二级圆锥-圆柱齿轮减速器传动轴设计

第５期（总第１７４期）　２０１２年ｌＯ月　机械工程与自动化　ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＥＮＧｌＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＡＵＴ（）ＭＡＴＩ（）Ｎ　Ｎｏ．５　Ｏｃｔ．　文章编号：１６７２－６４ｌ３（２Ｏｌ２）Ｏ５—０１７４—０３　二级圆锥一圆柱齿轮减速器传动轴设计　吴文群　（三明职业技术学院，福建　三明　３６５０００）　摘要：机械中传动轴的设计涉及大量的运算，相对比较复杂。根据实际应用，详细阐述了蜂窝煤成型机二级　圆锥一圆柱齿轮减速器传动轴的设计计算以及疲劳强度的检验。　关键词：二级圆锥一圆柱齿轮；传动轴；设计；减速器　中图分类号：ＴＨ１３２．４６　文献标识码：Ｂ　１概述　电动机所需的总功率为：　Ｐ。一　。………………………．（２）　本文设计一用于蜂窝煤成型机上的二级圆锥一圆　柱齿轮减速器。要求其连续单向运转，载荷有轻微冲　击，室内工作，有粉尘，一班制工作，小批量生产（少于　ｌＯ台），使用期限１Ｏ年，大修期限３年ｏ［１３　２功能分析　经计算得Ｐ。一３．３４１　ｋＷ。　由于工作中载荷有轻微冲击，因此电动机的功率　应选择大一些。参考同类型的机床，按已知工作要求　和条件选用Ｙ系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型　三相异步电动机，型号为Ｙ１３２Ｓ一４［３］，其额定功率为　为实现蜂窝煤冲压成型的功能目标，必须完成以　下工艺动作：①粉煤加料；②冲头将蜂窝煤压制成型以　及将模筒内冲压后的蜂窝煤脱模；③实现模筒转盘（多　工位工作盘）的间歇运动（工作盘上设有５个模孔，分　Ｐ一５．５　Ｐ　，满载转速为７／＂，　一１　４４０　ｒ／ｍｉｎ，外伸直径　ｑ￣３８ｋ６　ｍｍ，中心高Ｈ＝１３２　ｍｍ。　别对应上料工位、冲压工位、卸料工位及两个过渡工　位，以保持多工位连续工作）；④完成清除冲头和卸煤　推杆积屑的扫屑运动；⑤卸煤及输送。　３传动装置总体设计方案　传动装置由电机、减速器和工作机组成。考虑到　电机转速高，传动功率大，将Ｖ带设置在高速级。初　步确定传动系统总体方案如图１所示，选择Ｖ带传动　和二级圆锥一圆柱齿轮传动。　主轴Ｉ的输入功率为Ｐ　＝２．８４　ｋＷ，传动系统的　工作效率叩为：　＇７一　．＇／ｇ．　．　．＇／ｏ。　………………………（１）　图１传动系统总体方粟　５确定传动装置的总传动比和分配传动比　５．１　总传动比　其中：啦为、厂带传动效率，　一０．９６；７／，为滚动轴承效　率，　＝Ｏ．９９５；　为８级精度圆柱齿轮传动效率，　一　根据驱动电机的转速　和冲压式蜂窝煤成型机　的转速７２，可知机械传动系统的总传动比为：　２ｍ／－　－一　０．９７；　为８级精度锥齿轮传动效率，ｑｏ一０．９６；　为　弹性联轴器效率，　＝Ｏ．９９［２］。将已知参数代入式（１）　计算得刀一０．８５０。　４电动机的选择　收稿日期：２０１２－０５－０２；修回日期；２０１２—０６—２３　＿３０。　５．２分配传动装置的各级传动比　取带传动的传动比　一２．４，则二级齿轮减速器的　作者简介：吴文群（１９８３一），男，福建三明人，助教，本科．主要研究方向：机械设计　２０１２年第５期　吴文群：二级圆锥一圆柱齿轮减速器传动轴设计　・　１７５　・　传动比　０３．１２．５，初选低速级齿轮传动比　－７・２　轴的　卜直彳至　４ｉｄ　４，则高速级锥齿轮传动比　。＝＝＝÷一　一３．１２５，　为使传动比不为整数，现将传动比调整为ｉ　一３．１，　一ｎ≥Ａ。√意　＝４５・３８２　ｍｍ。　其中：Ａ。为由轴的材料和承载情况确定的常数，由文　４．０３２。　６计算传动装置的运动参数　根据电机参数和传动比计算运动和动力参数，结　献Ｅ４３查得Ａ。：ｌｌ８。　