三角带无极变速装置变速器设计(含全套CAD图纸).doc

摘 要
无级变速技术，它采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配。常见的无级变速器有液力机械式无级变速器和金属带式无级变速器。
自动变速器，按齿轮变速系统的控制方式，它可以分为液控液压自动变速器和电控液压自动变速器；按传动比的变化方式又可分为有级式自动变速器和无级式自动变速器。因此，无级变速器实际上是自动变速器的一种，但它比常见的自动变速器要复杂得多，技术上也更为先进。 　　
无级变速器与常见的液压自动变速器最大的不同是在结构上，后者是由液压控制的齿轮变速系统构成，还是有挡位的，它所能实现的是在两挡之间的无级变速，而无级变速器则是两组变速轮盘和一条传动带组成的，比传统自动变速器结构简单，体积更小。另外，它可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速，使车速变化更为平稳，没有传统变速器换挡时那种“顿”的感觉。

关键字：无级变速器；自动变速器；齿轮变速

5

Abstract
Stepless speed technology USES belt and the work of the Lord diameters driven pulley, cooperated with the power to deliver, can realize the TRANSMISSION ratio of the continuous change, and get the TRANSMISSION and engine condition the best match between. Common step-less transmission have hydraulic mechanical step-less transmission and belt type step-less transmission , the current domestic market of the vehicles already more and more. Editor this section step-less transmission and the origin of the automatic transmission.
Automatic transmission is easy to operate, reduce fatigue driving, born of the gear drive system, the control method, it can be divided into the hydraulic controlled hydraulic and electric automatic transmission hydraulic automatic transmission; According to the change of the transmission way and can be divided into have levels of automatic transmission and no levels of automatic transmission. Therefore, step-less transmission is actually a kind of automatic transmission, but it than common automatic transmission is much more complex, more advanced technologies. Step-less transmission and common hydraulic automatic transmission of the biggest differences is on the structure, the latter is by hydraulic control gear drive system structure, still have the gears, it can be realized in between the two block is continuously variable transmission , and is two groups plate and a belt speed of than traditional automatic transmission, simple structure, smaller. In addition, it is free to change gear ratios, so as to realize the full speed stepless speed change, make more smoothly, without the traditional transmission shift at the "" feeling. Editor this section step-less transmission classification.

Key words:Stepless speed technology；Automatic transmission；reduce fatigue driving

5

目 录
摘 要 III
Abstract IV
目 录 V
1 绪论 1
1.1 无极变速器的发展 1
1.1.1 国外无极变速器的发展及现状 1
1.1.2 国内无级变速器的发展及现状 2
2 纸长调节无极变速器的结构及传动原理 4
2.1 纸长调节无极变速器的结构 4 4
2.2 传动原理 4
2.3 调节过程 5
3 电动机的选择 7
4 传动齿轮设计 8
4.1 概述： 8
4.2 齿轮设计 8
4.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 8
4.2.2 初步设计 9
4.2.3 几何计算 9
4.2.4 强度设计 11
4.2.5 齿根弯曲强度验算 12
5 轴的设计计算 14
5.1 概述 14
5.2 轴的设计 14
5.2.1 求输入轴上的功率,转速n和转矩 14
5.2.2 求作用在齿轮上的力 14
5.2.3 初步确定轴的最小直径 14
5.2.4 按弯扭合成应力校核轴的强度 15
5.2.5 精确校核轴的疲劳强度 15
6 螺杆的设计计算 17
6.1 根据耐磨性计算螺杆直径 17
6.2 牙型、材料和许用应力 18
6.3 按耐磨性设计 19
6.4 验算耐磨性 19
6.5 螺纹牙的强度计算 20
7 轴承的校核 21
7.1 概述 21
7.2 轴承的校核 22
7.2.1 求两轴承收到的径向载荷 23
7.2.3 求轴承当量动载荷和 25
7.2.4 验算轴承寿命 25
8 链传动的设计计算 26
8.1 概述 26
8.2 链设计计算 26
8.2.1 选择链轮齿数 26
8.2.3 选择链条型号和节距 26
8.2.4 计算链节数和中心距 26
总 结 28
致 谢 29
参考文献 30
CAD图纸 36396305

