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1、一级直齿圆柱齿轮减速器输入轴组合结构设计计算说明书题目1:一级直齿圆柱齿轮减速器输入轴组合结构设计（见图DP137 表 5-1图1P=3.3Kw1-大带轮；2-轴承;3-齿轮;4-轴n=750r/min原始数据见表1-1 Oz3=25表1-1设计方案及原始数据m=3mm项目设计方杲a=20d=75mm3Ft=1121NFr=408N轴输入功率P/KW3.3P232 表 8-1dmin =25.0mm轴转速750D=160mm带型号为A型n/ r/min带根数z=4齿轮齿数Z325l=160mms=100mm齿轮模数3d1 =25.0mml1=63mmm/mm齿轮宽度80d2=30mm l2=5
2、7.5mm d3= 35mmB/ mml3=52mm大 带轮直径160d4=38mml4=78mmD /mmd5=44mm，卡型万Al5=10mmd6=40mm带根数Z4l6=21.5mmd7=35mm160l7=20mmd=75mm100da=81mmdf=67.5mm带传动轴压力Q/ N950db=70.78mmv=2.94m/s轴承旁螺栓直径12P151 表 5-6P32 附表 1-1、d / mm1-21、设计目的通过完成轴系部分大作业，要求掌握:(1)轴的结构设计过程；(2)轴的强度计算方法；(3)轴承的选型设计和寿命计算；(4)轴承的组合结构设计方法和过程。2、设计步骤(1)根据已
3、知条件计算传动件的作用力。 选择直齿圆柱齿轮的材料：传动无特殊要求，为便于制造采用软齿面齿轮，由表 5-1,大齿轮采用45#钢正火，162217HBs6 P 直齿轮所受转矩 T 9.55 10 =9.55X 106X 33750=42020N.mm； n计算齿轮受力：齿轮分度圆直径： d=mz3=3 x 25=75mm齿轮作用力：圆周力 Ft=2T/d=2 X 42020/75=1121N 径向力 F尸Rtan a=1120.5Xtan20 =408N;(2)选择轴的材料，写出材料的机械性能：选择轴的材料：该轴传递中小功率，转速较低，无特殊要求，故选择 45优质碳 素结构钢调制处理，其机械性能
4、由表 8-1 查得：(T B=637MPa, b s=353MPa, (r-1=268MPa,t -1=155MPa由表1-5查得：轴主要承受弯曲应力、扭转应力、表面状态为车削状态，弯曲时：0.34,扭转时：0.34;(3)进行轴的结构设计：按扭转强度条件计算轴的最小直径dmin,然后按机械设计手册圆整成标准值：由式(8-2)及表 8-2 - T=30MPa, Ao=118a P a 13彳导 dmin=A01n=118 x Q。=19.34mm,圆整后取 dmin=20.0mm计算所得为最小轴端处直径，由于该轴段需要开一个键槽，应将此处轴径增大 3%5%,即 dmin=(1+5%)d=21.
5、0圆整后取 dmin =25.0mm ;以圆整后的轴径为基础，考虑轴上零件的固定、装拆及加工工艺性等 要求，设计其余各轴段的直径长度如下：1)大带轮开始左起第一段：带轮尺寸为：ds=25mm,宽度L=65mm并取第一段轴端段长为l=63mm；2)左起第二段，轴肩段：轴肩段起定位作用，故取第二段轴径d2=30mm。由 l2=s-l/2-10=57.5mm,取 l2=57.5mm；3)左起第三段，轴承段：初步轴承型号选择，齿轮两侧安装一对 6207型(GB297-84)深沟 球轴承。其宽度为17mm,左轴承用轴套定位，右轴承用轴肩定位。该段轴径d3= 35mm；4)左起第四段，齿轮轴段：取轴径d4
6、=38mm,齿轮宽度 B=80mm,则取l4=78mm；5)左起第五段，轴环段：取轴径 d5=44mm, l5=10mm；6)左起第六段，轴肩段：取轴径d6=40mm；7)左起第七段，轴承段：取轴径 d7=35mm , l7=20mm；8)确定13, |6,轴套尺寸：经计算，l3=52mm, l6=21.5mm,轴套外径取 45mm。9)轴承盖：取螺钉数 6 个，di=45mm , d3=8mm , b=10mm , h=10mm , e=1.2d3=9.6mm , Do=D+2.5d3=92mm , D4=D-(1015)mm ,贝U 取 D4=D-12=60mm, D1=68mm, D2=
7、112mm, m=17mm；10)其它定位尺寸：选用6207型轴承，其宽度为 17mm,考虑到箱体的铸造误差及装配时留有必要的间隙，取齿轮端面至箱体壁间的距离为21.5mm,滚动轴承与箱内边距为10mm,轴承处箱体凸缘宽度应按箱盖与箱 座连接螺栓尺寸及结构要求确定，暂取42mm。 考虑轴上零件的周向固定，选择连接形式和配合符号1)轴与透盖之间的密封圈为间隙配合，符号为 中30H7h62)轴与两轴承为过盈配合，符号为 中35H/K63)直齿轮与轴，带轮与轴之间通过平键连接，通过查设计手册得键截 面尺寸分别为 bx h=10mm x 8mm 和8mm x 7mm ,齿轮处键槽长度为 70mm,带轮
