一級(jí)直齒圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)說明書教學(xué)提綱

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。一級(jí)直齒圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)說明書目錄【內(nèi)嵌文件提取方法：下載完整版DOC個(gè)時(shí)候打開，雙擊DOC文件內(nèi)內(nèi)嵌的文件的圖標(biāo)可直接編輯（需安裝了AUTOCAD,編輯時(shí)就可選擇另存文件到.）】下面為3個(gè)內(nèi)嵌DWG格式文件：分別為軸/齒輪/裝配圖設(shè)計(jì)任務(wù)書一、傳動(dòng)方案的擬定及電動(dòng)機(jī)的選擇2二、V帶選擇4三高速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)6四、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算9五、滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算13六、鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算14七、聯(lián)軸器的選擇14八、減速器附件的選擇14九、潤(rùn)滑與密封15十、設(shè)計(jì)小結(jié)16十一、參考資料目錄16說明書后附有關(guān)于

2、減速器的一個(gè)附錄設(shè)計(jì)題號(hào)：3數(shù)據(jù)如下:已知帶式輸送滾筒直徑320mm，轉(zhuǎn)矩T=130Nm，帶速V=1.6m/s，傳動(dòng)裝置總效率為=82%。一、擬定傳動(dòng)方案由已知條件計(jì)算驅(qū)動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)速n,即r/min一般選用同步轉(zhuǎn)速為1000r/min或1500r/min的電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，因此傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比約為10或15。根據(jù)總傳動(dòng)比數(shù)值，初步擬定出以二級(jí)傳動(dòng)為主的多種傳動(dòng)方案。2.選擇電動(dòng)機(jī)1）電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式按工作要求和工作條件，選用一般用途的Y（IP44）系列三相異步電動(dòng)機(jī)。它為臥式封閉結(jié)構(gòu)。2）電動(dòng)機(jī)容量（1）滾筒輸出功率Pw（2）電動(dòng)機(jī)輸出功率P根據(jù)傳動(dòng)裝置總效率及查表2-4得：V帶傳動(dòng)1=0.

3、945；滾動(dòng)軸承2=0.98；圓柱齒輪傳動(dòng)3=0.97；彈性聯(lián)軸器4=0.99；滾筒軸滑動(dòng)軸承5=0.94。（3）電動(dòng)機(jī)額定功率Ped由表20-1選取電動(dòng)機(jī)額定功率Ped=2.2kw。3）電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為了便于選擇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，先推算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍。由表2-1查得V帶傳動(dòng)常用傳動(dòng)比范圍i1=24,單級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比范圍i2=36，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為nd=ni1i2=5732292r/min方案電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率（kw）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）電動(dòng)機(jī)質(zhì)量（kg）傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比同步滿載總傳動(dòng)比V帶傳動(dòng)單級(jí)減速器1Y100L1-42.2150014203414.8734.962Y112M-6

4、2.21000940459.842.53.94由表中數(shù)據(jù)可知兩個(gè)方案均可行，方案1相對(duì)價(jià)格便宜，但方案2的傳動(dòng)比較小，傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)尺寸較小，整體結(jié)構(gòu)更緊湊，價(jià)格也可下調(diào)，因此采用方案2，選定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y112M-6。4）電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)和外形、安裝尺寸由表20-1，20-2查出Y112M-6型電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)和外形、安裝尺寸，并列表記錄備用（略）。3.計(jì)算傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比1）傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比2）分配各級(jí)傳動(dòng)比取V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比i1=2.5，則單級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比為所得i2值符合一般圓柱齒輪傳動(dòng)和單級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比的常用范圍。4.計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)1）各軸

5、轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)軸為0軸，減速器高速軸為I軸，低速軸為軸，各軸轉(zhuǎn)速為n0=nm=940r/minnI=n0/i1=940/2.5376nII=nI/i2=376/3.9495.5r/min2）各軸輸入功率按電動(dòng)機(jī)額定功率Ped計(jì)算各軸輸入功率，即P0=Ped=2.2kwPI=P01=2.2x0.9452.079kwPII=PI23=2.079x0.98x0.971.976kw3）各軸轉(zhuǎn)矩To=9550 xP0/n0=9550 x2.2/940=22.35NmTI=9550 xPI/nI=9550 x2.079/376=52.80NmTII=9550 xPII/nII=9550 x1.976/95.5

6、=197.6Nm二、V帶選擇選擇V帶的型號(hào)根據(jù)任務(wù)書說明，每天工作8小時(shí)，載荷平穩(wěn)，由精密機(jī)械設(shè)計(jì)的表7-5查得KA=1.0。則Pd=PIKA=1.02.2=2.2kW根據(jù)Pd=2.2和n1=940r/min,由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)圖7-17確定選取A型普通V帶。確定帶輪直徑D1，D2。由圖7-17可知，A型V帶推薦小帶輪直徑D1=125140mm?？紤]到帶速不宜過低，否則帶的根數(shù)將要增多，對(duì)傳動(dòng)不利。因此確定小帶輪直徑D1=125mm。大帶輪直徑，由公式D2=iD1（1-）(其中取0.02)由查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)表9-1，取D2=315mm。檢驗(yàn)帶速vv=1.6m/s25m/s確定帶的基準(zhǔn)

7、長(zhǎng)度根據(jù)公式729：0.7（D1+D2）a2（D1+D2）初定中心距500mm依據(jù)式（7-12）計(jì)算帶的近似長(zhǎng)度L=1708.9mm由表7-3選取Ld=1800mm，KL=1.01確定實(shí)際中心距a=545.6mm驗(yàn)算小帶包角1=1600計(jì)算V帶的根數(shù)z。由表7-8查得P01.40，由表7-9查得Ka=0.95，由表7-10查得P0=0.11，則V帶的根數(shù)=1.52根取z=2計(jì)算帶寬BB=（z-1）e+2f由表7-4得：B=35mm三高速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)選擇材料、精度及參數(shù)小齒輪：45鋼，調(diào)質(zhì)，HB1=240大齒輪：45鋼，正火，HB2=190模數(shù)：m=2齒數(shù)：z1=24z2=96齒數(shù)比：u=z2

8、/z1=96/24=4精度等級(jí)：選8級(jí)（GB10095-88）齒寬系數(shù)d:d=0.83（推薦取值：0.81.4）齒輪直徑：d1=mz1=48mmd2=mz2=192mm壓力角：a=200齒頂高：ha=m=2mm齒根高：hf=1.25m2.5mm全齒高：h=(ha+hf)=4.5mm中心距：a=m(z1+z2)/2=120mm小齒輪寬：b1=dd1=0.8348=39.84mm大齒輪寬：根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)P24,為保證全齒寬接觸，通常使小齒輪較大齒輪寬，因此得：b2=40mm計(jì)算齒輪上的作用力設(shè)高速軸為1，低速軸為2圓周力：Ft1=2T1/d=2200NFt2=2T/d=2058.3N徑向

