实验用减速器的设计.docx

实验用减速器的设计摘要：减速器是由封闭在刚性壳内所有齿轮的传动组成的一独立完整的机构。通过此次设计可以初步掌握一般简单机械的完整设计及了解构成减速器的通用零部件。齿轮传动是应用极为广泛和特别重要的一种机械传动形式，它可以用来在空间的任意轴之间传递运动和动力，目前齿轮传动装置正逐步向小型化，高速化，低噪声，高可靠性和硬齿面技术方向发展，齿轮传动具有传动平稳可靠，传动效率高（一般可以达到94%以上，精度较高的圆柱齿轮副可以达到99%）,传递功率范围广（可以从仪表中齿轮微小功率的传动到大型动力机械几万千瓦功率的传动）速度范围广（齿轮的圆周速度可以从0.1m/s到200ms或更高，转速可以从lrmin到20000rmin或更高），结构紧凑，维护方便等优点。因此，它在各种机械设备和仪器仪表中被广泛使用，本课题就是齿轮传动的一个典型应用。因为齿轮传动能够满足减震器实验台对传动的高度要求，因此，本设计采用齿轮传动。关键词：减速器零部件齿轮传动机械传动第一章减速器概述11.1 减速器的主要型式及其特性11.2 减速器结构21.3 减速器润滑3第二张减速箱原始数据及传动方案的选择52.1 原始数据52.2 传动方案选择5第三章电动机的选择计算83.1 电动机选择步骤83.1.1 型号的选择83.1.2 功率的选择83.1.3 转速的选择93.2 电动机型号的确定9第四章轴的设计114.1 轴的分类114.2 轴的材料114.3 轴的结构设计124.4 轴的设计计算134.4.1 按扭转强度计算134.4.2 按弯扭合成强度计算144.4.3 轴的刚度计算概念144.4.4 轴的设计步骤154.5 各轴的计算154.5.1 高速轴计算154.5.2 中间轴设计174.5.3 低速轴设计214.6 轴的设计与校核234.6.1 高速轴设计234.6.2 中间轴设计244.6.3 低速轴设计244.6.4 高速轴的校核24第五章联轴器的选择265.1 联轴器的功用265.2 联轴器的类型特点265.3 联轴器的选用265.4 联轴器材料27第六章圆柱齿轮传动设计296.1 齿轮传动特点与分类296.2 齿轮传动的主要参数与基本要求296.2.1 主要参数296.2.2 精度等级的选择306.2.3 齿轮传动的失效形式306.3 齿轮参数计算31第七章轴承的设计及校核407.1 轴承种类的选择407.2 深沟球轴承结构407.3 轴承计算41第八章箱体设计43第九章设计结论44第使章设计小结45第H一章.参考文献46致谢47第一章减速器概述1.1减速器的主要型式及其特性减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮一蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置；在少数场合下也用作增速的传动装置，这时就称为增速器。减速器由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单，并可成批生产，故在现代机械中应用很广。减速器类型很多，按传动级数主要分为：单级、二级、多级；按传动件类型又可分为:齿轮、蜗杆、齿轮-蜗杆、蜗杆-齿轮等。减速器系统框图以下对几种减速器进行对比：D圆柱齿轮减速器当传动比在8以下时，可采用单级圆柱齿轮减速器。大于8时，最好选用二级(i=840)和二级以上(i>40)的减速器。单级减速器的传动比如果过大，则其外廓尺寸将很大。二级和二级以上圆柱齿轮减速器的传动布置形式有展开式、分流式和同轴式等数种。展开式最简单，但由于齿轮两侧的轴承不是对称布置，因而将使载荷沿齿宽分布不均匀，且使两边的轴承受力不等。为此，在设计这种减速器时应注意：1)轴的刚度宜取大些；2)转矩应从离齿轮远的轴端输入，以减轻载荷沿齿宽分布的不均匀；3)采用斜齿轮布置，而且受载大的低速级又正好位于两轴承中间，所以载荷沿齿宽的分布情况显然比展开好。这种减速器的高速级齿轮常采用斜齿，一侧为左旋，另一侧为右旋，轴向力能互相抵消。为了使左右两对斜齿轮能自动调整以便传递相等的载荷，其中较轻的斜轮轴在轴向应能作小量游动。同轴式减速器输入轴和输出轴位于同一轴线上，故箱体长度较短。