传动杆计算说明书

HefeiUniversity机械设计基础COURSEPROJECT系别：机械工程系班级：14级机制三班学制：四年姓名：学号：导师：王勇2016年11月27日姓名班级机制三学号设计题目：一级减速器的输出轴部件设计设计条件：1.额定功率P=6.79KW2.转速N=120r/min3.圆柱齿轮分度圆直径d=300mm4.齿轮轮毂长度L=78mm5.圆周力Ft=3600N6.径向力Fr=1500N7.轴向力Fa=450N8.建议轴承类型：69.载荷平稳，单向转动，工作环境清洁10.两班工作制，使用年限5年，大批量生产设计工作量：1、设计轴的结构，绘制草图（徒手画）一张；2、验算轴的危险截面尺寸（至少2处）；3、确定轴承的参数，计算轴承寿命（轴承采用3个方案，可以与轴的寿命不一致）；4、联轴器和齿轮处的键的强度要校核计算，如果强度不足，可适当修改尺寸（包括齿轮轮毂长度）；5、轴的零件工作图一张（A3或A4图），严格按要求绘制；6、齿轮零件工作图一张（A3或A4图），严格按要求绘制；7、设计计算说明书一份。目录一、机构简图 4二、设计计算说明书 5（一）选择轴的材料 5（二）初算轴径 5（三）结构设计 51.轴承部件的结构形式 52.联轴器及轴段① 63.密封圈与轴段② 64.轴承与轴段③及轴段⑦ 75.齿轮与轴段④ 86.轴段⑤与轴段⑥ 87.机体与轴段②、③、⑥的长度 88.键连接 9(四)轴的受力分析 101.画轴的受力图 102.计算支撑反力 103.画弯矩图（c）、（d）、（e） 114.画转矩图（f） 12（五）校核轴的强度 121.安装齿轮处 12由书P205附表10.1，抗弯剖面模量 122.安装联轴器部分 14抗弯剖面模量 14（六）校核键的连接强度 151.联轴器处键连接的挤压应力 152.齿轮处键连接的挤压应力 16（七）校核轴承寿命 161.计算轴承的轴向力 162.计算当量动载荷 173.校核轴承寿命 17三、参考文献 17

