哈工大机械设计大作业5轴系部件5.1.4.docx

Harbin Institute of Technology
机械设计大作业说明书
大作业名称: 机械设计大作业
设计题目: 轴系部件设计
班 级: 120
设 计 者:
学 号: 112
指导教师: 张锋
设计时间: 2014、11、21
哈尔滨工业大学
设计任务书
题目:
设计带式传输机中得齿轮传动高速轴得轴系部件
设计原始数据:
带式传输机得传动方案如图所示,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得已知数据
方案
电动机工作功率Pd/kW
电动机满载转速nm/(r/min)
工作机得转速nw/(r/min)
第一级传动比i1
轴承座中心高H/mm
最短工作年限
工作环境
5、1、4
2、2
940
80
2、1
160
5年2班
室内
清洁
目 录
1、 选择轴得材料、热处理方式 1
2、 初步计算轴径 1
3、 结构设计 1
3、1确定机体与轴得结构形式 1
3、2 阶梯轴各轴段直径得确定 2
3、2、1 轴段1与轴段7 2
3、2、2 轴段2与轴段6 2
3、2、3 轴段3与轴段5 2
3、2、4 轴段4 3
3、3 阶梯轴各轴段长度及跨距得确定 3
3、3、1 轴段4 3
3、3、2 轴段3与轴段5 3
3、3、3 轴段2与轴段6 3
3、3、4 轴段1与轴段7 4
3、4 键连接设计 4
4、 轴得受力分析 4
4、1 画轴得受力简图(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、 校核轴得强度 5
6、 校核键连接得强度 7
7、 校核轴承寿命 8
7、1 计算当量动载荷 9
7、2 校核轴承寿命 9
8、 轴上其她零件设计 10
8、1轴上键连接设计 10
8、2 轴承座设计 10
8、3 轴承端盖设计 10
8、4 轴端挡圈设计 11
参考文献 11

1、 选择轴得材料、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,故选用常用材料45钢,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——轴得直径;
P——轴传递得功率,kW;
n——轴得转速,r/min;
C——由许用扭转剪应力确定得系数;
根据参考文献[2]表9、4查得C=118～106,取C=118,由大作业4可得:
所以
考虑键槽影响,应将轴径增大5%,即
按照得R10系列圆整,取d=25mm。
3、 结构设计
3、1确定机体与轴得结构形式
箱体内无传动件,不需经常拆卸,箱体采用整体式。由轴得功能可知,该轴应具有带轮、齿轮得安装段,两个轴承得安装段以及两个轴承对外得密封段,共7段尺寸。由于没有轴向力得存在,且载荷、转速较低,故选用深沟球轴承。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。确定轴得草图如图1所示:

图1 确定轴得草图
3、2 阶梯轴各轴段直径得确定
3、2、1 轴段1与轴段7
轴段1与轴段7分别安放大带轮与小齿轮,所以其长度由带轮与齿轮轮毂长度确定,而直径由初算得最小直径得到。所以。
3、2、2 轴段2与轴段6
轴段2与轴段6得确定应考虑齿轮、带轮得轴向固定与密封圈得尺寸。由参考文献[2]图9、8计算得到轴肩高度

