轴的设计68707.doc

轴的设计链式输送机传动装置已知：1、 大齿轮输入功率P=4.25Kw；2、 链轮轴的转速n=33r/min；3、 每根运输链的张力S=4650N；4、 齿轮的圆周力FY=4790N；5、 齿轮的径向力Fx=1740N；6、 短时过载为正常工作载荷的2倍。7、 载荷性质为轻微冲击。解：1、 选择轴的材料选择轴的材料为45号钢，调质处理。由表5-1-1，在5-4页。查得：抗拉强度b=650Mpa 屈服点s=360 Mpa 弯曲疲劳极限-1=270 Mpa扭转疲劳极限-1=155 Mpa2、初步确定轴端直径轴的端直径d（公式按表5-1-18，轴的类型-实心轴-按扭转强度计算。在5-19页。） 3 P 3 4.25d =A =103 =52 mm n 33A-系数。取A=103（按表5-1-19选取，在5-20页。因转速低且单向旋转故取小值）。P-轴传递的功率，kW。n-轴的工作转速，r/min。考虑轴端有键槽，轴径应增大4%5%，取d =55 mm 。3、 轴的结构设计取轴径处的直径为60 mm ，与标准轴承H2060（JB/T2561-1991）的孔径相同，其余各直径均按5 mm增大。各轴段配合及表面粗糙度选择如下：轴径处为H9/f9 m，Ra=0.8m；链轮配合处为H8/r7，Ra=3.2m；齿轮配合处为H9/h8；Ra=3.2m。齿轮的轴向固定采用轴肩及双孔轴端挡圈JB/ZQ4349-1997。 轴的结构草图见挂图。4、 键联接的强度校核选用A型平键（GB/T1096-1979）,与齿轮连接处键的尺寸bhL=161090，与链轮连接处键的尺寸bhL=181190。因与齿轮联接处键的尺寸及轴径均较小且受载大，故只需校验此键。链轮处键也可与齿轮处相同，以便统一键的加工刀具。1）键联接传递的转矩T公式按表13-4-12，在13-296页。 P 4.25T=9550 =9550 =1230 N.m n 332）键联接的许用挤压应力pp按表4-3-17，在4-193页。pp -“联接工作方式”选“静联接”，“被联接零件的材料”选“钢”，“不同载荷性质的许用值” 选“轻微冲击”，pp值取120Mpa。3）键工作面的压强P为：按表4-3-16公式计算（在4-193页）。 2 TP= pp dklT-键联接传递的转矩，单位为N.mmd-轴的端直径K-键与轮毂的接触高度，平键K=h/2=10/2=5 l-键的接触长度，l=L-b=90-16=74 210001230P= =120.9 Mpapp 55574键联接的强度校核通过。5、计算支撑反力、弯矩及扭矩轴的受力简图、水平面及垂直面受力简图见挂图。1） 支撑反力A点： SC+ S(d+C)+FxaRAX= L 4650100+4650(500+100)+174090RAX= =4870 N(水平) 700 FYa 479090RAY= = =620 N（垂直） L 700A点合成力：RA= RAX2+RAY2 = 48702+6202 = 4900 NRB= RBX2+RBY2 = 26902+54102 = 6040 NB点：RBX=2S-RAX-FX=24650-4870-1740=2690 N RBY= RAY+ FY=620+4790=5410 NB点合成力：RB= RBX2+RBY2 = 26902+54102 =6040 N2)弯矩作用点： FXa 174090B点：MBX= = =157 N.m（水平） 1000 1000 FYa 479090 MBY= = =430 N.m （垂直） 1000 1000 B点合成弯矩：MB= MBX2+ MBY2 = 1572+4302 = 458 N.m D点： RAXb 4870100MDX= = =487 N.m（水平）1000 1000 RAYb 620100MDY= = =62 N.m （垂直） 1000 1000D点合成弯矩：MD= MDX2+ MDY2 = 4872+622 =490 N.mE点： FX(a+c)+RBXC 1740(90+100)+2690100MEX= = 1000 1000=600 N.m（水平） RAY (b+d) 620(100+500)MEY= = =372 N.m（垂直） 1000 1000E点合成弯矩：ME = MEX2+ MEY2 = 6002+3722 =706 N.m水平、垂直面及合成弯矩图见挂图。3）扭矩大齿轮传递的扭矩T=1230N.m，每个链轮按T/2计算，转矩图见挂图。6、 轴的疲劳强度校核1）确定危险截面根据载荷分配及应力集中部位，选取轴上8个截面（）进行分析。见挂图截面分别与相比，二者有相同的截面尺寸和应力集中状态，但前者载荷较小，故截面不予考虑。截面与相比，二者截面尺寸相同，弯矩相差不大，虽然截面的转矩较大，但应力集中不如截面严重，故截面不予考虑。截面与相比，截面尺寸相同而载荷较小，故截面不予考虑。最后确定截面、为危险截面。