哈工大机械设计大作业五——轴系部件设计.docx

Harbin Institute of Technology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 院 系： 机电工程学院 班 级： 1008106班 设 计 者： 林君泓 学 号： 1100800130 指导教师： 郑德志 设计时间： 2012、10、22 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学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5.1.537108021703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 23.1轴向固定方式 23.2选择滚动轴承类型 23.3键连接设计 23.4阶梯轴各部分直径确定33.5阶梯轴各部段长度及跨距的确定 4四、轴的受力分析 54.1画轴的受力简图 54.2计算支反力 54.3画弯矩图 64.4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哈尔滨工业大学机械设计大作业说明书目录一、选择轴的材料1二、初算轴径1三、轴承部件的结构设计11.各轴段直径的确定12.各轴段长的确定2四、轴的受力分析21.轴的受力简图及各点力的计算22.弯矩图33.扭矩图3五、轴的强度校核31.弯扭合成强度32.安全系数4六、键的强度校核5七、校核轴承寿命5八、轴承端盖的设计5九、轴承座的设计6十、轴系部件装配图6参考文献7一、 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、 初算轴径因为为代式运输机 工作时间每天24小时，所以K=1.3Pm=Pd/K=2.3式中带轮的传动效率对滚动轴承的传递的功率由参考文献2，表9.1 取，代入上式，得对于转轴，按扭转强度初算直径：其中p轴传递的功率， ！P=轴的转速，r/minC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 = C3Pn = 10632.19355mm= 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！20.41，按标准GB2822-81的圆整后取。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：轴段轴段轴段轴段轴段轴段轴段 3.1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 处开始设计。3.2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（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，。（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。因为轴承的值小于，所以采用脂润滑。故取。（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。3.5 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，。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，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，轴段7长度。（faid=0.4 ）本来尺宽为28.8.四、轴的受力分析4.1画轴的受力简图轴的受力简图、弯矩图、转矩图画在一起，见图5.2。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 90.5mR1vFQ由计算可以得到：R1H=4817.5N；R1v=3126.9N R2H=2629.2N；R2v=3510.1NFR1=R1H2+R1V2=5743.3FR2=R2H2+R2V2=4385.62. 弯矩图（单位/Nmm）M=184310.4Nmm3. 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=43.00MPaa=b=43.00MPa，m=0。扭剪应力T=TWT=651018575=7.59MPaa=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b-1b，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r1mm，取r=1mm，则D-dr=42-351=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=3002.050.920.8843+00.2=2.76s=-1K a+m=1551.70.920.813.8+0.13.8=17.13s=sss2+s2=2.7617.132.762+17.132=2.72查1表9.13得许用安全系数s=1.31.5，显然ss所以，剖面安全。六、 键的强度校核带轮处挤压应力1=4Thd1l=46510172537=40.22MPa齿轮处挤压应力2=4Thd2l=46510172517=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=10660322.73(1257001.05743.3)3=4627h已知运输机的使用寿命为Lh=812508=16000h,显然 LhLh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M820，则d3=8mm，于是得e=9.6mm，取e=10mm。轴承盖直径为D2=D+55.5d3=72+4044=112116mm，取D2=115mm。螺钉所在圆的直径D0=0.5D+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