哈工大机械设计大作业轴系

1、Har bi n I nst i t ut e of Technol ogy机械设计大作业说明书大作业名称：轴系设计设计题目：5.1.5班 级：1208105设计者：学 号：指导教师：张锋设计时间：2014.12.03哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学机械设计作业任务书题目一轴系部件设计设计原始数据:机器工作平稳、单向回转、成批生产，其他数据如表所示力杀电动机 工作功 率 P/kW电动机满 载转速 nm/(r/min)工作机的 转速 nJ(r/min)第一级 传动比i i轴承座 中心高 度 H/mm取短工 作年限工作环 境5.1.537108021703年3 班室内清 洁传动方案如图5.1目录一、选

2、择轴的材料 1二、初算轴径1三、轴承部件结构设计13.1 轴向固定方式 23.2 选择滚动轴承类型 23.3 键连接设计 23.4 阶梯轴各部分直径确定 23.5 阶梯轴各部段长度及跨距的确定 2四、轴的受力分析34.1 画轴的受力简图 34.2 计算支反力 34.3 画弯矩图 34.4画转矩图 5五、校核轴的弯扭合成强度5六、轴的安全系数校核计算6七、键的强度校核7八、校核轴承寿命8九、轴上其他零件设计9十、轴承座结构设计9十、轴承端盖（透盖） 9一、选择轴的材料该传动机所传递的功率属于中小型功率，因此轴所承受的扭矩不大。故选 45号钢，并进行调质处理。二、初算轴径对于转轴，按扭转强度初算直

3、径min式中：P 轴传递的功率， KWnm轴的转速， r/min;C由许用扭转剪应力确定的系数，查各种机械设计教材或机械设计手册。根据参考文献1表9.4查得C=11A 106,取C=11&1183285355所以，23.6mm本方案中，轴颈上有一个键槽，应将轴径增大 5%即 d 23.6 X (1+5% =24.675mm按照GB2822-2005的R 20系列圆整，取d=25mm根据GB/T1096-2003,键的公称尺寸b h 8 7 ,轮毂上键槽的尺寸b=8mm t1 3.300.2 mm三、轴承部件结构设计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

4、同，因此，设计成阶梯轴形式，共分为七段。以下是轴段的草图：轴段 轴段 轴段轴段轴段轴段 轴段L1L2L3图13.1 及轴向固定方式因传递功率小，齿轮减速器效率高、发热小，估计轴不会长，故轴承部件的 固定方式可采用两端固定方式。因此，所涉及的轴承部件的结构型式如图 2所示。 然后，可按轴上零件的安装顺序，从 d min处开始设计。3.2 选择滚动轴承类型因轴承所受轴向力很小，选用深沟球轴承，因为齿轮的线速度，齿轮转动时 飞溅的润滑油不足于润滑轴承，采用油脂对轴承润滑，由于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，由于是悬 臂布置所以不用轴上安置挡油板。3.

5、3 键连接设计齿轮及带轮与轴的周向连接均采用 A型普通平键连接，齿轮、带轮所在轴径 相等，两处键的型号均为12 8GB/T 10962003。3.4 阶梯轴各部分直径的确定(1) d1和d7的确定轴段1和轴段7分别安放大带轮和小齿轮，所以其长度由带轮和齿轮轮毂长度确定，而直径由初算的最小直径得到。所以，d1 25mm , d7 25mm(2) d2和d6的确定轴段2和轴段6的确定应考虑齿轮、带轮的轴向固定和密封圈的尺寸。由参 考文献1图9.16和表9.5计算得到轴肩高度h (0.07: 0.1)d(0.07: 0.1) 25 (1.75: 2.5)mmd2 d6 d1 2 h 25 2 1.7

6、52.528.5 30 mm,取 d2 30mm由中华人民共和国纺织行业标准油封毡圈表一查得：毡圈代号为 30FZ/T92010-1991(3) d3和d5的确定轴段3和轴段5安装轴承，尺寸由轴承确定。标准直齿圆柱齿轮，没有轴向 力，但考虑到有较大的径向力，选用深沟球轴承。根据GB/T 276-1994,初选轴承6307,外形尺寸d=35mm D=80mm B=21mm轴件安装尺寸da 44mm。因为轴承的dn值小于(1.5 2) 105mm r/ min ,所以选用脂润滑。故取da d5 35mm。(4) d4的确定轴段4在两轴承座之间，其功能为定位固定轴承的轴肩，故d4 da 44mm。3