但这种减速器的轴向尺寸较大。圆柱齿轮减速器在所有减速器中应用最广。它传递功率的范围可从很小至40OOOkW,圆周速度也可从很低至60ms70m/s,甚至高达15OmIs。传动功率很大的减速器最好采用双驱动式或中心驱动式。这两种布置方式可由两对齿轮副分担载荷，有利于改善受力状况和降低传动尺寸。设计双驱动式或中心驱动式齿轮传动时，应设法采取自动平衡装置使各对齿轮副的载荷能得到均匀分配，例如采用滑动轴承和弹性支承。圆柱齿轮减速器有渐开线齿形和圆弧齿形两大类。除齿形不同外，减速器结构基本相同。传动功率和传动比相同时，圆弧齿轮减速器在长度方向的尺寸要比渐开线齿轮减速器约30%。2）圆锥齿轮减速器它用于输入轴和输出轴位置布置成相交的场合。二级和二级以上的圆锥齿轮减速器常由圆锥齿轮传动和圆柱齿轮传动组成，所以有时又称圆锥一圆柱齿轮减速器。因为圆锥齿轮常常是悬臂装在轴端的，为了使它受力小些，常将圆锥面松，作为，高速极：山手面锥齿轮的精加工比较困难，允许圆周速度又较低，因此圆锥齿轮减速器的应用不如圆柱齿轮减速器广。3）蜗杆减速器主要用于传动比较大的场合。通常说蜗杆传动结构紧凑、轮廓尺寸小，这只是对传减速器的传动比较大的蜗杆减速器才是正确的，当传动比并不很大时，此优点并不显著。由于效率较低，蜗杆减速器不宜用在大功率传动的场合。蜗杆减速器主要有蜗杆在上和蜗杆在下两种不同形式。蜗杆圆周速度小于4ms时最好采用蜗杆在下式，这时，在啮合处能得到良好的润滑和冷却条件。但蜗杆圆周速度大于4ms时，为避免搅油太甚、发热过多，最好采用蜗杆在上式。4）齿轮-蜗杆减速器它有齿轮传动在高速级和蜗杆传动在高速级两种布置形式。前者结构较紧凑，后者效率较高。通过比较，我们选定圆柱齿轮减速器。1. 2减速器结构近年来，减速器的结构有些新的变化。为了和沿用已久、国内目前还在普遍使用的减速器有所区别，这里分列了两节，并称之为传统型减速器结构和新型减速器结构。1）传统型减速器结构绝大多数减速器的箱体是用中等强度的铸铁铸成，重型减速器用高强度铸铁或铸钢。少量生产时也可以用焊接箱体。铸造或焊接箱体都应进行时效或退火处理。大量生产小型减速器时有可能采用板材冲压箱体。减速器箱体的外形目前比较倾向于形状简单和表面平整。箱体应具有足够的刚度，以免受载后变形过大而影响传动质量。箱体通常由箱座和箱盖两部分所组成，其剖分面则通过传动的轴线。为了卸盖容易，在剖分面处的一个凸缘上攻有螺纹孔，以便拧进螺钉时能将盖顶起来。联接箱座和箱盖的螺栓应合理布置，并注意留出扳手空间。在轴承附近的螺栓宜稍大些并尽量靠近轴承。为保证箱座和箱盖位置的准确性，在剖分面的凸缘上应设有23个圆锥定位销。在箱盖上备有为观察传动啮合情况用的视孔、为排出箱内热空气用的通气孔和为提取箱盖用的起重吊钩。在箱座上则常设有为提取整个减速器用的起重吊钩和为观察或测量油面高度用的油面指示器或测油孔。关于箱体的壁厚、肋厚、凸缘厚、螺栓尺寸等均可根据经验公式计算，见有关图册。关于视孔、通气孔和通气器、起重吊钩、油面指示Oe等均可从有关的设计手册和图册中查出。在减速器中广泛采用滚动轴承。只有在载荷很大、工作条件繁重和转速很高的减速器才采用滑动轴承。2）新型减速器结构下面列举两种联体式减速器的新型结构，图中未将电动机部分画出。1）齿轮一蜗杆二级减速器；2）圆柱齿轮一圆锥齿轮一圆柱齿轮三级减速器。这些减速器都具有以下结构特点： 在箱体上不沿齿轮或蜗轮轴线开设剖分面。为了便于传动零件的安装，在适当部位有较大的开孔。 在输入轴和输出轴端不采用传统的法兰式端盖，而改用机械密封圈；在盲孔端则装有冲压薄壁端盖。 输出轴的尺寸加大了，键槽的开法和传统的规定不同，甚至跨越了轴肩，有利于充分发挥轮毂的作用。和传统的减速器相比，新型减速器结构上的改进，既可简化结构，减少零件数目，同时又改善了制造工艺性。但设计时要注意装配的工艺性，要提高某些装配零件的制造精度。1.3减速器润滑圆周速度u<12ms15m/s的齿轮减速器广泛采用油池润滑，自然冷却。为了减少齿轮运动的阻力和油的温升，浸入油中的齿轮深度以12个齿高为宜。速度高的还应该浅些，建议在0.7倍齿高左右，但至少为IOmm。速度低的（0.5m/s0.8ms）也允许浸入深些，可达到1/6的齿轮半径；更低速时，甚至可到1/3的齿轮半径。