哈尔滨工业大学轴系部件设计

HarbinHarbin InstituteInstitute ofof TechnologyTechnology 机械设计大作业五机械设计大作业五 说明书说明书 课程名称 机械设计 设计题目 轴系部件设计 院 系 机电工程学院 班 级 设 计 者 学 号 指导教师 设计时间 2012 年 12 月 4 日 目目 录录 机械设计作业任务书 1 1 选择轴的材料 2 2 初算轴径 2 3 结构设计 3 3 1 确定轴承部件机体的结构形式及主要尺寸 3 3 2 确定轴的轴向固定方式 4 3 3 选择滚动轴承类型 并确定其润滑与密封方式 4 3 4 轴的结构设计 4 4 轴的受力分析 5 4 1 画轴的受力简图 5 4 2 计算支承反力 5 4 3 画弯矩图 6 4 4 画转矩图 6 5 校核轴的强度 7 6 校核键连接的强度 10 7 校核轴承寿命 10 7 1 计算当量载荷系数 10 7 2 校核轴承寿命 11 8 轴承端盖的设计 11 9 参考文献 11 机械设计作业任务书机械设计作业任务书 1 1 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 2 2 原始数据 原始数据 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 i 轴承座中 心高 H mm 最短 工作 年限 工作环境 5 1 53710802170 3 年 3 班 室内 清 洁 3 3 传动方案 传动方案 图 1 1 1 选择轴的材料选择轴的材料 因传递功率不大 并对质量及结构尺寸无特殊要求 故选用常用材料 45 钢 调质处理 2 2 初算轴径 初算轴径 对于转轴 按扭转强度初算直径 3 P dC n 式中 轴传递的功率 P 轴的转速 r min n 由许用扭转剪应力确定的系数 查参考文献 1 表 9 4 得C 考虑轴端弯矩比转矩小 取 106118C 106C 33 min 3 0 96 10621 2991 355 P dCmm 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 min 21 2991 1 05 22 3640dmmmm 3 3 结构设计结构设计 3 13 1 确定轴承部件机体的结构形式及主要尺寸 确定轴承部件机体的结构形式及主要尺寸 为了方便轴系部件的装拆 铸造机体采用剖分式结构 如图 2 所示 取机 体的铸造厚度 机体上轴承旁边连接螺栓直径 装拆螺栓所8mm 2 12dmm 需要的扳手空间 故轴承座内壁至座孔外端面距离 1 18Cmm 2 16Cmm 取 12 58 4750LCCmmmm 50Lmm 图 2 3 23 2 确定轴的轴向固定方式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 33 3 选择滚动轴承类型 并确定其主要润滑与密封方式 选择滚动轴承类型 并确定其主要润滑与密封方式 虽然没有轴向力 但考虑到有较大的径向力 选用深沟球轴承 因为齿轮 的线速度 齿轮转动时飞溅的润 51 355 0 948 2 60 100060 1000 dn vm sm s 滑油不足以润滑轴承 故滚动轴承采用脂润滑 因为该加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 并在轴上安装 挡油板 3 43 4 轴的结构设计 轴的结构设计 1 轴径的设计 轴段 1 用来安放大带轮 直径由初算的最小直径得到 圆整后取 1 25dmm 轴段 2 直径的确定应考虑带轮的轴向固定和密封圈的尺寸两个方面 由参 考文献 1 表 9 5 计算得到轴肩高度 0 070 1 25 1 752 5 hmm 21 2252 1 752 5 28 530 ddhmm 查机械设计手册可选用毡圈油封中的轴径为 的 JB ZQ4606 1997 30mm 则 2 30dmm 轴段 3 和轴段 6 安装轴承 尺寸由轴承确定 标准直齿圆柱齿轮 虽然没 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 初选轴承 6307E 外形尺寸 轴件安装35dmm 80Dmm 21Bmm 尺寸 故取 44 a dmm 36 35dddmm 轴段 4 上安装齿轮 为了便于齿轮的安装 应略大于 而且考虑到受 4 d 3 d 力增大 直径也应该增大 故取 4 38dmm 轴段 5 右端面用于固定齿轮 由参考文献 1 表 9 5 计算得到轴肩高度 0 070 1 38 2 663 8 hmm 取 54 2382 2 663 8 43 3245 6 ddhmm 5 44dmm 2 阶梯轴各轴段长度及跨距的确定 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之间 要有一定距离 取 10mm 为避免齿轮与机体内壁相碰 在齿轮端面与机体内壁间留有足够的间距 取 H15Hmm 采用凸缘式轴承盖 其凸缘厚度 为避免大带轮轮毂端面与轴承10emm 盖螺栓头相碰 并便于轴承盖上螺栓的装拆 大带轮端面与轴承盖间应由足够 的间距 取 K20Kmm 轴段 4 用来安装齿轮 齿轮轮廓宽度 一般 52lmm 4 23 llmm 取 4 50lmm 轴段 3 的长度 3 215 1021248lHBmm 轴段 2 的长度 2 5021 10 102049lLBeKmm 