轴系部件设计

Harbin Institute of Technology 机械设计大作业机械设计大作业 课程名称 机械设计 设计题目 轴系部件设计 院 系 机电学院 班 级 1008111 设 计 者 学 号 一 一 设计题目设计题目 设计带式运输机中的齿轮传动高速轴的轴系部件 带式运输机的传动方式如图 1 所示 机器工作平稳 单向回转 成批生产 其他数据 如表 1 图 1 表 1 带式运输机中 v 带传动的已知数据 方案 电动机 工作功 率 Pd 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 1 轴承座 中心高 H mm 最短工 作年限 工作 环境 5 1 42 2940802 1160 5 年 2 班 室内 清洁 二 选择材料 确定许用应力二 选择材料 确定许用应力 通过已知条件和查阅相关的设计手册得知 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 故选择 45 号钢 并进行调质处理 三 按扭转强度估算轴径三 按扭转强度估算轴径 对于转轴 按扭转强度初算直径 3 min m P dC n 其中 轴传递的功率 P 1v 2 2 0 96 0 99 2 09PPKW 带轴承 m n 轴的转速 r min 1 940 470 min 250125 w m n nr i C 由许用扭转剪应力确定的系数 查表 10 2 得 C 106 118 考虑轴端弯矩比转矩 小 取 C 110 3 3 min 2 09 11018 08 470 m p dC n 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 按标准 GB2822 81 的10R圆整后取 min 18 08 1 5 18 984dmm 1 30dmm 四 四 设计轴的结构设计轴的结构 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 图 2 4 14 1 阶梯轴各部分直径的确定阶梯轴各部分直径的确定 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 17 30ddmm 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 图 10 7 计算得到轴肩高度 0 070 1 0 070 1 30 2 13 hdmm 261 2302 2 13 34 2 36dddhmm 由参考文献 2 表 14 4 毛毡圈油封的轴径 所以 35dmm 26 35ddmm 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 GB T 276 1994 初选轴承 6308 外形尺寸 轴段 轴段 轴段 轴段 轴段 轴段 轴段 3 L 2 L 1 L 轴件安装尺寸 因为轴承的值小于40dmm 90Dmm 23Bmm 48 a dmm dn 所以选用脂润滑 故取 5 1 5 2 10 minmm r 35 40ddmm 4 轴段 4 轴段 4 在两轴承座之间 其功能为定位固定轴承的轴肩 故 4 48 a ddmm 4 24 2 阶梯轴各轴段长度及跨距的确定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 3 23 23 40 80120 Ldmm 113Lmm 取 90mm 4 1132390lLBmm 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 35 23llBmm 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 10emm 12mmm 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8Kmm 6 10 12830lmeKmm 由于大带轮较大 设计成腹板式结构 故轴段 2 长度 266 35 22 BL lllmm 带轮宽度轮毂宽度 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 1 62lLmm 7 35lbmm 五 轴的受力分析五 轴的受力分析 5 15 1 画轴的受力简图画轴的受力简图 轴的受力简图 弯矩图 转矩图画在一起 见图 5 2 5 25 2 计算支承反力计算支承反力 传递到轴系部件上的转矩 66 1 1 1 2 09 9 55 109 55 1042467 470 P TN mm n 齿轮圆周力 1 1 22 42467 1998 42 5 t T FN d 齿轮径向力 tan1998 tan20727 rt FFN 齿轮轴向力 0 a FN 带轮压轴力 709 75QN 带初次装在带轮上时 所需初拉力比正常工作时大得多 故计算轴和轴承时 将其扩 大 50 按计算 1065QN 在水平面上 123 1 2 106577 5 113727 59 1416 113 r H QLLFL RN L 21 1416 1065 727 376 HHr RRQFN 在垂直平面上 3 1 2 1998 59 1043 113 t V F L RN L 21 1998 1043 3041 VtV RFRN 轴承 1 的总支承反力 2222 111 141610431759 HV RRRN 轴承 2 的总支承反力 2222 222 37630413064 HV RRRN 5 35 3 画弯矩图画弯矩图 竖直面上 II II 截面处弯矩最大 117882 IIV MN mm 水平面上 I I 截面处弯矩最大 82538 IH MN mm II II 截面处的弯矩为42893 IIH MN mm 合成弯矩 I I 截面 22 82538 IIHIVIH MMMMN mm II II 截面 2222 42893117882125443 IIIIHIIV MMMN mm 竖直面上和水平面上的弯矩图 及合成弯矩图如图 3 所示 5 45 4 画转矩图画转矩图 做用在轴上的转矩为大带轮的输入转矩 66 1 1 1 2 09 9 55 109 55 1042467 470 P