哈工大机械设计大作业4轴系设计

1、哈工大机械设计大作业系设计5.1.4 轴Harbin Institute of Technology机械设计大作业说明书大作业名称： 机械设计大作业 设计题目： 轴系部件设计级：设 计 者： 学 号： 指导教师： 设计时间：哈尔滨工业大学目录一、设计任务 1.二、轴的材料选择 2.三、初算轴径 dmin 2.四、结构设计 3.1.轴承部件的结构型式 32. 轴的结构设计 3五、轴的受力分析 7.2.计算支反力1.轴系部件受力分析 7六、校核轴的强度 1. 0七、校核键的强度 1. 2八、校核轴承寿命 1. 2九、参考文献 1. 48.3.绘制弯矩图、扭矩图 9哈尔滨工业大学机械设计大作业 轴系

2、部件设计、设计任务设计带式运输机中的齿轮传动高速轴的轴系部件，带式运输机机构简图如 图 1.1 所示。图 1.1 带式运输机机构简图机器工作平稳，单向回转、成批生产方 案Pd (k W)nm(r /min)nw(r/ min)i1轴承座 中 心高 H （mm）最短 工作 年限L工 作 环 境5.1.2.2940802.11605年2 班室 内1哈尔滨工业大学机械设计大作业 轴系部件设计4清 洁二、轴的材料选择因传递功率不大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，故需选用常用材料 45钢，调质处理三、初算轴径 d min对于转轴，按扭转强度初算轴径，由参考文献 1 查表 9.4 得 C=118106,取

3、 C =118，则P1Pd式中： 1 V 带的传动效率 。由参考文献【 3】表 9.1 得，取 1 0.96 ，代入2哈尔滨工业大学机械设计大作业 轴系部件设计上式，得P 1 Pd 0.96 2.2kW 2.11kWdmin19.79mmC 3 P 118 3 2.11 mmn 447.62考虑有一个键槽的影响，取 dmin19.79 1.05mm 20.78mm 。圆整取 dmin 22mm 。四、结构设计1. 轴承部件的结构型式为方便轴承部件的拆装，传动轴机体采用剖分式结构，因传递功率比较小, 输出部分齿轮为直齿轮，没有轴向力，大带轮对轴作用力指向轴心，无轴向力，且 装置发热小，轴的变形可

4、以忽略，因此轴承选用深沟球轴承，采用两边固定方 式支撑，采用脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，但工作环境有尘 , 故滚动轴承 采用接触式密封。可按轴上零件的安装顺序 （附图 1），从 dmin 处开始设计。2. 轴的结构设计本题中有 7 个轴段的阶梯轴，以外伸轴颈 d 1 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 工精度等要求，逐一确定其余各段的直径。轴的轴向尺寸要考虑轴上零件的位 置、配合长度、支承结构情况、动静件的距离要求等要素，通常从与传动件相 配的轴段开始。（ 1）轴段 1轴段 1 上安装有大带轮，轴径与带轮轮毂相配。初定轴径 dm

5、in 为轴段 1 直 径，经圆整后取为 22mm。由 V 带传动设计作业得大带轮基准直径为 210mm， 故应采用腹板式结构，相关尺寸计算如下：L （1.5 2）d1 33 44mm。大带轮左端采用轴端挡圈固定，因此，应使轴段长度比带轮轮毂长度略小， 所以取哈尔滨工业大学机械设计大作业 轴系部件设计L 44mm; l1 42mm。2）轴段 2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 带轮右端固定为轴肩固定，轴肩高度 h 取h （0.07 0.1）d1 1.54 2.2mm ，所以得轴段 2直径 d2 25.08 26.4mm ，但考虑到毡圈尺寸要求选择 d2 25m

6、m 。毡圈和槽的尺寸为：D 39mmd1 24mmB 7mmD0 38mmd0 26mmb 6mm12mm图 4.1（3）轴段 3、 5轴段 3 和轴段 5 用于轴承的安装，其直径应比 d2稍大且 满足方便轴承 安装并符合轴承内径系列，故取 d3 30mm 。由参考文献【 3】表 12.1 得轴承型号为 6306，其基本参数如下：哈尔滨工业大学机械设计大作业 轴系部件设计内径 d 30mm;外径 D 72mm;宽度 B 19mm。由于两轴承之间没有传动件，不需要挡油环，右侧靠轴肩固定，左侧由轴承端盖压紧，轴承的润滑方式根据速度因数来确定5dn 30mm 447.62 rpm 13428.6mm

