哈工大机械设计教材轴
哈工大 机械设计 教材 第九章 轴
d=(0.8~1.2)D
各级低速轴的直径d可按同级齿轮传动中心a估算
d=(0.3~0.4)a
机电工程学院 张锋
《机械设计》第九章
9.3.3 按扭转强度计算
计算公式
或
当最小直径剖面上有一个键槽时增大5%，当有两个 键槽时增大10%，然后圆整为标准直径
σ max,τmax——尖峰载荷时轴的最大弯曲应力和扭转剪应力 S0 σ S0 σ——只考虑弯矩和只考虑转矩时的安全系数
机电工程学院 张锋
静强度安全系数条件:
2 2 S S 2.静强度的安全系数校核计算 0 0
S0
S0 S0
《机械设计》第九章
[ S0 ]
《机械设计》第九章
若强度不够：换材料、增大尺寸、热处理、修改结构 若强度富裕：想要减小尺寸时，要综合考虑刚度、结 构等要求 许用安全系数：
S 和[S0 ]
查P208表9.13
机电工程学院 张锋
《机械设计》第九章
应力集中系数： 影响因素： 圆角半径 键槽、孔
过盈配合
机电工程学院 张锋
《机械设计》第九章
表面质量系数： 影响因素：
表面强化处理
表面粗糙度
腐蚀情况
尺寸系数：
影响因素：
尺寸大小
材料性能
机电工程学院 张锋
《机械设计》第九章
《机械设计》第九章
第九章 轴
9.1 轴的概述
9.1.1 轴的分类
轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。
1 按照承受载荷的不同，轴可分为：
◆
心
轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。
◆
传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。 转 轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。
哈工大机械设计课程设计说明书二级展开式齿轮减速器_超超完美版(所有公式均用公式编辑器键入_修改方便)
哈工大机械设计课程设计说明书二级展开式齿轮减速器_超超完美版(所有公式均用公式编辑器键入_修改方便)目录一、传动方案的拟定 (2)二、电动机的选择及传动装置的运动、动力参数计算 (3)2.1选择电动机的结构形式 (3)2.2选择电动机的功率 (3)2.3确定电动机的转速 (4)2.4计算传动装置的总传动比并分配传动比 (4)2.4.1总传动比 (4)2.4.2分配传动比 (5)2.5计算传动装置各轴的运动和动力参数 (5)2.5.1各轴的转速 (5)2.5.2各轴的输入功率 (5)2.5.3各轴的输入转矩 (5)三.传动零件的设计计算 (6)3.1 选择材料、热处理方式及精度等级 (6)3.1.1 齿轮材料及热处理 (6)3.1.2根据所选齿数重新修订减速器运动学和动力学参数 (6)3.2 失效形式及设计准则确定 (7)3.3 高速级齿轮，初定齿轮传动及齿轮主要尺寸 (7)3.4 低速级齿轮，初定齿轮传动及齿轮主要尺寸 (11)四、轴的设计计算 (15)4.1高速轴的设计计算 (15)4.1.1已知参数 (15)4.1.2选择轴的材料 (15)4.1.3初算轴径 (15)4.1.4结构设计 (16)4.2中间轴的设计计算 (17)4.2.1已知参数 (17)4.2.2选择轴的材料 (18)4.2.3初算轴径 (18)4.2.4结构设计 (18)4.3输出轴的设计计算 (20)4.3.1已知参数 (20)4.3.2选择轴的材料 (20)4.3.3初算轴径 (20)4.3.4结构设计 (20)五、轴系部件校核计算 (22)5.1输入轴轴系部件的校核 (22)5.1.1轴的受力分析 (22)5.1.2轴的强度校核 (24)5.1.3键连接的强度校核 (24)5.1.4轴承寿命校核 (25)5.2中间轴轴系部件的校核 (26)5.2.1轴的受力分析 (26)5.2.2轴的强度校核 (28)5.2.3键连接的强度校核 (29)5.2.4轴承寿命校核 (29)5.3输出轴轴系部件的校核 (31)5.3.1轴的受力分析 (31)5.3.2轴的强度校核 (33)5.3.3键连接的强度校核 (33)5.3.4轴承寿命校核 (34)六、联轴器的选择 (35)6.1输入轴联轴器 (35)6.2输出轴联轴器 (35)七、润滑密封设计 (35)7.1啮合件（齿轮）的润滑设计 (35)7.2轴承润滑设计 (36)7.3密封方式确定 (36)八、减速器附件及其说明 (36)九、参考资料 (38)一、传动方案的拟定1.组成：传动装置由电机、减速器、工作机传送带组成。
哈工大机械设计课程(授课老师：赵小力)第13 14讲解读
深沟球轴承 62/500,内径 以及 22、28、32 尺寸系列代号与内径代号之 d=500mm 间用“/”号隔开 62/22,内径 d=22mm
500
4.内部结构代号
代号 C AC B
B
示例 角接触球轴承 公称接触角 15 角接触球轴承 公称接触角 25 角接触球轴承 公称接触角 40 圆锥滚子轴承 接触角加大 如 7210C 如 7210AC 如 7210B 32310B
对于不转动、低速或摆动的轴承，局部塑性变 形是其主要失效形式，因而主要是进行静强度 计算。 对于高速轴承，发热以至胶合是其主要失效形 式，因而除进行寿命计算外还应该校核极限转 速。
10.5 滚动轴承的寿命计算
一、基本概念与公式
疲劳寿命 在一定载荷作用运转的单个滚动轴承，出现疲劳点蚀前 所经历的总转数或在一定转速下所经历的小时数，称为 滚动轴承的疲劳寿命。
Q2
δ
Fr
Q2 Q1
Q1
Qmax
1.疲劳点蚀
内外圈或滚动体的某一点在工作过程中呈接触-脱离-再 接触-再脱离的重复变化，就引起了疲劳点蚀。 轴承在点蚀发生后引起噪声、振动、发热等，导致其不 能正常工作。
