机械设计大作业
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2Ⅷ截面处弯矩为：
水平面弯矩：MHⅧ=R2H105=106365Nmm
垂直面弯矩：MVⅧ=R2V×105=21420 Nmm
合成弯矩后MⅧ= = =108500N·mm
3水平力简图与水平力弯矩图：
4垂直力简图与垂直力弯矩图：
5T=42020 Nmm
扭矩图：
弯矩按脉动循环变化处理，=0.6
Mca1= =25212 Nmm
2）直齿轮所受转矩 =9.55×106×3.3/750=42020N.mm；
3）计算齿轮受力：
齿轮分度圆直径：d=mz1=3×25=75mm
齿轮作用力：圆周力Ft=2T/d=2×42020/75=1121N
径向力Fr=Fttanα=1121×tan20°=408N；
2
1）选择轴的材料：该轴传递中小功率，转速较低，无特殊要求，故选择45调制处理，
② 若要精确校核强度，采用安全系数法计算：
Ⅰ-Ⅹ截面均为有应力集中源的剖面,均可能是危险截面,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ剖面均为过渡圆角引起应力集中，计算弯矩值很接近，只验算Ⅱ面即可。Ⅰ剖面与Ⅱ剖面相比较，只是应力集中影响不同，可取应力集中系数大的进行验算。Ⅶ和Ⅷ剖面相比较直径相同，Ⅷ剖面计算弯矩值较大，但应力集中影响较小（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），所以Ⅶ剖面较危险，需进行验算。
D、左起第四段，齿轮轴段：
3、4轴段间的轴肩确定：轴肩的h≈（0.07d3+3）~（0.1d3+5）mm，故取h=5mm，则d4=d3+h=35+5=40mm，齿轮宽度b=80mm，则l4=b-2=80-2=78mm；
E、左起第五段，轴环段：
4、5轴段间的轴肩确定：轴肩的h≈（0.07d4+3）~（0.1d4+5）mm，故取h=5mm，则d5=d4+h=40+5=45mm，轴肩宽l5取20mm；
圆周速度：v= ·d·n/(60×1000)= ×75×750/(60×1000)=2.94m/s
选齿轮精度为8级。
4
1)绘制轴的受力简图：
2)计算轴承的支反力：（所给图上有歧义，将L/2看做是到齿轮3的中点）
①垂直面的支承反力R1V、R2V：
= = =204N
R2V= = =204N
②水平面的支承反力R1H、R2H:
计算公式如下：
通过机械设计手册，查表得：
1、II面因配合花键所设定的键槽引起的应力集中，系数由机械设计手册表5-1-30得，因为σB=650MPa故kσ=1.82，kτ=1.62,εσ=0.88，εr=0.81
τm=τα=τmax/2=3.9 Mpa
[S]=1.5~1.8,故用安全系数法满足强度。
2、Ⅶ面因配合花键所设定的键槽引起的应力集中，系数由机械设计手册表5-1-30得，因为σB=650MPa故kσ=1.82，kτ=1.62,εσ=0.88，εr=0.76
得dmin=C =118× =19.34mm,圆整后取dmin=20.0mm;
计算所得为最小轴端处直径，由于该轴段需要开一个键槽，应将此处轴径增大3%~5%，即dmin=(1+5%)d=21.0,圆整后取dmin=25.0mm；
2)以圆整后的轴径为基础，考虑轴上零件固定、装拆及加工工艺性能要求，设计其余各轴段的直径和长度（包括初选滚动轴承的型号）。设计时，要考虑轴上所有零件的轴向、周向固定与定位。
其中，直齿轮采用平辐板铸造齿轮，参数如下：
齿轮分度圆直径：d=mz1=3×25=75mm
齿轮齿顶圆直径：da=d+2ha×m=75+2×1.0×3=81mm
齿轮齿根圆直径：df=d-2(ha+c)×m=75-2×1.25×3=67.5mm
齿轮基圆直径：db=dcosα=75×cos20°=70.78mm
机械设计大作业
单级直齿圆柱齿轮减速器输入轴组合设计
班级：
学号：
姓名：
题目：
题目一：单级直齿圆柱齿轮减速器输入轴组合设计
