轴承设计作业总结

*****大学

单级直齿圆柱齿轮减速器输入轴组合结构

设计计算说明书

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目录

一．原始数据 (1)

二、设计目的 (2)

三、设计步骤 (2)

（1）根据已知条件计算传动件的作用力： (2)

（2）选择轴的材料，写出材料的机械性能： (2)

（3）进行轴的结构设计： (3)

（4）轴的疲劳强度校核： (5)

（5）轴承寿命校核： (10)

（6）键联结的强度计算： (10)

八、轴系部件的结构装配图 (10)

一．原始数据

题目1：单级直齿圆柱齿轮减速器输入轴组合结构设计（见图1）

图1

1-大带轮；2-轴承；3-齿轮；4-轴

原始数据见表1-1。

表1-1 设计方案及原始数据

项目

设计方案 1-3 轴输入功率 P/kW 3.0 轴转速 N1/(r/min) 720 齿轮齿数 Z 1 23 齿轮模数 mm m / 3 齿轮宽度 b/mm 80 大带轮直径 mm D / 160 带型号

A 带根数 Z 4 L/mm 210 S/mm 100 带传动轴压力 Q/N

930

二、设计目的

通过完成轴系部分大作业，要求掌握：

（1）轴的结构设计过程； （2）轴的强度计算方法；

（3）轴承的选型设计和寿命计算； （4）轴承的组合结构设计方法和过程。

三、设计步骤

（1）根据已知条件计算传动件的作用力：

① 选择直齿圆柱齿轮的材料： 传动无特殊要求，为便于制造采用软齿面齿轮，由机械设计基础（第五版）表11-1，大齿轮采用45#钢正火，156~217HBS ；

② 直齿轮所受转矩n

P

T 61055.9⨯==9.55×106×3.0/720=39792N.mm ；

③ 计算齿轮受力：

齿轮分度圆直径：d=mz 1=3×23=69mm 齿轮作用力：圆周力F t =2T/d=2×39792/69=1153N

径向力F r =F t tanα=1153×tan20°=420N ；（α=20°）

（2）选择轴的材料，写出材料的机械性能：

选择轴的材料：由原始数据可知该轴传递中小功率，转速较低，无特殊要

求，故选择45优质碳素结构钢正火处理，

其机械性能由机械设计基础（第五版）表14-1查得：σB =600MPa ，σs =300MPa ，

σ-1=275MPa ，τ-1=155MPa ；

由表1-5查得：轴主要承受弯曲应力、扭转应力、表面状态为车削状态，弯曲时： 34.0=σψ，扭转时： 34.0=τψ；

（3）进行轴的结构设计：

① 按扭转强度条件计算轴的最小直径dmin ，然后按机械设计手册圆整成标准值：

由式（14-2）及表14-2[τT ]=30MPa ，A 0=118 得d min =3

0n

P

A =118×0.16=18.99mm , 圆整后取d min =20.0mm

计算所得为最小轴端处直径，由于该轴段需要开一个键槽，应将此处轴径增大3%~5%，即d min =(1+5%)d=21.0, 圆整成标准值（尾数为0或5），得：取d min =25.0mm ；

② 以圆整后的轴径为基础，考虑轴上零件的固定、装拆及加工工艺性等要求，设计其余各轴段的直径长度如下：

1） 大带轮开始左起第一段： 带轮尺寸为：d s =25mm ，宽度L=65mm ，并取第一段轴端段长为l 1=63mm ； 2） 左起第二段，轴肩段：

轴肩段起定位作用，故取第二段轴径d 2=30mm 。由l 2=s-L/2-10=57.5mm ，取l 2=58mm ；

3） 左起第三段， 轴承段：

初步轴承型号选择，齿轮两侧安装一对6207 型（GB297-84）深沟球轴承。其宽度为17mm ，左轴承用轴套定位，右轴承用轴肩定位。 该段轴径d 3= 35mm ；

4） 左起第四段，齿轮轴段：

取轴径d 4=38mm ，齿轮宽度B=80mm ，则取l 4=78mm ； 5） 左起第五段，轴环段： 取轴径d 5=44mm ，l 5=10mm ； 6） 左起第六段，轴肩段： 取轴径d 6=40mm ；

7） 左起第七段，轴承段：

取轴径d 7=35mm ，l 7=20mm ； 8） 确定l 3，l 6，轴套尺寸：

经计算，l 3=52mm ，l 6=21.5mm ，轴套外径取45mm 。 总结上述设计结果：

d 1 =25.0mm ，l 1=63mm ；d 2=30mm ，l 2=58mm ；d 3= 35mm ，l 3=55mm ；d 4=38mm ，l 4=78mm ；

d 5=44mm ，l 5=10mm ；d 6=40mm ，l 6=30mm ；d 7=35mm ，l 7=30mm ；

9）轴承盖：

取螺钉数6个，d1=45mm，d3=8mm，b=10mm，h=10mm，e=1.2d3=9.6mm，D0=D+2.5d3=92mm，D4=D-(10~15)mm，则取D4=D-12=60mm，D1=68mm，D2=112mm，m=17mm；

10）其它定位尺寸：

选用6207型轴承，其宽度为17mm，考虑到箱体的铸造误差及装配时

留有必要的间隙，取齿轮端面至箱体壁间的距离为21.5mm，滚动轴承

与箱内边距为10mm，轴承处箱体凸缘宽度应按箱盖与箱座连接螺栓尺

寸及结构要求确定，暂取42mm。

③考虑轴上零件的周向固定，选择连接形式和配合符号：

1）轴与端盖之间的密封圈为间隙配合，符号为Ф30H7/m6

2）轴与两轴承为过盈配合，符号为Ф35H7/K6

3）直齿轮与轴，带轮与轴之间通过平键连接，通过查设计手册得键截面尺寸分别为b×h=10mm×8mm和8mm×7mm，齿轮处键槽长度为70mm，带轮处键槽长度为50mm，键槽深度分别为5mm、4mm。

其中，直齿轮采用平辐板铸造齿轮，参数如下：

齿轮分度圆直径：d=mz1=3×23=69mm

齿轮齿顶圆直径：d a=d+2ha×m=69+2×1.0×3=75mm

齿轮齿根圆直径：d f=d-2(ha+c)×m=69-2×1.25×3=61.5mm

齿轮基圆直径：d b=dcosα=69×cos20°=64.84mm

圆周速度：v=πdn/(60×1000)= π×69×720/(60×1000)=2.60m/s 由表11-2，选齿轮精度为8级。

④其余细部结构：

考虑轴的结构工艺性，在轴的左端和右端均制成1×45°倒角，两端装轴承处为磨削加工，留有砂轮越程槽，为了便于加工，齿轮、带轮的键槽布置在同一母线上，并取同一截面尺寸。