1、Harbin Institute of Technology课程设计说明书课程名称： 机械设计 设计题目： 轴系部件设计 院 系： 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 郑德志 设计时间： 2014 年 11 月 哈尔滨工业大学目 录一、 选择轴的材料 1二、初算轴径 1三、轴承部件结构设计 23.1 轴向固定方式 23.2 选择滚动轴承类型 23.3 键连接设计 23.4 阶梯轴各部分直径确定33.5 阶梯轴各部段长度及跨距的确定 4四、轴的受力分析 54.1 画轴的受力简图 54.2 计算支反力 54.3 画弯矩图 64.4 画转矩图 6五、校核轴的弯扭合成强度8六、轴的安全系数校
2、核计算9七、键的强度校核10八、校核轴承寿命11九、轴上其他零件设计12十、轴承座结构设计12十一、轴承端盖（透盖）13参考文献 13一、 选择轴的材料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小型功率。因此轴所承受的扭矩不大。故选 45 号钢，并进行调质处理。二、 初算轴径对于转轴，按扭转强度初算直径：9.5510610.2=31式中 d轴的直径；P轴传递的功率，kW；n1轴的转速， r/min;许用扭转剪应力， MPa;C由许用扭转剪应力确定的系数；由大作业四知 =3.802所以： 36.99本方案中，轴颈上有一个键槽，应将轴径增大 5%，即36.99（ 1+5%）
3、=38.84按照 GB2822-2005 的 20 系列圆整，取 d=40 mm。aR根据 GB/T10961990，键的公称尺寸 ，轮毂上键槽的尺寸=128b=12mm， =3.3mm1t3、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力很小，选用深沟球轴承，因为齿轮的线速度小于 2m/s，齿轮
4、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 128GB/T 10961990。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， 。1=7=40（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圈的尺
5、寸。由参考文献1 图 10.9 计算得到轴肩高度=(0.070.1)=(0.070.1)40=2.842=6=1+2=40+2(2.84)=45.648由参考文献2表 14.4，唇形圈密封的轴径 ，所以取=45.密封圈代号为 B45628。2=6=45（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 6310，d=50mm，外形尺寸 D=110mm，B=27mm，轴件安装尺寸 。因为带式运输机为开=60式结构，所以采用脂润滑。 。3=5=50（4） 轴段 4轴段 4 在两轴承座之间，其功能
6、为定位固定轴承的轴肩，故取 45mad3.5 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=(23)3=(23)50=100150取 L=120mm。则轴段 4 长度 4=12027=93（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 3=5=27（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，m=15mm，箱体外部传动零件的定位轴=(12)螺 钉 =(12)6=612肩距轴承端盖的距离 ，
7、则轴段 6 长度15mK610540mle同时取 26l（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 。1=40 7=56（5）计算 123L、 、， ，1=882=1203=81.5， ，87.5m105L7.5mL4、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1=9.551061=9.551063.802960/2=75636齿轮圆周力=211=27563668 =2225齿轮径向力 =222520=809.83齿轮轴向力 0aFN带轮压轴力 =1459
8、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。=2188.5在水平面上：1=(1+2)32 =2188.5(88+120)809.8381.5120 =3243.392=1+=3243.39+2188.5+809.83=245.06在垂直平面上1=32=222581.5120 =1511.1462=(+1)=(2225+1511.146)=3736.146轴承 1 的总支承反力1=12+12=3243.392+1511.1462=3578.15轴承 2 的总支承反力2=22+22=(245.06)2+(3736.146)2=3744.1744.
9、3 画弯矩图竖直面上，II-II 截面处弯矩最大， ；=135725水平面上，I-I 截面处弯矩最大， ；I=172891.5合成弯矩， I-I 截面： I=172891.5II-II 截面： ；=144435.4竖直面上和水平面上的弯矩图，及合成弯矩图如图 5.4 所示4.4 画转矩图作用在轴上的转矩为大带轮的输入转矩1=9.551061=9.551063.802960/2=75636转矩图如图 5.4 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 9.3，有=(1)2+4(1)2=(172891.54287.5)2+4(0.