TN mm n 转矩图如图 3 所示 六 六 校核轴的强度校核轴的强度 II II 截面既有弯矩又有转矩 且弯矩最大 为危险截面 单位 mmN 图 3 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 2 222 1 1254430 3 42467 4419 755 640012800 IIII e b T MT MPaMPa WW 式中 II II 截面处弯矩 II M125443 II MN mm Q 竖直面弯矩 图 水平面弯矩 图 转矩图 T t F r F 2V R 2H R 1V R 1H R 117882 42893 42467 I I II 合成弯矩图 82538 82538125443 III II I T II II 截面处转矩 42467 II TN mm W 抗弯剖面模量 由参考文献 1 附表 10 1 333 5 0 10 1 406400Wdmm 抗扭剖面模量 由参考文献 1 附表 10 1 T W 333 5 0 20 2 4012800 T Wdmm 根据转矩性质而定的折合系数 对于不变的转矩 3 0 对称循环的许用弯曲应力 由参考文献 1 表 10 4 b1 1 55 b MPa 因此 校核通过 七 轴的安全系数校核计算七 轴的安全系数校核计算 弯曲应力 125443 19 60 6400 I b I M MPa W 19 60 0 abm MPa 扭剪应力 42467 3 32 12800 T II T T MPa W 3 32 1 66 22 T am MPa 由参考文献 1 式 10 4 10 5 10 6 1 300 6 17 1 825 19 60 2 0 0 92 0 8 am S K 1 155 41 43 1 625 1 660 1 1 66 0 92 0 82 am S K 2222 6 17 41 43 6 11 5 1 8 6 1741 43 SS SS SS 式中 只考虑弯矩时的安全系数 S 只考虑转矩时的安全系数 S 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 10 1 45 1 1 号钢调质处理 11 300 155MPaMPa 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 10 3 附表 KK 10 4 625 1 825 1 KK 零件的绝对尺寸系数 由参考文献 1 附图 10 1 82 0 8 0 表面质量系数 由参考文献 1 附图 10 1 附表 10 2 321 92 0 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 表 10 1 1 0 2 0 弯曲应力的应力幅和平均应力 ma 19 60 0 am MPa 扭转剪应力的应力幅和平均应力 ma 1 66 am MPa 许用疲劳强度安全系数 由参考文献 1 表 10 5 S 8 1 5 1 S 校核通过 八 校核键连接的强度八 校核键连接的强度 由参考文献 1 式 6 1 p p kld T 1 2 式中 p 工作面的挤压应力 MPa 1 T 传递的转矩 mmN d 轴的直径 mm l 键的工作长度 A 型 为键的公称长度和键宽 mmlLb bL k 键与毂槽的接触高度 mm 2kh 许用挤压应力 由参考文献 1 表 6 1 静连接 材料为钢 有轻微冲击 p MPa 取 110Mpa 100 120 p MPa 1 对于轴段 1 上的键 校核通过 1 22 42467 57 1110 7 225825 p p T MPaMPa kld 2 对于轴段 7 上的键 校核通过 1 22 42467 57 1110 7 225825 p p T MPaMPa kld 九 九 校核轴承的寿命校核轴承的寿命 轴承不受轴向力 只有径向力 且 所以只校核轴承 2 即左轴承 1122 RFRF rr 即可 9 19 1 计算当量动载荷计算当量动载荷 由参考文献 1 式 11 2 22 1 30640 03064 ra PXFYFN 式中 P 当量动载荷 N 22ar FF 轴承的径向载荷和轴向载荷 222 3064 0 ra FRN F YX 动载荷径向系数和动载荷轴向系数 由 0 1 YXe F F r a 9 29 2 校核寿命校核寿命 由参考文献 1 式 11 1c 3 66 1 10101 0 40800 24808 6060 4701 5 3064 T h P fC Lh nfP 式中 h L 轴承的基本额定寿命 h h L 轴承的预期寿命 五年两班 每年按 250 天计 2 8 250 520000 h Lh C 轴承的基本额定动载荷 由参考文献 2 表 12 1 查轴承 6307 40 8 r CCkN 寿命指数 对于滚子轴承 3 T f 温度系数 由参考文献 1 表 11 9 工作温度 150 C 0 1 T f P f 载荷系数 由参考文献 1 表 11 10 中等冲击 取 8 1 2 1 P f1 2 P f 校核通过 hh LL 十 十 轴上其他零件设计轴上其他零件设计 1 轴上键连接的设计 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 为加工方便 两处键连接 尺寸相同 根据参考文献 2 表 11 28 选用 A 型普通平键 为 键 GB T 1096 20038 25bL 2 密封用毛毡圈 毛毡圈所在轴段的直径为 35mm 查参考文献 2 表 14 4 可得毛毡圈的尺寸参数 十一 十一 轴承座结构设计轴承座结构设计 本次设计中选用整体式轴承座 按照设计方案的要求 轴承座孔中心高 H 160mm 轴承座腹板壁厚 筋厚 底座凸缘厚度 b 15mm 轴承座地脚螺10mm 10mmm 栓直径 df 16mm 轴承盖连接螺栓直径 d1 8mm 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 十二 轴承端盖 透盖 十二 轴承端盖 透盖 由本次设计的特点 可选用嵌入式轴承盖 其中嵌入毛毡圈以密封 由参考文献 3 图 7 5 中的经验公式得到相关尺寸 取 此处的是螺栓 3 1 21 2 89 6edmm 10