哈尔滨工业大学机械设计大作业5轴系部件

Harbin Institute of Technology机械设计大作业五设计人：学号：班号：指导老师：郑德志题目：轴系部件设计5.1.1 院系：能源学院时间：2014.12.02目录机械设计作业任务书 ..................................................................... - 1 -1选择材料，确定许用应力 .......................................................... - 2 -2按扭转强度估算轴径 .................................................................. - 2 -3设计轴的结构 .............................................................................. - 2 -4轴的受力分析 .............................................................................. - 4 -4.1画轴的受力简图 ................................................................. - 4 -4.2计算支承反力 ..................................................................... - 4 -4.3画弯矩图 ............................................................................. - 5 -4.4画转矩图 ............................................................................. - 6 -5校核轴的强度 .............................................................................. - 6 -6轴的安全系数校核计算 .............................................................. - 7 -7校核键连接的强度 ...................................................................... - 8 -8校核轴承的寿命 .......................................................................... - 9 -8.1计算当量动载荷 ................................................................. - 9 -8.2校核寿命 ........................................................................... - 10 -9轴上其他零件设计 .................................................................... - 10 -10轴承座结构设计 ...................................................................... - 10 -11轴承端盖（透盖） .................................................................. - 11 -12参考文献 .................................................................................. - 11 -哈尔滨工业大学机械设计大作业任务书题目 ___轴系部件设计___设计原始数据：传动方案如图5.1图5.11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：min d ≥ 其中P ——轴传递的功率，*3*0.96 2.88P P kw η===电动机n ——轴的转速，r/minC ——由许用扭转剪应力确定的系数。

查表9.4得C=106～118，考虑轴端弯矩比转矩小，取C=106。

min 10618.60d mm ≥== 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18.60 1.0519.53k d mm =⨯=，按参考文献[2]标准GB2822-1981的10R 圆整后取125.0d mm =。

3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⑦轴段⑥轴段⑤ 轴段④ 轴段③ 轴段②轴段①3L 2L 1L3.1 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，1725d d mm ==。

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寸。

由参考文献[1]表9.5计算得到轴肩高度(0.07~0.1)(0.07~0.1)25(1.75~2.5)h d mm ==⨯=()()2612252 1.75~2.528.5~30d d d h mm ==+⨯=+⨯=毛毡圈油封的轴径30d mm =，所以2630d d mm ==。

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。

根据参考文献[2]表12.1得GB/T 276—1994，初选轴承6307，外形尺寸d=35mm ，D=80mm ，B=21mm ，轴件安装尺寸44a d mm =。

因为轴承的dn 值小于9000/min r ，所以选用脂润滑。

故取3535d d mm ==。

4) 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444a d d mm ==。

3.2 阶梯轴各轴段长度及跨距的确定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3(2~3)(2~3)35(70~105)L d m m ==⨯=，取100L mm =。

则轴段4长度41002179l L B m m=-=-=,取79mm 。

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3521l l B mm ===。

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。

选用凸缘式轴承端盖，取固定轴承端盖螺钉大径36d mm =,则凸缘厚度31.27.27mm e d mm ==≈，20m mm =，箱体外部传动零件的定位轴肩距轴承端盖的距离15K mm =，则轴段6长度62071542l m e K mm =++=++=由于大带轮较大，设计成腹板式结构，故轴段2长度266()652304249.5222B L l l l mm---⨯=+=+=+=带轮宽度轮毂宽度mm 5.44l 2=。

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150l L mm ==，轴段7长度720l mm =。

3.3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清洁，脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用唇形密封，由于是悬臂布置所以不用轴上安置挡油板。

3.4键尺寸的确定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，根据参考文献[2] 表11.27，选用A 型普通平键，大带轮键87b h ⨯=⨯ GB/T 1096-2003，键长L=40mm 。

小齿轮键 78⨯=⨯h b ，GB/T 1096-2003键长L=14mm 。

4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66111 2.889.55109.551051570960/1.8P T N mm n =⨯⨯=⨯⨯=⋅ 齿轮圆周力112251570191054t T F N d ⨯=== 齿轮径向力tan 1910tan 20695.2r t F F N α==⨯=齿轮轴向力0a F N =带轮压轴力1047.8Q N =在水平面上31122549.521/28522l l L l mm =++=++= 3524217910022l lL l mm =++=+=573621/2421062.522l lL l mm =++=++=()()123121047.885100695.262.51503.93100r H Q L L F L R N L ⨯+-⨯⨯+-⨯===211503.93+1047.8+695.2=239.07H H r R R Q F N =-++=-在垂直平面上312191062.51193.75100t V F L R N L ⋅⨯=== ()21(19101193.75)3103.75V t V R F R N =-+=-+=-轴承1的总支承反力11920.12R N ===轴承2的总支承反力23112.94R N === 4.3画弯矩图竖直面上，II-II 截面处弯矩最大，191062.5119375IIV M N mm =⨯=⋅； 水平面上，I-I 截面处弯矩最大，1047.88589063IH M N mm =⨯=⋅；II-II 截面处的弯矩为695.262.543450H M N mm II =⨯=⋅ 合成弯矩，I-I 截面：89063I IH M M N mm ===⋅II-II截面：127037II M N mm ==⋅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轮的输入转矩66111 2.889.55109.551051570960/1.8P T N mm n =⨯⨯=⨯⨯=⋅ 转矩图如图5.2所示5校核轴的强度II-II 截面既有弯矩又有转矩，且弯矩最大，为危险截面。