VI

1 绪论
机械无级变速器是由变速传动机构、调速机构以及加压装置或输出机构三部分组成的一种传动装置。其功能特征主要是:在输入转速不变的情况下,能实现输出轴的转速在一定范围内连续变化,以满足机器或生产系统在运转过程中各种不同工况的要求。它在配合减速器传动时可进一步扩大变速范围与输出转矩,对提高产品的产量,适应产品变换需要,节、约能源,实现整个系统的机械化、自动化等各方面皆具有显著的效果。故无级变速器目前已成为一种通用的传动元件,在各工业部门已获得广泛应用。
纸长调节无极变速器用于能包装多种长度的物品的包装机上。传动器的主、被动工作轮的固定和可动部分形成V形槽，与金属传送带啮合。当主、被动工作轮可动部分作轴向移动时，改变了传送带的回转半径，从而改变传动比。可动轮的轴间移动是根据包装物品的长度要求通过控制系统进行连续地调节，从而实现无极变速。
1.1 无极变速器的发展
1.1.1 国外无极变速器的发展及现状
早在1490年，Leonardo da Vinic 勾画了机械无级变速器（无级变速器, Continuous Variable transmission）的草图，并简要描述了它的潜在优势。但是，机械无级变速器的真正发展是在19世纪后半叶开始的发展的，但由于当时受材质与工艺方面的条件限制,发展缓慢。直到20世纪70年代以后,一方面随着先进的冶炼和热处理技术,精密加工和数控机床以及牵引传动理论与油品的出现和发展,解决了研制和生产无级变速器的限制因素;另一方面,随着生产工艺流程实现机械化、自动化以及要求改进机械工作性能,需要大量采用无级变速器。因此这种形势下,机械无级变速器获得迅速和广泛的发展。主要研制和生产的国家有日本、德国、意大利、美国和俄国等。产品有摩擦式、链式、带式及脉动式四大类约30多种结构型式。输入功率一般为N=(0.09-30)kW,个别类型可达到N=(150-175)kW,输入转速一般为n1=(750、1500、3000)r/min;输出转速可以正、反转,增速或降速,最低转速可降低至零。自20世纪80年代以后,机械无级变速器的主要展趋向是美、日等国进行用于汽车的高速、高效、大转矩机械无级变速器的研制开发。
无级变速器在汽车工业上的应用：
在汽车早期发展的历史中，人们就已认识到在发动机与传动系之间实现无级变速调节才能使汽车达到理想的行驶工况。长期以来，人们一直进行着能传递大功率、维持高效率、高寿命的机械式无级变速器的研究工作。近年来，由于材料、润滑油、微机控制及加工技术的进步，无级变速器有了很大发展。最早应用于汽车的无级变速传动是V型橡胶带式无级自动变速传动，它出现在1886年由德国Daimlar一Benz公司生产的汽油机汽车上。而后，荷兰DAF公司H.Vandoom。博士于1958年研制成功了双V型橡胶带式无级自动变速器，并装备于DAF公司的小型轿车上。无级变速器取得里程碑式的成绩是在本世纪六十年代中期，VDT公司的研究人员在荷兰研制出能传递功率容量大，效率高，结构紧凑的无级自动变速器无级变速器，使金属带式无级变速器取得突破性进展。1987年，VDT公司的金属带式无级变速器进人商品化阶段，这年，福特汽车公司首次在市场上推出装用这种金属带的
无级变速器。日本富士重工也于同年研制成功装备于Juste车上(排量1~1.ZIJ)电子控制无级变速器。之后，菲亚特，福特日产等汽车公司都在公司生产的一些1.2~1.6IJ排量轿车上装备这种变速器。
九十年代，在总结八十年代产品开发和使用经验的基础上，VDT公司研制成功了传动转距大，性能更佳的第二代无级变速器传动器。到1995年，装有无级变速器的汽车产量已达到100万多辆。目前主要有以下的无级变速器生产厂商:FHISubaruJusty、Ford、Fiat、Nissan等。其中欧洲Ford公司无级变速器产量为15万/年，FHI无级变速器产量为20万/年。特别指出的是:美国福特公司在1997年有了历史性的突破，生产出可用于大转矩、排放量高达3.81，(转矩为3o5N·m)V6发动机的无级变速器，并成功安装于Winstarminivan汽车上。这就结束了无级变速器只能应用于中型汽车上的历史，为大规模应用无级变速器于汽车上开辟了道路。而且，无级变速器已与当今先进的计算机技术结合起来，构成高性能的无级自动变速器，性能更加完善。世界上的主要汽车生产国都在积极开发无级变速器系统，已经出现了很好的实用化发展势头。
1.1.2 国内无级变速器的发展及现状
国内机械无级变速器基本上是在20世纪60年代前后起步,到80年代中期以后,随着国外先进设备的大量引进,工业生产现代化及自动流水线的迅速发展,对各种类型机械无级变速器的需求大幅度增加,专业厂开始建立并进行规模化生产,一些高等院校也开展了该领域的研究工作。经过十几年发展,现在,国内机械无级变速器行业从研制、生产、到情报信息各方面已组成一较完整的体系,发展为机械领域中一个新兴行业。
目前,国内生产的机械无级变速器大都是在引进国外先进技术基础上发展起来的,主要系列产品类型有：
（1）摩擦式无级变速器:①行星锥盘式(DISCO型);②行星环锥式(RX型);③锥盘环盘式(干式、湿式);④多盘式(Beier型)等。(2)齿链式无级变速器:①滑片链式;②滚柱链式;③链式卷绕式。(3)带式无级变速器:①普通V带;②宽V带;(4)脉动式无级变速器:①三相并列连杆式(GUSA型)与四相并开连杆式(Zero-Max型)。其中行星锥盘式无级变速器通用性较强,结构和工艺较简单,工作可靠,综合性能优良,尤其是能适应各种生产流水线需要,故应用最广,产量最大,其年产量约占机械无级变速器总产量的50%以上。大部分无级变速器产品的输入功率为(0.18-7.5)kW,少数类型可以达到(2230)kW左右。
通过一定时期的实践,并掌握了现有技术之后,近年来国内机械无级变速器的研制生产出现了新的发展趋向,主要是：
(1)对原有产品创新改进：在原来行星锥盘式无级变速器的基础上,创新开发出‘恒功率行星摩擦式无级变速器’及‘无物理心轴行星轮无级变速器’,后者的变速比由原来的5~6增大到20或更大,输出转矩也提高了一倍以上,而且其他性能指标优良,目前已有系列产品。
(2)研制开发汽车用无级变速器：汽车用无级变速器属高新技术产品,目前国内已开出金属带式无级变速器,通过试验,现正准备进行产业化生产;而其中靠进口的关键零件‘金属钢带’也将自行生产。另外,新型的车用无级变速器及复合带也在探讨之中。(3)创新研制新型(车用和通用)无级变速器。近年来不断提出有创新型无级变速器,这些无级变速器的特点主
1