8、处键槽长度为 50mm,键槽深度分别为 5mm、4mm。其中，直齿轮采用平辐板铸造齿轮，参数如下：齿轮分度圆直径：d=mz3=3X 25=75mm齿轮齿顶圆直径：da=d+2ha x m=75+2X 1.0 x 3=81mm齿轮齿根圆直径：df=d-2(ha+c) X m=75-2 X 1.25 X 3=67.5mm齿轮基圆直径： db=dcos a=75 x cos20 =70.78mm圆周速度：v=- dn/(60 X 1000)= - X 75 X 750/(60 X 1000)=2.94m/s由表5-6,选齿轮精度为 8级。其余细部结构考虑轴的结构工艺性，在轴的左端和右端均制成1 X
9、45。倒角，两端装轴承处为磨削加工，留有砂轮越程糟，为了便于加工，齿轮、带轮的键槽布置在 同一母线上，并取同一截面尺寸。(4) 轴的疲劳强度校核 绘制轴的受力图2-1图2-1计算轴的支反力水平面的支承反力：= 2t)4iV垂直面的支承反力则可得:%=】二二-二=1172N1632095000图2-3图2-49500093751：一卜.：= 一_ . . - =1004N图2-5扭矩图如图2-7, T=42020 Nmm,计算弯矩图如图 2-8。弯矩按脉动循环变化处理，=0.6Mcai=- =25212 N mm合成弯矩后 Mi=vMHw2 + MV皿2=，163202 + 923202=937
10、51 N mmMca2=VMv2 + ( a 12)=98288 N mm绘制轴的弯矩图和扭矩图（如图 2-3,2-4,2-5所示）设计的轴的结构如图 2-2所示图2-2水平面弯矩图为 Mh,垂直面弯矩为 Mv,合成弯矩为MV截面处的弯矩为：水平面弯矩：Mhv=0垂直面弯矩：Mvv=q 100=950 100=95000N mm合成弯矩后Mv=95000 N mm vm截面处弯矩为：水平面弯矩：Mh归R2H 80=16320N mm Mvm=RvX 80=92320 Nmm93320Mca3= VM12 + ( a T2)=97082N mmMca4=M i=93751N mm图2-7图2-8
11、确定危险截面，计算计算应力、其安全系数，校核轴的疲劳强度1）计算计算应力：左起阶梯轴一、二之间的截面直径最小 dmin= 25mm,计算弯矩较大； 轴承2受力点处截面d=35mm,轴径不是最大但所受计算弯矩最大。故此两 处较危险，校核此两处。线性插值取近似值得：Mca5=48962 N mm田剖面处计算应力（T ca=Mca5/W=31.3MPavm剖面处计算应力（T ca=Mca3/W=17.7MPa由表 8-3 插值得cb-1=58.7 MPa2切-1,故安全。2）校核疲劳强度，计算其安全系数：I -X截面均为有应力集中源的剖面，均可能是危险截面，出、IV、V剖面均为过渡圆角引起应力集中，
12、计算弯矩值很接近，只验算n面即可。I剖面与n剖面相 比较，只是应力集中影响不同，可取应力集中系数大的进行验算。叫和叩剖面相比 较直径相同，叫剖面计算弯矩值较大，但应力集中影响较小（过盈配合及键槽引起 的应力集中均在两端），所以即剖面较危险，需进行验算。校核n面疲劳强度。n面由键槽引起的应力集中系数，由附表 1-1插值可得，ku1.82,kF.60。I面因配合（H7/k6）引起的应力集中，系数由附表1-1插值可得，k=1.97,kk1.51田剖面由过渡圆角引起的应力集中系数，由附表 1-2可得，（D-d）/r=（35-30）/1=5 , r/d=1/30=0.033 ; k=1.98, k尸1.
13、63。故应按过渡圆角引起应力集 中系数校核出面。学ax=T/WT=42020/ （0.2 X 由=7.8MPa-a= -m= max/2=3.9Mpa绝对尺寸影响系数由附表1-4查得，产0.88, &=0.81,表面质量系数由附表1-5插值得，0S, n面安全 校核VD和叩剖面疲劳强度，叫剖面因配合(1-1 插值得，kb=1.97, k百1.8。VI剖面因过渡圆角引起应力集中系数，由附表 (D-d) /r=(38-35)/1=3 , r/d=1/35=0.028 ,H7/r6 )1-2引起的应力集中系数由附表插值得叩面因键槽引起应力集中系数由附表 故VD剖面按配合产生应力集中计算1-12.12,插值可得,1.98k0=1.86, k昏1.62=7.8 MPaB-0.92S =-:砧3，= 1201S5St =匹山16.4S=-二-二二16.2S=1.51.8 SS,安全。(5)轴承寿命校核 已算出轴承支反力R=1172N, R2=1004N。向心轴承，当量动载荷P=fmR, R1R2,取fm=1.5,P=1758N,C=15300N10*滚子轴承=10/3 ,则寿命 L10h =3 104h(6)