7、.5 阶梯轴各轴段长度及跨距的确定(1)轴段4。轴段4在两轴承座之间，两端支点间无传动件，应该首先确定该段跨距 L。一般 L (2 : 3)d3 (2 : 3) 35 (70: 105)mm,取 L 100mm。则轴段 4 长度 |4 L B 100 21 79mm 0(2)轴段3和轴段5。轴段3和轴段5安装轴承，轴段长度与轴承内圈宽度 相同，l3 l5 B 21mm。(3)轴段2和轴段6。轴段2和轴段6的长度和轴承盖的选用及大带轮和小 齿轮的定位轴肩的位置有关系。选用嵌入式轴承端盖，取轴承盖凸缘厚度 e 10mm, m 15mm,箱体外部传动零件的定位轴肩距轴承端盖的距离K 15mm,则轴段

8、6长度l6 m e K 10 15 15 40mm由于大带轮较大，设计成腹板式结构，故轴段 2长度l216(带轮宽度轮毂宽度)1640mm(4)轴段1和轴段7。轴段1和7分别安装大带轮和小齿轮，故轴段 1长度11 L 65mm ,轴段7长度I7 b 28mm ,考虑到带轮的安装，令11 63mm, 17 26mm。四、轴的受力分析4.1 画轴的受力简图轴的受力简图、弯矩图、转矩图画在一起，见图 24.2 计算支承反力传递到轴系部件上的转矩T1 9.55 106 生 9.55 106 :285 76669.01N.mm0355齿轮圆周力Ft2Ti2 76669.01 Kl1 N 2433.94

9、Nd163齿轮径向力FrFt tan 2433.94 tan 20o 855.88N齿轮轴向力Fa 0N带轮压轴力1162.1Q 2Fz cos- 2 173.36 4sin 2 173.36 4sin 1371.646N222带初次装在带轮上时，所需初拉力比正常工作时大得多，故计算轴和轴承时, 将其扩大50%按Q 2057.47N计算。在水平面上RhQ L L2Fr L3L22057.47 63 40 855.88 21404848.65NR2HRih Q Fr4848.65+2057.47+855.88=-1935.30 NR2VFt R1V(2433.94 1277.82)3711.76

10、N在垂直平面上RivFt L3L22433.94 21401277.82 N轴承1的总支承反力RRH鬲 ,4848.652 1277.822 5014.20N轴承2的总支承反力R2 、R；h R2v 1935.302 3711.762 4185.99N4.3 画弯矩图竖直面上，II-II截面处弯矩最大，M11VFtL3 51112.74N mm;水平面上，I-I截面处弯矩最大， M 1H QL1 129620.61 N mm ;II-II截面处的弯矩为 MiihFL 17973.48N mm；合成弯矩，I-I 截面： MIJMI_MT M1H 129620.61 N mmII-II 截面：Mi

11、i ,M2H M 22v17973.482 51112.74254180.79 N mm竖直面上和水平面上的弯矩图，及合成弯矩图如图 2所示4.4 画转矩图作用在轴上的转矩:Ti 76669.01N.mm转矩图如图2所示（单位：N mm）FtJ51112.74I rnfinTf I TTrnrrnj r 129620.6154180.79129620.61j I T129620.61竖直面弯矩 图水平面弯矩 图1T1T合成弯矩图I76669.01转矩图III nII图2五、轴的强度校核n - II截面为危险截面。按弯扭合成强度计算。根据参考文献1,有222231.28MPa1b 55MPaM2

