齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是： ① 瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠； ② 适用的功率和速度范围广； ③ 传动效率高，n =0.92-0.98 ; ④ 工作可靠、使用寿命长；
⑤外轮廓尺寸小、结构紧凑。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的减速器
，用于原动机
和工作机或执行机构之间 , 起匹配转速和传递转矩的作用 , 在现代机械中应用极为广 泛。
国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或 者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特 别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。国外的减速器，以德国、丹麦和日本 处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿 命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。
当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的
方向发展。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形 式和多种功率型号的产品。近十几年来 ,由于近代计算机技术与数控技术的发展，使得 机械加工精度，加工效率大大提高，从而推动了机械传动产品的多样化，整机配套的 模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致，美观化。
在21世纪成套机械装备中，齿轮仍然是机械传动的基本部件。CNC机床和工艺技 术的发展 , 推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传 动、齿轮、带链的混合传动 , 将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中 的学科交叉 ,将成为新型传动产品发展的重要趋势。
关键字： 减速器 轴承 齿轮 机械传动
目录
毕业设计任务书 .................................... 2 摘要 ............................................. 7 刖言 ............................................. 8
1 机械传动装置的总体设计
1.1 分析和拟定传动装置的运动简图 1.2电动机的选择 ....................
1.2.1已知条件及其它数据 ......... 122选择电动机 ................... 2计算总的传送比及分配各级的传动比 .... 3计算各轴的功率，转数及转矩 .......... 3.1电动机轴的功率P，转速n及转矩T 3.2 I轴的功率P，转速n及转矩T……
3.3 H轴的功率P
，转速n及转矩T…… 3.4皿轴的功率P，转速矩T……
4 齿轮的设计计算……………………………… 4.1 齿轮传动设计准则……………………… 4.2 直齿 1、2 齿轮的设计………………… 4.3 直齿 3、4 齿轮的设计………………… 5 轴的设计及低速轴的强度校核……………… 5.1 概述………………………………………
5.1.1 轴的作用 5.1.2 轴的类型 5.1.3 轴的形状和名称
n及转
5.1.4 影响轴技术参数和形状的因素 5.1.5 轴的设计应掌握的条件 5.1.6 轴的强度、刚度 5.1.7 轴的设计原则 5.1.8 零件在轴上的固定
5.2 I轴的设计 .................. 5.3 H轴的设计 .................. 5.4皿轴的设计 ................... 6键联接的选择及其校核计算 .......... 6.1键的选择 ..................... 6.2键的设计 ..................... 7滚动轴承的选择及其校核计算 ........ 7.1概述 ......................... 7.2滚动轴承的选择及有关计算...... 8设计减速器箱体，箱壳及其附件 ...... 9润滑方式的确定 ....................
总结 ................................ 致谢 ................................ 参考文献 ............................
前言
机械vmachine），源自于希腊语之 mechine及拉丁文 mecina，原指“巧妙的设 计”，作为一般性的机械概念，可以追溯到古罗马时期，主要是为了区别与手工工 具。现代中文之“机械” 一词为机构为英语之
vmechanism）和机器 机 机 机 构 械 械 是一 各部 的 种 人为 特 的 实 物 具 有 确 定 征 构 有 的 对 件 组 合 分 之间 的 相 运 动 机器具备机构的特征外，还必须具备第三个特征即能代替人类的劳动以完成有用的机 械功或转换机械能，故机器能转换机械能或完成有用的机械功的机构。从结构和运动 的 观 点 来 看 ， 机 构 和 机 器 并 无 区 别 泛 称 为 机 械 。 机构和机器的定义来源于机械工程学，属于现代机械原理中的最基本的概念，中文机 械的现代概念多源自日语之“机械”一词，日本的机械工程学对机械概念做如下定义 < 即 符 合 下 面 三 个 特 征 称 为 机 械 machine ） ： 机 械 是 物 体 的 组 合 ， 假 定 力 加 到 其 各 个 部 分 也 难 以 变 形 。 这 些 物 体 必 须 实 现 相 互 的 、 单 一 的 、 规 定 的 运 动 。 把施加的能量转变为最有用的形式，或转变为有效的机械功。 