1、- 1 -Harbin Institute of Technology机械设计大作业机械设计大作业题 目： 轴系部件设计 院 系： 能源科学与工程学院 班 级： 姓 名： 程明 学 号： 时 间： 2012.10.1810.26- 2 -轴系部件设计一、 设计题目原始数据如下：方案 Pd（KW） (/min)r(/in)wr1轴承座中心高H（ mm）最短工作年限 L 工作环境5.1.3 2.2 940 80 2.1 160 5 年 2 班 室内、清 洁图 1二、轴的材料选择因传递功率不大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，故需选用常用材料 45钢，调质处理。三、初算轴径 ，并根据相配联轴器的尺寸确
2、定轴径mind- 3 -和长度1d1L对于转轴，按扭转强度初算轴径，由参考文献1查表 10.2 得 C=118106,取 C =112，则dCnmip312P式中： 齿轮的传动效率1为小齿轮传递的功率，有大作业四可知 =2.82，P 1P由参考文献2，取 ，代入上式，得10.961.m0.96.2./ 47Cndinp33=2=8.7考虑有一个键槽的影响，取 m180519.6/di四、结构设计1.轴承部件的结构型式及主要尺寸为方便轴承部件的拆装，减速器的机体采用剖分式结构，取机体的铸造壁厚 ，机体上轴承旁连接螺栓直径 ，装拆螺栓所需的扳手空8m 12md间 ，故轴承座内壁至座孔外端面距离16
3、C,2，取 。(58)4750:L 50L2.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可采用两端固定方式。因此，所涉及的轴承部件的结构型式如图 2所示。然后，可按轴上零件的安装顺序，从 处开始设计。dmin3.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- 4 -，齿轮转动时飞溅的润滑油5147.621.9/2/6010dnv ms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清洁，脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用毡圈密封，并在轴上安置挡油板。4. 轴的结构设计本题中有 7 个轴段的阶梯轴，以外
4、伸轴颈 为基础，考虑轴上零件的受力d1情况，轴上零件的装拆与定位固定、与标准件孔径的配合、轴的表面结构及加工精度等要求，逐一确定其余各段的直径。轴的轴向尺寸要考虑轴上零件的位置、配合长度、支承结构情况、动静件的距离要求等要素，通常从与传动件相配的轴段开始。根据以上要求，确定各段轴的直径： = =20 ， = =25 ，d17md26m= =30 ， 略大于 ，取 =32 。d35md434根据轴承的类型和 ，初选深沟球轴承型号为 6206， =30 ， =62D， =16 。B小齿轮轮毂长 b=(1.21.5) =38.448 ，取 b=40 ，轴段的长度要k比相配齿轮轮毂长度略短， = .L
5、140-238轴承端盖部分，选用 M8 螺栓连接。所以轴承端盖基本尺寸为：取，m=10=1.28=9.6 。 ，D2= +（55.5） =102106 ，取e.2d3m6d3mD2=104 ，D0=0.5（D+ D2）=83 。考虑螺栓可能会与带轮、齿轮相碰影响安装，轴承端盖左边和右边分别留一间隙 ，故 = =m10L26。+e=9.6显然轴段和轴段宽度应与深沟球轴承宽度相等，即= = =16 。L35Bm轴间距应满足 =（23 ） =6090 ，所以轴段 宽度为 = -Ld3 L4=4474 ，取 =60 。4轴段处安装带轮，V 带轮毂长 b=49 ，轴段 的长度要比相配带轮轮m毂长度略短，
6、 = 。79-6由以上分析可得轴的各段宽度为： =38 ， =29.6 ， =16 ，L12mL3=60 ， =16 ， =29.6 ， =46 。L4m5 75. 键连接设计- 5 -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 10 8GB/T 10962003。五、轴的受力分析1. 画轴的结构设计简图根据上面几步对轴的结构尺寸分析计算，可以画出轴的结构设计草图如图2（a） 。2.画轴的受力简图根据材料力学知识，对轴的隔断进行受力分析，画出轴的受力简图如图2（b） 。3.计算支承反力根据 V 带设计数据可以得到 V 带出产生的压轴力 =562
7、.7N。FH2齿轮所受转矩为/Nmm=TP2.0913460.957齿轮圆周力为 ./N.880齿Fdt径向力为 /15.406.1rtantan2轴向力 0aF因而可得 =1115.8N， =406.1N。vF1H1对 B 点取距，在水平面： = +L4H23（ ）L可得 -6.157-.6+1/N -709.8 （ ） （ ）23H4在竖直面上： =v1v4可得 =F45.87.6L2轴承的总支承反力： H4/N-836.1097.2（ 09.）F222R4v根据水平面、竖直面内受力平衡可得： /+=（ ） 9.1FH324vv.（ ） 4- 6 -轴承的总支承反力： H3/N(1952.
