机械设计大作业轴系设计 512

1、Harbin Institute of Technology机械设计大作业说明书 课程名称： 机械设计 设计题目： 轴系部件设计 院 系： 机电学院 班 级： 1108109 设 计 者： 学 号： 指导教师： 设计时间： 2013 年 11月 目录一机械设计作业任务书2二设计内容31.选择轴的材料32.初算轴径33.轴的结构设计33.1轴承机构及轴向固定方式33.2选择滚动轴承类型43.3键连接设计43.4各轴段直径设计43.5各轴段长度设计54.轴的受力分析64.1轴的受力简图64.2计算支撑反力64.3轴的弯矩图74.4轴的转矩图75.校核轴的强度86.轴的安全系数校核97.校核键连接的

2、强度108.轴承寿命校核118.1计算当量动载荷118.2轴承寿命校核129.轴承其他零件设计129.1轴上键连接的设计129.2轴承座结构设计129.3轴承端盖设计12三参考文献13一、机械设计作业任务书题目:轴系部件的设计传动方案如图1所示：图 带式运输机运动方案简图原始数据如下：机器工作平稳，单向回转，成批生产方案轴承座中心高H（mm）最短工作年限L工作环境496010021803年3班室外、有尘二、设计内容1、材料选择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型功率。因此轴所承受的扭矩不大，对质量及结构尺寸无特殊要求。故选用常用材料45号钢，并进行调质处理。2、初

3、算轴径对于转轴，按扭转强度初算直径：式中：轴传递的功率，根据大作业4知轴的转速， 由许用扭转剪应力确定的系数。查表10.2得，考虑轴端弯矩比转矩小，取。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的圆整后取。3、设计轴的结构3.1轴承机构及轴向固定方式因传递功率小，齿轮减速器效率高、发热小，估计轴不会长，故轴承部件的固定方式采用两端固定方式。同时为了方便轴承部件的拆装，机体采用部分式结构。又由于本设计中的轴需要安装联轴器、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。轴段的草图见图2：图23.2选择滚动轴承类型因轴承所受轴向

4、力很小，选用深沟球轴承，因为齿轮的线速度小于2m/s，齿轮转动时飞溅的润滑油不足于润滑轴承，采用油脂对轴承润滑，由于该减速器的工作环境有尘，脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用唇形圈密封，由于是悬臂布置所以不用轴上安置挡油板。3.3键连接设计齿轮及带轮与轴的周向连接均采用A型普通平键连接，齿轮、带轮所在轴径相等，两处键的型号均为108GB/T 10962003。3.4各轴段直径确定（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，。（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

5、圈的尺寸。由参考文献1 图9.16和表9.5计算得到轴肩高度由参考文献2表14.4，唇形圈密封的轴径，所以取。密封圈代号为B35508。（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。初选轴承，外形尺寸，轴件安装尺寸。因为带式运输机为开式结构，所以采用脂润滑。（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，故取3.5 各轴段长度确定（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（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

6、度相同，故（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，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长度同时取（4）轴段1和轴段7：轴段1和7分别安装大带轮和小齿轮，故根据大作业3、4可知轴段1长度，轴段7长度。（5）计算，4、轴的受力分析4.1画轴的受力简图轴的受力简图见图3。4.2计算支承反力传递到轴系部件上的转矩齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力带轮压轴力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。在水平面上在垂直平面上轴承1的总支承反力轴承2的总支

7、承反力4.3画弯矩图竖直面上，II-II截面处弯矩最大；水平面上，I-I截面处弯矩最大，；II-II截面处的弯矩为合成弯矩，I-I截面：II-II截面：竖直面上和水平面上的弯矩图，及合成弯矩图如图3所示4.4画转矩图做用在轴上的转矩为大带轮的输入转矩转矩图如图3所示图35、校核轴的强度-截面既有弯矩又有转矩，且弯矩最大，为危险截面。按弯扭合成强度计算。根据参考文献1式10.3，有式中：2-2截面处弯矩，；2-2截面处转矩，；抗弯剖面模量，由参考文献1附表9.6，；抗扭剖面模量，由参考文献1附表9.6，；根据转矩性质而定的折合系数，对于不变的转矩，；故对称循环的许用弯曲应力，由参考文献1表10.

8、1，。校核通过。6、轴的安全系数校核计算弯曲应力：,扭剪应力：由参考文献1式9.4、9.5、9.6，式中：只考虑弯矩时的安全系数；只考虑转矩时的安全系数；、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9.3，45号钢调质处理，；弯曲时和扭转时轴的有效应力集中系数，由参考文献1表10.4，；零件的绝对尺寸系数，由参考文献1图9.12，；表面质量系数，由参考文献1附图10.2，；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，；弯曲应力的应力幅和平均应力，；扭转剪应力的应力幅和平均应力，；许用疲劳强度安全系数，由参考文献1表10.5，故由1表9.13得许用

9、安全系数，显然，校核通过。7、校核键连接的强度由参考文献1式4.1式中：工作面的挤压应力，；传递的转矩，；轴的直径，；键的工作长度，型，为键的公称长度；键与毂槽的接触高度，；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，取 。故对于轴段1上的键：，校核通过；对于轴段7上的键。校核通过。8、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即左轴承即可。8.1计算当量动载荷由参考文献1式11.2.式中：当量动载荷，；、轴承的径向载荷和轴向载荷，；、动载荷径向系数和动载荷轴向系数，由。8.2校核寿命由参考文献1式10.1c式中：轴承的基本额定寿命，h；轴承的预期寿命，3年3班，每年按250天计，；轴承的基本额定动载荷，由轴承，；温度系数，由参考文献1表11.9，工作温度，；载荷系数，由参考文献1表11.10，；故校核通过。9、轴上其他零件设计9.1轴上键连接的设计轴段1的，考虑到，故参考键的长度系列，为其选取键长。同理，轴段7的，而，为其选择键长为。9.2轴承座结构设计剖分式轴承座设计图例参考3图7.9,7.10,7.11设计。9.3轴承端盖（透盖）轴承端盖的结构如右图4轴承盖的厚度，为螺钉直径，取螺钉，则，于是得，