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1．燃燒臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
使燃燒臂的桁架實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置稱為回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是用船用廢氣燃燒臂設(shè)計(jì)的重要工工作機(jī)構(gòu)之一，它的作用將燃燒臂繞船回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)水平圓弧運(yùn)動(dòng)，使油管能夠伸到海里去,而燃燒臂的作用是固定排氣管和噴頭.，使燃燒臂的工作具有硬件基礎(chǔ)。
燃燒臂的機(jī)構(gòu)主要包括水平支架，垂直支架，排氣管以及噴頭四大部分。
1.1燃燒臂裝置的方案設(shè)計(jì)。
回轉(zhuǎn)支承裝置的任務(wù)是保證燃燒臂回轉(zhuǎn)部分有確定的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并能承受燃燒臂各種載荷所引起的垂直力，水平力與傾覆力矩。
本次設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)如下：
（1） 支承能力大，要示支承裝置具有較高的支承能力
（2） 傾覆力矩大，由于燃燒臂重量較大，風(fēng)力較強(qiáng)，要求能承受一定的傾覆力矩
1.2燃燒臂的選型和計(jì)算
在滿足機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的前提下，必須根據(jù)機(jī)架的不同用途和所處環(huán)境。考慮下列各項(xiàng)要求，并有所偏重。
（1）機(jī)架的重量輕，材料選擇合適，成本低。
（2）結(jié)構(gòu)全理，便于制造。
（3）結(jié)構(gòu)應(yīng)使機(jī)架上的零部件安裝，調(diào)整，修理和更換都方便。
1.2.1 燃燒臂的基本結(jié)構(gòu)
船上燃燒臂總長(zhǎng)為20m ,燃燒臂結(jié)構(gòu)主要由燃燒頭、通氣管、水平支架、豎直支架、和底座等部組成。
結(jié)構(gòu)中的水平支架為空間桁架結(jié)構(gòu)。水平支架中的構(gòu)件采用等邊字鋼,豎直支架中的構(gòu)件采用鋼。
工作狀態(tài)下,燃燒臂從支撐架上移開,旋轉(zhuǎn)到伸向船艏前方的位置。
1.2.2水平支架的方案設(shè)計(jì)
為便于計(jì)算,本文中燃燒臂水平支架結(jié)構(gòu)采用在根部固定約束,主要載荷為燃燒臂各部分結(jié)構(gòu)的自重力、風(fēng)載荷和燃燒頭自重力。其中燃燒頭自重力為80 N 。
確立方案。水平支架的結(jié)構(gòu)由等邊角鋼組成如圖 1-1
與垂直支架接觸的一格。即最左邊一格由于要與垂直支架用螺栓固定，因此，其形狀為1-2
其中第一格中：ab=ac=cb=dg=df=gf=60cm,bf=cd=40cm。則由于燃燒臂是20M，因此水平支架是由50個(gè)格組成的。
1.2.3 水平支架的受力分析
（1）此角鋼的密度為7。8 Kg/因此通過計(jì)算得。水平支架的重量G為600千克。為6000N。
（2）其中燃燒頭自重力為80 N 其中燃燒氣管道選用外徑為=160 mm ,壁厚為6 mm的鋼管，鋼的密度為7。8Kg/。所以氣管道的質(zhì)量為190 Kg=1900N
（3）由于所設(shè)計(jì)的燃燒臂能在8級(jí)風(fēng)的風(fēng)力下工作，因此，極限環(huán)境載荷的風(fēng)為：
大風(fēng)：即8級(jí)風(fēng)。陸地 樹枝折斷，迎風(fēng)行走感覺阻力很大，海岸 ，近港海船均留不出。平均風(fēng)速為17.2-20.7m/s的風(fēng)。所以取8級(jí)風(fēng)的風(fēng)速為18m/s
1. 把結(jié)構(gòu)物看作靜止不動(dòng)，具有一定運(yùn)動(dòng)速度的空氣流向結(jié)構(gòu)物，速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，?duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生壓力。壓力的大水可用能量原理或伯努利方程計(jì)算，以此導(dǎo)出的壓力與風(fēng)速的關(guān)系如下：
q=
式中:
q ---------風(fēng)壓（）
——— 空氣密度kg/
——---風(fēng)速（m/s）。8級(jí)風(fēng)的風(fēng)速為18m/s
在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下（1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=101325Pa），當(dāng)環(huán)境溫度為15度時(shí)，空氣密度=1。2255 kg/，將值代入上式得：
q=0.613
所以風(fēng)壓為
q=0.613=1.6131818=522.7N
2.風(fēng)載荷的計(jì)算方法
根據(jù)公式得
式中：
——作用有燃燒臂某一部分檔風(fēng)面的風(fēng)載荷
——風(fēng)力系數(shù)。取=1。5
——風(fēng)壓高度變化系數(shù)。取=1
q——計(jì)算風(fēng)壓。其值前已求過。q=522.7
——垂直于風(fēng)向的結(jié)構(gòu)物擋風(fēng)面積。=3
所以
=1.51522.73
=2352N
因此。風(fēng)載荷對(duì)水平支架產(chǎn)生的彎矩
=117600
1.2.4 水平支架的強(qiáng)度計(jì)算
該水平支架由于長(zhǎng)度太長(zhǎng)達(dá)20M，因此。必須校核其彎矩與扭矩
最靠近豎直支架的那一格是受力最大的，因此必須進(jìn)行其彎矩與扭矩，如圖1-3所示：
己知：ab=cd=40cm,ac=bd=51cm
. 重力G=水平支架的重力+燃燒頭自重力+氣管道的重力
=6000+80+1900=7980N
彎矩重力G19.6m=790019.6=154840N
風(fēng)力117600N
（1）求支座反力
由梁的整體平衡條件，可以求得支座反力為
=117600+154840
=272440 N
由于水平支架是由三角鋼焊接在一起的。因此，可以把其中一節(jié)一節(jié)的看成一個(gè)個(gè)的分體。所以，在校核時(shí)應(yīng)該把一段看成一個(gè)整體來校核
。如圖1-3求彎知圖：
解；(1)由靜力方程
)
)
(2) 繪出彎矩圖
如圖1-4
如圖1-5
該鋼架的最大彎矩為22.4KN
1.3 垂直支架的方案設(shè)計(jì)
垂直支架位于水平支架與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的中間，對(duì)水平支架起固定的作用，
而對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來說起到緩沖，能把回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速傳到水平支架上，使其能按預(yù)定的轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到燃燒臂效果的作用。 因此，垂直支架需要很強(qiáng)的硬度和抗拉，抗彎能力，并且其自身不能太重。故設(shè)定方案如圖1-6所示
它與下面的回轉(zhuǎn)承軸相連圖為1-7
其垂直支架總高為1m，總長(zhǎng)度為1.3m,凸臺(tái)高為0.1m,空心直徑為1.125m，實(shí)心直徑為1.146m
該垂直支架采用鋼。密度為7800kg/
因此。垂直支架的總重量為780kg
所以其重力為7800N ，重力方向向下
2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由回轉(zhuǎn)軸承組成的，下面將對(duì)回轉(zhuǎn)承軸進(jìn)行分析和計(jì)算
2.1 根據(jù)所知條件設(shè)立方案
選用外齒式QWA型，1120.32的型號(hào)
其基本參數(shù)為 D=1240mm ,mm,H=90mm,mm, .,n=28,A型，油標(biāo)數(shù)量，h=10mm,L=70mm
M=10mm,,Z=129,質(zhì)量=272KG，如圖示
回轉(zhuǎn)軸承外負(fù)荷的確定：
回轉(zhuǎn)支承強(qiáng)度計(jì)算的先決條件，是求取支承上的計(jì)算負(fù)荷，其中包括：總軸向力，總傾翻力矩M；在力矩M作用平面中的總徑向力。