润滑圆锥齿轮传动时，齿轮浸入油中的深度应达到轮齿的整个宽度。对于油面有波动的减速器（如船用减速器），浸入宜深些。在多级减速器中应尽量使各级传动浸入油中深度近予相等。如果发生低速级齿轮浸油太深的情况，则为了降低其探度可以采取下列措施：将高速级齿轮采用惰轮蘸油润滑；或将减速器箱盖和箱座的剖分面做成倾斜的，从而使高速级和低速级传动的浸油深度大致相等。减速器油池的容积平均可按IkW约需O.35L0.7L润滑油计算（大值用于粘度较高的油），同时应保持齿轮顶圆距离箱底不低于30mm50mm左右，以免太浅时激起沉降在箱底的油泥。减速器的工作平衡温度超过90时，需采用循环油润滑，或其他冷却措施，如油池润滑加风扇，油池内装冷却盘管等。循环润滑的油量一般不少于O.5LkWo圆周速度u>12ms的齿轮减速器不宜采用油池润滑，因为：1）由齿轮带上的油会被离心力甩出去而送不到啮合处；2）由于搅油会使减速器的温升增加；3）会搅起箱底油泥，从而加速齿轮和轴承的磨损；4）加速润滑油的氧化和降低润滑性能等等。这时，最好采用喷油润滑。润滑油从自备油泵或中心供油站送来，借助管子上的喷嘴将油喷人轮齿啮合区。速度高时，对着啮出区喷油有利于迅速带出热量，降低啮合区温度，提高抗点蚀能力。速度u<20心S的齿轮传动常在油管上开一排直径为4mm的喷油孔，速度更高时财应开多排喷油孔。喷油孔的位置还应注意沿齿轮宽度均匀分布。喷油润滑也常用于速度并不很高而工作条件相当繁重的重型减速器中和需要用大量润滑油进行冷却的减速器中。喷油润滑需要专门的管路装置、油的过滤和冷却装置以及油量调节装置等，所以费用较贵。此外，还应注意，箱座上的排油孔宜开大些，以便热油迅速排出。蜗杆圆周速度在10ms以下的蜗杆减速器可以采用油池润滑。当蜗杆在下时，油面高度应低于蜗杆螺纹的根部，并且不应超过蜗杆轴上滚动轴承的最低滚珠（柱）的中心，以免增加功率损失。但如满足了后一条件而蜗杆未能浸入油中时，则可在蜗杆轴上装一甩油环，将油甩到蜗轮上以进行润滑。当蜗杆在上时，则蜗轮浸入油中的深度也以超过齿高不多为限。蜗杆圆周速度在IOm/s以上的减速器应采用喷油润滑。喷油方向应顺着蜗杆转入啮合区的方向，但有时为了加速热的散失，油也可从蜗杆两侧送人啮合区。齿轮减速器和蜗轮减速器的润滑油粘度可分别参考表选取。若工作温度低于0,则使用时需先将油加热到0以上。蜗杆上置的，粘度应适当增大。第二章减速箱原始数据及传动方案的选择2.1原始数据运输带有效拉力F=1500N,工作速度V=1.2ms,卷筒直径D=200mm间歇工作，载荷平稳，传动可逆转，传动比误差为±5%每隔2min工作一次，停机5min,工作年限为IO年。2. 2传动方案选择传动装置总体设计的目的是确定传动方案、选定电机型号、合理分配传动比以及计算传动装置的运动和动力参数，为计算各级传动件准备条件。由于我们的实验的要求较高，电机输入的最高转速较大，为了减少成本，降低对电机的要求，同时能够满足减震器试验台的正常工作，我们对减震器采用这样的方案:变频电机通过带轮的传递，到达第一对啮合齿轮，为了让减速器具有变速功能，我们使第二对啮合齿轮为双联齿轮，最后由输出轴传递给偏心轮机构。因为本试验属于多功能测试，包括了静特性试验、疲劳试示功试验、耐久试验。所以对整个传递要求较高。所以第一、二根轴;两端采用角接触球轴承，第三根轴采用一头用角接触球轴承另一头采用普通调心球轴承。注意点是使用这个传动方案应保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利。减速器设计二级圆柱齿轮减速器传动比一般为840,用斜齿、直齿或人字齿，结构简单，应用广泛。展开式由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大刚度；分流式则齿轮相对于轴承对称布置，常用于较大功率、变载荷场合。同轴式减速器，长度方向尺寸较小，但轴向尺寸较大，中间轴较长，刚度较差。