8、)69.2（ -25.）FF2R3v4.画弯矩图根据受力情况可画轴上隔断的弯矩图如图 2（c）由轴的受力弯矩图可以看出轴承轴所在的轴段 aa 剖面处所受弯矩最大，最大弯矩为： /(Nm)23147.60.7681.9:MMaaHv2 225.画转矩图在轴的隔断上，齿轮的圆周力作用在齿轮外圈上，会对轴产生扭转作用，V 带处存在弯矩作用，两处弯矩相等。由于只有这两处产生弯矩，轴上弯矩在两处中间各处相等，其余部分不存在弯矩。所以可画出轴上弯矩图如图 2（d） 。六、校核轴的强度由参考文献1附表 10.4 查得，抗弯剖面模量为 0.1354287.W3 3.dm抗扭剖面模量： 0.5bt23 33T(
9、).2在 aa 剖面处：弯曲应力： 6781.95.7942MWbPaM.ab0m扭切应力： 463.95.2087TPaa 6TmM2对于调质处理的 45 钢。由参考文献1表 10.1 查得 ， b650MPa， ；由小注查得材料的等效系数 。-130MPa-15P.2.1,- 7 -绝对尺寸系数，由参考文献1 附图 10.1 查得 。0.81.4,轴磨削加工时的表面质量系数由参考文献1附图 10.2 查得 。92安全系数： 3014.6815.79.9284amSK-1 2.3.60.0.1am-14.8.31.82S22由参考文献1 表 10.5 查得许用安全系数S=1.31.5，显然
10、SS，故 aa 剖面安全。对于一般用途的转轴，也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 ，0.6则当量力 15.795.2016.9822eb4()24()MPa已知轴的材料为 45 钢，调质处理由表 10.1 查得 ，由表 10.4b查得 。60-1bMPa显然， ，故轴的 a-a 剖面左侧的强度满足要求。e-1b七、校核键连接强度齿轮处键连接的挤压应力 4630.951.828Tdhlp MPa()取键、轴及联轴器的材料都为钢，查得 。显然，2p0，故强度足够。pV 带处键连接的挤压应力 4630.9512.08Tdhlp MPa()- 8
11、-取键、轴及齿轮的材料都为钢，已查得 。显然，120p5MPa，故强度足够。p八、校核轴承寿命由参考文献2续表 12.2 查得 7210C 轴承得 , 。3280NC02681.计算当量动载荷由受力分析可知轴承的受力大于轴承，所以只需校核轴承的寿命即可对于深沟球轴承，主要承受径向力，X=1，Y=0 ，当量载荷为Pr 1952.+0.1952.r3aXFYN2.校核轴承寿命轴承在 100以下的室温工作，查表得 ,。载荷平稳，查表得 。1fT 1.f P轴承的寿命 9502784.hP11fCLh366T100n3已知使用 5 年，采用两班制，预期寿命 82h2h/显然， ，故轴承寿命满足要求。Lh/九、绘制轴系部件装配图（见二号图纸）- 9 -九、绘制轴系部件装配图（见二号图纸）参考文献1王黎钦，陈铁鸣.机械设计.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.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.3张锋，宋宝玉.机械设计大作业指导书.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2009.
