哈工大机械设计大作业5轴系部件设计

HarbinInstituteofTechnology

机楸设计大作业

说明书

设计题目：轴系部件设计'方案三

院系：能既科学与工程学院

班级:1402401班

设计者：

学号：

指导教师：

设计时间：2023年11月26日

目录

机械设计大作业任务书-1-

1选择材料，确定许用应力・1-

2按扭转强度估算轴径■厂

3设计轴的结构・1・

4轴的受力分析・3・

4.1画轴的受力简图-3-

4.2计算支承反力・3・

4.3画弯矩图・3・

4.4画转矩图・4・

5校核轴的强度・4・

6轴的平安系数校核计算・5・

7校核键连接的强度・6・

8校核轴承的寿命-6-

8.1计算当量动载荷・7-

8.2校核寿命-7-

9轴上其他零件设计-7-

10轴承座结构设计-7-

11轴承端盖（透盖）・8・

参考文献-8-

哈尔滨工业大学

机械设计大作业任务书

题目轴系部件设计

设计者班号1402401班

设计原始数据:

电动机工电动机满工作机的轴承座中

第一级传最短工作

方案作功率载转速转速心高度工作环境

动比ii年限

P/kWnn/(r/min)nw/(r/min)H/mm

室外、有

5.1.3396011021805年2班

尘

传动方案如图5.1

图5.1

1选择材料，确定许用应力

通过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小型功率。区此轴

所承受的扭矩不大。应选45号钢，并进行调质处理。

2按扭转强度估算轴径

对于转轴，按扭转强度初算直径：dmin>

其中

P一一轴传递的功率，P=几动机=3*0.96=2.88如，

n——轴的转速，r/min

C——由许用扭转剪应力确定的系数。查表9.4得0103〜126,考虑轴端弯矩比转矩

小，取C=IO3。

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

dk=18.72x1.05=19.66/77/77,按参考文献［2］圆整后取4=25.0〃〃〃。

3设计轴的结构

由于本设计中的轴需要安装带轮、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，共分为七段。以下是轴段的草图：

轴段⑦轴段⑥轴段⑤轴段④轴段③轴段②轴段①

2），

轴八由参考文献⑴

表10.3ii并1寸型刊J归反

毛毡圈油封的轴径△=30〃〃〃，所以&=4,=30〃?〃？o

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。标准斜齿圆柱齿轮，有较大的径向力，但

考虑到有较小的轴向力，选用角接触球轴承。根据参考文献［2］表12.2得GB/T276—1994,

初选轴承7207C,外形尺寸d=35mm,D=72mm,B=17mm,a=15.7〃〃〃。因为轴承的威

值小于8000r/min,所以选用脂润滑。故取d3=d5=35mm。

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&=4=42"〃7?。

3.2阶梯轴各轴段长度及跨距确实定

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。

一般乙=（2~3）4=（2~3"35=（70~105）机〃？，取乙二100〃〃7?。那么轴段4长度

/4=L-5=100—17=83〃〃〃，取83mm。

2）轴段3和轴段5o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

§=k=B=17"〃〃0

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。选用凸缘式轴承端盖，取固定轴承端盖螺钉大径4二6"7小，那么凸缘厚