两级大齿轮直径接近有利于浸油润滑，轴线可以水平、上下或铅垂布置，如图：图中展开式又可以有下面两种，如下所示:根据材料力学（工程力学）可以算出在相同载荷作用下，a方案优先于b方案，最yl =1×bl×F×X1(L-X1)(L + /)6EIzLFXl(L-Xl)(L÷)6EzXZ-F74×201×(275-74)×(275+74)6EzX275=685422.6xZmGElz由装配图查得，X2 =103,L = 173 = 77% = %=l×f×x2(l-x2)(l+/)6 EIzLF二Xj(L-XJ(M)6EzLF94×182x(275-94)x(173+182)6EIzX275=902268.7X尸mm6EIz综上所述：可得y<y2o，选a方案。第三章电动机的选择计算合理的选择电动机是正确使用的先决条件。选择恰当，电动机就能安全、经济、可靠地运行；选择得不合适，轻者造成浪费，重者烧毁电动机。选择电动机的内容包括很多，例如电压、频率、功率、转速、启动转矩、防护形式、结构形式等，但是结合农村具体情况，需要选择的通常只是功率、转速、防护形式等几项比较重要的内容，因此在这里介绍一下电动机的选择方法及使用。3.1 电动机选择步骤电动机的选择一般遵循以下三个步骤：3.1.1 型号的选择电动机的型号很多，通常选用异步电动机。从类型上可分为鼠笼式与绕线式异步电动机两种。常用鼠笼式的有J、J2、JO、Jo2、J03系列的小型异步电动机和JS、JSQ系列中型异步电动机。绕线式的有JR、JRO2系列小型绕线式异步电动机和JRQ系列中型绕线式异步电动机。从电动机的防护形式上又可分为以下几种：1 .防护式。这种电动机的外壳有通风孔，能防止水滴、铁屑等物从上面或垂直方向成45。以内掉进电动机内部，但是灰尘潮气还是能侵入电动机内部，它的通风性能比较好，价格也比较便宜，在干燥、灰尘不多的地方可以采用。“J”系列电动机就属于这种防护形式。2 .封闭式。这种电动机的转子，定子绕组等都装在一个封闭的机壳内，能防止灰尘、铁屑或其它杂物侵入电动机内部，但它的密封不很严密，所以还不能在水中工作，“J0”系列电动机属于这种防护形式。在农村尘土飞扬、水花四溅的地方（如农副业加工机械和水泵）广泛地使用这种电动机。3 .密封式。这种电动机的整个机体都严密的密封起来，可以浸没在水里工作，农村的电动潜水泵就需要这种电动机。实际上，农村用来带动水泵、机磨、脱粒机、扎花机和粉碎机等农业机械的小型电动机大多选用JO、J02系列电动机。在特殊场合可选用一些特殊用途的电动机。如JBS系列小型三相防爆异步电动机，JQS系列井用潜水泵三相异步电动机以及DM2系列深井泵用三相异步电动机。3.1.2 功率的选择一般机械都注明应配套使用的电动机功率，更换或配套时十分方便，有的农业机械注明本机的机械功率，可把电动机功率选得比它大10%即可（指直接传动）。一些自制简易农机具，我们可以凭经验粗选一台电动机进行试验，用测得的电功率来选择电动机功率。电动机的功率不能选择过小，否则难于启动或者勉强启动，使运转电流超过电动机的额定电流，导致电动机过热以致烧损。电动机的功率也不能选择太大，否则不但浪费投资，而且电动机在低负荷下运行，其功率和功率因数都不高，造成功率浪费。选择电动机功率时，还要兼顾变压器容量的大小，一般来说，直接启动的最大一台鼠笼式电动机，功率不宜超过变压器容量的1/3O3.1.3 转速的选择选择电动机的转速，应尽量与工作机械需要的转速相同，采用直接传动，这样既可以避免传动损失，又可以节省占地面积。若一时难以买到合适转速的电动机，可用皮带传动进行变速，但其传动比不宜大于3。异步电动机旋转磁场的转速（同步转速）有3000r/min、1500r/min、100Or/min、750r/min等。异步电动机的转速一般要低2%5%,在功率相同的情况下，电动机转速越低体积越大，价格也越高，而且功率因数与效率较低；高转速电动机也有它的缺点，它的启动转矩较小而启动电流大，拖动低转速的农业机械时传动不方便，同时转速高的电动机轴承容易磨损。所以在农业生产上一般选用1500rmin的电动机，它的转速也比较高，但它的适应性较强，功率因数也比较高。3.2 电动机型号的确定根据已知的工作要求和条件，选用Y型全封闭笼型三相异步电动机。