2.塑性变形（过大静载荷或冲击载荷）
较多出现在低速或摆动、不转动的轴承，因冲击 造成滚动体或滚道产生局部塑性变形或破裂，导 致振动、噪声、运转精度下降等现象。
尺寸类型代号,其中 宽度类型代号为0,窄系列,省略不写, 直径系列代号为2,轻系列
轴承类型为角接触球轴承
6308： 6─深沟球轴承，（0）3─中系列，08 ─内径d=40mm， 精度等 级为P0级，游隙组为C0组； N 105/P5： N─圆柱滚子轴承，（0）1─特轻系列，05─内径d=20mm，精 度等级为P5级，游隙组为C0组； 7─角接触球轴承，（0）2─轻系列，14─内径d=70mm，精度 7214AC/P4： 等级为P4级，游隙组为C0组，公称接触角α=15°； 31213： 3─圆锥滚子轴承，2─轻系列，13─内径d=65mm，1─正常宽度 (1不可省略)，精度等级为P0级，游隙组为C0组； 6103： 6─深沟球轴承，（0）1─特轻系列，03─内径d=17mm，精度等级为 P0级，游隙组为C0组；
哈工大机械设计大作业轴系部件设计完美版
（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 。
（5）计算
， ，
， ，
4、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
传递到轴系部压轴力
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。
图2
3.2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12 8GB/T 1096—1990。
4.4画转矩图……………………………………………………………6
五、校核轴的弯扭合成强度……………………………………………………8
六、轴的安全系数校核计算……………………………………………………9七、键的强度校核………………………………………………………………10
八、校核轴承寿命………………………………………………………………11
在水平面上：
在垂直平面上
轴承1的总支承反力
轴承2的总支承反力
4.3画弯矩图
竖直面上，II-II截面处弯矩最大， ；
水平面上，I-I截面处弯矩最大， ；
合成弯矩，I-I截面：
II-II截面： ；
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
哈工大机械设计-轴系部件设计
一、概述ﻩ11、任务来源ﻩ错误!未定义书签。
2、技术要求ﻩ错误!未定义书签。
二、结构参数设计ﻩ错误!未定义书签。
１、受力分析及轴尺寸设计ﻩ错误!未定义书签。
２、轴承选型设计、寿命计算..............................................错误!未定义书签。
3、轴承结构设计...................................................................错误!未定义书签。
三、精度设计ﻩ错误!未定义书签。
轴颈轴承配合ﻩ错误!未定义书签。
四、总结.........................................................................................错误!未定义书签。
Ｈａrbin Iｎstitｕtｅof Technｏｌogy课程设计说明书课程名称：机械设计ﻩ设计题目：轴系部件设计院系：航天学院自动化班级：ﻩ111０4１04 ﻩ设计者：学号: 11１0410４2０ﻩ指导教师:ﻩﻩ设计时间： 20１3年1２月1０日哈尔滨工业大学机械设计作业任务书一、概述1、任务来源:老师布置的大作业课题：轴系的组合结构设计。
2、题目技术要求：一钢制圆轴,装有两胶带轮A和B,两轮有相同的直径D=360mm，重量为P=1KＮ，A轮上胶带的张力是水平方向的，B轮胶带的张力是垂直方向的，它们的大小如图所示。
设圆轴的许用应力 []=8０ＭPａ,轴的转速n=9６0r／ｍin，带轮宽ｂ＝60mm，寿命为500０0小时。
设计要求：1.按强度条件求轴所需要的最小直径；２。
选择轴承的型号(按受力条件及寿命要求）；3.按双支点单向固定的方法，设计轴承与轴的组合装配结构，画出装配图（3号图纸）4。
从装配图中拆出轴，并画出轴的零件图(3号图纸）5．设计说明书１份二、结构参数设计1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。
哈工大机械设计本科教学大纲要点
《机械设计》课程教学大纲课程编号：T1080020课程名称：机械设计课程英文名称 : MACHINE DESIGN总学时：60 讲课学时：48 实验学时：12 上机学时：20学分：3.5课程类型：必修课开课单位：机电工程学院机械设计系授课对象：机电工程学院机械设计制造及其自动化专业能源科学与工程学院热能与动力工程专业其它有关专业先修课程：工程图学材料力学机械精度设计与检测技术机械工程材料金属工艺学机械原理开课时间：第五学期教材与主要参考书：1 陈铁鸣主编《机械设计》哈尔滨工业大学出版社 20062 王连明、宋宝玉主编《机械设计课程设计》哈尔滨工业大学出版社 2008一、课程的教学目的机械设计课程是一门用以培养学生机械设计能力的技术基础课，本课程主要研究一般工作条件和常用参数范围内的通用机械零部件的工作原理、结构特点、基本设计理论和设计计算方法，以及机械系统方案的设计与选择，其主要任务是培养学生：1、树立正确的设计思想，理论联系实际，具有创新精神；2、掌握设计或选用通用机械零部件的基本理论、基本知识和基本技能，了解机械设计的一般规律，具有设计机械传动装置和一般机械的能力；3、具有计算能力、绘图能力、运用计算机进行辅助设计的能力和运用标准、规范及查阅技术资料的能力。
