二级圆柱齿轮减速器输出轴设计

安徽科技学院机械设计大作业五
二级圆柱齿轮减速器输出轴设计
指导教师：***
小组成员：仲光宇 1608100326
周敏 1608100327
周伟 1608100328
彭和甲 1408100118
题目要求：
试设计如图所示二级圆柱齿轮减速器中的输出轴Ⅲ。

已知：该轴传递功率 P＝5 kW，转速 n = 140r/min，轮4为左旋斜齿圆柱齿轮，其分度圆直径为 d4＝206.96mm，轮宽为 b＝52 mm，螺旋角为β = 9°41´47''。

要求：
1.按照轴的设计步骤进行，特别是轴的结构设计要完整、合理、减小应力集中；
2.画出轴的装配图：周向和轴向定位，轴承的寿命校核与安装等等，同时画出轴的零件图；
设计过程：
1、计算输出轴上的转矩 3T
已知：输出轴功率：kW P 53=
输出轴转速：min /1403r n = 则有m N P T ⋅≈⨯==341071140
59550000n 9550000333 2、求作用在齿轮上的力
已知低速级大齿轮分度圆直径为：mm d 96.2064=
N
F F N F F N
N d T F t a n t r t 5197.9tan 3035tan 12117.9cos 20tan 3035cos /tan 303596.2063410712/243=⨯===⨯===⨯== ββα
分别为圆周力、径向力及轴向力，方向如图。

3、选取材料
可选轴的材料为45钢，调质处理。

4、计算轴的最小直径，查书370页表15-3可取0112A = mm n p d 9.36140
511233330min ≈⨯=A = 取mm d 37min =
取轴的最小直径为安装联轴器的直径1d ，为了使所选的轴直径1d 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。

联轴器的计算转矩1T K T A ca =，查《机械设计（第八版）》表14-1，
由于转矩变化很小，故取3.1=A K ，则
mm N T K T A ca ⋅=⨯==4433923410713.13
按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查《机械设计课程
设计手册手册》，选用LT7型弹性套柱销联轴器，选半联轴器的孔径mm 40d = ，故取 m m 40d 1=，半联轴器轴孔长度mm L 112= ，所以mm L 841=。

5、轴的结构设计
(1)拟定轴上的零件装配方案如下图：
（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1）为满足半联轴器的轴向定位，轴的第一段需制出一轴肩，故取mm d 452=；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=50mm 。

为了保证轴端挡圈只压在半联器上而不压在轴的的端面上，故1段的长度应比L 1略短些，取mm L 821=。

2）初步选定滚动轴承。

轴承同时受到径向力和轴向力的结果，选用单列圆锥滚子轴承。

参照工作要求，并根据mm d 452=，参考《机械设计课程设计手册》表6-7选取型号为30210，mm mm mm T D d 75.219050⨯⨯=⨯⨯，故mm d d 5073==故取mm l 75.217=。

右端滚动轴承采用轴肩定位。

由手册上查得30210型轴承的定位轴肩高度mm h 4=，因此，取mm d 586=。

3）取安装齿轮处的轴端4的直径mm d 554=；齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位。

已知齿轮的轮毂宽度为52mm ，为了使套筒端面可以紧靠的压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取mm l 504=。

齿
轮右端采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d ，故取h=4mm ，轴肩宽度b ≥1.4h ，取，mm d 635=；mm l 105=。

4）轴承端盖的总宽度为20mm （由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。

根据轴承盖的装拆及便于对轴承添加润脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端的距离mm l 30=，故取mm l 502=。

5）去齿轮距箱体内壁之间距离mm a 16=齿轮之间的距离mm c 20=，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距离箱体内壁一段距离s ，s=8mm ，已知滚动轴承的宽度mm T 75.21=，大锥齿轮轮毂长、L=50mm ，则
()mm
a s T l 75.47216875.2150523=+++=-+++=mm l s a c L l 8410816205056=-+++=-+++=
至此已初步确定各轴段的直径与长度。

（3）轴上零件的轴向定位
齿轮、联轴器与轴的轴向定位均采用平键连接。

按m m 40d 1=由表6-1查得812b ⨯=⨯h ，键槽用键槽铣刀加工，长L=70mm,同时为了保证联轴器与轴有良好的对称性，故选择半联轴器与轴的配合为67h k 。

同样，齿轮与轴的连接，选用平键451016b ⨯⨯=⨯⨯L h ，配合为6
7n h 。

滚动轴承的轴向定位是通过过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6.
(4)确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为245⨯，各轴肩处的圆角半径为R2。

6、求轴上的载荷
首先根据轴的结构故做出轴的计算简图，在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a 值。

对于30210型圆锥滚子轴承，由手册中查得a=20mm 。

因此，作为简支梁的轴的支撑跨距mm L L 5.17375.12075.5232=+=+。

根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。

从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C 是轴的危险截面。

现将计算出截面C 处的H M ，V
M 及M 的值列于下表。

7、按弯扭合成应力校核轴的强度
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C ）的强度。

根据公式及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环应变力，去6.0=α，轴的计算应力
()()MPa MPa W T M ca 6.18701.09600006.027********
321=⨯⨯+=+=ασ 前已选定轴的材料为45号钢，调制处理，由表15-1查得[]MPa 601=-σ。

因此，[]1-<σσca
，故安全。