由于主機(jī)工作條件復(fù)雜，因此在計(jì)算上述諸力時(shí)要考慮的因素很多，它們對(duì)支承的強(qiáng)度和壽命都有很大的影響需要考慮的因此包括：
（1） 作用在機(jī)器上的力有機(jī)器自重靜負(fù)荷，工作負(fù)荷和動(dòng)負(fù)荷，風(fēng)力旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒輪的嚙合力，因機(jī)身不呈水平狀而產(chǎn)生的幾個(gè)方向分力等 ：
（2） 進(jìn)行超負(fù)荷試驗(yàn)的情況。例如，很多起重機(jī)是用1。25倍額定負(fù)荷進(jìn)行試驗(yàn)的：
（3） 對(duì)多種計(jì)算位置和負(fù)荷的組合，須從這些組合中找出對(duì)回轉(zhuǎn)支承最嚴(yán)重的負(fù)荷條件：
（4） 有些機(jī)器，例如單斗挖掘機(jī)的工作負(fù)荷，有時(shí)是按機(jī)器的穩(wěn)定極度限來求取時(shí)，以鏟斗位于履帶對(duì)角線方向時(shí)為最嚴(yán)重；一般移動(dòng)式起重機(jī)達(dá)到機(jī)器的穩(wěn)定極限時(shí)，所能起吊的最大負(fù)荷大于額定負(fù)荷，但所選的穩(wěn)定性安全系數(shù)不等。有時(shí)，還需考慮一些非工作狀態(tài)的負(fù)荷（風(fēng)負(fù)荷，豎立及放倒時(shí)的負(fù)荷等）及事故狀態(tài)的負(fù)荷
（5） 負(fù)荷的沖擊性質(zhì)如何，對(duì)回轉(zhuǎn)支承有較大的影響，例如在沙土上工作和巖石上工作的挖掘機(jī)，其回轉(zhuǎn)支承的負(fù)荷條件差別很大。
（6） 對(duì)不同類型的機(jī)器來說，負(fù)荷的頻率及最大負(fù)荷出現(xiàn)的概率是不同的，例如安裝用的吊鉤起重機(jī)和抓斗起重機(jī)在這方面就有很大的差別。
因此，要理想的確定回轉(zhuǎn)支承上的計(jì)算負(fù)荷是很困難的，通常用一個(gè)“使用條件系數(shù)”來粗略地考慮動(dòng)負(fù)荷，沖擊及負(fù)荷頻率等因素的影響，該系數(shù)列于下表中，
工作類型
機(jī)器舉例
系數(shù)值
輕工作
堆料機(jī)，汽車起重機(jī)，輪胎起重機(jī)
1．0-1．2
中工作
塔式起重機(jī)，船用起重機(jī)
1．1-1．3
重工作
抓斗起重機(jī)，港口起重機(jī)
1．3-1．5
單斗挖掘機(jī)
1．4-1．6
等重工作
斗輪式挖掘機(jī)，隧道掘進(jìn)機(jī)
1．6-2．0
本次設(shè)計(jì)取=1。2
2.2 船用廢氣燃燒臂的負(fù)荷分析
2.2.1 船用廢氣燃燒臂的外力分析
圖2-1 船用廢氣燃燒臂的受力圖
總軸力
總傾翻力矩
式中：
——垂直支加架的重力 為7800N
——水平支架的重力 為6000N
——總彎矩 為272440 N
所以
=7800+6000
=14000N=14KN
總傾翻力矩=280KN
0
2.2.2 回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩的計(jì)算
影響摩擦阻力矩的因素很多，因此很難精確地計(jì)算。通常采用下式來近似地估計(jì)支承的回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩：
式中
D——承受軸向力及總傾翻力矩M的滾動(dòng)體分布圓直徑。D=1120 mm
——由軸向力及總傾翻力矩M產(chǎn)生的各滾動(dòng)體上正壓力之總和
——承受軸向力的滾動(dòng)體與滾道的當(dāng)量摩擦系數(shù)，可近似取=0.01
解.根據(jù)己知條件和公式得
(1)求偏心距e:
35
(2)求。由于e>0.262D,故按公式求
按2e/D= 35 從圖中查得：對(duì)于滾柱式回轉(zhuǎn)支承，故
N
所以。摩擦阻力矩
=
=3217.536 NM
船用廢氣燃燒臂減速器的設(shè)計(jì)
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
3.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)類型
本設(shè)計(jì)中的船用廢氣燃燒臂用于海上輪船的排氣。海上風(fēng)大、其要求的功率以及最終實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速較低。當(dāng)燃燒臂正常運(yùn)行時(shí)。即其勻速工作時(shí)。它所需要的力矩很小。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其初起時(shí)的轉(zhuǎn)矩 。因此，選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)要使其克服燃燒臂初啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩。設(shè)燃燒臂由靜止轉(zhuǎn)為1度1S的勻速運(yùn)動(dòng)所用的時(shí)間為1S。
（1） 克服水平支架的力矩。
1．根據(jù)已經(jīng)得。其需要克服風(fēng)力的力矩
（2）由水平支架重量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量引起的阻力矩
把整個(gè)水平支架看成一個(gè)整體?？赏ㄟ^公式得出：
式中：
M——水平支架的質(zhì)量。M=600KG
L——水平支架的長(zhǎng)度。L=20M
所以
，由勻變速轉(zhuǎn)動(dòng)公式知
（3）克服垂直支架重量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量引起的阻力矩
根據(jù)公式可求
（4）克服回轉(zhuǎn)軸承的摩擦阻力矩
因此。想要使燃燒臂由靜止轉(zhuǎn)為勻速轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的總力矩M
3.1.2選擇電動(dòng)機(jī)容量
電動(dòng)機(jī)所需工作功率為
式中：傳動(dòng)裝置的總效率為
查表2-3確定各部分效率為：聯(lián)軸器效率，滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率（一對(duì)），閉式齒輪傳動(dòng)效率，曲柄連桿的傳動(dòng)效率，槽摩擦傳動(dòng)效率代入式得 。
有式3-1求出，所需電動(dòng)機(jī)功率為
M為總轉(zhuǎn)矩=1168.8k
N為已知的1/6r/min
因載荷有輕微沖擊，故電動(dòng)機(jī)額定功率要大于即可。Ycj系列電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)，配用電機(jī)為YL160L-4。選用電動(dòng)機(jī)的功率為。因?yàn)槿紵鄣幕剞D(zhuǎn)速慢。所以選電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為25 r/min
3.1.4 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及其分配
（1）總傳動(dòng)比
（2）分配傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比
由于此燃燒燃燒設(shè)計(jì)采用專用的外齒式回轉(zhuǎn)支承來傳動(dòng)，因此最后與回轉(zhuǎn)軸承的外齒相嚙合的傳動(dòng)比一般
因此。設(shè)計(jì)的減速器只需要滿足總傳動(dòng)比即可，
根據(jù)參考取兩級(jí)圓柱齒輪減速器高速級(jí)的傳動(dòng)比
對(duì)于展開式二級(jí)圓錐-圓柱斜齒輪減速器，在兩極齒輪配對(duì)材料、性能及齒寬系數(shù)大致相同的情況下，即齒面接觸強(qiáng)度大致相等時(shí)，兩極齒輪的傳動(dòng)比可按下式分配：
即
代入式得
3.1.5 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
各軸的轉(zhuǎn)速根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速及傳動(dòng)比進(jìn)行計(jì)算;傳動(dòng)裝置各部分的功率和轉(zhuǎn)矩。
計(jì)算各軸時(shí)將傳動(dòng)裝置中各軸從高速軸到低速軸依次編號(hào)，定0軸（電動(dòng)機(jī)軸），1軸，2軸，3軸，4軸；相鄰兩軸間的傳動(dòng)比表示為，；各軸的輸出功率為，，，；各軸的輸出轉(zhuǎn)矩為，，，。
