圆柱齿轮减速器小锥齿轮轴组合结构设计说明.docx
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圆柱齿轮减速器小锥齿轮轴组合结构设计说明
题目3:
圆锥-圆柱齿轮减速器小锥齿轮轴组合结构设计
方案:
设计方案数据:
输入功率P=5.5kW
轴转速n=1460(r/min)
小锥齿轮齿数Z1=25
大锥齿轮齿数Z2=99
齿轮模数m=3.5mm
a=100mm
b=50mm
c=80mm
轴承旁螺栓直径d=16mm
计算过程及设计说明
一、轴的设计计算
1、求扭矩T
已知:
轴输入功率p=5.5kw,轴转速n=1460(r/min)
得T=9550·P/n=35.9N·m
2、选择材料并按扭矩初算轴径
选用轴的材料为45钢,调质处理,由机械设计手册表查得:
硬度217~255HBS,σb=650Mpa,σs=360Mpa,σ-1=270Mpa,
τ-1=155Mpa
根据课本公式8-2,取A0=115
dmin=1153 √5.5/1460 ̄mm=18.50mm
考虑到最小直径处要连接联轴器要有键槽,将直径增大并取标
准值,则dmin=20mm
3、初步选择联轴器
要使轴颈与联轴器轴孔相适应,故应选择联轴器型号查课本P264,查工况系数K=1.5,Tc=K*T=1.5*35.9=59.25N·m
查《机械设计课程设计》P149表4.7-1得,取HL1弹性柱销联轴器,其额定转矩160N·m,半联轴器的孔径d1=20mm,故取d1-2=20mm,轴孔长度L=38mm,联轴器的轴配长度L1=36mm.
4.轴的结构设计
(1)拟定轴的装配方案如下图:
(2)轴上零件的定位的各段长度,直径,及定位
为了定位半联轴器,1-2轴右端有一轴肩,取d2-3=28mm
选滚动轴承:
因轴承同时承受有径向力和轴向力,故选用系列圆锥滚子轴承。
参考d2-3=28mm。
查《机械设计课程设计》P146,表4.6-3.选取标准精度约为03.尺寸系列30206.尺寸:
d×D×T=30×62×17.25
故d3-4=d5-6=30mm,而L3-4=17mm此两对轴承均采用轴肩定位,查表18-4,3030轴承轴肩定位高度h=4.5mm。
对圆锥滚子轴承还应有一个挡圈用来定位。
因此取d4-5=32mm。
同时还需要一个轴套来定位。
取安装齿轮处的直径d6-7=24mm,使套筒可靠的压在轴承上,故l5-6 轴承端盖宽度查《机械设计课程设计》表4.9-4得e=1.2d3=14.4mm,由结构确定m值为17.1mm由于装拆及添加润滑油的要求,轴承端盖与外端面与半联轴器右端面的距离l=30mm,故l2-3=14.4+30+17.1=61.5mm。 取l4-5=83mm 圆锥齿轮的轮毂宽度lh=(1.2~1.5)d6-7,取lh=36mm,齿轮端面与箱壁间距取5.5mm,l6-7=41.5mm。 轴上零件的周向定位 半联轴器与轴、齿轮与轴采用平键连接,即过度配合。 由《机械设计课程设计》表4.5-1,并考虑便于加工,取半联轴器的键剖面尺寸,齿轮键长L=半联轴器轮毂宽度-(5~10)=22mm,取齿轮处的键剖面尺寸,齿轮键长L=齿轮轮毂宽度-(5~10)=28mm。 配合均用H7/k6,滚动轴承采用轴肩及套筒定位。 轴承圈与轴的配合采用基孔制,轴尺寸公差为k6。 轴圆角: 5、轴强度的计算及校核 ①求平均节圆直径: 已知小锥齿轮齿数Z1=25mm,大锥齿轮齿数Z2=99mm,模数 m=3.5mm, 大端分度圆直径d=m·Z1=87.5,一般压力角α=20度 齿数比u=Z2/Z1=cotδ1=3.96,δ1=14.8度 系数ΦR=, 齿宽——b,常用ΦR=0.3。 