本书是挖掘机行走部分减速器的设计说明书，具体内容有： 挖掘机的大体情况介绍 各个传动件的设计计算 轴的设计与计算 阅读本说明书后能对挖掘机行走部分减速器的认识和了解有一定的帮助，通过本 次设计，加深了对机械设计各种方法的了解，同时也积累了很多机械设计方面的经验 螺旋传送机主传动系统的设计维护及改造 1 机械传动装置的总体设计 1.1 分析和拟定传动装置的运动简图 一般工作机器通常由原动机、传动装置和工作装置三个基本职能部分组成。传动 装置传送原动机的动力、变换其运动，以实现工作装置预定的工作要求，它是机器的 主要组成部分．实践证明，传动装置的重量和成本通常在整台机器中占有很大的比 重；机器的工作性能和运转费用在很大程度上也取决于传动装置的性能、质量及设计 布局的合理性。由此可见，在机械设计中合理拟定传动方案具有重要意义。 分析和选择传动机构的类型及其组合是拟定传动方案的重要一环，这时应综合考 虑工作装置载荷、运动以及机器的其他要求，再结合各种传动机构的特点适用范围， 加以分析比较，合理选择。传动系统应有合理顺序和布局。除必须考虑各级传动机构 所适应的速度范围外，还得注意一下几点 : 1．带传动承载能力较低，在传递相同转矩时结构尺寸较啮合传动大；但带传动平 稳，能缓冲吸震，应尽量置于传动系统的高速级 2. 一 般 滚 子 链 传 动 运 转 不 均 匀 ， 有 冲 击 ， 宜 布 置 在 低 速 级 3 ．蜗杆传动的传动比大，承载能力较齿轮低，常布置在传动系统的高速级，以获 得较小的结构尺寸；同时，由于有较高的齿面相对滑动速度，易于形成液体动压润滑 油膜，也有利于提高承载能力及效率 4. 轮（ 特别是大模数锥齿轮 ＞的加工比较困难，一般宜置于高速级，以减小其直径 和模数。但需注意，当锥齿轮的速度过高时，其精度也需相应提高，此时还应考虑能 否达到所需制造精度以及成本问题。 5. 斜 齿 轮 传 动 较 直 齿 轮 传 动 平 稳 ， 相 对 应 用 于 高 速 级 。 6 ．开式齿轮传动一般工作环境较差，润滑条件不良，外廓紧凑性可低于闭式传 动，应布置在低速级。 7 ．制动器通常设在高速轴。传动系统中位于制动装置后面不应出现带传动，摩擦 传动和摩擦离合器等重载时可能出现摩擦打滑的装置。 8. 为简化传动装置，一般总是将改变运动形式的机构 ( 如连杆机构、凸轮机构 >布 置在传动 系统的末端或低速处；对于许多控制机构一般也尽量放在传动系统的末端或 低速处，以免造成大的累积误差，降低传动精度。 9 ．传动装置的布局应使结构紧凄、匀称，强度和刚度好．并适合车间布置情况 和工人操作，便于装拆和维修。图 2—2 所示的两种型式混砂机都是用两对圆柱齿轮和 一对锥齿轮减速传动，但布局不一样，效果就不相同。图 (d> 所示混砂机的总体布局 中，电动机和减速器在机器外面，结构不紧凑；传动装置中一对锥齿轮是开式的，润 滑条件差，砂尘易落入，加速齿轮磨损，工作寿命较短；从动锥齿轮较大，制造较 难；主动锥齿轮的支承跨距大，对该轴的强度和刚度均不利，且机架、电动机和减速 器分别与地基联接，使用单位安装费事，在这几方面不及图 (b> 所示改进后的混砂机． 10. 在传动装置总体设计中，必须注意防止因过载或操作疏忽而造成机器损坏和 人员工伤，可视具体情况在传动系统的某一环节加设安全保险装置。 1.2 电动机的选择 1.2.1 螺旋输送机传动装置简图 图1.1螺旋输送机传动装置简图 1.2.2，原始数据 螺旋轴上的功率 P = 1.70kW 螺旋筒轴上的转速 n=28.0 r/mi n 123，已知条件 工作情况：三班制，连续单向运转，载荷较平稳，允许输送带速度误差为土 0.5%.单件 生产。 使用折旧期：10年 动力来源：电力,三相交流.电压380/220V。 滚筒效率：0.96（包括滚筒与轴承的效率损失＞。 1.2.3选择电动机 （1＞选择电动机的类型和结构形式生产单位一般用三相交流电源，如无特殊要求 （如在 较大范围内平稳地调速，经常起动和反转等 机。我国已制订统一标准的 ＞，通常都采用三相交流异步电动 丫系列是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动 机，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械，如金属切削机床、 风机、输送机、搅拌机、农业机械和食品机械等。由于 动性能，因此也适用于某些对起动转矩有较高要求的机械 丫系列电动机还具有较好的起 （如压缩机等 ＞。在经常起 动，制动和反转的场合，要求电动机转动惯量小和过载能力大，此时宜选用起重及冶 金用的 YZ 型或 YZR 型三相异步电动机。 三相交流异步电动机根据其额定功率 （指连续运转下电机发热不超过许可温升的 最大功率，其数值标在电动机铭牌上 ＞和满载转速(指负荷相当于额定功率时的电动机 转速，当负荷减小时，电机实际转速略有升高，但不会超过同步转速 磁场转速 ＞的 不同，具有系列型号。为适应不同的安装需要，同一类型的电动机结构又制成若干种 安装形式。各型号电动机的技术数据(如额定功率、满载转速、堵转转矩与额定转矩之 比、最大转矩与额定转矩之比等 ＞、外形及安装尺寸可查阅产品目录或有关机械设计手 册。 按已知的工作要求和条件，选用 丫型全封闭笼型三相异步电动机。 (2＞选择电动机的功率 工作机所需的电动机输出功率为 氏作输出 电动机至运输带之间总效率 总二联轴器齿轮滚动轴承锥齿螺旋筒 0.99* 0.972 * 0.994 * 0.95* 0.96 =0.816 ■ PP工作输出 电动机输入 (3＞初选为同步转速为1000r/min的电动机 'F电动机输入 -电动机额定 •根据《机械设计基础实训指导》附表 4-10，选择电动机型号为功率为2.2kw，满载转数为940r/min 即 P电动机额定二22 kW n电动机额定=940r/min 112M-6,其额定 丫 2 计算总的传送比及分配各级的传动比 2.1计算总传动比 总传动比 . n 电动额定 ... I总二 ------------ =I1.2I 3.4I5.6 n 工作机 33.57 28.0 2.2分配传动装置各级传动比 查表2-1 取， 则 ii.2 二 3.4 ； I3.4 二 4.5 i总 33.57 I 3.4*4.5 I 查表2-1 1.23.4 齿轮传动 单级 传动比 最大值 8 5 常用值 圆柱 3〜5 圆锥 2〜3 3计算各轴的功率，转数及转矩已知条件 R电动机额定=2.2kW n电动机额定=940r/min 电动机轴的功率P,转速n及转矩T R)- P电动机额定=22 kw n =940r/mi n 0 = n 电动机额定 」6 Pi T0 =9.55*106=22351N・ mm n。 