各軸的輸出功率
0軸（電動(dòng)機(jī)軸）
1軸（高速軸）
2軸（中間軸）
3軸（低速軸）
各軸的輸出轉(zhuǎn)速
0軸（電動(dòng)機(jī)軸）
1軸（高速軸）
2軸（中間軸）
3軸（低速軸）
各軸的輸出轉(zhuǎn)矩
0軸（電動(dòng)機(jī)軸）
1軸（高速軸）
2軸（中間軸）
3軸（低速軸）
3.2 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)
確定傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置的第一步，是設(shè)計(jì)各級(jí)傳動(dòng)件和裝配圖的依據(jù)，因此應(yīng)使所擬定的方案在技術(shù)上合理、先進(jìn)、且經(jīng)濟(jì)效益高。
傳動(dòng)裝置方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容為：確定傳動(dòng)類型，計(jì)算總傳動(dòng)比和合理分配各級(jí)傳動(dòng)比，計(jì)算裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)。
3.2.1 確定傳動(dòng)類型
二級(jí)圓錐－圓柱齒輪減速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖4-1所示：
圖4-1 齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能及使用范圍
功率（常用值）/Kw
最大50000
單級(jí)傳動(dòng)比
常用值
圓柱3～5
圓錐2～3
最大值
8
5
許用的線速度/（m/s）
6級(jí)精度直齒v≤18m/s，非直齒≤36m/s
外廓尺寸
小
傳動(dòng)精度
高
工作平穩(wěn)性
一般
自鎖能力
無
過載保護(hù)作用
無
使用壽命
長(zhǎng)
緩沖吸振能力
差
要求制造及安裝精度
高
要求潤滑條件
高
對(duì)環(huán)境適應(yīng)性
一般
圓錐齒輪傳動(dòng)布置在傳動(dòng)裝置的高速級(jí)，以減小圓錐齒輪的尺寸。因?yàn)榇竽?shù)的圓錐齒輪需要大型機(jī)床切齒，對(duì)一般制造工廠難于實(shí)現(xiàn)。若圓錐齒輪的速度過高，其精度也要相應(yīng)地提高。此時(shí)還需要考慮能否制造及經(jīng)濟(jì)性等問題。
3.2.2 總傳動(dòng)比和合理分配各級(jí)傳動(dòng)比
電動(dòng)機(jī)選定后，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)構(gòu)主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，以及上面所求的，可知該減速器的總傳動(dòng)比為15
合理選擇和分配各級(jí)傳動(dòng)比直接影響傳動(dòng)裝置的外廓尺寸、質(zhì)量、潤滑、成本等方面，主要考慮如下幾點(diǎn)：
各級(jí)傳動(dòng)比不應(yīng)超過其傳動(dòng)比的最大值，應(yīng)盡量在推薦范圍內(nèi)選取。
使減速器中各大齒輪的浸油深度大致相等，以利實(shí)現(xiàn)浸油潤滑。
所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)裝置具有較小的外廓尺寸。
1、 圓錐齒輪傳動(dòng)比可取為
2、 圓柱齒輪傳動(dòng)比為：
傳動(dòng)比誤差確定
在誤差限制范圍內(nèi)。
圖4-2
3.3齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與校核
當(dāng)齒輪工作于封閉的箱體之內(nèi)時(shí)，稱為閉式齒輪傳動(dòng)。閉式齒輪傳動(dòng)具有潤滑與防護(hù)條件好的優(yōu)點(diǎn)，多用于中、高速和較重要的場(chǎng)合；當(dāng)齒輪齒面的硬度大于350HBS時(shí)，稱為硬齒面齒輪。將齒輪的精度分為12個(gè)精度等級(jí)，1級(jí)精度最高，12級(jí)精度最低，常用的多為5～9級(jí)精度。齒輪材料及熱處理如下：
1、鍛鋼 鍛鋼是制造齒輪最常用的材料，一對(duì)齒輪在嚙合過程中，小齒輪的齒面硬度通常高于大齒輪的齒面硬度，其高出值約為HBS30～50，硬齒面齒輪一般無硬度差。較重要場(chǎng)合可選用硬齒面齒輪，一般硬齒面齒輪常用中碳鋼或中碳合金鋼制作，如45、40Cr、35SiMn，這類齒輪一般進(jìn)行表面淬火處理，齒面硬度可達(dá)HRC50～55，因表面淬火后輪齒變形不大，可以不磨齒，常用于中、高速傳動(dòng)。當(dāng)高速、重載及沖擊載荷較大時(shí)，硬齒面齒輪常用的材料為20、20Cr、20CrMnTi等低碳鋼和低碳合金鋼，采用滲碳淬火處理，齒面硬度可達(dá)HRC56～62，而芯部具有良好韌性。但滲碳淬火后變形較大，需要進(jìn)行磨齒等精加工，價(jià)格較貴。
2、鑄鋼 當(dāng)齒輪尺寸較大（直徑大于400～500mm）或結(jié)構(gòu)較復(fù)雜時(shí)，因輪坯不易鍛造，可采用鑄鋼。鑄鋼的強(qiáng)度和耐磨性較好，但鑄鋼鑄造性較差，鑄鋼輪坯在切削加工前要進(jìn)行正火處理，以消除鑄造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
減速器國外資料介紹，減速器能力應(yīng)提高8倍，從國內(nèi)運(yùn)行實(shí)踐來看，找不出提高8倍的理由。眾所周知，閉式傳動(dòng)的主要破壞形式是齒面疲勞，在齒面疲勞計(jì)算通過的情況下，齒彎曲破壞強(qiáng)度是非常富余的，常規(guī)不進(jìn)行齒彎曲強(qiáng)度校核。由于在過鐵情況發(fā)生時(shí)，齒輥和減速器轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，適當(dāng)提高減速器能力是適宜的。對(duì)設(shè)計(jì)的破碎機(jī)選用的減速器進(jìn)行一次齒抗彎強(qiáng)度校核，這對(duì)選用減速器時(shí)提高一個(gè)檔次是有益的。雙齒輥破碎機(jī)上用的傳動(dòng)齒輪，均應(yīng)采用硬齒面。
齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸數(shù)據(jù)，應(yīng)分別根據(jù)情況進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、圓整或求出精確數(shù)值。例如，模數(shù)必須標(biāo)準(zhǔn)化，中心距、齒寬應(yīng)圓整，嚙合幾何尺寸（節(jié)圓、分度圓、齒頂圓直徑和螺旋角等必須精確到小數(shù)點(diǎn)后2至3位，角度應(yīng)精確到“秒”。
直齒圓柱齒輪傳動(dòng)為滿足中心距為整數(shù)，可改變模數(shù)和齒數(shù)或采用角度變位。對(duì)于斜齒輪傳動(dòng)，可調(diào)整螺旋角使中心距為整數(shù)。
圓錐齒輪的錐距R不要求圓整，按模數(shù)和齒數(shù)精確計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后三位數(shù)，分度圓錐角的數(shù)值精確到“秒”，齒寬系數(shù)不能取大。
齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的、也是應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)型式。齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：
（1）工作可靠、壽命較長(zhǎng)；
（2）傳動(dòng)比穩(wěn)定、傳動(dòng)效率高；
（3）可實(shí)現(xiàn)平行軸、任意角相交軸、任意角交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)；
（4）適用的功率和速度范圍廣。
3.3.1 輪齒的失效形式
輪齒的主要失效形式有以下5種：
1. 輪齒折斷
齒輪工作時(shí)；若輪齒危險(xiǎn)剖面的應(yīng)力超過材料所允許的極限值，輪齒將發(fā)生折斷。
輪齒的折斷有兩種情況，一種是因短時(shí)意外的嚴(yán)重過載或受到?jīng)_擊載荷時(shí)突然折斷，稱為過載折斷；另一種是由于循環(huán)變化的彎曲應(yīng)力的反復(fù)作用而引起的疲勞折斷。輪齒折斷一般發(fā)生在輪齒根部。
2. 齒面點(diǎn)蝕