一、
题号
轴输入功率P（kW）
轴转速N1
(r/min)
齿轮齿数z1
齿轮模数m
齿轮宽度b (mm)
大带轮直径D(mm)
带型号
带根数Z
L(mm)
S(mm)
带传动压轴力Q（N）
1-5
3.3
750
由于没有轴向力的存在，且载荷、转速较低，考虑到经济因素选用深沟球轴承。轴低速旋转，且两轴承间无传动件，所以采用脂润滑、毛毡垫密封。由于轴承间无传动件，轴承跨距不可能很长，故采用两端固定。
A、大带轮开始左起第一段：
带轮尺寸为：ds=25mm，查询机械设计手册，取第一段轴端段轴径为d1=25mm，考虑到轴端挡盖作轴向固定的影响，则应把装带轮的轴段长度做的比带轮轮毂短2~3mm，因为带轮宽度lb为65mm，故取l1=63mm；
Mca2= = =98289Nmm
Mca3= = =111391Nmm
Mca4=MVIII=108500Nmm
得出Mca图：
4)确定危险剖面，计算轴的强度：
① 采用弯扭合成强度计算：
1、由当量弯扭图可以看出，有VIII危险截面，故校核该截面。由轴的材料为45调制碳素钢， =650MPa,故知 =60MPa,Me=111391N·mm。
1当量动载荷P的计算：
P= +
取X=1，Y=0
=1033N> ， =1033N
则P=1×1033=1033N
2基本额定动载荷C：
6207轴承的C=15.0KN=15000N，球轴承取
= = = h
6
轴与齿轮、轴与带轮间均采用平键连接，键材料用45号钢，采用A型键，轻载冲击 =110MPa
1在带轮处：由轴的直径为25mm通过查机械设计手册知键的尺寸为b=8mm,h=7mm,L=50mm,因为是A型键，故l=L-b=50-8=42mm
25
3
80
160
A
4
210
100
950
二、
通过完成轴系部件大作业，学会：
1.轴的结构设计过程
2.轴的强度计算方法
3.轴承的选型设计和寿命计算
4.轴承组合结构设计方法和过程
三、
1.
1）选择直齿圆柱齿轮的材料：
传动无特殊要求，为便于制造采用软齿面齿轮，由课本P166表11-1，大齿轮采用45#钢正火，硬度为156~217HBS，接触疲劳极限σHliຫໍສະໝຸດ Baidu=350~400Mpa,弯曲疲劳极限σFE=280~340Mpa；
J、虑轴上零件的周向固定，选择连接形式和配合符号
①轴与透盖之间的密封圈为间隙配合，符号为Ф30H7/m6
②轴与两轴承为过盈配合，符号为Ф35H7/K6
③直齿轮与轴，带轮与轴之间通过平键连接，通过查设计手册得键截面尺寸分别为b×h=10mm×8mm和8mm×7mm，齿轮处键槽长度为70mm，带轮处键槽长度为50mm，键槽深度分别为5mm、4mm。
轴系部件结构装配图如附图所示。
四
五、
H、确定轴套尺寸：
查询机械设计手册，轴套外径取45mm；
I、轴承盖：
取螺钉数6个，d1=45mm，d3=8mm，b=10mm，h=10mm，e=1.2d3=9.6mm，D0=D+2.5d3=92mm，D4=D-(10~15)mm，则取D4=D-12=60mm，D1=68mm，D2=112mm，m=17mm；
R1H= = =- 869N
R2H= = =1013N
则：
= = =893N
= = =1033N
3)绘制轴的弯矩图和转矩图：
轴的简图如下：
水平面弯矩图为MH，垂直面弯矩为MV，合成弯矩为M
1Ⅴ截面处的弯矩为：
水平面弯矩：MHV=F100=950100=95000Nmm
垂直面弯矩：MVV=0
合成弯矩后MV=95000 Nmm
机械性能由书上P241表14-1查得：
σB=650MPa,σs=360MPa,σ-1=300MPa,τ-1=155MPa
该材料的[τ]=30~40MPa, C=118~107 (由P245表14-2得)
3
1)按扭转强度计算轴的最小值dmin，然后按机械设计手册圆整成标准值;
取[τ]=35MPa,C=118;
= =23MPa< =110MPa
带轮处强度满足
2在齿轮处：由轴的直径为40mm，通过查询机械设计手册知键的尺寸为b=10mm,h=8mm,L=70mm,因为是A型键，故l=L-b=70-10=60mm