齿宽中点分度圆直径dm和模数mm dm=d(1-0.5ΦR)=87.5×(1-0.5×0.3)=74.375mm mm=m(1-0.5ΦR)=3.5×(1-0.5×0.3)=2.98mm ②锥齿轮受力: 已知T=35.9N·m,则 圆周力: Ft=2000=2000×35.9/74.375=965.3N 径向力: Fr=Ft·tanα·cosδ1=339.8N 轴向力: Fa=Ft·tanα·sinδ1=89.6N 计算轴承的径向支反力 (1)、绘制轴受力简图见图(a) (2)、轴承支反力 水平面上的支反力: 由MH2=0R1H=Ft×58.5/83=965.3×58.5/83=680.4N 由MH1=0R2H=Ft×141.5/83=965.3×141.5/83=1645.6N 垂直方向支反力: 由MV2=0 R2V=(Fr×141.5-Fa×dm/2)/83=539.2N 由MV1=0 R1V=(Fr×58.5-Fa×dm/2)/83=199.4N 合成支反力: R1==709.1N R2==1731.7N ④画弯矩图、转矩图、计算转矩图 水平面弯矩图见图(c) =83×R1H=83×680.4=56473.2N·mm 垂直面弯矩图见图(e) Mv1=83×R1V=83×199.4=16550.2N·mm Mv2=141.5×R1V-58.5×R2V=141.5×199.4-58.5×539.2=-3328.1N·mm 合成弯矩图见图(f) M1==58848.4N·mm M2==3328.1N·mm 转矩图见图(g) T=45800N·mm 计算转矩图见图(h),转矩按脉动循环处理,即α≈0.6 Mca1== =27680.8N·mm Mca2== =64948.3N·mm Mca3=ΑT=0.6×45800=27480N·mm ⑤校核轴的强度 由轴承装配图可知: 1)、轴颈d1-2处剖面的直径最小而计算弯矩Mca3较大,故为危险截面。 该剖面的计算应力为 σca=Mca3/w=27480/(0.1×183)=47.1Mpa 2)、B剖面所承受的计算弯矩最大而轴径也为最大值,而直径与邻段直径相差不大,故剖面B为危险截面。 σca=Mca2/w=64948.3/(0.1×323)=19.8MPa 按表8-3查得: [σb]-1=59Mpa σca<[σb]-1,所以安全。 ⑥按疲劳强度计算安全系数 计算B剖面的安全系数 有效应力集中系数 kσ=2.16 kτ=1.92 绝对尺寸系数 εσ=0.88 ετ=0.81 加工表面的表面质量系数 β=0.92 应力总数 弯曲 Ψσ=0.34 扭转 Ψτ=0.21 计算抗弯模量与抗扭模量: 计算弯曲应力: B截面最大弯矩 M1=58848.4.N B截面最大扭矩 将弯曲应力看成对称循环应力求解,有: 计算扭转切应力: 将扭转切应力看作脉动循环应力求解,有: 按疲劳强度计算安全系数 综合安全系数 取[s]=1.5~1.8 S>[S],所以B剖面安全。 ⑦计算滚动轴承的使用寿命 已知: =709.1N =1731.7 做弯矩图: 计算派生轴向力 查《机械设计课程设计》表4.6-3得: 30305轴承的Y=2,Cr=44800,e=0.3 求轴承轴向载荷 由结构知, 计算轴承当量动载荷 查表,取X1=0.56,Y1=1.45 查表9-6,取X2=1,Y2=0 查表9-7,取fd=1.5 根据弯矩图可得,fm1=1.5,fm2=2 计算轴承寿命 因P2>P1,故计算按P2计算, 查表9-4得ft=1,圆锥滚子轴承取10/3,查表得Cr=44800N。 轴承寿命符合要求。 ⑧键连接的强度计算 校核平键的强度 平键的挤压应力计算公式为: 半联轴器处平键尺寸: h=6,d=20,l=22 圆锥齿轮处平键尺寸: h=7,d=24,l=28 带入公式得: 因两键均受冲击载荷,且为静联接, 故: 许用压应力 即: 两键的计算应力均小于许用应力,故判断其强度均合格。 轴组合结构设计计算说明书 专业: 机械工程(流体传动与智能控制课组) 班级: 机械14-6 设计者: 卢洪宇 学号: 1407100218 2016年12月12日 工程技术大学
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- 圆柱齿轮 减速器 齿轮轴 组合 结构设计 说明
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