在潤滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)中，當(dāng)齒輪工作了一定時(shí)間后，在輪齒工作表面上會(huì)產(chǎn)生一些細(xì)小的凹坑，稱為點(diǎn)蝕。
點(diǎn)蝕的產(chǎn)生主要是由于輪齒嚙合時(shí)，齒面的接觸應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化，在這種脈動(dòng)循環(huán)變化接觸應(yīng)力的多次重復(fù)作用下，由于疲勞，在輪齒表面層會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋的擴(kuò)展使金屬微粒剝落下來而形成疲勞點(diǎn)蝕。通常疲勞點(diǎn)蝕首先發(fā)生在節(jié)線附近的齒根表面處。點(diǎn)蝕使齒面有效承載面積減小，點(diǎn)蝕的擴(kuò)展將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞齒廓表面，引起沖擊和噪音，造成傳動(dòng)的不平穩(wěn)。齒面抗點(diǎn)蝕能力主要與齒面硬度有關(guān)，齒面硬度越高，抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。點(diǎn)蝕是閉式軟齒面（HBS≤350）齒輪傳動(dòng)的主要失效形式。
而對(duì)于開式齒輪傳動(dòng)，由于齒面磨損速度較快，即使輪齒表層產(chǎn)生疲勞裂紋，但還未擴(kuò)展到金屬剝落時(shí)，表面層就已被磨掉，因而一般看不到點(diǎn)蝕現(xiàn)象。
3.齒面膠合
在高速重載傳動(dòng)中，由于齒面嚙合區(qū)的壓力很大，潤滑油膜因溫度升高容易破裂，造成齒面金屬直接接觸，其接觸區(qū)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，致使兩輪齒表面焊粘在一起，當(dāng)兩齒面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，較軟的齒面金屬被撕下，在輪齒工作表面形成與滑動(dòng)方向一致的溝痕，這種現(xiàn)象稱為齒面膠合。
4. 齒面磨損
互相嚙合的兩齒廓表面間有相對(duì)滑動(dòng)，在載荷作用下會(huì)引起齒面的磨損。尤其在開式傳動(dòng)中，由于灰塵、砂粒等硬顆粒容易進(jìn)入齒面間而發(fā)生磨損。齒面嚴(yán)重磨損后，輪齒將失去正確的齒形，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重噪音和振動(dòng)，影響輪齒正常工作，最終使傳動(dòng)失效。
采用閉式傳動(dòng)，減小齒面粗糙度值和保持良好的潤滑可以減少齒面磨損。
5. 齒面塑性變形
在重載的條件下，較軟的齒面上表層金屬可能沿滑動(dòng)方向滑移，出現(xiàn)局部金屬流動(dòng)現(xiàn)象，使齒面產(chǎn)生塑性變形，齒廓失去正確的齒形。在起動(dòng)和過載頻繁的傳動(dòng)中較易產(chǎn)生這種失效形式。
3.3.2變位齒輪簡(jiǎn)介
標(biāo)準(zhǔn)齒輪存在下列主要缺點(diǎn)：
1、 為了避免加工時(shí)發(fā)生根切，標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒數(shù)必須大于或等于最少齒數(shù)；
2、標(biāo)準(zhǔn)齒輪不適用于實(shí)際中心距不等于標(biāo)準(zhǔn)中心距的場(chǎng)合；
3、一對(duì)互相嚙合的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，小齒輪的抗彎能力比大輪齒低。
為了彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，有效地改善齒輪的傳動(dòng)性能，所以在工程中常采用變位齒輪。
用范成法加工齒數(shù)較少的齒輪時(shí)，常會(huì)將輪齒根部的漸開線齒廓切去一部分，如下圖。這種現(xiàn)象稱為根切。根切將使輪齒的抗彎強(qiáng)度降低，重合度減小，故應(yīng)設(shè)法避免。
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，是用限制最少齒數(shù)的方法來避免根切的。用滾刀加工壓力角為20°的正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪時(shí)，根據(jù)計(jì)算，可得出不發(fā)生根切的最少齒數(shù)zmin=17。某些情況下，為了盡量減少齒數(shù)以獲得比較緊湊的結(jié)構(gòu)，在滿足輪齒彎曲強(qiáng)度條件下，允許齒根部有輕微根切時(shí)，zmin=14。
下圖為齒條刀具。
齒條刀具上與刀具頂線平行而其齒厚等于齒槽寬的直線nn，稱為刀具的中線。中線以及與中線平行的任一直線，稱為分度線。除中線外，其他分度線上的齒厚與齒槽寬不相等。
加工齒輪時(shí)，若齒條刀具的中線與輪坯的分度圓相切并作純滾動(dòng)，由于刀具中線上的齒厚與齒槽寬相等，則被加工齒輪分度圓上的齒厚與齒槽距相等，其值為，因此被加工出來的齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪（下圖a）。
若刀具與輪坯的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變，但刀具相對(duì)輪坯中心離開或靠近一段距離xm（圖b、c），則輪坯的分度圓不再與刀具中線相切，而是與中線以上或以下的某一分度線相切。這時(shí)與輪坯分度圓相切并作純滾動(dòng)的刀具分度線上的齒厚與齒槽寬不相等，因此被加工的齒輪在分度圓上的齒厚與齒槽寬也不相等。當(dāng)?shù)毒哌h(yuǎn)離輪坯中心移動(dòng)時(shí)，被加工齒輪的分度圓齒厚增大。當(dāng)?shù)毒呦蜉喤髦行目拷鼤r(shí)，被加工齒輪的分度圓齒厚減小。這種由于刀具相對(duì)于輪坯位置發(fā)生變化而加工的齒輪，稱為變位齒輪。齒條刀具中線相對(duì)于被加工齒輪分度圓所移動(dòng)的距離，稱為變位量，用xm表示，m為模數(shù)，x為變位系數(shù)。刀具中線遠(yuǎn)離輪坯中心稱為正變位，這時(shí)的變位系數(shù)為正數(shù)，所切出的齒輪稱為正變位齒輪。刀具靠近輪坯中心稱為負(fù)變位，這時(shí)的變位系數(shù)為負(fù)數(shù)，所加工的齒輪稱為負(fù)變位齒輪。
采用變位齒輪可以制成齒數(shù)少于zmin而不發(fā)生根切的齒輪，可以實(shí)現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)中心距的無側(cè)隙傳動(dòng)，可以使大小齒輪的抗彎能力接近相等。
3.2.1 齒輪設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
齒輪在具體的工作情況下，必須具有足夠的、相應(yīng)的工作能力，以保證在整個(gè)工作壽命期間內(nèi)不發(fā)生失效。齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是根據(jù)齒輪可能出現(xiàn)的失效形式來進(jìn)行的，但是對(duì)于齒面磨損、塑性變形等，尚未形成相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，所以目前在齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，通常只按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。而對(duì)于高速重載齒輪傳動(dòng)，還要按保證齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算（參閱GB6413—1986）。
由工程實(shí)際得知，在閉式齒輪傳動(dòng)中，而對(duì)于硬齒面（HBS＞350）齒輪，按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，接觸疲勞強(qiáng)度校核。
3.2.3 高-切變位弧齒錐齒輪傳動(dòng)主要尺寸的確定
弧齒錐齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)：
1、齒線是一段圓??； 2、齒形較復(fù)雜，制造較難；
3、承載能力搞，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲?。?