9、力：Fr1=F1ttana=800.7NFr2=F2ttana=749.2N軸向力為幾乎為零2）齒輪許用應(yīng)力HF及校驗(yàn)ZH節(jié)點(diǎn)齒合系數(shù)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)直齒輪，an=20,=0,ZH=1.76ZE彈性系數(shù)，。當(dāng)兩輪皆為鋼制齒輪（=0.3，E1=E2=2.10 x10N/mm2）時(shí)，ZE=271；Z重合系數(shù)，。對(duì)于直齒輪，Z=1。.K載荷集中系數(shù)，由精密機(jī)械設(shè)計(jì)圖8-38選取，k=1.08Kv動(dòng)載荷系數(shù)，精密機(jī)械設(shè)計(jì)圖8-39，kv=1.02計(jì)算得H=465.00Nmm-2對(duì)應(yīng)于NHO的齒面接觸極限應(yīng)力其值決定于齒輪齒輪材料及熱處理?xiàng)l件，精密機(jī)械設(shè)計(jì)表8-10；=2HBS+69=240 x2+69=54

10、9Nmm-2。SH安全系數(shù)。對(duì)于正火、調(diào)質(zhì)、整體淬火的齒輪，去SH=1.1；KHL壽命系數(shù)。式中NHO：循環(huán)基數(shù)，查精密機(jī)械設(shè)計(jì)圖8-41，NHO=1.5x107；NH：齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，NH=60nt=60 x376x60 x8=1.08288x107；取KHL=1.06=529.04Nmm-2H=465.00Nmm-2=529.04Nmm-2因此接觸強(qiáng)度足夠B齒寬，=0.83x48=39.84；許用彎曲應(yīng)力；查表8-11得=1.8x240=432Nmm-2，=1.8，=1（齒輪雙面受載時(shí)的影響系數(shù)，單面取1，雙面區(qū)0.70.8），（壽命系數(shù)）循環(huán)基數(shù)取4x106,循環(huán)次數(shù)=60nt=60

11、 x376x60 x8=1.08288x107KFL=0.8471YF齒形系數(shù)。查精密機(jī)械設(shè)計(jì)圖8-44，YF=3.73計(jì)算得=240Nmm-2F=113.45Nmm-2F因此彎曲強(qiáng)度足夠四、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的材料選用45鋼估算軸的直徑根據(jù)精密機(jī)械設(shè)計(jì)P257式(10-2)，查表10-2軸的最小直徑取C=110或=30計(jì)算得d1min20mmd2min30mm取d1=20mm，d2=30mm軸的各段軸徑根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)P26，當(dāng)軸肩用于軸上零件定位和承受內(nèi)力時(shí)，應(yīng)具有一定高度，軸肩差一般可取610mm。用作滾動(dòng)軸承內(nèi)圈定位時(shí)，軸肩的直徑應(yīng)按軸承的安裝尺寸取。如果兩相鄰軸段直徑的變化僅是為

12、了軸上零件裝拆方便或區(qū)分加工表面時(shí)兩直徑略有差值即可，例如取15mm也可以采用相同公稱直徑而不同的公差數(shù)值。按照這些原則高速軸的軸徑由小到大分別為：20mm,22mm,25mm,48mm,25mm；低速軸的軸徑由小到大分別為：30mm,32mm,35mm,40mm,48mm，35mm。軸的各段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)1)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)表3-1，表4-1以及圖4-1，得取8mm,1取8mm,齒輪頂圓至箱體內(nèi)壁的距離：1=10mm齒輪端面至箱體內(nèi)壁的距離：2=10mm軸承端面至箱體內(nèi)壁的距離（軸承用油潤(rùn)滑時(shí)）：3=5mm箱體外壁至軸承座孔端面的距離：L1=+C1+C2+(510)=45mm軸承端蓋凸緣厚

13、度：e=10mm2)帶輪寬：35mm聯(lián)軸器端：60mm軸承的厚度B01=15mm,B02=17mm根據(jù)上面數(shù)據(jù)，可以確定各段軸長(zhǎng)，由小端到大端依次為：高速軸：35mm,42mm，16mm,12mm,40mm,12mm,16mm低速軸：60mm,40mm,30mm，40mm，10mm,17mm軸的校核計(jì)算（精密機(jī)械設(shè)計(jì)P257P262，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)）對(duì)于高速軸校核：FrFtFzLcLaLbL垂直面內(nèi)支點(diǎn)反力：La:28.5帶輪中徑到軸承距離，Lb：67.5mm兩軸承間距離。校核FrA=Fr+FrB1065.5N=（749.2+316.3）N類似方法求水平面內(nèi)支點(diǎn)反力：V帶在軸上的載荷可近似地由下

14、式確定：；F0單根V帶的張緊力（N）Pd計(jì)算功率Pd=2.079Kw;ZV帶的根數(shù)；=6.2ms-1（為帶速）Ka包角修正系數(shù)Ka=0.95qV帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量q=0.10（kgm-1）精密機(jī)械設(shè)計(jì)表7-11計(jì)算得F0=144.7Fz=570N（lc=Lc=67中軸到軸承距離）N,MA=FrLa=21352.2NmmMB=0同理求得：M=A=FtLa=58662.4NmmM=B=FzLc=38190NmmNmmNmm已知T=52800Nmm，選用軸的材料為45鋼，并經(jīng)正火處理。查精密機(jī)械設(shè)計(jì)表10-1，其強(qiáng)度極限=600Nmm-2，并查表10-3與其對(duì)應(yīng)的=55Nmm-2，=95Nmm-2故可求

15、出Nmm同理得MvB=31098.7Nmmmm在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中定出的該處直徑dA=25mm,故強(qiáng)度足夠。同理對(duì)高速軸的校核中：d=33.2mm,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中定出的該處直徑d=35mm,故強(qiáng)度足夠。五、滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算根據(jù)任務(wù)書上表明的條件：載荷平穩(wěn)，以及軸承主要受到軸向力，所以選擇圓錐滾子軸承。由軸徑的相應(yīng)段根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)表15-7選擇輕窄（2）系列，其尺寸分別為：內(nèi)徑：d1=25mm,d2=35mm外徑：D1=52mm.D2=72mm寬度：B1=15mm，B2=17mm滾動(dòng)軸承的當(dāng)量載荷為：0，X=1；Y=0；則C額定動(dòng)載荷，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)表15-7而題目要求的軸承壽命為

16、，故軸承的壽命完全符合要求六、鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算1根據(jù)軸徑的尺寸，由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)表14-1高速軸與V帶輪聯(lián)接的鍵為：鍵C8X30GB1096-79大齒輪與軸連接的鍵為：鍵12X32GB1096-79軸與聯(lián)軸器的鍵為：鍵C8X50GB1096-792鍵的強(qiáng)度校核齒輪與軸上的鍵：鍵C1232GB1096-79bh=128,L=32,則Ls=L-b=20mm圓周力：Fr=2TII/d=2197600/40=9880N擠壓強(qiáng)度：=123.5125150MPa=p因此擠壓強(qiáng)度足夠剪切強(qiáng)度：=82.3120MPa=因此剪切強(qiáng)度足夠鍵C830GB1096-79和鍵C856GB1096-79根據(jù)上