轴段 1 用来安装大带轮 故轴段 1 长度 取 11 1 52 37 550 ldmm 1 44lmm 轴段 5 按参考文献 1 图 9 8 中的公式计算轴环宽 1 41 4 2 53 5bh 可取轴段 5 的长度 5 14lmm 轴段 6 的长度 65 15 1021 1432lHBlmm 根据尺寸关系并最终确定 1 81 5Lmm 2 61 5Lmm 3 61 5Lmm 3 键连接设计 带轮及齿轮与轴的周向连接均采用 A 型普通平键连接 分别为键8 7 键长 36mm 及键键长 40mm GB T10962003 10 8 GB T10962003 设计完成后的草图如图 3 所示 图 3 4 4 轴的受力分析 轴的受力分析 4 14 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 4 4 24 2 计算支承反力 计算支承反力 传递到齿轮上的转矩 66 1 3 0 96 0 99 9 55 109 55 1077476 355 P TN mm n 齿轮圆周力 4 1 1 22 7 75 10 3038 3 51 t T FN d 齿轮径向力 tantan201505 8 rt FFN 齿轮轴向力 0 a FN 带轮压轴力 1257 03 Q FN 考虑到初次安装到带轮上 所需初拉力比正常工作时大很多 所以最终取 1885 5 Q FN 在水平面上 1 3123 23 3887 74 H rQ R FLFLLL FN LL a b F V1 FH 1 F V2 FH 2 Fr Ft 31531 93427 73 98290 77476 b a T L1L2L3 a b c d e f Fq 153670 153670 21 1505 83887 74 1885 5 496 44 HH RrRQ FFFFNN 在垂直平面上 12 1519 15 2 VV t RR F FFN 轴承 1 的总支承反力 111 2222 3887 741519 154174 00 HV RRR FFFN 轴承 2 的总支承反力 22 2222 2 496 441519 151598 2 HV RRR FFFN 4 34 3 画弯矩图 画弯矩图 在水平面剖面左右两侧 aa 2 3 496 44 61 530531 H aHR MFLN mm 在垂直面剖面左右两侧 aa 1 2 1519 15 61 593427 7 V aVR MFLN mm 剖面合成弯矩 aa 2222 3053193427 7398290 aaHaV MMMN mm 4 44 4 画转矩图 画转矩图 作用在轴上的转矩为大带轮的输入转矩 6 1 1 1 9 55 1077476 P TN mm n 轴的受力简图 b 弯矩图 c d e 和转矩图 f 图 4 5 5 校核轴的强度 校核轴的强度 由上图可知 所受弯矩与转矩均最大 为危险截面 另外剖面左bb aa 侧 有转矩 还有键槽引起的应力集中 故剖面也应该校核强度 aa 校核剖面的轴强度 aa 由参考文献 1 查得 抗弯截面模量为 2 3 0 1 2 bt dt Wd d 式中 d 截面轴的直径 aa 38dmm b 键槽的宽度 10bmm t 键槽的深度 5tmm 22 333 10 5 385 0 10 1 384770 8 22 38 bt dt Wdmm d 同理 抗扭截面模量为 2 3 0 20 2 2 T bt dt Wd d 22 333 10 5 385 0 20 2 3810258 22 38 T bt dt Wdmm d 弯曲应力 98290 20 60MPa 4770 8 b M W 20 60MPa ba 0 m 扭剪应力 77476 7 55 10258 T T T MPa W 3 77 2 T am MPa 对于调质处理的 45 钢 由参考文献 1 表 9 3 查得 650 1 300 1 155 材料的等效系数 0 2 0 1 键槽引起的应力集中系数 由参考文献 1 表 9 11 查 1 825 1 625 绝对尺寸系数 由参考文献 1 表 9 12 查得 0 88 0 81 轴磨削加工时的表面质量系数 由参考文献 1 表 9 8 和表 9 9 得 0 92 由此 安全系数计算如下 1 300 6 46 1 825 20 600 0 92 0 88 am a s K 1 155 17 27 1 625 3 773 77 0 2 0 92 0 81 am s K 2 2222 6 46 17 27 6 05 6 4617 27 s s s ss 由参考文献 1 表 9 13 查得许用安全系数 1 3 1 5 显然 故剖面安全 aa 对于一般用途的转轴 也可按弯扭合成强度进行校核计算 对于单向转动的转轴 通常转矩按脉动循环处理 取折合系数 当量 0 6 应力为 2222 4 20 604 0 6 7 55 22 50 eb MPa 已知轴的材料为 45 钢 调质处理 查得 650 1 60 显然 故轴的 a a 剖面左侧强度满足要求 对于一般用途的转轴 也可按弯扭合成强度进行校核计算 对于单向转动的转轴 通常转矩按脉动循环处理 取折合系数 当 0 6 量应力为 2222 4 36 534 0 6 9 21 38 17 eb MPa 已知轴的材料为 45 钢 调质处理 查得 650 1 60 显然 故轴的 b b 剖面左侧强度满足要求 8 8 轴承端盖 轴承端盖的设计的设计 由本次设计的特点 可选用嵌入式轴承盖