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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1）原始数据见表 1-1。图 11-大带轮；2-轴承；3-齿轮；4-轴表 1-1设计方案及原始数据项目轴输入功率P / KW轴转速n /(r / min )设计方案33.3750齿轮齿数Z 325齿轮模数m / mm3齿轮宽度B / mm80大带轮直径D / mm160带型号A带根数Z4l / mm160s / mm100带传动轴压力Q / N950轴承旁螺栓直径d / mm121、设计目标经过完成轴系部分大作业，要求掌握：（1） 轴结构设计过程；（2） 轴强度计算方法；（3） 轴承选型设
2、计和寿命计算；（4） 轴承组合结构设计方法和过程。2、设计步骤（1）依据已知条件计算传动件作用力。 选择直齿圆柱齿轮材料：传动无特殊要求，为便于制造采取软齿面齿轮，由表 5-1，大齿轮采取45#钢正火，162217HBS；P137 表 5-1 P=3.3Kwn=750r/min z3=25P 直齿轮所受转矩T = 9.55 106 n =9.551063.3/750=42020N.mm； 计算齿轮受力：3齿轮分度圆直径：d=mz =325=75mmt齿轮作用力：圆周力F =2T/d=242020/75=1121Nrt径向力F =F tan=1120.5tan20=408N；m=3mm =20d
3、=75mm Ft=1121NFr=408N（2） 选择轴材料，写出材料机械性能：P232 表 8-1选择轴材料：该轴传输中小功率，转速较低，无特殊要求，故选择45 优质碳素结构钢调制处理，Bs-1其机械性能由表 8-1 查得： =637MPa, =353MPa, =268MPa,-1 =155MPa由表 1-5 查得：轴关键承受弯曲应力、扭转应力、表面状态为车削状态，弯曲时： y s = 0.34 ，扭转时： y t = 0.34 ；（3） 进行轴结构设计：d按扭转强度条件计算轴最小直径，然后按机械设计手册圆整成标准min值：T0由式（8-2）及表 8-2 =30MPa，A =118dmin
4、=25.0mmD=160mmminmin得 dmin=A0=118=19.34mm, 圆整后取dmin=20.0mm带型号为A 型计算所得为最小轴端处直径，因为该轴段需要开一个键槽，应将此处轴带 根 数 z=4 径增大 3%5%，即 d=(1+5%)d=21.0,圆整后取 d=25.0mm； 以圆整后轴径为基础，考虑轴上零件固定、装拆及加工工艺性等要求，设计其它各轴段直径长度以下：1） 大带轮开始左起第一段：s带轮尺寸为：d =25mm，宽度 L=65mm1并取第一段轴端段长为l =63mm； 2） 左起第二段，轴肩段：l=160mm s=100mm212轴肩段起定位作用，故取第二段轴径 d
5、=30mm。由 l =s-l/2-10=57.5mm， d =25.0mm2取 l =57.5mm；3） 左起第三段， 轴承段：l1=63mm d2=30mm2初步轴承型号选择，齿轮两侧安装一对 6207 型（GB297-84）深沟球l =57.5mm3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d = 35mm；4） 左起第四段，齿轮轴段：44取轴径d =38mm，齿轮宽度 B=80mm，则取 l =78mm； 5） 左起第五段，轴环段：55取轴径d =44mm，l =10mm； 6） 左起第六段，轴肩段：6取轴径d =40mm；7） 左起第七段，轴承段：7736取
6、轴径d =35mm，l =20mm； 8） 确定 l ，l ，轴套尺寸：d3= 35mm l3=52mm d4=38mm l4=78mm d5=44mm l5=10mm d6=40mm l6=21.5mm d7=35mm l7=20mm36经计算，l =52mm，l =21.5mm，轴套外径取 45mm。9） 轴承盖：213303441取螺钉数 6 个，d =45mm，d =8mm，b=10mm，h=10mm，e=1.2d =9.6mm， D =D+2.5d =92mm，D =D-(1015)mm，则取 D =D-12=60mm，D =68mm， D =112mm，m=17mm；10） 其它定