12、4 T1129620.6140.3 76669.01e . WWt 4209.248418.49式中M2 H-II截面处弯矩， M2 129620.61 N mm;T II - II 截面处转矩，Ti 76669.01N mm ;W抗弯剖面模量,由参考文献1;W Ttd；/32 4209.24mm3；Wt 抗扭剖面模量，由参考文献1, 33WT Ttd5/16 8418.49mm；根据转矩性质而定的折合系数，对于不变的转矩，0.3；化一一对称循环的许用弯曲应力，由参考文献1 , 1b 55MPa 因此，校核通过六、轴的安全系数校核计算弯曲应力:129620.61 30.79MPa4209.24

13、b 30.79MPa扭剪应力:T1WT76669.018418.499.11MPa由参考文献1式9.4、9.5、9.6得:4.555MPa300191 -30.79 0.2 02.3 0.889.39155158 4.555 0.1 4.5552.3 0.8135.899.39 35.89S2 S29.392 35.8929.08 S 1.51.8式中:只考虑弯矩时的安全系数;只考虑转矩时的安全系数;材料对称循环的弯曲疲劳极限和扭转疲劳极限，由参考文献1表9.3, 45号钢调质处理,300MPa, i155MPa ;K、K 弯曲时和扭转时轴的有效应力集中系数，由参考文献1表9.10 得 K 1

14、.91,K1.58、零件的绝对尺寸系数，由参考文献1表9.12得0.88,0.81 ;表面质量系数,1 2 ,由参考文献1表 9.8 , 9.9,2 0.92 ,12.5;把弯曲时和扭转时轴的平均应力折算为应力幅的等效系数，由参考文献1,0.2,0.1 ；a、m 弯曲应力的应力幅和平均应力,a、m扭转剪应力的应力幅和平均应力,S 许用疲劳强度安全系数，由参考文献1 , S 1.5 1.8;所以，校核通过。七、键连接的强度校核由参考文献1式6.1红p kld式中:p 工作面的挤压应力，MPa ；T1 传递的转矩，N mm ；d 轴的直径，mm；1 一键的工作长度，mm, A型，lk 键与毂槽白接

15、触高度，mm, kL b, L、b为键的公称长度和键宽;h/2;p 许用挤压应力，MPa,由参考文献1,静连接，材料为钢，有轻微冲击，p 125150MPa,取 140Mpa1）对于轴段1上的键，选择参数L=40, B=8, h=72T2 76669.01kld 7 40 8 2554.76MPa140MPa,校核通过;2）对于轴段7上的键，选择参数L=22, B=8,h=7o2Tl2 76669.01p kld 722 8 252125.17MPap 140Mpa，校核通过。八、校核轴承的寿命轴承不受轴向力，只有径向力,且 Fr1Ri5014.20 Fr2R2 4185.99,所以只校核轴承

16、1即左轴承即可。由参考文献1式11.2P XFr1 YFa11 5014.205014.20N ;式中:P 当量动载荷，N；Fr1, Fa1轴承的径向载荷和轴向载荷,Fr1R1 5014.20N,Fa1 0;X、Y动载荷径向系数和动载荷轴向系数,e,X 1,Y 0。由参考文献1Lh106 fT C60nl fF F10660 3551.0 334001.0 5014.20327043.49h式中:Lh 轴承的基本额定寿命,h；Lh 轴承的预期寿命3年3班，L3 25018000h ;C轴承的基本额定动载荷,由参考文献 2,查轴承6307,C Cr 33.4kN ;寿命指数，对于球轴承,3；fT

17、 温度系数，由参考文献1,工作温度105°C, fT 1.0；fF 载荷系数，由参考文献1表 11.10,取 fF 1.0 ;Q LhLh ,符合要求九、轴上其他零件设计1）密封用唇形圈所在轴段白直径为30mm查华人民共和国纺织行业标准油封毡圈表一，可 得密封圈尺寸参数D=42, b=5。2）两侧轴端挡板该零件也属于标准件。查阅参考文献2,选用螺栓紧固轴端挡圈（GB/T 892-1986） , B型，公称直径 32mm十、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=170mm轴承座腹板壁厚 10mm,筋厚m 10mm,底座凸缘厚度b=15mm轴承座 地脚螺栓直径df=16mm|由承盖连接螺栓直径d1二8mm由参考文献2查到地脚螺 栓的扳手空间G=22mm C2=20mm沉头座直径d2=32mmH一、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