哈工大机械设计大作业轴系设计5.1.2

Harbin Institute of Technology

大作业设计说明书

课程名称：机械设计

设计题目：轴系部件设计

设计时间：2017.12

哈尔滨工业大学

设计任务

原始数据如下：

有冲击，室内工作，机器成批生产

一．选择轴的材料、热处理方式

因传递功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，故选用45号钢，调制处理。

二.按扭转强度估算轴径

由大作业四P=3.84KW ，n =480r/min ，对于转轴，扭转强度初算轴径，查参考文献[1]表10.2得C =106~118，考虑轴端弯矩比转矩小，故取 C =106，则

mm n P c d 2.21480

84

.310633

min =⨯== 其中

P ——轴的传递功率 n ——轴的转速

C ——由许用扭转剪应力确定的系数

由于考虑到轴的最小直径处要安装大带轮或小齿轮有键槽存在，故将其扩大为1.05倍，得mm d 26.222.2105.11=⨯≥，按标准GB2822-81的R10圆整后取d=25mm 。

三．设计轴的结构

3.1确定机体和轴的结构形式

箱体内无传动件，不需经常拆卸，箱体采用整体式。由轴的功能可知，该轴应具有带轮、齿轮的安装段，两个轴承的安装段以及两个轴承对外的密封段，共7段尺寸。由于没有轴向力的存在，且载荷、转速较低，故选用深沟球轴承。由

于传递功率小，转速不高，发热小，故轴承采用两端固定式。由于轴转速较低，且两轴承间无传动件，所以采用脂润滑、毛毡圈密封。确定轴的草图如图1所示：

图1 确定轴的草图

3.1．阶梯轴各部分直径的确定

1) 轴段1和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，mm d d 2571==。 2) 轴段2和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[3]图10.9计算得到轴肩高度

mm h d d d )30~5.28(21162=⨯+==

由参考文献[3]表14.4取毡圈油封直径mm d 29=，取轴径mm d d 3062==。 3) 轴段3和5

轴段3和轴段5安装轴承，最终尺寸由轴承确定。标准直齿圆柱齿轮，没有轴向力，但考虑到有较大的径向力，故选用深沟球轴承。

初算轴径 mm mm mm mm d d 32230223=+=+=

由参考文献[3]表12.1选轴承6307，外形尺寸d =35mm ，D =80mm ，B =21mm ，安装尺寸d a =44mm ，D a =71mm 。故确定轴径 mm d d d 3553===。

mm mm d h )5.2~75.1(25)1.0~07.0()1.0~07.0(11=⨯==

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mm d 444=。

3.2阶梯轴各轴段长度及跨距的确定

1)轴段4

对二支点在同一轴承座内而支点间无传动件的情况，应首先确定两轴承间跨距L ，一般d L )3~2(=，d 为轴承所在轴段的直径。而此轴的跨距是指轴上支反力作用点间的距离，对于深沟球轴承，力作用点在轴承宽度中点。

由上述可知，mm mm d L )105~70(35)3~2()3~2(3=⨯==。 取mm L 91=，则轴段4的长度mm B L L 7021914=-=-=。 2)轴段3和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

mm B L L 2153===。

3)轴段2和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。由于箱体采用整体式，故选择凸缘式轴承端盖（如图2所示）。取固定轴承端盖的螺栓的直径为mm d 60=，则mm mm d e 2.762.12.13=⨯==，取

mm e 8=。取mm m 20=，箱体外部传动零件的定位轴肩到轴承端盖间的距离K 取20mm 。故轴段2和轴段6的长度

mm K m e L L 482020862=++=++==。

图2 凸缘式轴承盖 4) 轴段1和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 ,7长度

mm L mm L 604871==，。

四．轴的受力分析

4.1轴系部件受力分析

轴系部件上的转矩

mm N n P T ⋅=⨯⨯=⨯

⨯=764002

/96084.31055.91055.9611

61 小齿轮圆周力

N d T F t 1.299651

764002211=⨯==

小齿轮径向力

N N F F t r 5.109020tan 1.2996tan =︒⨯==α

由于是直齿轮，故小齿轮轴向力 0=a F 。 由大作业3可知，大带轮压轴力 N F Q 2.1497=。

4.2计算支反力

在水平面上

F Q (L

12+L 2+

L 32

)+F r (L 32+L 4+L 5+L 6+L 72)−R 2H (L

32+L 4+

L 5

2

)−F a ×d

2=0

R 1H +R 2H +F r +F Q =0

N R H 9.7181= N R H 8.18682=

在垂直平面上

F t (L 72+L 6+L 5+L 4+L 32)−R 2V (L 32+L 4+L 5

2

)=0

R 1V +R 2V +F t =0