由公式Pl=Fv=1500×1.2=1.8kw电动机转速nl=gr=L=114o65.rmin求电机功率P5P=P电=ab齿2z3P=Fv查阅资料可得：选取Dl=O.99-弹性柱销联轴器g2=0.976级精度齿轮的效率r)3=0.98-7级精度齿轮的效率4=0.938一滚动滚子轴承的效率2=0.96一滚子链传动则斗总二12345=0.8503查阅资料可得：取i=860则n5=nli=l14.65×(8-40)=917.2-4586(rmin)电动机符合这一范围的同步转速有1500、3000,综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动比，显然选择1500r/min的同步转速电动机比较合适。电动机型号额定功率满载转速极数(额定转矩)堵转转矩最大转矩(额定转矩)YU2M-42.2kw1440r/min42.2kw2.2kw第四章轴的设计机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来支承，才能正常工作，因此轴是机械中不可缺少的重要零件。本章将讨论轴的类型、轴的材料和轮毂联接，重点是轴的设计问题，其包括轴的结构设计和强度计算。结构设计是合理确定轴的形状和尺寸，它除应考虑轴的强度和刚度外，还要考虑使用、加工和装配等方面的许多因素。4.1轴的分类按轴受的载荷和功用可分为：1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。如.车辆轴和滑轮轴。2 .传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转矩。如汽车的传动轴。3 .转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。如减速器轴。4.2轴的材料主要承受弯矩和扭矩。轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度、韧性和耐磨性。轴的材料从以下中选取：1 .碳素钢优质碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格便宜，应用广泛。例如：35、45、50等优质碳素钢。一般轴采用45钢，经过调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬火及低温回火处理。轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。2 .合金钢合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，热处理变形小，价格较贵。多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。例如：汽轮发电机轴要求，在高速、高温重载下工作，采用27Cr2MolV、38CrMOAIA等。滑动轴承的高速轴，采用20Cr、20CrMnTi等。3 .球墨铸铁球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。例如：内燃机中的曲轴。4.3轴的结构设计一面变化的轴在箱体身，起定位作用的阶梯轴上截部分称为轴肩。轴结构设计的基本要求(1)、便于轴上零件的装轴的结构外形主要取决于上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。为了便于轴上零件的装拆，将轴制成阶梯轴，中间直径最大，向两端逐渐直径减小。近似为等强度轴。(2)、保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴上零件的轴向定位方法主要有：轴肩定位、套筒定位、圆螺母定位、轴端挡圈定位和轴承端盖定位。1)轴向定位的固定 轴肩或轴环：如教材图10-7所展,一示。轴肩定位是最方便可靠的定位方法，但采用轴肩定位会使轴的直径加大，而且轴肩处由于轴径的合。定位轴寸。要求r轴的距离较 离较大，需突变而产生应力集中。因此，多用于轴向力较大的场肩的高度h=(0.07-0.1)d,d为与零件相配处的轴径尺<R孔或r轴« 套筒和圆螺母定位套筒用于轴上两零件小，结构简单，定位可靠。圆螺母用于轴上两零件距要在轴上切制螺纹，对轴的强度影响较大。性挡圈和紧定螺钉这两种固定的方法，常用于轴向力较小的场合。