减速器的传动轴

项目六减速器减速器：一种由封闭在刚性壳体内的一对或几对齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置。减速器的分类：1）按照轴线相对位置分卧式减速器、立式减速器。2）按照齿轮的外形分圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和它们组合起来的圆锥一圆柱齿轮减速器。减速器的分类：3）按照传动的级数分单级和多级减速器。单级齿轮减速器多级齿轮减速器减速器的组成任务一轴一概述二轴的结构设计三轴的强度计算1、支承回转零件（齿轮、带轮等）；2、传递运动或转矩；一、任务资讯轴的功用：（一）轴的类型根据轴的承载情况可分为：–转轴：既承受弯距又承受转矩。如减速器的轴。–传动轴：传递转矩而不承受弯距或弯距很小的轴。如汽车传动轴。–心轴：只受弯距，不受转矩。如火车车轮轴。转轴：既承受弯距又承受转矩的轴。传动轴：主要用于传递转矩而不承受弯矩，或所承受的弯矩很小的轴。例：汽车中联接变速箱与后桥之间的传动轴。心轴：用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递转矩。又可分为固定心轴和转动心轴。例：自行车的前轮轴（固定心轴)。列车车轴（转动心轴），图a。固定心轴曲轴：发动机专用零件。2、按轴线形状不同分直轴又可分为实心、空心（加工困难）光轴阶梯轴挠性轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。动力源被驱动装置接头接头钢丝软轴要求：具有足够的疲劳强度，较低的应力集中敏感性和良好的加工性能，此外还应考虑经济性、工艺性等。1、碳钢–对应力集中敏感性较低，可通过热处理提高其耐磨性和疲劳强度，且价廉易加工，应用广泛。30～50钢，调质或正火2、合金钢–具有较高的综合力学性能和热处理性能，但对应力集中较敏感，价贵，因此多用于重要场合，传递大功率，耐磨等特殊要求场合下。3、球墨铸铁–易铸造成复杂形状，吸振，耐磨性好，但铸件质量不宜控制，可靠性差。（二）、轴的材料及其选择材料牌号及热处理毛坯直径mm硬度HBS强度极限MPa屈服极限MPa弯曲疲劳极限MPa应用说明Q235440240200用于不重要或载荷不大的轴35正火≤100149～187520270250有好的塑性和适当的强度，可做一般的曲轴和转轴45正火≤100170～217600300275用于较重要的轴，应用最为广泛45调质≤200217～25565036030040Cr调质251000800500用于载荷较大且无很大冲击的重要轴≤100241～286750550350100～300241～26670055034040MnB调质251000800485性能接近于40Cr，用于重要的轴≤200241～28675050033535CrMo调质≤100207～269750550390用于重载荷的轴20Cr渗碳淬火回火15表面HRC56～62850550375用于要求强度、韧性及耐磨性均较高的轴≤60650400280表6-2轴的常用材料牌号、机械性能及应用举例（一）轴的结构设计轴结构设计的基本要求：a、有足够的强度—疲劳强度、静强度；1、合理的形状和尺寸—保证轴上零件有可靠的定位，装配、拆卸方便，周向、轴向固定可靠，便于轴上零件的调整；b、有足够的刚度—防止产生大的变形；c、有足够的稳定性—防止共振—稳定性计算。2、具有足够的承载能力二、任务分析与计划轴的设计应考虑四个方面：1）轴向固定；2）周向固定；3）制作和安装要求；4）尽量减少应力集中源；（1）、拟定轴上零件的装配方案装配方案–预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相互关系。–轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。