11.9減速器輸出軸部件設計—習題課一級圓柱齒輪減速器由輸入軸部件、輸出軸部件和機體組成。以輸出軸部件為例說明部件設計方法：組成部件的各零件間相互依存、相互制約，使得有某些聯系的零件設計間要協同設計，一起完成，比如齒輪的設計，其與軸相配的直徑和長度就需要跟軸一起協同設計；軸的長度還與機體、軸承蓋等零件相關。設計過程是關聯零件協同設計而各個零件設計仍需要按照該零件的設計準則進行。（1）初定尺寸（軸的最小直徑、軸承型號等）（2）畫結構草圖（確定軸上所有零件的主要尺寸及其位置，完成軸的結構設計確定軸的跨距，齒輪的力的作用點。軸的徑向尺寸從最小軸頸的軸端依次設計；而軸的軸向尺寸從齒輪兩端開始，由中間向兩側展開。）（3）校核計算(強度、安全系數、壽命、極限轉速等)（4）完成部件圖設計(確定部件結構、尺寸、定位和固定)（5）完成零件圖設計（零件圖：尺寸、公差、技術要求等）輸出軸部件設計過程主要包括：輸出軸部件設計題目要求試設計帶式運輸機中齒輪減速器的輸出軸部件。已知：輸出軸功率P=2.74kW，轉矩T=289458N.mm，轉速n=90.4r/min,圓柱齒輪分度圓直徑d=253.643mm,齒寬b=62mm,圓周力Ft=2282.4N,徑向力Fr=849.3N,軸向力Fa=485.1N,載荷平穩，單向轉動，工作環境清潔，工作溫度＜100℃，兩班工作制，使用5年，大批量生產。

分析題目————設計要求軸向力————

軸承選型載荷平穩————

載荷系數K單向轉動————

扭轉切應力循環特征

r=+1、0、-1工作環境清潔————

密封裝置（齒輪設計）工作溫度＜100℃——軸承壽命計算中溫度系數兩班工作制使用年限5年————

壽命計算及其壽命系數大批量生產————

材料選擇、結構及工藝性1.選擇軸的材料：因傳遞的功率P=2.74kW，不大。并且帶式運輸機屬一般設備，結構無特殊要求，故選用軸常用材料：45號鋼，調質處理。2.初算軸徑：減速器的輸出軸轉軸按扭轉強度初算軸徑查表10.2得C=106~118考慮軸端彎矩比轉矩小，取C=1063.結構設計：1）軸承部件的結構形式：圖10.16和表10.3為便于軸承部件的裝拆機體采用剖分式結構傳遞的功率小,齒輪減速器效率高,發熱小,估計軸不會長（或初算）軸承部件可采用兩端固定方式2.初算軸徑(續前)：軸端與聯軸器用鍵聯結，鍵槽對軸的強度有所削弱2）聯軸器選擇及軸段1直徑d1、長度l1確定：為補償安裝誤差，隔離振動選彈性柱銷聯軸器聯軸器安裝在軸段1軸段1直徑d1應與聯軸器孔徑相同聯軸器的選型計算：帶式運輸機+載荷平穩，故計算轉矩TC：查表13.1KA=1.5（GB/T5014-2003）2）聯軸器選擇及軸段1直徑d1、長度l1確定(續)：查機械設計課程設計手冊P182的GB/T5014-2003LX2型彈性柱銷聯軸器符合要求：公稱轉矩為560000N.mm>434187N.mmLX2型彈性柱銷聯軸器參數：公稱轉矩560N.m,許用轉速6300r/min,軸孔直徑范圍20~35mm，軸孔長度隨結構變化。取聯軸器軸孔直徑為35mm（>dmin=34.7mm），J1型軸孔,軸孔長度為60mm，A型平鍵連接，聯軸器主動端的代號為：LX235×60GB/T5014-2003。2）聯軸器選擇及軸段1直徑d1、長度l1確定(續)：取軸端的直徑d1=35mm,該軸段長度應比聯軸器主動端軸孔長度60mm略短2~3mm,取l1為58mm。3）密封圈與密封圈所在軸段2：軸段2對聯軸器起軸向定位作用，見圖10.9h=2.45~3.5mm,則軸段2的直徑d2=d1+2h=39.9~42mm。3）密封圈與密封圈所在軸段2(續)：軸段2上有密封圈工作環境清潔，軸頸的圓周速度V=0.21m/s<5m/s故采用毛氈圈。用毛氈圈密封查《機械設計手冊》：選軸徑為40mm的氈圈。d2=40mm。d24）軸承與軸段3及軸段7：軸段3，7上有軸承，軸上Fa選擇角接觸球軸承為便于軸承安裝：d3>d2=40mm軸承內徑d3應在標準值系列內：d3=45mm初取軸承代號為7209C，其主要參數為：d=45mm,D=85mm,B=19mm,定位軸肩直徑da=52mmC=29800N,C0=23800N。4）軸承與軸段3及軸段7(續)：一般情況下，同一軸上的兩個軸承應取相同的型號，則軸段3，7的軸承相同：d7=d3=45mm軸段7的長度l7=B=19mm5）齒輪與軸段4：為便于齒輪安裝：d4>d3=45mm該段可取d4=48mm。為便于套筒對齒輪的準確定位軸段4的長度l4應比齒輪輪轂長略短此處，齒輪輪轂長=齒寬b=62mml4=b-2=60mm6）軸段5與軸段6：軸段5對齒輪軸向定位：d5=d4+2hh根據齒輪的倒角C1或軸頸d確定為：h=3.36~4.8mm取d5=55mm。肩環的寬度b=1.4h=1.4(d5-d4)/2=4.9mm取為10mm，即l5=10mm。軸段6對軸承軸向定位,且考慮軸承拆卸d6>d7=45mmda—軸承安裝尺寸52mm取d6=da=52mm軸段1軸段2軸段3軸段4軸段5軸段6軸段77）機體與軸段2,3,6長度靠結構確定8）鍵連接（GB/T10962003）：聯軸器及齒輪與軸的周向連接均用A型普通平鍵連接，分別為：鍵10×56GB1096-2003

