1、哈尔滨工业大学大作业说明书1Harbin 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 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学大作业说明书2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的已知数据方案 电动机工作功率 Pd/kW电动机满载转速 nm/(r/min)工作机的转速 nw/(r/min)第一
2、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班室内清洁哈尔滨工业大学大作业说明书3目 录1. 选择轴的材料、热处理方式 .12. 初步计算轴径 .13. 结构设计 .13.1 确定机体和轴的结构形式 13.2 阶梯轴各轴段直径的确定 .23.2.1 轴段 1 和轴段 7.23.2.2 轴段 2 和轴段 6.23.2.3 轴段 3 和轴段 5.23.2.4 轴段 4.33.3 阶梯轴各轴段长度及跨距的确定 .33.3.1 轴段 4.33.3.2 轴段 3 和轴段 5.33.3.3 轴段 2 和轴段 6.33.3.4 轴段 1
3、 和轴段 7.43.4 键连接设计 .44. 轴的受力分析 .44.1 画轴的受力简图（图 3b） 44.2 计算支承反力 .44.3 画弯矩图（图 3c、 d、e ） .5哈尔滨工业大学大作业说明书44.4 画弯矩图（图 3f） 55. 校核轴的强度 .56. 校核键连接的强度 .77. 校核轴承寿命 .87.1 计算当量动载荷 .97.2 校核轴承寿命 .98. 轴上其他零件设计 .108.1 轴上键连接设计 108.2 轴承座设计 .108.3 轴承端盖设计 .108.4 轴端挡圈设计 .11参考文献 11哈尔滨工业大学大作业说明书11. 选择轴的材料、热处理方式因传递功率不大，且对质量
4、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。 3nPCd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2表 9.4 查得 C=118106，取 C=118，由大作业 4 可得：kWP09.2r/min47所以 nPCd4.1970.21833考虑键槽影响，应将轴径增大 5%，即 md3.2%)51(4.9按照 的 R10 系列圆整，取 d=25mm。GB2813. 结构设计哈尔滨工业大学大作业说明书23.1 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
5、。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，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 阶梯轴各轴段直径的确定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 。md25713.2.2 轴段 2 和轴段 6轴段 2 和轴段 6 的确定应考虑齿轮、带轮
6、的轴向固定和密封圈的尺寸。由参考文献2图 9.8 计算得到轴肩高度 mdh )5.27.1(25)1.07.()1.07.(1 故 hd )30.8()(5162由参考文献1表 14.4 取毡圈油封直径 ，取轴径 。md9md62哈尔滨工业大学大作业说明书33.2.3 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，故选用深沟球轴承。初算轴径 mmd323023 由参考文献1表 12.1 选轴承 6307，外形尺寸 ， ，=35=80，安装尺寸 ， 。故确定轴径 =21 =44=71。d35533.2.4 轴段 4轴
7、段的作用为轴承的轴向定位，故取 。4=443.3 阶梯轴各轴段长度及跨距的确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 ，d 为轴承所在轴段的直径。而此轴的跨距是)32(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， mdL)1057(35)2()3( 取 L=101mm。则轴段 4 的长度4=10121=803.3.2 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，故哈尔滨工业大学大作业说明书4。3=5=213.3.3 轴段 2 和轴段 6轴段 2 和轴段 6 的长度
8、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，故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 ，则md63，取 。取 ， 图 2 凸缘式轴承端盖mde2.76.12.3e818箱体外部传动零件的定位轴肩到轴承端盖间的距离 K 取 20mm。故轴段 2 和轴段 6 的长度 。2=6=+=8+18+20=463.3.4 轴段 1 和轴段 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的长度 。由大作业 3 数据知，小带轮轮毂长度为 50mm，故取大带ml531轮轮毂长度也为 50mm，为避免重复定位，取轴段 7 的长度
