机械设计课程设计（天津理工大学）(2)

2．计算各轴的输入功率和输出功率

Ⅰ轴： PⅠ入= Pd 2η带=1.8630.96 =1.786kw

PⅠ出= PⅠ入2η轴承=1.78630.99 =1.768kw

Ⅱ轴： PⅡ入= PⅠ出2η齿轮 =1.76830.97 =1.715kw

PⅡ出= PⅡ入2η轴承 =1.71530.99 =1.70kw

Ⅲ轴： PⅢ入= PⅡ出2η齿轮 =1.7030.97 =1.649kw

PⅢ出= PⅢ入2η轴承 =1.64930.99 =1.633kw

Ⅳ轴（分配轴）:

PⅣ入= PⅢ出2η联轴器 =1.63330.99 =1.616kw PⅣ出= PⅣ入2η轴承 =1.61630.99 =1.60kw

3.计算各轴的输入转矩和输出转矩 公式: T=9.5531063P/n (N·mm)

Ⅰ轴： TⅠ入=9.5531063PⅠ入/ nⅠ=33.63103 (N·mm)

TⅠ出=9.5531063PⅠ出/ nⅠ=33.33103 (N·mm)

Ⅱ轴： TⅡ入=9.5531063PⅡ入/ nⅡ=151.33103 (N·mm)

TⅡ出=9.5531063PⅡ出/ nⅡ=150.03103 (N·mm)

Ⅲ轴： TⅢ入=9.5531063PⅢ入/ nⅢ=525.53103 (N·mm)

TⅢ出=9.5531063PⅢ出/ nⅢ=520.43103 (N·mm)

6

Ⅳ轴（分配轴） TⅣ入=9.553103PⅣ入/ nⅢ=514.93103 (N·mm)

TⅣ出=9.5531063PⅣ出/ nⅢ=509.83103 (N·mm) 将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：

轴名 功率P（kw） 输入 输出 转矩T （N2mm） 输入 输出 转速n传动比i 效率η （r/min） 电机轴 Ⅰ轴 Ⅱ轴 1.86 12.53103 33.33103 1420 507.14 2.8 0.95 1.786 1.768 33.63103 4.69 1.715 1.700 151.33103 150.03103 108.18 3.61 Ⅲ轴 0.96 0.96 1.649 1.633 525.53103 520.43103 29.97 514.9310 509.8310 29.97

33分配轴 1.616 1.60 1 0.98

- 6 -

五、传动零件的设计计算 5.1 V带传动的设计计算 V带传动的设计计算主要包括V带传动参数的选择和带轮 结构的设计。 5.1.1 V带传动参数的选择 定V带型号和带轮直径 工作情况系数 由参考文献【1】表11.5 计算功率 Pc = KAP =131.84 (式11.19) 选带型号 由参考文献【1】图11.15 V带的型号为Z型，由参考文献【1】表11.4 顶宽b =10 mm 节宽bp =8.5 mm 高度h =6 mm 小带轮直径 由参考文献【1】表11.6 大带轮直径 D2 = D1 3i带 大带轮转速 n2 =(1- ε)D1n1/D2 =(1-0.01)31420390/252(设ε=1%) 计算带长 求Dm Dm =(D1 + D2)/2 =(90+252)/2 求△ △=(D2 - D1)/2 =(252-90)/2 初取中心距 (D1 + D2)*2> a >(D1 + D2)*0.55+h (式11.20) (由参考文献【1】表11.4 h= 8mm) 带长 L=∏3Dm +2α+△2/a (式11.2) =∏3171+23600+812/600 基准长度 由参考文献【1】图11.4 求中心距和包角 中心距 a=(L-∏D2m)/4+[(L-∏Dm)-8△(式11.3) 2]0.5/4 =(1800-∏3171)/4 +[(1800-∏3171)2-83812]0.5/4 小轮包角 α1 =180°- 60°3(D2-D1)/a (式11.4) - 7 -

KA =1 Pc =1.84 KW Z型 b =10 mm bp =8.5 mm h =6 mm D1 =90mm D2 =252 mm n2=502.1r/min Dm =171 mm △ =81 mm 取a=600 mm Ld=1800 mm a=626mm α1 =164.5° =180°-60°3(252-90)/626 求带根数 v=∏3D1 n1/(6031000)= ∏39031420/60000 i=n1 /n2 =252/90 由参考文献【1】表11.8 P0 =0.37kw 由参考文献【1】表11.7 Ka =0.95 由参考文献【1】表11.12 KL =1.18 由参考文献【1】表11.10 △P0 =0.03kw z= Pc/(P0+△P0)KaKL =1.84/[(0.37+0.03)30.9531.18] 求轴上载荷 (式11.21) (式11.22) >120°