对于直径小于１００　ｍｍ的轴，当有一个键槽时，轴　径增大５　～７　，这里取６　。经计算圆整后，选取伸　果如表１所示。　出端轴径为ｄ。一４８　ｍｍ。　表１传动装置的运动和动力参数　７．３轴的初步设计　参数　轴名　电动机轴　Ｉ轴　ＩＩ轴　ＩＩＩ轴　工作轴　ＩＩＩ轴上装有大斜齿轮，齿轮左端面采用轴肩定　转速ｎ（ｒ／ｍｉｎ）　１　４４０　６００　１９３．５４８　４８．０Ｏ３　９．６　位，右端面采用轴套定位，依靠Ａ型普通平键联结实现　功率Ｐ（ｋＷ）　３．３４１　３．２０７　３．０６４　２．９５７　２．８４　周向定位；斜齿轮在传动时有轴向力作用，采用３０２１１　转矩Ｔ（Ｎｍ）　２２．１５７　１．０４５　１５１．１８３　５８８　２８３　２　８２５．２０８　传动比　２．４　３．１　４．０３２　５　型的圆锥滚子轴承，同时采用凸缘式轴承端盖实现轴系　效率　Ｏ．９６　０．９５５　０．９６５　０．９６　的两端单向固定，靠轴承端盖的垫片来调整轴承间隙。　７传动轴的设计　与联轴器相连接的一端采用轴肩定位，另一端采用轴端　７．１选择材料和热处理　挡圈固定，依靠Ａ型普通平键联结实现周向定位。　由于此减速器的功率为中小级别，查《机械设计手　７．４轴的结构设计　册》　ＩＩＩ轴可选用４５钢，调质处理。此时，抗拉强度　根据定位及配合要求确定轴的径向和轴向尺寸，　一６４０　ＭＰａ，许用弯曲应力［　］一６０　ＭＰａ。　最后得到的传动轴总体设计结构图如图２所示。　Ｉ　Ｉ　，，　７２　Ｉ、　ｅ　，　、　雪　＋｝Ｉ　　　Ｊ∞　０　　Ｌ　０鲁－　　署ｆ　ｌ　｛　、　Ｉ　８２　一Ｉ一　５８　４５　８１　一　一　７０．　—．　５０．　．　６Ｏ　．Ｉ．　８２　一　图２传动轴总体设计结构图　８轴的强度校核　Ｆ　：一Ｆ　一ＦＨ１—２９１．１９５　Ｎ。　８．１轴的受力　（２）水平面弯矩。ＩＩ—ＩＩ截面有突变弯矩，ＩＩ—Ｉｌ　从动轴上的斜齿轮分度圆直径ｄ　一３０１．３１５　ｍｍ，　左截面：　螺旋角　一１３。５３　３６”，压力角ａ一２Ｏ。。图３为从动轴　ＭＨｌ一一ＦⅢ×Ｌ１一一１６３　８６９．５９２　Ｎ・ｍｍ。　的载荷分析图。　ＩＩ—ＩＩ右截面：　切向力：　ＭＨ２一一ＦＨ２×Ｌ２＝＝＝一１８　５６３．６８１　Ｎ・ｍｍ。　一２　一　－３。０４．７７　Ｎ。　（３）垂直面支反力：　径向力：　Ｆ￣，ｌ－　老一ｌ　２２３．２３９Ｎ。　一　ｃｏ　ｓ／￣＝：＝　ｃｏｓ　ｌ３　５　。３　３６，，，　一ｌ　４６３．７８６　Ｎ。…ｕ‘…　’。　Ｆ　一Ｆ　—Ｆ　１—２　６８１．５３２　Ｎ。　（４）垂直弯矩。ＩＩ—ＩＩ左截面：　轴向力：　Ｍｙｌ一一Ｆ　１×Ｌｌ一一１７０　９４７．６５０　Ｎ・ｍｍ。　３一Ｆ　ｔａｎ　一３　９０４．７７１×ｔａｎｌ３。５３　３６　一　ＩＩ—ＩＩ右截面：　９６４．４７８　Ｎ。　Ｍｙ２一一Ｆ北×Ｌ２一一１７０　９４７．６６５　Ｎ・ｍｍ。　８．２计算支承反力及弯矩图　（５）合成弯矩。ＩＩ—ＩＩ左截面：　（１）水平面支反力：　Ｍ台成ｌ＝＝＝、／／Ｍ　１＋Ｍ移１—２４１　７５６．４８５　Ｎ・ｍｍ。　Ｆ。３　ａｍ＋Ｆ　ＪＬ２　Ｉｌ—ＩＩ右截面：　ＦＨ　一—亡　一１　１７２・５９１　Ｎ。　Ｍ合成２＝：＝ＪＭ￣Ｈ２十　２—１７１　９５２．６５２　Ｎ・ｍｍ。　・　１７６　・　机械工程与自动化　２Ｏｌ２年第５期　由于轴的Ａ、Ｂ处不受弯矩，则两处合成弯矩为：　ＭＡ合成一ＭＢ合成一０　Ｎ・ｍｍ。　并取脉动循环系数ａ＝＝＝０．６。ＩＩ—ＩＩ左截面：　１一￣／　成ｌ＋（ａＴ１）　一２９９　３２１．０９５　Ｎ・ｍｒｎ。　ＩＩ—ＩＩ右截面：　Ｍｍ２一√Ｍ　成２＋（ＯＴ２）。一２４６　４０３．３９８　Ｎ・ｍｍ。　Ａ、Ｂ处当量弯矩分别为：　Ａ一￣／Ｍ　合成＋（ＤＴ１）　＝１７６　４８４．９　Ｎ・ｍｍ。　（ａ）轴受力图　，±　Ｂ一￣／　合成十（ＤＴ２）。一１７６　４８４．９　Ｎ・ｍｍ。　８．３校核危险断面　Ｒ３＋Ｊ　３　（ｂ）水平面支反力　由上述分析，　面，应校核。　