哈工大机械设计大作业

哈尔滨工业大学

机械设计作业设计计算说明书

题目: 轴系部件设计

系别: 英才学院

班号: 1436005

姓名: 刘璐

日期: 2016.11.12

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：

图1

表 1 带式运输机中V带传动的已知数据

方案d

P

（KW）

(/min)

m

n r(/min)

w

n r

1

i轴承座中

心高H（mm）

最短工作

年限L

工作

环境

5.1. 2 4 960 100 2 180 3年3班

室外

有尘

机器工作平稳、单向回转、成批生产

目录

一、带轮及齿轮数据 (1)

二、选择轴的材料 (1)

三、初算轴径d min (1)

四、结构设计 (2)

1. 确定轴承部件机体的结构形式及主要尺寸 (2)

2. 确定轴的轴向固定方式....................................... 错误!未定义书签。

3. 选择滚动轴承类型，并确定润滑、密封方式 .................. 错误!未定义书签。

4. 轴的结构设计................................................ 错误!未定义书签。

五、轴的受力分析 (4)

1. 画轴的受力简图 (4)

2. 计算支承反力 (4)

3. 画弯矩图 (5)

4. 画扭矩图 (5)

六、校核轴的强度 (5)

七、校核键连接的强度 (7)

八、校核轴承寿命 (8)

1. 计算轴承的轴向力 (8)

2. 计算当量动载荷 (8)

3. 校核轴承寿命 (8)

九、绘制轴系部件装配图（图纸） (9)

十、参考文献 (9)

一、带轮及齿轮数据

已知带传动输出轴功率 P = 3.84 kW ，转矩 T = 97333.33 N·mm ，转速 n = 480 r/min ，轴上压力Q = 705.23 N ，因为原本圆柱直齿轮的尺寸不满足强度校核，故修改齿轮尺寸为分度圆直径d 1 =96.000 mm ，其余尺寸齿宽b 1 = 35 mm ，螺旋角β = 0°，圆周力 F t = 2433.33 N ，径向力 F r = 885.66 N ，法向力 F n = 2589.50 N ，载荷变动小，单向转动。

二、选择轴的材料

因传递功率不大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用材料45钢，调质处理。

三、初算轴径d min

对于转轴，按扭转强度初算，由参考文献[1]式10.2估算最小直径

d ≥√9.55×106P n 0.2[τ]3

=C √P n 3 式中：P — 轴传递的功率，kW ；

n — 轴的转速，r/min ；

[τ] — 许用扭转应力，MPa ；

C — 由许用扭转切应力确定的系数。

查参考文献[1]表10.2，得对于45钢，C 取值范围126 ~ 103，取C = 118。

轴输入功率为

P =P d η1η2

式中：η1 — V 带传动的效率，查参考文献[2]表9.1，V 带传动效率η1= 0.98；

η2 — 滚动轴承传动效率，查参考文献[2]表9.1，一对滚动球轴承传动效率η2= 0.98。 故：

P =P d η1η2=4×0.98×0.98=3.8416 kW

轴转速为：

n =n m i 1=9602

=480 r/min 并考虑轴上有一个键槽，将轴径加大5%。于是初算轴径最小值得：

d ≥1.05×C √P n 3

=1.05×118×√3.84164803=24.78 mm 按照GB/T 2822—2005的R a 10系列圆整，初取d = 25mm 。

四、结构设计

1. 确定轴承部件机体的结构形式及主要尺寸

为方便轴承部件的装拆，轴承座的机体采用剖分式结构，取轴承座的铸造壁厚为δ = 8mm。机体上轴承旁连接螺栓直径d2 = 12mm，装拆螺栓所需要的扳手空间C1 = 18mm，C2 = 16mm，故轴承座内壁至座孔外端面距离：

L = δ + C1 + C2 + (5~8) mm = 47~50mm

取L = 50mm。

由此，设计的轴承部件的结构如图2所示。然后可按轴上零件的安装顺序，从d min处开始设计。

图2 轴的结构草图（不带尺寸）

2. 确定轴的轴向固定方式

由于轴跨距不大，且传递功率中等，齿轮减速器效率高、发热小，轴不会太长，故轴承部件的固定方式可采用两端固定的方式。

3. 选择滚动轴承类型，并确定润滑、密封方式

轴上所安装齿轮为直齿轮，不产生轴向载荷，且径向载荷较小、转速不高，故选用深沟球轴承。

轴承内圈直径约为25 mm量级，根据参考文献[1]，其速度因数值：

dn=25×960=24000≪(1.5 ~ 2)×105mm∙r/min

其速度因数较小，宜选用脂润滑。

密封段轴径约为30mm量级，其轴颈圆周速度为：

v=

πdn

1000×60

=

π∙30∙960

1000×60

=1.51 m/s<7 m/s

由于轴径圆周速度小，且工作环境有尘，所以采用唇形圈密封。

4. 轴的结构设计

(1) 大带轮与轴段1：

由于要求，大带轮必须放置在轴端，所以d min即为轴段1的最小直径，d1= 25mm。大带轮一端通过轴肩固定，另一端通过挡圈和螺栓固定，轴段1处放置大带轮处长度