机械设计-轴系部件设计
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（5）键连接设计
大带轮与轴之间采用A型普通平键连接，键尺寸为6 45GB/T 1096—2003。
完成的结构草图如下所示。
4.轴的受力分析
（1）画轴的受力简图
（2）计算支承反力
齿轮传递功率为P=2.2KW，转速为
故转矩
齿轮对轴的作用力为
由带传动设计可知，压轴力
水平面上
竖直面上
轴承1所受的总支承反力为
轴段2的长度L2=（L-B- ）+ e + K =（50-18-10+10+20）mm= 52mm
轴段1的长度L1=50mm
轴段5的长度L5=L3=H+ +B=（15+10+18）mm =45mm。
至此，轴的各部分尺寸均确定。取大带轮轮毂中间位置为力的作用点，可得跨距l1=86mm,l2=63.5mm,l3=63.5mm。
由参考文献[1]表10.5得许用安全系数[S]=1.3~1.5，显然S>[S]，故a-a截面安全。
轴承1处弯矩大，有转矩，为危险截面。
该截面抗弯模量为
该截面的抗扭截面模量为
弯曲应力
扭剪应力
调质处理的45钢，由参考文献[3]可以查得 ， ， =155MPa；材料等效系数 ， 。
尺寸突变引起应力集中，应力集中系数可由参考文献[1]附表10.3得： ， =1.57。
Harbin Institute of Technology
机械设计大作业
题目：轴系部件设计
院系：机械制造及其自动化
班级：0936105
*****
学号：**********
设计题目
设计行车驱动装置中的齿轮传动高速轴的轴系部件
已知条件
行车驱动装置在室内工作、工作平稳、机器成批生产，其他数据见下表
电动机工作功率Pd/kW
[3]新编机械设计手册张黎骅郑严主编人民邮电出版社2008.1
轴承2所受的总支承反力为
（3）画弯矩图
在水平面上,轴承1处
a-a面左侧
=
a-a面右侧
垂直面上，弯矩为
合成弯矩，轴承1处
a-a面左侧
a-a面右侧
（4）画转矩图
5.校核轴的强度
a-a剖面左侧弯矩大，有转矩，为危险截面。
该截面抗弯模量为
其中，d为截面处的直径，该处为齿轮轴，不妨取齿根圆直径为d，d=43.5mm。
根据以上要求，可以确定各轴段的直径为： ， ， ， ， 。根据轴承的类型和轴径 ，初选滚动轴承型号为6208，其基本尺寸为： , , .因为轴承采用脂润滑，轴上安装挡油板，所以轴承内端面与机体内壁间要有一定的距离 ，取 。
为避免齿轮与机体内壁碰撞，在齿轮端面与机体内壁间留足够的间距H，H=15mm。
电动机满载转速nm/(r/min)
工作机转速nw/(r/min)
第一级传动比i1
轴承座中心高H/mm
最短工作年限
2.2
940Baidu Nhomakorabea
55
2.8
250
10年1班
设计要求
1.绘制轴系部件装配图一张，按照装配图要求标注尺寸、序号及填写明细栏、标题栏，编写技术要求。
2.撰写设计说明书一份，主要是齿轮传动高速轴的结构设计及其强度计算。轴上的滚动轴承额定寿命计算及键连接的校核计算。
则
（2）校核轴承寿命
轴承在100℃下工作， 。根据其载荷性质，取 。
轴承寿命为
已知减速器使用十年，一班工作制，则预期寿命为
轴承寿命满足使用条件。
8.绘制轴系部件装配图见下图，下图仅为参考，具体尺寸以手绘大图为准。
参考文献
[1]机械设计陈铁鸣等主编哈尔滨工业大学出版社2006
[2]机械设计课程设计王连明 宋宝玉主编 哈尔滨工业大学出版社2005
（2）确定轴的轴向固定方式
因为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，确定其润滑与密封方式
由于此处轴不受轴向力的作用，故选用深沟球轴承支承。齿轮的线速度
m/s < 2 m/s
故齿轮转动时飞溅的润滑油不足以润滑轴承，轴承采用脂润滑。由于该减速器工作环境清洁，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，并在轴上安置挡油板。
该截面的抗扭截面模量为
弯曲应力
扭剪应力
调质处理的45钢，由参考文献[3]可以查得 ， ， =155MPa；材料等效系数 ， 。
尺寸突变引起应力集中，应力集中系数可由参考文献[1]附表10.3得： ， =1.57。
查参考文献[1]附图10.1得 ， 。
查参考文献[1]附图10.1与附表10.2得 。
由此，安全系数计算如下：
h——键的高度，mm；
l——键连接长度，mm；
故
键、轴材料均为钢，[ ]= 120~150MPa。 ，故强度满足需要。
7.校核键连接的强度
核轴承强度
由参考文献[3]查得6208轴承的 。轴承工作环境无轴向力，轴承1的工作环境比轴承2工作环境恶劣，故只需校核轴承2。
