哈工大机械设计大作业轴系部件

1、Harbin Institute of Technology机械设计大作业题 目： 轴系部件设计 院 系： 能源科学与工程学院 班 级： 1302403班 姓 名： 闫昭琦 学 号： 1130240312 时 间： 2015年11月28号 目 录一、设计题目1二、轴的材料选择2三、初算轴径2四、结构设计21.轴承部件的结构型式及主要尺寸22.轴承固定方式23. 轴的结构设计24.选择滚动轴承类型及其润滑方式35. 键连接设计3五、轴的受力分析51.画轴的受力简图52.计算轴的支撑反力53.画弯矩图及转矩图6六、校核轴的强度8七、校核键连接强度9八、校核轴承寿命101.计算当量动载荷102.校核

2、轴承寿命10九、轴上其他零件设计.11十、轴承座结构设计.11十一、轴承端盖.11参考文献12轴系部件设计一、设计题目设计原始数据：方案电动机工作功率P/kW电动机满载转速nm/(r/min)工作机的转速nw/(r/min)第一级传动比i1轴承座中心高度H/mm最短工作年限工作环境5.1.2496010021803年3班室外、有尘传动方案如图1.1图1.1二、轴的材料选择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。因此轴所承受的扭矩不大。故选择45号钢，并进行调质处理。三、初算轴径对于转轴，按扭转强度初算直径：其中轴传递的功率, 轴的转速，r/minC由许用扭转剪

3、应力确定的系数。由参考文献1查表10.2得C=106118，取C=110。dmin=C3Pnm=110×34480=22.301mm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dk23.416mm. 四、结构设计1.轴承部件的结构型式及主要尺寸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，共分为七段。以下是轴段的草图：轴段轴段轴段轴段轴段轴段轴段 图4.1为方便轴承部件的拆装，减速器的机体采用剖分式结构，取箱体的壁厚，机体上轴承旁连接螺栓直径，装拆螺栓所需的扳手空间，故轴承座内壁至座孔外端面距离C=+C1+C

4、2+510mm=4752mm，取C=50mm。2.轴承固定方式因传递功率小，齿轮减速器效率高、发热小，估计轴不会很长，故轴承部件的固定方式可采用两端固定方式。由此，所涉及的轴承部件的结构型式如图4.1所示。然后，可按轴上零件的安装顺序，从 处开始设计。3. 轴的结构设计3.1 阶梯轴各轴段直径的设计本题中有7个轴段的阶梯轴，以外伸轴颈dmin，即为基础，考虑轴上零件的受力情况，轴上零件的装拆与定位固定、与标准件孔径的配合、轴的表面结构及加工精度等要求，逐一确定其余各段的直径。轴的轴向尺寸要考虑轴上零件的位置、配合长度、支承结构情况、动静件的距离要求等要素，通常从与传动件相配的轴段开始。根据以上

5、要求，确定各段轴的直径：1)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由轮毂长度确定，而直径由初算的最小直径得到。2)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计算得到轴肩高度d2=d6=d1+2h=25+2×1.752.5=(28.530)mm由参考文献3，毛毡圈油封的轴径，所以。3)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 2761994，初选轴承6307，外形尺寸d=35mm，D=80mm，B=21mm，圆角ra=1.5mm，轴件安装尺寸。因为齿轮

6、分度圆线速度v<2m/s，所以选用脂润滑。故取 。4) 轴段4在两轴承座之间，其功能为定位固定轴承的轴肩，故。3.2 阶梯轴各轴段长度及跨距的确定大带轮轮毂长 b=1.52d=6080mm，取b=80，轴段的长度要比相配大带轮轮毂长度略短，=80-2=78mm.小齿轮轮毂长 ，取b=38，轴段的长度要比相配小齿轮轮毂长度略短，=.轴承端盖部分，选用M8螺栓连接。根据参考文献3图7.5，轴承端盖基本尺寸为：取，e=1.2*8=9.6mm,D2=D+55.5d3=255272.5mm，取D2=270，D0=0.5（D+ D2）=175。考虑螺栓可能会与带轮、齿轮相碰影响安装，轴承端盖左边和右

7、边分别留一间隙，故=取为30mm，=25mm。显然轴段和轴段宽度应与深沟球轴承宽度相等，即=18。两轴承间跨距应满足=（23）=70105，所以轴段宽度为=-=5287，取=80。综合以上分析可得轴的各段宽度为：=78，=30，=18，=80，=18，=25，=36。五、轴的受力分析5.1画轴的受力简图图5.3 轴的受力简图5.2计算支承反力传递到轴系部件上的转矩T1=9.55×106×Pn1=9.55×106×4960/2=79583.3N·mm齿轮圆周力Ft=2T1d1=2×79583.378=2040.6N齿轮径向力Fr=Ftt

