设计一给定参数要求的传动装置的传动轴

1、 应天职业技术学院机电工程系毕业设计报告课题名称 设计一给定参数要求的传动装置的传动轴作 者 谈学峰 专 业 数控技术 班级学号 数控092 0971218 指导教师 戴霞洁 2011 年 12 月设计一给定参数要求的传动装置的传动轴谈学峰摘要：轴是组成机械的重要零件，它支承其它回转件并传递转矩，同时它又通过轴承和机架连接。所有轴上零件都围绕轴心作回转运动，形成一个以轴为基准的组合体轴系零件。所以在轴的设计中，不能只考虑轴本身，还必须和轴系部件的整个结构密切联系起来。关键词：轴 转矩 轴直径一、 基本资料轴的材料种类很多，设计时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的

2、热处理方式。同时考虑制造工艺问题加以选用，以求经济合理。轴的常用材料 35、45、50 优质碳素结构钢，最常用的是 45 刚。对于受载较小的轴，也可以用 Q235、Q275 等普通碳质结构钢。对于受力较大，轴的尺寸和重量受到限制，以及有些特殊要求的轴，可采用合金钢。轴的结构和形状取决于下面几个因素：（1）轴的毛坯种类；（2）轴上作用力的大小及分布情况；（3）轴上零件的位置、配合性质以及连接固定的方法；（4）轴承的类型、尺寸和位置；（5）轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求。二、 设计轴的一般步骤（1） 根据轴的工作条件选择材料，确定需用应力。（2） 按钮转强度估算出轴的最小直径。（3） 设计

3、轴的结构，绘画出轴的结构草图。具体内容包括以下几点：1） 根据工作要求确定轴上零件的位置和固定方式；2） 确定各轴段的直径；3） 确定各轴段的长度；4） 根据有关设计手册确定轴的结构细节，如圆角、倒角、退刀槽等尺寸。（4） 按弯曲进行轴的强度校核。一般在轴上选取23个危险截面进行强度校核（5） 修改轴的结构后再进行校核计算。这样反复交替地进行校核和修改，直至设计出较为合理的结构。（6） 绘制轴的零件图三、参数要求已知某带运输机传动装置，减速器输出轴（III）轴传递功率PIII=2.38kw,扭矩TIII=166.34 N·m，转速nIII=136.54r/min，轴上闭式大齿轮d=2

4、60mm，轮毂宽b=50mm，中心距a=162.5mm；开式小齿轮d=130mm，轮毂宽b=85mm。减速器采用轴承采用轻型深沟向心球轴承。试设计输出轴（III）轴的结构及尺寸。要求确定轴及轴上零件的位置，各段轴径、轴长。四、尺寸设计1.选择材料，确定需许用应力材料选用45钢，正火处理。查表1，材料强度极限 B=600MPa；查表2，对称循环状态下许用应力 -1b =55MPa。表1 轴的常用材料及主要力学性能材料牌号热处理毛坯直径/mm硬度/HB抗拉强度屈服点弯曲疲劳极限扭转疲劳极限许用静应力许用疲劳应力备注MPa不小于MPaMPaQ235，Q235F44024018010517612013

5、8用于不重要或载荷不大的轴20正火25156420250180100168120138用于载荷不大要求韧性较高的轴正火回火100>100300>300500>5007001031564003803703602202001901801651551501459590858016015214814411012710311910011596111135正火25187540320230130216153176应用较广泛正火回火100>100300>300500>500700>75010001491871431871371875205001804604402702

6、60240230220210205190185175120115110105100208200192184176 140161136158126146123142116134调质100>10030015620756054030028023022013012522421615317714616945正火25100>100300>300500>50080024161036026015022417320应用较广泛正火回火100>100300>300500>5007501702171622171562176005805605403002902802702402

7、35225215140135130125240238224216160184156180150173143165调质20021722565036027015526018020740Cr调质251000800485280400269323用于载荷较大，而无很大冲击的轴100>100300>300500>50080024128622826921725575070065060055050045035035032029525520018517014530028026024019423317721316319617019735SiMn(42SiMn)调质2590075044525536

8、0178247性能接近于40Cr，中小型轴100>100300>300500>50080022928621726921725519625580075070060052045040038035532029525520518517016032030028026019723621324619622718321140MnB调质251000800485280400269323性能接近于40Cr，很重要的轴20024128675050033519530018623340CrNi调质251000800485280400269323用于很重要的轴35CrMo调质251000800485280

9、400269323性能接近于40CrNi，用于重载荷的轴100>100300>300500>50080020726975070065060055050045040035032029527020018517015530028026024019423317721316319615018038SiMnMo调质100>100300>300500>5008002992862172691962411872417507006506006005505004003603353102702101951751553002802602402002401862231722061501