4、掌握机械设计的实验原理和方法，具有进行实验研究的初步能力。
5、了解机械设计的新理论、新方法及发展趋向（了解机械设计的新发展）。
机械设计课程是高等工科院校中机械类专业一门主干课程，在教学过程中要综合运用先修课程中所学到的有关知识与技能，结合各种实践教学环节，进行机械工程技术人员所需的基本训练，为学生进一步学习有关专业课程和日后从事机械设计工作打下基础，因此在机械类专业的教学计划中占有重要地位和作用。
二、教学内容及基本要求本课程主要内容有机械设计的基本理论和基本知识、典型通用机械零部件的设计和机械传动系统方案选择。
（一）本课程的主要章节第一章绪论（讲课 1 学时）课程的研究对象与内容，课程的性质与任务，课程的特点与学习方法。
哈工大机械设计课程设计-轴系部件设计说明书-王策-1100800125
键连接的挤压应力计算公式
式中d——键连接处轴径，mm；
T——传递的转矩， ；
h——键的高度，mm；
l——键连接的计算长度， 。
联轴器处键连接的挤压应力
齿轮处键连接的挤压应力
取键、轴及带轮的材料为钢，由参考文献[1]表41查得 。
显然， ，故强度足够。
8、校核轴承寿命
8.1计算当量载荷系数
机械设计大作业五
说明书
课程名称：机械设计
设计题目：轴系部件设计
院 系：机电工程学院
班 级：1008104
设 计 者：王 策
学 号：**********
********
设计时间：2012 年11月16日
一、设计任务书1
二、设计过程2
1、选择轴的材料2
2、初算轴径 2
3、结构设计4
4、结构设计简图6
5、轴的受力分析7
由此，安全系数计算如下：
由参考文献[1] 附表9.13，查得许用安全系数 。
显然 ，故a—a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，取折合系数 ，当量应力为
已知轴的材料为45钢，调质处理，查得 。
显然， ，故轴的a—a剖面左侧强度满足要求。
t——键槽的深度，t=5mm。
同理，抗扭截面模量为
弯曲应力：
扭剪应力：
对于调质处理的45钢，由参考文献[1] 表9.3，查得 ，
。
键槽引起的应力集中系数，由参考文献[1] 附表9.11，查得 。
绝对尺寸系数，由参考文献[1] 附表9.12，查得 。
轴磨削加工时的表面质量系数，由参考文献[1] 附表9.8和表9.9，得 。
哈尔滨工业大学机械设计基础轴系部件设计
机械设计基础大作业计算说明书题目：朱自发学院：航天学院班号：1418201班姓名：朱自发日期：2016.12.05哈尔滨工业大学机械设计基础大作业任务书题目：轴系部件设计设计原始数据及要求：目录1.设计题目 (4)2.设计原始数据 (4)3.设计计算说明书 (5)3.1 轴的结构设计 (5)3.1.1 轴材料的选取 (5)3.1.2初步计算轴径 (5)3.1.3结构设计 (6)3.2 校核计算 (8)3.2.1轴的受力分析 (8)3.2.2校核轴的强度 (10)3.2.3校核键的强度 (11)3.2.4校核轴承的寿命 (11)4. 参考文献 (12)1.设计题目斜齿圆柱齿轮减速器轴系部件设计2.设计原始数据3.设计计算说明书3.1 轴的结构设计3.1.1 轴材料的选取大、小齿轮均选用45号钢，调制处理，采用软齿面，大小齿面硬度为241~286HBW，平均硬度264HBW；齿轮为8级精度。
因轴传递功率不大，对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用材料45钢，调质处理。
3.1.2初步计算轴径按照扭矩初算轴径：d≥=式中： d ——轴的直径，mm ； τ——轴剖面中最大扭转剪应力,MPa ； P ——轴传递的功率，kW ； n ——轴的转速，r /min ； []τ——许用扭转剪应力，MPa ；C ——由许用扭转剪应力确定的系数；根据参考文献查得106~97C =，取106C =故10635.0mm d ≥== 本方案中，轴颈上有一个键槽，应将轴径增大5%，即35(15%)36.75mm d ≥⨯+=取圆整，38d mm =。
3.1.3结构设计（1）轴承部件的支承结构形式减速器的机体采用剖分式结构。
轴承部件采用两端固定方式。
（2）轴承润滑方式螺旋角:12()arccos=162n m z z aβ+= 齿轮线速度：-338310175 2.37/6060cos 60cos16n m zn dnv m sπππβ⨯⨯⨯====因3/v m s <, 故轴承用油润滑。
哈工大机械设计教材第十章滚动轴承资料
高 8' ~16' 可代替推力球轴承承
受纯轴向载荷
机电工程学院 张锋
轴承名称 类型代号
结构简图
角接触 球轴承
7
《机械设计》第十章
承载方向
极限 允许偏 主要特性和应用 转速 转角
能同时承受径向、轴向 联合载荷，公称接触角 越大，轴向承载能力也
越大。公称接触角 有
较高 2' ~10' 15o、25o、40o三种，内
部结构代号分别为 C、 AC 和 B。通常成对使 用，可以分别装于两个 支点或同装于一个支 点上
机电工程学院 张锋
《机械设计》第十章
轴承名称 类型代号
结构简图
圆锥滚子 轴承 3
承载方向
极限 允许偏 主要特性和应用
转速 转角
能同时承受较大的径
低碳钢
Cr4Mo4V(M50)—高温
铜
Si3N4—特殊环境
夹布胶木
机电工程学院 张锋
材料
《机械设计》第十章
特点（与滑动轴承相比） 1) 摩擦系数小，f=0.001~0.004 2) 启动灵活 3) 润滑容易 4) 标准化、互换 5) 但抗冲击差，重载能力差，很难做成剖分式
2
机电工程学院 张锋
《机械设计》第十章
2 2
1
（
圈材代
位占位
形料号
）
）
状变
位