一　一在截面ＩＩ处最大，属于危险截　（ｅ）水平面弯矩　凡ｌ　ｔ　３　ｌ　Ｆｖ２　１２．５６　ＭＰａ＜［　一　］。　（ｄ）垂直面支反力　胁１　故轴设计的尺寸强度足够。　９结论　（ｅ）垂直面弯矩　通过计算，得出了传动轴的参数，根据相应参数进　行了相应的选型和设计，最后对其强度进行了校核，确　保满足设计要求。　ｎ　“——　（ｆ）扭矩　　．参考文献：　；一．．　［１］邱建新．机械原理课程设计指导［Ｍ］．北京：高等教育出　版社，２００５．　（ｇ）当量弯矩　图３从动轴的载荷分析图　［２］王知行，邓宗全．机械原理［Ｍ］．北京：高等教育出版社，　２００６．　（６）扭矩。Ｔｍ一５８８　２８３　Ｎ・ｍｍ，则有：　Ｔ１＝一．Ｔｍｚ－－－２９４　１４１．５　Ｎ・ｍｍ，　［３］朱孝录．机械传动设计手册［Ｍ］．北京：电子工业出版社，　２００４．　一每＿２９４　１４１．５　Ｎ・ｍｍ。　［４３成大先．机械设计手册［Ｍ］．第５版．北京：化学工业出版　社．２ＯｌＯ．　（７）当量弯矩。查《机械设计手册》取单向运转，　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｔｗｏ・－ｓｔａｇｅ　Ｂｅｖｅｌ　ａｎｄ　Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ　Ｇｅａｒ　Ｒｅｄｕｃｅｒ　Ｓｈａｆｔ　ＷＵ　Ｗｅｎ－ｑｕｎ　（Ｓａｎｒｕｉｎｇ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓａｎｍｉｎｇ　３６５０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｈａｆｔ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｃｏｍｐｌｅｘ．ｉｎｖｏｌｖｅｄ　ｉｎ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｅｘｐｏｕｎｄｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｃｈｅｃｋ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈａｆｔｓ　ｉｎ　ａ　ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ　ｂｅｖｅｌ　ａｎｄ　ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ　ｇｅａｒ　ｒｅｄｕｃｅｒ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ａ　ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ　ｍａｃｈｉｎｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ　ｂｅｖｅｌ　ａｎｄ　ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ　ｇｅａｒ　ｒｅｄｕｃｅｒ；ｄｒｉｖｅ　ｓｈａｆｔ；ｄｅｓｉｇｎ；ｒｅｄｕｃｅｒ　来稿须知　《机械工程与自动化》在“万方数据一数字化期刊群”、“中国知网”、“维普资讯”全文上网，分别被《中国核　心期刊（遴选）数据库》、《中国期刊全文数据库》、《中国科技期刊数据库》收录，并人选中国学术期刊综合评价　数据库统计源期刊。根据协议由《机械工程与自动化》编辑部取得作者收录授权，如作者不同意将文章编人　数据库，请在来稿时声明。　投寄本刊的一切作品一经录用，本刊编辑对来稿有编辑和修改权，作者应保证对投寄本刊的作品无侵犯　他人版权或其他权利行为，文责自负。作者来稿３０日内未接到《机械工程与自动化》录稿通知，．－ｌｘ￣作品自　行处理。　《机械工程与自动化》编辑部