哈工大机械设计-轴系部件设计

1、一、概述2 1、任务来源32、技术要求3二、结构参数设计3 1、受力分析及轴尺寸设计11 2、轴承选型设计、寿命计算113、轴承结构设计12三、精度设计12 轴颈轴承配合12四、总结131Harbin Institute of Technology课程设计说明书课程名称： 机械设计 设计题目： 轴系部件设计 院 系： 航天学院自动化 班 级： 11104104 设 计 者： 学 号： 1110410420 指导教师： 设计时间： 2013年12月10日 哈尔滨工业大学机械设计作业任务书一、概述1、 任务来源：老师布置的大作业课题：轴系的组合结构设计。2、 题目技术要求：一钢制圆轴,装有两胶带轮

2、A和B，两轮有相同的直径D=360mm，重量为P=1KN，A轮上胶带的张力是水平方向的，B轮胶带的张力是垂直方向的，它们的大小如图所示。设圆轴的许用应力 s=80MPa，轴的转速n=960r/min，带轮宽b=60mm，寿命为50000小时。 设计要求：1.按强度条件求轴所需要的最小直径； 2.选择轴承的型号（按受力条件及寿命要求）； 3.按双支点单向固定的方法，设计轴承与轴的组合装配结构，画出装配图（3号图纸） 4.从装配图中拆出轴，并画出轴的零件图（3号图纸） 5.设计说明书1份二、结构参数设计1选择材料，确定许用应力通过已知条件和查阅相关的设计手册得知，该传动机所传递的功率属于中小型功率

3、。因此轴所承受的扭矩不大。故选45号钢，并进行调质处理。2按扭转强度估算轴径对于转轴，按扭转强度初算直径：其中轴传递的功率，轴的转速，r/min C由许用扭转剪应力确定的系数。查表10.2得C=106118，考虑轴端弯矩比转矩小，取C=106。由于考虑到轴的最小直径处要安装大带轮，会有键槽存在，故将其扩大5%，得 ，按标准GB2822-81的圆整后取。3设计轴的结构由于本设计中的轴需要安装带轮、齿轮、轴承等不同的零件，并且各处受力不同，因此，设计成阶梯轴形式，共分为六段。以下是轴段草图：3.1 确定轴承部件机体的结构形式及主要尺寸为方便轴承部件的拆装，铸造机体采用剖分式结构，取机体的铸造壁厚，

4、机体上轴承旁连接螺栓直径，装拆螺栓所需要的扳手空间，故轴承座内壁至座孔外端面距离取3.2确定轴的轴向固定方式因为一级齿轮减速器输出轴的跨距不大，且工作温度不大，故轴的轴向固定采用两端固定方式。3.3 选择滚动轴承的类型，并确定其润滑与密封方式因为轴不受轴向力的作用，故选用深沟球球轴承支撑。由齿轮结构设计中，小齿轮，得分度圆直径，所以齿轮的线速度为齿轮转动时飞溅的润滑油不足于润滑轴承，故滚动轴承采用脂润滑。因为该减速器的工作环境清洁，脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用毡圈密封，并在轴上安置挡油板。3.4 轴的结构设计在本题中有6个轴段的阶梯轴，轴的径向尺寸确定，以外伸轴颈为基础，依次

5、增加为，。根据轴承的类型和轴径，初选滚动轴承型号为6308，其基本尺寸为，,。因为轴承选用润滑脂，轴上安放挡油板，所以轴承内端面与机体内壁间要有一定距离，取。为避免齿轮与机体内壁相碰，在齿轮端面与机体内壁间留有足够的间距，取。采用凸缘式轴承盖，其凸缘厚度。为避免带轮轮毂端面与轴承盖连接螺栓头相碰，并便于轴承盖上螺栓的装拆，带轮轮毂端面与轴承盖间应有足够的间距，取。确定各部分轴段的长度：轴段的长度要比相配齿轮的轮毂长度b略短，由齿轮设计小齿轮的齿宽，取轴段的长度轴段的长度轴段的长度，由V带设计中得V带轮宽度为60mm，轴段的长度应略小于V带轮宽度，以方便固定，取轴段的长度就是轴环的宽度，按经验公