10、80性能接近于35CrMo37SiMn2Mov调质252993022412862412691000800495285400198275用于高强度、大尺寸及重负载的轴100>200400>40060026930224128624126988083078070065060042539537024523021535235231223628321926320524638CrMoA1A调质302291000850495285400198227用于高耐磨性、高强度且热处理变形很小的（氮化）轴20Cr渗碳淬火回火153060表面5662HRC850650650550400400375280280

11、215160160340260260208250155186155186用于要求强度和韧性均较高轴（如某些齿轮轴、蜗杆等）20CrMnT渗碳淬火回火表面5662HRC1100850525300440291350i1Cr13调质60187217600420275155240152183用于腐蚀条件下工作的轴2Cr13调质1001972486604502951702641631961Cr18Ni9Ti淬火60>60180>100200192550540500220200200205195185120115105220216200136157130150123142用于在高、低温及腐蚀条

12、件下工作的轴QT400-15156197400300145125100用于结构形状复杂的轴QT450-10170207450330160140112QT500-7187255500380180155125QT600-3197269600420215185150注：1.表中所列疲劳极限数值，均按下式计算： 2.其他性能，一般可取 ，3.球墨铸铁。4.许用静应力。5.选用值时，重要零件取较小值，一般零件取较大值。表2 轴的许用弯曲应力/MPa材料碳素钢40050060070013017020023070759511040455565合金钢800900100027030033013014015075

13、8090铸钢400500100120507030402.计算基本直径 查表3，C=110（轴端弯矩较小）表3 常用材料的值和C值轴的材料Q235,20354540Cr，35SiMn/MPaC122016013520301351183040118107405210798由于安装连接轴处有键，故轴需加大（45）%。则取3.绘制结构简图 如图1所示4.各零件装配方案及固定方式零件装配方案轴向固定轴向固定 左右齿轮右轴承左轴承开式齿轮从左装入从右装入从左装入从左装入轴套轴肩轴承盖轴端挡板轴环轴承盖轴套轴肩键过盈过盈键5.确定各轴段尺寸 如图2所示a.确定各轴段 段:=35mm，估算。 段:=45mm,

14、根据油封标准。 段:=50mm,与轴承（轻系列深沟轴承6210）配合。 段:=52mm,大于50，减轻加工量。 段:=60mm,大于52，安装齿轮处的尺寸尽量圆整。 段:=80mm,=+2h=60+20=80式中，h为轴肩高，h=（0.07d+3）（0.1d+5）=7.211mm，取h=10mm，b=1.4h=14mm。 段:=52mm;与4段相同，大于50mm，减少加工量。 段:=50mm；轴承成对使用，与3段相同。b、确定箱体内宽 箱体内宽：由于有旋件体，两侧留1020mm：考虑铸造不精确，要将箱体内宽度圆整到整数。因为齿轮宽度=50mm，则取=55mm。故箱体内宽度：W=55+22（10

15、20）=7595mm，取W=90mmc、确定轴上各轴段长 段:=82mm,开式齿轮宽度85mm，要小于毂长23mm。 段:=57mm，（外露尺寸30mm+箱体60mm-挡油环深向箱体10mm-轴承6210宽20mm-轴承外伸3mm）。 段:=24mm,(深向挡油环2mm+轴承宽20mm+外伸2mm)。 段:=30mm，（箱体间隙20mm+深向齿轮2mm+挡油环10mm-深向挡油环2mm）。 段:=48mm，小于轮毂（23）mm，便于定位可靠。 段:=14mm，=1.4h=1.410=14mm。 段:=14mm，（箱体间隙20mm-轴肩宽14mm+挡油环深向箱体的尺寸10mm-段小于挡油环长度2

16、mm）。 段:=24mm，（深向挡油环2mm+轴承宽20mm+外伸2mm）。 总轴长 L=+=82+57+24+30+48+14+14+24=293mmd、各支承点间距轴承间距=W+2+210=90+20=20=130mm开式齿轮与左轴承距离各段轴直径、长度确定后，即轴的结构尺寸设计完成。是否能用，还需再校核危险截面，最后做结论。主要是依据设计的结构尺寸，按弯扭组合强度校核。6核轴的强度 受力分析II轴上的扭矩：=166.34 N·ma闭式齿轮圆周力 径向力 b开式齿轮圆周力 径向力 垂直面支反力 水平面支 求危险截面弯矩，并绘制弯矩图垂直面水平面图3-(c)合成弯矩图3-(d)a-a截面 A轴承 做扭矩图图3-(e) 由图可知危险截面在A轴承截面左面。做当量弯矩图取折合系数=0.6 （脉动扭矩，长启动停车），则强度校核 考虑键槽的影响，所以原设