哈尔滨工业大学机械设计大作业5轴系部件5.1.1

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1、Harbin Institute of Technology机械设计大作业说明书轴系部件设计课程名称： 机械设计 设计题目： 轴系部件设计 院 系： 能源科学与工程学院 班 级： 1202101班 设 计 者： 滕令凯 指导教师： 曲建俊 学 号： 1120200605 设计时间： 2014-12-02 哈尔滨工业大学目 录机械设计作业任务书- 1 -1选择材料，确定许用应力- 2 -2按扭转强度估算轴径- 2 -3设计轴的结构- 2 -4轴的受力分析- 4 -4.1画轴的受力简图- 4 -4.2计算支承反力- 4 -4.3画弯矩图- 5 -4.4画转矩图- 5 -5校核轴的强度- 6 -6轴

2、的安全系数校核计算- 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轴承座结构设计- 10 -11轴承端盖（透盖）- 10 -12参考文献- 10 -哈尔滨工业大学 机械设计大作业任务书题目 _轴系部件设计_设计原始数据：方案电动机工作功率P/kW电动机满载转速nm/(r/min)工作机的转速nw/(r/min)第一级传动比i1轴承座中心高度H/mm最短工作年限工作环境5.1.13960901.81808年1班室外有尘传动方案如图5.1图5.11选择材料，确定许用应力通过已知条件和查阅相关的设

3、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。2按扭转强度估算轴径对于转轴，按扭转强度初算直径： 其中轴传递的功率， 轴的转速，r/minC由许用扭转剪应力确定的系数。查表9.4得C=106118，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，按参考文献2标准GB2822-1981的圆整后取。3设计轴的结构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：轴段轴段轴段轴段轴段轴段轴段 3.1 阶梯轴各部

4、分直径的确定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表9.5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。根据参考文献2表12.1得GB/T 2761994，初选轴承6307，外形尺寸d=35mm，D=80mm，B=21mm，轴件安装尺寸。因为轴承的值小于，所以选用脂润滑。故取。4) 轴段4

5、轴段4在两轴承座之间，其功能为定位固定轴承的轴肩，故。3.2 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L。一般，取。则轴段4长度,取79mm。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。选用凸缘式轴承端盖，取固定轴承端盖螺钉大径,则凸缘厚度，箱体外部传动零件的定位轴肩距轴承端盖的距离，则轴段6长度由于大带轮较大，设计成腹板式结构，故轴段2长度,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

6、，轴段7长度。3.3 键尺寸的确定轴和大带轮和小齿轮的轴向连接均采用A型普通平键连接，根据参考文献2 表11.27，选用A型普通平键，大带轮键 GB/T 1096-2003，键长L=40mm。小齿轮键 GB/T 1096-2003键长L=40mm。4轴的受力分析4.1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。4.2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4.3画弯矩图竖直面上，II-II截面处弯矩最大，；水平面上，I-I截面处弯矩最大，；II-II截面处的弯矩为合成弯矩，I-I截面

7、：II-II截面：竖直面上和水平面上的弯矩图，及合成弯矩图如图2所示4.4画转矩图做用在轴上的转矩为大带轮的输入转矩转矩图如图5.2所示5校核轴的强度II-II截面既有弯矩又有转矩，且弯矩最大，为危险截面。III157575 57354943029430216768827037转矩图51570合成弯矩图水平面弯矩图竖直面弯矩图 单位：图5.2 轴的受力简图、弯矩图、转矩图按弯扭合成强度计算。根据参考文献1式10.3，有式中：2-2截面处弯矩，；2-2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

8、环的许用弯曲应力，由参考文献1表9.7，。因此，校核通过6轴的安全系数校核计算弯曲应力：,扭剪应力：由参考文献1式9.4、9.5、9.6，式中：只考虑弯矩时的安全系数；只考虑转矩时的安全系数；、材料对称循环的弯曲疲劳极限和扭转疲劳极限，由参考文献1表9.3，45号钢调质处理，；弯曲时和扭转时轴的有效应力集中系数，由参考文献1附表9.10、附表9.11，；零件的绝对尺寸系数，由参考文献1附图9.12，；表面质量系数，由参考文献1附图9.8、附表9.9，；把弯曲时和扭转时轴的平均应力折算为应力幅的等效系数，由参考文献1查得，；弯曲应力的应力幅和平均应力，；扭转剪应力的应力幅和平均应力，；许用疲劳强

9、度安全系数，由参考文献1表9.13，；校核通过。7校核键连接的强度由参考文献1式6.1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，A型，为键的公称长度和键宽；键与毂槽的接触高度，；许用挤压应力，由参考文献1表4.1，静连接，材料为钢，载荷稳定，,取140Mpa。（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校核轴承的寿命轴承不受轴向力，只有径向力，且，所以只校核轴承1即左轴承即可。8.1计算当量动载荷由参考文献1式10.2；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10.1

10、c式中：轴承的基本额定寿命，h；轴承的预期寿命，8年1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6307，；寿命指数，对于球轴承，；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，轻微冲击，取；，校核通过。9轴上其他零件设计1) 两侧轴端挡板该零件也属于标准件。查阅参考文献2表11.22，选用螺栓紧固轴端挡圈（GB/T 892-1986），B型，公称直径32mm，厚度H=5mm，L=10mm。2）螺栓连接螺栓设计螺栓换属于标准件。查阅参考文献2表 11.1.2，选用连接M6螺栓。10轴承座结构设计本次设计中选用整体式轴承座。

11、按照设计方案的要求，轴承座孔中心高H=180mm，轴承座腹板壁厚，筋厚，底座凸缘厚度b=15mm。轴承座地脚螺栓直径df=16mm,轴承盖连接螺栓直径d1=6mm。由参考文献2表 4.2查到地脚螺栓的扳手空间C1=22mm，C2=20mm，沉头座直径d2=32mm。11轴承端盖（透盖）由本次设计的特点，可选用凸缘式轴承盖，其中嵌入橡胶圈以密封，并应增加工艺孔。由参考文献3图7.5中的经验公式得到相关尺寸：，S3=4mm，取，根据轴、轴承座的设计，应取。12参考文献1 宋宝玉，王黎钦 机械设计 高等教育出版社 2010.5.2 张峰，宋宝玉 机械设计课程设计指导书 高等教育出版社 2009.3 张峰，宋宝玉 机械设计大作业指导书 高等教育出版社 2009.10- 11 -