4、齒面呈局部接觸，裝配誤差及輪齒變形對(duì)偏載的影響不顯著；
5、軸向力大，其方向與齒輪的轉(zhuǎn)向有關(guān)；
6、可以磨齒。
弧齒錐齒輪傳動(dòng)多用于大載荷、周速v>5m/s或轉(zhuǎn)速n>1000rpm,要求噪聲小的傳動(dòng)；磨齒后可用于高速傳動(dòng)（v＝40～100m/s）
高-切變位弧齒錐齒輪主要尺寸的初步確定
齒輪類型
基準(zhǔn)齒形參數(shù)
曲線齒
弧齒錐齒輪
埃尼姆斯齒形制
齒形角（度）
齒頂高系數(shù)
頂隙系數(shù)
螺旋角（度）
變位方式
齒高
0.82
0.2
高－切變位
等頂隙收縮齒
齒數(shù)多則傳動(dòng)的重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，并且，在保證齒輪分度圓直徑不變的情況下，齒數(shù)增多可以減小模數(shù)、降低齒高、縮小毛坯直徑、減小滑動(dòng)系數(shù)、提高抗膠合能力；同時(shí)，減輕齒輪重量、降低制造成本。但當(dāng)齒輪傳動(dòng)的承載能力主要取決于輪齒彎曲強(qiáng)度時(shí)，如閉式硬齒面?zhèn)鲃?dòng)，宜取較少的齒數(shù)，一般可取Z1=17～20。由于采用變位齒輪，初步估定小圓錐齒輪的齒數(shù)Z1為15；
大輪齒數(shù) 圓整取?。?2
齒數(shù)比
傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)
小齒輪轉(zhuǎn)速
小齒輪功率
小齒輪轉(zhuǎn)矩
估算圓周速度
使用系數(shù)KA是考慮由于嚙合外部因素引起的動(dòng)力過渡影響的系數(shù)。這種過載取決于原動(dòng)機(jī)和從動(dòng)機(jī)械的特性、質(zhì)量比、聯(lián)軸器以及運(yùn)行狀態(tài)。齒輥式破碎機(jī)屬于中等振動(dòng)，取KA＝1；
齒向載荷分布系數(shù) 為軸承系數(shù)；
齒形系數(shù)；
齒寬系數(shù)＝1/3.5；
試驗(yàn)齒輪的疲勞極限；
弧齒錐齒輪高變位系數(shù)（埃尼姆斯齒形制 ）
＝0.3 ；
弧齒錐齒輪切向變位系數(shù)（埃尼姆斯齒形制 ）
＝0.19 ；
按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行分度圓直徑的初步確定
模數(shù)
標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列（GB1357-1987）
第一系列
1
1.25
1.5
2
2.5
3
4
5
6
8
10
12
16
20
25
32
40
50
第二系列
1.75
2.25
2.75
(3.25)
3.5
(3.75)
4.5
5.5
(6.5)
7
9
(11)
14
18
22
28
36
45
取m＝8mm
分度圓直徑
小輪分度圓直徑
圓周速度
與估算圓周速度 很相近，對(duì)使用系數(shù)KA、齒形系數(shù)不必修正；
3.2.4高-切變位弧齒錐齒輪正交傳動(dòng)的幾何計(jì)算
分錐角
錐距
齒寬
取兩者較小值
齒頂高
齒高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根角
齒頂角
頂錐角
根錐角
外錐高
銑刀盤名義直徑
中點(diǎn)錐距
大端螺旋角
弧齒厚
當(dāng)量齒數(shù)
端面重合度
K=0.709
齒線重合度
總重合度
3.2.5 高-切變位弧齒錐齒輪接觸強(qiáng)度校核
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 彈性系數(shù)
當(dāng)量圓柱齒輪分度圓
當(dāng)量中心矩
當(dāng)量齒頂圓直徑
當(dāng)量端面齒形角
當(dāng)量基圓直徑
當(dāng)量嚙合線長(zhǎng)度
當(dāng)量端面重合度
當(dāng)量縱向重合度
接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的錐齒輪系數(shù)
使用系數(shù)
動(dòng)載系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
齒向載荷分配系數(shù)
齒寬中點(diǎn)分度圓上的名義切向力
接觸強(qiáng)度計(jì)算的有效齒寬
當(dāng)量圓柱齒輪的齒數(shù)比
試驗(yàn)齒輪的接觸強(qiáng)度疲勞極限
接觸強(qiáng)度計(jì)算的最小安全系數(shù)
速度系數(shù) 潤滑劑系數(shù)
粗糙度系數(shù)
齒寬中點(diǎn)法向模數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)
計(jì)算接觸應(yīng)力（正交傳動(dòng)）
許用接觸應(yīng)力
強(qiáng)度條件 合格
3.3高變位斜齒輪傳動(dòng)主要尺寸的確定
斜齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)：
1、斜齒輪傳動(dòng)比較平穩(wěn)，沖擊、振動(dòng)和噪音較小，適宜于高速、重載傳動(dòng)；
2、嚙合性能好。一對(duì)斜齒輪嚙合時(shí)，兩輪齒齒面接觸線是斜直線，輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合逐漸脫離嚙合的，因而傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)和噪音??；
3、重合度大。重合度隨齒寬和螺旋角的增大而增大，重合度大，則同
一瞬時(shí)嚙合的輪齒對(duì)數(shù)多，故承載能力高，傳動(dòng)平穩(wěn)，適于告訴重載傳動(dòng)；
4、斜齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)較直齒輪少，因此，斜齒輪機(jī)構(gòu)可以更加緊湊。
對(duì)齒輪材料的要求：齒面有足夠的硬度和耐磨性，輪齒心部有較強(qiáng)韌性，以承愛沖擊載荷和變載荷。常用的齒輪材料是各種牌號(hào)的優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼和鑄鐵等，一般多采用鍛件或軋制鋼材。當(dāng)齒輪直徑在400～600mm范圍內(nèi)時(shí)，可采用鑄鋼。下表列出了常用齒輪材料及其熱處理后的硬度。
常用的齒輪材料
材 料
機(jī)械性能 / MPa
熱處理方法
硬 度
sb
ss
HBS
HRC
45
580
290
正火
160~217
640
350
調(diào)質(zhì)
217~255
表面淬火
40~50
40Cr
700
500
調(diào)質(zhì)
240~286
表面淬火
48~55
35SiMn
750
450
調(diào)質(zhì)
217~269
42SiMn
785
510
調(diào)質(zhì)
229~286
20Cr
637
392
滲碳、淬火、回火
56~62
17CrNiMo6
1180
835
滲碳、淬火、回火
56~62
40MnB
735
490
調(diào)質(zhì)
241~286
ZG45
569
314
正火
163~197
ZG35SiMn
569
343
正火、回火
163~217
637
412
調(diào)質(zhì)
197~248
HT200
200
170~230
HT300
300
187~255
QT500-5
500
147~241
QT600-2
600
229~302
齒輪材料: 17CrNiMo6 熱處理方法： 滲碳、淬火、回火
