哈工大机械设计课程{授课老师：赵小力}第16讲.ppt

改错题 上节课讲了轴承部件结构设计，涉及到轴承部件的定位与固定、配合与调整、安装与拆卸、润滑与密封。 这是机械设计课程中唯一在课程上讲解的习题课。咱们这节课以一级圆柱齿轮减速器的输出轴部件为例，以此来学习轴承部件设计方法。 一级圆柱齿轮减速器就是依靠一对啮合齿轮实现减速，大家看图中就是一个简单的一级圆柱齿轮减速器，跟电机轴相连的轴为输入轴，与工作机相连的轴为输出轴。在很多时间单级传动比较大，往往把输出轴做成齿轮轴，因此输出轴的结构在多级齿轮传动中更具有代表性，因此这次习题课就以输出轴为例进行设计，见右图。 * * 从图中所示的输出轴部分的结构，可以看出组成部件之间在设计过程中是相互关联和相互制约。 （1）轴段1的直径可以先根据抗扭强度进行计算，但长度选择需要根据联轴器的类型和型号来确定； （2）轴段2的直径的选择要依赖于两个方面：一是作为联轴器的轴向固定中的轴肩；二是与密封件的配合；长度有待于只能等到整体结构来确定。 （3）密封件与密封方式有关，密封方式的选择要依赖工作环境和轴承的润滑方式：咱们之前讲轴承密封的时候，有些密封形式只能用于清洁环境，如毛毡圈和间隙密封；而有些则适用清洁和有尘环境中，如唇形密封和迷宫式密封；而轴承的密封形式与轴承的润滑方式有关，油或脂，其密封方式决定了密封件的选择，从而影响着轴段2的直径的选择； （4）轴段3的直径和长度则要依赖于轴承的型号和轴承的润滑方式，而轴承型号的选择又取决于传动件的受力情况，如有轴向力，那么就需要根据轴向载荷的大小来选择轴承的型号，如深沟球轴承或角接触球轴承等。 （5）轴段4的直径和长度则需要轮毂宽度、平键尺寸和前段轴段的直径，而轮毂的宽度要参考齿轮齿宽； （6）轴段5的直径和长度仅取决于轴段4和齿轮的定位固定； （7）轴段7的长度与直径仅取决于轴承的尺寸； （8）轴段6的直径取决轴承的轴向定位高度，其长度需要根据整体结构设计来确定； （9）轴段1和轴段4上的键槽则取决于该段的直径和长度。 虽然设计过程是关联零件协同设计，但每个零件设计还需要按照各自的设计准则进行设计计算和校核计算。 * 前面我们对输出轴部件的简要结构在心中已有初步设计方案，但对于每个零部件的型号选择和尺寸确定仍有待于确定，那么就从总体设计的角度出发，对每个零部件的设计过程要交叉进行，从而对整个方案中的每个零部件进行结构设计和校核计算，等到校核计算满足后就确定出结构的最终尺寸，就大体绘制出输出轴部件，然后再绘制细节部分，就完成了装配图的设计，最后根据装配图，拆分零件图。 我们从图中所示的输出轴部件设计程序图来看，首先要从已知条件出发，如转矩T和转速n，选择机体结构形式（剖分式，还是整体式），并确定轴承部件固定方式。然后对每个零部件进行独立设计和交叉考虑，其中轴作为核心连接元件，将所有的零部件有效关联起来，故设计中将以轴的设计为主展开，逐一设计与其关联的零部件。唯一例外的是齿轮的设计，其轮齿部分可独立设计，其轮毂和轮辐则与轴协同设计。 （1）图中的初定尺寸一栏的设计属于独立设计，比如齿轮、轴等； （2）图中的结构设计草图中属于关联部分的协同设计，如齿轮的轮毂和轮辐； （3）图中的校核计算是结构草图确定之后，对某些零部件进行校核计算，看其是否满足要求； （4）等到校核计算满足要求后就可以绘制装配图； （5）拆装配图，根据装配图中的各个零部件之间的相互关系，绘制零件图。 因此输出轴部件设计过程主要包括以下5个步骤： （1）初定尺寸，这里主要依靠经验或书面知识； （2）画结构草图，边画边设计； * 大家请看教材231页的例11.2，已知条件：输出轴功率P=2.74KW，转矩T=289458N.mm，转速n=90.4r/min，圆柱齿轮分度圆直径d=253.643mm，齿宽b=62mm，圆周力，径向力和轴向力分别给出来了。载荷平稳，单向转动，工作环境清洁，工作温度小于100摄氏度，两班工作制，使用5年，大批量生产。那大家先分析一下已知条件中的每一项对设计提出什么要求，大家来想想，提问同学。 * 大家来看看刚才分析的结果对不对。 （1）轴向力主要对轴承选型有影响； （2）载荷平稳，主要对载荷系数K，如联轴器KA、轴承fp； （3）单向转动主要影响到轴的扭转切应力循环特征r的值； （4）工作环境清洁主要涉及到轴承的密封，以及齿轮的设计准则的选取； （5）工作温度主要针对轴承寿命计算公式的温度系数； （6）两班工作制，使用年限5年，主要针对寿命计算，对齿轮而言就是寿命系数； （7）大批量生产，主要针对材料选择、机械结构和工艺选择。 * 下面咱们就开始设计计算。 轴把这些零件串起来，那咱们就先从轴开始设计。 （1）根据轴的材料选用情况，一般机械装置可选用45号钢，为了尺寸稳定性，进行调质处理。 （2）由于减速器输出轴受到齿