軸承設(shè)計(jì)作業(yè)

1、*大學(xué) 單級直齒圓柱齒輪減速器輸入軸組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 院 （系）： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 目錄一原始數(shù)據(jù)1二、設(shè)計(jì)目的2三、設(shè)計(jì)步驟2（1）根據(jù)已知條件計(jì)算傳動件的作用力：2（2）選擇軸的材料，寫出材料的機(jī)械性能：2（3）進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：3（4）軸的疲勞強(qiáng)度校核：5（5）軸承壽命校核：10（6）鍵聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度計(jì)算：10八、軸系部件的結(jié)構(gòu)裝配圖10一原始數(shù)據(jù)題目1：單級直齒圓柱齒輪減速器輸入軸組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（見圖1） 圖1 1-大帶輪；2-軸承；3-齒輪；4-軸原始數(shù)據(jù)見表1-1。 表1-1 設(shè)計(jì)方案及原始數(shù)據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案 1-3軸輸入功率 P/kW 3.0軸轉(zhuǎn)速 N1/

2、(r/min) 720齒輪齒數(shù) Z1 23齒輪模數(shù) 3齒輪寬度 b/mm 80大帶輪直徑 160帶型號 A帶根數(shù) Z 4 L/mm 210 S/mm 100帶傳動軸壓力 Q/N 930二、設(shè)計(jì)目的 通過完成軸系部分大作業(yè)，要求掌握：（1）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程；（2）軸的強(qiáng)度計(jì)算方法；（3）軸承的選型設(shè)計(jì)和壽命計(jì)算；（4）軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和過程。三、設(shè)計(jì)步驟（1）根據(jù)已知條件計(jì)算傳動件的作用力： 選擇直齒圓柱齒輪的材料：傳動無特殊要求，為便于制造采用軟齒面齒輪，由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第五版）表11-1，大齒輪采用45#鋼正火，156217HBS； 直齒輪所受轉(zhuǎn)矩=9.55×106×

3、;3.0/720=39792N.mm； 計(jì)算齒輪受力：齒輪分度圓直徑：d=mz1=3×23=69mm齒輪作用力：圓周力Ft=2T/d=2×39792/69=1153N徑向力Fr=Fttan=1153×tan20°=420N；（=20°）（2）選擇軸的材料，寫出材料的機(jī)械性能： 選擇軸的材料：由原始數(shù)據(jù)可知該軸傳遞中小功率，轉(zhuǎn)速較低，無特殊要求，故選擇45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼正火處理，其機(jī)械性能由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第五版）表14-1查得：B=600MPa，s=300MPa，-1=275MPa，-1=155MPa；由表1-5查得：軸主要承受彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力

4、、表面狀態(tài)為車削狀態(tài)，彎曲時： ，扭轉(zhuǎn)時： ；（3）進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算軸的最小直徑dmin，然后按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊圓整成標(biāo)準(zhǔn)值：由式（14-2）及表14-2T=30MPa，A0=118得dmin=118×0.16=18.99mm, 圓整后取dmin=20.0mm計(jì)算所得為最小軸端處直徑，由于該軸段需要開一個鍵槽，應(yīng)將此處軸徑增大3%5%，即dmin=(1+5%)d=21.0, 圓整成標(biāo)準(zhǔn)值（尾數(shù)為0或5），得：取dmin =25.0mm； 以圓整后的軸徑為基礎(chǔ)，考慮軸上零件的固定、裝拆及加工工藝性等要求，設(shè)計(jì)其余各軸段的直徑長度如下：1） 大帶輪開始左起第一段：帶輪尺

