哈工大机械设计大作业轴系

HａrｂｉｎI n s t i tｕt e o fＴeｃh n o lｏｇy机械设计大作业说明书大作业名称：轴系设计设计题目: 5.1.5班级：１2０８105设计者:学号：指导教师: 张锋设计时间：２０14．12.03哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学机械设计作业任务书题目___轴系部件设计＿_＿_ 设计原始数据:方案电动机工作功率P/kＷ电动机满载转速nｍ/(r／miｎ)工作机的转速ｎw/(r/min）第一级传动比ｉ1轴承座中心高度H/mm最短工作年限工作环境5.1．５ 3 710 80 2 170 3年３班室内清洁目录一、选择轴的材料 (1)二、初算轴径 (1)三、轴承部件结构设计 (1)3.1轴向固定方式 (2)３.2选择滚动轴承类型 (2)3.3键连接设计 (2)３.4阶梯轴各部分直径确定 (2)3．5阶梯轴各部段长度及跨距的确定 (2)四、轴的受力分析 (3)4.１画轴的受力简图 (3)4.２计算支反力 (3)4.３画弯矩图 (3)4.4画转矩图 (5)五、校核轴的弯扭合成强度 (5)六、轴的安全系数校核计算………………………………………………６七、键的强度校核 (7)八、校核轴承寿命 (8)九、轴上其他零件设计 (9)十、轴承座结构设计 (9)十一、轴承端盖（透盖）.........................................................９参考文献 (10)一、选择轴的材料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。

二、初算轴径对于转轴,按扭转强度初算直径 3min m P d C n ≥ 式中:P ————轴传递的功率,KW ；m n ————轴的转速,r/mi ｎ;Ｃ————由许用扭转剪应力确定的系数，查各种机械设计教材或机械设计手册。

根据参考文献1表9.４查得Ｃ=118~106,取C=118,所以,mm n P C d 6.2335585.211833==≥ 本方案中,轴颈上有一个键槽,应将轴径增大５%，即ﻩﻩﻩﻩd ≥23.6×（1+5％)＝24.675mm按照ＧB ２８2２-2０05的a R ２0系列圆整，取d=２5ｍｍ。

根据GB/Ｔ10９6—2００３，键的公称尺寸78⨯=⨯h b ，轮毂上键槽的尺寸b=8m ｍ，mm t 2.0013.3+=三、轴承部件结构设计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:３.1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min d 处开始设计。

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,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，故滚动轴承采用毡圈密封，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 轴段⑦ 轴段⑥轴段⑤ 轴段④ 轴段③ 轴段② 轴段①L1 L2 L3 图1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—2０03。

3．４阶梯轴各部分直径的确定(1）d1和ｄ7的确定轴段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,125d mm = ,725d mm =(2)ｄ2和d6的确定轴段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9.16和表9.5计算得到轴肩高度(0.070.1)(0.070.1)25(1.75 2.5)h d mm ==⨯=()()2612252 1.75~2.528.5~30d d d h mm ==+⨯=+⨯=,取230d mm =由中华人民共和国纺织行业标准油封毡圈表一查得:毡圈代号为３0F Ｚ/T9２010-1991（３)d ３和ｄ5的确定轴段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G Ｂ/Ｔ 27６—19９４,初选轴承6３０7,外形尺寸d=35mm,D=80m ｍ,B=2１mm,轴件安装尺寸44a d mm =。

因为轴承的dn 值小于5(1.5~2)10/min mm r ⨯⋅，所以选用脂润滑。

故取3535d d mm ==。

(4)ｄ4的确定轴段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 ==。

3.5 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(23)(23)35(70105)L d mm ==⨯=,取100L mm =。

则轴段4长度41002179l L B mm =-=-=。

(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,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。

选用嵌入式轴承端盖,取轴承盖凸缘厚度10e mm =，15m 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610151540l 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()4022B L l l l mm --=+=+=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165l L mm ==，轴段7长度728l b mm ==,考虑到带轮的安装,令163l mm =,726l mm =。