17、面的步驟校核，并且符合要求。七、聯(lián)軸器的選擇根據(jù)軸徑的和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)表17-1選擇聯(lián)軸器的型號(hào)：GB3852-83J1一對(duì)組合軸孔直徑：d=30mm,長(zhǎng)度：L=60mm八、減速器附件的選擇通氣器由于在室內(nèi)使用，選通氣器（一次過濾），采用M161.5油面指示器選用游標(biāo)尺M(jìn)16起吊裝置采用箱蓋吊耳、箱座吊耳，雙螺釘起吊螺釘放油螺塞選用外六角油塞及墊片M141.5根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)表13-7選擇適當(dāng)型號(hào)：起蓋螺釘型號(hào)：GB578386M620,材料Q235高速軸軸承蓋上的螺釘：GB578386M620,材料Q235低速軸軸承蓋上的螺釘：GB578386M620,材料Q235螺栓：GB5

18、78286M1080，材料Q235九、潤(rùn)滑與密封1.齒輪的潤(rùn)滑采用浸油潤(rùn)滑，由于為單級(jí)圓柱齒輪減速器，速度12m/s，當(dāng)m40)的減速器。單級(jí)減速器的傳動(dòng)比如果過大，則其外廓尺寸將很大。二級(jí)和二級(jí)以上圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)布置形式有展開式、分流式和同軸式等數(shù)種。展開式最簡(jiǎn)單，但由于齒輪兩側(cè)的軸承不是對(duì)稱布置，因而將使載荷沿齒寬分布不均勻，且使兩邊的軸承受力不等。為此，在設(shè)計(jì)這種減速器時(shí)應(yīng)注意：1)軸的剛度宜取大些；2)轉(zhuǎn)矩應(yīng)從離齒輪遠(yuǎn)的軸端輸入，以減輕載荷沿齒寬分布的不均勻；3)采用斜齒輪布置，而且受載大的低速級(jí)又正好位于兩軸承中間，所以載荷沿齒寬的分布情況顯然比展開好。這種減速器的高速級(jí)齒輪常

19、采用斜齒，一側(cè)為左旋，另一側(cè)為右旋，軸向力能互相抵消。為了使左右兩對(duì)斜齒輪能自動(dòng)調(diào)整以便傳遞相等的載荷，其中較輕的齠輪軸在軸向應(yīng)能作小量游動(dòng)。同軸式減速器輸入軸和輸出軸位于同一軸線上，故箱體長(zhǎng)度較短。但這種減速器的軸向尺寸較大。圓柱齒輪減速器在所有減速器中應(yīng)用最廣。它傳遞功率的范圍可從很小至40000kW，圓周速度也可從很低至60m/s一70ms，甚至高達(dá)150ms。傳動(dòng)功率很大的減速器最好采用雙驅(qū)動(dòng)式或中心驅(qū)動(dòng)式。這兩種布置方式可由兩對(duì)齒輪副分擔(dān)載荷，有利于改善受力狀況和降低傳動(dòng)尺寸。設(shè)計(jì)雙驅(qū)動(dòng)式或中心驅(qū)動(dòng)式齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)設(shè)法采取自動(dòng)平衡裝置使各對(duì)齒輪副的載荷能得到均勻分配，例如采用滑動(dòng)軸承

20、和彈性支承。圓柱齒輪減速器有漸開線齒形和圓弧齒形兩大類。除齒形不同外，減速器結(jié)構(gòu)基本相同。傳動(dòng)功率和傳動(dòng)比相同時(shí)，圓弧齒輪減速器在長(zhǎng)度方向的尺寸要比漸開線齒輪減速器約30。151，2圓錐齒輪減速器它用于輸入軸和輸出軸位置布置成相交的場(chǎng)合。二級(jí)和二級(jí)以上的圓錐齒輪減速器常由圓錐齒輪傳動(dòng)和圓柱齒輪傳動(dòng)組成，所以有時(shí)又稱圓錐圓柱齒輪減速器。因?yàn)閳A錐齒輪常常是懸臂裝在軸端的，為了使它受力小些，常將圓錐面崧，作為，高速極：山手面錐齒輪的精加工比較困難，允許圓周速度又較低，因此圓錐齒輪減速器的應(yīng)用不如圓柱齒輪減速器廣。1513蝸桿減速器主要用于傳動(dòng)比較大(j10)的場(chǎng)合。通常說蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、輪廓尺寸小

21、，這只是對(duì)傳減速器的傳動(dòng)比較大的蝸桿減速器才是正確的，當(dāng)傳動(dòng)比并不很大時(shí)，此優(yōu)點(diǎn)并不顯著。由于效率較低，蝸桿減速器不宜用在大功率傳動(dòng)的場(chǎng)合。蝸桿減速器主要有蝸桿在上和蝸桿在下兩種不同形式。蝸桿圓周速度小于4m/s時(shí)最好采用蝸桿在下式，這時(shí)，在嚙合處能得到良好的潤(rùn)滑和冷卻條件。但蝸桿圓周速度大于4m/s時(shí)，為避免攪油太甚、發(fā)熱過多，最好采用蝸桿在上式。15.1.4齒輪-蝸桿減速器它有齒輪傳動(dòng)在高速級(jí)和蝸桿傳動(dòng)在高速級(jí)兩種布置形式。前者結(jié)構(gòu)較緊湊，后者效率較高。152傳動(dòng)比分配在設(shè)計(jì)二級(jí)和二級(jí)以上的減速器時(shí)，合理地分配各級(jí)傳動(dòng)比是很重要的，因?yàn)樗鼘⒂绊憸p速器的輪廓尺寸和重量以及潤(rùn)滑的條件。傳動(dòng)比分

22、配的基本原則是：1)使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力近于相等；2)使各級(jí)傳動(dòng)中的大齒輪浸入油中的深度大致相近，從而使?jié)櫥顬榉奖悖?)使減速器獲得最小的外形尺寸或重量等。當(dāng)二級(jí)圓柱齒輪減速器按照輪齒接觸強(qiáng)度相等的條件進(jìn)行傳動(dòng)比分配時(shí)，應(yīng)該取高速級(jí)的傳動(dòng)比。三級(jí)圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)比分配同樣可以采用二級(jí)減速器的分配原則。153減速器結(jié)構(gòu)近年來，減速器的結(jié)構(gòu)有些新的變化。為了和沿用已久、國(guó)內(nèi)目前還在普遍使用的減速器有所區(qū)別，這里分列了兩節(jié)，并稱之為傳統(tǒng)型減速器結(jié)構(gòu)和新型減速器結(jié)構(gòu)。1531傳統(tǒng)型減速器結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)減速器的箱體是用中等強(qiáng)度的鑄鐵鑄成，重型減速器用高強(qiáng)度鑄鐵或鑄鋼。少量生產(chǎn)時(shí)也可以用焊接箱體。鑄造

