二级展开式斜齿轮减速器输出轴组合结构设计斜齿圆柱齿轮减速器结构设计说明机械工程及自动化班设计者指导教师2014 年 12 月 26 日辽宁工程技术大学一、设计任务书及原始数据题目：二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器输出轴组合结构设计轴系结构简图二、根据已知条件计算传动件的作用力2.1计算齿轮处转矩T、圆周力F t、径向力F r、轴向力F a及链传动轴压力Q。

已知：轴输入功率P=4.3kW，转速n=130r/(min)。

转矩计算：mm N n P T •=⨯⨯=⨯=6.315884130/3.410550.9/10550.966 分度圆直径计算：mm z m d n 1.4164368cos /1034cos /21='''⨯=•= β 圆周力计算：N d T F t 3.15181.416/6.3158842/21=⨯== 径向力计算：N F F n t r 2.5584368cos /20tan 3.1518cos /tan ='''⨯== βα 轴向力计算：N F F t a 2164368tan 3.1518tan ='''⨯== β 轴压力计算： 计算公式为：)100060/(10001000⨯==npz PK vPK Q Q Q由于转速小，冲击不大，因此取K Q =1.2,带入数值得：N Q 3233)100060/(294.251303.42.11000=⨯⨯⨯⨯⨯=轴受力分析简图2.2计算支座反力1、计算垂直面（XOZ ）支反力Nl a l R s l Q R r y 2.5087215)80215(2.558)100215(3233)()(2=-•++⨯=-•++•=N R Q R R r y y 12962.55832332.508721=--=--= 2、计算垂直面（XOY ）支反力N l a l R R t z 4.953215)80215(3.1518)(2=-⨯=-=N R R R z t z 9.5644.9533.151821=-=-=3、计算垂直面（YOZ ）支反力 Ra=0N三、初选轴的材料，确定材料机械性能t四、进行轴的结构设计 4.1确定最小直径按照扭转强度条件计算轴的最小值d min 。

其设计公式为[]30362.01055.9nPA n P d T =⨯≥τ查表8-2，因弯矩较大故A 0取大值118，带入计算得：mm d 1.381303.41183== 因开有键槽，轴径需增大5% 得：D=40.01mm 圆整成标准值得： D 1=45mm4.2设计其余各轴段的直径和长度，且初选轴承型号 1、设计直径考虑轴上零件的固定、装拆及加工工艺要求。

首先考虑轴承选型，其直径末尾数必须是0、5，且为了便于计算，故D3初取60mm 。

考虑链轮及轴承2的固定，故D2取55。

考虑齿轮由轴套固定，故D4取62。

考虑轴承选型相同及齿轮固定问题D5取70，D6取66，D7取60。

2、设计各轴段长度考虑齿轮的拆装与定位L4取78。

考虑最左侧轴承的拆装与定位L7取25。

考虑链轮宽度B=72，L1取70。

考虑轴承2与齿轮的相对位置及轴承2的左端固定L3取54。

考虑链轮与轴承2的相对位置及轴承2的右端固定，故L2取52。

考虑齿轮左端固定及轴环强度问题，L5取8。

考虑齿轮与轴承1之间的相对位置及轴环的宽度，L6取75。

3、轴的初步结构设计图4、初选轴承型号由于31387.02.558216>==r a F F ，故选择向心推力轴承，考虑轴径为60，初选轴承型号为圆锥滚子轴承30212。

4.3选择连接形式与设计细部结构 1、选择连接形式连接形式主要是指链轮与齿轮的周向固定：初步选择利用键连接以固定链轮与齿轮。

而键的型号依据链轮与齿轮处轴径大小D1、D4分别为45mm 、62mm ，查《机械设计课程设计》中表20-1初选链轮处键的公称尺寸为14×9，而键长L1初取56mm ；初选齿轮处键的公称尺寸为18×11，键长L2初取63 2、设计细部结构五、轴的疲劳强度校核 5.1轴的受力图5.2绘制弯矩图1、垂直面（XOZ ）弯矩图tmmN a R a l R M z z z •=⨯=-⨯=•=-•=76272804.953)80215(9.564)(2142、水平面（XOY ）弯矩图mm N a l R M y y •=-⨯=-•=174960)80215(1296)(14 mm N s Q M y •=⨯=•=323300100323323、合成弯矩图mm N M M M y z •=+=3.19086224244mm N M M y •==323300225.3绘制转矩图14 2 376272N ·m14 2 3174960N ·mm323300N ·mm14 2 3190826.3N ·mm323300N ·mmmm N T •=6.3158845.4确定危险截面通过对轴上零件的受力分析，绘制弯矩及转矩图，并综合考虑轴径大小及键槽、圆角等因素对轴的应力影响，最终确定了5个危险截面。