轴端挡圈圆锥面：轴端挡圈与轴肩、圆锥面与轴端挡圈联合使用，常用于轴端起到双向固定。装拆方便，多用于承受剧烈振动和冲击的场合。2)周向定位和固定轴上零件的周向固定是为了防止零件与轴发生相对转动。常用的固定方式有：a.键联接b.过盈配合联接c.圆锥销联接d.成型联接键联接和圆锥销联接见教材§10-4节。过盈配合是利用轴和零件轮毂孔之间的配合过盈量来联接，能同时实现周向和轴向固定，结构简单，对中性好，对轴削弱小，装拆不便。成型联接是利用非圆柱面与相同的轮毂孔配合，对中性好，工作可靠，制造困难应用少。) W*»花健联接 «)成形联接<0弹性环联接 )铜联接过盈联接(3)、具有良好的制造和装配工艺性1) .轴为阶梯轴便于装拆。轴上磨削和车螺纹的轴段应分别设有砂轮越程槽和螺纹退刀槽。如教材图1012所示。2) .轴上沿长度方向开有几个键槽时，应将键槽安排在轴的同一母线上。同一根轴上所有圆角半径和倒角的大小应尽可能一致，以减少刀具规格和换刀次数。为使轴上零件容易装拆，轴端和各轴段端部都应有45。的倒角。为便于加工定位，轴的两端面上应做出中心孔。(4)、减小应力集中，改善轴的受力情况轴大多在变应力下工作，结构设计时应减少应力集中，以提高轴的疲劳强度，尤为重要。轴截面尺寸突变处会造成应力集中，所以对阶梯轴，相邻两段轴径变化不宜过大，在轴径变化处的过渡圆角半径不宜过小。尽量不在轴面上切制螺纹和凹槽以免引起应力集中。尽量使用圆盘铳刀。此外，提高轴的表面质量，降低表面粗糙度，采用表面碾压、喷丸和渗碳淬火等表面强化方法，均可提高轴的疲劳强度。当传矩由一个传动件输入，而由几个传动件输出时，为了减小轴上的传矩，应将输入件放在中间。如图1014所示，输入传矩T1=T2+T3,轴上各轮按图14-15a的布置形式,轴所受的最大传矩为T2+T3,如改为图10-14b的布置形式，最大传矩减小为T2或T3。4.4轴的设计计算4.4.1按扭转强度计算这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度。如果还受不大的弯矩时，则采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。并且应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。在进行轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。对于不大重要的轴，也可作为最后计算结果。轴的扭转强度条件为：9.55XIO6-强度条件：=-=-MpaWp0.2a设计公式：心产舒近=C沼(mm)轴上有键槽：放大：35%一个键槽；710%二个键槽。并且取标准植式中：许用扭转剪应力(Nmm2),C为由轴的材料和承载情况确定的常数。4.4.2按弯扭合成强度计算通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸、轴上零件的位置以及外载荷和支反力的作用位置均已确定，轴上的载荷(弯矩和扭矩)已可以求得，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。对于钢制的轴，按第三强度理论，强度条件为：M)加+("Y÷(a112/=才=/0.1厂主4a32设计公式：dIMe-(mm)式中、：6e为当量应力，Mpa0d为轴的直径，mm;M,="Ty二而产为当量弯矩；M为危险截面的合成弯矩；M=河+Mj;为水平面上的弯矩；MV为垂直面上的弯矩；W为轴危险截面抗弯截面系数；为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数弯矩引起的弯曲应力为对称循环的变应力，而扭矩所产生的扭转剪应力往往为非对称循环变应力,a与扭矩变化情况有关r匕-/必r1=1扭矩对称循环变化/L-ba=°Lr10.6扭矩脉动循环变化LoJft|匕一/幺13不变的扭矩l+KIb（Jb,*L分别为对称循环、脉动循环及静应力状态下的许用弯曲应力。对于重要的轴，还要考虑影响疲劳强度的一些因素而作精确验算。内容参看有关书籍。1.4.3 轴的刚度计算概念轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。