带速 传动比 带根数 v=6.7m/s i=2.8 取z=4根 张紧力 轴上载荷 F0 =5003(2.5-Ka)Pc/Kavz+qv2 36.734)+0.0636.7 (由参考文献【1】表11.4 q=0.10kg/m) FQ =2zF0sin(α1/2) =2343703sin(164.5°/2) 2F0 =70N FQ =301.53 N =5003(2.5-0.95)2.21/(0.95 注：表格中公式来源于参考文献【1】。 5.1.2 z型v带截面尺寸 型v带 截面尺寸 顶宽b 10 节宽bp 8.5 高度h 6 注：表格中数据来源于参考文献【1】表11.4。 5.1.3 带轮结构的设计 V带的型号为z型 1、轮缘尺寸 ha min hf min e f δmin ha min =2mm hf min =7 mm e =12 mm f =8 mm δmin 由参考文献【1】表11.4 由参考文献【1】表11.4 由参考文献【1】表11.4 由参考文献【1】表11.4 由参考文献【1】表11.4 由参考文献【1】表11.4 =5.5 mm

Ф Ф=38°

- 8 -

2、轮辐尺寸 带轮宽度B 小带轮外径DL1

大带轮外径DL2

B=(z-1)e + 2f=(4-1)312+235 DL1 =D1 +2ha =90+232 DL2 =D2 +2ha =252+232

B=56 mm DL1 =94 mm DL2 =256 mm

注：表格中公式来源于参考文献【1】表11.4。

5.2 齿轮传动的设计计算

减速器中齿轮采用闭式软齿面斜齿轮传动。小齿轮材料采用45钢，调质处理，硬度为240HB；大齿轮材料采用45钢，正火处理，硬度为200HB。8级精度。

每日工作时数(hour)：8 每年工作日数(day): 61 传动工作年限(year)：6 5.2.1高速级

高速级传动比：i = u= 4.69 5.2.1.1 设计计算齿轮相关强度

齿面接触疲劳强度计算 1、初步计算 转矩T1

TⅠ入

T1 =33632 Ψd =1.0 Ad =82 ζHlim1 =650Mpa ζHlim2 =600Mpa

(式12.15)

[ζ[ζ

H1 H2

齿宽系数Ψd 由参考文献【1】表12.13，取Ψd =1.0 Ad 值 接触疲劳极限ζ

Hlim

由参考文献【1】表12.16，估计β=15°，取Ad =82 由参考文献【1】图12.17c

初步计算许用接触应力[ζH] 初步计算的

]= 0.9ζ]= 0.9ζ

Hlim1Hlim2

=0.93650 =0.93600

(式12.14)

[ζH1 ]=585Mpa [ζpa

取d1=44mm

b=44mm

H2

]=540M

d1 ≥Ad [T1(u+1)/(uΨd[ζH]2)]1/3

小齿轮直径d1 =823[950003(4.69+1)/(4.69

21/3

31.03540)]=42.6 初步齿宽b

b=Ψd d1 =1.0344

2、校核计算

- 9 -

圆周速度v v=∏d1n1/(6031000)=∏3443507.14/(6031000) v=1.14 m/s z1 =21,z2 =99 mt =2.09 m=2 齿数z、模数取齿数z1 =21,z2 =iz1 =99，取z2 =99 m和螺旋角β mt =d1/z1=44/21=2.09

使用系数KA 动载系数Kv 齿间载荷分配系数KHа

齿向载荷分布系数KHβ

载荷系数K 弹性系数ZE 节点区域系数ZH

重合度系数Zε

螺旋角系数Zβ

接触最小安全系数SHmin

由参考文献【1】表12.3,取mn =2 β=arccos(mn /mt)=arccos(2/2.09) 由参考文献【1】表12.9 由参考文献【1】图12.9 由参考文献【1】表12.10，先求 Ft =2T1/d1 =2333632/44=1529 N KAF1/b=1.531529/44=52.13 N/mm

＜100 N/mm

εα =[1.88-3.2(1/z1+1/z2)]cosβ (式12.6) =[1.88-3.2(1/21+1/99)]cos16.9°

ε

β

=bsinβ/(∏mn) =Ψd z1 tanβ/∏

(式12.8) =1.03213tan16.9°/∏

εγ =εα +εβ =1.63+2.03 (式12.8) αt=arctan(tanαn/cosβ) (式12.8) =arctan(tan20°/ cos16.9°) =20.82°

cosβb =cosβcosαn/cosαt

(式12.8) = cos16.9°cos20°/cos20.82° =0.96

由此得 K2

Hα =KFα =εα/ cosβb =1.63/(0.96)2=1.77

由参考文献【1】表12.11

K2Hβ =A+B[1+0.6(b/d1)2](b/d1)+bC210-3

=1.09+0.163(1+0.6312)312+4430.31310-3 K=KA Kv KHα KHβ (式12.5) =1.531.0831.3631.77

由参考文献【1】表12.12 由参考文献【1】图12.16

由式12.31，因ε

β

＞1，取ε

β

=1，故

Zε =[(4-εα)(1-εβ)/3 +εβ/ε

α

]0.5

=(1/εα)0.5 =(1/1.63)0.5 Z0.5β =(cosβ) = (cos16.9°)0.5 由参考文献【1】表12.14

- 10 -

n β=16.9° KA =1.5 Kv =1.08

εα

=1.63 εβ

=2.03 εγ =3.66

KHα =1.77

KHβ =1.36

K=3.9

ZE

=190(MPa)0.5 ZH =2.42

Zε =0.78 Zβ =0.98 SHmin =1.03

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