轴系设计.pptx

2024/8/22 周四1例：设计带式运输机减速器的主动轴。例：设计带式运输机减速器的主动轴。例：设计带式运输机减速器的主动轴。例：设计带式运输机减速器的主动轴。已知传递功率已知传递功率已知传递功率已知传递功率 P P1 1=10kW,=10kW,转速转速转速转速n n1 1=200 r/min,=200 r/min,齿轮齿宽齿轮齿宽齿轮齿宽齿轮齿宽b b1 1 =100mm,=100mm,齿数齿数齿数齿数z z1 1=40,=40,模数模数模数模数mmn n=5mm,=5mm,螺旋角螺旋角螺旋角螺旋角b b b b 9 9 2222 ，轴端装有联轴器。轴端装有联轴器。轴端装有联轴器。轴端装有联轴器。电机轴径为电机轴径为电机轴径为电机轴径为42mm42mm，电机轴长为，电机轴长为，电机轴长为，电机轴长为80mm80mm 。滚动轴承采用。滚动轴承采用。滚动轴承采用。滚动轴承采用7200C7200C系列（内径按结构要求自定），系列（内径按结构要求自定），系列（内径按结构要求自定），系列（内径按结构要求自定），轴承采用润滑油润滑。轴承采用润滑油润滑。轴承采用润滑油润滑。轴承采用润滑油润滑。12轴结构设计示例轴结构设计示例轴结构设计示例轴结构设计示例 注：轴承型号为注：轴承型号为注：轴承型号为注：轴承型号为737300C00C，此处此处此处此处“00”00”代表内径未知，由自己根据结构确定代表内径未知，由自己根据结构确定；代表内径未知，由自己根据结构确定；代表内径未知，由自己根据结构确定；2024/8/22 周四2轴的设计步骤回顾：轴的设计步骤回顾：轴的设计步骤回顾：轴的设计步骤回顾：初算轴的最细处直径初算轴的最细处直径初算轴的最细处直径初算轴的最细处直径进行强度验算进行强度验算进行强度验算进行强度验算刚度验算刚度验算刚度验算刚度验算振动稳定性计算振动稳定性计算振动稳定性计算振动稳定性计算选择轴的材料选择轴的材料选择轴的材料选择轴的材料对于阶梯直轴，一般流程是：对于阶梯直轴，一般流程是：对于阶梯直轴，一般流程是：对于阶梯直轴，一般流程是：有特殊要求有特殊要求有特殊要求有特殊要求时才进行时才进行时才进行时才进行A A0 0结构设计结构设计结构设计结构设计确定轴各段直径及长度确定轴各段直径及长度确定轴各段直径及长度确定轴各段直径及长度2024/8/22 周四31 1、轴的结构设计、轴的结构设计、轴的结构设计、轴的结构设计需事先简单了解一下减速器结构需事先简单了解一下减速器结构需事先简单了解一下减速器结构需事先简单了解一下减速器结构 2024/8/22 周四4下图为一实拍减速器的轴系结构下图为一实拍减速器的轴系结构下图为一实拍减速器的轴系结构下图为一实拍减速器的轴系结构（仅供参考）：（仅供参考）：（仅供参考）：（仅供参考）：2024/8/22 周四5 假设齿轮和联轴器分别从轴的两端装入：假设齿轮和联轴器分别从轴的两端装入：假设齿轮和联轴器分别从轴的两端装入：假设齿轮和联轴器分别从轴的两端装入：2024/8/22 周四6 假设齿轮和联轴器同时从轴的一端（右端）装入：假设齿轮和联轴器同时从轴的一端（右端）装入：假设齿轮和联轴器同时从轴的一端（右端）装入：假设齿轮和联轴器同时从轴的一端（右端）装入：可看到不同的装可看到不同的装可看到不同的装可看到不同的装配方案，轴的结配方案，轴的结配方案，轴的结配方案，轴的结构完全不同！构完全不同！构完全不同！构完全不同！