哈工大机械设计大作业五——轴系部件设计.docx

大作业设计说明书大作业设计说明书 课程名称：机械设计 设计题目：设计带式运输机中的 齿轮传动高速轴的轴系部件 机械设计作业任务书 题目：设计带式运输机中的高速轴的轴系部件 题号：5.1.5 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。方案 电动机工作功电动机满载转速工作机的转速第一级传动比i1 轴承座中心高最短工作年限 工作环境 率 P/kW nm/(r/min)nw/(r/min)度 H/mm 5.1.5 3 710 80 2 170 3 年 3 班 室内清洁 目 录 一、选择轴的材料 1 二、初算轴径 1 三、轴承部件结构设计 2 3.1 轴向固定方式 2 3.2 选择滚动轴承类型 2 3.3 键连接设计 2 3.4 阶梯轴各部分直径确定3 3.5 阶梯轴各部段长度及跨距的确定 4 四、轴的受力分析 5 4.1 画轴的受力简图 5 4.2 计算支反力 5 4.3 画弯矩图 6 4.4 画转矩图 6 五、校核轴的弯扭合成强度8 六、轴的安全系数校核计算9七、键的强度校核10 八、校核轴承寿命11 九、轴上其他零件设计12 十、轴承座结构设计12 十一、轴承端盖（透盖）13 参考文献 13 目录目录 一、选择轴的材料.1 二、初算轴径.1 三、轴承部件的结构设计.1 1.各轴段直径的确定.1 2.各轴段长的确定.错误错误!未定义书签。未定义书签。四、轴的受力分析.4 1.轴的受力简图及各点力的计算.4 2.弯矩图.4 3.扭矩图.5 五、轴的强度校核.5 1.弯扭合成强度.5 2.安全系数.6 六、键的强度校核.6 七、校核轴承寿命.7 八、轴承端盖的设计.7 九、轴承座的设计.7 十、轴系部件装配图.8 参考文献.9 一、选择轴的材料 因传递的功率不大，且对质量和尺寸无特殊要求，故选择常用材料 45 钢，调质处理。二、初算轴径 11 2 mPP 因为为代式运输机 工作时间每天 24 小时，所以 K=1.3 Pm=Pd/K=2.3 式中 1带轮的传动效率 2对滚动轴承的传递的功率 由参考文献 2，表 9.1 取10.96，20.99，代入上式，得 对于转轴，按扭转强度初算直径：3minmPdCn 其中 p轴传递的功率，013 0.95 2.85mPPkW！P=11 2 mPPkwkw19.22.399.096.0 mn轴的转速，r/min C由许用扭转剪应力确定的系数。查参考文献 1 表 9.4 得 C=106118，考虑轴端弯矩比转矩小，C 取较小值 106。则得到 dmin=CPn3=106 2.193553mm=19.44mm 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22.6474kdmm！20.41，按标准 GB2822-81 的10R圆整后取125dmm。开始抄 5.1.5 好了！三、轴承部件的结构设计 由于本设计中的轴需要安装带轮、齿轮、轴承等不同的零件，并且各处受力不同，因此，设计成阶梯轴形式，共分为七段。以下是轴段的草图：3.1 及轴向固定方式及轴向固定方式 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dm in 处开始设计。3.2 选择滚动轴承类型选择滚动轴承类型 因轴承所受轴向力很小，选用深沟球轴承，因为齿轮的线速度小于 2m/s，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。3.3 键连接设计键连接设计 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 108GB/T 10962003。3.4 阶梯轴各部分直径的确定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，1725ddmm。（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(0.07 0.1)(0.07 0.1)25(1.75 2.5)hdmm 261225 2 1.752.528.530dddhmm 轴段 轴段 轴段 轴段 轴段 轴段 轴段 由参考文献2表 14.4，毛毡圈油封的轴径，所以。毡圈代号为 30 FZ/T92010-1991（3）d3与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 2761994，初选轴承 6307，d=35mm，外形尺寸D=80mm，B=21mm，轴 件 安 装 尺 寸44admm。因 为 轴 承 的dn值 小 于5(1.5 2)10/minmm r，所以采用脂润滑。故取3535ddmm。（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444addmm。3.5 阶梯轴各轴段长度及跨距的确定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3(2 3)(2 3)35(70 105)Ldmm，取90Lmm。