23、或焊接箱體都應(yīng)進(jìn)行時(shí)效或退火處理。大量生產(chǎn)小型減速器時(shí)有可能采用板材沖壓箱體。減速器箱體的外形目前比較傾向于形狀簡(jiǎn)單和表面平整。箱體應(yīng)具有足夠的剛度，以免受載后變形過大而影響傳動(dòng)質(zhì)量。箱體通常由箱座和箱蓋兩部分所組成，其剖分面則通過傳動(dòng)的軸線。為了卸蓋容易，在剖分面處的一個(gè)凸緣上攻有螺紋孔，以便擰進(jìn)螺釘時(shí)能將蓋頂起來。聯(lián)接箱座和箱蓋的螺栓應(yīng)合理布置，并注意留出扳手空間。在軸承附近的螺栓宜稍大些并盡量靠近軸承。為保證箱座和箱蓋位置的準(zhǔn)確性，在剖分面的凸緣上應(yīng)設(shè)有23個(gè)圓錐定位銷。在箱蓋上備有為觀察傳動(dòng)嚙合情況用的視孔、為排出箱內(nèi)熱空氣用的通氣孔和為提取箱蓋用的起重吊鉤。在箱座上則常設(shè)有為提取整個(gè)

24、減速器用的起重吊鉤和為觀察或測(cè)量油面高度用的油面指示器或測(cè)油孔。關(guān)于箱體的壁厚、肋厚、凸緣厚、螺栓尺寸等均可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，見有關(guān)圖冊(cè)。關(guān)于視孔、通氣孔和通氣器、起重吊鉤、油面指示Oe等均可從有關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)和圖冊(cè)中查出。在減速器中廣泛采用滾動(dòng)軸承。只有在載荷很大、工作條件繁重和轉(zhuǎn)速很高的減速器才采用滑動(dòng)軸承。關(guān)于滾動(dòng)軸承類型的選擇及其組合設(shè)計(jì)詳見滾動(dòng)軸承一章。153，2新型減速器結(jié)構(gòu)下面列舉兩種聯(lián)體式減速器的新型結(jié)構(gòu)，圖中未將電動(dòng)機(jī)部分畫出。1）齒輪蝸桿二級(jí)減速器；2）圓柱齒輪圓錐齒輪圓柱齒輪三級(jí)減速器。這些減速器都具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在箱體上不沿齒輪或蝸輪軸線開設(shè)剖分面。為了便于傳動(dòng)零件的安

25、裝，在適當(dāng)部位有較大的開孔。在輸入軸和輸出軸端不采用傳統(tǒng)的法蘭式端蓋，而改用機(jī)械密封圈；在盲孔端則裝有沖壓薄壁端蓋。輸出軸的尺寸加大了，鍵槽的開法和傳統(tǒng)的規(guī)定不同，甚至跨越了軸肩，有利于充分發(fā)揮輪轂的作用。和傳統(tǒng)的減速器相比，這些結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，既可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少零件數(shù)目，同時(shí)又改善了制造工藝性。但設(shè)計(jì)時(shí)要注意裝配的工藝性，要提高某些裝配零件的制造精度。154減速器潤(rùn)滑1541傳動(dòng)的潤(rùn)滑圓周速度u12m/s一15ms的齒輪減速器廣泛采用油池潤(rùn)滑，自然冷卻。為了減少齒輪運(yùn)動(dòng)的阻力和油的溫升，浸入油中的齒輪深度以12個(gè)齒高為宜。速度高的還應(yīng)該淺些，建議在07倍齒高左右，但至少為10mm。速度低的(0

26、5ms一08ms)也允許浸入深些，可達(dá)到16的齒輪半徑；更低速時(shí)，甚至可到13的齒輪半徑。潤(rùn)滑圓錐齒輪傳動(dòng)時(shí)，齒輪浸入油中的深度應(yīng)達(dá)到輪齒的整個(gè)寬度。對(duì)于油面有波動(dòng)的減速器(如船用減速器)，浸入宜深些。在多級(jí)減速器中應(yīng)盡量使各級(jí)傳動(dòng)浸入油中深度近予相等。如果發(fā)生低速級(jí)齒輪浸油太深的情況，則為了降低其探度可以采取下列措施：將高速級(jí)齒輪采用惰輪蘸油潤(rùn)滑；或?qū)p速器箱蓋和箱座的剖分面做成傾斜的，從而使高速級(jí)和低速級(jí)傳動(dòng)的浸油深度大致相等。減速器油池的容積平均可按1kW約需035L一07L潤(rùn)滑油計(jì)算(大值用于粘度較高的油)，同時(shí)應(yīng)保持齒輪頂圓距離箱底不低于30mm一50mm左右，以免太淺時(shí)激起沉降在箱

27、底的油泥。減速器的工作平衡溫度超過90時(shí)，需采用循環(huán)油潤(rùn)滑，或其他冷卻措施，如油池潤(rùn)滑加風(fēng)扇，油池內(nèi)裝冷卻盤管等。循環(huán)潤(rùn)滑的油量一般不少于05L/kW。圓周速度u12m/s的齒輪減速器不宜采用油池潤(rùn)滑，因?yàn)椋?)由齒輪帶上的油會(huì)被離心力甩出去而送不到嚙合處；2)由于攪油會(huì)使減速器的溫升增加；3)會(huì)攪起箱底油泥，從而加速齒輪和軸承的磨損；4)加速潤(rùn)滑油的氧化和降低潤(rùn)滑性能等等。這時(shí)，最好采用噴油潤(rùn)滑。潤(rùn)滑油從自備油泵或中心供油站送來，借助管子上的噴嘴將油噴人輪齒嚙合區(qū)。速度高時(shí)，對(duì)著嚙出區(qū)噴油有利于迅速帶出熱量，降低嚙合區(qū)溫度，提高抗點(diǎn)蝕能力。速度u20心s的齒輪傳動(dòng)常在油管上開一排直徑為4mm

28、的噴油孔，速度更高時(shí)財(cái)應(yīng)開多排噴油孔。噴油孔的位置還應(yīng)注意沿齒輪寬度均勻分布。噴油潤(rùn)滑也常用于速度并不很高而工作條件相當(dāng)繁重的重型減速器中和需要用大量潤(rùn)滑油進(jìn)行冷卻的減速器中。噴油潤(rùn)滑需要專門的管路裝置、油的過濾和冷卻裝置以及油量調(diào)節(jié)裝置等，所以費(fèi)用較貴。此外，還應(yīng)注意，箱座上的排油孔宜開大些，以便熱油迅速排出。蝸桿圓周速度在10m/s以下的蝸桿減速器可以采用油池潤(rùn)滑。當(dāng)蝸桿在下時(shí)，油面高度應(yīng)低于蝸桿螺紋的根部，并且不應(yīng)超過蝸桿軸上滾動(dòng)軸承的最低滾珠(柱)的中心，以免增加功率損失。但如滿足了后一條件而蝸桿未能浸入油中時(shí)，則可在蝸桿軸上裝一甩油環(huán)，將油甩到蝸輪上以進(jìn)行潤(rùn)滑。當(dāng)蝸桿在上時(shí)，則蝸輪浸