选此形式选此形式选此形式选此形式2024/8/22 周四7轴系装配草图完成轴系装配草图完成2024/8/22 周四8考虑到与联轴器相连的轴段开有键槽，考虑到与联轴器相连的轴段开有键槽，考虑到与联轴器相连的轴段开有键槽，考虑到与联轴器相连的轴段开有键槽，故应将故应将故应将故应将d dminmin增大增大增大增大5%5%由查其机械性能：由查其机械性能：由查其机械性能：由查其机械性能：2 2、选择轴的材料选择轴的材料选择轴的材料选择轴的材料一般用途轴，选择轴的材料一般用途轴，选择轴的材料一般用途轴，选择轴的材料一般用途轴，选择轴的材料4545钢，调质钢，调质钢，调质钢，调质3 3、初算轴的最细处直径、初算轴的最细处直径、初算轴的最细处直径、初算轴的最细处直径查得查得查得查得A A0 0=126103=126103由于是高速轴，选由于是高速轴，选由于是高速轴，选由于是高速轴，选A A0 0=115=115 s s s s-1-1 b b=60MPa =60MPa 得得得得d dminmin=44.5mm=44.5mm最细处直径到底取多少？是不是最细处直径到底取多少？是不是最细处直径到底取多少？是不是最细处直径到底取多少？是不是44.5mm44.5mm呢？呢？呢？呢？12s s s sb b=640MPa =640MPa A A0 02024/8/22 周四9因为最细处是安装联轴器的，因此其真正直径需等联因为最细处是安装联轴器的，因此其真正直径需等联因为最细处是安装联轴器的，因此其真正直径需等联因为最细处是安装联轴器的，因此其真正直径需等联轴器选好后才能确定轴器选好后才能确定轴器选好后才能确定轴器选好后才能确定4 4、选择联轴器、选择联轴器、选择联轴器、选择联轴器联轴器选择过程在此略联轴器选择过程在此略联轴器选择过程在此略联轴器选择过程在此略 选用：弹性柱销联轴器选用：弹性柱销联轴器选用：弹性柱销联轴器选用：弹性柱销联轴器 型号为：型号为：型号为：型号为：2024/8/22 周四10主动端直径为主动端直径为主动端直径为主动端直径为42mm42mm，轴孔长度为，轴孔长度为，轴孔长度为，轴孔长度为84mm84mm，A A型键槽型键槽型键槽型键槽 从动端直径为从动端直径为从动端直径为从动端直径为45mm45mm，轴孔长度为，轴孔长度为，轴孔长度为，轴孔长度为84mm84mm，A A型键槽型键槽型键槽型键槽 轴端最细处直径现在为轴端最细处直径现在为轴端最细处直径现在为轴端最细处直径现在为45mm45mm，该轴段长度为多少？，该轴段长度为多少？，该轴段长度为多少？，该轴段长度为多少？84-(23)=8281mm84-(23)=8281mm轴长略短于毂孔长轴长略短于毂孔长轴长略短于毂孔长轴长略短于毂孔长 到目前为止，已确定出外伸轴段的直径和长度如下：到目前为止，已确定出外伸轴段的直径和长度如下：到目前为止，已确定出外伸轴段的直径和长度如下：到目前为止，已确定出外伸轴段的直径和长度如下：直径为标准值直径为标准值直径为标准值直径为标准值d d=45 mm =45 mm 取轴段长取轴段长取轴段长取轴段长L L=82mm =82mm 联轴器型号为：联轴器型号为：联轴器型号为：联轴器型号为：2024/8/22 周四115 5、选择滚动轴承、选择滚动轴承、选择滚动轴承、选择滚动轴承由题意定为由题意定为由题意定为由题意定为7 7类轴承类轴承类轴承类轴承(角接触球轴承角接触球轴承角接触球轴承角接触球轴承)，型号未完全确定，型号未完全确定，型号未完全确定，型号未完全确定，7200C 7200C 现根据结构要求需确定出轴承内径现根据结构要求需确定出轴承内径现根据结构要求需确定出轴承内径现根据结构要求需确定出轴承内径 