= =8.6MPa< =110MPa
齿轮处强度满足
7、完成轴承组合结构设计，绘出轴系部件的结构装配图。标注必要的尺寸
B、左起第二段：
1、2轴段间的轴肩确定：轴肩的h≈（0.07d1+3）~（0.1d1+5）mm，故取h=5mm，则d2=d1+h=25+5=30mm。6207型深沟球轴承的B=17mm，则由l2=S-lb/2-B/2确定l2=100-65/2-17/2=59mm，则l2=59mm；
C、左起第三段：
初选轴承型号选择，齿轮两侧安装一对6207型深沟球轴承。查询机械设计手册知6207型轴径d3=35mm；考虑到套筒的影响，则应把装带轮的轴段长度做的比带轮轮毂短2~3mm，由齿轮与轴承中心的距离为L/2=105mm,则可确定l3=B/2+L/2-b/2-2=17/2+105/2-40/2-2=39mm；
τm=τα=τmax/2=3.9 Mpa
[S]=1.5~1.8,故用安全系数法满足强度。
5
选择轴承一般应根据机械的类型、工作条件、可靠性要求及轴承的工作转速n，预先确定一个适当的使用寿命Lh，再进行额定动载荷和额定静载荷的计算。
轴承寿命计算公式：
=
因为是主要承受径向载荷而无轴向载荷，故选深沟球轴承，选择6206轴承
= 111391=17.4MPa< =60MPa
故采用弯扭合成强度计算VIII截面满足强度。
2、校核III处截面，由轴的材料为45调制碳素钢， =650MPa,故知 =60MPa,线性插值求出Me=69058N·mm。
= 69058=44.2MPa< =60MPa
故采用弯扭合成强度计算III截面满足强度。
F、左起第六段，轴肩段：
5、6轴段间的轴肩确定：轴肩的h≈（0.07d4+3）~（0.1d4+5）mm，故取h=5mm，则d6=d5-h=45-5=40mm，取轴径d6=40mm，l6=L/2-b/2-l5–B/2=105-40-20-17/2=36.5mm
G、左起第七段，轴承段：
6、7轴段间的轴肩确定：轴肩的h≈（0.07d4+3）~（0.1d4+5）mm，故取h=5mm，则d7=d6-h=40-5=35mm，取轴径d7=35mm，l7=B+2=17+2=19mm；
水平面弯矩：MHⅧ=R2H105=106365Nmm
垂直面弯矩：MVⅧ=R2V×105=21420 Nmm
合成弯矩后MⅧ= = =108500N·mm
3水平力简图与水平力弯矩图：
4垂直力简图与垂直力弯矩图：
5T=42020 Nmm
扭矩图：
弯矩按脉动循环变化处理，=0.6
Mca1= =25212 Nmm
2）直齿轮所受转矩 =9.55×106×3.3/750=42020N.mm；
3）计算齿轮受力：
齿轮分度圆直径：d=mz1=3×25=75mm
齿轮作用力：圆周力Ft=2T/d=2×42020/75=1121N
径向力Fr=Fttanα=1121×tan20°=408N；
2
1）选择轴的材料：该轴传递中小功率，转速较低，无特殊要求，故选择45调制处理，
② 若要精确校核强度，采用安全系数法计算：
Ⅰ-Ⅹ截面均为有应力集中源的剖面,均可能是危险截面,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ剖面均为过渡圆角引起应力集中，计算弯矩值很接近，只验算Ⅱ面即可。Ⅰ剖面与Ⅱ剖面相比较，只是应力集中影响不同，可取应力集中系数大的进行验算。Ⅶ和Ⅷ剖面相比较直径相同，Ⅷ剖面计算弯矩值较大，但应力集中影响较小（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），所以Ⅶ剖面较危险，需进行验算。
D、左起第四段，齿轮轴段：
3、4轴段间的轴肩确定：轴肩的h≈（0.07d3+3）~（0.1d3+5）mm，故取h=5mm，则d4=d3+h=35+5=40mm，齿轮宽度b=80mm，则l4=b-2=80-2=78mm；
E、左起第五段，轴环段：
