哈工大机械设计大作业51

冷HarbinInstituteofTechnology

机械殁计大作业说明书

大作业名称：机械设计大作业

设计题目：轴系部件设计

班级：______________________

设计者：_______________________

学号：__________________

指导教师：______________________

谀计时间：____________________

哈尔滨工业大学

目录

一、设计任务.....................................................................1

二、轴的材料选择.................................................................2

三、初算轴径^^................................................................2

四、结构设计.....................................................................2

1.轴承部件的结构型式.......................................................2

2.轴的结构设计............................................................2

五、轴的受力分析.................................................................7

1.轴系部件受力分析.........................................................7

2.计算支反力...............................................................7

3.绘制弯矩图、扭矩图.......................................................8

六、校核轴的强度................................................................9

七、校核键的强度................................................................11

八、校核轴承寿命................................................................11

九、参考文献....................................................................13

哈尔滨工业大学机械设计大作业釉系部件设计

一、设计任务

设,带式运输机中的齿轮传动高速轴的轴系部件，带式运输机机构简图如图

1.1所示。

图1.1带式运输机机构简图

机器工作平稳，单向回转、成批生产。

轴承座中最短工作工作

方案R(kW)n(r/min)n.(r/min)

mK心高H(mm)年限L环境

空内

5.1.42.2940802.11605年2班

沾油

哈尔滨工业大学机械设计大作业釉系部件设计

二、轴的材料选择

因传递功率不大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，故需选用常用材料45

钢，调质处理。

三、初算轴径dmin

对于转轴，按扭转强度初算轴径，由参考文献［1］查表9.4得0118-106,

取。=118,则

式中：7——V带的传动效率。

由参考文献【3】表9.1得，取7=0.96,代入上式，得

p=7x5=0.96x2.2kW=2AikW

考虑有一个键槽的影响，取心析=19.79XLO5〃W2=20.78mm

圆整取4而=22mm

四、结构设计

1.轴承部件的结构型式

为方便轴承部件的拆装，传动轴机体采用剖分式结构，因传递功率比较小，输出

部分齿轮为直齿轮，没有轴向力，大带轮对轴作用力指向轴心，无轴向力，且装

置发热小，轴的变形可以忽略，因此轴承选用深沟球轴承，采用两边固定方式支

撑，采用脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，但工作环境有尘，故滚动轴承采用

接触式密封。可按轴上零件的安装顺序（附图1）,从dmin处开始设计。

2.轴的结构设计

本题中有7个轴段的阶梯轴，以外伸轴颈律为基础，考虑轴上零件的受力

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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。

(1)轴段1

轴段1上安装有大带轮，轴径与带轮轮毂相配。初定轴径dmin为轴段1直径,

经圆整后取为22mm。由V带传动设计作业得大带轮基准直径为210mm,故应

采用腹板式结构，相关尺寸计算如下：

L=(1.5~2)4=33~44/”〃？

O

大带轮左端采用轴端挡圈固定，因此，应使轴段长度比带轮轮毂长度略小，

所以取

L=44机机；

l]=42mm。

(2)轴段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。

带轮右端固定为轴肩固定，轴肩高度h取

h=(0.07~0.1)4=1.54~2.2mm

所以得轴段2直径4=25.08~26Amm,但考虑到毡圈尺寸要求

选择刈=25，〃用。

毡圈和槽的尺寸为:

D=39mm

4=24mm

B=1mm

=38mm

d0=26mm

b=6mm

8=12mm

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图4.1

(3)轴段3、5

轴段3和轴段5用于轴承的安装，其直径应比4稍大且满足方便轴承安装并

符合轴承内径系列，故取d3-30mm。

由参考文献【3】表12.1得轴承型号为6306,其基本参数如下:

内径d=30mm;

外径。=12mm;

宽度8=19mmo

由于两轴承之间没有传动件，不需要挡油环，右侧靠轴肩固定，左侧由轴承

端盖压紧，轴承的润滑方式根据速度因数来确定

dn=30mmx447.62r/?m=13428.6mm-rpm<1.5x1Oimm-rpm

故应采用脂润滑，用唇形密封圈进行接触式密封。

通常，同一根轴上的两个轴承采用相同型号，故轴段5的轴径4=30〃》猫轴

段3和轴段5的长度与轴承宽度相同，取4=，5=19〃〃加

(4)轴段4

对于两支点在同一轴承座内而支点间无传动件的情况，应首先确定两轴承间

的跨距

L=(2~3)J3=60〜90〃〃%二79mm

故轴段4的长度乙=乙一8=60〃〃加左侧轴承的右端及右侧轴承的左端均靠轴段4

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的轴肩进行固定,轴肩高'=（0-07~。1）4=2.1~3mm=2.5mm做〃=35mm.

（5）轴段6

轴段6可取与轴段2相同结构，d6=25mmo

（6）轴段7

由齿轮传动设计大作业知小齿轮宽仇=30〃〃”，小齿轮右侧用轴端挡圈固定,

取轴段7长度17=28〃制。取轴径与轴段1相等，即4=22如加其中小齿轮为实心

式结构。

（7）轴承端盖

图4.2

选取凸缘式轴承端盖，轴承端盖与机座用M8X20的螺钉固定。轴承端盖其

余尺寸如下：

突缘厚度e=1.2J3=1.2x8mm=9.6mm~Wmm

突缘直径。2=。+（5~5.5）4=112~116mm=112mm;

螺钉定位圆直径4=0.5（0+D2）=92mm;

轴承盖与机体配合长度〃?=15mm;

轴承端盖与机体外部零件间隙K取15mm。得到轴段6长度

【6=K+e+"i=（15+10+15）m/n=40mmo

由于大带轮较大，设计成腹板式结构，故轴段2长度

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,/上（带轮宽度一轮毂宽度）,B-L50-44

/,=/6H--------------------=z6H-=（40H-----——）mm=43mm

故各轴段长度和直径均确定下来，取轴承宽度中点为支点，取带轮和齿轮轮

毂长度中心点作为力的作用点，得跨距右=735MLz=79如”,4=63.5〃”加

（8）轴承座结构设计

两轴承间无零件，选用整体式轴承座即可，相关尺寸由轴、轴承、凸缘式端

盖可确定。

（9）键连接及轴端挡圈

带轮及齿轮的周向固定采用A型普通平键，其尺寸分别为：

带轮处6x6x36.