9、 。ml4873.4 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，初选普通平键尺寸为 ，轴段 1 的键长为md2571 mhb7845mm，轴段 7 的键长为 40mm。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 。mNnpT 42674709.215.9105.966小齿轮圆周力 。NdTFt 8.2/哈尔滨工业大学大作业说明书5小齿轮径向力 。NFtr 8.6502tan178an由于是直齿轮，故小齿轮轴向力 。F由大作业 3 可知，大带轮压轴力 。Q43.1由前面计算可得，跨距 ，1=12+2+32=（ 532+46+212） =8
10、3跨距 ，跨距 。2=1013=52+6+72=（ 212+46+482） =80.5水平面上，对右侧轴承列平衡方程得： 1231 650.83172.4380.561.rHFLQR N21(.72.4.6)=.rH垂直面上，对左侧轴承列平衡方程得： 127831469.0tVFLRN12(.)3257.tV轴承 1 的总支承反力 2221160.357.314HVRN轴承 2 的总支承反力 22965.974.3 画弯矩图（图 3c、 d、e ）水平面上，轴承 1 所受弯矩 11650.83401.HrMFLNmNm水平面上，轴承 2 所受弯矩 2374.587Q垂直面上，轴承 1 所受弯矩
11、最大 1Vt 合成弯矩：轴承 1 处： 222115406.840157928.4HVMNmNm轴承 2 处： 2271哈尔滨工业大学大作业说明书64.4 画弯矩图（图 3f）转矩 。mNnpT 42674709.215.9105.9665. 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2表 9.6 可知：抗弯剖面模量： 333 24.0925mdW抗扭剖面模量： 333 .8116T哈尔滨工业大学大作业说明书7图 3 轴的受力图弯曲应力： 157928.437.520bMPaMW37.520abm，扭剪应力： MPaWT04.549.816哈尔滨工业大学大作业说明书8MP
12、aTba 52.204.5对于调质 45 钢，由参考文献2表 9.3 查得 ， ，b60MPa301。 MPa15由参考文献2查得碳素钢等效系数 .2=.，由参考文献2表 9.11 查得轴与滚动轴承配合应力系数 ,83.1K63.1K由参考文献2表 9.12 查得绝对尺寸系数 0.8.，由参考文献2表 9.9 查得轴磨削时表面质量系数 95只考虑弯矩时的安全系数： 1303.98.84.6295amSK只考虑转矩时的安全系数： 1127.3.632.50.098amSK安全系数： 2223.7.3.951.3598SS校核通过。6. 校核键连接的强度由参考文献2式 4.1： ppkldT12哈
13、尔滨工业大学大作业说明书9式中： p工作面的挤压应力， MPa；1T传递的转矩， mN；d轴的直径， ；l键的工作长度， ，A 型， lLb， 、 为键的公称长度和键宽；k键与毂槽的接触高度， ,m/2kh；p许用挤压应力， MPa，由参考文献1表 6.1，静连接，材料为钢，有轻微冲击， ，取 110Mpa。102p轴段 1 上的键： MPadhlTklp 57.214576211 Pap10校核通过。轴段 7 上的键： MPadhlTklp 27.4254076277 Pap10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 121RFrr即左轴承即可。7.1 计
14、算当量动载荷由参考文献2式 10.2 得：11340314raPXFYNN哈尔滨工业大学大作业说明书10式中：P当量动载荷， N；轴承的径向载荷和轴向载荷， ；1arF、 11340r aFRNF，YX、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2公式 10.1c 得： 36 610110.402108.472thPfCL hn 式中：L10h轴承的基本额定寿命，h；C轴承的基本额定动载荷，由参考文献1 表 12.1，查轴承 6307，；3.4rkN寿命指数，对于球轴承， ；3Tf温度系数，由参考文献2 表 10.10，工作温度 ， ；150C0.1TfP载荷系数，由参考文
15、献2 表 10.11，中等冲击， ，取82.Pf；1.2f由已知条件可知，五年两班，每年按 250 天计，则轴预期寿命：285020hLh因为 ，故校核通过。hL8. 轴上其他零件设计8.1 轴上键连接设计由前面计算可知，大带轮和小齿轮的周向连接均采用 A 型普通平键连哈尔滨工业大学大作业说明书11接，由 ，查参考文献1表 11.28，选取 ，轴md2571 mhb78段 1 的键长为 45mm，轴段 7 的键长为 40mm。8.2 轴承座设计本次设计中选用整体式轴承座。按照设计方案的要求，轴承座孔中心高 H=160mm，轴承座孔的内径等于滚动轴承的外径 80mm，轴承座孔长，轴承座腹板壁厚
16、。518254CmBmm10m8.3 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 ，8em18m 80Dm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。23(5.)Dd2螺栓孔中心距 。02/(801)/295m毛毡圈所在轴段的直径为 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。哈尔滨工业大学大作业说明书12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.哈尔滨工业大学大作业说明书13
