机械设计轴系大作业!.doc

Harbin Institute of Technology
机械设计大作业

课程名称： 机械设计
设计题目： 轴系部件设计
院 系： 机电学院
班 级： 1108110班
设 计 者： 崔晓蒙
学 号： 1110811005
设计时间： 2013年11月20日

哈尔滨工业大学
目 录
机械设计作业任务书 1
1已知条件...........................................................................................2
2选择材料，确定许用应力 2
3按扭转强度估算轴径 3
4设计轴的结构 3
4.1阶梯轴各部分直径的确定 ..................................................3
4.2阶梯轴各轴段长度及跨距的确定 ......................................4
5轴的受力分析 5
5.1画轴的受力简图 5
5.2计算支承反力 5
5.3画弯矩图 6
5.4画转矩图 6
6校核轴的强度 7
7校核键连接的强度 8
8校核轴承的寿命 9
8.1计算当量动载荷 9
8.2校核寿命 9
9轴上其他零件设计 10
10轴承端盖（透盖） 10
11参考文献 10

机械设计作业任务书
题目:设计带式运输机中的V带传动

传动方案如图1所示：

图3-1 带式运输机运动方案简图

原始数据如下：
机器工作平稳，单向回转，成批生产

方案

轴承座中心高
最短工作年限
工作环境
5.1.5
3
710
80
2
170
3年3班
室内
清洁

1已知条件
电机功率，电动机满载转速=710r/min，工作机转速=80，=2，工作三年，每天三班，工作环境为室内清洁。
根据已知条件可得齿轮传动高速轴设计条件：
转速
功率
齿轮传递效率，V带轮传递效率
轴传递功率
转矩
轴上小齿轮：
齿数，模数，齿宽（根据大齿轮设计时齿宽为27mm，则小齿轮可取35mm），分度圆直径，压力角，
圆周力
径向力
轴上大带轮：
轮毂宽
压轴力
2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。因此轴所承受的扭矩不大。故选45号钢，并进行调质处理。
查阅参考文献[1] 表9-3得：、
、。

3按扭转强度估算轴径
对于转轴，按扭转强度初算直径：
其中
P——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=106～118，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。
4设计轴的结构
4.1阶梯轴各部分直径的确定
（1） 初选轴承
由于没有轴向力的存在，且载荷、转速较低，考虑到经济因素选用深沟球轴承。
齿轮线速度为
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。
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，故滚动轴承采用唇形圈密封，并在轴上安置挡油板。
由于轴承间无传动件，轴承跨距不可能很长，故采用两端固定。
（2）轴的结构
由以上轴承类型、润滑和密封方式以及固定方式得轴的结构草图为：

（3）确定结构参数
1) 轴段1和轴段7
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，。
2) 轴段2和轴段6
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10.7计算得到轴肩高度

毛毡圈油封的轴径，所以。
3) 轴段3和轴段5
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。由参考文献[2]表12.1 GB/T 276—1994，初选轴承6207，外形尺寸d=35mm，D=72mm，B=17mm，轴件安装尺寸。取。
4) 轴段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。

4.2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。由经验公式，则轴段4长度。
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，故。
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。取轴承盖凸缘厚度，，箱体外部传动零件的定位轴肩距轴承端盖的距离，用M10螺栓连接轴承盖和箱体。

由于大带轮较大，设计成腹板式结构，故轴段2长度
，
可取58mm.
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，轴段7长度。
5） 总长度可得
5轴的受力分析
5.1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5.2。

5.2计算支承反力
传递到轴系部件上的转矩

齿轮圆周力

齿轮径向力

齿轮轴向力

带轮压轴力

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%，按计算。
在水平面上

在垂直平面上

轴承1的总支承反力

轴承2的总支承反力

5.3画弯矩图
在水平面上，剖面处，

剖面处，

在垂直面上，剖面处

合成弯矩，剖面

剖面

5.4画转矩图
做用在轴上的转矩为大带轮的输入转矩

II
I

61614.1
59848.6
164442.6
174994.9
61614.1
90177

合成弯矩图
转矩图
水平面弯矩图
竖直面弯矩图

II
I
II
II
单位：

图5.2 轴的受力简图、弯矩图、转矩图
6校核轴的强度
I-I截面既有弯矩又有转矩，且弯矩最大，为危险截面。

按弯扭合成强度计算。

式中：
——截面处弯矩，
——截面处转矩，；
——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，由参考文献[1]表10.4，。
因此，校核通过

7校核键连接的强度
由参考文献[1]式4.1 挤压应力

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，，B型，，为键的公称长度；
——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，静载，,取135MPa。
（1） 对于轴段1上的键
；校核通过；
（2） 对于轴段7上的键
; 校核通过。
8校核轴承的寿命
初选轴承为6207，查文献2表12.1得 , 。轴承不受轴向力，只有径向力，且，所以只校核轴承2即左轴承即可。
8.1计算当量动载荷
由参考文献[1]式11.2
；
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。
8.2校核寿命
由参考文献[1]

式中：
——轴承的基本额定寿命，h；
——轴承的预期寿命，3年3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6207，；
——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，；
——载荷系数，由参考文献[1]表10.11，冲击，，取；
，校核通过。
9轴上其他零件设计
1）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B型普通平键连接，为加工方便，两处键连接尺寸相同，根据轴的长度不同选择不同长度的键.根据参考文献[2] 表11.28，选用B型普通平键，为
键 GB/T 1096-2003 和 GB/T 1096-2003
2）密封用毛毡圈
毛毡圈所在轴段的直径为30mm。

10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。

，取132mm。
。
图5.3 轴承端盖
根据轴、轴承座的设计，应取。
11参考文献
[1] 宋宝玉，王黎钦.机械设计. 北京：高等教育出版社，2010.
[2] 宋宝玉. 机械设计课程设计指导书. 北京：高等教育出版社，2006.

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