度e=1.24=1.2mm«7mm,m-2（）mm,箱体外部传动零件的定位轴肩距轴承端盖的

距离K=15mm,那么轴段6长度

由于大带轮较大，设计成腹板式结构，故轴段2长度

,,（带轮宽度-轮毂宽度）,B—L85_50__

----=42H--------=5n9.5mm,

h=4+-------------------------=4+22

4）轴段1和轴段7。轴段1和7分别安装大带轮和小齿轮,故轴段1长度，=乙=50mm,

轴段7长度Z7=40mm。

3.3键尺寸确实定

轴和大带轮和小齿轮为轴向连接均采用A型普通平键连接，根据参考文献⑵表11.27,

选用A型普通半键，大带轮键hx/?=8x7GB/T1096-2003,键长L=40mm。小齿轮键

Z?xL=8x7GB/T1096-2003键长L=30mm0

4轴的受力分析

4.1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5.2。

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

在水平面上

在垂直平面上

轴承1的总支承反力

轴承2的总支承反力

4.3画弯矩图

竖直面上，n-n截面处弯矩最大，M//v=1910X70.5=134655^-mm；

水平面上，U截面处弯矩最大，Mw=1148.8x93=106838.4^-mm：

II-II截面处的弯矩为A/11W=716.5x70.5+476.2x30=64800N•mm

合成弯矩，I-I截面：=Mul=106838.4/V-mm

II-II截面：=/%+呜=V1346552+648002=149435.64N•mm

竖直面上和水平面上的弯矩图，及合成弯矩图如图2所示

4.4画转矩图

作用在轴I:的转矩为大带轮的输入转矩

转矩图如图5.2所示

5校核轴的强度

ii-n截面既有弯矩又有转矩，且弯矩最大，为危险截面c

图5.2轴的受力简图、弯矩图、转矩图

按弯扭合成强度计算。根据参考文献［1］式10.3,有

式中：

M——2-2截面处泻矩，M］=134655N♦加〃？；

T一一2-2截面处转矩，7；=57300N•mm；

卬一一抗弯剖面模量，由参考文献⑴附表9.6,

W=0.Id；=0.1X353=4287.5〃病.

WT---抗扭剖面模量，日参考文献［1］附表9.6,

叫=0.2"；=0.2x35,=8575/W；

a——根据转矩性质而定的折合系数，对于不变的转矩，a=0.3；

口］*——对称循环的许用弯曲应力，由参考文献⑴表97［同”,=55〃/%。

因此，校核通过

6轴的平安系数校核计算

弯曲应力：

a=crh=31.41MPa，5“=0,

扭剪应力：

由参考文献［I］式9.4、9.5、96

式中：

兀一一只考虑弯矩时的平安系数；

5r一一只考虑转矩时的平安系数；

r_,一一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⑴表9.3,45号

钢调质处理，cr,=30()MPa，G=155Mp〃；

K。、KT——弯曲时和扭转时轴的有效应力集中系数，由参考文献［1］附表9.10、附表9/1,

K。=1.67,KT=1.42；

分、%——零件的绝对尺寸系数，由参考文献⑴附图9.12,%=0.88,j=0.81；

0——外表质量系数，B=B\A，由参考文献［1］附图9.8、附表9.9,4=0.92；

WQ一一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［11查

得，=0.2,=0.1；

0,n---弯曲应力的应力幅和平均应力，=31.41MPa,b,”二°；

Jrm---扭转剪应力的应力幅和平均应力，Ta=Tm=3.34MP。；

[S]一一许用疲劳强度平安系数，由参考文献[1]表9.13,冈=1.5~1.8；

校核通过。

7校核键连接的强度

由参考文献⑴式6.1

式中：

%——工作面的挤压应刀，MPa；

式一一传递的转矩，N-uim；

d---轴的直径，mm；

1——键的工作长度，〃皿，A型，l=L-h,L、〃为键的公称长度和键宽；

k——键与软槽的接触高度，〃75，4=〃/2：

[<T],一一许用挤压应力，MPa,由参考文献⑴表4.1,静连接，材料为钢，载荷稳定,

[cr]^=125-150MPci,取140Mpa。

(1)对于轴段1上的键

27；_2x57300

k740.9MP。W[b],=MOMPa；校核通过;

X

2-

(2)对于轴段7上的浪

。〃=%=2x573()0=595MPa<[司，=[40MPa;校核通过。

kld-x(30-8)x25〃

8校核轴承的寿命

轴承既受轴向力，又受径向力，且

Fr]=2067.757V,Fa]=831.8/V;Fr2=3270/V,Fa2=1308/V,所以只校核轴承2,即右轴承

即可G

8.1计算当量动载荷

由参考文献⑴式10.2

P=XF+

r2YFI2=1x3270+0x1308=3270N；

式中：

P一—当量动载荷，N；

工2、尸“2一一轴承的径向载荷和轴向载荷，Fr2=R2=3270M%=1308N；

X、Y——动载荷径向系数和动载荷轴向系数，由%We,X=l,y=00

8.2校核寿命

由参考文献⑴式10.1c

式中；

Lh——轴承的根本额定寿命，h：

Lh一一轴承的预期寿命，5年2班，每年按250天计，乙=2x8x250x5=20000/"

C一一轴承的根本额定动载荷，由参考文献⑵表12.1,查轴承7207,C=G=23.5ZN；

£一一寿命指数，对于球袖承，£=3；

于T——温度系数.由参考文献［I］表10.10,T作温度vio5c.4=1.0：

fp——载荷系数，由参考文献⑴表10.11,轻微冲击，取人=1；

4>Lh,校核未通过，可隔段时间更换轴承。

9轴上其他零件设计

1)两侧轴端挡板

该零件也属于标准件。查阅参考文献⑵表11.22,选用螺栓紧固轴端挡圈(GB/T

892-1986)>B型,公称直径32〃