已知条件：最小轴径为已知条件：最小轴径为已知条件：最小轴径为已知条件：最小轴径为d d=45 mm =45 mm 定位轴肩定位轴肩定位轴肩定位轴肩 非定位轴肩非定位轴肩非定位轴肩非定位轴肩 轴肩高：轴肩高：轴肩高：轴肩高：h h=(0.070.1)=(0.070.1)d d,一般取一般取一般取一般取2.55mm2.55mm轴肩高：轴肩高：轴肩高：轴肩高：12mm12mm，也可以更小也可以更小也可以更小也可以更小 轴承内径一般比轴承内径一般比轴承内径一般比轴承内径一般比最细处直径大最细处直径大最细处直径大最细处直径大610mm610mm左右，左右，左右，左右，并取标准值！并取标准值！并取标准值！并取标准值！定位联轴器直径为：定位联轴器直径为：定位联轴器直径为：定位联轴器直径为：d d =d d+2(2.55)mm=53mm+2(2.55)mm=53mm轴承内径为：轴承内径为：轴承内径为：轴承内径为：d d =d=d=d d +2(12)mm=55mm+2(12)mm=55mm 故可选轴承型号为：故可选轴承型号为：故可选轴承型号为：故可选轴承型号为：7211C 7211C 2024/8/22 周四12已选轴承型号为：已选轴承型号为：已选轴承型号为：已选轴承型号为：7211C7211C并查并查并查并查“滚动轴承滚动轴承滚动轴承滚动轴承”标准，确定如下尺寸：标准，确定如下尺寸：标准，确定如下尺寸：标准，确定如下尺寸：轴承外径轴承外径轴承外径轴承外径D D 轴承宽度轴承宽度轴承宽度轴承宽度B B确定轴承内圈安装尺寸确定轴承内圈安装尺寸确定轴承内圈安装尺寸确定轴承内圈安装尺寸dadaBDda查手册得查手册得查手册得查手册得:D D B B =10021=10021 da=64过大，拆卸困难；过大，拆卸困难；过大，拆卸困难；过大，拆卸困难；过小，定位不好过小，定位不好过小，定位不好过小，定位不好d=642024/8/22 周四13与齿轮轮毂连接处直径为：与齿轮轮毂连接处直径为：与齿轮轮毂连接处直径为：与齿轮轮毂连接处直径为：d d =d d+2(12)mm=58mm+2(12)mm=58mm轴环直径为：轴环直径为：轴环直径为：轴环直径为：d d =d d +2(2.55)mm=66mm+2(2.55)mm=66mm L L=82mm;=82mm;其余各段长度如何确定？其余各段长度如何确定？其余各段长度如何确定？其余各段长度如何确定？6 6、确定其余轴径、确定其余轴径、确定其余轴径、确定其余轴径2024/8/22 周四145015550155滚动轴承采用润滑油润滑滚动轴承采用润滑油润滑滚动轴承采用润滑油润滑滚动轴承采用润滑油润滑 不同的装配方法轴系结构不同！不同的装配方法轴系结构不同！不同的装配方法轴系结构不同！不同的装配方法轴系结构不同！在轴上零件相互距离及箱体尺在轴上零件相互距离及箱体尺在轴上零件相互距离及箱体尺在轴上零件相互距离及箱体尺寸未事先规定的情况下，可按寸未事先规定的情况下，可按寸未事先规定的情况下，可按寸未事先规定的情况下，可按右图所示的经验数据确定！若右图所示的经验数据确定！若右图所示的经验数据确定！若右图所示的经验数据确定！若有规定，则按规定值设计！有规定，则按规定值设计！有规定，则按规定值设计！有规定，则按规定值设计！润滑脂润滑时，轴承端面至内壁间的轴润滑脂润滑时，轴承端面至内壁间的轴润滑脂润滑时，轴承端面至内壁间的轴润滑脂润滑时，轴承端面至内壁间的轴向距离有所不同，轴系结构也不同！向距离有所不同，轴系结构也不同！向距离有所不同，轴系结构也不同！