变化
）
化代
代号
号
精 游 配其 度 隙 置它 等组代 级代号 代号 号
机电工程学院 张锋
《机械设计》第十章
基本代号
哈工大-机械设计课程设计设计说明书
目录机械设计任务书··················································································································- 0 -一、传动方案的拟定........................................................................................................... - 1 -二、传动装置的运动和动力参数的计算........................................................................... - 1 -2.1 选择电动机............................................................................................................- 1 -2.2 分配传动装置的传动比........................................................................................- 2 -2.3 计算传动装置各轴的运动参数............................................................................- 3 -三、传动零件的设计计算[1]................................................................................................ - 4 -3.1 高速级斜齿圆柱齿轮传动设计 ...........................................................................- 4 -3.2 低速级直齿圆柱齿轮传动设计 ...........................................................................- 7 -四、输出轴的校核计算....................................................................................................... - 9 -4.1 输出轴的结构设计................................................................................................- 9 -4.2 输出轴的校核计算............................................................................................. - 10 -五、滚动轴承的选择及寿命校核..................................................................................... - 12 -六、键的选择及键连接的强度校核................................................................................. - 13 -6.1 选择普通圆头平键............................................................................................. - 13 -6.2 键连接的挤压强度校核[1].................................................................................. - 13 -七、联轴器的选择............................................................................................................. - 13 -7.1 输入轴联轴器的选择......................................................................................... - 13 -7.2 输出轴联轴器的选择......................................................................................... - 13 -八、齿轮和轴承的润滑方式设计..................................................................................... - 13 -8.1 齿轮润滑方式的设计......................................................................................... - 13 -8.2 轴承润滑方式的设计......................................................................................... - 