29、入油中的深度也以超過齒高不多為限。蝸桿圓周速度在10ms以上的減速器應(yīng)采用噴油潤(rùn)滑。噴油方向應(yīng)順著蝸桿轉(zhuǎn)入嚙合區(qū)的方向，但有時(shí)為了加速熱的散失，油也可從蝸桿兩側(cè)送人嚙合區(qū)。齒輪減速器和蝸輪減速器的潤(rùn)滑油粘度可分別參考表選取。若工作溫度低于0，則使用時(shí)需先將油加熱到0以上。蝸桿上置的，粘度應(yīng)適當(dāng)增大。154，2軸承的潤(rùn)滑如果減速器用的是滾動(dòng)軸承，則軸承的潤(rùn)滑方法可以根據(jù)齒輪或蝸桿的圓周速度來選擇：圓周速度在2ms一3ns以上時(shí)，可以采用飛濺潤(rùn)滑。把飛濺到箱蓋上的油，匯集到箱體剖分面上的油溝中，然后流進(jìn)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑。飛濺潤(rùn)滑最簡(jiǎn)單，在減速器中應(yīng)用最廣。這時(shí)，箱內(nèi)的潤(rùn)滑油粘度完全由齒輪傳動(dòng)決定。圓周

30、速度在2m/s3m/s以下時(shí)，由于飛濺的油量不能滿足軸承的需要，所以最好采用刮油潤(rùn)滑，或根據(jù)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)座圈速度的大小選用脂潤(rùn)滑或滴油潤(rùn)滑。利用刮板刮下齒輪或蝸輪端面的油，并導(dǎo)人油溝和流人軸承進(jìn)行潤(rùn)滑的方法稱為刮油潤(rùn)滑。采用脂潤(rùn)滑時(shí)，應(yīng)在軸承內(nèi)側(cè)設(shè)置擋油環(huán)或其他內(nèi)部密封裝置，以免油池中的油進(jìn)入軸承稀釋潤(rùn)滑脂。滴油潤(rùn)滑有間歇滴油潤(rùn)滑和連續(xù)滴油潤(rùn)滑兩種方式。為保證機(jī)器起動(dòng)時(shí)軸承能得到一定量的潤(rùn)滑油，最好在軸承內(nèi)側(cè)設(shè)置一圓缺形擋板，以便軸承能積存少量的油。擋板高度不超過最低滾珠(柱)的中心。經(jīng)常運(yùn)轉(zhuǎn)的減速器可以不設(shè)這種擋板。轉(zhuǎn)速很高的軸承需要采用壓力噴油潤(rùn)滑。如果減速器用的是滑動(dòng)軸承，由于傳動(dòng)用油的粘度

31、太高不能在軸承中使用，所以軸承潤(rùn)滑就需要采用獨(dú)自的潤(rùn)滑系統(tǒng)。這時(shí)應(yīng)根據(jù)軸承的受載情況和滑動(dòng)速度等工作條件選擇合適的潤(rùn)滑方法和油的粘度。HYPERLINK/chinese1/department/gxy/information/web/new_page_11.htm（上一章）HYPERLINK/chinese1/department/gxy/information/web/index.htm（返回主頁(yè)）HYPERLINK/chinese1/department/gxy/information/web/new_page_13.htm（下一章）第16章軸基本內(nèi)容：1.軸的分類；2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；3.

32、軸的強(qiáng)度計(jì)算；4.軸的剛度計(jì)算；5.軸的臨界轉(zhuǎn)速；重點(diǎn)與難點(diǎn)：1重點(diǎn)：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；軸的強(qiáng)度計(jì)算方法；軸轂聯(lián)接.2難點(diǎn)：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；軸的疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算.基本內(nèi)容：1.軸的分類；2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；3.軸的強(qiáng)度計(jì)算；4.軸的剛度計(jì)算；5.軸的臨界轉(zhuǎn)速；教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：1重點(diǎn)：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；軸的強(qiáng)度計(jì)算方法；軸轂聯(lián)接.2難點(diǎn)：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；軸的疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算.教學(xué)基本要求：1了解軸的類型、特點(diǎn)、應(yīng)用；軸的材料及選用；2了解軸的疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算（安全系數(shù)法），軸的剛度計(jì)算，軸的振動(dòng)及穩(wěn)定性的概念；3復(fù)習(xí)軸轂聯(lián)接；4掌握軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和彎扭組合強(qiáng)度計(jì)算；5掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及提高軸的強(qiáng)度的措施；基本要

33、求：1了解軸的類型、特點(diǎn)、應(yīng)用；軸的材料及選用；2了解軸的疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算（安全系數(shù)法），軸的剛度計(jì)算，軸的振動(dòng)及穩(wěn)定性的概念；3復(fù)習(xí)軸轂聯(lián)接；4掌握軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和彎扭組合強(qiáng)度計(jì)算；5掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及提高軸的強(qiáng)度的措施；161概述作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件都要裝在軸上來實(shí)現(xiàn)其回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，大多數(shù)軸還起著傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。軸要用滑動(dòng)軸承或滾動(dòng)軸承來支承。常見的軸有直軸和曲軸，曲軸主要用于作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械中。本章只討論直軸。1611軸的分類根據(jù)軸的承載情況可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸三類。只承受彎矩，不承受轉(zhuǎn)矩的軸稱為“心軸”；只承受轉(zhuǎn)矩，不承受彎矩的軸稱為“傳動(dòng)軸”；同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩的軸稱為“轉(zhuǎn)軸”。16.1.

34、2軸的材料軸的材料主要采用碳素鋼和合金鋼。常用的碳素鋼有3050鋼，最常用的是45鋼。為保證其力學(xué)性能，應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。不重要的或受力較小的軸以及一般傳動(dòng)軸可以使用Q235Q275鋼。合金鋼具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，可淬性也較好，可以在傳遞大功率并要求減少質(zhì)量和提高軸頸耐磨性時(shí)采用。常用的合金鋼有12CrNi2、12CrNi3、20Cr、40Cr和38SiMnMo等。軸的材料也可采用合金鑄鐵或球墨鑄鐵。軸的毛坯是鑄造成型的，所以易于得到更合理的形狀。這些材料吸振性較高，可用熱處理方法獲得所需的耐磨性，對(duì)應(yīng)力集中敏感性也較低。因鑄造品質(zhì)不易控制；故可靠性不如鋼制軸。1613軸設(shè)計(jì)的主要問題在一般

35、情況下，軸的工作能力決定于它的強(qiáng)度和剛度，對(duì)于機(jī)床主軸，后者尤為重要。高速轉(zhuǎn)軸則還決定于它的振動(dòng)穩(wěn)定性；在設(shè)計(jì)軸時(shí)，除應(yīng)按工作能力準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算或校核計(jì)算外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還須滿足其他一系列的要求，例如：1)多數(shù)軸上零件不允許在軸上作軸向移動(dòng)，需要用軸向固定的方法使它們?cè)谳S上有確定的位置；2)為傳遞轉(zhuǎn)矩，軸上零件還應(yīng)作周向固定；3)對(duì)軸與其他零件(如滑動(dòng)軸承、移動(dòng)齒輪)間有相對(duì)滑動(dòng)的表面應(yīng)有耐磨性的要求；4)軸的加工、熱處理、裝配、檢驗(yàn)、維修等都應(yīng)有良好的工藝性；5)對(duì)重型軸還須考慮毛壞制造、探傷、起重等問題。16，2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1621軸的毛坯尺寸較小的軸可以用圓鋼車制，尺寸較大的軸則應(yīng)用鍛