I轴的功率P ，转速n及转矩 T P= P。\"联轴器=2.2*0.99 = 2.178 kw m 二 n0 =940 r/mi n 6 6 R TI 二 9.55* 10 丄=22128N・ mm ni H轴的功率P，转速n及转矩T Pl = R\" 1.2口 轴承 =2.178*0.97*0.99 = 2.09 kw n 940 c” ” / - n^ i 276.47 r/min 1.2 3.4 6 R TH = 9.55*106 — =72194 N • mm n^ 皿轴的功率P，转速n及转矩T 3.13.23.33.43.5Pm 二 R 3.4 轴承二 2.09* 0.97* 0.99 二 2.007 kw n^ n 皿 - i34 276.47 _. . . / . 61.44 r/min 4.5 T皿=9.55*10 丄=311960 N • mm n皿 6 P 4齿轮的设计计算 4.1齿轮传动设计准则 齿轮传动是靠轮齿的啮合来传递运动和动力的，齿轮失效是齿轮常见的失效形 式。由于传动装置有开式、闭式，齿面硬度有软齿面 ＜硬度w 350HBS、硬齿面 ＜硬度 ＞ 350HBS，齿轮转速有高与低，载荷有轻与重之分，所以实际应用中常会出现各种 不同的失效形式。分析研究试销形式有助于建立齿轮设计的准则，提出防止和减轻失 效的措施。 设计齿轮传动时应根据齿轮传动的工作条件、失效情况等，合理地确定设计准 则，以保证齿轮传动有足够的承载能力。工作条件、齿轮的材料不同，轮齿的失效形 式就不同，设计准则、设计方法也不同。 对于闭式软齿面齿轮传动，齿面点蚀是主要的失效形式，应先按齿面接触疲劳强 度进行设计计算，确定齿轮的主要参数和尺寸，然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯 曲强度。 闭式硬齿面齿轮传动常因齿根折断而失效，故通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设 计计算，确定齿轮的模数和其他尺寸，然后再按接触疲劳强度校核齿面的接触强度。 对于开式齿轮传动中的齿轮，齿面磨损为其主要失效形式，故通常按照齿根弯曲 疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的模数，考虑齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模 数增大10%- 20%而无需校核接触强度。 4.2直齿1、2齿轮的设计 (1＞已知条件 1，P = R = 2.178 kw 2，厲= 940 r/min n2 二 n^ = 276.47 r/min 3，工作条件：使用寿命10年，三班制，连续单向，中等冲击。 (2＞选择齿轮材料及精度等级。 小齿轮选用45钢调质 硬度HB1=250HBS 大齿轮选用45钢正火 硬度HB1=210HBS 精度等级：8级 齿面粗超度Ra ＜ 3.2~6.3卩m (3＞按齿轮接触疲劳强度设计 转矩 「=Ti 二 22128 N • mm ; T2 二％ 二 72194 N • mm (4＞载荷系数K及材料的弹性系数ZE 查表 4-1 K=1.5 ZE =189.8、MP 表4-1 载荷系数K 工作机械 载荷特性 电动机 原动机 多缸内燃机 单缸内燃机 均匀加料的运输机 和加料机、轻型卷扬 机、发电机、机床辅助 传动 不均匀加料的运输 均匀、轻微冲 1~1.2 击 1.2~1.6 1.6~1.8 中等冲击 1.2~1.6 1.6~1.8 1.8~2.0 机和加料机、重型卷扬 机、球磨机、机床主传 动 冲床、钻床、破碎 大的冲击 机、挖掘机 CP d (5＞齿数乙和齿宽系数 1.6~1.8 1.9~2.1 2.2~2.4 取小齿轮齿数Z1=25则大齿轮齿数Z2=85 因单级齿轮传动为对称布置，而齿轮齿面又为软齿面，查表 4-2得，\\ = 1 表4-2齿宽系数 齿轮相对于轴承的 位置 对称布置 不对称布置 悬臂布置 b1(6＞许用接触应力H 齿面硬度 软齿面 硬齿面v>350HBS 0.4~0.9 0.3~0.6 0.2~0.25 560MPa 由《机械设计基础》图7-25查得，匚H lim1二匚Hlim 2二 M =60njLh =60*940*1*(10*52*5*20) =2.9*10 9 N2 N1 i 1.2 2.9*10 = 8.6*108 3.4 7-24 得，ZN1 =0.90，ZN2=0・94 1 S 查《机械设计基础》图 由《机械设计基础》表 7-9 查得 H 二 ZN1 J H lim 1 0.90* 590 = 531MPa Z '-H SH N H lim 2 0.94*560 SH = 526MPa di m 522128(34 1)3521898K「(u 1)/3.52ZE、2 1 - .*.(.*(_) M 1*3.4 dU 526 41.074 =1.64mm -)^ 41.074mm 乙 25 查表4-3，取标准模数m=2 表4-3标准模数表 第一系列 0.1，0.12，0.15，0.2，0.25，0.3，0.4，0.5，0.6，0.8，1.1，1.25， 1.5，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12，16，20，25，32，40，50 0.35，0.7，0.9，1.75，2.25，2.75，＜3.25），3.5，＜3.75），4.5，5.5， 第二系列 ＜6.5），7，9，＜11），14，18，22，28，＜30），36，45 (7＞主要尺寸计算 4 = mz = 2* 25 = 50mm d2 =mz2 =2*85 =170mm b 二 © = 1* 50 二 50 mm 经圆整后取，b2 = 50mm ; d = b2 5 = 55mm 1 1 a m(z1 z2) (8＞按齿根弯曲疲劳强度校核 * 2* (25 85) = 110mm 由式：匚尸=空工斗丫$求出二F，如匚F 1，贝阪核合格 bm z1 (9＞确定有关系数与参数 ①齿形系数YF 查表 4-4 得，YF1 = 2.35o YF2 =2.22 表4-4标准外齿轮的齿形系数YF