13 -九、密封方式设计............................................................................................................. - 14 -十、减速器的附件及其说明............................................................................................. - 14 -10.1窥视孔盖和窥视孔............................................................................................ - 14 -10.2放油螺塞............................................................................................................ - 14 -10.3油标指示器........................................................................................................ - 14 -10.4通气孔................................................................................................................ - 14 -10.5定位销：............................................................................................................ - 14 -10.6启盖螺钉............................................................................................................ - 15 - 参考资料 ............................................................................................................................ - 15 -一、传动方案的拟定图-1 传动方案简图由于传递功率较小，因此采用结构简单、价格便宜、标准化程度较高的齿轮传动，以降低制造成本。
哈尔滨工业大学精密机械学基础课程设计报告：滚动轴承、轴系的组合结构设计
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y课程设计说明书（论文）课程名称：精密机械学基础设计题目：滚动轴承、轴系的组合结构设计院系：航天学院控制科学与工程系班级：0904102班设计者：呵呵呵学号：1090410200指导教师：蒋秀珍设计时间：2011年12月哈尔滨工业大学滚动轴承、轴系的组合结构设计1 设计任务一钢制圆轴，装有两胶带轮A 和B ，两轮有相同的直径360D mm =，重量为1P kN =，A 轮上胶带的张力是水平方向的，B 轮胶带的张力是垂直方向的，它们的大小如图 1所示。
设圆轴的许用应力[]80Mpa σ=，轴的转速960/min n r =，带轮宽52b mm =，寿命：5000小时。
设计要求：1) 按强度条件求轴所需要的最小直径； 2) 选择轴承的型号（按受力条件及寿命要求）；3) 按双支点单向固定的方法，设计轴承与轴的组合装配结构，画出装配图（3号图纸）；4) 从装配图中拆出轴并画出轴的零件图（3号图纸）。
图 1设计内容如下：轴的受力分析；强度条件、最小直径的确定；支承的选择和寿命校核；轴上零件的定位和固定；联接；键的选择；密封和调整；2 计算说明书2.1 按强度条件确定轴的直径① 绘出轴的受力图（图 1）。
如图所示坐标系下，轴在三个方向上受力分别为 0x F =20.5 2.5y F kN =--=-20.5 2.5z F kN =--=-② 作水平平面内的弯矩图（图 2）。
在水平面内有0zF=∑Az Cz Dz F F F =+对A 点取矩0A M =∑，有0Cz Dz F AC F AD -⋅-⋅=解得， 4.17 1.67Cz Dz F kN F kN ==-，。
求距A 端x 处截面1-1上的内力，取E F 向下，E M 逆时针，则0,0,0,0,0z AzE E AzEE AzF F F F F M MF x x AC ⎫=-+==⎪⎬=-=≤≤⎪⎭∑∑解得， 2.5, 2.5E E F kN M x ==。
哈工大机械设计大作业-轴系部件-5.1.3
哈工大机械设计大作业-轴系部件-5.1.3一、设计题目设计带式运输机中的齿轮传动：带式运输机的传动方案如下图所示，机器运行平稳、单向回转、成批生产，其他数据参见下方表格。
方案电动机工作功率P d/kW电动机满载转速n m/(r/min)工作机的转速n w/(r/min)第一级传动比i1轴承座中心高H/mm最短工作年限工作环境5.1. 3 3 960 110 2 180 5年室外、2班有尘二、选择齿轮材料、热处理方式、精度等级考虑到带式运输机为一般机械，且仅有一级齿轮减速传动，故大、小齿轮均选用40Cr合金钢，调质处理，采用软齿面。
大小齿面硬度为241~286HBW，平均硬度264HBW。
由要求，该齿轮传动按8级精度设计。