2）校核危险截面的安全系数计算内容及公式计算值或数据 （截面）说明转矩T(N.m)615合成弯矩M(N.m) 500-50MMD+(ME-MD) 500 450=490+(706-490) 500=684截面模数Z（CM3）23.7由表5-1-28查，在5-23页截面模数ZP（CM3）50.7弯曲疲劳极限-1 （Mpa） -1= 270 由表5-1-1查，在5-4页扭转疲劳极限-1（Mpa）-1= 155钢的平均应力折算系数 0.34由表5-1-33查，表面状态“车削”，在5-26页,钢的平均应力折算系数 0.21圆角处有效应力集中系数K，K r 1 D-d 5圆角 = 0.02, = =5 d 65 r 1K=1.94, K= 1.59由表5-1-31查，在5-25页,（4-6之间，6的第一行。） 表面质量系数=0.93 b在400与800取折中由表5-1-36查，在5-27页,绝对尺寸影响系数E， EE=0.78， E=0.74由表5-1-34查，在5-27页,应力幅-（弯曲应力）s（Mpa） M 684s= = =28.9 Z 23.7公式在表5-1-25查，在5-22页平均应力-（弯曲应力）m（Mpa）m=0（对称）危险截面安全系数-1S= K s+m E 270S= =3.49 1.94 28.9+0 0.930.78由表5-1-24查，在5-22页,应力幅-（扭转应力）（Mpa）平均应力-（扭转应力）m（Mpa） T 615=m= = =6.1(脉动) 2ZP 250.7由表5-1-25查，在5-22页,危险截面安全系数-1S= K +m E 155S= = 8.96 1.59 6.1+0.216.1 0.930.74由表5-1-24查，在5-22页, S SS= SP S2+ S2SP-许用安全系数，查表5-1-26，在5-22页。查得SP=1.5 3.498.96S= = 3.25 3.492+8.962SSP，安全。计算内容及公式计算值或数据 （截面）说明转矩T(N.m)1230合成弯矩M(N.m) 50MMB+(ME-MB) 100 50=458+(706-458) =582 100截面模数Z（CM3）18.3由表5-1-28查，在5-23页截面模数ZP（CM3）39.5弯曲疲劳极限-1 （Mpa） -1= 270 由表5-1-1查，在5-4页扭转疲劳极限-1（Mpa）-1= 155钢的平均应力折算系数 0.34由表5-1-33查，表面状态“车削”，在5-26页,钢的平均应力折算系数 0.21圆角处有效应力集中系数K，K r 2 D-d 5圆角 = 0.03, = 3 d 60 r 2K=1.57 K= 1.4由表5-1-31查，在5-25页, （2-4之间，4的第一行。）表面质量系数=0.93由表5-1-36查，在5-27页,绝对尺寸影响系数E， EE=0.81， E=0.76由表5-1-34查，在5-27页,应力幅-（弯曲应力）s（Mpa） M 582s= = = 31.8 Z 18.3由表5-1-25查，在5-22页,平均应力-（弯曲应力）m（Mpa）m=0（对称）危险截面安全系数-1S= K s+m E 270S= =4.71 1.57 27.5+0 0.930.81由表5-1-24查，在5-22页,应力幅-（扭转应力）（Mpa）平均应力-（扭转应力）m（Mpa） T 1230=m= = = 15.6 2ZP 239.5由表5-1-25查，在5-22页,危险截面安全系数-1S= K +m E 155S= = 4.5 1.4 15.6+0.2115.6 0.930.76由表5-1-24查，在5-22页, S SS= SP S2+ S2SP-许用安全系数，查表5-1-26，在5-22页。查得SP=1.5， 4.714.5S = = 3.26 4.712+4.52SSP，安全。计算内容及公式计算值或数据 （截面）说明转矩T(N.m)1230合成弯矩M(N.m) 50MMB 90 50=458 90=254截面模数Z（CM3）14.2由表5-1-28查，在5-23页(轴径55)截面模数ZP（CM3）30.6弯曲疲劳极限-1 （Mpa） -1= 270 由表5-1-1查，在5-4页扭转疲劳极限-1（Mpa）-1= 155钢的平均应力折算系数 0.34由表5-1-33查，表面状态“车削”，在5-26页,钢的平均应力折算系数 0.21圆角处有效应力集中系数K，K r 1 D-d 5圆角 = 0.02, = =5 d 55 r 1K=1.94, K= 1.59由表5-1-31查，在5-25页, （4-6之间，6的第一行。）表面质量系数=0.93由表5-1-36查，在5-27页,绝对尺寸影响系数E， EE=0.81， E=0.76由表5-1-34查，在5-27页, (轴径55)应力幅-（弯曲应力）s（Mpa）M 254s= = =17.9 Z 14.2由表5-1-25查，在5-22页,平均应力-（弯曲应力）m（Mpa）m=0（对称）危险截面安全系数-1S= K s+m E 270S= = 5.86 1.94 17.9+0 0.930.81由表5-1-24查，在5-22页,应力幅-（扭转应力）（Mpa）平均