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船舶与海洋工程 机械设计基础大作业 课程名称： 机械设计基础大作业 院 （系）： 运载工程与力学学部 专 业： 船舶与海洋工程 班 级： xxxx 学 号： xxxx 学生姓名： xxx 授课教师： 毛 范 海 日 期： 2013年12月14日 一 题目三：单级开式斜齿圆柱齿轮传动装置输入轴的组合结构设计 轴系结构简图 原始数据见表1 名称 字母表示及单位 3-4 轴输入功率 P/kW 4.8 轴转速 n/(r/min) 340 齿轮齿数 z 19 齿轮模数 m/mm 5 齿轮宽度 B/mm 65 齿轮螺旋角 β 8°6′34″ l/mm 185 s/mm 85 齿轮宽度 b/mm 65 表1 设计方案及原始数据 二 2.1计算齿轮处转矩T、圆周力Ft、径向力Fr及轴向力Fa 已知：轴输入功率P=4.8kW，转速n=340r/(min)。 转矩计算公式： T=9.550×106P/n 将数据代入公式中，得： T=9.550×106×4.8/340 =134823.5N·m 齿轮直径计算公式： d=m×z/cosβ 将数据代入公式中，得： d=5×19/cos(8°6′34″)=96mm 圆周力计算公式： Ft=2T/d 将转矩T带入其中，得： Ft=2×134823.5/96=2808.8N 径向力计算公式： Fr=Ft×tanα/cosβ 将圆周力Ft带入其中，得： Fr=2808.8×tan20°/cos(8°6′34″)=1032.6N 轴向力计算公式： Fa= Ft×tanβ 将圆周力Ft带入其中，得： Fa=2808.8×tan(8°6′34″)=400.2N 轴受力分析简图 2.2计算支座反力 1、计算垂直面（XOZ）支反力 根据受力分析图，我们可以利用垂直面力矩平衡原 理（ΣMz=0）得出求解b点垂直面支反力Rbz的计算公式： M=d/2×Fa=96/2×400.2=19209.6 N?mm Fr× l/2- Rbz×l-M=0 带入以求得的b点垂直面支反力的值得： Rbz=412.5 N Rdz =1032.6-412.5=620.1 N 2、计算水平面（XOY）支反力 根据受力分析图，我们可以利用水平面力矩平衡原理（ΣMy=0）得出求解d点水平面支反力Rdy的计算公式： Rdy=Ft/2 Rdy=2808.8/2=1404.4N 根据水平面受力平衡原理（ΣFy=0），得出求解b点水平面支反力Rby的计算公式： Rby=Ft－Rdy Rby=2808.8-1404.4=1404.4N 由扭矩平衡知联轴器上扭矩Q为： Q=134823.5 N·m 三、初选轴的材料，确定材料的机械性能 初选材料及机械性能见表2 材料牌号 45号 热处理方法 调质处理 硬度/HBS 217~255 σB/MPa 650 σs /MPa 360 σ－1 /MPa τ－1 /MPa [σ+1] /MPa 215 [σ0] /MPa 103 [σ－1]/MPa 表2 材料牌号及机械性能 四、进行轴的结构设计 4.1确定最小直径 按照扭转强度条件计算轴的最小值dmin。 其设计公式为： mm 查《机械设计基础》中表14-2(P245)，得由轴的材料及承载情况确定的系数C=118~107，由于只传递转矩，故初选小值，选定C=107。 将数据轴输入功率P=4.8kW，转速n=340r/(min)带入公式中，得： dmin=107×(4.8 /340)1/3=25.86mm 由于轴上开有键槽，轴径增大5%，得： D=1.05×dmin=1.05×25.86=27.1mm 圆整成标准值，得： D1=30mm 4.2设计其余各轴段的直径和长度，且初选轴承型号 1、设计直径 考虑轴上零件的固定、装拆及加工工艺要求。首先考虑轴承的选型，其直径末尾数必须为0、5；且为了便于计算，故D3初取35mm。考虑轴承的固定，故D2取32mm。轴承b、d取同一型号，将D4、D5、D6、D7、D8分别取40mm、45mm、40mm 、30mm 、35mm。 2、设计各个轴段长度 先考虑齿轮的装拆及左端定位，故L4取60mm；再考虑最右端轴承d的固定以及装拆，L8取12mm；考虑半联轴器，L1取58mm；在根据轴承b与齿轮c的相对位置及轴承b右端固定，L3取72mm；考虑半联轴器与轴承b之间的相对位置，L2取40mm；考虑齿轮右端的固定及轴环强度问题，L5取23mm；考虑齿轮c与轴承d之间的相对位置以及轴环长度，L6取