滲碳淬火用于處理低碳鋼和低碳合金鋼，滲碳淬火后齒面硬度可達(dá)HRC56～62，齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，而輪齒心部仍保持有較高的韌性，常用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動(dòng)。
3.3.1高變位齒輪齒輪主要尺寸的初步確定
一般用分度圓柱面上的螺旋角β表示斜齒圓柱齒輪輪齒的傾斜程度。通常所說斜齒輪的螺旋角是指分度圓柱上的螺旋角。斜齒輪的螺旋角一般為
8°～20°，取β=12o；為抵消齒輪2的軸向力，采用左旋。
齒頂高系數(shù) 取法向齒形角標(biāo)準(zhǔn)值為＝20°，端面齒形角 ，。
齒寬系數(shù)按齒輪相對(duì)軸承非對(duì)稱布置，取
頂隙系數(shù) 取 u＝4
傳動(dòng)類型：斜齒輪采用高變位，
，
根據(jù)傳動(dòng)類型和、，選擇，這樣使齒輪的特性得到了很大的改善，應(yīng)用變位齒輪可以避免根切，提高齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度，提高齒面的抗膠合能力和耐磨損性能，此外變位齒輪還可以用于配湊中心距。
2軸的轉(zhuǎn)矩 綜合系數(shù) K=2.5
是指某種材料的齒輪經(jīng)長(zhǎng)期持續(xù)的重復(fù)載荷作用后，齒根保持不破壞時(shí)的極限應(yīng)力。影響的主要因素有：材料成分；力學(xué)性能；熱處理及硬化層深度、硬度梯度；齒坯加工方式（鍛、軋、鑄）；殘余應(yīng)力；材料純度及缺陷等。ML表示對(duì)用于齒輪的材料和熱處理質(zhì)量的最低要求，MQ表示可以由有經(jīng)驗(yàn)的工業(yè)齒輪制造者以合理的生產(chǎn)成本來達(dá)到的中等質(zhì)量要求，ME表示制造最高承載能力齒輪對(duì)材料和熱處理的質(zhì)量要求。齒輪選用ME,
小齒輪的齒形系數(shù)
按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行初步確定：
取
3.3.2高變位斜齒輪外嚙合傳動(dòng)的幾何計(jì)算
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
中心距
基圓直徑
齒頂圓壓力角
端面重合度
查圖得， 則
齒寬
縱向重合度
總重合度
3.3.3高變位斜齒輪接觸強(qiáng)度校核
小齒輪端面內(nèi)分度圓上的名義切向力
使用系數(shù) 小齒輪圓周速度
動(dòng)載系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù) （裝配時(shí)檢驗(yàn)調(diào)整的非對(duì)稱支承）
接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分布系數(shù)
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
彈性系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)
試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限
FP5216B破碎機(jī)配有專用的減速器，能夠傳送強(qiáng)大的動(dòng)力，同時(shí)又有足夠長(zhǎng)的壽命，設(shè)計(jì)壽命為2萬小時(shí)。
當(dāng)量循環(huán)次數(shù)
最小安全系數(shù) 潤滑劑系數(shù)
速度系數(shù) 齒面粗糙度
大齒輪及小齒輪的齒面平均粗糙度
相對(duì)平均粗糙度
粗糙度系數(shù)
齒面工作硬化系數(shù) 接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)
計(jì)算接觸應(yīng)力
許用接觸應(yīng)力
強(qiáng)度條件 合適
3.4齒輪結(jié)構(gòu)形式的確定
通過齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算，只能確定處齒輪的嚙合參數(shù)及主要尺寸，至于齒輪的結(jié)構(gòu)形式和其他各部分的尺寸，則需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能確定。
3.4.1高-切變位弧齒錐齒輪結(jié)構(gòu)形式
1、由于小弧齒錐齒輪
故做成齒輪軸結(jié)構(gòu)。
2、大弧齒錐齒輪齒頂圓直徑
因此采用輪輻式鑄造齒輪
鑄鋼齒輪
取l＝100mm
3.4.2高變位斜齒輪結(jié)構(gòu)形式
1、由于小斜齒輪
故做成齒輪軸形式。
2、大斜齒輪齒頂圓直徑 采用鑄造齒輪
3.5傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核
軸是機(jī)器中的重要零件，各種作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件都必須安裝在軸上，才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。因此軸的功能是支承旋轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
軸的材料種類很多，要根據(jù)強(qiáng)度、剛度和耐磨性等要求，選擇材料種類和熱處理方式。軸的常用材料是碳素鋼和合金鋼。碳素鋼價(jià)格較低，對(duì)應(yīng)力集中敏感性小，通常使用碳素鋼，最常用的是45號(hào)鋼，不太重要或受力較小的軸可以使用Q235等鋼材。合金鋼畢碳素鋼具有更高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良的熱處理性能，但對(duì)應(yīng)力集中較為敏感，對(duì)于受力較大又要減小軸的尺寸和重量，或者需要提高軸頸的耐磨性，或者在高溫、腐蝕等條件下工作的軸，可以采用合金鋼。在低于200℃的工作溫度下，合金鋼和碳素鋼的彈性模量相差不大，因此，使用合金鋼代替碳素鋼并不能提高軸的剛度。
熱處理可以明顯提高軸的強(qiáng)度（特別是疲勞強(qiáng)度）和耐磨性，因此要根據(jù)工作條件選用合適的熱處理方式。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位及制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。工作能力計(jì)算是通過強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，保證軸具有足夠的工作能力和可靠性。大多數(shù)的軸只需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，防止斷裂和塑性變形；對(duì)于剛度要求較高的軸（如機(jī)床主軸）才進(jìn)行剛度計(jì)算，避免發(fā)生過大的變形；對(duì)于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸還要進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，避免發(fā)生共振。軸的設(shè)計(jì)步驟通常是先擬定軸上零件裝配方案，然后裝配和制造要求，確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，最后進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核，必要時(shí)進(jìn)行剛度計(jì)算或振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算。