（1）计算当量动载荷
其中，X为动载荷径向系数， 为轴承径向载荷。由参考文献[1]表11.12可知，X=1。
3.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，铸造机体采用整体式结构，取机体的铸造壁厚 ，机体上的轴承旁连接螺栓直径 ，装拆螺栓所需用的扳手空间C1=18mm，C2=16mm，故轴承座内壁至座孔外端面距离L= + C1+C2+5~8mm= 47~50mm，取L=50mm。
查参考文献[1]附图10.1得 ， 。
查参考文献[1]附图10.1与附表10.2得 。
由此，安全系数计算如下：
由参考文献[1]表10.5得许用安全系数[S]=1.3~1.5，显然S>[S]，故a-a截面安全。
6.校核键连接的强度
皮带带轮与轴连接处为键连接,挤压应力
式中：d——键连接处的轴径，mm；
T——传递的转矩，N·mm；
（4）轴的结构设计
根据实际需要，由于采用齿轮轴设计，此处选用5段式的轴，轴的径向尺寸的群定，以外伸轴径（最小轴径） 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、与标准间孔径的配合、轴表面结构及加工精度等要求，逐一确定其余各轴段的直径；轴的轴向尺寸的确定，需要考虑轴上零件的位置、配合长度、支承结构情况、动静件的距离要求等因素，通常从与传动件相配的轴段开始，然后向两边展开。
轴系部件设计
1.选择齿轮材料
因传递功率不大，且对质量与结构尺寸无特殊要求，故选用45钢并进行调制处理。
2.初步轴径 ，并根据相配联轴器的尺寸确定轴径 和长度
对于转轴，按扭转强度初算轴径，由参考文献[3]第759页得，C=103~126，考虑轴端弯矩比转矩小，取C= 103，则
其中
故
考虑键槽影响，取 ，取 。使用A型键。此处轴与大带轮配合，取长度为 ，同时需要将大带轮轴向进行固定，使用螺栓紧固轴段挡圈固定，查阅参考文献[3]751页，根据GB/T 892-1986可知，紧固螺栓采用M5 16的，安装尺寸根据标准设计。
采用凸缘式轴承盖，其凸缘厚度e=10mm。为避免大带轮与轴承盖连接螺栓碰撞，大带轮端面与轴承盖之间应该留有足够的间隙K，取K=20mm。
在确定齿轮、机体、轴承、轴承盖的相互位置与尺寸之后，即可从轴段4开始，确定各轴段的长度。
轴段4的长度L4与小齿轮宽度相同，L4=b1= 55mm。
轴段3的长度L3=H+ +B =（15+10+18）mm= 45mm。
大带轮与轴之间采用A型普通平键连接，键尺寸为6 45GB/T 1096—2003。
完成的结构草图如下所示。
4.轴的受力分析
（1）画轴的受力简图
（2）计算支承反力
齿轮传递功率为P=2.2KW，转速为
故转矩
齿轮对轴的作用力为
由带传动设计可知，压轴力
水平面上
竖直面上
轴承1所受的总支承反力为
轴段2的长度L2=（L-B- ）+ e + K =（50-18-10+10+20）mm= 52mm
轴段1的长度L1=50mm
轴段5的长度L5=L3=H+ +B=（15+10+18）mm =45mm。
至此，轴的各部分尺寸均确定。取大带轮轮毂中间位置为力的作用点，可得跨距l1=86mm,l2=63.5mm,l3=63.5mm。
由参考文献[1]表10.5得许用安全系数[S]=1.3~1.5，显然S>[S]，故a-a截面安全。
轴承1处弯矩大，有转矩，为危险截面。
该截面抗弯模量为
该截面的抗扭截面模量为
弯曲应力
扭剪应力
调质处理的45钢，由参考文献[3]可以查得 ， ， =155MPa；材料等效系数 ， 。
尺寸突变引起应力集中，应力集中系数可由参考文献[1]附表10.3得： ， =1.57。
Harbin Institute of Technology
机械设计大作业
题目：轴系部件设计
院系：机械制造及其自动化
班级：0936105
*****
学号：**********
设计题目
设计行车驱动装置中的齿轮传动高速轴的轴系部件
已知条件
行车驱动装置在室内工作、工作平稳、机器成批生产，其他数据见下表
电动机工作功率Pd/kW
[3]新编机械设计手册张黎骅郑严主编人民邮电出版社2008.1
轴承2所受的总支承反力为
（3）画弯矩图
在水平面上,轴承1处
a-a面左侧
=
a-a面右侧
垂直面上，弯矩为
合成弯矩，轴承1处
a-a面左侧
a-a面右侧
（4）画转矩图
5.校核轴的强度
a-a剖面左侧弯矩大，有转矩，为危险截面。
该截面抗弯模量为
其中，d为截面处的直径，该处为齿轮轴，不妨取齿根圆直径为d，d=43.5mm。
根据以上要求，可以确定各轴段的直径为： ， ， ， ， 。根据轴承的类型和轴径 ，初选滚动轴承型号为6208，其基本尺寸为： , , .因为轴承采用脂润滑，轴上安装挡油板，所以轴承内端面与机体内壁间要有一定的距离 ，取 。