轴的组成（阶梯轴）轴头：–轴上安装轮毂的部分（直径应取标准值，等于轮毂内径）轴颈：-轴上安装轴承的部分（直径应取标准值）轴身：–联接轴颈和轴头的部分。（2）各段轴径和长度的确定先按扭矩估算轴的最小直径，再从两端到中间，按结构或装配要求逐一确定各段轴的直径。安装轴承、联轴器、密封圈处采用标准直径；各轴段半径变化不要太大，由经验公式和结构要求而定；（3）轴上零件的轴向固定（1）轴肩或轴环–（2）轴端挡圈与圆锥面–（3）定位套筒与圆螺母–（4）弹性挡圈与紧定螺钉轴肩或轴环简单可靠，能承受较大的轴向力，应优先使用，只能单向固定。轴肩的圆角半径必须小于零件孔端的圆角半径或倒角。dmmh)1.0~07.0(hb4.1⑵轴套（或称为套筒）正确结构错误结构要求轴段的长度L小于轮毂的宽度B：(2-3)mm用于轴中部，两个零件相距较近的场合。（距离较大或转速过高不宜采用）圆螺母特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降应用：常用于轴的中部和端部弹性挡圈特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力。应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位轴端挡圈应用：用于轴端零件的固定。特点：可承受剧烈振动和冲击。紧定螺钉应用：适用于轴向力很小，转速低的场合；特点：可承受很小的轴向力。（4）轴上零件的周向固定目的：传递转矩，防止零件与轴产生相对滑动。–（1）键联接–（2）花键联接•静、动联接，承载能力高，有较高的定心性和导向性–（3）过盈联接•利用零件间的过盈量来实现联接–（4）成形联接–（5）销联接–（6）弹性环联接键联接花键联接过盈联接1.提高轴的抗疲劳强度，降低应力集中；增加轴肩的圆角半径，以减少局部应力。（5）轴的加工工艺性2.为了装配方便，轴端倒角45°，清除毛刺。3、轴上有多个键槽，应布置在同一轴线上，便于装夹和铣削；4、螺纹轴段要有退刀槽，磨削段要有越程槽；5、合理布置轴上零件的位置，可改善轴上的应力情况。3轴的计算一、轴的强度计算方法–1、轴的抗扭强度计算•只须知道转矩的大小，方便计算，但计算精度较低–2、轴的弯扭组合强度计算–3、按疲劳强度条件进行精确校核–4、按静强度条件进行校核二、轴的刚度计算*三、轴的振动稳定性下一节1、轴的抗扭强度计算只须知道转矩的大小，方便计算，但计算精度较低抗扭强度TTTndPWT362.01055.9设计公式–式中•A0：计算常数，与轴材料有关。若d100mm轴上有键槽，单键轴径增大3%双键轴径增大7%若d100mm轴上有键槽，单键轴径增大5%～7％双键轴径增大10%～15％–注：该式也可用来初估轴的直径，用该法计算出的轴径须圆整，并作为轴的最小直径。mmnPAnPdT30362.01055.9返回a、计算模型的建立–1）为作轴的弯距图，常把轴及支承视为简支梁–2）轴上零件受力，通常取为载荷分布段的中点，集中力处理;扭矩从传动件轮毂宽度的中点算起。–3）轴上支承力的作用点，根据支承结构手册确定，可查手册。为简化计算，一般近似取轴承宽度中点处；b、强度条件–第三强度理论得出弯扭组合强度条件beeWM12、抗弯扭组合强度计算c、计算顺序–（1）画出轴的空间受力简图。将轴上作用力分解为水平面受力图和垂直面受力图，并求出支承点反作用力（水平反力和垂直反力）。（2）分别作出水平面上的弯距和垂直面上的弯距HMVM（3）作出合成弯距图22VHMMMM（4）作出转矩图T（5）应用公式绘出当量弯距图22)(TMMe–：根据转矩性质而定的折合系数；不变的转矩，取=0.3;脉动循环转矩，取=0.6;对称循环转矩，取=1；MeMe1Me2（6）计算应满足强度条件或若危险截面强度不够，则加大轴的直径。对于转轴和转动心轴，取固定心轴，3221.0dTMWMcaca31.0eMd返回b1b0返回3、按疲劳强度条件进行精确校核4、按静强度条件进行校核目的：–评定轴对塑性变形的抵抗能力–这对那些瞬时过载很大，或应力循环的不对称性较为严重的轴是很必要的。