轴的弯曲刚度是以挠度y或偏转角以及扭转角力来度量，其校核公式为：yy;l1;l*o式中：y、h曲分别为轴的许用挠度、许用转角和许用扭转角。1.4.4 轴的设计步骤设计轴的一般步骤为：（I）选择轴的材料根据轴的工作要求，加工工艺性、经济性，选择合适的材料和热处理工艺。（2）初步确定轴的直径按扭转强度计算公式，计算出轴的最细部分的直径。（3）轴的结构设计要求：轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置；轴上零件装拆、调整方便；轴应具有良好的制造工艺性等。尽量避免应力集中；根据轴上零件的结构特点，首先要预定出主要零件的装配方向、顺序和相互关系，它是轴进行结构设计的基础，拟定装配方案，应先考虑几个方案，进行分析比较后再选优。原则：1）轴的结构越简单越合理；2）装配越简单越合理。2 .5各轴的计算4 .5.1高速轴计算（1）查得C=118（低速轴弯矩较大），由公式d24.7mm取高速轴的直径d=45mmo（2）求作用在齿轮上的力齿轮分度圆直径为d=Z1ZW=20×4=8011w齿轮所受的转矩为T=9550×103-=9550×IO3=875427V.wznH11200齿轮作用力圆周力E二3=2乂：；542=218阶'480径向力E=Erga/cos/=2188X吆20°/cos14.45=82W轴向力El=E火=2188x火14.45=564N(3)画轴的计算简图并计算支反力(图a)682N139N1599N589NACBD水平支反力RAX=E3=1599N'ab垂直支反力Rlix=F1-Rlix=2188-1599=5897VRAyFIBC+FadJ2IAB821×201+564×40275二682NRby=Fr-Ray=821-682=139N(4)画弯矩图a水平面口口矩口M(b)图b截面cMcx=RaxIac=1599×74=118326N.加2b垂直面内弯矩图MC(C图)图c截面CMc=RayIac=682×74=50468N.m/nV1/111VC合成弯矩Mc=2cx+My=128639N.刀（d图）图dd画扭矩图（e图）87542图eT=87542MnnZ又根据=6OO7Vww2查得/,=55N/mtn22&=95Ninn2a=-=0.5859则aliT=0.58×87542=50774N.mme绘当量弯矩图（f图）138296图FMea=JM2+（"）2=138296NW4.5.2中间轴设计（1）查得C=I18（低速轴弯矩较大），由公式取高速轴的直径d=60mmo（2）求作用在齿轮上的力齿轮分度圆直径为4=zM=234=92mmPOQSS7349。NJnm齿轮所受的转矩为T=9550XlO3-l=9550×IO3津三4384齿轮作用力圆周力4号:2x7349（）,.N492径向力Fr=Fttgan/cos/7=1598Xtg20°/cos14.45=6（）（）N轴向力月=耳尔夕=1598gl4.45=412N（3）画轴的计算简图并计算支反力（图a）273N327N54小1052NACDBE/95水平支反力Rx=Fi-=59S×-=546N278RBX=FLRBX=1598-546=1052VRcx=F=1598×-=62iyVIAB278n%r+F,2600×95+412×46-C垂直支反力Ray=，一=-二273NRbv=127NRc=Fr-Ry-Rby=600-273-27=200N(4)画弯矩图a水平面矩M(b)图b截面cMCd=RAXlAC=546×75=40950NJW加VAI/1AV-截面DMn.=RcxIac=546X108=591847V.n且小/VAVb垂直面内弯矩图MC（C图）截面Crv=RAylac=273X75=204757V.V1IfAV截面Dfr2=RCYlCD=200×108=21600NjnmC合成弯矩MCI=2c×+mcy=45783NJ加(d图)D合成弯矩Md2=2dx2+Mj,2=62783N.加图dd（SI扭矩图（e图）图R7=73490Mwn又根据=NInvn2查得LJ=55N/trun22h=95N/nn2a=0.5859则atiT=0.58×73490=42624V.nwe绘当量弯矩图（f图）图FMca=f2+（"）2=62553Nmm4.5.3低速轴设计(1)查得C=I18,由公式11C /2.643_ .