故

由参考文献[1]表14、4取毡圈油封直径,取轴径。
3、2、3 轴段3与轴段5
轴段3与轴段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,但考虑到有较大得径向力,故选用深沟球轴承。
初算轴径
由参考文献[1]表12、1选轴承6307,外形尺寸d=35mm,D=80mm,B=21mm,安装尺寸da=44mm,Da=71mm。故确定轴径 。
3、2、4 轴段4
轴段得作用为轴承得轴向定位,故取d4=da=44mm。
3、3 阶梯轴各轴段长度及跨距得确定
对二支点在同一轴承座内而支点间无传动件得情况,应首先确定两轴承间跨距L,一般,d为轴承所在轴段得直径。而此轴得跨距就是指轴上支反力作用点间得距离,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,
取L=101mm。则轴段4得长度l4=L-B=101mm-21mm=80mm
3、3、2 轴段3与轴段5
轴段3与轴段5安装轴承,轴段长度与轴承内圈宽度相同,故l3=l5=B=21mm。
3、3、3 轴段2与轴段6
轴段2与轴段6得长度与轴承盖得选用及大带轮与小齿轮得定位轴肩得位置有关系。由于箱体采用整体式,故选择凸缘式轴承端盖(如图2所示)。取固定轴承端盖得螺栓得直径为,则,取。取, 图2 凸缘式轴承端盖
箱体外部传动零件得定位轴肩到轴承端盖间得距离K取20mm。故轴段2与轴段6得长度l2=l6=e+m+K=8mm+18mm+20mm=46mm。
3、3、4 轴段1与轴段7
由大作业4数据知,小齿轮宽度为55mm,为避免重复定位,取轴段1得长度。由大作业3数据知,小带轮轮毂长度为50mm,故取大带轮轮毂长度也为50mm,为避免重复定位,取轴段7得长度。
3、4 键连接设计
大带轮与小齿轮得周向连接均采用A型普通平键连接,由,初选普通平键尺寸为,轴段1得键长为45mm,轴段7得键长为40mm。
4、 轴得受力分析
4、1 画轴得受力简图(图3b)
4、2 计算支承反力
转矩。
小齿轮圆周力。
小齿轮径向力。
由于就是直齿轮,故小齿轮轴向力。
由大作业3可知,大带轮压轴力。
由前面计算可得,跨距L1=l12+l2+l32=（532+46+212）mm=83mm,跨距L2=L=101mm,跨距L3=l52+l6+l72=（212+46+482）mm=80.5mm。
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得总支承反力
轴承2得总支承反力
4、3画弯矩图(图3c、d、e)
水平面上,轴承1所受弯矩
水平面上,轴承2所受弯矩
垂直面上,轴承1所受弯矩最大
合成弯矩:
轴承1处:
轴承2处:
4、4画弯矩图(图3f)
转矩。
5、 校核轴得强度
由弯矩转矩图可知,轴承1处为危险截面。由参考文献[2]表9、6可知:
抗弯剖面模量:
抗扭剖面模量:

图3 轴得受力图
弯曲应力:
扭剪应力:
对于调质45钢,由参考文献[2]表9、3查得,,。
由参考文献[2]查得碳素钢等效系数
由参考文献[2]表9、11查得轴与滚动轴承配合应力系数,
由参考文献[2]表9、12查得绝对尺寸系数
由参考文献[2]表9、9查得轴磨削时表面质量系数
只考虑弯矩时得安全系数:

只考虑转矩时得安全系数:

安全系数:
校核通过。
6、 校核键连接得强度
由参考文献[2]式4、1:
式中:
——工作面得挤压应力,;
——传递得转矩,;
——轴得直径,;
——键得工作长度,,A型,,为键得公称长度与键宽;
——键与毂槽得接触高度,;
——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110Mpa。
轴段1上得键:
校核通过。
轴段7上得键:
校核通过
7、 校核轴承寿命
轴承不受轴向力,只有径向力,且,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[2]式10、2得:
式中:
——当量动载荷,;
——轴承得径向载荷与轴向载荷,;
——动载荷径向系数与动载荷轴向系数。
7、2 校核轴承寿命
由参考文献[2]公式10、1c得:

式中:
L10h——轴承得基本额定寿命,h;
——轴承得基本额定动载荷,由参考文献[1]表12、1,查轴承6307,;
——寿命指数,对于球轴承,;
——温度系数,由参考文献[2]表10、10,工作温度,;
——载荷系数,由参考文献[2]表10、11,中等冲击,,取;
由已知条件可知,五年两班,每年按250天计,则轴预期寿命:
因为,故校核通过。
8、 轴上其她零件设计
8、1轴上键连接设计
由前面计算可知,大带轮与小齿轮得周向连接均采用A型普通平键连接,由,查参考文献[1]表11、28,选取,轴段1得键长为45mm,轴段7得键长为40mm。
8、2 轴承座设计
本次设计中选用整体式轴承座。按照设计方案得要求,轴承座孔中心高H=160mm,轴承座孔得内径等于滚动轴承得外径80mm,轴承座孔长,轴承座腹板壁厚。
8、3 轴承端盖设计
箱内无传动件,故选用凸缘式轴承端盖,工作环境室内清洁,故用毛毡圈密封。
凸缘厚,旋入端长,旋入端外径为轴承外径,内径配合轴承安装尺寸取70mm,拔模斜度1:10。
凸缘外径,为螺栓直径M6,取110mm。
螺栓孔中心距。
毛毡圈所在轴段得直径为30mm,查参考文献[1]表14、4,可得毛毡圈梯形沟槽宽边长5、5mm,窄边长4mm,窄边直径43mm,宽边直径31mm。

图4 轴承端盖结构图
8、4 轴端挡圈设计
轴端挡圈直径32mm,内孔直径12mm,厚5mm。
参考文献
[1]王连明,宋宝玉主编、机械设计课程设计[M]、4版、哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2005、
[2]宋宝玉,王黎钦主编、机械设计[M]、北京:高等教育出版社,2010、
[3]马惠萍主编、互换性与测量技术基础案例教程[M]、北京:机械工业出版社,2014、8、