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:

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

1i

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d1=96.000 mm，其余尺寸齿宽b1= 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

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

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：

轴转速为：

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：

按照GB/T 2822—2005的R a10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：

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：

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l10 = 50mm，为避免发生干涉，轴段长度比大带轮宽度短1~3mm，故取：

l1 = 48mm

(2) 密封圈与轴段2、轴段6：

本方案采用深沟球轴承，端盖宜采用凸缘式端盖，密封方式采用毛毡圈密封。由参考文献[1]图10.9中公式，可得到轴段2与轴段1之间的轴肩高为：

h1 = (0.07~0.1)d1 = (0.07~0.1)×25 = 1.75～2.5 mm

由参考文献[2]表14.4，选择轴径为30mm的毛毡圈，故轴段2的直径：

d2 = 30 mm

同理，轴段6的直径为：

d6 = 30 mm

(3) 轴承与轴段3及轴段5：

由参考文献[1]图10.9中公式，可得到轴段3与轴段2之间的轴肩高为：

h2 = (0.07~0.1)d2 = (0.07~0.1)×30 = 2.1～3 mm

轴承采用深沟球轴承，考虑轴承可能承受较大径向载荷，选取窄系列、中载系列，由参考文献[2]表12.1，选用轴承型号6307，因此：

d3 = d5 = 35 mm

l3 = l5 = 21 mm

(4) 轴段4：

轴段4与轴段3和轴段5形成的轴肩对两个轴承其轴向固定作用。查参考文献[2]表12.1，得6307轴承的安装尺寸为d a = 44 mm。

故轴段4轴径为

d4 = 44 mm

(5) 小齿轮与轴段7：

根据最小轴径，取d7 = 25mm。与大带轮处相同小齿轮一端通过轴肩固定，另一端通过挡圈和螺栓固定，轴段7处放置小齿轮宽度l70= 35mm，为避免发生干涉，轴段长度比大带轮宽度短1~3mm，故取：

l7 = 33mm

(7) 机体与轴段2、4、6的长度：

对于二支点在同一轴承座内而支点间无传动件的情况，应首先确定两轴承跨距L，由参考文献[3]，一般取L= (2 ~ 3)d，其中d为轴承所在轴段的直径，即d3和d5。

则跨距取值为