Z 12 14 16 17 18 19 20 22 25 28 30 35 40 45 50 60 80 100 >200 YF 3.47 3.22 3.03 2.97 2.91 2.85 2.81 2.75 2.65 2.58 2.54 2.47 2.41 2.37 2.35 2.30 2.25 2.18 2.14 ②应力修正系数隹 查表 4-5 得，YS1 =1.71 o YS2 =1.78 表4-5标准外齿轮的应力修正系数 YS Z 12 14 16 1.47 1.51 1.53 17 18 1.54 1.55 19 20 1.56 22 1.58 1.59 1.61 25 28 1.63 1.65 1.67 1.69 1.71 30 35 40 45 50 60 1.73 80 1.77 1.80 1.88 100 > 200 YS 1.44 ③许用弯曲应力-F丨 查《机械设计基础》图 查《机械设计基础》表 7-26 得，二 F lim 1 二 420 440 ；二 F lim 2 二 表4-6安全系数 重要的传动、渗 软齿面 安全系数 « 350HBS v> 350HBS 硬齿面 碳淬火齿轮或铸 造齿轮 SH 1.0~1.1 1.3~1.4 1.1~1.2 1.4~1.6 1.3~1.6 1.6~2.2 SF 查《机械设计基础》图7-23得，YN1 =0.93 ； YN2 =0.89 丫N1 J F liml 0.93* 440 -292.29MPa -F 1.4 SF 丫N2F lim 2 SF f brnt\" F2 1 0.89* 420 =267 MPa 1.4 2*1.4* 22128 __________________________ * 2.35*1.71 二 49.80 Mpa< 2.2250*2#*25 丫丫 =49.80* 2 2 2 *1.78 =48.97 Mpa< F I YF1YS1 2.35*1.71 (10＞齿跟弯曲强度合格 验算齿轮的圆周速度v 叼口 兀* 50* 940 v 60*1000 60*1000 … 2.46 o 查《机械设计基础》表7-7可知,选8级精度是合适的 (11＞几何尺寸计算 齿顶高：ha = h； m = 1 2 = 2mm 齿根高：hf =（h； c*）m = （1 0.25） 2= 2.5mm 全齿高：h =h； hf =2 2.5 = 4.5mm 顶隙： c=c* m=0.25 2 = 0.5mm 分度圆直径：d! = mzi = 2 25 = 50mm d2 = mz2 = 2 85 = 170mm 基圆直径：db =：d1cos2^^50 0.940 =47mm 1 1 db? =d2cos20 =170 0.940 = 160mm 齿顶圆直径：da =dj +2ha =50+2x2 = 54mm 1 da = d2 + 2ha = 170 + 2 汉 2 = 174mm 2 齿根圆直径：df -2hf =50-2 2.5 = 45mm df2 二 d2-2hf =170-2 2.5 = 165mm 齿距： p - m = 3.14 2 = 6.28mm 齿厚：a =丄© d2）=丄（50 170） =110mm s 二卫=凹=3.14mm 2 2 2 2 齿槽宽：e =卩 m = 3.14mm 2 2 1 1 标准中心距：标准中心距：a二丄g丄（50 • 170） =110mm 2 2 4.3直齿3、4齿轮的设计 （1＞已知条件 1, P = P = 2.09 kw n 2, n3 = n□二 276.47 r/min n4 二 n皿二 61.44 r/min 3, 工作条件：使用寿命10年，三班制，连续单向，中等冲击。 （2＞选择齿轮材料及精度等级。 小齿轮选用45钢调质 硬度HB1=250HBS 大齿轮选用45钢正火 硬度HB1=210HBS 精度等级：8级 齿面粗超度Ra ＜ 3.2~6.3卩m (3＞按齿轮接触疲劳强度设计 T3 二 ％ 二 72194 N • mm ; T4 = =311960 N • mm 转矩 (4＞载荷系数K及材料的弹性系数ZE 查《机械设计基础》表 K=1.5 ZE =1898、MP d (5＞齿数Z1和齿宽系数 乙=126因二级齿轮传动为非对称布置，而齿轮 取小齿轮齿数乙=28则大齿轮齿数 d 齿面又为软齿面，， - I b1(6＞许用接触应力H 590MPa 由《机械设计基础》图7-25查得， H lim 3 8 N3 =60njLh =60*276.47*1*(10*52*5*20) =8.6*10“ N3 560MPa 8.6*108 8 = 1.9*10 N4 - 4.5 i 3.4 查《机械设计基础》图 7-24 得, ZN3=0・92 , ZN4=0・97 1S 7-9 查得 H = 由《机械设计基础》表 Z = ；- = H lim 4 '-H N 3 、H lim 3 0.92* 590 SH 542.8MPa ” ..ZN 4、- H lim 4 _ 0.97*560 = 543.2MPa ，H 4 = S d H U ^3'.* 1572194(4 m d3 =58.53 =2.09mm Z3 28 1* 4.5 ^ 1)3521898 (.*.)^ 58.53mm 542.8 取标准模数 m=2.5 (7＞主要尺寸计算 d3 = mz3 二 2.5* 28 二 70mm d4 =mz4 = 2.5*126 = 315mm b = dd3 = 1* 70 = 70mm 经圆整后取，b4 = 70mm ; b3 = b4 5 = 75mm 1 1 a m(Z3 Z4) *2* (28 126) = 154mm 2 2 (8>按齿根弯曲疲劳强度校核 2 KT 由式：二F 2 YFYS求出二F,如二F L「F 1 ,则校核合格 (9＞确定有关系数与参数bm z ① 齿形系数YF F3F4 ② 应力修正系数YS 查表 4-5 得，YS3 =1.75 o YS4 =1.82 ③许用弯曲应力'-F 1 7-26440 C查《机械设计基础》图 得，二 Flim 3 二 ； F lim 4 二 420 查《机械设计基础》表 7-9 得，SF =1.4 查《机械设计基础》图 7-23 得, YN3 \"94； YN4 =0.92 Y 0.94440_ N3F lim 3 * 查表 4-4 得，Y=2.28。