轴系设计 说明书.doc

机械设计大作业计算说明书轴系设计说明书专 业 ： 班 级 ： 设计者 ： （部分内容有错，仅供参考）设计题目：方案电动机工作功率P电动机满载转速nm工作机的转速nw/(r/min)第一级传动比轴承座中心高H最短工作年限工作环境5.1.24 KW960 r/min1002180mm3年3班室外、有尘已知数据：转速 P=3.65kw T=72610.24 Nmm轴上小齿轮：齿数Z1=17，模数，齿宽b=17mm，分度圆直径d=85mm，压力角圆周力径向力法向力Fn=Ftcos20=1607N轴上大带轮：压轴力：FQ=1481.68N=1490一、选择轴的材料因传递功率不大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用材料45号钢，调质处理。二、初算轴径dmin对于转轴，按扭转强度初算轴径，由机械设计教材得C=106118，考虑轴端弯矩比转矩小，故取C=106，则d=C3PN=20.84mm考虑键槽的影响，取dmind1.05=21.88mm，取轴径为d=40mm。三、结构设计1确定轴承部件机体的结构形式及主要尺寸为方便轴承部件的装拆，铸造机体采用剖分式结构，取机体的铸造壁厚=8mm，机体上轴承旁连接螺栓直径d2=12mm，装拆螺栓所需要的扳手空间C1=18mm，C2=16mm，故轴承座内壁到座孔外壁面距离L=+C1+C2+58mm=4750mm，取L=50mm。2确定轴的轴向固定方式因为一级齿轮减速器输出轴的跨距不大，且工作温度变化不大，故轴的轴向固定采用两端固定方式。3选择滚动轴承类型，并确定其润滑与密封方式因为没有轴向力作用，故选用深沟球支承。因为齿轮的线速度v=dn601000=85100601000m/s=0.45m/s，齿轮为开式，故滚动轴承采用脂润滑。因为该减速器采用脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用毡圈密封。4轴的结构设计在本题中有7个轴段的阶梯轴，轴的径向尺寸确定，以外伸轴径d1为基础，考虑轴上零件的受力情况、轴上零件的装拆与定位固定、与标准件孔径的配合、轴的表面结构及加式精度等要求，逐一确定其余各轴段的直径；而轴的轴向尺寸确定，则要考虑轴上零件的位置、配合长度、支承结构情况、动静件间的距离要求等因素，通常从与传动件相配的轴段开始，然后向两边展开。根据以上要求，确定各轴段的直径是：=38mm，=45mm，=50mm，=60mm，=50mm，=45mm，=40mm根据轴承的类型和轴径d3，初选滚动轴承型号为6210，其基本尺寸是：d=50mm，D=90mm，B=20mm。因为轴承选用脂润滑，轴上安置挡油板，所以轴承内端面与机体内壁间要有一定距离，取10mm。采用凸缘式端盖，其凸缘厚度e=10mm。为了避免带轮（和齿轮）端面与轴承盖连接螺栓头干涉，并便于轴承盖上螺栓的拆装，带轮（和齿轮）端面与轴承盖之间应该有足够的间距K，取K=20mm。在确定齿轮、机体、轴承、轴承盖、联轴器的相互位置和尺寸后，即可从轴段4开始，确定各轴段的长度。本题两支点在同一轴承座内且支点间无传动件，故确定两轴间的跨距L=(23)=(23)50=100150mm取L=100mm。轴段4的长度轴段3的长度=B=20mm轴段2的长度轴段1的长度=65mm轴段5的长度=B=20mm轴段6的长度轴段7的长度=26mm分别取带轮和齿轮的轮毂长度中点为力的作用点，可得跨距/2+B/2=65/2+50+20/2=92.5mm/2+B/2=26/2+50+20/2=73mm5轴的结构设计带轮与轴及齿轮与轴的连接均采用A型普通平键连接，查参考文献2表11.27分别为键10 X 56 GB/T 1096-2003及键。四、轴的受力分析1画轴的受力简图2计算支承反力将法向力作用点平移到轴心，则轴受径向力。因未确定两带轮中心连线与两齿轮中心连线的夹角，故在此设轴两端径向力的夹角为另之为180度。