减速器低速轴的设计与加工工艺.doc

J20型减速器低速轴的设计及加工工艺 设计要求原始资料：设计一减速器低速轴,传递的功率P=3.42kW，主动轮转速n=60r/min，载荷平稳，单向运转，预期寿命10年（每天按300天计），单班制工作，原动机为电动机。 设计应完成的任务：设计出一个符合上述要求的轴，画出零件图，根据轴的工作条件及性能要求确定轴的加工步骤，并写出轴的加工工艺。 2 轴的结构设计 2.1最小轴径的设计 按扭矩初算最小轴径本轴是属于中、小轴，在减数器重工作时要承受各种负荷和冲击载荷并且要具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，因此该轴材料选用45钢即可满足其要求。所以选用45#调质，硬度217-255HBS.根据文献P26514.4表，取c=118, 又因为设计要求P=3.42,n=60 所以, d≥(P/N)1/3118 =(3.42/60)1/3mm=46mm考虑有键槽，将直径增大5%，则d=46(1+5%)mm=48.3 mm∴选d=50mm 2.2 轴的结构设计 2.2.1轴上零件的定位，固定和装配 单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和套筒定位，则采用过渡配合固定。 2.2.2 确定轴各段直径和长度 为了使计算方便、易懂，现画草图如下（图上的阶梯轴从左到右依次是I段、II段、III段、Ⅳ段、Ⅴ段、Ⅵ段） 2.1 轴的草图 I段：d1=50mm 长度取L1=47mm∵h=2c c=1.5mm II段:取轴肩高3.5mm，作定位用，∴d2=57mm 初选用一对6213型角滚动轴承，其内径为65mm,宽度为23mm. 考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为50mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm, 故II段长：L2=85mm III段直径d3=65mm， L3=55mm 根据轴承安装要求，轴肩高h=2.5 mm Ⅳ段直径d4=70mm， L4=80mm Ⅴ段直径d5=82mm. 长度L5=9mm Ⅵ段直径d6=65 mm，长度L6=23 mm 由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=299mm 2.2.3 按弯矩复合强度计算 1.求分度圆直径：已知d=3×Z1=27mm 2.求转矩：已知T1=544350N·mm 3.求圆周力：Ft 根据参考文献P267得 Ft=2T1/d1=2×544350/324=3360N 4.求径向力Fr 根据参考文献P267得 Fr=Ft·tanα=3360×tan200=1220N 2.2 轴的受力图 1)绘制轴的受力图如图a 2）水平面内的弯矩图(图b)，支点反力为：FHA=FHB=Fr/2=1680N 由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为 MH=FHA×64=10752(N·mm) 3) 垂直面内的弯矩图（图c） FVA= FHB=64×Fr/2=534.79(N·mm) 截面处的弯矩为: MVI= 646.95×64=34226.56(N·mm) 4)绘制合弯矩图（如图d） MI=(MH2+MV2)1/2=(1075202+34226.562)1/2=112836.199N·mm 5)绘制扭矩图（如图e） 转矩：aT=0.6×544.35=326610N·mm 6)绘制当量弯矩图（如图f） 转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取α=0.6，截面C处的当量弯矩： Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[112836.1992+3266102]1/2=345550N·mm 7)校核危险截面C的强度 由式（6-3）d(Mec/0.1[σ-1])1/3=238594/0.1×551/3=39.5mm 因截面C处开有键槽，故将轴直径加大5%，即为39.5×1.05=41.475mm， 结构设计草图该处直径为70mm，强度足够。轴的结构简图如下： 图2.1减速器低速 3零件的工艺过程 3.1 轴的材料 轴的失效多为疲劳破坏，所以轴对材料的要求是：具有足够的疲劳强度，对应力集中的敏感性小，具有足够的耐性，易于加工和热处理，价格合理。 轴的常用材料主要是碳素钢、合金钢和铸钢。 1．碳素钢 在轴的材料中常用的有30、35、40、45、和50等优质碳素钢，尤以45纲应用最为广泛。用优质碳素钢制造的轴，一般均应进行正火或调制处理，以改善材料的力学性能。不重要的或受力较小的轴可用Q235A、Q255A，Q275A等普通碳素钢制造，一般不进行热处理。 2．合金钢 合金钢比碳素钢具有更好的力学性能和热处理性能。但对应力集中较敏感，价格也较贵，因此多用于重载、高温、要求尺寸小、重