Ⅰ截面弯矩较大，且开有键槽，有应力集中。

Ⅱ截面弯矩较大，且有应力圆角，有应力集中。

Ⅲ截面弯矩最大。

Ⅳ截面弯矩不大但截面小，有圆角，有应力集中。

Ⅴ截面弯矩小，但开有键槽，有应力集中。

5.4计算安全系数，校核轴的疲劳强度 1、计算Ⅰ截面处的安全系数3232320324)622/()762(71832/62)2/()(32/mm d t d bt d W =⨯-⨯-⨯=--=ππ3232343722)622/()762(71816/62)2/()(16/mm d t d bt d W T =⨯-⨯-⨯=--=ππ计算弯曲应力 I 截面处最大弯矩mm N M •=+⨯÷-=9.2405033.1908263080)3.190826323300(I 截面最大扭矩mm N T •=6.31588414 23T=315884.6N ·将弯曲应力看成对称循环应力求解，有： MPa W M a 8.1120324/9.240503/max ====σσ 0=m σ计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有：MPa W T T T a 61.3)437222/(6.315884)2/(2/=⨯===ττ MPa a m 61.3==ττ按疲劳强度计算安全系数16.6)034.0)78.095.0/(8.1181.1/(268))/(/(1=⨯+⨯⨯=ψ+=-m a K S σβεσσσσσσ 42.11)61.321.0)74.095.0/(61.36.1/(155))/(/(1=⨯+⨯⨯=ψ+=-m a K S τβεττττττ综合安全系数42.542.1116.642.1116.62222=+⨯=+=τστσS S S S S ca2、计算Ⅱ截面处的安全系数3338.2120532/6032/mm d W =⨯==ππ 3335.4241116/6016/mm d W T =⨯==ππ计算弯曲应力 Ⅱ截面最大弯矩mm N M •=+⨯÷-=3.2537513.1908263880)3.190826323300(Ⅱ截面最大扭矩mm N T •=6.315884将弯曲应力看成对称循环应力求解，有： MPa W M a 97.118.21205/3.253751/max ====σσ 0=m σ计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有：MPa W T T T a 72.3)5.424112/(6.315884)2/(2/=⨯===ττ MPa a m 72.3==ττ按疲劳强度计算安全系数22.7)034.0)81.095.0/(97.1158.1/(268))/(/(1=⨯+⨯⨯=ψ+=-m a K S σβεσσσσσσ 71.12)72.321.0)76.095.0/(72.341.1/(155))/(/(1=⨯+⨯⨯=ψ+=-m a K S τβεττττττ综合安全系数28.671.1222.771.1222.72222=+⨯=+=τστσS S S S S ca3、计算Ⅲ截面处的安全系数3338.2120532/6032/mm d W =⨯==ππ 3335.4241116/6016/mm d W T =⨯==ππ计算弯曲应力 Ⅲ截面最大弯矩mm N M •=323300Ⅲ截面最大扭矩mm N T •=6.315884将弯曲应力看成对称循环应力求解，有： MPa W M a 25.158.21205/323300/max ====σσ 0=m σ计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有：MPa W T T T a 72.3)5.424112/(6.315884)2/(2/=⨯===ττ MPa a m 72.3==ττ按疲劳强度计算安全系数95.8)034.0)81.095.0/(25.151/(268))/(/(1=⨯+⨯⨯=ψ+=-m a K S σβεσσσσσσ 24.17)72.321.0)76.095.0/(72.31/(155))/(/(1=⨯+⨯⨯=ψ+=-m a K S τβεττττττ综合安全系数94.724.1795.824.1795.82222=+⨯=+=τστσS S S S S ca4、计算Ⅳ截面处的安全系数3332.894632/4532/mm d W =⨯==ππ 3334.1789216/4516/mm d W T =⨯==ππ计算弯曲应力 Ⅳ截面最大弯矩mm N M •=⨯=11638836100/323300Ⅳ截面最大扭矩mm N T •=6.315884将弯曲应力看成对称循环应力求解，有： MPa W M a 0.132.8946/116388/max ====σσ 0=m σ计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有：MPa W T T T a 9.8)4.178922/(6.315884)2/(2/=⨯===ττ MPa a m 9.8==ττ按疲劳强度计算安全系数80.4)034.0)84.095.0/(0.1326.2/(268))/(/(1=⨯+⨯⨯=ψ+=-m a K S σβεσσσσσσ 75.3)9.821.0)78.095.0/(9.814.2/(155))/(/(1=⨯+⨯⨯=ψ+=-m a K S τβεττττττ综合安全系数96.275.380.475.380.42222=+⨯=+=τστσS S S S S ca5、计算Ⅴ截面处的安全系数323233.7611)452/()5.545(5.51432/45)2/()(32/mm d t d bt d W =⨯-⨯-⨯=--=ππ323235.16557)452/()5.545(5.51416/45)2/()(16/mm d t d bt d W T =⨯-⨯-⨯=--=ππ计算弯曲应力 Ⅴ截面处最大弯矩mm N M •=⨯=9052428100/323300Ⅴ截面最大扭矩mm N T •=6.315884将弯曲应力看成对称循环应力求解，有： MPa W M a 9.113.7611/90524/max ====σσ 0=m σ计算扭转切应力将扭转切应力看作脉动循环应力求解，有：MPa W T T T a 5.9)5.165572/(6.315884)2/(2/=⨯===ττ MPa a m 5.9==ττ按疲劳强度计算安全系数78.6)034.0)84.095.0/(9.1181.1/(268))/(/(1=⨯+⨯⨯=ψ+=-m a K S σβεσσσσσσ54.4)5.921.0)78.095.0/(5.96.1/(155))/(/(1=⨯+⨯⨯=ψ+=-m a K S τβεττττττ综合安全系数77.354.478.654.478.62222=+⨯=+=τστσS S S S S ca综上所述：所校核截面的安全系数均大于许用安全系数[S]=2.0，故轴设计满足安全。