要是①不用摩擦式变速传动而多半以连杆脉动式无级变速器传动为主或采取链式传动;②要求实现大功率、恒功率或者高速;③力争结构简单紧凑,并获得优良的性能。上述情况可以说明,国内无级变速器的研制生产已由过去的仿造阶段进入到创新阶段,由小功率往大功率方向发展,由一般技术往高新技术发展,故今后有可能出现一些性能优良的新一代机械无级变速器。
随着电力电子技术的发展,自20世纪80年代以来,出现多种通过交流电动机进行调速的方式。其中作为先进的变速装置,交流变频器及其派生的控制器获得迅速的发展和推广应用,对机械无级变速器产生了一定的冲击。其优点主要是调速性能好、范围大、效率高、自控性好、功率范围宽等。近年来,又出现一种新型的开关磁阻调速电动机(Switched Reluctance Drive-SRD),性能有进一步提高;而它们的缺点在于低于电机额定转速时,仅具有恒转矩特性,低速运转时效率较低且不够稳定,起动过载性能较差等。与上述电力调速方式相比较,机械无级变速器的特点主要是:具有恒功率机械特性,转速稳定,工作可靠,传动效率较高,结构简单,维修方便,而且类型多,适用范围广。因此,在今后的发展中,依然有着广阔的前景。
无级变速器在我国汽车工业上的应用：
在我国六十年代，“红旗”770轿车上就使用了具有两个前进档的液力自动变速器，之后又研究了有三个前进档的CA774。1998年，一汽大众公司生产的“捷达王”，已将自动变速器列为选装件。神龙汽车公司也在其“富康”1.6IJ的车型上推出了电控式液力自动变速器。至于无级变速器，早在十年前，国内就有高校购买过国外样机进行分析研究。目前，重庆大学正在对无级变速器的结构、运动机理进行基础研究;东风汽车公司和吉林工业大学、东北工业大学、湖北汽车工业学院合作，承担了国家科技部九五重大攻关项目，对无级变速器技术进行实用化研究。
3）无级变速器的发展前景
随着电子技术、材料及加工技术的发展，无级变速器正朝着以下几个方面发展:
①向3升以上排量的汽车上发展，以实现更广泛的应用;
②更加优越的控制及快捷的反应;
③更低廉的价格。
由于采用机械无级变速器可以得到传动系与发动机工况的最好匹配，提高整车的燃油经济性和动力性，并可以提高操纵方便性和舒适性，有效地降低了排放污染，且综合性能优于T、AMT系统。一些主要的汽车厂开始液力机械自动变速器过渡到无级变速器系统;或者直接发展无级变速器系统;或两者兼有之。
近几年来，随着高科技的发展及市场需要，无级变速器的机一液式控制系统已逐步被电一液式控制系统所取代，从而实现无级变速传动装置与发动机的灵活匹配，以满足多种控制模式的要求。对各种工况的控制策略也正在作更加深入的研究，以使无级变速器的优越性更大限度地发挥出来。目前，无级变速器的电子控制又进一步向智能化方向发展，如对湿式离合器的接合采用模糊控制来改善汽车的起动性能等。同时无级变速器的结构也越来越小巧和紧凑，加上对前轮驱动的无级变速器进行结构上的修改，使其可用于后轮驱动的汽车上，进一步增强了无级变速器的应用范围。
2 纸长调节无极变速器的结构及传动原理
2.1 纸长调节无极变速器的结构