7、位尺寸：选择 6207 型轴承，其宽度为17mm，考虑到箱体铸造误差及装配时留有必需间隙，取齿轮端面至箱体壁间距离为21.5mm，滚动轴承和箱内边距为 10mm，轴承处箱体凸缘宽度应按箱盖和箱座连接螺栓尺寸及结构要求确定，暂取 42mm。 考虑轴上零件周向固定，选择连接形式和配合符号1） 轴和透盖之间密封圈为间隙配合，符号为30H7/m62） 轴和两轴承为过盈配合，符号为35H7/K63） 直齿轮和轴，带轮和轴之间经过平键连接，经过查设计手册得键截面尺寸分别为bh=10mm8mm 和 8mm7mm，齿轮处键槽长度为 70mm，带轮处键槽长度为 50mm，键槽深度分别为 5mm、4mm。3其中，
8、直齿轮采取平辐板铸造齿轮，参数以下： 齿轮分度圆直径：d=mz =325=75mma齿轮齿顶圆直径：d =d+2ham=75+21.03=81mmf齿轮齿根圆直径：d =d-2(ha+c)m=75-21.253=67.5mmb齿轮基圆直径：d =dcos=75cos20=70.78mm圆周速度：v=dn/(601000)=75750/(601000)=2.94m/s由表 5-6，选齿轮精度为 8 级。 其它细部结构考虑轴结构工艺性，在轴左端和右端均制成 145倒角，两端装轴承处为磨削加工，留有砂轮越程槽，为了便于加工，齿轮、带轮键槽部署在同一母线上，并取同一截面尺寸。（4） 轴疲惫强度校核 绘
9、制轴受力图 2-1d=75mm da=81mmdf=67.5mmdb=70.78mm v=2.94m/sP151 表 5-6 计算轴支反力水平面支承反力：图 2-1=垂直面支承反力:则可得：=1172N=1004N 绘制轴弯矩图和扭矩图（图 2-3,2-4,2-5 所表示） 设计轴结构图 2-2 所表示图 2-2HV水平面弯矩图为M ，垂直面弯矩为M ，合成弯矩为M 截面处弯矩为：水平面弯矩：M =0HVM垂直面弯矩：VV=Q100=950100=95000NmmV合成弯矩后M =95000 Nmm截面处弯矩为：水平面弯矩：M=R 80=16320NmmH2HM =R 80=92320 Nmm
10、V1V1合成弯矩后M =93751 Nmm9500093320图 2-316320图 2-49500093751图 2-5扭矩图图 2-7，T=42020 Nmm，计算弯矩图图 2-8。弯矩按脉动循环改变处理，a=0.6Mca1= Mca2=Mca3=25212 Nmm=98288 Nmm=97082Nmmca41M =M =93751Nmm42020图 2-798288970829375125212图 2-8确定危险截面，计算计算应力、其安全系数，校核轴疲惫强度1） 计算计算应力：左起阶梯轴一、二之间截面直径最小dmin= 25mm，计算弯矩较大；轴承 2 受力点处截面 d=35mm，轴径不
11、是最大但所受计算弯矩最大。故此两处较ca5危险，校核此两处。线性插值取近似值得：M =48962 Nmm剖面处计算应力 =M /W=31.3MPacaca5剖面处计算应力 =M /W=17.7MPacaca3b -1由表 8-3 插值得 =58.7 MPa S，面安全校核和剖面疲惫强度，剖面因配合（H7/r6）引发应力集中系数由附表 1-1 插值得，k=1.97，k=1.8。剖面因过渡圆角引发应力集中系数，由附表1-2 插值得（D-d）/r=(38-35)/1=3，r/d=1/35=0.028，k=2.12，k=1.98 面因键槽引发应力集中系数由附表1-1 插值可得，k=1.86，k=1.6
12、2 故剖面按配合产生应力集中计算MV=67766 NmmT=42020Nmm max=MV/W=67766/（0.1303）=25.1MPa=max=25.1MPam=0 max=T/W=42020/（0.2303）=7.8 MPam=max/2=3.9 Mpa =0.81，=0.76，=0.92，=0.92S=S =S=16.2S=1.51.8SS，安全。（5） 轴承寿命校核12已算出轴承支反力R =1172N，R =1004N。向心轴承，当量动载荷 P=f R，R R ，取f =1.5，P=1758N， C=15300Nm12m滚子轴承e=10/3，则寿命=3104 h（6） 键连接按过盈配合连接计算轴和齿轮、轴和带轮间均采取平键连接，键材料用45 号钢，采取A 型键轻载冲击=120MPa。齿轮：Lc=L-b=70-10=60mm =pc带轮：Lc=L-b=50-8=42mm两个键均满足强度要求。