向距离有所不同，轴系结构也不同！箱体内壁箱体内壁箱体内壁箱体内壁 箱体凸缘外侧箱体凸缘外侧箱体凸缘外侧箱体凸缘外侧 上述轴向经验数据可在一定范围内上述轴向经验数据可在一定范围内上述轴向经验数据可在一定范围内上述轴向经验数据可在一定范围内上下变动！上下变动！上下变动！上下变动！2024/8/22 周四151015此轴向距离应保证此轴向距离应保证此轴向距离应保证此轴向距离应保证轴承盖上的螺栓能轴承盖上的螺栓能轴承盖上的螺栓能轴承盖上的螺栓能取下来取下来取下来取下来 L L （50-5-2150-5-21）+10+15=50mm +10+15=50mm 5050 B B5 550501515L L 15+5+21+2=43mm 15+5+21+2=43mm L L=98mm =98mm （比齿轮轮毂略短（比齿轮轮毂略短（比齿轮轮毂略短（比齿轮轮毂略短1-2mm1-2mm）L L=23mm(=23mm(比齿轮宽度略长比齿轮宽度略长比齿轮宽度略长比齿轮宽度略长)L L=8mm =8mm （轴环（轴环（轴环（轴环B1.4hB1.4h）L L=5+15-8=12mm=5+15-8=12mm7 7、确定其余轴段长度、确定其余轴段长度、确定其余轴段长度、确定其余轴段长度2024/8/22 周四16828280801601601401408 8、确定轴上受力点位置、确定轴上受力点位置、确定轴上受力点位置、确定轴上受力点位置2024/8/22 周四179 9、校核轴的强度、校核轴的强度、校核轴的强度、校核轴的强度1)1)1)1)计算齿轮受力计算齿轮受力计算齿轮受力计算齿轮受力 轴传递的扭矩轴传递的扭矩轴传递的扭矩轴传递的扭矩:齿轮的圆周力齿轮的圆周力齿轮的圆周力齿轮的圆周力:齿轮的径向力：齿轮的径向力：齿轮的径向力：齿轮的径向力：齿轮的轴向力齿轮的轴向力齿轮的轴向力齿轮的轴向力:2024/8/22 周四182 2 2 2）画受力简图并计算支反力及画出弯矩、扭矩及当量）画受力简图并计算支反力及画出弯矩、扭矩及当量）画受力简图并计算支反力及画出弯矩、扭矩及当量）画受力简图并计算支反力及画出弯矩、扭矩及当量弯矩图弯矩图弯矩图弯矩图水平面内支反力水平面内支反力水平面内支反力水平面内支反力垂直面内支反力垂直面内支反力垂直面内支反力垂直面内支反力画出垂直面、水平面及合成弯矩图画出垂直面、水平面及合成弯矩图画出垂直面、水平面及合成弯矩图画出垂直面、水平面及合成弯矩图计算并画当量弯矩图计算并画当量弯矩图计算并画当量弯矩图计算并画当量弯矩图 扭矩按脉动循环变化计算扭矩按脉动循环变化计算扭矩按脉动循环变化计算扭矩按脉动循环变化计算,取取取取a a a a=0.6,=0.6,=0.6,=0.6,则则则则 画出当量弯矩图画出当量弯矩图画出当量弯矩图画出当量弯矩图2024/8/22 周四19a-aa-a哪些面是危险截面？哪些面是危险截面？哪些面是危险截面？哪些面是危险截面？b-bb-b3 3 3 3）校核计算）校核计算）校核计算）校核计算 弯扭合成法弯扭合成法弯扭合成法弯扭合成法a-ab-b2024/8/22 周四20a-aa-aa-aa-a截面处当量弯矩为：截面处当量弯矩为：截面处当量弯矩为：截面处当量弯矩为：b-bb-bb-bb-b截面处当量弯矩为截面处当量弯矩为截面处当量弯矩为截面处当量弯矩为 强度校核强度校核强度校核强度校核:考虑键槽的影响，查附表考虑键槽的影响，查附表考虑键槽的影响，查附表考虑键槽的影响，查附表6-86-86-86-8计算计算计算计算 显然显然显然显然 故安全故安全故安全故安全 