图2.1 总体装配图
2.2 传动原理
纸长调节无级变速器用于能包装多种长度的物品的包装机上。由于包装纸的输送长度是根据被包装物决定的，因此，每当变换被包装物时，必须相应调节包装纸的输送长度。
包装纸输送长度的调节是通过调节滑轮的位置，改变变速器的速比，即输纸滚筒的送纸速度来实现的。当需要改变变速器的速比时，启动电动机，经减速器降低转动速度，通过锥齿轮将电动机的动力传动到17轴上，又经链传动，降低速比，将动力传动到20轴上。通过锥齿轮将动力传至螺杆，因螺杆与滑座为螺纹配合，螺杆的转动使得滑座上下移动，从而导致滑轮上下移动。又上下对称布置的两个皮带轮是固定在轴套上的，故滑轮的移动使得主动轮的直径发生变化，从而使速比得以改变，也就改变了输送滚筒的送纸速度，使得包装纸输送长度得到了调节。
2.3 调节过程

1——螺杆； 2——皮带轮； 3——轴； 4——滑座；
5——轴套； 6——滑轮； 7——减速器；8——刻度盘；
9——减速器； 10——电动机
图2.2 纸长调节无级变速器
当需要调节包装纸输送长度时，可用手动或自动启动，使纸长调节电动机10进行顺时针或逆时针转动。此时，经减速器10进行顺时针或逆时针转动。此时，经减速器9（速比）和齿轮、链轮传动后，螺杆1带动滑座4左右移动，因滑轮6是固定，而对称布置的皮带轮2将沿竖直方向上下移动，从而，滑轮6两侧三角带的传动中心距发生的改变，和滑轮6依靠交代的张力自动进行的前后移动，使变速器的速比随即得到了调整，也就改变了输送滚筒的送纸速度，使得包装纸输送长度得到了调节。纸长的变动由刻度盘8的指针指示出。由于螺杆1 是倾斜设置的，因此在变速过程中三角带始终是保持平直的。
纸长调节必须在包装机开动情况下进行。