鍵14×56GB1096-2003。zyxOIIIFR1VFR2VFR1HFR2HFaFrd/2FtT74748.6MV(N.mm)MH2947.5(N.mm)58576.794966.274806.7M(N.mm)T(N.mm)289458bbaa4.軸的受力分析：

1）畫軸的受力簡圖2）計算支撐反力：在水平面上：=894.3（N）=-45（N）負號表明了R2H的方向與圖中所示的方向相反！2）計算支撐反力（續）：在垂直平面上：軸承I的總支撐反力：軸承II的總支撐反力：3）畫彎矩圖：在水平面上：a-a剖面的左側：58576.7

1449.9（N）1142.1（N）3）畫彎矩圖（續）：在水平面上：a-a剖面的右側：在垂直平面上：a-a剖面：合成彎矩：a-a剖面左側：a-a剖面右側：4）畫轉矩圖：2947.5（N.mm）74806.7（N.mm）94966.2（N.mm）74806.7（N.mm）zyxOIIIR1VR2VR1HR2HFaFrd/2FtT59114.2MV(N.mm)MH8764.6(N.mm)52758.3792333.359760.4M(N.mm)T(N.mm)289458bbaa5.校核軸的強度(1)：用安全系數法a-a剖面的左側：比較重要的軸彎矩大有轉矩鍵槽有應力集中a-a剖面左側為危險剖面由表附表10.1查得：有鍵槽的a-a剖面抗彎剖面模量W、抗扭剖面模量WT的計算公式分別為：計算a-a剖面左側彎曲應力：計算扭轉切應力（變化規律不明）：對于調質處理的45鋼，由表10.1查得：查表10.1：材料的平均應力折算為應力幅的等效系數5.校核軸的強度（續）：S=8.18>[S]=1.5a-a剖面安全。鍵槽引起的有效應力集中系數，由附表10.4查得Kσ=1.83，Kτ=1.63(線性插值法)由附圖10.1可知：絕對尺寸系數εσ和ετ分為：0.84，0.78。軸磨削加工時的表面質量系數由表附圖10.2查得β=1.0由表10.5得13.9410.118.185.校核軸的強度：彎扭合成強度一般的轉軸

強度條件式：第三強度理論軸采用45鋼，調質處理6.校核鍵連接的強度：

聯軸器處鍵連接的擠壓應力：取鍵、軸、齒輪及聯軸器的材料都為鋼，查表6.1：靜連接條件下，齒輪處鍵連接的擠壓應力：顯然，顯然，7.校核軸承壽命：查得7209C的C=29800N,C0=23800N.1）計算軸承的軸向力：由表11.13可查得：7209C型軸承的內部軸向力計算公式為：則軸承I、II的內部軸向力分別為：FS1=0.4Fr1=0.4FR1=580(N)FS2=0.4Fr2=0.4FR2=456.8(N)Fr1Fr2FAFS1FS2III只須校核軸承I的壽