哈工大机械设计大作业方案

HarbinInstituteofTechnology

机械设计大作业

蜕明书

谀计题目：轴系部件设计

院系：材料科学与工程学院

班级：

设计者：

学号：

指导教师：张峰

设计时间：9

目录

目录（）

任务书1

1选择轴的材料1

2初算轴径1

3结构设计1

4轴的受力分析4

5校核轴的强度5

6校核键连接的强度6

7校核轴承的寿命6

参考文献7

任务书

试设计齿轮减速器的输出部件。输出轴功率P=2.7kW,转速n=80r/min,

大齿轮齿数z2=81,齿轮模数m=3mm,齿宽B=80mm,小齿轮齿数z1=17,

中心距a=150mm,半联轴器轮毂宽L=70mm,载荷平稳，工作环境多尘，三

班工作制，使用3年，大批量生产。

设计要求

1.轴系部件装配图一张［样图见图7.1和图7.2)

2.设计说明书一份，包括输出轴、输出轴上的轴承及键的校核计算

1选择轴的材料

因传递功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，应选用常用材料45

钢，调质处理。%=65OMPa,瓦=360MPa。

2初算轴径

对于转轴，按扭转强度初算轴径，查表11.4得C=106〜118；考虑轴端弯矩

比转矩小，故取C=106,那么4讪=考虑键槽的

影响，34.26x1.03=35.29mm。

3结构设计

(1)轴承部件的结构形式

为了方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式机构。因传递的功率

小，齿轮减速器效率高、发热小，估计轴不会长，故轴承部件可采用两端固定

方式。

(2)联轴器及轴段1

轴段1的设计与联轴器的设计同时进行。

考虑本钱因素，选用凸缘联轴器。查表取七=1.5,那么计算传递转矩

77

7'=<"=1.5乂9.55'10葭$=483.5N〃7,查《机械设计课程设计加159,取GY5

弹性柱销联轴器，公称转矩为50()N-m,许用转速为8()00r/min,轴孔直径范围

30mm~42mm,考虑公五二35.29mm,取dl=38mm。轴孔长度为70mm,3型轴

孔，A型键,联轴器主动段的代号为GY538x60GB/T5843—2003。相应的,

di=38mm,h=68nun。

(3)密封圈与轴段2

在确定轴段2时，应考虑联轴器的固定及密封圈的尺寸两方面。

轴肩高左=(0.07~0.1)d=2.66~3.8,相应ch=43.32mm~45.6mm。轴段2的尺

寸最终由密封圈确定。查《机械设计课程设计》pl65,可选毡圈45FZ/T92023-

1991,直径为45mm,那么d2=45mm。

(4)轴承与轴段3及轴段7

考虑齿轮有轴向力，轴承类型选角接触球轴承。轴段3上安装轴承其尺寸

应既便于轴承的安装，又应符合轴承的内径系列。现暂取轴承型号为7210c，查

表轴承内径d=50mm,轴承外径D=90mm，宽度B=20mm,定位轴肩直径

da=57mm,故轴段3的直径d3=50mmo

通常同一根轴上的两个轴承取相同型号，故轴段7的直径d7=50mmt

(5)齿轮与轴段4

d4应略大于113,可取d『52mm,轴段4的长度14应比齿轮毂长略短，假设

毂长与齿宽相同，齿宽b=80mm,故取l『78mm

(6)轴段5与粕段6

齿轮右端轴肩高。一(0.07〜0.V)d-3.64〜5.2mm,那么ds=59.28-62.4mm,

取d5=62mm,轴环宽度为b=1.4h=L4(d5・d4)/2=1.4(62・52)/2=7mm,可取轴段5的

长度15=7mm

d6=da=57mm

(7)机体与轴段2,3,6的长度

轴段2,3,6的长度12,13,16除与轴上零件有关外，还与机体和轴承盖等零

件有关。

通常从齿轮端面开始来确定这些尺寸。为了防止转动齿轮与不动的机体相

碰，应在齿轮端面与机体间留有足够的间距H=15mm.该角接触球轴承的dn值

为dn=50x80=4000<1.6xl05(mm-rmin,),故采用脂润滑，考虑壳体铸造误差，

取△=12〃zm,轴承座联接螺栓的扳手空间的需要，轴承座应有足够的宽度

C=50mm,轴承端盖凸缘厚度e=10mm。为了在更换轴承等零部件时方便拆卸和

安装，联轴器轮毂端面与轴承盖应有间隙K=20mm,在确定齿轮、机体、轴承、

轴承盖及联轴器的相互位置后，12,13,16随之确定

进而，轴的支点及力点间的跨矩也随之确定下来。假设简化计算，取轴

承宽度的中间为支点。取齿轮齿宽中间为力作用点，那么可得跨矩

Li=93mm,L2=77mm,L3=77mm

(8)键联接

联轴器及齿轮与粕的周向联接均采用A型普通平键联接，分别为键

10x63GB1096-1990及键16x70GB/T1096-2003

完成的结构草图如下

4轴的受力分析

(1)螺旋角

中心距a=150mm

(2)求轴上传动件作用力

齿轮上的圆周力E=二=2x483.5x1()3=3899N

d2248

小心人1「Etana3899xtan20c一，

齿轮上的径向力F.=」----n=-=-----------=1448N

cos/?cos11.48°

齿轮上的轴向力丹=-tag=3899xtanll.480=791.842V

(3)画轴的受力简图(b)

(4)计算支承反力

在水平面上

在垂直面上

轴承1的总支反力

轴承2的总支反力

(1)画弯矩图(c,d,e)

在水平面上，a-a剖面右侧

a-a剖面左侧

在垂直面

合成弯矩，a-a剖面右侧

a-a剖面左侧

(2)画转矩图(f)

5校核轴的强度

a-a剖面右侧，因弯矩大，有转矩，还有键槽引起的应力集中，故a-a剖面

右侧为危险剖面。

由附表10」，抗弯剖面模量

对于一般用途的转轴，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Q=0.6,

那么当量弯矩为

由表11.5查得，对于调质处理的45钢，笫=650M&,[»』=60MPa,

计算弯曲应力强度

故轴的a-a剖面左侧的强度满足要求。

6校核键连接的强度

联轴器处键的挤压应力用,/MPa=—=八的6砂=im

〃dhl38x8x63

取键、轴及联轴器的材料均为钢，已查得[?]二1201^^2~1501\^&,。/,<。",

故强度足够。

齿轮处键的挤压应力心,/MPa=—=4"例00=51.2

「dhl54x10x70

取键、轴及齿轮的材料均为钢，已查得[%]=120Mpa~150Mpa,显然，

%<[?」，故强度足够。

7校核轴承的寿命

由表查得7210c轴承得Cr=328OON,Cor=268OON

(1)计算轴承的轴向力

内部轴向力的方向如图

内部轴向力的大小查表为s=0.4Fr=0.4Fr

Si及S2的方向如上图。

显然，S2+Fa>Si,因此轴有左移的趋势，但由轴承部件的结构图分析可知

轴承1将使轴保持平衡，故两轴承的轴向力分别为

比拟两轴承的受力，因Frl>Fr2及Fa]>Fa2,故只需校核轴承1

(2)计算当量动载荷

查表16-12&二生四二0.029,那么e=0.4

G26800

因为区=”71.68=066所以x=o.44,Y=1.4()

工12382.7

当量动载荷P=X±1+=0.44x2382.7+1.4x1571.68=3248.74N

(3)校核轴承寿命

力=1,fP=1-1

106T/eV10h(