6、式适度放大，取轴段的长度进而，轴的支点及受力点间的跨距也随之确定下来。6308轴承的作用点距外座圈大边距离，取该点为支点。取段中点为支撑点，则可得跨距取齿轮中点为支点，则最终尺寸如上图3.5 键连接设计带轮及齿轮与轴的周向连接均采用A型普通平键连接，由GB/T1095-2003可知，两个键的尺寸分别为87 40GB/T1095-2003，14936 GB/T1095-2003。4 轴的受力分析4.1 绘制受力简图计算结果如下4.2 计算支承反力轴上一共收到3个外力，分别为齿轮的圆周力齿轮的径向力为齿轮无轴向力。V带压轴力在水平面上，外力为V带的压轴力和齿轮径向力在竖直面上，外力为齿轮的径向力轴

7、承的总支承反力：轴承的总支承反力：4.3 计算弯矩在水平面上滚动轴承弯矩：在竖直面上滚动轴承弯矩：在水平面上滚动轴承弯矩：在竖直面上滚动轴承弯矩：竖直平面弯矩最大处，弯矩为：4.4 绘制弯矩扭矩图5 校核轴的强度轴承处的弯矩为此处最大但由于齿轮处存在键，会存在应力集中，因此分两处校核。5.1轴承处轴承处的弯矩：抗弯截面模量为弯曲应力：扭曲应力：对于单向转动的转轴，通常转矩按脉冲循环处理，故取折合系数，则当量应力为5.2齿轮处齿轮处的弯矩：弯曲应力：扭曲应力：对于调质45钢，由参考文献1表10.1可以查得，材料的等效系数为，键槽引起的应力集中系数，查参考文献1附表9.11得，。绝对尺寸系数，查参

8、考文献1附表9.12得， 查参考文献1表9.8得，由于没有进行表面处理，所以，查参考文献1表9.9得，轴磨削加工时的表面质量系数，则。由此，安全系数计算如下：故，截面安全。只考虑弯矩时的安全系数；只考虑转矩时的安全系数；三、精度设计1.校核键的连接强度由参考文献1式4.1式中：工作面的挤压应力，；传递的转矩，；轴的直径，；键的工作长度，A型，为键的公称长度，b为键宽；键与毂槽的接触高度，；许用挤压应力，由参考文献1表6.1，静连接，材料为钢，有轻微冲击，,取110Mpa。（1） 对于轴段1上的键；校核通过；（2） 对于轴段4上的键; 校核通过。2.校核轴承寿命由手册查得6308轴承的，由于轴承

9、不受轴向力，而轴承处受力大于轴承处，所以只需校核轴承即可。2.1计算当量动载荷由参考文献1式11.2；，合格式中：当量动载荷，；轴承的径向载荷和轴向载荷，；动载荷径向系数和动载荷轴向系数，由。2.2校核寿命由参考文献1式10.1c式中：轴承的基本额定寿命，h；轴承的预期寿命，5年2班，每年按240天计，；轴承的基本额定动载荷，由参考文献2表12.1，查轴承6207，；寿命指数，对于滚子轴承，；温度系数，由参考文献1表11.9，工作温度，；载荷系数，由参考文献1表11.10，中等冲击，取；，校核通过。3.轴上其他零件设计1）密封用毛毡圈毛毡圈所在轴段的直径为 35mm，查GBZQ4606-198

10、6，可得毛毡圈的尺寸参数。外圈49mm，内圈34mm，宽度7mm，端盖上槽宽为6mm,d=36mm,D=48mm 2)由于轴端需要连接V带轮，所以需要在轴端连接紧固轴端挡板，防止带轮松脱由参考文献2表11.24可知，当轴径为30mm时，选择挡圈GB/T 891 38，直径D=38，材料为Q235-A，不经表面处理的A型螺钉紧固轴端挡圈。用沉头螺钉M616 GB/T 819，圆柱销 GB/T 119 A312。4.轴承座结构设计本次设计中选用整体式轴承座。按照设计方案的要求，轴承座孔中心高H=200mm，轴承座腹板壁厚，筋厚，底座凸缘厚度b=20mm。轴承座地脚螺栓直径df=14mm由参考文献2表 4.2查到地脚螺栓的扳手空间C1=22mm，C2=20mm，沉头座直径d2=32mm。5.轴承端盖（透盖）由本次设计的特点，可选用嵌入式轴承盖，其中嵌入毛毡圈以密封。由参考文献3图7.5中的经验公式得到相关尺寸：，取。根据轴、轴承座的设计，应取。4、 总结1.任务感想：通过本次任务联系了轴承结构的设计与计算、校核。复习了课程内构件受力的分析（强度分析、刚度分析）、轴尺寸的设计、轴承选型、寿命计算及结构设计，精度设计，轴颈轴承配合与尺寸公差，提高了绘图规范及绘图能力。2、课程意见：希望老师下次出差时间不要那么频，希望多谢绘图规范