三、初步计算传动主要尺寸本装置的齿轮传动为采用软齿面开式传动，齿面磨损是其主要失效形式。
其设计准则按齿根疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数增大10%~15%。
齿根弯曲疲劳强度设计公式;m≥√2KT1ϕd z12∙Y F Y s YεF3式中Y F——齿形系数，反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力σF的影响。
Y s——应力修正系数，用以考虑齿根过度圆角处的应力集中和除弯曲应力以外的其它应力对齿根应力的影响。
Yε——重合度系数，是将全部载荷作用于齿顶时的齿根应力折算为载荷作用于单对齿啮合区上界点时的齿根应力系数。
[σ]F——许用齿根弯曲应力。
1.小齿轮传递的转矩T1=9.55×106×P1 1p1=η1η2P d根据参考文献[2]表9.1，取η1=0.96，η2= 0.97。
由此P1=η1η2P d=0.96×0.97×3=2.7936KWT1=9.55×106×P11=9.55×106×2.79369602=55581N∙mm2.齿数Z的初步确定为了避免根切，选小齿轮z1=17，设计要求中齿轮传动比i=n1n w =960/2110=4.3636，故z2=i×z1=4.3636×17=74.1818，取z2=75。
哈尔滨工业大学机械设计大作业5轴系部件5.1.1
哈尔滨工业大学机械设计大作业5轴系部件5.1.1Harbin Institute of Technology机械设计大作业说明书轴系部件设计课程名称：机械设计设计题目：轴系部件设计院系：能源科学与工程学院班级：1202101班设计者：滕令凯指导教师：***学号：**********设计时间：2014-12-02哈尔滨工业大学目录机械设计作业任务书................................................................ - 1 -1选择材料，确定许用应力..................................................... - 3 -2按扭转强度估算轴径............................................................. - 3 -3设计轴的结构......................................................................... - 4 -4轴的受力分析......................................................................... - 7 -4.1画轴的受力简图 ...................................................... - 7 -4.2计算支承反力 .......................................................... - 7 -4.3画弯矩图 .................................................................. - 8 -4.4画转矩图 .................................................................. - 9 -5校核轴的强度......................................................................... - 9 -6轴的安全系数校核计算....................................................... - 11 -7校核键连接的强度............................................................... - 13 -8校核轴承的寿命................................................................... - 14 -8.1计算当量动载荷 .................................................... - 14 -8.2校核寿命 ................................................................ - 14 -9轴上其他零件设计............................................................... - 15 -10轴承座结构设计................................................................. - 16 -11轴承端盖（透盖）............................................................. - 16 -12参考文献............................................................................. - 16 -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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
S0 ?
S0? ?S0? S02? ? S02?
S0?
? ?s ? max
?[
S0] S0? S0?
? ?s ? max
? ?s ?max
式中： [S]
σsτSs—0? —?
