1、1Harbin 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： xx 学院 班 级： 10081xx 班 设 计 者： xxxxx 学 号： 1100800xxx 指导教师： 敖宏瑞 设计时间： 2012 年 11 月 30 日 哈尔滨工业大学1机械设计作业任务书题目:设计带式运输机中的 V 带传动传动方案如图 1 所示：图 3-1 带式运输机运动方案简图原始数据如下：机器工作平稳，单向回转，成批生产方案 KWPd/(/min)r(/in)wr1轴承座中心高 mH/最短工作年限工作环境5.1.4 2.2 940 802.1
2、1605 年 2班室内清洁11 选择材料，确定许用应力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。2 按扭转强度估算轴径对于转轴，按扭转强度初算直径： 3mindPC其中 2P轴传递的功率， 2.0962.1PkWmn轴的转速，r/minC由许用扭转剪应力确定的系数。查表 10.2 得 C=106118，考虑轴端弯矩比转矩小，取 C=106。 33min2.1d067.54Pm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 ，按标准 GB2822-81 的 10R圆整后取mind.5
3、8.k。125d3 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 轴段 轴段 轴段 轴段 轴段 轴段3L2L1L13.1 阶梯轴各部分直径的确定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， 。1725dm2) 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寸。由参考文献1 图 10.7 计算得到轴肩高度(0.7.1)(0.7.1)25(.7.):hd262583
4、0dhm轴颈圆周速度 = 4m/smaxv30147.6/6nr s由参考文献2表 14.4，毛毡圈油封的轴径 d=29mm，所以 。269d3) 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。根据 GB/T 2761994，初选轴承 6207，外形尺寸 d=35mm，D=72mm ，B=17mm，轴件安装尺寸。因为轴承的 值小于 ，所以选用脂润滑。42admdn5(1.2)0/minr故取 。354) 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。42adm3.2 阶梯轴各轴段长度
5、及跨距的确定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 ，取 。则轴3(2)()5(70)dm:90L1段 4 长度 。490173lLBm2)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 。5l3)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， ，箱体外部传动零件的定位轴肩距轴承端盖的距离10em1，则轴段 6 长度4K102436lmeKm由于大带轮较大，设计成腹板式结构，故轴段 2 长度,26 6()12B
6、Ll l带 轮 宽 度 轮 毂 宽 度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，轴段 7 长度 。10lLm6lbm4 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 6611 2.19.509.50497PT Nmn齿轮圆周力 12413.560tTFd齿轮径向力 tan.tan20.7r N齿轮轴向力 0aF带轮压轴力1694.18QN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。102.在水平面上 1231 4.6
7、9.502.7514.7rHQLFR N21-1.7+.14.=8HrR在垂直平面上 31240.59tVFLN219.234.5tR轴承 1 的总支承反力 22211348.70.6.1HV N轴承 2 的总支承反力 222.94.390VR4.3 画弯矩图竖直面上，II-II 截面处弯矩最大， ；82.5IVMNm水平面上，I-I 截面处弯矩最大， ；74IHII-II 截面处的弯矩为 29.94 Nm合成弯矩，I-I 截面： 22.5IIHIVIHNmII-II 截面： 29.48.7IIHIVM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 画转矩图做用在轴上的转矩为大带
8、轮的输入转矩16611 2.19.509.50497PT Nmn转矩图如图 5.2 所示5 校核轴的强度I-I 截面既有弯矩又有转矩，且弯矩最大，为危险截面。II I1单位： mN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 22 22187.50.34914 0.6354857e bTMMPaPaW 式中：2-2 截面处弯矩， ；2 287.5NmT2-2 截面处转矩， ；491TW抗弯剖面模量，由参考文献1附表 9.6，Q竖直面弯矩图水平面弯矩图转矩图TtFr2VR2H1V1H1379045019774761IIII合成弯矩图152382152
9、382137995II I1；33350.1.4287.5Wdm抗扭剖面模量，由参考文献1附表 9.6，T；3335.2.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，由参考文献1表 10.4， 。b1 15bMPa因此，校核通过6 轴的安全系数校核计算弯曲应力： 287.50.4bMPaW,.,am扭剪应力： 2491587TPa.TamM由参考文献1式 9.4、9.5、9.6， 1304.92.6.28amSK11513.8.0.am2224.93.84.6.51SS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；、 材料对称循环的弯曲疲劳极限和扭转
10、疲劳极限，由参考文献1表119.3，45 号钢调质处理， ；1130,5MPaa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K、9.10、附表 9.11， ；2.6,.8K零件的绝对尺寸系数，由参考文献1附图、9.12， ；0.8,.1表面质量系数， ，由参考文献1附图 9.8、附表329.9， ；1.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， ；1.0,2.弯曲应力的应力幅和平均应力， ；ma、 20.4,0amMP扭转剪应力的应力幅和平均应力， ；、 5a许用疲劳强度安全系数，由参考文献1表 10.5， ；S 8.1S校核通过。7 校核键连接的强度由参考
11、文献1式 4.1 ppkldT12式中： p工作面的挤压应力， ；MPa1T传递的转矩， ；mNd轴的直径， ；l键的工作长度， ，B 型， ， 为键的公称长度；lLk键与毂槽的接触高度， ；,/2kh1许用挤压应力， ，由参考文献1表 6.1，静连接，材料为钢，有pMPa轻微冲击， ,取 110Mpa。102p（1） 对于轴段 1 上的键；校核通过；495.10782p pTPaMPakld（2） 对于轴段 7 上的键; 校核通过。132.705p pkl8 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 212RFrr即左轴承即可。8.1 计算当量动载荷由参考文献1式 11
12、.2；2134.50234.5raPXFYN式中： P当量动载荷， N；2arF、轴承的径向载荷和轴向载荷， ；2234.5,0r aFRFYX、动载荷径向系数和动载荷轴向系数，由 。1YXera8.2 校核寿命由参考文献1式 10.1c 3661010.2570474.ThFfCL hnP 式中： h轴承的基本额定寿命，h；L轴承的预期寿命，5 年 2 班，每年按 300 天计，1；2830524hLhC轴承的基本额定动载荷，由参考文献2表 12.1，查轴承 6207，；.7rkN寿命指数，对于滚子轴承， ；3Tf温度系数，由参考文献1表 11.9，工作温度 ， ；150C0.1Tf载荷系数
13、，由参考文献1表 11.10，中等冲击， ，取F .28Ff；1.2f，校核通过。hL9 轴上其他零件设计1）轴上键连接的设计轴和大带轮和小齿轮的轴向连接均采用 B 型普通平键连接，为加工方便，两处键连接尺寸相同，根据轴的长度不同选择不同长度的键.根据参考文献2 表 11.28，选用 B 型普通平键，为 键 GB/T 1096-2003 和 GB/T 1096-20038bL 830bL2）密封用毛毡圈毛毡圈所在轴段的直径为 29mm，查参考文献2表 14.4，可得毛毡圈的尺寸参数。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=160mm，轴承座腹板壁厚
14、 ，筋厚 ，底座凸缘厚度 b=20mm。轴承10m10m座地脚螺栓直径 df=14mm 由参考文献2 表 4.2 查到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）由本次设计的特点，可选用嵌入式轴承盖，其中嵌入毛毡圈以密封。由参考文献3图 7.5 中的经验公式得到相关尺寸：，取 。58em8e1，取 132mm。235.Dd。02()/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。12 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 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，2009.3 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.图 5.3 轴承端盖