5、寸為：ds=25mm，寬度L=65mm，并取第一段軸端段長為l1=63mm；2） 左起第二段，軸肩段：軸肩段起定位作用，故取第二段軸徑d2=30mm。由l2=s-L/2-10=57.5mm，取l2=58mm；3） 左起第三段， 軸承段：初步軸承型號選擇，齒輪兩側(cè)安裝一對6207 型（GB297-84）深溝球軸承。其寬度為17mm，左軸承用軸套定位，右軸承用軸肩定位。該段軸徑d3= 35mm；4） 左起第四段，齒輪軸段：取軸徑d4=38mm，齒輪寬度B=80mm，則取l4=78mm；5） 左起第五段，軸環(huán)段：取軸徑d5=44mm，l5=10mm；6） 左起第六段，軸肩段：取軸徑d6=40mm；7

6、） 左起第七段，軸承段：取軸徑d7=35mm，l7=20mm；8） 確定l3，l6，軸套尺寸：經(jīng)計(jì)算，l3=52mm，l6=21.5mm，軸套外徑取45mm?？偨Y(jié)上述設(shè)計(jì)結(jié)果：d1 =25.0mm，l1=63mm；d2=30mm，l2=58mm；d3= 35mm，l3=55mm；d4=38mm，l4=78mm；d5=44mm，l5=10mm；d6=40mm，l6=30mm；d7=35mm，l7=30mm；9） 軸承蓋：取螺釘數(shù)6個，d1=45mm，d3=8mm，b=10mm，h=10mm，e=1.2d3=9.6mm，D0=D+2.5d3=92mm，D4=D-(1015)mm，則取D4=D-12

7、=60mm，D1=68mm，D2=112mm，m=17mm；10） 其它定位尺寸：選用6207型軸承，其寬度為17mm，考慮到箱體的鑄造誤差及裝配時留有必要的間隙，取齒輪端面至箱體壁間的距離為21.5mm，滾動軸承與箱內(nèi)邊距為10mm，軸承處箱體凸緣寬度應(yīng)按箱蓋與箱座連接螺栓尺寸及結(jié)構(gòu)要求確定，暫取42mm。 考慮軸上零件的周向固定，選擇連接形式和配合符號：1）軸與端蓋之間的密封圈為間隙配合，符號為30H7/m62）軸與兩軸承為過盈配合，符號為35H7/K63）直齒輪與軸，帶輪與軸之間通過平鍵連接，通過查設(shè)計(jì)手冊得鍵截面尺寸分別為b×h=10mm×8mm和8mm×

8、7mm，齒輪處鍵槽長度為70mm，帶輪處鍵槽長度為50mm，鍵槽深度分別為5mm、4mm。其中，直齒輪采用平輻板鑄造齒輪，參數(shù)如下： 齒輪分度圓直徑：d=mz1=3×23=69mm 齒輪齒頂圓直徑：da=d+2ha×m=69+2×1.0×3=75mm 齒輪齒根圓直徑：df=d-2(ha+c)×m=69-2×1.25×3=61.5mm 齒輪基圓直徑：db=dcos=69×cos20°=64.84mm 圓周速度：v=dn/(60×1000)= ×69×720/(60×1

9、000)=2.60m/s由表11-2，選齒輪精度為8級。 其余細(xì)部結(jié)構(gòu)：考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性，在軸的左端和右端均制成1×45°倒角，兩端裝軸承處為磨削加工，留有砂輪越程槽，為了便于加工，齒輪、帶輪的鍵槽布置在同一母線上，并取同一截面尺寸。（4）軸的疲勞強(qiáng)度校核： 繪制軸的受力圖2-1：圖2-1 計(jì)算軸的支反力：水平面的支承反力：F=0.1Q=93N錯誤！未找到引用源。錯誤！未找到引用源。錯誤！未找到引用源。垂直面的支承反力:則可得：錯誤！未找到引用源。 錯誤！未找到引用源。 繪制軸的彎矩圖和扭矩圖（如圖2-3,2-4,2-5所示）： 設(shè)計(jì)的軸的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示圖2-2 水平

