2021年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: .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

5.1.2496010021803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. 确定轴承部件机体结构形式及关键尺寸 (2)

2. 确定轴轴向固定方法..................................................................................... 错误!未定义书签。

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

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

五、轴受力分析 (4)

1. 画轴受力简图 (4)

2. 计算支承反力 (4)

3. 画弯矩图 (5)

4. 画扭矩图 (5)

六、校核轴强度 (5)

七、校核键连接强度 (7)

八、校核轴承寿命 (8)

1. 计算轴承轴向力 (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、参考文件 (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 , 其它尺寸齿宽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、 选择轴材料

因传输功率不大, 且对质量及结构尺寸无特殊要求, 故选择常见材料45钢, 调质处理。

三、 初算轴径d min

对于转轴, 按扭转强度初算, 由参考文件[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 — 轴传输功率, kW;

n — 轴转速, r/min;

[τ] — 许用扭转应力, MPa;

C — 由许用扭转切应力确定系数。

查参考文件[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 带传动效率, 查参考文件[2]表9.1, V 带传动效率η1= 0.98;

η2 — 滚动轴承传动效率, 查参考文件[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 根据GB/T 2822—R a 10系列圆整, 初取d = 25mm 。

四、 结构设计

1. 确定轴承部件机体结构形式及关键尺寸

为方便轴承部件装拆, 轴承座机体采取剖分式结构, 取轴承座铸造壁厚为 δ = 8mm 。机体上轴承旁连接螺栓直径d 2 = 12mm, 装拆螺栓所需要扳手空间C 1 = 18mm, C 2 = 16mm, 故轴承座内壁至座孔外端面距离:

L = δ + C 1 + C 2 + (5~8) mm = 47~50mm

取L = 50mm 。

由此, 设计轴承部件结构如图2所表示。然后可按轴上零件安装次序, 从d min 处开始设计。

图2 轴结构草图（不带尺寸）

2. 确定轴轴向固定方法

因为轴跨距不大, 且传输功率中等, 齿轮减速器效率高、 发烧小, 轴不会太长, 故轴承部件固定方法可采取两端固定方法。

3. 选择滚动轴承类型, 并确定润滑、 密封方法

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, 故选择深沟球轴承。

轴承内圈直径约为25 mm量级, 依据参考文件[1], 其速度因数值:

dn=25×960=24000≪(1.5 ~ 2)×105mm∙r/min 其速度因数较小, 宜选择脂润滑。

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

因为轴径圆周速度小, 且工作环境有尘, 所以采取唇形圈密封。

4. 轴结构设计

(1) 大带轮与轴段1:

因为要求, 大带轮必需放置在轴端, 所以d min即为轴段1最小直径, d1= 25mm。大带轮一端经过轴肩固定, 另一端经过挡圈和螺栓固定, 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:

本方案采取深沟球轴承, 端盖宜采取凸缘式端盖, 密封方法采取毛毡圈密封。由参考文件[1]图10.9中公式, 可得到轴段2与轴段1之间轴肩高为:

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

由参考文件[2]表14.4, 选择轴径为∅30mm毛毡圈, 故轴段2直径:

d2 = 30 mm

同理, 轴段6直径为:

d6 = 30 mm

(3) 轴承与轴段3及轴段5:

由参考文件[1]图10.9中公式, 可得到轴段3与轴段2之间轴肩高为:

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

轴承采取深沟球轴承, 考虑轴承可能承受较大径向载荷, 选择窄系列、中载系列, 由参考文件[2]表12.1, 选择轴承型号6307, 所以:

d3 = d5 = 35 mm