7、 rpm1.5 10 mm rpm 故应采用脂润滑，用唇形密封圈进行接触式密封。通常，同一根轴上的两个轴承采用相同型号， 故轴段 5的轴径 d5 30mm。轴 段 3 和轴段 5 的长度与轴承宽度相同，取 l3 l5 19mm。（ 4）轴段 4 对于两支点在同一轴承座内而支点间无传动件的情况，应首先确定两轴承 间的跨距L （2 3）d3 60 90mm 79mm35mm。故轴段 4 的长度 l4 L B 60mm。左侧轴承的右端及右侧轴承的左端均靠轴段4的轴肩进行固定，轴肩高 h (0.07 0.1)d3 2.1 3mm 2.5mm ,故d45）轴段 6轴段 6 可取与轴段 2 相同结构， d

8、6 25mm6）轴段 7由齿轮传动设计大作业知小齿轮宽b1 30mm ，小齿轮右侧用轴端挡圈固定，取轴段 7 长度 l7 28mm。取轴径与轴段 1 相等，即 d7 22mm。其中小齿轮为 实心式结构。（7）轴承端盖哈尔滨工业大学机械设计大作业 轴系部件设计图 4.2选取凸缘式轴承端盖，轴承端盖与机座用 M8X20 的螺钉固定。轴承端盖其 余尺寸如下：突缘厚度 e 1.2d3 1.2 8mm 9.6mm 10mm突缘直径 D2 D (5 5.5)d3 112 116mm 112mm; 螺钉定位圆直径 D0 0.5(D D2) 92mm;轴承盖与机体配合长度 m 15mm;轴承端盖与机体外部零件

9、间隙 K 取 15mm 。得到轴段 6 长度l6 K e m (15 10 15)mm 40mm。由于大带轮较大，设计成腹板式结构，故轴段 2 长度l2 l6 (带轮宽度 轮毂宽度 ) l6 B L (40 50 44)mm 43mm故各轴段长度和直径均确定下来，取轴承宽度中点为支点，取带轮和齿轮轮毂长度中心点作为力的作用点，得跨距 L1 73.5mm,L2 79mm,L3 63.5mm（8）轴承座结构设计 两轴承间无零件，选用整体式轴承座即可，相关尺寸由轴、轴承、凸缘式 端盖可确定。9）键连接及轴端挡圈哈尔滨工业大学机械设计大作业 轴系部件设计带轮及齿轮的周向固定采用 A 型普通平键，其尺寸

10、分别为：带轮处 6 6 36 ；齿轮处 6 6 25图 4.3如图 4.2，查参考文献【 3】表 11.22，得两侧轴端挡圈的尺寸如下：D 30mm;L 7.5mm;H 4mm; d 5.5mm;d1 2.1mm。轴端固定用螺栓采用 M6X20五、轴的受力分析1. 轴系部件受力分析轴的受力简图如下：哈尔滨工业大学机械设计大作业 轴系部件设计在齿轮传动中小齿轮参数：z1 17;m 4;d1 mz1 4 17mm 68mm6 P 69.55 1069.55 106n忽略齿轮与带轮传动转矩误差与损失，则：N mm 45016.98 N mm447.62带轮对轴的压力为：FQ 868.08 N齿轮上的

11、圆周力：Ft2T2 45016.98N681324.03N;Fr Ft tan 1324.03 tan20oN 481.91N。2. 计算支反力在水平面上Fr L3 FQ (L1 L2 )L2带入数据得哈尔滨工业大学机械设计大作业 轴系部件设计FR1H1288.37 N （与图示方向相反Fr L3 FQ(L1 L2) 481.91 63.5 868.08 (73.5 79) NL2 79FR2HFQ FR1H Fr( 868.08 1288.37 481.91)N61.62N （与图示方向相反 ）在竖直平面内Ft L3 1324.03 63.5FR1Vt 3 N 1064.25N;R1VL27