10、面彎矩圖為MH，垂直面彎矩為MV，合成彎矩為M 截面處的彎矩為： 水平面彎矩：MHV=0 垂直面彎矩：MVV=Q´100=930´100=93000N×mm 合成彎矩后MV=93000 N×mm 截面處彎矩為： 水平面彎矩：MH=R2h´105=55860N×mm MV=R1V×105=166215 N×mm 合成彎矩后 16621593000 圖2-355860 圖2-4圖2-5扭矩圖如圖2-7，T=39792 N×mm，計(jì)算彎矩圖如圖2-8。彎矩按脈動循環(huán)變化處理，a=0.6

11、 Mca1= =23875 N×mm Mca2=96016 N×mm Mca3=176968N×mm Mca4=M1=175350N×mm 39792 圖2-79601623875176968175350 圖2-8 定危險截面，計(jì)算計(jì)算應(yīng)力、其安全系數(shù)，校核軸的疲勞強(qiáng)度：1）計(jì)算計(jì)算應(yīng)力：左起階梯軸一、二之間的截面直徑最小dmin= 25mm，計(jì)算彎矩較大；軸承2受力點(diǎn)處截面d=35mm，軸徑不是最大但所受計(jì)算彎矩最大。故此兩處較危險，校核此兩處。線性插值取近似值得：Mca5=48336N×mm 剖面處計(jì)算應(yīng)力ca=Mca5/W=30.90MP

12、a（W=0.1）剖面處計(jì)算應(yīng)力ca=Mca3/W=17.71MPa （W=0.1）由表14-3插值得b-1=58 MPa ca<b-1，故安全。2）校核疲勞強(qiáng)度，計(jì)算其安全系數(shù)：-截面均為有應(yīng)力集中源的剖面,均可能是危險截面, 、剖面均為過渡圓角引起應(yīng)力集中，計(jì)算彎矩值很接近，只驗(yàn)算面即可。剖面與剖面相比較，只是應(yīng)力集中影響不同，可取應(yīng)力集中系數(shù)大的進(jìn)行驗(yàn)算。和剖面相比較直徑相同，剖面計(jì)算彎矩值較大，但應(yīng)力集中影響較?。ㄟ^盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），所以剖面較危險，需進(jìn)行驗(yàn)算。校核面疲勞強(qiáng)度。面由鍵槽引起的應(yīng)力集中系數(shù)，由表插值可得，k=1.80,k=1.60。面因配合（H7/

13、k6）引起的應(yīng)力集中，系數(shù)由表插值可得，k=1.95，k=1.50。剖面由過渡圓角引起的應(yīng)力集中系數(shù)，由表可得，(D-d)/r=(35-30)/1=5，r/d=1/30=0.033；k=1.98，k=1.63。故應(yīng)按過渡圓角引起應(yīng)力集中系數(shù)校核面。 max=T/WT=39792/（0.2×303）=7.4MPaa=m=max/2=3.7MPa絕對尺寸影響系數(shù)由表查得，=0.88，r=0.81，表面質(zhì)量系數(shù)由附表1-5插值得，=0.92，=0.92。面的安全系數(shù) 取S=1.51.8，故S>S，面安全校核和剖面疲勞強(qiáng)度，剖面因配合（H7/r6）引起的應(yīng)力集中系數(shù)由表插值得，k=1.

14、95，k=1.80。 剖面因過渡圓角引起應(yīng)力集中系數(shù)，由表插值得，（D-d）/r=(38-35)/1=3，r/d=1/35=0.028，k=2.10，k=1.96面因鍵槽引起應(yīng)力集中系數(shù)由表插值可得，k=1.85，k=1.60故剖面按配合產(chǎn)生應(yīng)力集中計(jì)算 T=39792N×mmmax=MV/W=39217.5/（0.1×303）=14.5MPa=max=14.5MPam=0max=T/W=39792/（0.2×303）=7.4 MPam=max/2=3.7 Mpa =0.81，=0.76，=0.92，=0.92S=1.51.8 S>S，安全。（5）軸承壽命校核： 已算出軸承支反力R1=1737N，R2=581N。向心軸承，當(dāng)量動載荷P