8、an=2040.6×tan20°=742.72N齿轮轴向力带轮压轴力根据V带设计数据可以得到由V带产生的压轴力FQ=879.8N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=1319.7N计算。在水平面上：R1H=Q×L4+L5+L32+L2+L12-Fr×(L6+L72+L52)L4+L5=1319.7×98+9+30+39-742.72×(25+18+9)98=1976.36NR2H=-R1H+Q+Fr=-1976.36N+1319.7+742.72=86.06N在垂直平面上R1V=20

9、40.6×5298=1082.76NR2V=-Ft+R1V=-3123.36N轴承1的总支承反力R1=R1H2+R1V2=2253.52N轴承2的总支承反力R2=R2H2+R2V2=3124.55N5.3画弯矩图及转矩图竖直面上，II-II截面处弯矩最大，MIIH=106111.2Nmm；水平面上，I-I截面处弯矩最大，MIH=102936.6Nmm；合成弯矩，I-I截面：MI=112921.22NmmII-II截面：MIIH=102936.6Nmm；转矩， T=T1 竖直面上和水平面上的弯矩图，及合成弯矩图如图5.4所示图5.4弯矩图与扭矩图按弯扭合成强度计算。根据参考文献1式9.

10、3，有e=(M1W)2+4(T1WT)2=(112921.224287.5)2+4(0.3×79853.38575)2=26.92MPa式中：1-1截面处弯矩，MI=112921.22Nmm；1-1截面处转矩，T1=75636N·mm；抗弯剖面模量，由参考文献1附表9.6，；抗扭剖面模量，由参考文献1附表9.6，；根据转矩性质而定的折合系数，对于不变的转矩，；对称循环的许用弯曲应力，轴材料为45钢进行调制处理，由参考文献1表10.1查得b=650MPa，由表10.4查得-1b=60MPa。校核符合要求。六、轴的安全系数校核计算弯曲应力：b=MIW=112921.224287

11、.5=26.33MPaa=b=26.33MPa,m=0扭剪应力：T=T1WT=79853.38575=9.31MPaa=m=T2=4.66MPa安全系数：S=-1Ka+m=3001.8250.92×0.84×26.33+0.2×0=4.823S=-1Ka+m=1551.6250.92×0.82×4.66+0.1×4.66=14.76S=SSS2+S2=4.823×14.764.8232+14.762=4.58S=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

12、考文献1表9.3，45号钢调质处理，；键槽引起的有效应力集中系数，由参考文献1附表9.10、附表9.11，；零件的绝对尺寸系数，由参考文献1附图表9.12，=0.84，=0.82；表面质量系数，=12，由参考文献1附表9.8、附表9.9，；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 9.5.3节，；弯曲应力的应力幅和平均应力，a=66.36MPa,m=0；扭转剪应力的应力幅和平均应力，a=m=T2=4.66MPa；许用疲劳强度安全系数，由参考文献1表9.13，；校核通过。七、校核键连接的强度由参考文献1式41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

13、，A型，为键的公称长度和键宽；键与毂槽的接触高度，；许用挤压应力，由参考文献1表4.1，静连接，材料为钢，有轻微冲击，,取110Mpa。轴段1上的键和轴段7上的键，由于轴的直径相同，键取相同的b，h值，都取8mm，可以计算挤压应力：p=2T1kld=2×79853.372(25-8)×25=107.38MPap=110MPa；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R2>R1，所以只校核轴承2即右轴承即可。8.1计算当量动载荷由参考文献1式10.2P=XFr1+YFa=3124.55N式中：当量动载荷,N；Fr1,Fa轴承的径向载荷和轴向载荷，Fr1

14、=3124.55N，Fa=0动载荷径向系数和动载荷轴向系数，由。8.2校核寿命由参考文献1式10.1cLh=10660n1(fTCffP)3=10660×480(1×334001.2×3124.55)3=24543.7h式中：轴承的基本额定寿命，h；轴承的预期寿命，三年三班，每年按250天计，；轴承的基本额定动载荷，由参考文献2表12.1，查轴承6307，；寿命指数，对于滚子轴承，；温度系数，由参考文献1表10.10，工作温度<105，；ff载荷系数，由参考文献1表11.11，轻微冲击，ff=1.21.8，取ff=1.2；，校核通过。九、轴上其他零件设计1）

15、轴上键连接的设计轴和大带轮和小齿轮的轴向连接均采用A型普通平键连接，为加工方便，两处键连接尺寸相同，根据参考文献2 表11.28，选用A型普通平键，为 键 GB/T 1096-20032）密封用毛毡圈毛毡圈所在轴段的直径为30mm，查参考文献2表14.4，可得毛毡圈的尺寸参数。3) 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=180mm，轴承座腹板壁厚，筋厚，底座凸缘厚度b=15mm。轴承座地脚螺栓直径df=16mm,轴承盖连接螺栓直径d1=8mm。查看参考文献2图7.9，地脚螺栓的扳手空间C1=22mm，C2=20mm，沉头座直径d2=32mm。十一、轴承端盖（透盖）由本次设计的特点，可选用凸缘式轴承盖，其中嵌入毛毡圈以密封。由参考文献2图7.5中的经验公式得到相关尺寸：，取。（此处的是螺栓直径，即设计轴承座