Y=2.17 一 SF z = = 丫N4F lim 4 SF YY F4S4 295.4MPa 吗倒=276 MPa 1.4 1.4 2*1.4*72194* 2.28*1.75 =92.18Mpa< ____________ * = 91.24MpaJ「F【 = 92.18* 近竺 2 50*2.5 *28 2.28*1.75 -F3 呼 YF3YS3 bm z3 -F4 ；-F3 ； -------- YF 3YS3 (10＞齿跟弯曲强度合格 验算齿轮的圆周速度v 兀d3n3 n * 70* 276.47 ，一 v 60 * 1000 60*1000 1.01 故选8级精度是合适的 (11＞几何尺寸计算 齿顶高：ha =h； m=1 2.5 = 2.5mm 齿根高：hf =(h； c*)m=(1 0.25) 2.5= 3.125mm 全齿高：h 二 ha hf =2.5 3.125 = 5.625mm 顶隙： c = c m =0.25 2.5 = 0.625mm 分度圆直径：d3 二 mz3 = 2.5 28 = 70mm d4 二 mz4 = 2.5 126= 315mm 基圆直径：dg = d3cos20 =70 0.940 = 65.8mm db =d4cos20 =170 0.940 =159.8mm 齿顶圆直径：d^ =d3 2ha =70 2 2.5 = 75mm da =d4 +2ha =315 + 2 汇2.5 = 320mm 4 齿根圆直径：df=d3-2hf =70-2 3.125 = 63.75mm 3 df 二d4 -2hf =315-2 3.125 = 308.75mm 4 齿距： p - m = 3.14 2.5 = 7.85mm 齿厚：s=P m =3.925mm 2 2 齿槽宽：e = - = 3.925mm 2 2 315)=192.5mm m 1 1 标准中心距：a-丄(d1 72)=丄(70 2 2 5 轴的设计及低速轴的强度校核 5.1 概述 5.1.1 轴的作用 做回转运动的传动件，如齿轮、联轴器等都是安装在轴上的，病通过轴实现传 动 的。因此，轴的主要功用就是支撑零件并传递运动和动力。 5.1.2 轴上零件的固定 零件在轴上的固定方式随零件的作用而异。一般情况下，为了保证零 件在轴上的 工作位置的固定，应在周向和轴向上对零件加以固定。 1 周向固定 为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴上零件的周向零件必须 可靠。常用的周向固定方法有键、花键、销和过盈配合等联接。 2 轴向固定 零件在轴上的轴向定位要准确可靠，以使其安装位置确定，能承受轴向力而不产 生轴向位移。常见的轴向固定方法有轴肩、轴环定位，螺母定位，套筒定位及轴端挡 圈 疋 减速 位 器中轴 等 。 的 支 承 大 5.1.3 多采用 的 轴 轴 的 支 承 。 疋 滚 动轴承 向 固 <1 ) 轴 系 为使轴和轴上的零件在机器中有正确的位置， 防止轴系轴向窜动和正常传递轴向 力 ，轴系 a 、 应予轴向 两 端 固定。常见 单 向 固 的轴系固 定 的 疋方 支 式有三种 承 结 : 构 齿轮轴籍轴肩通过封油环顶住两侧轴承内圈，两侧的轴承盖则分别顶住辅承外 圈，每个支承各限制轴系单方向轴向移动，两个支承组合便使该轴系位置固定。为补 偿轴的受热伸长，轴承安装应留有约 0.25〜0.4mm的热补偿间隙（间隙很小，图中一般 不画出〉•间隙量在装配时通过增减轴承盖与箱体间调整垫片组 型式结构简单、安装方便，但仅适用于温度变化不大的短轴 1的厚度来获得。这种 （轴承跨距I二400mm> b 、 一端双向固定、一端游动的支承结构 蜗杆轴右端为由两个成对的圆锥滚子轴承组成的一个双向固定支承，其两个内圈 由轴肩和圆螺母固定，两个外围由轴承套杯的凸肩和轴承盖固定，可承受和传递双向 轴向载荷；左端轴承为深沟球轴承构成的游动支，其内圈与轴作双向固定，外围两侧 均未固定，外圈与套杯座孔为间隙配合•轴承可在轴承盖套杯座孔中轴向移动。当温 度变化时，轴可以自由伸缩，显然，游动支承不能承受并传递轴向载荷。这种结构型 式 适 用 于 温 度 变 化 较 大 的 长 轴 。 由上述可见，轴系不论采用哪种固定方式，都是根据具体情况通过选择轴承的内 圈与轴、 外圈与轴承座孔的固定方式来实现的•轴承内外圈的周向固定主要由配合来 保证，轴承内圈和轴的轴向固定，其原则及方法与一般轴系零件的轴向固定基本相 同，外围与轴承座孔的轴向固定形式主要是利用轴承盖、孔用弹性挡圈、套杯的凸肩 以及轴承座孔的凸肩。具体选择时要考虑轴向载荷的大小、方向 高低、轴承的类型、支承的固定型式（游动或固定〉等情况. （单向和双向 >、转速 5.1.4轴的类型 轴可根据不同的条件加以分类。常用的分类方法有: 1. 按受载情况分 同时承受弯矩和转矩作用的轴称为转轴；只承受转矩作用的称为传动轴；只承受 弯矩作用的轴称为心轴。 2. 按结构形状分 轴有实心轴、空心轴、曲轴、挠性钢丝轴和直轴。而直轴又可分为截面相等的光 轴和截面分段变化的阶梯轴。 工程中最常见的是同时承受弯矩和转矩作用的阶梯轴 5.1.6影响轴技术参数和形状的因素 轴的结构和形状取决于下面几个因素： ＜1）轴的毛坯种类：＜2）轴上作用力 ＜4）轴 的大小及其分布情况；＜3）轴上零件的位置、配合性质及其联接固定的方法； 承的类型、尺寸和位置；＜5）轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求。可见影响 轴的结构与尺寸的因素很多，设计轴时要全面综合的考虑各种因素。 5.1.7轴的设计应掌握的条件 对轴的结构进行设计主要是确定轴的结构形状和尺寸。一般在进行结构设计时的 已知条件有：机器的装配简图，轴的转速，传递的功率，轴上零件的主要参数和尺寸 5.1.8轴的强度、刚度 轴的强度与工作应力的大小和性质有关。在选择轴的结构和形状时应注意以下几 个方面。 ＜1）使轴的形状接近于等强度条件。 ＜2）尽量避免各轴段剖面突然改变以降低局部应力集中。 ＜3）改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。 ＜4）改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。 