nm 2、选择材料并按扭矩初算轴径 选用轴的材料为45钢,调质处理,由机械设计手册表查得: 硬度217255HBS,b=650Mpa,s=360Mpa,-1=270Mpa,-
2、1=155Mpa根据课本公式8-2,取A0=115 dmin= 115 35.5/1460mm=18.50mm考虑到最小直径处要连接联轴器要有键槽,将直径增大并取标 准值,则dmin =20mm3、初步选择联轴器要使轴颈与联轴器轴孔相适应,故应选择联轴器型号查课本 P264,查工况系数K=1.5,Tc=K*T=1.5*35.9=59.25 Nm查机械设计课程设计P149表4.7-1得,取HL1弹性柱销联轴器,其额定转矩160 Nm,半联轴器的孔径d1 =20mm,故取d1-2 =20mm,轴孔长度L=38mm,联轴器的轴配长度L1 =36mm.4.轴的结构设计(1)拟定轴的装配方案如下图:(2
3、)轴上零件的定位的各段长度,直径,及定位为了定位半联轴器,1-2轴右端有一轴肩,取d2-3=28mm选滚动轴承:因轴承同时承受有径向力和轴向力,故选用系列圆锥滚子轴承。参考d2-3=28mm。查机械设计课程设计P146,表4.6-3.选取标准精度约为03.尺寸系列30206.尺寸:dDT=306217.25故d3-4= d5-6=30mm,而L3-4=17mm 此两对轴承均采用轴肩定 位,查表18-4,3030轴承轴肩定位高度h=4.5mm。对圆锥滚子轴承还应有一个挡圈用来定位。因此取d4-5=32mm。同时还需要一个轴套来定位。取安装齿轮处的直径d6-7=24mm,使套筒可靠的压在轴承上,故
4、l5-6T =18.25mm,l5-6=17mm。轴承端盖宽度查机械设计课程设计表4.9-4得e=1.2d3=14.4mm,由结构确定m值为17.1mm由于装拆及添加润滑油的要求,轴承端盖与外端面与半联轴器右端面的距离l=30mm,故l2-3=14.4+30+17.1=61.5 mm。取l4-5=83mm圆锥齿轮的轮毂宽度lh=(1.21.5)d6-7,取lh=36mm,齿轮端面与箱壁间距取5.5mm,l6-7=41.5mm。轴上零件的周向定位半联轴器与轴、齿轮与轴采用平键连接,即过度配合。由机械设计课程设计表4.5-1,并考虑便于加工,取半联轴器的键剖面尺寸,齿轮键长L=半联轴器轮毂宽度-(
5、510)=22mm,取齿轮处的键剖面尺寸,齿轮键长L=齿轮轮毂宽度-(510)= 28mm。配合均用H7/k6,滚动轴承采用轴肩及套筒定位。轴承圈与轴的配合采用基孔制,轴尺寸公差为k6。轴圆角:5、轴强度的计算及校核求平均节圆直径:已知小锥齿轮齿数Z1=25mm,大锥齿轮齿数Z2=99mm,模数m=3.5mm,大端分度圆直径d=mZ1=87.5, 一般压力角=20度齿数比 u=Z2/Z1=cot1=3.96,1=14.8度系数R=,齿宽b,常用R =0.3。齿宽中点分度圆直径dm和模数mmdm= d(1-0.5R)= 87.5(1-0.50.3)=74.375mmmm=m(1-0.5R)=3.
6、5(1-0.50.3)=2.98mm锥齿轮受力:已知T=35.9Nm,则圆周力:Ft=2000=200035.9/74.375=965.3N径向力:Fr=Fttancos1=339.8N轴向力:Fa=Fttansin1=89.6N计算轴承的径向支反力(1)、绘制轴受力简图见图(a)(2)、轴承支反力水平面上的支反力:由 MH2=0 R1H=Ft58.5/83=965.3 58.5/83=680.4N由 MH1=0 R2H=Ft 141.5/83=965.3 141.5/83=1645.6 N垂直方向支反力:由 MV2=0 R2V=(Fr 141.5-Fa dm/2)/83=539.2N由 MV
7、1=0 R1V=(Fr58.5-Fadm/2)/83=199.4N合成支反力:R1= =709.1NR2= =1731.7 N画弯矩图、转矩图、计算转矩图水平面弯矩图见图(c)=83 R1H=83 680.4=56473.2 Nmm垂直面弯矩图见图(e) Mv1=83 R1V=83 199.4=16550.2 Nmm Mv2=141.5 R1V-58.5 R2V=141. 5 199.4-58.5 539.2=-3328.1 Nmm合成弯矩图见图(f) M1= =58848.4 Nmm M2= =3328.1 Nmm转矩图见图(g) T=45800 Nmm 计算转矩图见图(h),转矩按脉动循环
8、处理,即0.6 Mca1 =27680.8Nmm Mca2 = =64948.3Nmm Mca3=T=0.645800=27480 Nmm校核轴的强度由轴承装配图可知:1)、轴颈d1-2处剖面的直径最小而计算弯矩Mca3较大,故为危险截面。该剖面的计算应力为ca= Mca3/w=27480/(0.1183)=47.1 Mpa2)、B剖面所承受的计算弯矩最大而轴径也为最大值,而直径与邻段直径相差不大,故剖面B为危险截面。ca= Mca2/w=64948.3/(0.1323)=19.8MPa按表8-3查得:b-1=59 Mpa caS,所以B剖面安全。计算滚动轴承的使用寿命已知:=709.1N=1
9、731.7做弯矩图:计算派生轴向力查机械设计课程设计表4.6-3得:30305轴承的Y=2,Cr=44800,e=0.3求轴承轴向载荷由结构知,计算轴承当量动载荷查表,取X1=0.56,Y1=1.45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=1.5,fm2=2计算轴承寿命因P2P1,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=44800N。轴承寿命符合要求。键连接的强度计算校核平键的强度平键的挤压应力计算公式为:半联轴器处平键尺寸:h=6,d=20,l=22圆锥齿轮处平键尺寸:h=7,d=24,l=28带入公式得:因两键均受冲击载荷,且为静联接,故:许用压应力即:两键的计算应力均小于许用应力,故判断其强度均合格。 轴组合结构设计计算说明书 专 业:机械工程(流体传动与智能控制课组) 班 级:机械14-6 设计者:卢洪宇 学 号:14071002182016年12月12日工程技术大学