提高軸的強(qiáng)度措施：
1、改善軸的受力狀況
軸上零件的安裝位置、軸的結(jié)構(gòu)對(duì)軸的受力影響很大，設(shè)計(jì)軸時(shí)應(yīng)該充分加以考慮。當(dāng)軸上有兩個(gè)以上的零件輸出扭矩，應(yīng)該將輸入扭矩的零件盡量布置在軸的中間，而不是布置在軸的一端，這樣可以顯著降低軸上的最大轉(zhuǎn)矩。
2、減小應(yīng)力集中
大多數(shù)軸是在變應(yīng)力條件下工作的，主要失效形式為疲勞破壞。軸的截面變化處（如軸肩、鍵槽等）及過盈配合產(chǎn)生的應(yīng)力集中是引起疲勞破壞的主要因素，因此設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中源和降低應(yīng)力集中程度。合金鋼對(duì)應(yīng)力集中較為敏感，設(shè)計(jì)時(shí)更應(yīng)加以注意。
為減少應(yīng)力集中，應(yīng)盡量避免在軸上特別是應(yīng)力較大不為處鉆孔、開槽或加工螺紋。軸肩處應(yīng)采用圓角過渡，并且圓角不宜過小。當(dāng)依靠軸肩定位的零件圓角半徑很小時(shí)，為增大軸肩的圓角半徑，可采用內(nèi)凹圓角或隔離環(huán)過渡。
軸的表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度也有顯著影響，因?yàn)檩S表面的加工刀痕也是應(yīng)力集中源，疲勞裂紋常發(fā)生在表面粗糙的部位，所以必須合理確定表面粗糙度。
此外，對(duì)軸進(jìn)行表面熱處理（滲碳淬火、高頻淬火等）和表面強(qiáng)化處理（碾壓、噴丸等），也可以提高軸的疲勞強(qiáng)度。
3、軸的結(jié)構(gòu)工藝性
軸的基本形狀確定后，需要根據(jù)裝配和制造工藝要求，對(duì)軸的細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。例如，為了減少裝夾工件的時(shí)間，同一軸上的鍵槽應(yīng)布置在同一母線上；為了減少道具種類，軸的鍵槽寬度、圓度、退到草和砂輪槽等應(yīng)盡量采用相同的尺寸，并符合有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)；為了去掉毛刺和便于裝配零件，軸段端部應(yīng)該倒角；過盈配合零件裝入端通常要加工出導(dǎo)向錐面；磨削處應(yīng)有砂輪越程槽，車削螺紋處應(yīng)有退刀槽。
(一).輸入軸的設(shè)計(jì)
3.5.1確定軸的最小直徑
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括軸的形狀、軸的徑向尺寸和軸向尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在初估軸頸基礎(chǔ)上進(jìn)行的。
為了滿足設(shè)計(jì)要求，保證軸上零件的定位和規(guī)定，便于裝配，并有良好的加工工藝性，所以選擇階梯軸形。裝滾動(dòng)軸承的定位軸肩尺寸應(yīng)查有關(guān)的安裝尺寸。為便于裝配及減小應(yīng)力集中，有配合的軸段直徑變化處做成引導(dǎo)錐。在一根軸上的軸承一般都取一樣型號(hào)，使軸承孔尺寸相同，可一次鏜孔，保證精度。
輸入軸為齒輪軸結(jié)構(gòu)，選取軸的材料為20Cr，滲碳、淬火、回火處理。初估軸的最小直徑，可得
擬定軸上零件的裝配方案如下圖所示
3.5.2 按軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度
軸段（1）左端聯(lián)接限矩型液力聯(lián)軸器，如下圖所示
聯(lián)軸器的聯(lián)接尺寸為181mm，取減速器伸出軸段部分的長(zhǎng)度為190mm；與聯(lián)軸器聯(lián)接的孔徑為54mm，因此取軸段（1）的直徑為54mm。
軸段（2）上裝有單列圓錐滾子軸承，外力在兩支點(diǎn)外作用，安裝選用反安裝結(jié)構(gòu)，能使軸的支撐有較高的剛度。軸承間隙是靠軸上的圓螺母來調(diào)整的，軸上要加工螺紋。為了調(diào)節(jié)圓錐齒輪的軸向位置，把一對(duì)軸承放在同一個(gè)套杯中，套杯則裝在外殼的座孔中，通過增減套杯端面與外殼之間的墊片厚度即可使圓錐齒輪軸的位置發(fā)生改變，從而調(diào)整錐齒輪嚙合的接觸區(qū)。
單列圓錐滾子軸承的特性：
1、額定動(dòng)載荷比1.5～2.5，能限制軸和外殼在一個(gè)方向上的軸向位移；
2、在徑向載荷作用下會(huì)產(chǎn)生附加軸向力，一般成對(duì)使用，對(duì)稱安裝；
3、能承受較大的徑向負(fù)荷和單向的軸向負(fù)荷，極限轉(zhuǎn)速較低；
4、內(nèi)外圈可分離，軸承游隙可在安裝時(shí)調(diào)整，適用于轉(zhuǎn)速不太高，軸的剛性較好的場(chǎng)合。
選擇軸承代號(hào)為32312 T=48.5mm d＝60mm D=130mm
軸承左端裝有圓螺母
D
dk
d1
M
n
t
C
C1
M60*2
90
79
12
8
3.5
1.5
1
和圓螺母用止動(dòng)墊圈
規(guī)格（螺紋大徑）
d
D
D1
S
b
a
h
每1000個(gè)的重量Kg
60
61
94
79
1.5
7.7
57
6
28.4
由此確定軸段（2）的直徑為60mm，長(zhǎng)度為59mm。
軸段（3）裝有套筒用于調(diào)整齒輪的軸向尺寸，為了提高軸的強(qiáng)度和剛度，應(yīng)盡量縮短軸承與傳動(dòng)件的距離。小錐齒輪選用懸臂式，以便于裝配。為使軸的剛度較好，取兩軸承支點(diǎn)跨距。由軸承接觸角的大小確定軸承的支點(diǎn)，選取軸段（3）的長(zhǎng)度為80mm，直徑為54mm。
軸段（4）裝有單列圓錐滾子軸承，選用反安裝結(jié)構(gòu)，左端由套筒定位，右端由擋油環(huán)定位，確定軸段（4）的直徑為60mm，長(zhǎng)度為65mm。
3.5.3 軸上零件的軸向定位及軸上圓角和倒角的尺寸
軸肩高度應(yīng)比零件孔的倒角或圓角半徑大2～3mm，軸肩的圓角半徑應(yīng)小于零件的倒角或圓角半徑。液力聯(lián)軸器與軸的軸向定位采用A型普通平鍵聯(lián)接，特點(diǎn)為：鍵與軸槽配合較緊，鍵易于制造，裝拆方便。按d1＝54mm，從手冊(cè)中查得平鍵截面尺寸為
軸徑
鍵
鍵槽
d
b×h
寬度
深度
半徑
b
偏差
軸
轂
r
較松鍵聯(lián)接
一般鍵連接
較緊鍵聯(lián)接
軸H9
轂D10
軸N9
轂JS9
軸和轂P9
t
偏差
t1
偏差
最大
最小
54
16×10
16
+0.043/0
+0.120/+0.050
0/-0.043
±0.0215
-0.018/-0.061
6
0.2
4.3
+0.2/0
0.25
0.4
鍵的長(zhǎng)度為160mm。
輸入軸上的倒角和圓角尺寸見裝配圖。
(二)中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.5.4 確定軸的最小直徑
中間軸為齒輪軸結(jié)構(gòu)，選取軸的材料為20CrMnTi，滲碳、淬火、回火
處理。初估軸的最小直徑，可得
擬定軸上零件的裝配方案如下圖所示
3.5.5 按軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度
為使傳動(dòng)件在軸上的固定可靠，應(yīng)使輪轂的寬度略大于與之配合軸段的長(zhǎng)度，以使其他零件頂住輪轂，而不是頂在軸肩上