5.1.9轴的设计原则 1各段直径： （1＞与滚动轴承配合的轴颈直径必须符合滚动轴承内径标准系列 （2＞轴上车制螺纹部分的直径必须符合外螺纹大径的标准系列 （3＞安装联轴器的轴头直径必须与联轴器的内孔直径范围相适应 （4＞与非标准件 ＜如齿轮、带轮等）相配合的轴头直径应采用标准系列 2轴的各段长度 轴的各段长度主要取决于轴上零件或轴承的宽度和它们之间的相互配合。此外， 还要根据下面的具体情况来确定轴的各段长度。 （1＞装有紧固件 ＜如螺母等）的轴段，长度应保证紧固件有一定的轴向调整余地。 （2＞轴上的旋转零件与旋转零件之间、与紧固件 ＜ 如箱体、支架等）之间应留有适 当的距离，以免旋转时相碰撞。 5.2 H轴的设计 （1＞选择材料 因无特殊要求，选45钢，正火，查《机械设计基础》表11-1得，J」=（2＞估算轴的最小直径 55Mp a 取 A=115 d - 3 2.09 276.47 二 22.57mm 因最小直径与轴承配合，故其直径应与轴承的内径孔一致， 查《机械设计基础实训指导》附表6-1，取丁 d2 =d＜i +2h h =(0.07—0.1 d1 d i 二 25mm d2 =25 2*0.1*25 = 30mm 因该处与齿轮配合，故其直径应与齿轮的内径孔一致， 查《机械设计基础实训指导》附表2-2，得其直径 d 2 二 30mm d3 处为轴肩， *\" 2 2h ，h = 0.°7-°.22 d3 =30 2*0.1*30 = 36mm d5 处与轴承配合，故其直径应与轴承内径一致，因此 d ^ ^ d25mm d4处为一与齿轮连体，其尺寸与齿轮相同 得 d4 =75mm (3＞确定各段的长度 J二B •亠•厶 • (2〜)轴承的宽度 1 2 3 B= 17mm ,箱体内侧与轴承端面间隙 二 2 = 10mm 。 \" 0mm ，箱体内侧与齿轮端面的距离 所以 L1 =17+10+10+3 =40mm L 2 - L 齿轮轮毂 _( 2 3 其中 L 齿轮轮毂 = （1.2〜1.3）• d2 所以 L2 = 1.2* 30 - 3 = 33mm L^1.4h h= 0.07-0.1 d2 所以 L 4 L3 =1.4* 0.1* 30 = 4.2mm L L 圆整，得 =60mm L 3= 5mm 处与一实体齿轮配合，因此 4 = 齿轮 5.3 I轴的设计 30 / 38 因无特殊要求，选45钢、正火，查《机械设计基础》表 11-1得， 卜 J - 55Mpa A =115 （2＞估算轴的最小直径 」 A存…「2.178 …c d^ A 3 =115 3 15.22mm :n . 940 因最小直径与联轴器配合，故有一键槽，可将周径加大 5 %， 即 dj =15.22 灯05% = 14.50mm 查《机械设计基础实训指导》附表 4-10，选弹性套柱联轴器，取其标准内孔直径 d1 = 16mm d2 7 2h h 二 0.07-0.1 d1 则 d2 =16 2 0.1 16 =19.2mm 因该处与轴承透盖配合，故其直径应与密封件的直径一致， 查《机械设计基础实训指导》附表7-1，选其直径d 2 二 20mm d3 = d2 （5〜10） 口20 5 二 25mm 因该处与轴承配合，故其直径应与轴承内径一致，械设计基础实训指导》附表6-1取d ^ 25mm d4 =50mm d 处与轴承配合，故其直径应与轴承内径一致，因此 d 6 6 二* =25mm d5 二 d6 2h = 25 2 0.1 25 二 30mm (3＞确定轴的各段长度 L L 1 二 联轴器长度 -(2〜3) =42 -2 = 40mm L2 7 *2 *3 其 /、 \\ =(15- 35)厶2 =e =1.2d3 =1.2 10 =12mm 3 = (25- 30) 所以 L2 =15+12+25 = 52mm Q = B •宀丫2 〜3）其中轴承的宽度B = ,箱体内侧与轴承端面间隙 厶=10mm 4 ，箱体内侧与齿轮端面的距离 5 =10mm 查《机 L3 =17 10 103 = 40mm L4 = 30mm L5 =68mm L6 = L3 = 40mm 5.4皿轴的设计 (1＞轴材料的选择 因无特殊要求，选45钢、正火，查《机械设计基础》表11-1 ,得 丄】 = 55Mpa A =115 (2＞估算轴的最小直径 [P d^- A 3 ,n 115 3 12.007 36.78mm , 61.44 5 因最小直径与联轴器配合，故有一键槽，可将周径加大 dr = 36.78 105% = 38.60mm %， 查《机械设计基础实训指导》附表 4-10，选弹性套柱联轴器，取其标准内孔直径 dj = 40mm d2 p • 2h h 二 0.07-0.1 d1 贝y d2 = 40 2 0.07 40 = 45.6mm 因该处与轴承透盖配合，故其直径应与密封件的直径一致， 查《机械设计基础实训指导》附表7-1，选其直径 d3 =d2 d6 d2 二 45mm (5^ 10)= 45 5 = 50mm d6 处与轴承配合，故二 d3 = 50mm d5 =d6 2h h = 0.07-0.1 d6 d5 =50 2 0.1 50 = 60mm d4 二 d5 2h h= 0.07-0.1 d5 d4 =60 2 0.1 60=72mm (3＞确定轴的各段长度 L i = L 联轴器长度 _（2〜3 ） =112 -2 =110mm L2 二冷：二2 ：二其中 * =（15- 35）厶 2 =e=1.2d3 =1.2 10 = 12mm . 3 = （25 〜 30） 3 所以，L2 =15 12 25 =52mm Q •為•.訂-（2〜3）其中轴承的宽度B =27mm ,箱体内侧与轴承端面间隙 .J =10mm，箱体内侧与齿轮端面的距离.i5=10mm。 L3 =27 10 10 3 = 50mm L4 =27mm L 5 = L 齿轮轮毂 - 其中 L 齿轮轮毂 二 （1 21 .3） d・〜 5 所以 L5 =1.2* 50-3 =57mm L6 =44mm 校核低速轴的疲劳强度 已知输出轴功率 \"QKW，转速n =59.38「min，从动齿轮4的分度圆的直径 P d = 346.5mm o 计算齿轮所受的力： 3 P n 3 8.27 59.38 6 、 转矩 T =9.55 10 2T 9.55 10 1.33 10 N mm 分度圆的圆周力 Ft = = d 2 1.33 10 ' = 7677N mm 346.5 Fr = Ft tan： = 7677 tan20 = 2794N mm <1）画输出轴的受力简图，如图所示 <2）画水平平面的弯矩图，如图所示。