2024/8/22 周四214 4 4 4）校核计算）校核计算）校核计算）校核计算 安全系数法安全系数法安全系数法安全系数法a-aa-ab-bb-b确定危险截面：确定危险截面：确定危险截面：确定危险截面：c-cc-cd-dd-de-ee-e截面截面截面截面a-aa-a、b-bb-b、c-cc-c、d-dd-d和和和和e-ee-e都有应力集中源（键槽、齿轮和轴都有应力集中源（键槽、齿轮和轴都有应力集中源（键槽、齿轮和轴都有应力集中源（键槽、齿轮和轴的配合、过渡圆角等的配合、过渡圆角等的配合、过渡圆角等的配合、过渡圆角等，且当量弯矩均较大，故确定为危险截面，且当量弯矩均较大，故确定为危险截面，且当量弯矩均较大，故确定为危险截面，且当量弯矩均较大，故确定为危险截面2024/8/22 周四22以以以以a-aa-a截面为例校核：截面为例校核：截面为例校核：截面为例校核：a.a-a a.a-a截面上的应力：截面上的应力：截面上的应力：截面上的应力：弯曲应力幅：弯曲应力幅：弯曲应力幅：弯曲应力幅：扭转应力幅：扭转应力幅：扭转应力幅：扭转应力幅：弯曲平均应力：弯曲平均应力：弯曲平均应力：弯曲平均应力：扭转平均应力：扭转平均应力：扭转平均应力：扭转平均应力：a-aa-a弯曲应力视为对称弯曲应力视为对称弯曲应力视为对称弯曲应力视为对称循环变应力！循环变应力！循环变应力！循环变应力！扭转应力视为脉动扭转应力视为脉动扭转应力视为脉动扭转应力视为脉动循环变应力！循环变应力！循环变应力！循环变应力！2024/8/22 周四23b.b.材料的等效系数：材料的等效系数：材料的等效系数：材料的等效系数：查表得：查表得：查表得：查表得：c.a-a c.a-a截面应力集中系数：截面应力集中系数：截面应力集中系数：截面应力集中系数：d.d.表面状态系数及尺寸系数：表面状态系数及尺寸系数：表面状态系数及尺寸系数：表面状态系数及尺寸系数：查附表查附表查附表查附表查表得，查表得，查表得，查表得，a-aa-a查表查表查表查表6-16-1中的注释得：中的注释得：中的注释得：中的注释得：（也可直接计算得到）（也可直接计算得到）（也可直接计算得到）（也可直接计算得到）2024/8/22 周四24e.e.分别考虑弯矩或扭矩作用时的安全系数：分别考虑弯矩或扭矩作用时的安全系数：分别考虑弯矩或扭矩作用时的安全系数：分别考虑弯矩或扭矩作用时的安全系数：因此所设计的轴是安全的因此所设计的轴是安全的因此所设计的轴是安全的因此所设计的轴是安全的 2024/8/22 周四251111、画轴的零件图、装配图、画轴的零件图、装配图、画轴的零件图、装配图、画轴的零件图、装配图零件图（略）零件图（略）零件图（略）零件图（略）在装配图上凡是有配合的地方需要标注在装配图上凡是有配合的地方需要标注在装配图上凡是有配合的地方需要标注在装配图上凡是有配合的地方需要标注注：键是标准件，注：键是标准件，注：键是标准件，注：键是标准件，尺寸查表尺寸查表尺寸查表尺寸查表f f f f55k655k6f f f f58H7/r658H7/r6f f f f55k655k6f f f f5353f f f f45k645k6f f f f55F9/k655F9/k6注：键是标准件，注：键是标准件，注：键是标准件，注：键是标准件，尺寸查表尺寸查表尺寸查表尺寸查表2024/8/22 周四26结构设计时注意几点：结构设计时注意几点：结构设计时注意几点：结构设计时注意几点：1)1)1)1)轴没有统一的、标准的结构形式轴没有统一的、标准的结构形式轴没有统一的、标准的结构形式轴没有统一的、标准的结构形式 