哈工大机械设计大作业5轴系部件514

HarbinInstituteofTechnology

机械设计大隹业说明节

大作业名称：机械设计大作业

设计题目：轴与部件设计

班级：120

设计者：

学号：H2

指导教师：张锋

设计时间：2023.11.21

哈尔滨工业大学

设计任务书

题目:

设计带式传输机中的齿轮传动高速轴的轴系部件

设计原始数据：

带式传输机的传动方案如下图，机器工作平稳,、单向回转、成批生产,

其它数据见表。

带式传输机中齿轮传动的数据

方案电动机工作电动机满载转工作机的转第一级传轴承座中心最短工工作

功率Pd/kW速“(r/min)速nw/(r/min)动比Z1高H/mm作年限环境

2.2940802.11605年2室内

班清洁

目录

1.选择轴的材料、热处理方式......................

2.初步计算轴径..................................................3

3.结构设计.......................................................2

3.1确定机体和轴的结构形式......................................2

3.2阶梯轴各轴段直径确实定......................................2

3.2.1轴段1和轴段7.....................................................................................2

3.2.2轴段2和轴段6.....................................................................................2

3.23轴段3和轴段5.....................................................................................3

3.2.4轴段4.....................................................................................................3

3.3阶梯轴各轴段长度及跨距确实定................................3

33.1轴段4.....................................................................................................3

3.3.2轴段3和轴段5.....................................................................................3

3.3.3轴段2和轴段6.....................................................................................3

3.3.4轴段1和轴段7.....................................................................................4

3.4键连接设计...................................................4

4.轴的受力分析...................................................4

4.1画轴的受力简图（图3b）.........................................................................4

4.2计算支承反力.................................................4

4.3画弯矩图（图3c、d、e）5

4.4画弯矩图（图3f）.................................................................................................5

5.校核轴的强度..................................................5

6.校核键连接的强度...............................................6

7.校核轴承寿命..................................................7

7.1计算当量动载荷...............................................7

7.2校核轴承寿命.................................................7

8.轴上其他零件设计...............................................8

8.1轴上键连接设计...............................................8

8.2轴承座设计...................................................8

8.3轴承端盖设计.................................................8

8.4轴端挡圈设计.................................................8

参考文献..........................................................8

1.选择轴的材料、热处理方式

因传递功率不大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，应选用常用材料45

纲，调质处理。

2•初步计算轴径

对于转轴，按扭转强度初算轴径。

式中d——轴的直径；

P——轴传递的功率，kW；

n---轴的转速，r/min;

C—由许用扭转剪应力确定的系数；

根据参考文献⑵表9.4查得。=118〜106,取C=118,由大作、也4可得:

所以

考虑键槽影响，应将轴径增大5%,即

按照GB2822-81的R10系列圆整，取d=25mm.