图2.3 滑轮装配图
无级变速器调速时，滑座上下移动，使得滑轮同时上下移动，又因对称布置的两个皮带轮是固定于轴套上的，从而使滑轮与皮带轮间的间隙发生变化。由可知，在固定不变的情况下，的大小变化使得传动速比发生变化。 护套的作用，固定皮带轮位置，防止无级变速器调速时，皮带轮掉落。
无级变速器的调速范围：
当滑座位置处于螺杆的最上端位置时，上面皮带轮与滑轮的，下面皮带轮与滑轮的。
又主动轮
所以变速器的速比范围为
又主动轮的转速为
故变速器的调速范围为
结论：无级变速器的调速范围：。3 电动机选择
电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于生产单位一般多采用三相交流电源，因此，无特殊要求时，应选用三相交流电动机，其中以三相交流异步电动机应用广泛。所以选择使用三相交流异步电动机，其型号为JW4524。
由资料可知，JW4524型三相交流异步电动机的参数如下：
额定功率：
额定电压：
额定电流：
额定转速：n=1400r/min
4 传动齿轮设计
4.1 概述：
齿轮传动机构用于传递空间任意两轴间的运动和动力，是机械传动中应用非常广泛的机构。其主要优点是：1）适用的圆周速度和功率范围广；2)传动比准确；3）传递的机械效率高；4）工作可靠;6)可实现平行轴，相交轴，交错轴之间的传动;7)结构紧凑。但制造及安装要求较高，且需专门的加工，测量设备，因而成本较高。
锥齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动,两轴交角S称为轴角，其值可根据传动需要确定，一般多采用90°。锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小，如下图所示。由于这一特点，对应于圆柱齿轮中的各有关"圆柱"在锥齿轮中就变成了"圆锥"，如分度锥、节锥、基锥、齿顶锥等。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。直齿和斜齿锥齿轮设计、制造及安装均较简单，但噪声较大，用于低速传动（＜5m/s）；曲线齿锥齿轮具有传动平稳、噪声小及承载能力大等特点，用于高速重载的场合。本节只讨论S=90°的标准直齿锥齿轮传动。

4.2 齿轮设计：
4.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
⑴根据使用要求，选用锥齿轮传动；
⑵无极变速器为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88)；
⑶材料选择：
由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质），硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。二者材料硬度差为40HBS。
⑷选小齿轮齿数为。
4.2.2 初步设计
Zb≥0.85, Z=1.735，KA=1.5, Kβ=1.5, u=3.77, σHlim=1500 N/ mm, e=1100, Σ=90°。
DH1≥ e Zb Zφ ［KAKβT1］1/3 （4.1）
=1100×0.85×1.735×（1.5×1.5×220×）1/3
=33.42
1）选定齿数Z和模数m:

选Z1=13, 则Z2=u Z1 =49.01, 取Z2=49
m =DH1/ Z1
= 33.42/ 13
=2.5708
2）选变位系数：
螺旋角=5.5°接近零度曲齿锥齿轮，取x1=0.8, x2=0.3
XΣ=x1+x2=0.8+0.3=1.1
切向变位系数：
X1=0.8 使小齿轮齿顶变尖，取xt1=0.2
根据保持标准齿全高
σ=0 xt2=xtΣ- xt1=0.0312-0.2=-0.1688
4.2.3 几何计算
轴交角Σ Σ=90°
齿数比u u=Z2/Z1=49/13=3.769
节锥角δ‘
δ’1 =arc tan =14.8667°
δ’2=90-14.8667=75.1333°
分度圆大端端面模数m
m=2.5708
齿形角α0=20°
齿顶高系数=1
顶隙系数 c*=0.2
齿宽b=R/4—R/3=50
径向变位系数 x1=0.8 x2=0.3
齿高变动系数 σ=0
平均当量齿轮 Zvm =0.5 （4.2）
=102.266
节锥与分锥的比值 Ka=(XΣ/ Zvm)+1 =1.01076
中点当量齿轮分度圆压力角
αm=arc tanα0 /cosβm=20.085°
中点当量齿轮齿合角
α‘m=arc cos (cosαm /Ka)=21.6913°
切向变位系数之和
XtΣ=2Zvm[inv α’m-inv αm] -2XΣ tan αm=0.0312 ° 切向变位系数
xt 按σ=0及补偿小齿轮尖顶：
xt1=0.2 , xt2=-0.1688
分度圆直径 d1=mz1=86.688 d2=mz2=326.747
节锥距 R’=0.5Kad1/ sin δ’2=170.850
中点锥距 Rm=R-0.5b=145.850
齿全高 h=(2h*+c*-σ)m=14.67
分圆齿顶高
ha=( h*+x-σ ) m ha1=12 ha2=8.669
分圆齿根高
hf=h-ha hf1=2.677 hf2=6.001
节圆齿根高
h’f=0.5( Ka-1 ) d/cosδ’
hf1=3.149
hf2=12.854
节圆齿顶高
h’a=h-h’f h’a1=11.521 h’a2=1.816
节锥齿根角
θ’f= arc tan(h’f-R’)
θ’f1 =1.056°θ’f2=4.303°
根锥角
δf= δ’ – θ’f1 δf1=13.8°δf2=70.833°
顶锥角
δa=δ+θf δa1=19.17° δa2=76.2°
顶圆直径
da=Kd+2h’a cosδ’
da1=109.89,
da2=331.19
冠顶距
Aa=R’ cosδ’- h’a sin δ’
Aa1=162.176
Aa2=42.055
安装距A
A1=168 A2=80
轮冠距 Ha=A-Aa
Ha1 =5.824
Ha2=37.945
4.2.4 强度设计
按国标GB/ T =10062-1988 公式验算计算接触应力
σH=ZH×ZE× Zε×Zβ× Zκ×
（1）节点区域系数ZH
ZH= （4.3）