?0s——许用静强度安全系数 材?m料ax 的抗拉和抗剪屈服极限
σ max,τmax——尖峰载荷时轴的最大弯曲应力和扭转剪应力
B=A+2C
3.轴承在轴承座 孔中位置的确 定
Δ 值尽量小 减小支点距离
油润滑时 Δ= (3~8)mm
脂润滑时 Δ= (10~15)mm
4.轴的外伸长度的确定
(1)当轴端安装弹性套柱
销联轴器时
(2)当使用凸缘式轴承盖
时
K值由联轴器的型号确定
K值由连接 螺栓长度确定
(3)当轴承盖与轴端零件都
不需拆卸时,一般取
(5)弹性挡圈
(6)、紧定螺钉
2.轴上零件的周向固定
为了传递运动 和转矩,或因 某些需要 ,轴上零件还需有 周向固定（参考轴毂联接）
9.4.3 提高轴的强度的措施
1.合理布置轴上传动零件的位置
2.合理设计轴上零件的结构
3.减小应力 2）尽量避免开槽孔、切口或凹槽
一、轴的结构分析
轴的设计实例
轴的结构应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上 的零件应便于装拆和调整，轴应具有良好的制造工艺性等。下面通过一 具体轴系结构的改错加以说明。
轴的 动画 \轴的结构 改错1.swf 结构分析 1
轴的 结构 分析2
二、装配顺序演示 轴上装有多种零件时，各零件有其正确的装配顺序，下面通过一
具体实例来说明装配顺序。
装配 过程 演示
三、轴的设计实例 轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容，下面通过设
计一个圆锥─圆柱齿轮减速器的输出轴来说明一具体轴的设计内容。
轴的动画\轴设计例题 .swf设计实例
（2）轴和轴上零件应有正确而可靠的工作位置。 （ 定位固定要求 ） （3）提高轴的强度
以减速器的低速轴为例加以说明
9.4.1 制造安装要求
便于拆卸、便于 安装、便于制造
1做成阶梯轴
2应有倒角
3有越程槽
4有退刀槽
5键应靠近装入 端
6多个单键的布 置
9.4.2 固定要求
1.轴上零件的轴向固定 (1)轴肩固定
静应力状态下的许用弯曲应力
轴的计算
一般的转轴强度用这种方法验算。计算步骤如下： ① 轴的弯矩与扭矩分析
9.5.3 轴的安全系数校核计算
1.轴的疲劳强度安全系数的校核计算
危险剖面：指发生破坏可能性最S大? 的S剖? 面?S? ? [S]
危险剖面的可能位置：截面小、受力S大?2 ?、S应?2 力集中 .
3） 配合轴段上的卸载槽
轮毂上的卸载槽
4）
4.提高轴的表面质量 提高轴的疲劳强度 :表面强化—碾压、喷丸、表面淬火等
9.4.4 轴的结构设计 轴的径向尺寸确定
轴的轴向尺寸确定
1.箱体内壁位置的 确定
H=10~15mm
A=b+2H A应圆整
2.轴承座端面位 置的确定
C=δ+C1+C2+(5~10) mm δ--箱体壁厚 C1、C2--螺栓扳手 空间
对于阶梯轴，其当量直径
?? dm ?
dili li
二、扭转变形计算
等直径轴扭转角
? ? Tl rad
GJ p
阶梯轴
? ? ? 1
G
Tili rad J pi
三、轴的振动及振动稳定性的概念
◆ 轴是一弹性体，旋转时，会产生弯曲振动、扭转振动及纵向振动。 ◆ 当轴的振动频率与轴的自振频率相同时，就会产生共振。 ◆ 共振时轴的转速称为临界转速。 ◆ 临界转速可以有很多个，其中一阶临界转速下振动最为激烈，最为危险，
尺寸系数： 影响因素： 尺寸大小 材料性能
9.6 轴的刚度计算
设计时轴的刚度条件为
挠度 y ? [y ] 偏转角 ? ? [? ]
扭转角 ? ? ?? ?
一、弯曲变形计算
等直径轴的挠曲线近似微分方程
d2y dx2
?
M EJ
做一次积分得偏转角方程，做二次积分得挠曲线方程，
根据边界条件可得 θ、y
在计算截面上：弯曲应力 σb=M/W
强度条件（第三强度理论、）
扭转剪应力 τ=T/WT
当量应力 ? e ?
?
2 b
?
4(??
)2
?
[?
?1b ]
? ? ?根据转矩性质而定的折合系数
当对转于矩不脉变动的变转化矩时,?,???[[??[???11?bb1]]b
? 0.3 ] ? 0.6
[? 0b ]
[? ]?1b、[? 对]0于b、频[?繁]正?1反b 转---的--轴分,?别?为[[??对??11bb称]] ?循1 环、脉动循环及
b) 当转矩T按脉动循环变化时，扭转剪应力也为脉动循环，其循 环特征r=0（见图c）。 c) 当转矩T为对称循环时，扭转剪应力也为对称循环，其循 环特征r=-1（见图d）。
3、轴的一般失效形式 疲劳断裂 ：疲劳裂纹发展到一定程度后突然断裂。
9.1.3 轴的设计过程
轴的设计主要解决两个方面的问题 设计计算
? ? ? ? ? ψ σ ψτ——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
123
σaσm——弯曲应力的应力幅和平均应力 τaτm——扭转剪应力的应力幅和平均应力 [S] ——许用疲劳强度安全系数
弯曲应力的循环特性 : 对于一般转轴, 弯曲应力按对称循环变化, 故?
a
?
