机械设计课程设计：二级圆锥-圆柱齿轮减速器设计
总弯矩 M?71357.7?71435.6=100970.1N.mm TⅠ=49.24N.M 22扭矩T 结果 设计计算及说明 6、按弯扭合成应力校核轴的强度 根据图四可知右端轴承支点截面为危险截面，由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??0.6，轴的计算应力为 M=2.0mm ??14?35?33?? Ft=3152.58N Fr=1185.69N Fa=820.74N dmin?38.6mm100970.12?(49240X0.6)2M2?(?TI)2= 16.44Mpa ?ca??3W0.1?40前已选定轴的材料为45钢（调质），由《机械设计（第八版）》表15-1查得???1??60MPa,?ca????1?，故安全。 5.2输出轴（III轴）的设计 1、求输出轴上的功率PIII、转速nⅢ和转矩TIII PIII=4.47 kw nⅢ=109.2r/min TIII=390.92N.M 2、求作用在齿轮上的力 已知大斜齿轮的分度圆直径为 d?mz?248mm 而Ft?2Td?2?390920?3152.58N 248?cos??1185.69N Fr?Ft.tan20 F??Ft.tan??820.74N 圆周力Ft、径向力Fr及轴向力Fa的方向如图六所示 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45钢（调质），根据《机械设计（第八版）》表15-3，取A0?112，得 dmin?A03PIII 4.47?1123?38.6mm nIII109.2 16
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孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩Tca?KAT，查《机 输出轴的最小直径为安装联轴器的直径d12，为了使所选的轴直径d12与联轴器的 结果 T MH Ma MV MV M M T 图六、输出轴的载荷图 Tca?KAT=13?390.92=508.196N.M 查《机械设计课程设计》表14-4选Lx3型弹性柱销联轴器其工称转矩为1250N.M 械设计（第八版）》表14-1，由于转矩变化很小，故取KA?1.3，则 半联轴器的孔径d1?40mm，所以取d1?2?40mm，半联轴器长度L=112mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为84mm。 4、轴的结构设计 （1) 拟定轴上零件的装配方案（见图七）
d1?2?40mm 17
机械设计课程设计：二级圆锥-圆柱齿轮减速器设计 图七、输出轴轴上零件的装配 （2）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段轴左端需制出一轴肩，故取2-3段的 设计计算及说明 直径d2?3?47mm，1段右端用轴端挡圈定位，半联轴器与轴配合的毂孔长 度L1?84mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比L1略短些，现取l1?2?82mm。 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d2?3?47mm，由《机械设计课程设计》表13-1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30310，其尺寸为 结果 d2?3?47mm l1?2?82mm d3?4?50mm d7?8?50mm l3?4?29.25mm d?D?T?50mm?110mm?29.25mm，d3?4?d7?8?50mm，因而可以取l3?4?29.25mm。右端轴承采用轴肩进行轴向定位，由《机械设计课程》表13-1查得30310型轴承的定位轴肩高度da?60mm，因此取d4?5?60mm。 3） 齿轮左端和左轴承之间采用套筒定位，已知齿轮轮毂的宽度为62mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取l6?7?58mm齿轮的轮毂直径取为55mm所以d6?7?55mm。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h?0.07d，故取h?4mm，则轴环处的直径为d5?6?63mm。轴环宽度d4?5?60mm l6?7?58mm d6?7?55mm d5?6?63mml5?6?8mm b?1.4h，取l5?6?8mm。 4） 轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑油的要求，求得端盖外端面与半联轴器右端面间的距离l?30mm故l2?3?50mm l2?3?50mm l7?8? 57.25mm l4?5?86mm 5） 齿轮距箱体内比的距离为a=16mm，大锥齿轮于大斜齿轮的距离为c=20mm，在 确定滚动轴承的位置时应距箱体内壁一段距离s=8mm。可求得l7?8?57.25mm l4?5?86mm （3）轴上的周向定位
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齿轮、半联轴器的周向定位均采用平键连接，按d6?7由《机械设计（第八 版）》表6-1查得平键截面b?h?16mm?10mm，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm，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 结果 设计计算及说明 H7；同样半联轴器与轴的连接，选用平键12mm?8mm?70mm，半联轴器与n6轴的配合为H7，滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的k6尺寸公差为m5。 （4）确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为2?45?，轴肩处的倒角可按R1.6-R2适当选取。 5、求轴上的载荷 根据轴的结构图做出轴的计算简图，在确定支点时查得30310型的支点距离a=23mm。所以作为简支梁的轴承跨距分别为L1=61.25mm，L2=131.25mm。做出弯矩和扭矩图（见图六）。由图六可知齿轮支点处的截面为危险截面，算出其弯矩和扭矩值如下： 载荷 支反力F 弯矩M 总弯矩 扭矩T 6、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，取水平面H 垂直面V FNH1?2149.49N FNH2?1003.09N FNV1?1337.1N FNV2??151.41N MH?131655N.mm Mv1?81897N.mm Mv2??19872N.mm 22=155050N.mm M?131655?81897 TIII=390.92N.M ??0.6，轴的计算应力 2155050?(390920X0.6)2M2?(?TIII)2=16.9mpa ?ca??3W0.1?55 19
前已选定轴的材料为45钢（调质），由《机械设计（第八版）》表15-1查得???1??60MPa,?ca????1?，故安全。
机械设计课程设计：二级圆锥-圆柱齿轮减速器设计 7、精确校核轴的疲劳强度 （1）判断危险截面 设计计算及说明 结果 由弯矩和扭矩图可以看出齿轮中点处的应力最大，从应力集中对轴的影响来看， 齿轮两端处过盈配合引起的应力集中最为严重，且影响程度相当。但是左截面不受扭矩作用故不用校核。中点处虽然应力最大，但应力集中不大，而且这里轴的直径比较大，故也不要校核。其他截面显然不要校核，键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核齿轮右端处的截面。 （2）截面右侧校核 33.7mm3 抗弯截面系数 W?0.1d?0.1?63?2500433.4mm3 抗扭截面系数Wt?0.2d?0.2?63?50009 截面右侧弯矩M?MH2?MV2?102.713N.m 截面上的扭矩TIII=390.92N.M 截面上的弯曲应力 ?b? 截面上的扭转切应力 M102713??4.11MPa W25004.7?T?T??390920??7.82MPa WT5000.94?1 轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得 ?b?640MPa ??275MPa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数??及??按《机械设计（第八版）》附表3-2查取。因r?2.0?0.031，D?63?1.15，经插值后查得 d63d55??1?155MPa ???2.19 ???1.545 又由《机械设计（第八版）》附图3-2可得轴的材料敏感系数为 q??0.82 q??0.85 故有效应力集中系数为 k??1?q?(???1)?1?0.82?(2.11?1)?1.91 k??1?q?(???1)?1?0.85?(1.545?1)?1.4620