3.结构设计

3.1确定机体和轴的结构形式

箱体内无传动件，不需经常拆卸，箱体采用整体式。由轴的功能可知,

该轴应具有带轮、齿轮的安装段，两个轴承的安装段以及两个轴承对外的密

封段，共7段尺寸。由于没有轴向力的存在，且载荷、转速较低，应选用深

沟球轴承。由于传递功率小，转速不高，发热小，故轴承采用两端固定式。

由于轴转速较低，且两轴承间无传动件，所以采用脂润滑、毛毡圈密封。确

定轴的草图如图1所示：

图1确定轴的草图

3.2阶梯轴各轴段直径确实定

3.2.1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&=25/加。

3.2.2轴段2和轴段6

轴段2和轴段6确实定应考虑齿轮、带轮的轴向固定和密封圈的尺

寸。由参考文献⑵图9.8计算得到轴肩高度

故

由参考文献川表14.4取毡圈油封直径d=29〃;〃z,取轴径4

3.2.3轴段3和轴段5

轴段3和轴段5安装轴承，最终尺寸由轴承确定。标准直齿圆柱齿轮,

没有轴向力，但考虑到有较大的径向力，应选用深沟球轴承。

初算轴径4=d2+2/H7?=30〃〃〃+2nun=32〃〃〃

由参考文献［1］表12.1选轴承6307,外形尺寸d=35m?n,D=80mm,B=

21mm,安装尺寸da=44mm,Da=71mmo故确定轴径/=d5=d=35nun。

3.2.4轴段4

轴段的作用为轴承的轴向定位，故取d4=da=44mm。

3.3阶梯轴各轴段长度及跨距确实定

对二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

间跨距L一般L=(2〜3)d,d为轴承所在轴段的直径。而此轴的跨距是指轴

上支反力作用点间的距离，对于深沟球轴承，力作用点在轴承宽度中点。

3.3.1轴段4

由上述可知,1=(2-3)4=(2~3)X35mm=(70~105)〃〃〃

取L=101mmo那么轴段4的长度〃=L一B=

101mm—21mm=80mm

3.3.2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L=卜=8=21mm。

3.3.3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。由于箱体采用整

体式，应选择凸缘式轴承端盖(如图2所示)。取固定轴承端盖的螺栓的直径

为d3=6mm,那么e=1.2由=1.2x6nvn=1.2mm,取e=8mm。取m=1Smm，图2凸

缘式轴承端盖

箱体外部传动零件的定位轴肩到轴承端盖间的距离K取20mmo故轴段2和

轴段6的长度0=，6=e+m+K=8mm+18mm+2Qmm=46mm。

3.3.4轴段1和轴段7

由大作业4数据知，小齿轮宽度为55加加，为防止重复定位，取轴段1

的长度4=53〃〃〃。由大作业3数据知，小带轮轮毂长度为50加加，故取大带轮

轮毂长度也为50帆加，为防止重复定位，取轴段7的长度。=48〃〃〃。

3.4键连接设计

大带轮和小齿轮的周向连接均采用A型普通平键连接，由&=4=25〃〃〃，

初选普通平键尺寸为/"6=8〃〃%x7〃〃叫轴段1的键长为45〃?〃?，轴段7的键

长为40mmo

4.轴的受力分析

4.1画轴的受力简图(图3b)

4.2计算支承反力

转矩7=9.55x106x—=955x10x2.09。-42467N•nun□

n470

2x42467

小齿轮圆周力G=—=^=1788/V0

d/247.5

小齿轮径向力工=居tana=1788xtan20。'=650.8N。

由于是直齿轮，故小齿轮轴向力尸“=0。

由大作业3可知，大带轮压轴力Q=721.43N。

由前面计算可得，跨距k=y+Z2+-=(y+46+y)mm=83mm,

跨距22=L=101mm,跨距J=—+l+—=(—4-46+—)mm=80.5mm。

26222

水平面上，对右侧轴承列平衡方程得：

垂直面上，对左侧轴承列平衡方程得：

轴承1的总支承反力K=JW+蹴=，6106+3257.3°N=3314N

轴承2的总支承反力叫二J&+&,=V761.632+1469.327V=1654.97N

4.3画弯矩图（图3c、d、e）

水平面上，轴承1所受弯矩=工。=650.8x83N・〃?〃?=540I6.4N・〃〃〃

水平面上，轴承2所受弯矩=QLy=721.43x80.5/V•mm=58075.1A^•mm

垂直面上，轴承1所受弯矩最大My=£L,=1788x83N・〃"〃=148404N・〃7〃?

合成弯矩：

M+M

轴承1处：M=7IA-IV=154016.42+148404?N."刈=157928.84N•nun

22

轴承2处：M2==A/58075.1+0^•nvn=58075.IN•mm

4.4画弯矩图（图3f）

转矩T=9.55x106x—='55x10x2.09•〃〃〃=42467N•uvn。

n470

5.校核轴的强度

由弯矩转矩图可知，轴承1处为危险截面。由参考文献⑵表9.6可知:

抗弯剖面模量：W=^~二元乂3、二4209.24〃"/

3232

3

抗扭剖面模量：Wr=="35〃〃〃*=8418.49

1616

图3轴的受力图

弯曲应力：

扭剪应力：

对于调质45钢，由参考文献⑵表9.3查得巧,=650cr,,=300MPa,

。

r-1.=\55MPa

由参考文献⑵查得碳素钢等效系数匕=02匕=0.1

由参考文献［2］表9.11查得轴与滚动轴承配合应力系数=1.83,储.=1.63

由参考文献⑵表9.12查得绝对尺寸系数分=0.88,j=0.81

由参考文献⑵表9.9查得轴磨削时外表质量系数万=0.95

只考虑弯矩时的平安系数：

只考虑转矩时的平安系数：

平安系数：

校核通过。

6.校核键连接的强度

由参考文献⑵式4」：

式中：

%，——工作面的挤压应力，MP。；

刀----传递的转矩，N.，nm；

d---轴的直径，〃""；

/——键的工作长度，A型,l=L-b,L、力为键的公称长度和键宽；

k一一键与毂槽的接触高度，"犯攵二胆2；

［M,——许用挤压应力，MPa,由参考文献⑴表6.1,静连接，材料为钢，

有轻微冲击，［bp］=100~120MPa,取UOMpa。

轴段1上的键：

校核通过。

轴段7上的键：

校核通过

7.校核轴承寿命

轴承不受轴向力，只有径向力，旦&=弋＞Fr2=R2,所以只校核轴承1即

左轴承即可。

7.1计算当量动载荷

由参考文献⑵式10.2得：

式中：

P一一当量动载荷，N；

产小％——轴承的径向载荷和轴向载荷，/;,=/?.=33147V,0=0；

玄丫一一动载荷径向系数和动载荷轴向系数。

7.2校核轴承寿命

由参考文献⑵公式10.1c得：

式中：

Li()h——轴承的根本额定寿命，〃；

。——轴承的根本额定动载荷，由参考文献川表12.1,查轴承6307,

C=C=f33.•4kN9

£一一寿命指数，对于球轴承，£=3；

方一一温度系数，由参考文献⑵表10.1(),工作温度＜150C,A=i-o;

又一一载荷系数，由参考文献⑵表10.11,中等冲击，人=L2~L8,取

。=1.2;

由条件可知，五年两班，每年按250天计，那么轴预期寿命：

4=2x8x250x5=20000/?

因为4