10、3756368575)2=40.671式中：1-1 截面处弯矩， ；1MI=172891.51-1 截面处转矩， ；T1=75636抗弯剖面模量，由参考文献1附表 9.6，W；33350.1.4287.5dm抗扭剖面模量，由参考文献1附表 9.6，T；33350.2.857TWdm根据转矩性质而定的折合系数，对于不变的转矩， ； 3.0对称循环的许用弯曲应力，轴材料为 45 钢进行调制处理，由参考文b1献 1表 9.3 查得 ，由表 9.6 查得 。=650 1=60因此，校核通过6 轴的安全系数校核计算弯曲应力：=I=172891.54287.5=40.32,=40.32=0扭剪应力：=1=
11、756368575=8.82=2=4.41安全系数：= 1+= 3001.8250.920.8440.32+0.20=3.151= 1+= 1551.6250.920.824.41+0.14.41=15.59= 2+2=3.15115.593.1512+15.592=3.089=1.51.8式中：只考虑弯矩时的安全系数；S只考虑转矩时的安全系数；S、 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19.3，45 号钢调质处理， ；1130,5MPaa键槽引起的有效应力集中系数，由参考文献1附表 9.10、附表K、9.11， ；625.,8.1零件的绝对尺寸系数，由参考文献1附图表 9
12、.12， ，、 =0.84；=0.82表面质量系数， ，由参考文献1 附表 9.8、附表=129.9， ；92.0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 9.5.3 节， ；1.0,2.弯曲应力的应力幅和平均应力， , ；ma、 =40.32=0扭转剪应力的应力幅和平均应力， ；、 =2=4.41许用疲劳强度安全系数，由参考文献1表 9.13， ；S 8.15S校核通过。7 校核键连接的强度由参考文献1式 41 ppkldT12式中：工作面的挤压应力， ；pMPa传递的转矩， ；1TmN轴的直径， ；d键的工作长度， ，A 型， ， 为键的公称长度和键宽；l mlL
13、b、键与毂槽的接触高度， ；k,/2kh许用挤压应力， ，由参考文献1表 4.1，静连接，材料为钢，有pMPa轻微冲击， ,取 110Mpa。102p轴段 1 上的键和轴段 7 上的键，由于轴的直径相同，键取相同的 b，h 值，l 都取 25mm，可以计算挤压应力：；校核通过；=21=27563672(258)25=101.7=1108 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 1 即右轴承即21可。8.1 计算当量动载荷由参考文献1式 10.2 =1+=3399.48式中：当量动载荷,N；P轴承的径向载荷和轴向载荷， ，1, 1=3399.48=0动载荷径向系数和动载荷
14、轴向系数，由 。YX、 ,1YXeFra8.2 校核寿命由参考文献1式 10.1c=106601()3= 10660480( 1334001.23399.48)3=19057.5式中：轴承的基本额定寿命，h；L轴承的预期寿命，三年三班，每年按 250 天计，；3825018hLh轴承的基本额定动载荷，由参考文献2表 12.1，查轴承 6307，C；.4rkN寿命指数，对于滚子轴承， ； 3温度系数，由参考文献1表 10.10，工作温度105， ；Tf 0.1Tf载荷系数，由参考文献1 表 11.11，轻微冲击， ，取 ； =1.21.8=1.2，校核通过。hL9 轴上其他零件设计1）轴上键连接
15、的设计轴和大带轮和小齿轮的轴向连接均采用 A 型普通平键连接，为加工方便，两处键连接尺寸相同，根据参考文献2 表 11.28，选用 A 型普通平键，为 键 GB/T 1096-2003825bL2）密封用毛毡圈毛毡圈所在轴段的直径为 30mm，查参考文献2表 14.4，可得毛毡圈的尺寸参数。3) 两侧轴端挡板该零件也属于标准件。查阅参考文献2，选用螺栓紧固轴端挡圈（GB/T 892-1986）， B 型，公称直径 32mm。10 轴承座结构设计本次设计中选用整体式轴承座。按照设计方案的要求，轴承座孔中心高H=180mm，轴承座腹板壁厚 ，筋厚 ，底座凸缘厚度 b=15mm。轴承10m10m座地
16、脚螺栓直径 df=16mm,轴承盖连接螺栓直径 d1=8mm。查看参考文献2图7.9，地脚螺栓的扳手空间 C1=22mm，C 2=20mm，沉头座直径 d2=32mm。11 轴承端盖（透盖）图 5.3 轴承端盖由本次设计的特点，可选用凸缘式轴承盖，其中嵌入毛毡圈以密封。由参考文献2图 7.5 中的经验公式得到相关尺寸：，取 。31.2.89.6edm10e（此处的 是螺栓直径，即设计轴承座时的 ）1dD=80mm, ，取 132mm。235.Dd。0()/106m根据轴、轴承座的设计，应取 。12m涉及到毛毡圈沟槽的尺寸，按照 参考文献2FZ/T 92010-1991 相关尺寸设计。三、参考文献1 王黎钦，陈铁鸣.机械设计.4 版. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.2 王连明，宋宝玉. 机械设计课程设计.3 版. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版，2007.3 张峰，宋宝玉. 机械设计课程设计指导书. 北京：高等教育出版社，2009.