36、造毛坯。鑄造毛坯應(yīng)用很少。為了減少質(zhì)量或結(jié)構(gòu)需要，有一些機(jī)器的軸(如水輪機(jī)軸和航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸等)常采用空心的截面。因?yàn)閭鬟f轉(zhuǎn)矩主要靠軸的近外表面材料，所以空心軸比實(shí)心軸在材料的利用上較經(jīng)濟(jì)。但空心軸的制造比較費(fèi)工，所以必須從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行全面分析才能決定是否有利。有時(shí)為了節(jié)約貴重的合金鋼或優(yōu)質(zhì)鋼，或是為了解決大件鍛造的困難，也可用焊接的毛坯。16.22軸頸、軸頭、軸身軸主要由軸頸、軸頭、軸身三部分組成：軸上被支承部分叫做軸頸，安裝輪轂部分叫做軸頭，聯(lián)接軸頸和軸頭的部分叫做軸身。軸頸和軸頭的直徑應(yīng)該按規(guī)范取圓整尺寸，特別是裝滾動(dòng)軸承的軸頸必須按軸承的內(nèi)直徑選取。軸頸的結(jié)構(gòu)隨軸承的類型及其安裝

37、位置而有所不同，可參看本章及滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承兩章中有關(guān)的圖。軸頸、軸頭與其相聯(lián)接零件的配合要根據(jù)工作條件合理地提出，同時(shí)還要規(guī)定這些部分的表面粗糙度，這些技術(shù)條件對(duì)軸的運(yùn)轉(zhuǎn)性能關(guān)系很大。為使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，必要時(shí)還應(yīng)對(duì)軸頸和軸頭提出平行度和同軸度等要求。對(duì)于滑動(dòng)軸承的軸頸，有時(shí)還須提出表面熱處理的條件等。從節(jié)省材料、減少質(zhì)量的觀點(diǎn)來看，軸的各橫截面最好是等強(qiáng)度的。但是從加工工藝觀點(diǎn)來看，軸的形狀卻是愈簡(jiǎn)單愈好。簡(jiǎn)單的軸制造時(shí)省工，熱處理不易變形，并有可能減少應(yīng)力集中。當(dāng)決定軸外形時(shí)，在保證裝配精度的前提下，既要考慮節(jié)約材料，又要考慮便于加工和裝配。因此，實(shí)際的軸多做成階梯形(階梯軸)，只有一些簡(jiǎn)單

38、的心軸和一些有特殊要求的轉(zhuǎn)軸，才做成具有同一名義直徑的等直徑軸。1623零件在軸上的固定軸上零件常以其轂和軸聯(lián)接在一起。軸和轂的固定可分為軸向固定和周向固定兩類。1軸上零件的軸向固定軸上零件軸向固定的方法有：軸肩(或軸環(huán))、擋圈、圓螺母、套筒、圓錐形軸頭等。軸肩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以承受較大的軸向力；螺釘鎖緊擋圈用緊定螺釘固定在軸上，在軸上零件兩側(cè)各用一個(gè)擋圈時(shí)，可任意調(diào)整軸上零件的位置，裝拆方便，但不能承受大的軸向力，且釘端坑會(huì)引起軸應(yīng)力集中；當(dāng)軸上零件一邊采用軸肩定位時(shí)，另一邊可采用套筒定位，以便于裝拆；如果要求套筒很長(zhǎng)時(shí)，可不采用套筒而用螺母固定軸上零件，螺母也可用于軸端；軸端擋圈常用于軸端零件

39、的固定；圓錐形軸頭對(duì)中好，常用于轉(zhuǎn)速較高時(shí)，也常用于軸端零件的固定。為了使軸上零件與軸肩端面緊密貼合，應(yīng)保證軸的圓角半徑ra、輪轂孔的倒角高度C(或圓角半徑r)、軸肩高度a之間有下列關(guān)系：raCa；和rara。軸肩尺寸應(yīng)符合國(guó)標(biāo)規(guī)定。2軸上零件的周向固定周向固定方法可采用鍵、花鍵、成形、彈性環(huán)、銷、過盈等聯(lián)接，通稱軸轂聯(lián)接。162，4結(jié)構(gòu)草圖畫法畫軸的結(jié)構(gòu)草圖是設(shè)計(jì)軸的重要環(huán)節(jié)之一，也是軸受力分析和進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的主要依據(jù)。除了軸的直徑有待強(qiáng)度或剛度計(jì)算確定外，其他如軸上零件布置和固定方法、支承點(diǎn)位置、裝配工藝、制造方法等都必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有通盤的考慮。16.3軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算主要有三種

40、方法：許用切應(yīng)力計(jì)算；許用彎曲應(yīng)力計(jì)算；安全系數(shù)校核計(jì)算。許用切應(yīng)力計(jì)算只需知道轉(zhuǎn)矩的大小，方法簡(jiǎn)便，但計(jì)算精度較低。許用彎曲應(yīng)力計(jì)算必須先知道作用力的大小和作用點(diǎn)的位置、軸承跨距、各段軸徑等參數(shù)。為此，常先按轉(zhuǎn)矩估算軸徑并進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，即可畫出軸的彎扭合成圖，然后計(jì)算危險(xiǎn)截面的最大彎曲應(yīng)力。它主要用于計(jì)算一般重要的、彎扭復(fù)合的軸，計(jì)算精度中等。安全系數(shù)校核計(jì)算也要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后進(jìn)行，不僅要定出軸的各段直徑，而且要定出過渡圓角、軸轂配合、表面粗糙度等細(xì)節(jié)。它主要用于重要的軸，計(jì)算精度較高，但計(jì)算較復(fù)雜，且常需有足夠的資料才能進(jìn)行。安全系數(shù)校核計(jì)算能判斷各危險(xiǎn)截面的安全程度，從而改善各薄弱環(huán)

41、節(jié)，有利于提高軸的疲勞強(qiáng)度。以上三種方法可單獨(dú)使用或逐個(gè)使用。一般轉(zhuǎn)軸按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算已足夠可靠，不一定再用安全系數(shù)法校核。要用安全系數(shù)法校按的軸，不一定要再用許用彎曲應(yīng)力法計(jì)算。強(qiáng)度計(jì)算不能滿足要求時(shí)，應(yīng)修改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，兩者常相互配合、交叉進(jìn)行。163.1按許用切應(yīng)力計(jì)算受轉(zhuǎn)矩T的實(shí)心圓軸，計(jì)算公式如下：校核公式設(shè)計(jì)公式16.3.2按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算計(jì)算公式如下：校核公式設(shè)計(jì)公式一般設(shè)計(jì)步驟如下：畫出軸的空間受力筒圖。將軸上作用力分解為水平面受力圖和垂直面受力圖。求出水平面上和垂直面上的支承點(diǎn)反作用力。分別作出水平面上的彎矩Mxy圖和垂直面上的彎矩Mxz圖。作出合成彎矩M;作出轉(zhuǎn)矩T圖。繪出