返回1、轴的变形–轴受弯距作用产生弯曲变形：挠度、转角–轴受转矩作用产生扭转变形：扭角2、刚度条件–弯曲刚度校核计算•挠度：•偏转角：–扭转刚度：•扭转角：yy二、轴的刚度计算返回振动原因–临界速度•产生共振时的转速三、轴的振动稳定性返回15.4轴的设计一、设计方法：–1、类比法–2、设计计算法*二、轴设计的主要问题–主要问题三、轴的设计步骤–设计步骤–例题下一节1、类比法根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结构设计，画出轴的零件图。用类比法设计轴，一般不进行强度计算。由于完全依靠现有资料及设计者的经验进行轴的设计，设计结果较可靠、稳妥，同时可加快设计进程，因此较为常用，但有时这种方法也会带有一定的盲目性。返回2、设计计算法一般步骤：（1）根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力；（2）按抗扭强度估算出轴的最小直径；（3）进行轴的结构设计，绘制出轴的结构草图；1）根据工作要求确定轴上零件的位置和固定方式；2）确定各轴段的直径；3）确定各轴段的长度；4）根据有关设计手册确定轴的结构细节，如圆角、倒角、退刀槽等的尺寸。（4）用弯扭组合强度校核轴的危险截面的强度。一般在轴上选取2～3个危险截面进行强度校核。若危险截面强度不够或强度裕度太大，则必须重新调整轴的结构。（5）修改轴的结构后再进行校核计算。这样反复交替地进行校核和修改，直至设计出比较合理的结构。（6）绘制轴的零件图。返回三、轴的设计步骤1、按抗扭强度估算轴直径2、进行轴的结构设计，拟订轴的结构形状尺寸。3、在外载及支反力位置确定后。先按力学方法求出支反力，画M和T图，然后用弯扭组合强度校核轴的危险截面。返回例15.1设计斜齿圆柱齿轮减速器的从动轴。已知传递功率P=8kw,从动齿轮转速，分度圆直径，圆周力，径向力，轴向力，齿轮轮毂宽为60mm。单向运转，采用6208深沟球轴承。min/2802rnmmd2652NFt20592NFr8.7632NFa7.4052TFHAFVAFVBFHBFt2Fr2Fa2l解：用弯扭强度校核（1）画出轴的空间受力图返回TFHAFVAFVBFHBFt2Fr2Fa2lFHAFt2FHBMHC（2）作出水平面内的弯距图22tHBHAFFFmmNlFMHAHC60770211810302截面C处的弯距N103022059求出水平支承反力：FHAFa2TFVAFVBFHBFt2Fr2lFVAFr2Fa2FVBMVC1MVC2（3）作出垂直面内的弯距图NldFFFarVA65.7322222NFFFVArVB5.83765.738.7632截面C左侧弯距：截面C右侧弯距：mmNlFMVAVC4345211865.7321mmNlFMVBVC4941021185.83722求出垂直支承反力：MHCMVC1MVC2T（4）判断危险截面mmNMMMVCHCC7832049410607702222（5）作出扭距图截面C处既有最大弯距，又有扭距作用，且轴上有键槽，故截面C处为危险截面，其合成弯距为：mmNnPT27290028081055.91055.9626（6）求当量弯距因减速器单向运转，故可认为扭距为脉动循环变化，校正系数6.0mmNTMMCe1815002729006.0783202222（7）验算危险截面C处的轴直径：mmMdbe16.31601.01815001.0331因C处有键槽，故将轴径增大5%为32.72mm,取35mm。返回例15.2用许用弯曲强度校核齿轮轴的直径。小齿轮上所受力大小如图所示。已知小齿轮齿根圆直径为47.602mm。下一节五.安全系数校核计算1、疲劳强度安全系数校核mabNkkS1maNkkS1SSSSSS22自行车前轮轴火车轮轴减速器轴转动轴减速器轴轴肩定位圆螺母定位例题：指出图中结构不合理的地方并改正。空心轴空心轴内径与外径的比值通常：0.