则：解得：FH1=401.5N FH2=148.5N FV1=1475.4N FV2=1524.6轴承（点1处）的总支撑反力：F1=FH12+FV12=1.529kN 轴承（点2处）的总支撑反力：F1=FH12+FV12=1.532kN则弯矩转矩最大值：MH=L1FH1=37.14Nm MV=LFt=75Nm合成弯矩转矩最大：Mmax=MH2+MV2=83.7Nm画弯矩图在水平面上截面； 截面MH2=FnL1=148.6Nm在垂直面上截面MV2=FrL1=50.9Nm； 截面MV2=FnL2=117.3Nm合成弯矩，截面：M1=MH12+MV12=50.9Nm；截面：M2=MH22+MV22=189.32Nm转矩 T=72.61 Nm画转矩，弯矩图 五、校核轴的强度a-a剖面左侧，因弯矩大，有转矩，还有键槽引起的应力集中，故a-a剖面左侧为危险剖面。由机械设计教材或手册查得，搞弯截面模量为W=0.1d3-bt(d-t)22d式中：da-a截面轴的直径，mm； b键槽宽度，b=10mm； t键槽深度，t=5mm；W=0.1d3-bt(d-t)22d=0.1503-1050(50-5)2250=11487.5mm2同理，可得抗扭截面模量为W=0.2d3-bt(d-t)22d=23987.5mm2弯曲应力： b=MW=11.046MPa a=b=11.064MPa m=0扭剪应力： T=TWT=3.027MPa a=m=T2=1.513MPa对于调质处理的45号钢，由参考文献1表10.1可以查得b=650MPa, -1=300MPa, -1=155 MPa；材料的等效系数=0.2, =0.1。健槽引起的应力集中系数，查参考文献1表10.4得K=2.27,K=2.12绝对尺寸系数，查参考文献1图10.1得=0.84, =0.78.轴磨削加工时的表面质量系数，查参考文献1图10.1和表10.2得=0.92由此，安全系数计算如下：S=-1Ka+ m=9.4S=-1Ka+ m=33.54S=S+SS2+Sr2=9.05查参考文献1表10.5得许用安全系数S=1.31.5，显然SS，故a-a剖面安全。六、校核键连接的强度带轮处键连接的挤压应力为p=4Tdhl式中：d键连接处轴径，mm； T传递的转矩，Nmm； H键的高度，h=8mm； l键连接的计算长度，mm，l=L-b=56mm p=4Tdhl=17.06MPa取键、轴及带轮的材料都为钢，查机械设计教材上的表得p=7080MPa。显然，pp，故强度足够。同理，可得齿轮处键连接的挤压应力为p=4Tdhl=41MPa取键、轴及齿轮的材料都为钢，已查得p=125150，显然，pp，故强度足够。七、校核轴承寿命由手册查得6307轴承的Cr=62000N，Co=63200N。1计算轴承的轴向力对于轴承因为只受径向力，当量动载荷最大为轴承工作温度较低，查参考文献1表10.10得。载荷平稳，查参考文献110.11得。轴承的寿命为已知该传动装置使用3年，三班工作制，则预期寿命为显然，故轴承寿命符合设计要求。对于轴承，因为只受径向力，因当量动载荷,其它校核条件同轴承。故可知轴承也符合设计要求。八、轴系精度设计.确定尺寸精度(1)确定50尺寸精度由于本轴受载荷比较轻，轴承载荷也较轻，并且轴承工作时承受定向负荷作用。内圈与轴一起转动，故内圈承受旋转负荷。根据参考文献4表6.2 得两轴颈的公差带代号为50j6，并且采用包容要求.(2)确定40尺寸精度根据齿轮最高精度等级为8级，查表10.10得内孔尺寸公差为IT8，与其配合的轴为IT7。根据参考文献4表3.10 可选轴的基本偏差代号为r,则轴的公差带代号为40r7 并采用包容要求。其配合代号为40H7/r7。(3)确定38尺寸精度根据齿轮最高精度等级为8级，查表10.10得内孔尺寸公差为IT8，与其配合的轴为IT7。根据参考文献4表3.10 可选轴的基本偏差代号为r,则轴的公差带代号为38r7 并采用包容要求。其配合代号为38H7/r7。.确定几何精度(1)与轴承内圈、齿轮内孔配合轴颈表面，故采用包容要求(2)与轴承内圈配合表面要求圆柱度公差，按0级轴承查表6.6, 得圆柱度公差值为0.005。 (3)为保证45、50和38轴线与AB同轴，应规定它们的径向圆跳动公差。根据齿轮精度为8级和式（10.15）得tr= 0.3FP=0.30.07=0.021,按尺寸大小类比法，得50的径向圆跳动公差tr= 0.022，38的径向圆跳动公差tr= 0.017。(4)38轴上的键槽对称度公差，按8级查表4.16得公差值为0.02。.确定表面粗糙度(1)50j6轴颈表面粗糙度查表6.7 ,得Ra上限值为0.8m；57两端面Ra上限值为3.2 m 。(2)40j6轴颈表面粗