42、當(dāng)量彎矩M圖.16，33安全系數(shù)校核計(jì)算1疲勞強(qiáng)度校核疲勞強(qiáng)度的校核即計(jì)入應(yīng)力集中，表面狀態(tài)和尺寸影響斟后的精確校核。同上節(jié)所述方法，繪出軸的彎矩M圖和轉(zhuǎn)矩T以后，選擇軸上的危險(xiǎn)截面進(jìn)行校校。根據(jù)截面上受到的彎矩和轉(zhuǎn)矩可求出彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力，這兩項(xiàng)循環(huán)應(yīng)力可分解平均應(yīng)力和應(yīng)力幅；然后就可以分別求出彎矩作用下的安全系數(shù)和轉(zhuǎn)矩作用下的安全系數(shù)。16.4軸的剛度計(jì)算軸受載荷以后要發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，如果變形過大，會(huì)影響軸上零件正常工作。例如，在電動(dòng)機(jī)中如果由于彎矩使軸所產(chǎn)生的撓度)J過大，就會(huì)改變電機(jī)轉(zhuǎn)子和定于間的間隙而影響電機(jī)的性能。又如，內(nèi)燃機(jī)凸輪軸受轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的扭角聲如果過大就會(huì)影響氣門啟閉時(shí)

43、間。軸的變形有三種：撓度、轉(zhuǎn)角和扭角。在各種機(jī)器中對(duì)軸的剛度要求并不一致，所以沒有統(tǒng)一的規(guī)定。16.41、扭角的計(jì)算式中l(wèi)軸受轉(zhuǎn)矩作用的長(zhǎng)度；Ip軸截面的極慣性矩；G軸材料的切變模量。164，2彎曲變形的計(jì)算計(jì)算軸在彎矩作用下所產(chǎn)生的撓度夕和轉(zhuǎn)角有幾種方法，這里主要介紹兩種。1當(dāng)量軸徑法對(duì)于階梯軸，可以簡(jiǎn)化為一當(dāng)量等徑光軸，然后利用材料力學(xué)中的公式計(jì)算y和。式中l(wèi)支點(diǎn)間距離；li、di軸上第i段的長(zhǎng)度和直徑。2能量法用能量法計(jì)算階梯軸的彎曲變形，運(yùn)算較方便。此處略。16.5軸的臨界轉(zhuǎn)速軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)便不穩(wěn)定而發(fā)生顯著的反復(fù)變形，這現(xiàn)象稱為軸的振動(dòng)。如果繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，振動(dòng)就會(huì)衰減，運(yùn)

44、轉(zhuǎn)又趨于平穩(wěn)，但是當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到另一較高的定值時(shí)，振動(dòng)又復(fù)出現(xiàn)。發(fā)生顯著變形的轉(zhuǎn)速，稱為軸的臨界轉(zhuǎn)速。同型振動(dòng)的臨界轉(zhuǎn)速可以有好多個(gè)，最低的一個(gè)叫做第一階臨界轉(zhuǎn)速。軸的工作轉(zhuǎn)速不能和其臨界轉(zhuǎn)速重合或接近，否則將發(fā)生共振現(xiàn)象而使軸遭到破壞。計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速的目的就在于使工作轉(zhuǎn)速n避開軸的臨界轉(zhuǎn)速。軸的振動(dòng)可分為橫向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和縱向振動(dòng)三類?？v向振動(dòng)的自振頻率很高，在軸的工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)一般不會(huì)發(fā)生縱向振動(dòng)。工作轉(zhuǎn)速低于第一階臨界轉(zhuǎn)速的軸，稱為剛性軸；超過第一階臨界轉(zhuǎn)速的軸，稱為撓性軸。166提高軸的強(qiáng)度、剛度和減輕重量的措施可以從結(jié)構(gòu)和工藝兩方面采取措施來提高軸的承載能力。軸的尺寸如能減小，整個(gè)機(jī)器的

45、尺寸也常會(huì)隨之減小。1合理布置軸上零件，減小軸受轉(zhuǎn)矩；2改進(jìn)軸上零件結(jié)構(gòu)，減小軸受彎矩；3采用載荷分擔(dān)的方法減小軸的載荷；4采用力平衡或局部相互抵消的辦法減小軸的載荷；5改變支點(diǎn)位置，改善軸的強(qiáng)度和剛度；6改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中；7，改善表面品質(zhì)提高軸的疲勞強(qiáng)度；HYPERLINK/chinese1/department/gxy/information/web/new_page_11.htm（上一章）HYPERLINK/chinese1/department/gxy/information/web/index.htm（返回主頁(yè)）HYPERLINK/chinese1/department/g

46、xy/information/web/new_page_13.htm（下一章）高速、中載圓柱齒輪減速器的穩(wěn)健設(shè)計(jì)張蕾盧玉明石均(東南大學(xué)機(jī)械工程系210018)1前言眾所周知，齒輪的誤差對(duì)齒輪的壽命會(huì)產(chǎn)生很大的影響，特別是在一些重要機(jī)構(gòu)中，研究齒輪誤差的影響、使齒輪誤差的綜合影響最小，已經(jīng)成為目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。在以往的設(shè)計(jì)中，為了提高齒輪的壽命，我們往往對(duì)齒輪的精度和使用條件提出更高要求，認(rèn)為只有提高精度、限制使用條件才能減少誤差產(chǎn)生的不良影響。但事實(shí)并非如此。齒輪的精度等級(jí)或誤差對(duì)齒輪的壽命或噪聲等性能的影響是非線性的,在不同設(shè)計(jì)方案中,同樣的誤差程度，所產(chǎn)生的性能波動(dòng)不盡相同，而且

47、，提高精度等級(jí)或限制使用條件的同時(shí)大大增加了制造和使用的成本。穩(wěn)健設(shè)計(jì)的出現(xiàn)解決了這個(gè)難題，這種方法的核心是找到一種設(shè)計(jì)方案，使得最終產(chǎn)品既滿足性能要求，對(duì)誤差又不是十分敏感，同時(shí)達(dá)到了降低成本的目的。本文即是在這樣的目的下，對(duì)現(xiàn)有的某高速、中載發(fā)動(dòng)機(jī)減速器齒輪傳動(dòng)副進(jìn)行穩(wěn)健設(shè)計(jì)，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并求得了更佳的設(shè)計(jì)方案。2機(jī)械產(chǎn)品穩(wěn)健設(shè)計(jì)的工程分析在這一部分中，本文將分析穩(wěn)健設(shè)計(jì)的基本思路，按照穩(wěn)健設(shè)計(jì)的基本步驟，建立機(jī)械產(chǎn)品穩(wěn)健設(shè)計(jì)的一般模型。21確定產(chǎn)品的性能指標(biāo)在這一步中，我們對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析，定義產(chǎn)品的綜合性能指標(biāo)或者說是我們感興趣的產(chǎn)品性能指標(biāo)。這個(gè)指標(biāo)可能是產(chǎn)品的某一性能指標(biāo)，