通过列水平平面的受力平衡方程 ，可求得 FAH 二 3027N FBH 二 4650N 则 M CH = 160.5FAN = 485833.5N mm ，可求得 （3>画竖直平面的弯矩图，如图所示。通过列竖直平面的受力平衡方程 FAV -1102N FBV -1692N MCV =160.5FAV =176871N mm (4>画合成弯矩图，如图所示 2 M c = . M CH ■ M CV 二 48583352 1768712 = 517027N mm (5＞画转矩图，如图所示。 6 P 6 8 27 6 T =9.55 10 9.55 10 1.33 10 N mm n 59.38 (6＞画当量弯矩图，如图所示，转矩按脉动循环，取 〉=°.6，则 :T 二 0.6 1.33 106 = 7.98 105 N mm Mec = .Me2 :T 2 二 5170272 1.33 10^ = 945452N mm M eC 二 由当量弯矩图可知C为危险截面，当量弯矩最大值为 945452N mm <7)验算轴直径 由第三强度理论校核 M 945452 3 eC 二 55.6mm 0.1 打.0.1 55 因为C截面有一键槽，所以需将直径增大 5% 则 d =55.6 \"05% = 58.38mm，而的设计直径为90mm，所以强度足够 C截面 图轴的强度校核 6键联接的选择及其校核计算 6.1键的设计和计算 （1＞选择键联接的类型和尺寸 一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键 对于低速轴 ＜川轴） 联轴器处 dl =63mm . ，与齿轮配合处轴径 d 2 =9° mm 杳表取.键宽 b1 18mm h1 = 11mm L^ 90mm = b2 二 25mm h2 二 14mm L2 二 100mm （2＞校核键联接的强度 查表 6-2 得 [ 工作长度 'p]=110MPa h =Lr _b| = 90 _ 18 = 72mm 35 / 38 12 二 L2 -b2 = 100-25 = 75mm (3＞键与轮毂键槽的接触高度 心=0.50 = 5.5mm K2 = 0.5h2 = 7mm 由式＜6-1)得: 4T1 103 p1 2 1330 1000k ilidi 4T2 10 C =106.62 V [S] 5.5 72 63 330 000 3 2 P2 K2l2d2 7 75 90 两者都合适 取键标记为: “ 灯 =56.3 V [J] 键 1： 18X 90 A GB/T1096-1979 键 2: 22X 100 A GB/T1096-1979 轴 键 表6-1平键联接尺寸 ＜摘自GB1096-1979 键槽 宽度b 极限偏差 公 称 尺 寸 公 称 轴H9 毂D10 轴N9 毂JS9 轴毂P9 公称 极限 尺 寸 极限 尺寸 偏差 +0.1 0 偏差 +0.1 0 较松联接 一般联接 较紧联 接 轴t 毂11 深度 公称尺 寸d 公称尺 寸 b＞＜h b >17 〜22 6汉6 6 > 22 〜30 8江7 8 >30 〜38 10汇8 10 >38 〜44 12汇8 12 > 44 〜50 14汉9 14 >50 〜58 16\"0 >65 〜75 20x12 >75 〜85 22\"4 >85 〜95 25x14 16 +0.030 0 +0.036 0 +0.043 0 +0.078 +0.030 +0.098 +0.040 +0.120 +0.060 0 -0.030 0 -0.036 0 -0.043 ± 0.015 -0.012 -0.042 -0.015 -0.051 3.5 4.0 5.0 5.0 5.5 2.8 3.3 ± 0.018 ± 0.0215 +0.2 0 3.3 3.3 3.8 4.3 +0.2 0 -0.018 -0.061 >58 〜65 18灯1 18 20 6.0 7.0 4.4 4.9 5.4 5.4 7.5 -0.022 9.0 9.0 22 +0.062 25 0 +0.149 +0.065 0 -0.062 ± 0.026 -0.074 >95 〜110 28X6 28 10 6.4 键的长 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 度系列 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 300, 360 表6-2键联接材料的许用挤压应力 ＜压强） 程工接联键或轴毂材料 载荷 ■钢 ■■减速器的箱体采用铸造VHT200制成，采用剖分式结构，为了保证齿轮配合质量， 大端盖分机体采用. 配合. L& V P 动联接 50 钢O 4 O 3 7减速器箱体的设计 H7 is6 1. 机体有足够的刚度 在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度 2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。 因其传动件速度小于12m/s,故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到 油池底面的距离H为40mm 为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面 粗糙度为 - 3. 机体结构有良好的工艺性 铸件壁厚为10,圆角半径为R=3机体外型简单，拔模方便. 6.3 4. 对附件设计 A 视孔盖和窥视孔 在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能 伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承 盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用 M6紧固 B 油螺塞： 放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油 孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承 面，并加封油圈加以密封。 