4、5轴段间的轴肩确定：轴肩的h≈（0.07d4+3）~（0.1d4+5）mm，故取h=5mm，则d5=d4+h=40+5=45mm，轴肩宽l5取20mm；
圆周速度：v= ·d·n/(60×1000)= ×75×750/(60×1000)=2.94m/s
选齿轮精度为8级。
4
1)绘制轴的受力简图：
2)计算轴承的支反力：（所给图上有歧义，将L/2看做是到齿轮3的中点）
①垂直面的支承反力R1V、R2V：
= = =204N
R2V= = =204N
②水平面的支承反力R1H、R2H:
计算公式如下：
通过机械设计手册，查表得：
1、II面因配合花键所设定的键槽引起的应力集中，系数由机械设计手册表5-1-30得，因为σB=650MPa故kσ=1.82，kτ=1.62,εσ=0.88，εr=0.81
τm=τα=τmax/2=3.9 Mpa
[S]=1.5~1.8,故用安全系数法满足强度。
2、Ⅶ面因配合花键所设定的键槽引起的应力集中，系数由机械设计手册表5-1-30得，因为σB=650MPa故kσ=1.82，kτ=1.62,εσ=0.88，εr=0.76
得dmin=C =118× =19.34mm,圆整后取dmin=20.0mm;
计算所得为最小轴端处直径，由于该轴段需要开一个键槽，应将此处轴径增大3%~5%，即dmin=(1+5%)d=21.0,圆整后取dmin=25.0mm；
2)以圆整后的轴径为基础，考虑轴上零件固定、装拆及加工工艺性能要求，设计其余各轴段的直径和长度（包括初选滚动轴承的型号）。设计时，要考虑轴上所有零件的轴向、周向固定与定位。
其中，直齿轮采用平辐板铸造齿轮，参数如下：
齿轮分度圆直径：d=mz1=3×25=75mm
齿轮齿顶圆直径：da=d+2ha×m=75+2×1.0×3=81mm
齿轮齿根圆直径：df=d-2(ha+c)×m=75-2×1.25×3=67.5mm
齿轮基圆直径：db=dcosα=75×cos20°=70.78mm
机械设计大作业
单级直齿圆柱齿轮减速器输入轴组合设计
班级：
学号：
姓名：
题目：
题目一：单级直齿圆柱齿轮减速器输入轴组合设计
一、
题号
轴输入功率P（kW）
轴转速N1
(r/min)
齿轮齿数z1
齿轮模数m
齿轮宽度b (mm)
大带轮直径D(mm)
带型号
带根数Z
L(mm)
S(mm)
带传动压轴力Q（N）
1-5
3.3
750
由于没有轴向力的存在，且载荷、转速较低，考虑到经济因素选用深沟球轴承。轴低速旋转，且两轴承间无传动件，所以采用脂润滑、毛毡垫密封。由于轴承间无传动件，轴承跨距不可能很长，故采用两端固定。
A、大带轮开始左起第一段：
带轮尺寸为：ds=25mm，查询机械设计手册，取第一段轴端段轴径为d1=25mm，考虑到轴端挡盖作轴向固定的影响，则应把装带轮的轴段长度做的比带轮轮毂短2~3mm，因为带轮宽度lb为65mm，故取l1=63mm；
Mca2= = =98289Nmm
Mca3= = =111391Nmm
Mca4=MVIII=108500Nmm
得出Mca图：
4)确定危险剖面，计算轴的强度：
① 采用弯扭合成强度计算：
1、由当量弯扭图可以看出，有VIII危险截面，故校核该截面。由轴的材料为45调制碳素钢， =650MPa,故知 =60MPa,Me=111391N·mm。
1当量动载荷P的计算：
P= +
取X=1，Y=0
=1033N> ， =1033N
则P=1×1033=1033N
2基本额定动载荷C：
6207轴承的C=15.0KN=15000N，球轴承取
= = = h
6
轴与齿轮、轴与带轮间均采用平键连接，键材料用45号钢，采用A型键，轻载冲击 =110MPa
1在带轮处：由轴的直径为25mm通过查机械设计手册知键的尺寸为b=8mm,h=7mm,L=50mm,因为是A型键，故l=L-b=50-8=42mm
25
3
80
160
A
4
210
100
950
二、
通过完成轴系部件大作业，学会：
1.轴的结构设计过程
2.轴的强度计算方法
3.轴承的选型设计和寿命计算
4.轴承组合结构设计方法和过程
三、
1.