为避免齿轮与机体内壁碰撞，在齿轮端面与机体内壁间留足够的间距H，H=15mm。
电动机满载转速nm/(r/min)
工作机转速nw/(r/min)
第一级传动比i1
轴承座中心高H/mm
最短工作年限
2.2
940Baidu Nhomakorabea
55
2.8
250
10年1班
设计要求
1.绘制轴系部件装配图一张，按照装配图要求标注尺寸、序号及填写明细栏、标题栏，编写技术要求。
2.撰写设计说明书一份，主要是齿轮传动高速轴的结构设计及其强度计算。轴上的滚动轴承额定寿命计算及键连接的校核计算。
则
（2）校核轴承寿命
轴承在100℃下工作， 。根据其载荷性质，取 。
轴承寿命为
已知减速器使用十年，一班工作制，则预期寿命为
轴承寿命满足使用条件。
8.绘制轴系部件装配图见下图，下图仅为参考，具体尺寸以手绘大图为准。
参考文献
[1]机械设计陈铁鸣等主编哈尔滨工业大学出版社2006
[2]机械设计课程设计王连明 宋宝玉主编 哈尔滨工业大学出版社2005
（2）确定轴的轴向固定方式
因为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，确定其润滑与密封方式
由于此处轴不受轴向力的作用，故选用深沟球轴承支承。齿轮的线速度
m/s < 2 m/s
故齿轮转动时飞溅的润滑油不足以润滑轴承，轴承采用脂润滑。由于该减速器工作环境清洁，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，并在轴上安置挡油板。
该截面的抗扭截面模量为
弯曲应力
扭剪应力
调质处理的45钢，由参考文献[3]可以查得 ， ， =155MPa；材料等效系数 ， 。
尺寸突变引起应力集中，应力集中系数可由参考文献[1]附表10.3得： ， =1.57。
查参考文献[1]附图10.1得 ， 。
查参考文献[1]附图10.1与附表10.2得 。
由此，安全系数计算如下：
h——键的高度，mm；
l——键连接长度，mm；
故
键、轴材料均为钢，[ ]= 120~150MPa。 ，故强度满足需要。
7.校核键连接的强度
核轴承强度
由参考文献[3]查得6208轴承的 。轴承工作环境无轴向力，轴承1的工作环境比轴承2工作环境恶劣，故只需校核轴承2。
（1）计算当量动载荷
其中，X为动载荷径向系数， 为轴承径向载荷。由参考文献[1]表11.12可知，X=1。
3.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，铸造机体采用整体式结构，取机体的铸造壁厚 ，机体上的轴承旁连接螺栓直径 ，装拆螺栓所需用的扳手空间C1=18mm，C2=16mm，故轴承座内壁至座孔外端面距离L= + C1+C2+5~8mm= 47~50mm，取L=50mm。
查参考文献[1]附图10.1得 ， 。
查参考文献[1]附图10.1与附表10.2得 。
由此，安全系数计算如下：
由参考文献[1]表10.5得许用安全系数[S]=1.3~1.5，显然S>[S]，故a-a截面安全。
6.校核键连接的强度
皮带带轮与轴连接处为键连接,挤压应力
式中：d——键连接处的轴径，mm；
T——传递的转矩，N·mm；
（4）轴的结构设计
根据实际需要，由于采用齿轮轴设计，此处选用5段式的轴，轴的径向尺寸的群定，以外伸轴径（最小轴径） 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、与标准间孔径的配合、轴表面结构及加工精度等要求，逐一确定其余各轴段的直径；轴的轴向尺寸的确定，需要考虑轴上零件的位置、配合长度、支承结构情况、动静件的距离要求等因素，通常从与传动件相配的轴段开始，然后向两边展开。
轴系部件设计
1.选择齿轮材料
因传递功率不大，且对质量与结构尺寸无特殊要求，故选用45钢并进行调制处理。
2.初步轴径 ，并根据相配联轴器的尺寸确定轴径 和长度
对于转轴，按扭转强度初算轴径，由参考文献[3]第759页得，C=103~126，考虑轴端弯矩比转矩小，取C= 103，则
其中
故
考虑键槽影响，取 ，取 。使用A型键。此处轴与大带轮配合，取长度为 ，同时需要将大带轮轴向进行固定，使用螺栓紧固轴段挡圈固定，查阅参考文献[3]751页，根据GB/T 892-1986可知，紧固螺栓采用M5 16的，安装尺寸根据标准设计。
采用凸缘式轴承盖，其凸缘厚度e=10mm。为避免大带轮与轴承盖连接螺栓碰撞，大带轮端面与轴承盖之间应该留有足够的间隙K，取K=20mm。
在确定齿轮、机体、轴承、轴承盖的相互位置与尺寸之后，即可从轴段4开始，确定各轴段的长度。
轴段4的长度L4与小齿轮宽度相同，L4=b1= 55mm。
轴段3的长度L3=H+ +B =（15+10+18）mm= 45mm。