M W
,?
m
?
0;
轴的设计分三步进行 :
结构设计
（1）初定轴径 ;
（2）结构设计 : 画草图, 确定轴的各段尺寸 , 得到轴的 跨距和力的作用点 ;
（3）计算弯矩、弯曲应力及扭剪应力，进行校核计算。
已知 条件
选择 轴的 材料
初算 轴径
结构 设计
计算 弯矩 转矩
校核 计算
完善 设计
转轴设计程序框图
修改直径
9.2 轴的材料
轴的材料主要采用
碳素钢
合金钢
常用的优质碳素钢有
30、40、45、和50钢， 其中45钢应用最多
常用的合金钢有 20Cr、40Cr、 35SiMn 和35CrMo 等
碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性比较低，适用于一般要求的轴。 合金钢比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能，在传递大功率并要求减小 尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高温、低温和腐蚀条件下的轴常采用合 金钢。
3 轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴， 如航空发动机的主轴。
4 除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动 灵活地传到不宽敞地空间位置。
9.1.2 轴的受力、应力分析及失效形式 以减速器的输出轴为例来讨论转轴的受力、应力及失效形式
1、受力及应力分析
在AB之间的任意截面上，只有弯矩M，因 此只有弯曲应力
钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件，各种热处理和表面强化处理可以显著提高轴的 抗疲劳强度。
9.3 轴径的初步估算
通常估算轴的最小直径，作为结构设计的依据
9.3.1 类比法
参考同类已有机器的轴的结构和尺寸进行分析对比
9.3.2 经验公式计算
高速输入轴的直径d可按与其相联的电动机轴的直径D估算
d=(0.8~1.2) D
当轴不转动或载荷随轴一起转动时 , 弯曲应力可当作
脉动循环变化来考虑,即?
a
?
?
m
?
M。 2W
扭剪应力的循环特性 :
对一般单向转动的转轴通常当作脉动循环来考虑 ,
即? a
? ?m
?
T 2WT
;
当经常正反转时 , 则当作对称循环变化 ,
即? a
?
T WT
,?m
?
0
静强度安全系数条件 2: .静S0强?度S的S002??安??S全S0?系02? 数? [校S0核] 计算
轴肩圆角半径与轴上零件圆角半径的关系
轴肩圆角半径r ? 相配零件圆角半径R
轴肩高h ? R
轴肩圆角半径r ? 倒角C1 轴肩高h ? C1
(2)套筒固定 (3)圆螺母固定
(4)轴端挡圈
当采用套筒、螺母、轴端挡圈作轴向固定时，为使套 筒、螺母、轴端挡圈靠紧零件端面，设计时应使装零 件的轴段长度比零件轮毂长度略短一些
一般通用机械中的轴很少发生共振。若发生共振，多为弯曲共振。
一阶临界转速
nc1
?
60 ? 2?
c
?
30
?
k ? 30
m?
g y0
g为重力加速度 y0为轴在圆盘处的静挠度
◆ 刚性轴：工作转速低于一阶临界转速的轴； ◆ 挠性轴：工作转速超过一阶临界转速的轴；
一般情况下，应使轴的工作转速 n<0.85nc1，或 1.5 nc1<n<0.85 nc2。满足上述条件的轴就是具有了 弯曲振动的稳定性。
各级低速轴的直径d可按同级齿轮传动中心a估算
d=(0.3~0.4) a
9.3.3 按扭转强度计算
计算公式
或
当最小直径剖面上有一个键槽时增大 5%，当有两个 键槽时增大 10%，然后圆整为标准直径
9.4 轴的结构设计
轴的结构设计的主要要求是： （1）轴应便于加工，轴上零件应便于装拆。 （制造安装要求）
S0 σ S0 σ——只考虑弯矩和只考虑转矩时的 安全系数
若强度不够：换材料、增大尺寸、热处理、修改结构
若强度富裕：想要减小尺寸时，要综合考虑刚度、结 构等要求