=118J= 50.7 mmV 33.33取高速轴的直径d=75mm°(2)求作用在齿轮上的力齿轮分度圆直径为J1=z1m=87×4=348三齿轮所受的转矩为T=9550XIO34=9550×103至竺=757295NjWzZ1133.33齿轮作用力圆周力耳二号二2x757295=4352N4348径向力Fr=Fttgan/cos/?=4352Xtg20°/cos14.45=1633N轴向力Fa=Fjg=4352x吆14.45=11217V（3）画轴的计算简图并计算支反力（图a）150N133N287ON1482NACBD水平支反力/1 QORax =F1= 4352×二 287ONIAB276Rbx=F1- RBX = 4352 - 2870 = 1482N垂直支反力FjBC + FJJ2 _ 1633x82 + 1121x174AR276150ONRw=5一此？=1633-1500=133N(4)画弯矩图a水平面矩M(b)图b截面cMcx=RxxIac=2870×94=269780V1Vb垂直面内弯矩图MC（C图）C合成弯矩Mc=yM2cx+Mcy=282658NJ三（d图）d（SI扭矩图（e图）439231图eT=757295又根据=600/V/nvn2查得L=55/trun22h=95N/nn2a=-=0.5859则aliT=0.58×757295=439231N.mme绘当量弯矩图（f图）625503MazYx.ZfII川川M川川川川川ACB图FMca=QM2+（aT）2=625503MW刀4.6轴的设计与校核4.6.1高速轴设计初定最小直径，选用材料453钢，调质处理。取AO=U2（不同）则Rmin=AO=16.56mm最小轴径处有键槽Rmin'=1.07dmin=17.72mm最小直径为安装联轴器外半径，取KA=L7,同上所述已选用TL4弹性套柱联轴器，轴孔半径R=20mmo取高速轴的最小轴径为R=20mmo由于轴承同时受径向和轴向载荷，故选用6300滚子轴承按国标T297-94D*d*T=17.25轴承处轴径d=36mm高速轴简图如下：取Ll=38+46=84mm,取挡圈直径D=43mm,取d2=d4=54mm,d3=67mm,d1=d5=67mm0联轴器用键：圆头普通平键。B*h=6*6,长L=91mm齿轮用键：同上。B*h=6*6,长L=IOmm,倒角为2*45度4.6.2中间轴设计中间轴简图如下：初定最小直径dmin=20mm选用6303轴承，d*D*T=25*62*18.25dl=d6=25mm,取Ll=26mm,1.2=19,L4=120mm,d2=d4=35mm,L3=12mmD3=50mm,d5=30mm,L5=1.2*d5=69mm,L6=55mm齿轮用键：圆头普通键：b*h=12*8,长L=61mm4.6.3低速轴设计初定最小直径：dmin=25mm取小轴径处有键槽dmin,=l.07dmin=36.915mm取d1=75mm,d2=90mm,cI3=97mm,d4=75mmd5=65mm,d6=60mm,1.l=35mm,L2=94mm,L3=15mm,L4=28mm,L5=38mm,L6=40mm,L7=l07mm齿轮用键：圆头普通键：b*h=16*6,L=85mm选用6300轴承：d*D*T=40*90*25.25mm,B=23mm,C=20mm4.6.4高速轴的校核由于减速器中，最容易出现损坏的轴为高速轴，故在进行轴的校验的时候，只需对高速轴进行校验。高速轴的校验计算如下所示：P=3.105Kw,n=960rmin,T=30.89N.M齿轮受力：Ft=1095N,Fr=370N,Fe=148N支持力：Fvl=365N,Fv2=1460N,FH1=-66N,FH2=431NMr=Fvl*90=-33N.mMHI=FHl*90=-5.94N.mMH2=M=5.01N.mT=3O.89N.mM=33.38N.mOca=24.4Mpa16-1=60MPa>6ca所以轴安全。第五章联轴器的选择5.1联轴器的功用联轴器是将两轴轴向联接起来并传递扭矩及运动的部件