则轴段 4 长度480 21 59lL Bmm,取 60mm。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，3521llBmm。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10emm，12mmm，箱体外部传动零件的定位轴肩距轴承端盖的距离15Kmm，则轴段 6 长度 610 12 15 37lm e Kmm 由于大带轮较大，设计成腹板式结构，故轴段 2 长度 266()4522B Llllmm 带轮宽 度 轮 毂宽 度,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138lLmm，轴段 7 长度726lbmm。（faid=0.4）本来尺宽为 28.8.四、轴的受力分析 4.1 画轴的受力简图画轴的受力简图 轴的受力简图、弯矩图、转矩图画在一起，见图 5.2。30dmm2630ddmm 四、轴的受力分析 1.轴的受力简图及各点力的计算 R2v Fr Ft R2h T Fa R1h 80.5mm 67mm 90.5m R1v FQ 由计算可以得到：R1H=4817.5N；R1v=3126.9N R2H=2629.2N；R2v=3510.1N FR1=R1H2+R1V2=5743.3 FR2=R2H2+R2V2=4385.6 2.弯矩图（单位/Nmm）M=184310.4N mm 3.扭矩图 T=65101 五、轴的强度校核 1.弯扭合成强度 由弯矩图和扭矩图可知，轴的危险截面是剖面 抗弯模量 W=d332=4287mm3 抗扭模量 WT=d316=8575mm3 弯曲应力 b=MW=184310.44287=43.00MPa a=b=43.00MPa，m=0。扭剪应力 T=TWT=651018575=7.59MPa a=m=T2=7.592=3.80MPa 危险截面的当量应力 e=b2+4()2=50.497MPa 查1表 9.3，得b=650MPa，查1表 9.3 的-1b=60MPa 因为b1b，所以轴的剖面强度满足要求。2.安全系数 已知轴承圆角 r=1mm，所以轴肩圆角r 1mm，取 r=1mm，则Ddr=42351=7 查1表 9.10 得k=2.05，k=1.70。由1式 9.4，9.5,9.6 注查得等效系数0=0.2，r=0.1。绝对尺寸系数由1图 9.12 查得=0.88，=0.81。轴磨削加工时，表面质量系数由1表 9.8,9.9 查得=0.92。则安全系数为 s=1K a+m=3002.050.92 0.88 43+0 0.2=2.76 s=1K a+m=1551.70.92 0.81 3.8+0.1 3.8=17.13 s=sss2+s2=2.76 17.132.762+17.132=2.72 查1表 9.13 得许用安全系数s=1.31.5，显然s 所以，剖面安全。六、键的强度校核 带轮处挤压应力 1=4Thd1l=4 651017 25 37=40.22MPa 齿轮处挤压应力 2=4Thd2l=4 651017 25 17=87.53MPa 因为1、2，=100120MPa 所以键的强度满足要求。七、校核轴承寿命 当量动载荷P=XFr1+YFr2，查2表 12.1 并计算得 Y=0，X=1。即P=XFr1，Fr1=5743.3N。所以 P=5743.3N 因为轴承在 100以下工作，查1表 10.10 的fT=1,同时载荷变动小，查1表 10.11 得fp=1.0。所以 Lh=10660n(fTCfpp)3=10660 322.73(1 257001.0 5743.3)3=4627h 已知运输机的使用寿命为Lh=8 1 250 8=16000h,显然 Lh Lh 所以寿命合格。八、轴承端盖的设计 轴承端盖的结构如右图 轴承盖的厚度e=1.2d3，d3为螺钉直径，取螺钉M8 20，则d3=8mm，于是得e=9.6mm，取e=10mm。轴承盖直径为D2=D+(55.5)d3=72+(4044)=112116mm，取D2=115mm。螺钉所在圆的直径D0=0.5(D+D2)=93.5mm。其他尺寸：m=28mm，D4=64mm，d1=31mm，b1=15mm。九、轴承座的设计 剖分式轴承座设计图例参考3图 7.9,7.10,7.11 设计。详见轴系部件装配图。十、轴系部件装配图 附 2 号图纸。参考文献 1宋宝玉，王黎钦.机械设计.哈尔滨：高等教育出版社，2010.5 2王连明，宋宝玉.机械设计课程设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.1 3张锋，宋宝玉.机械设计大作业指导书.哈尔滨：高等教育出版社，2009.参考文献 1 宋宝玉，王黎钦机械设计北京：高等教育出版社，2009 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 3 张锋，宋宝玉机械设计大作业指导书北京：高等教育出版社，2009