C 油标： 油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。 油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出 . D 通气孔： 由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔 改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡 . E 盖螺钉： 启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。 钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹 . F 位销： 为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装 一圆锥定位销，以提高定位精度 . G 吊钩： 在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体 . 减速器机体结构尺寸如下： 6-3铸铁主要结构尺寸 减速器形式及尺寸关系/mm 名称 符号 齿轮减速器 箱座壁厚 箱盖壁厚 箱盖凸缘厚度 箱座凸缘厚度 箱座底凸缘厚度 地脚螺钉直径 地脚螺钉数目 轴承旁联接螺栓直径 盖与座联接螺栓直径 联接螺栓的D2距离 轴承端盖螺钉直径 检查孔盖螺钉直径 定位销直径 df、4、d2至外箱壁距离 df8 毎 bi b b2 df n 8 12 12 20 M16 4 M12 M8 126 M8 M12 M8 M10 di d2 l da d4 d Ci 、至凸缘边距离 d2C2 轴承旁凸台半径 凸台高度 外箱壁至轴承座端面距离 齿轮顶圆与内箱壁距离 齿轮端面与箱体内壁距离 箱盖、箱座肋厚 R h li 街 氐2 10 10 & 10 mi> m 轴承端盖外径 D2 102、 170 轴承旁联接螺栓距离 S 箱座深度 Hd 箱座咼度 H 箱座宽度 Ba 10.润滑密封设计 对于二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于 （1 .5~2） ，所以采用脂润滑，箱体内选用 滑，装至规定高度. 油的深度为H+h H=30 h1 =34 所以 H+d=30+34=64 其中油的粘度大，化学合成油，润滑效果好。 密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封，联接 凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为 密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太 大，国150mm并匀均布置，保证部分面处的密封性 110、196 200 215 246 SH0357-92中的50号润 8减速器附件的设计 8.1轴承的设计和计算 如图所示，减速器中的轴由一对深沟球轴承支承 •已知：轴的两端轴颈直径均为 di =°,轴受径向力 8 mmF r = 2794亦，工作中不受轴向力，工作转速n = 59.38r. min ,常 温下工 336 作，轴承预期寿命^二 ，L °°h . (1＞求轴承所受的载荷 轴承1: 径向载荷由静力学平衡方程式的 160.5 104.5 Fr1 -104.5 Fr =0 F r1 104.5 r 104 5 Fr 2794 =1102N 265 轴承2: 41 / 38 径向载荷由静力学平衡方程式的 Fr2 二 Fr - Fr1 = 2794 - 1102 二 1692N 轴承1、2: 轴向载荷 由于两轴承不受轴向力,故 Fa1 = Fa2 二 0N 轴承2承受的载荷大与轴承1所承受的载荷，故应按轴承2计算。 (2＞所选轴承为6316轴承 根据已知条件 d=80mm 1 ,查《机械设计基础实训指导》附表6-1得 C =122000N,C° =86500N 径向载荷系数X和轴向载荷系数丫 相对轴向 轴承类型 载荷 Fa/C。 判断系数 Fa/Fr Ae Fa / Fr 兰 e e X 丫 X 丫 0.014 0.19 2. 30 0.028 深沟球轴 0.22 1. 99 0.056 0.26 0.56 1. 71 1 1. 51 1. 45 0 承 0.084 0.11 0.28 0.30 0.17 0.28 0.42 0.56 0.34 0.38 0.42 0.44 1. 31 1. 15 1. 04 1. 00 9减速器的维护与保养 对皮带运输机实行定期维护保养的目的是。减少机器的故障，延长机器使用寿命；缩 短机器的停机时间；提高工作效率，降低作业成本。 齿轮的维护 <1）使用齿轮传动时，在启动、加载、卸载及换档的过程中应力求平稳，避免产生冲 击载荷，以防引起断齿等故障。 <2）经常检查润滑系统的状况 <如润滑油的油面高度等）。油面过底则润滑不良，油面 过高会增加搅油功率的损失。对于压力喷油润滑系统还需检查油压状况，油压过底会 造成供油不足，油压过高则可能是因为油路不畅通所致，需及时调整油压，还应按照 使用规则定期更换或补充规定牌号的润滑油。 <3）注意检查齿轮传动的工作状况，如有无不正常的声音或箱体过热现象。润滑不良 和装配不符合要求是齿轮失效的重要原因。声响监测和定期检查是发现齿轮损伤的主 要方法。 轴的维护 在工作过程中，对机械要定期检查和维修，对于轴的维护重点注意三个方面。 <1）认真检查轴和轴上零件的完好程度，若发现问题应及时维修或更换。轴的维修部 位主要是轴颈及轴端。对精度要求较高的轴，在磨损量较小时，可采用电镀法或热喷 涂<或喷焊）法进行修复。轴上花键、键槽损伤，可以用气焊或堆焊修复，然后再铣出 花键或键槽。也可以将原键槽焊补后再铣制新键槽。 <2）认真检查轴以及轴上主要传动零件工作位置的准确性、轴承的游隙变化并及时调 整。 <3）轴上的传动零件 <如齿轮、链轮等）和轴承必须保证良好的润滑，应当根据季节和 工作地点，按规定选用润滑剂并定期加注。要对润滑油及时检查和补充，必须及时更 换。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容