一、机构简图

二、设计计算说明书（一）选择轴的材料因为传递功率较大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，故常选用材料45号钢，调质处理。（二）初算轴径对于转轴，按扭转强度初算轴径，查书P193表10.2得C=103～118，考虑轴端弯矩比转矩小，故取C=110，则d考虑键槽的影响，取d（三）结构设计1.轴承部件的结构形式为方便轴承部件的拆装，减速器的机体采用剖分式结构。因为传递功率较大，齿轮减速器效率高、发热较大，估计轴不小，所以轴承部件的固定方式可采用一端固定、一端游动方式。由此，所设计的轴承部件的结构形式如上图所示。然后，可按轴上零件的安装顺序，从dmin2.联轴器及轴段①在本次设计中，dmin就是轴段①的直径，又考虑轴段①上安装联轴器，因此，轴段①为补偿联轴器所连接的两轴的安装误差，隔离振动，选用弹性柱销联轴器。查书P270表13.1取载荷系数K=1.5，则计算转矩TC=K·T=1.5×9550×6.79120=810.56N·m。由机械设计手册P103查得GB/T5014-2003中的L×3型联轴器符合要求：公转转矩为1250N同理，轴段①的直径d1=45mm,轴段①的长度应该比联轴器主动端轴孔长度略短，故取3.密封圈与轴段②在确定轴段②的直径时，应该考虑联轴器的固定及密封圈的尺寸两个方面。当联轴器右端用肩轴固定时，由h=0.07～0.1d1计算轴肩高度，为h=3.15～4.5mm，相应的轴段②的直径d2的范围为51～55mm。轴段②的直径最终由密封圈确定。查机械设计手册P94表7-12，可选用轴径为55mm的毡圈，则轴段②的直径4.轴承与轴段③及轴段⑦考虑齿轮有轴向力，且轴的转速中等偏高，所以选取三种轴承类型进行比较。方案一：选取调心球轴承轴段③上安装轴承，其直径应该既便于轴承安装，又符合轴承内径系列。查设计手册P73GB/T281-1994取代号1212的轴承，内径d=60mm,外径D=110mm，宽度B=22mm，定位轴肩直径da=69mm，轴上定位端面的圆角半径rAS=1.5mm。故轴段方案二：选取深沟球轴承轴段③上安装轴承，其直径应该既便于轴承安装，又符合轴承内径系列。查设计手册P68GB/T276-1994取代号6012的轴承，内径d=60mm,外径D=95mm，宽度B=18mm，定位轴肩直径da=67mm，轴上定位端面的圆角半径rAS=1mm。故轴段方案三：选取角接触球轴承轴段③上安装轴承，其直径应该既便于轴承安装，又符合轴承内径系列。查设计手册P77GB/T292-2007取代号7012C的轴承，内径d=60mm,外径D=95mm，宽度B=18mm，定位轴肩直径da=67mm，轴上定位端面的圆角半径rAS=1mm。故轴段综合造价、结构等问题最终选取方案三中的角接触轴承。通常用一根轴上的两个轴承取相同型号，故轴段⑦的直径d7=60mm，轴段⑦的长度与轴承宽度相同，故取5.齿轮与轴段④轴段④上安装齿轮，为便于齿轮的安装，d4应该略大于d3，可取d4=64mm。齿轮左端用套筒固定，为使套筒端面顶在齿轮左端面上，即靠紧，轴段④的长度6.轴段⑤与轴段⑥齿轮右端用轴肩固定，由此可确定轴段⑤的直径。根据公式h=0.07～0.1d4=4.48～6.4mm，取d5为减小应力集中，并考虑右轴承的拆卸，轴段⑥的直径应该根据7012C轴承的定位肩轴直径确定，即d67.机体与轴段②、③、⑥的长度轴段②、③、⑥的长度l2、l3、l6除了与轴上零件有关外，还与机体及轴承盖等有关。通常从齿轮端面开始向两端展开来确定这些尺寸。为避免转动齿轮与不动体相撞，应在齿轮端面与机体内壁间留有足够间距H，由书P198表10.3，可取H=15mm。为了补偿机体铸造误差，轴承应该深入轴承孔座内适当距离，以保证轴承在任何时候都能坐落在轴承座孔上，为此取轴承上靠近机体内壁的端面与机体内壁间的距离Δ=5mm。为了保证拧紧上下轴承座连接螺栓所需扳手空间，轴承座应该有足够的宽度C，可取C=50mm。根据轴承lll进而，轴承的支点及力的作用点间的跨距也随之确定下来。7012C轴承力作用点距外环原边19.4mm，取改点为支点。取联轴器轮毂中点为力作用点，则可得跨距L18.键连接联轴器及齿轮与轴的周向连接均用B型普通平键连接，分别为键B10×8×70GB/T1096-2003及键B14×9×56GB/T1096-2003。(四)轴的受力分析1.画轴的受力图2.计算支撑反力在水平面上RR正号表示力R2H在垂直平面上R轴承Ⅰ的总支撑反力R轴承Ⅱ的总支撑反力R3.画弯矩图（c）、（d）、（e）在水平面上a-a剖面左侧Ma-a剖面右侧M在垂直平面上M合成弯矩a-a剖面左侧Ma-a剖面右侧M4.画转矩图（f）（五）校核轴的强度1.安装齿轮处由书P205附表10.1，抗弯剖面模量W=0.1抗扭剖面模量W弯曲应力σσσ扭剪应力ττ对于调制处理的45号钢，由书P192表10.1查得σB键槽引起的应力集中系数，由书P207附表10.4查得Kσ由书P207附图10.1查得εσ由书P207附图10.2查得轴磨削加工时的表面质量系数β=0.92。安全系数SSS=查书P202表10.5得许用安全系数[S]=1.3～1.5，显然S＞[S]，故剖面安全。2.安装联轴器部分抗弯剖面模量W=0.1抗扭剖面模量WT=0.2弯曲应力σσσ扭剪应力ττ对于调制处理的45号钢，由书P192表10.1查得σB键槽引起的应力集中系数，由书P207附表10.4查得Kσ由书P207附图10.1查得εσ由书P207附图10.2查得轴磨削加工时的表面质量系数β=0.92。安全系数SSS=查书P202表10.5得许用安全系数[S]=1.3～1.5，显然S＞[S]，故剖面安全。（六）校核键的连接强度1.联轴器处键连接的挤压应力σ取键、轴和联轴器的材料都为钢，查表得[2.齿轮处键连接的挤压应力σ取键、轴和联轴器的材料都为钢，查表得[（七）校核轴承寿命由机械设计手册P68表6-1查得6012轴承得C=31500N，Cr1.计算轴承的轴向力由书P220表11.12查得7012C轴承的内部轴向力计算公式，则轴承Ⅰ、Ⅱ的内部轴向力分别为SSA与S2S显然，S2+A>F比较两轴承的受力，因Fr1>F2.计算当量动载荷由F