轴系设计 说明书

机械设计大作业

计算说明书

轴系设计说明书

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设计者：

（部分内容有错，仅供参考）

设计题目：

已知数据：转速1/480/min m n n i r == P=3.65kw

T=72610.24 N ·mm

轴上小齿轮：

齿数Z1=17，模数5m =，齿宽b=17mm ，分度圆直径d=85mm ，压力角 20=α 圆周力1510/2

t a T

F N d =

= 径向力×tan 550r t F F N α== 法向力F n =F t ÷cos20=1607N 轴上大带轮：

压轴力：F Q =1481.68N=1490N

一、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号钢，调质处理。

二、初算轴径

对于转轴，按扭转强度初算轴径，由机械设计教材得C=106～118，考虑轴端弯矩比转矩小，故取C=106，则

考虑键槽的影响，取 ＝ ，取轴径为d=40mm 。

三、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，铸造机体采用剖分式结构，取机体的铸造壁厚δ=8mm ，机体上轴承旁连接螺栓直径 =12mm ，装拆螺栓所需要的扳手空间 =18mm ， =16mm ，故轴承座内壁到座孔外壁面距离L=δ+ + +5～8mm=47～50mm ，取L=50mm 。

2．确定轴的轴向固定方式

因为一级齿轮减速器输出轴的跨距不大，且工作温度变化不大，故轴的轴向固定采用两端固定方式。

3．选择滚动轴承类型，并确定其润滑与密封方式

因为没有轴向力作用，故选用深沟球支承。因为齿轮的线速度

，齿轮为开式，故滚动轴承采用脂润滑。因为该减速器

采用脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用毡圈密封。

4．轴的结构设计

在本题中有7个轴段的阶梯轴，轴的径向尺寸确定，以外伸轴径d1为基础，考虑轴上零件的受力情况、轴上零件的装拆与定位固定、与标准件孔径的配合、轴的表面结构及加式精度等要求，逐一确定其余各轴段的直径；而轴的轴向尺寸确定，则要考虑轴上零件的位置、配合长度、支承结构情况、动静件间的距离要求等因素，通常从与传动件相配的轴段开始，然后向两边展开。

根据以上要求，确定各轴段的直径是：

1d =38mm ，2d =45mm ，3d =50mm ，4d =60mm ，5d =50mm ，6d =45mm ，7d =40mm 根据轴

承的类型和轴径d3，初选滚动轴承型号为6210，其基本尺寸是：d=50mm ，D=90mm ，B=20mm 。因为轴承选用脂润滑，轴上安置挡油板，所以轴承内端面与机体内壁间要有一定距离∆，取∆＝10mm 。

采用凸缘式端盖，其凸缘厚度e=10mm 。为了避免带轮（和齿轮）端面与轴承盖连接螺栓头干涉，并便于轴承盖上螺栓的拆装，带轮（和齿轮）端面与轴承盖之间应该有足够的间距K ，取K=20mm 。

在确定齿轮、机体、轴承、轴承盖、联轴器的相互位置和尺寸后，即可从轴段4开始，确定各轴段的长度。

本题两支点在同一轴承座内且支点间无传动件，故确定两轴间的跨距

L=(2~3)3d =(2~3)50=100~150mm

取L=100mm 。

轴段4的长度41002080L L B mm =-=-= 轴段3的长度3L =B=20mm

轴段2的长度2(')502010102050mm L L B e K =--∆++=--++= 轴段1的长度1L =65mm 轴段5的长度5L =B=20mm

轴段6的长度6(')502010102050mm L L B e K =--∆++=--++= 轴段7的长度7L =26mm

分别取带轮和齿轮的轮毂长度中点为力的作用点，可得跨距

='1L 1L /2+2L +B/2=65/2+50+20/2=92.5mm

='2L 7L /2+6L +B/2=26/2+50+20/2=73mm

5．轴的结构设计

带轮与轴及齿轮与轴的连接均采用A 型普通平键连接，查参考文献[2]表11.27分别为键10 X 56 GB/T 1096-2003及键1232/10962003GB T ⨯-。

四、轴的受力分析 1．画轴的受力简图

2．计算支承反力

将法向力作用点平移到轴心，则轴受径向力n F 。因未确定两带轮中心连线与两齿轮中心连线的夹角，故在此设轴两端径向力的夹角为α另之为180度。则：

解得：

轴承（点1处）的总支撑反力：

轴承（点2处）的总支撑反力： 1.532kN

则弯矩转矩最大值：M H =L ’1×F H1=37.14Nm M V =L ’×F t =75Nm

合成弯矩转矩最大：

３．画弯矩图

在水平面上Ⅰ截面10H M Nm ； Ⅱ截面

在垂直面上Ⅰ截面 ； Ⅱ截面

合成弯矩，Ⅰ截面：

；

Ⅱ截面：

转矩 T=72.61

４．画转矩，弯矩图

五、校核轴的强度

a-a 剖面左侧，因弯矩大，有转矩，还有键槽引起的应力集中，故a-a 剖面

左侧为危险剖面。

由机械设计教材或手册查得，搞弯截面模量为

式中：d——a-a截面轴的直径，mm；

b——键槽宽度，b=10mm；

t——键槽深度，t=5mm；

同理，可得抗扭截面模量为

弯曲应力：

扭剪应力：

对于调质处理的45号钢，由参考文献[1]表10.1可以查得=650MPa, =300MPa, =155 MPa；材料的等效系数=0.2, =0.1。

健槽引起的应力集中系数，查参考文献[1]表10.4得Kσ=2.27,Kτ=2.12

绝对尺寸系数，查参考文献[1]图10.1得=0.84,=0.78.

轴磨削加工时的表面质量系数，查参考文献[1]图10.1和表10.2得β=0.92 由此，安全系数计算如下：

Sσ=

Sτ=

S=

查参考文献[1]表10.5得许用安全系数[S]=1.3 1.5，显然S>[S]，故a-a 剖面安全。

六、校核键连接的强度

带轮处键连接的挤压应力为

式中：d——键连接处轴径，mm；

T——传递的转矩，N·mm；

H——键的高度，h=8mm；

l——键连接的计算长度，mm，l=L-b=56mm