齿轮处6x6x25。

GB/T892-1986

图4.3

如图4.2,查参考文献【3】表11.22,得两侧轴端挡圈的尺寸如下:

D=30mm;

L=7.5/72/71；

H=4mm;

d=5.5mm;

4=2.lmm0

轴端固定用螺栓采用M6X20o

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五、轴的受力分析

1.轴系部件受力分析

轴的受力简图如下:

在齿轮传动中小齿轮参数：

Z1=17;

m=4;

「・4-mzx=68mmo

忽略齿轮与带轮传动转矩误差与损失，则：

p91I

T=9.55xl()6X—=9.55x106x—：—N-mm=45016.98N•nun

n447.62

带轮对轴的压力为：

FQ=868.08N

齿轮上的圆周力：

「2T2x45016.98

F,--=----------------N=1324.03N;

'd68

Fr=Fttana=1324.03xtan20°=481.9IN-

2.计算支反力

在水平面上

F-L-F(L+L)

riQr]-2-------------------------

H

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带入数据得

⑷=48191X63508X(73.5+79)N=_]288.37N(与图示方向相反):

FR2H=一分一七"-工=(-868.08+1288.37-481.91)N=-61.62N(与图示方向相反)。

在竖直平面内

厂F-L.1324.03x63.5„

FRIV=-J—1-=------------------------N=1064.25N;

即'L279

FR2V=-FRIV-E=-1064.25N-1324.03N=-2388.28N(与图示方向相反)。

所以，得到轴承1的总支反力

22

FRI={FR^+FRIJ=J1064.25+(-1288.37)^=1671.09N,

轴承2的总支反力

FRZ=+=J(-2388.28f+(-61.62)2N=2389.07N。

3.绘制弯矩图、扭矩图

在水平面上：

轴承1截面左侧

M皿=FQ-L=868.08x73.57V-mm=63803.88^V-mm-

轴承2截面右侧

Mu[n汨=号rj=481.9lx63.5Nnun=3060L29N-

在垂直面内：

MbV=F,-Li=1324.03x63.5Af-mm=84075.9W-mmo

合成弯矩：

在1截面

Mu=《M：,,=463803.88、N-mm=63803.88N-mm\

在2截面

Mb=西嘉+乂％=J30601.292+84075.9PN-mm=89471.77mm.

弯矩图、扭矩图如下：

轴段①轴段②轴段③轴段④轴段⑤轴段⑥轴段⑦

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竖直面弯矩图

水平面弯矩图

合成弯矩图

转矩图

六、校核轴的强度

根据轴的受力分析，得到右侧轴承处，也就是截面2为危险截面。

查参考文献【1】表9.6得

抗弯截面模量W=0.Id'=0.lx3O3=2700/?w?3;

抗扭截面模量%=0.2/=0.2x303=5400机用3。

弯曲应力

M89471.77

MPa=33A4MPa

Gb=—W=--27z0—0

(Ja=(Jh=33A4MPa,(Jm=0。

扭转切应力

9

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T45016.98

MPa=S.34MPa;

5400

■j-o34

Ta=Tm=《=望MPa=AAlMPa.

对于调制处理的45钢，查参考文献【1】表9.3得

%=650Mpa;

<r,=300〃Pa;

=155Mpa。

查参考文献【1】得材料的等效系数%=°2匕=°1。

轴承配合采用有较大过盈的过渡配合，查参考文献【1】表9.11得

K°=197、£=1.51。

查参考文献【1】表9.12得绝对尺寸系数%=°91、J=889°

轴磨削加工时的表面质量系数由参考文献【1】表9.9差得尸4°。

安全系数

300

S*=4.18;

1.97

+3,“X33.14

牙1.0x0.91

5=Q155

=20.69;

1.51

X4.17+0.1X4.17

大+31.0x0.89

4.18x20.69/,

/----=4.1。

<4.182+20.692

由参考文献【1】知，许用安全系数=1.3~1.5,S>[S]所以截面2安全。

对于一般用途的转轴，也可按弯扭合成强度进行校核计算。

对于单向转动的转轴，通常转矩按脉动循环处理，故取折合系数a=0-6,则当

量应力

/=扣；+4(a+)2=J33.142+4x(0.6x834)2MPa=34.62MP。

o

已知轴的材料为45钢，调制处理，查参考文献【1】表9.3得0,=65OMPa,由

表9.6得㈤”=60MPa。4<6]〜,所以截面?满足强度要求。

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七、校核键的强度

大带轮处键连接的挤压应力

4T4x45016.98

a=—MPa=45AlMPa

Pdhl22x6x(36-6)

键、轴和带轮轮毂材料为钢材;查表得

[叫=120~150MPa

因为%<【勿。，所以满足强度条件。

小齿轮处键连接挤