四、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2。

４.2计算支承反力传递到轴系部件上的转矩mm N n P T .01.666973552.851055.91055.961161=⨯⨯=⨯⨯= 齿轮圆周力112276669.012433.9463t T F N N d ⨯=== 齿轮径向力tan 2433.94tan 20855.88r t F F N α==⨯=齿轮轴向力0a F N =带轮压轴力N Fz Q 646.137121.162sin 436.17322sin 436.17322cos 21=︒⨯⨯=⨯⨯==αβ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2057.47Q N =计算。

在水平面上214848.65+2057.47+855.88=-1935.30H H r R R Q F N=-++=-()()123122057.476340855.88214848.6540r H Q L L F L R N L ⨯+-⨯⨯+-⨯===()21(2433.941277.82)3711.76V t V R F R N =-+=-+=-在垂直平面上3122433.94211277.8240t V F L R N L ⋅⨯=== 轴承1的总支承反力15014.20R N === 轴承2的总支承反力24185.99R N ===４.３画弯矩图竖直面上，II-II 截面处弯矩最大,351112.74IIV t M F L N mm ==⋅; 水平面上，Ｉ-Ｉ截面处弯矩最大，1129620.61IH M QL N mm ==⋅；II-II 截面处的弯矩为317973.48IIH r M F L N mm ==⋅;合成弯矩，I-I 截面: 129620.61I IH M M N mm ===⋅ＩI －ＩI截面：54180.79II 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画转矩图作用在轴上的转矩:mm N T .01.666971=转矩图如图2所示（单位:N mm ⋅） I II五、轴的强度校核Ⅱ－Ⅱ截面为危险截面。

按弯扭合成强度计算。

根据参考文献[1],有[]2222211129620.610.376669.014431.28554209.248418.49e b T M T MPa MPa W W ασσ-⎛⎫⨯⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+=+⨯=≤= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭式中2M ——Ⅱ-Ⅱ截面处弯矩,2129620.61M N mm =⋅; T ——Ⅱ-Ⅱ截面处转矩,176669.01T N mm =⋅；W ——抗弯剖面模量,由参考文献[１]；335/324209.24W d mm ==π；T W ——抗扭剖面模量，由参考文献[1],335/168418.49T W d mm ==π;α——根据转矩性质而定的折合系数，对于不变的转矩,3.0=α；图2 Q R 1HR 1V R 2V R 2H F rF t 竖直面弯矩图水平面弯矩图合成弯矩图 转矩图 51112.74129620.6117973.48 54180.79129620.6176669.01I II[]b 1-σ——对称循环的许用弯曲应力，由参考文献[1］，[]155b MPa σ-=。

因此，校核通过六、轴的安全系数校核计算弯曲应力:2129620.6130.794209.24b M MPa W σ=== 30.79a b MPa σσ==扭剪应力:176669.019.118418.49T T T MPa W τ=== 9.11 4.55522Ta m MPa τττ==== 由参考文献[１]式9．４、9.5、9．6得:13009.391.9130.790.202.30.88a m S K σσσσσσψσβε-===⨯+⨯+⨯ 115535.891.58 4.5550.1 4.5552.30.81a mS K ττττττψτβε-===⨯+⨯+⨯[]9.08 1.5~1.8S S ===≥=式中： σS ——只考虑弯矩时的安全系数；τS ——只考虑转矩时的安全系数；1-σ、1-τ——材料对称循环的弯曲疲劳极限和扭转疲劳极限,由参考文献[1]表9．３,45号钢调质处理，11300,155MPa MPa στ--==；τσK K 、——弯曲时和扭转时轴的有效应力集中系数,由参考文献［1]表9.1０得 1.91, 1.58K K στ==τσεε、——零件的绝对尺寸系数，由参考文献［1］表９．１2得0.88,0.81στεε==;β——表面质量系数,12βββ=，由参考文献［1]表9.８,9.9，20.92β=，1 2.5β=;τσψψ、——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]，1.0,2.0==τσψψ;m a σσ、——弯曲应力的应力幅和平均应力,m a ττ、——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，由参考文献[1],[]8.1~5.1=S ; 所以,校核通过。