βb=arc sin[ sin βm cos α0]=5.1674°
αt=20.085 αw1=21.6913 ZH=2.382
(2) 查表，弹性系数ZE=189.3 N/mm2
(3) 重合度系数Zε
Zε=+ =0.926 （4.4）
mm=mRm/ R =5.625 mm
εβ= beH tan βm/(πmm)=5.6925 mm
ramv1=Rm d a1 / (2R COSδ1) =48.529 mm
ramv2 =Rmda2/ (2R cosδ2)=550.975mm
rbmv1=Rmd1cos αm/ ( 2RCOSδ1)=35.955mm
rbmv2=Rmd2cos αm/ (2Rcosδ2)=510.525mm
gam=+ -(rbmv1+rbmv2)tanαm
=22.4mm
pm=πmmcos αm=16.8mm
εα= gαm/ pm=1.33
(4) 螺旋角系数Zβ= =0.998
(5)有效宽度beH=0.85b=42.5mm
（6）锥齿轮系数 Zk=0.85
（7)使用系数KA=1.5
(8)齿宽中点分锥的圆周力：
dm1= Rm d1/R=74mm
Ftm=2000T1/dm1=15459.5N
(9)动载系数Kv=NK+1
N=0.0273
K=K1beH/ (KAFtm) + cv3=0.499
Kv=1.013
（10）齿向载荷分布系数KHβ=1.65
（11）齿间载荷分配系数KHα= 1.4
（12）轮滑剂系数ZL=0.95
(13)速度系数Zv=0.97
(14)粗糙度系数ZR=0.98
(15)温度系数ZT=1
(16)尺寸系数Zx=1
(17)SHmin=1
(18)查表，σHlim=1500 N/mm2
σH=1496.8 N/ mm2
许用接触应力
σHp=ZLZvZRZXσHlim/ZTSHmin =1355 N/mm2＜Σh
用变位类型影响系数Zb=0.85修正
σ‘H=0.85σH=1272 N/mm2 故安全
4.2.5 齿根弯曲强度验算
σf1。2=KAKvKFαKFβFtm Ysa1.2YβYαYFa1.2Yk/ beFmnm
KFα=1.4
KFβ=1.65
beF= 42.5
Sfmin= 1
YST=2
Yk=1
Mnm=5.6666
Yfa1=2.03 Yfa2=2.09
Ysa1=2.03 Ysa2=2.14
Yε=0.805
Yβ=0.99
Yδre1T=1.02
Yrre1T=1.02
Yx=0.995
σFlim=470 N/mm 2(MQ ) 320 N/mm2 (ML)
小轮计算应力σF1=740N/mm2
大轮计算应力σF2=803N/mm2
小轮许用齿根应力σFp1=824N/mm2
大轮许用齿根应力σFp2=828N/mm2
故安全
5 轴的设计计算
5.1 概述
轴是组成机器的主要零件之一。机器中作回转运动的零件如齿轮、带轮、链轮等都要安装在轴上才能实现其回转运动。轴的主要功能在于支持传动零件，使其具有确定的工作位置，并传递运动和动力。
5.2 轴的设计
5.2.1 求输入轴上的功率,转速n和转矩
若取每级齿轮传动的效率（包括轴承效率在内），则