2)2)2)2)不同的装配方案，轴系结构不同不同的装配方案，轴系结构不同不同的装配方案，轴系结构不同不同的装配方案，轴系结构不同 3)3)3)3)轴段上各段直径的确定：先定出最细处直径，再轴段上各段直径的确定：先定出最细处直径，再轴段上各段直径的确定：先定出最细处直径，再轴段上各段直径的确定：先定出最细处直径，再考虑轴上零件是需要轴向定位还是非轴向定位，一考虑轴上零件是需要轴向定位还是非轴向定位，一考虑轴上零件是需要轴向定位还是非轴向定位，一考虑轴上零件是需要轴向定位还是非轴向定位，一步步由最细处直径累加轴肩高度得出来。尽量取标步步由最细处直径累加轴肩高度得出来。尽量取标步步由最细处直径累加轴肩高度得出来。尽量取标步步由最细处直径累加轴肩高度得出来。尽量取标准直径和优先数系准直径和优先数系准直径和优先数系准直径和优先数系 但滚动轴承定位轴肩的高度需要查轴承手册确定但滚动轴承定位轴肩的高度需要查轴承手册确定但滚动轴承定位轴肩的高度需要查轴承手册确定但滚动轴承定位轴肩的高度需要查轴承手册确定4)4)4)4)轴的各段长度由各零件与轴配合部分的轴向尺寸轴的各段长度由各零件与轴配合部分的轴向尺寸轴的各段长度由各零件与轴配合部分的轴向尺寸轴的各段长度由各零件与轴配合部分的轴向尺寸或者考虑装拆零件时需预留出的距离而定或者考虑装拆零件时需预留出的距离而定或者考虑装拆零件时需预留出的距离而定或者考虑装拆零件时需预留出的距离而定 2024/8/22 周四27 除轴、箱体外所有零件应剖开（画剖面线）除轴、箱体外所有零件应剖开（画剖面线）除轴、箱体外所有零件应剖开（画剖面线）除轴、箱体外所有零件应剖开（画剖面线）画轴系装配图时要注意如下细节：画轴系装配图时要注意如下细节：画轴系装配图时要注意如下细节：画轴系装配图时要注意如下细节：齿轮、轴承的画法齿轮、轴承的画法齿轮、轴承的画法齿轮、轴承的画法 有配合的地方标注径向尺寸及配合有配合的地方标注径向尺寸及配合有配合的地方标注径向尺寸及配合有配合的地方标注径向尺寸及配合 零件的结构工艺性等零件的结构工艺性等零件的结构工艺性等零件的结构工艺性等2024/8/22 周四28课程设计题目：课程设计题目：设计设计II级圆柱齿轮减速器中间轴系。级圆柱齿轮减速器中间轴系。（图见课本（图见课本P210，图，图2-10-27）已知该轴材料已知该轴材料45钢调质，其余参数如下：钢调质，其余参数如下：题号传递功率kW转速r/min齿宽b模数m齿数Z螺旋角116180b2=70b3=100mn2=2.5 mn3=3Z2=33Z3=912=13.617 3=13.617212262b2=40b3=70mn2=2 mn3=3Z2=77Z3=222=11.479 3=11.479一班：一班：XX30号号 第一题；第一题；31 XX号号 第二题第二题二班：二班：XX30号号 第二题；第二题；31XX号号 第一题第一题2024/8/22 周四29设计要求：设计要求：完成结构的设计；完成结构的设计；完成轴承的选型完成轴承的选型;计算各段轴直径及长度；计算各段轴直径及长度；按弯扭合成强度完成强度校核；按弯扭合成强度完成强度校核；画轴的画轴的A4零件图。零件图。所有计算及校核过程整齐书写于所有计算及校核过程整齐书写于A4白纸上（表格白纸上（表格形式），最后附形式），最后附A4零件图，封皮按统一的格式打印装零件图，封皮按统一的格式打印装订。订。每天第每天第56节课在会议室答疑。节课在会议室答疑。十七周星期五下午答辩！十七周星期五下午答辩！