48、也可能是產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)的加權(quán)平均，但是這些指標(biāo)應(yīng)該能夠表示成參數(shù)的相應(yīng)函數(shù)形式。22對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)分類有些變量的設(shè)計(jì)值在設(shè)計(jì)過程中選定，稱為控制變量；有的變量由于產(chǎn)品制造、使用過程中的種種原因，會(huì)產(chǎn)生一定的偏差，這樣的變量稱為干擾變量。按照這樣的分類標(biāo)準(zhǔn)，我們可以將所有設(shè)計(jì)變量分為四類：常量、控制變量、干擾變量、混合變量?；旌献兞渴侵冈O(shè)計(jì)值可以改變且存在誤差的設(shè)計(jì)變量。分類如圖1所示。圖1變量分類圖為了分析方便，假設(shè)設(shè)計(jì)變量的集合為V=（A,B,C,D)，其中：A、B、C、D分別表示常量集、控制變量集、干擾變量集、混合變量集。2.3建立優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的數(shù)學(xué)模型純粹從數(shù)學(xué)角度而言，所謂穩(wěn)健設(shè)計(jì)也就是尋

49、找一種方案，使得設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品，性能Y滿足一定需要，而性能波動(dòng)X又相對(duì)比較小，也即受參數(shù)誤差的影響較小，容許變量有較大的變動(dòng)范圍，從而降低產(chǎn)品的實(shí)際成本。表示成數(shù)學(xué)形式即為：minX=F(A，B，C，D，A，B，C，D)(1)s.t.Y=G(A,B,C,D)YA，B，C，D屬于求解空間這里F和G可能不是顯式的函數(shù)表達(dá)式，而只是一種函數(shù)影響關(guān)系，但為了分析上的方便，可以認(rèn)為這樣的表達(dá)式是存在的。3齒輪傳動(dòng)副穩(wěn)健設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)某型發(fā)動(dòng)機(jī)是輕型民用渦漿飛機(jī)的動(dòng)力裝置，其發(fā)動(dòng)機(jī)體內(nèi)減速器如圖2所示。下面本文即對(duì)該二級(jí)減速器進(jìn)行穩(wěn)健設(shè)計(jì)，尋求滿足給定條件的更佳設(shè)計(jì)方案。3.1原設(shè)計(jì)方案已知減速器傳遞功率為55

50、1.25kW。輸入轉(zhuǎn)速為41350r/min，輸出轉(zhuǎn)速為2200r/min，高速級(jí)主從動(dòng)輪和低速級(jí)主動(dòng)輪的材料均為優(yōu)質(zhì)專用合金鋼。所有齒輪為表面淬火，輪齒表面硬度HRc5962。齒輪精度等級(jí)為5-4-4GMGB10096-88。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1：圖2某齒輪減速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖表1原設(shè)計(jì)方案齒輪類別齒數(shù)Z齒寬B(mm)法向模數(shù)mn(mm)螺旋角()法向變位系數(shù)高速級(jí)25/96251.388.9290.35/-0.35低速級(jí)19/93272.259.9170.4/03.2穩(wěn)鍵設(shè)計(jì)要求以原定型減速器的有關(guān)參數(shù)和設(shè)計(jì)規(guī)范為基礎(chǔ)，在滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的可靠度要求以及幾何、邊界約束的條件

51、下，使減速器具有最穩(wěn)定的可靠度。3.3數(shù)學(xué)模型的建立3.3.1設(shè)計(jì)變量可取二級(jí)圓柱斜齒輪的法向模數(shù)mnh、mnl，齒數(shù)Z1、Z2、Z3、Z4，分度圓螺旋角h、l，中心距a、高低速級(jí)齒輪變位系數(shù)Xn1、Xn2、Xn3、Xn4作為設(shè)計(jì)變量，為提高承載能力，高速級(jí)采用高變位，同時(shí)為配湊中心距，低速級(jí)采用角變位。其中Z4=18.794Z1Z3/Z2、h=arccos(mnh(Z1+Z2)/2a)、Xn1=-Xn2,Xn3和Xn4可以按照設(shè)計(jì)手冊(cè)取值；另外，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可參考原始設(shè)計(jì)方案，根據(jù)齒輪強(qiáng)度條件，給定高低速級(jí)齒輪法向模數(shù)：mnh=1.38mm,mnl=2.25mm，于是我們得到設(shè)計(jì)變量如下：X

52、=(X1,X2,X3,X4,X5,X6)T=(Z1,Z2,Z3,l,a,Xn1)T(2)3.3.2目標(biāo)函數(shù)根據(jù)參考文獻(xiàn)3，齒輪接觸強(qiáng)度可靠度99.99%對(duì)應(yīng)于安全系數(shù)Sh1.5；彎曲強(qiáng)度可靠性R99.99%對(duì)應(yīng)于Sf1.6。由實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高速級(jí)齒輪多發(fā)生點(diǎn)蝕破壞，所以我們將齒輪接觸強(qiáng)度作為減速器的性能指標(biāo)，要求Sh1.5前提下具有最小的波動(dòng)。設(shè)Sh的波動(dòng)為sh，Sh的中心值為sh，設(shè)計(jì)目標(biāo)是sh大、sh小。目標(biāo)函數(shù)可寫為：min(shsh)=min(Shi-sh)2)1/2sh(3)3.3.3約束條件(1)強(qiáng)度約束G1(X)=sh-1.50(4)(2)邊界約束根據(jù)高速、中載齒輪發(fā)動(dòng)機(jī)體內(nèi)減速器的

53、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)規(guī)范，我們給每個(gè)設(shè)計(jì)變量一個(gè)取值范圍：X(i)minX(i)X(i)max(5)4模型求解4.1對(duì)變量進(jìn)行分析對(duì)于一個(gè)齒輪，其接觸疲勞安全系數(shù)為：Sh=HH=ZEZHZZ(KFb(1)/bd1)1/2(6)其中：系數(shù)K=KAKVKK。表達(dá)式涉及12個(gè)變量。由于在制造和安裝過程中，實(shí)際參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)之間誤差在所難免，而且又存在制造精度、材料性能、安裝等誤差，上式中的12個(gè)變量也會(huì)因這些誤差的出現(xiàn)而產(chǎn)生波動(dòng)，從而導(dǎo)致Sh的波動(dòng)。4.2實(shí)際制造過程的計(jì)算機(jī)模擬各種誤差對(duì)齒輪制造的影響是多種多樣的。我們可以用計(jì)算機(jī)模擬正交實(shí)驗(yàn)的方法來模擬這種實(shí)際制造過程。正交實(shí)驗(yàn)法是通過事先設(shè)計(jì)好的一套正交表來安排實(shí)驗(yàn)的。借助正交表可以選出具有代表性的實(shí)驗(yàn)，對(duì)以較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，而得到滿意的結(jié)果。我們選出影響Sh的五個(gè)主要因素：精度等級(jí)、材質(zhì)性能、螺旋角、中心距a、齒寬B。各因素誤差水平如表2所示：表2誤差水平表精度等級(jí)(級(jí))材質(zhì)性能lim(MPa)螺旋角()中心距a(mm)齒寬B(mm)第一水平5-4-4GM95%lim