又
于是
（5.1）
5.2.2 求作用在齿轮上的力
因已知低速大齿轮的分度圆直径为

而

5.2.3 初步确定轴的最小直径
先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据15-3，取,于是得
（5.2）
取
5.2.4 按弯扭合成应力校核轴的强度
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭转的截面的强度，根据式（15-5）及上表中的数据以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动玄幻变应力，取。
弯矩M：
水平面弯矩
垂直面弯矩

总弯矩：

轴的计算应力：
（5.3）
前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得。因此，故安全。
5.2.5 精确校核轴的疲劳强度
抗弯截面系数
抗扭截面系数
截面左侧的弯矩M
截面上的扭矩
截面上的弯曲应力
截面上的扭转切应力 （5.4）
轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得
截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表3-2查取。
因。经插值后可查得：
又由附图3-1可得轴的材料敏性系数为：
故有效应力集中系数（附表3-4）为：

由附图3-2的尺寸系数；由附图3-3的扭转尺寸系数
轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为
轴未经表面强化处理，即，则按式（3-12）及式（3-12a）得综合系数为

又由§3-1及§3-2得碳钢的特性系数

于是，计算安全系数值，按式（15-6）（15-8）得

故安全。
6 螺杆的设计计算
6.1 概述
螺杆：外表面切有螺旋槽的圆柱或者切有锥面螺旋槽的圆锥。由挤出过程可知，螺杆是在高温、一定腐蚀、强烈磨损、大扭矩下工作的，因此，螺杆必须：
1）耐高温，高温下不变形；
2）耐磨损，寿命长；
3）耐腐蚀，物料具有腐蚀性；
4）高强度，可承受大扭矩，高转速；
5）具有良好的切削加工性能；
6）热处理后残余应力小，热变形小等。
6.1 根据耐磨性计算螺杆直径
螺母所用的材料一般比螺杆的材料软，所以磨损主要发生在螺母的螺纹表面。影响螺纹磨损的因素很多，目前尚缺乏完善的计算方法，故常用限制螺纹表面的压强不超过材料的许用压强来进行计算，即。螺杆直径可按下式计算：：
（6.1）
式中: d2 为螺纹中径（mm）；PP为许用压强（N/），查表4-6；h 为螺纹的工作高度(mm)，对矩形、梯形螺纹h=0.5P，锯齿螺纹h=0.75P，P为螺矩（mm）；ψ为螺母高度系数，对整体螺母取ψ=1.52.5，剖分式螺母或受载较大的取ψ=2.53.5；传动精度较高、载荷较大、要求寿命较长时取ψ= 4。根据公式算得螺纹中径后，应按标准选取相应的公称直径d及螺距P。由于圈数愈多各圈受力愈不均匀，所以螺纹圈数一般不宜超过10圈
图6.1 螺杆
表6—1 滑动螺旋传动的许用压强
螺纹副材料
滑动速度（m/min）
许用压强
（N/mm2）
螺纹材料
滑动速度（m/min）
许用压强
（N/mm2）
铜对青铜
低速
＜3.0
612
＞15
1825
1118
710
12
钢对铸铁
＜2.4
612
1318
47
钢对钢
低速
7.513
钢对耐磨铸铁
612
68
淬火钢对青铜
612
1013
6.2 牙型、材料和许用应力
采用梯形螺纹，单线n=1
螺杆45钢，螺母ZCuSn5Pb5Zn5
滑动速度Vs<3m/s,许用压强
螺杆的许用应力：
45刚屈服点 取
取

螺母的许用应力：
取
取
6.3 按耐磨性设计
采取整体螺母式，取
≥=
取
螺母高度
螺纹旋合圈数
螺纹的工作高度

6.4 验算耐磨性
单线螺纹导程与螺距相等，即
导程角
牙面滑动速度 (6.2)
小于许用比压下的牙面滑动速度，符合要求。
螺杆的强度计算
螺纹摩擦转矩
(6.3)
(6.4)
=25.2 N/mm2 []=50N/mm2，满足强度要求
6.5 螺纹牙的强度计算
钢制螺杆螺牙强度高于青铜质螺母，只计算螺母的螺牙强度
压根宽度

，牙根剪贴满足强度要求
，牙根弯曲满足强度要求
7 轴承的校核
7.1 概述
滚动轴承是应用很广的一种基础部件，已标准化，并由轴承厂大量生产。它有多种类型规格以适应不同的工况需要。所以，在设计机器时，只需要根据