1）选择直齿圆柱齿轮的材料：
传动无特殊要求，为便于制造采用软齿面齿轮，由课本P166表11-1，大齿轮采用45#钢正火，硬度为156~217HBS，接触疲劳极限σHliຫໍສະໝຸດ Baidu=350~400Mpa,弯曲疲劳极限σFE=280~340Mpa；
J、虑轴上零件的周向固定，选择连接形式和配合符号
①轴与透盖之间的密封圈为间隙配合，符号为Ф30H7/m6
②轴与两轴承为过盈配合，符号为Ф35H7/K6
③直齿轮与轴，带轮与轴之间通过平键连接，通过查设计手册得键截面尺寸分别为b×h=10mm×8mm和8mm×7mm，齿轮处键槽长度为70mm，带轮处键槽长度为50mm，键槽深度分别为5mm、4mm。
轴系部件结构装配图如附图所示。
四
五、
H、确定轴套尺寸：
查询机械设计手册，轴套外径取45mm；
I、轴承盖：
取螺钉数6个，d1=45mm，d3=8mm，b=10mm，h=10mm，e=1.2d3=9.6mm，D0=D+2.5d3=92mm，D4=D-(10~15)mm，则取D4=D-12=60mm，D1=68mm，D2=112mm，m=17mm；
R1H= = =- 869N
R2H= = =1013N
则：
= = =893N
= = =1033N
3)绘制轴的弯矩图和转矩图：
轴的简图如下：
水平面弯矩图为MH，垂直面弯矩为MV，合成弯矩为M
1Ⅴ截面处的弯矩为：
水平面弯矩：MHV=F100=950100=95000Nmm
垂直面弯矩：MVV=0
合成弯矩后MV=95000 Nmm
机械性能由书上P241表14-1查得：
σB=650MPa,σs=360MPa,σ-1=300MPa,τ-1=155MPa
该材料的[τ]=30~40MPa, C=118~107 (由P245表14-2得)
3
1)按扭转强度计算轴的最小值dmin，然后按机械设计手册圆整成标准值;
取[τ]=35MPa,C=118;
= =23MPa< =110MPa
带轮处强度满足
2在齿轮处：由轴的直径为40mm，通过查询机械设计手册知键的尺寸为b=10mm,h=8mm,L=70mm,因为是A型键，故l=L-b=70-10=60mm
= =8.6MPa< =110MPa
齿轮处强度满足
7、完成轴承组合结构设计，绘出轴系部件的结构装配图。标注必要的尺寸
B、左起第二段：
1、2轴段间的轴肩确定：轴肩的h≈（0.07d1+3）~（0.1d1+5）mm，故取h=5mm，则d2=d1+h=25+5=30mm。6207型深沟球轴承的B=17mm，则由l2=S-lb/2-B/2确定l2=100-65/2-17/2=59mm，则l2=59mm；
C、左起第三段：
初选轴承型号选择，齿轮两侧安装一对6207型深沟球轴承。查询机械设计手册知6207型轴径d3=35mm；考虑到套筒的影响，则应把装带轮的轴段长度做的比带轮轮毂短2~3mm，由齿轮与轴承中心的距离为L/2=105mm,则可确定l3=B/2+L/2-b/2-2=17/2+105/2-40/2-2=39mm；
τm=τα=τmax/2=3.9 Mpa
[S]=1.5~1.8,故用安全系数法满足强度。
5
选择轴承一般应根据机械的类型、工作条件、可靠性要求及轴承的工作转速n，预先确定一个适当的使用寿命Lh，再进行额定动载荷和额定静载荷的计算。
轴承寿命计算公式：
=
因为是主要承受径向载荷而无轴向载荷，故选深沟球轴承，选择6206轴承
= 111391=17.4MPa< =60MPa
故采用弯扭合成强度计算VIII截面满足强度。
2、校核III处截面，由轴的材料为45调制碳素钢， =650MPa,故知 =60MPa,线性插值求出Me=69058N·mm。
= 69058=44.2MPa< =60MPa
故采用弯扭合成强度计算III截面满足强度。
F、左起第六段，轴肩段：
5、6轴段间的轴肩确定：轴肩的h≈（0.07d4+3）~（0.1d4+5）mm，故取h=5mm，则d6=d5-h=45-5=40mm，取轴径d6=40mm，l6=L/2-b/2-l5–B/2=105-40-20-17/2=36.5mm
G、左起第七段，轴承段：
6、7轴段间的轴肩确定：轴肩的h≈（0.07d4+3）~（0.1d4+5）mm，故取h=5mm，则d7=d6-h=40-5=35mm，取轴径d7=35mm，l7=B+2=17+2=19mm；