12、9FR2VFR1V Ft1064.25N 1324.03N2388.28N(与图示方向相反 )。所以，得到轴承 1 的总支反力FR1FR1V2 FR1H2 1064.252 ( 1288.37)2 N 1671.09N,轴承 2 的总支反力FR2FR2V2 FR2H 2 ( 2388.28)2 ( 61.62)2N 2389.07N。3. 绘制弯矩图、扭矩图在水平面上：轴承 1 截面左侧M aHFQL1868.0873.5Nmm63803.88Nmm;轴承 2 截面右侧M bHFrL3481.9163.5Nmm30601.29Nmm。在垂直面内：M bVFtL31324.0363.5Nmm84

13、075.91Nmm。合成弯矩：在 1 截面MaMa2H63803.882 Nmm63803.88Nmm;在 2 截面MbMb2H M b2V30601.292 84075.912 N mm 89471.77N mm。弯矩图、扭矩图如下：轴段 轴段 轴段轴段 轴段轴段 轴段哈尔滨工业大学机械设计大作业 轴系部件设计5.2六、校核轴的强度根据轴的受力分析，得到右侧轴承处，也就是截面 2 为危险截面。 查参考文献【 1】表 9.6 得抗弯截面模量 W 0.1d 3 0.1 303 2700mm3;抗扭截面模量 WT 0.2d 3 0.2 303 5400mm3。弯曲应力89471.772700MPa

14、33.14MPab 33.14MPa ,10哈尔滨工业大学机械设计大作业 轴系部件设计扭转切应力TWT45016.985400MPa8.34MPa;am8.34MPa4.17MPa对于调制处理的 45钢，查参考文献【 1】表 9.3 得b 650MPa;1 300MPa;1 155MPa。查参考文献【 1】得材料的等效系数0.2、0.1。轴承配合采用有较 大过盈 的过渡 配合，查参考 文 献【 1】表 9.11 得K1.97、 K 1.51。查参考文献【 1】表 9.12 得绝对尺寸系数0.91、0.89。轴磨削加工时的表面质量系数由参考文献【1】表 9.9差得 =1.0 。安全系数3001.

15、971.97 33.141.0 0.914.18;1551.514.17 0.1 4.171.0 0.8920.69;SS4.18 20.694.1。4.18 2 20.692由参考文献【 1】知，许用安全系数 S 1.3 1.5 , S S所以截面 2 安全。 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，故取折合系数0.6 ，则当量应力eb2 4( )2 33.142 4 (0.6 8.34)2 MPa 34.62MPa。已知轴的材料为 45钢，调制处理，查参考文献【 1】表 9.3得 b 650MPa ，由表 9.6得 1b 60MPa

16、 。 e 1b ,所以截面 2 满足强度要求11哈尔滨工业大学机械设计大作业 轴系部件设计七、校核键的强度4Tdhl大带轮处键连接的挤压应力45.47MPa4 45016.98 MPa22 6 (36 6)键、轴和带轮轮毂材料为钢材，查表得 p 120 150 MPa 因为 p p ，所以满足强度条件。小齿轮处键连接挤压应力4Tdhl4 45016.9822 6 (25 6)MPa71.80MPa查表得 p 120 150 MPa因为 p p ，所以满足强度条件八、校核轴承寿命由参考文献【 3】查得轴承 6306：C 27000N ;C0 15200 N。由于轴承只承受径向力作用，且FR1FR1V2FR1H21064.252 (1288.37)2 N1671.09N,FR2FR2V2FR2H 2( 2388.28)2( 61.62)2N2389.07N。12FR2FR1 ，哈尔滨工业大学机械设计大作业 轴系部件设计动载荷1】表故 只 需 校 核 轴 承 2 。 轴 承 2 当 量F XFR2 YFR2 2389.07 N ，由于轴承在 100以下工作，查参考文献 10.10得ft 1。载荷平稳，查表 10.11得 fF 1.0。轴承 2 的寿命10660nft