軸段（1）裝有單列圓錐滾子軸承，軸的外力在支點(diǎn)間作用，選用正安裝能使軸段支承具有良好的剛性，可用端蓋下的墊片來調(diào)整軸承的間隙。選擇軸承代號(hào)為32319 T=71.5mm d＝95mm D=200mm軸承的右端裝有擋油環(huán)來調(diào)整軸向間隙。軸段（1）的長(zhǎng)度為92mm，直徑為95mm。
軸段（2）裝有弧齒圓錐齒輪，選用簡(jiǎn)支式支承，該支承結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，支承剛性好。錐齒輪的軸向長(zhǎng)度為100mm，選取軸的直徑為100mm，長(zhǎng)度為145mm。
軸段（3）為齒輪軸結(jié)構(gòu)部分，尺寸由斜齒輪3的決定。
軸段（4）裝有單列圓錐滾子軸承，根據(jù)軸承的尺寸確定該軸段的直徑為95mm，長(zhǎng)度為134mm。
3.5.6軸上零件的軸向定位及軸上圓角和倒角的尺寸
當(dāng)軸向定位用平鍵時(shí)，鍵應(yīng)較配合長(zhǎng)度稍短，并應(yīng)布置在偏向傳動(dòng)件裝入的一側(cè)，以便于裝配。齒輪2與軸的周向定位采用A型普通平鍵聯(lián)接，特點(diǎn)為：鍵與軸槽配合較緊，鍵易于制造，裝拆方便。按d2＝100mm，從手冊(cè)中查得平鍵截面尺寸為
軸徑
鍵
鍵槽
d
b×h
寬度
深度
半徑
b
偏差
軸
轂
r
較松鍵聯(lián)接
一般鍵連接
較緊鍵聯(lián)接
軸H9
轂D10
軸N9
轂JS9
軸和轂P9
t
偏差
t1
偏差
最大
最小
100
28×16
28
+0.052/0
+0.149/+0.065
0/-0.052
±0.026
-0.022/-0.074
10
+0.2/0
6.4
+0.2/0
0.4
0.6
鍵的長(zhǎng)度為80mm。
輸入軸上的倒角和圓角尺寸見裝配圖。
(三) 輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.5.7 確定軸的最小直徑
輸出軸的材料為20CrMnTi，滲碳、淬火、回火處理。初估軸的最小直徑，可得
取軸的最小直徑為80mm
擬定軸上零件的裝配方案如下圖所示
3.5.8 按定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度
軸段（1）軸的最左端接的是與回轉(zhuǎn)支承相接的小齒輪，其寬度為B=100mm,以及對(duì)其進(jìn)行軸向固定的——雙螺母固定，其螺紋長(zhǎng)度為50 mm。軸段（1）的長(zhǎng)度為150 mm，直徑為80 mm。
軸段（2）對(duì)小齒輪進(jìn)行軸向固定的的——軸肩固定，軸段（2）的長(zhǎng)度為27 mm，直徑為90 mm。
軸段（3）減速度的輸出部分，取長(zhǎng)度為175 mm，直徑為135 mm。
軸段（4）裝有單列圓錐滾子軸承，軸承的內(nèi)側(cè)至箱體內(nèi)壁應(yīng)留有一定的間距，由于采用脂潤滑，所留的間距較大，以便放擋油環(huán)，防止?jié)櫥蜑R入而帶走潤滑脂，又當(dāng)小齒輪齒頂圓小于安裝軸承的孔徑時(shí)，也可防止齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)擠出的贓油進(jìn)入軸承，加速軸承的磨損。軸的外力在支點(diǎn)間作用，選用正安裝能使軸段支承具有良好的剛性，可用端蓋下的墊片來調(diào)整軸承的間隙。選擇軸承代號(hào)為32328 T=77mm d＝140mm D=300mm軸承的右端裝有擋油環(huán)來調(diào)整軸向間隙。軸段（2）的長(zhǎng)度為87mm，直徑為140mm。
軸段（5）作用是為了調(diào)整輸出軸上個(gè)零件的軸向距離和對(duì)單列圓錐滾子軸承的軸向定位。根據(jù)單列圓錐滾子軸承內(nèi)圈定位點(diǎn)來確定軸的直徑，選擇軸的直徑為157mm。
軸段（6）上安裝斜齒輪，齒輪4的齒寬為83mm，故選取該軸段的長(zhǎng)度為79，以便于斜齒輪的裝配要求。
斜齒輪與軸的軸向定位采用漸開線花鍵聯(lián)接。花鍵聯(lián)接為多齒工作，承載能力高，對(duì)中性、導(dǎo)向性好，齒根較淺，應(yīng)力集中較小，軸與轂強(qiáng)度削弱小。漸開線花鍵的齒廓為漸開線，受載時(shí)齒上有徑向力，能起到定心作用，使各齒的受力均勻、強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)。加工工藝與齒輪相同，易獲得較高精度和互換性。漸開線型花鍵用于載荷較大，定心精度要求較高，以及尺寸較大的聯(lián)接。圓柱直齒漸開線型花鍵的標(biāo)準(zhǔn)壓力角選擇30o，30o壓力角的漸開
線花鍵有平齒根和圓齒根兩種，圓齒根有利于降低齒根的應(yīng)力集中和表面淬火裂紋，因此選則圓齒根。
花鍵的基本尺寸計(jì)算如下：
分度圓直徑
基圓直徑
周節(jié)
內(nèi)花鍵大徑基本尺寸
內(nèi)花鍵大徑下偏差 0
外花鍵作用齒厚上偏差
外花鍵漸開線起始圓直徑最大值
式中
內(nèi)花鍵小徑基本尺寸
內(nèi)花鍵分度圓上弧齒槽寬
外花鍵大徑基本尺寸
外花鍵小徑基本尺寸
外花鍵分度圓上弦齒厚
作用齒厚最小值
由此，確定軸段（6）的直徑為168mm
軸段（7）取齒輪的左端軸肩高度 取h＝12mm，則軸環(huán)的直徑為192mm，軸段（7）的長(zhǎng)度
取b＝30mm
軸段（8）裝有單列圓錐滾子軸承，擋油環(huán)和軸套，選用正安裝能使軸段支承具有良好的剛性，可用端蓋下的墊片來調(diào)整軸承的間隙。選擇軸承代號(hào)為32328 T=77mm d＝140mm D=300mm軸承的右端裝有擋油環(huán)來調(diào)整軸向間隙。軸段（8）的長(zhǎng)度為136mm，直徑為140mm。
3．6傳動(dòng)軸的彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算與疲勞強(qiáng)度校核
完成軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，軸上主要零件和支反力的位置、外載荷的大小已經(jīng)確定，軸的彎矩和轉(zhuǎn)矩可以求出，因此，應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核。
3．6．1傳動(dòng)軸的受力分析
將軸上的載荷簡(jiǎn)化為集中力，力的作用點(diǎn)取載荷作用寬度的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩從傳動(dòng)零件輪轂寬度的中點(diǎn)計(jì)算。軸及軸上零件的自重通常忽略不計(jì)，軸承的支反力作用點(diǎn)要根據(jù)軸承類型和布置方式確定。單列圓錐滾子軸承的支點(diǎn)從手冊(cè)中查得。外載荷通常不作用在軸的同一平面內(nèi)，需要將外力分解到水平面和垂直面上，然后求出各支承處的水平反力和垂直反力。
1、高－切變位弧齒錐齒輪受力分析
中點(diǎn)分度圓的切向力
從弧齒錐齒輪錐頂向大端方向觀察判定為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；從齒頂看齒輪，齒線從小端到大端逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為左旋。
徑向力
軸向力
2、高變位斜齒輪的受力分析
斜齒輪的分度圓的切向力
徑向力
軸向力
3.6.2軸的彎扭合成強(qiáng)度校核
1）圓周力Ft ：主反從同，即主動(dòng)輪的圓周力為阻力，與回轉(zhuǎn)方向相反；從動(dòng)輪的