哈工大機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)軸系

1、 Harbin Institute of Technology機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)說明書大作業(yè)名稱： 軸系設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 5.1.5 班 級(jí)： 1208105 設(shè) 計(jì) 者： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 張鋒 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014.12.03 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)任務(wù)書題目 _軸系部件設(shè)計(jì)_設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：機(jī)器工作平穩(wěn)、單向回轉(zhuǎn)、成批生產(chǎn)，其他數(shù)據(jù)如表所示 。方案電動(dòng)機(jī)工作功率P/kW電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速nm/(r/min)工作機(jī)的轉(zhuǎn)速nw/(r/min)第一級(jí)傳動(dòng)比i1軸承座中心高度H/mm最短工作年限工作環(huán)境5.1.537108021703年3班室內(nèi)清潔傳動(dòng)方案如圖5.1目 錄一、 選擇

2、軸的材料1二、初算軸徑1三、軸承部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13.1軸向固定方式23.2選擇滾動(dòng)軸承類型23.3鍵連接設(shè)計(jì)23.4階梯軸各部分直徑確定23.5階梯軸各部段長度及跨距的確定2四、軸的受力分析34.1畫軸的受力簡圖34.2計(jì)算支反力34.3畫彎矩圖34.4畫轉(zhuǎn)矩圖5五、校核軸的彎扭合成強(qiáng)度5六、軸的安全系數(shù)校核計(jì)算6七、鍵的強(qiáng)度校核7八、校核軸承壽命8九、軸上其他零件設(shè)計(jì)9十、軸承座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9十一、軸承端蓋（透蓋）9參考文獻(xiàn)10一、選擇軸的材料該傳動(dòng)機(jī)所傳遞的功率屬于中小型功率，因此軸所承受的扭矩不大。故選45號(hào)鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。2、 初算軸徑 對于轉(zhuǎn)軸，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初算直徑 式中： P軸傳遞的功

3、率，KW； 軸的轉(zhuǎn)速，r/min; C由許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力確定的系數(shù)，查各種機(jī)械設(shè)計(jì)教材或機(jī)械設(shè)計(jì)手冊。根據(jù)參考文獻(xiàn)1表9.4查得C=118106，取C=118，所以，本方案中，軸頸上有一個(gè)鍵槽，應(yīng)將軸徑增大5%，即d23.6×（1+5%）=24.675mm按照GB2822-2005的20系列圓整，取d=25mm。根據(jù)GB/T10962003，鍵的公稱尺寸，輪轂上鍵槽的尺寸b=8mm，3、 軸承部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于本設(shè)計(jì)中的軸需要安裝帶輪、齒輪、軸承等不同的零件，并且各處受力不同，因此，設(shè)計(jì)成階梯軸形式，共分為七段。以下是軸段的草圖：軸段軸段軸段軸段軸段軸段軸段 L1 L2 L3圖13.1

4、及軸向固定方式因傳遞功率小，齒輪減速器效率高、發(fā)熱小，估計(jì)軸不會(huì)長，故軸承部件的固定方式可采用兩端固定方式。因此，所涉及的軸承部件的結(jié)構(gòu)型式如圖2所示。然后，可按軸上零件的安裝順序，從處開始設(shè)計(jì)。3.2選擇滾動(dòng)軸承類型因軸承所受軸向力很小，選用深溝球軸承，因?yàn)辇X輪的線速度，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)飛濺的潤滑油不足于潤滑軸承，采用油脂對軸承潤滑，由于該減速器的工作環(huán)境清潔，脂潤滑，密封處軸頸的線速度較低，故滾動(dòng)軸承采用氈圈密封，由于是懸臂布置所以不用軸上安置擋油板。3.3 鍵連接設(shè)計(jì)齒輪及帶輪與軸的周向連接均采用A型普通平鍵連接，齒輪、帶輪所在軸徑相等，兩處鍵的型號(hào)均為128GB/T 10962003。3.4

5、階梯軸各部分直徑的確定（1）d1和d7的確定軸段1和軸段7分別安放大帶輪和小齒輪，所以其長度由帶輪和齒輪輪轂長度確定，而直徑由初算的最小直徑得到。所以， ， （2）d2和d6的確定軸段2和軸段6的確定應(yīng)考慮齒輪、帶輪的軸向固定和密封圈的尺寸。由參考文獻(xiàn)1圖9.16和表9.5計(jì)算得到軸肩高度,取由中華人民共和國紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)油封氈圈表一查得：氈圈代號(hào)為30FZ/T92010-1991 （3）d3和d5的確定軸段3和軸段5安裝軸承，尺寸由軸承確定。標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，沒有軸向力，但考慮到有較大的徑向力，選用深溝球軸承。根據(jù)GB/T 2761994，初選軸承6307，外形尺寸d=35mm，D=80mm，

6、B=21mm，軸件安裝尺寸。因?yàn)檩S承的值小于，所以選用脂潤滑。故取。（4）d4的確定軸段4在兩軸承座之間，其功能為定位固定軸承的軸肩，故。3.5 階梯軸各軸段長度及跨距的確定（1)軸段4。軸段4在兩軸承座之間，兩端支點(diǎn)間無傳動(dòng)件，應(yīng)該首先確定該段跨距L。一般，取。則軸段4長度。（2)軸段3和軸段5。軸段3和軸段5安裝軸承，軸段長度與軸承內(nèi)圈寬度相同，。（3)軸段2和軸段6。軸段2和軸段6的長度和軸承蓋的選用及大帶輪和小齒輪的定位軸肩的位置有關(guān)系。選用嵌入式軸承端蓋，取軸承蓋凸緣厚度，箱體外部傳動(dòng)零件的定位軸肩距軸承端蓋的距離，則軸段6長度由于大帶輪較大，設(shè)計(jì)成腹板式結(jié)構(gòu)，故軸段2長度,（4）軸

7、段1和軸段7。軸段1和7分別安裝大帶輪和小齒輪，故軸段1長度，軸段7長度,考慮到帶輪的安裝,令,。四、軸的受力分析4.1畫軸的受力簡圖軸的受力簡圖、彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖畫在一起，見圖2。4.2計(jì)算支承反力傳遞到軸系部件上的轉(zhuǎn)矩齒輪圓周力齒輪徑向力齒輪軸向力帶輪壓軸力帶初次裝在帶輪上時(shí)，所需初拉力比正常工作時(shí)大得多，故計(jì)算軸和軸承時(shí)，將其擴(kuò)大50%，按計(jì)算。在水平面上在垂直平面上軸承1的總支承反力軸承2的總支承反力 4.3畫彎矩圖豎直面上，II-II截面處彎矩最大，；水平面上，I-I截面處彎矩最大，；II-II截面處的彎矩為；合成彎矩，I-I截面：II-II截面：豎直面上和水平面上的彎矩圖，及合成彎矩

8、圖如圖2所示4.4畫轉(zhuǎn)矩圖作用在軸上的轉(zhuǎn)矩：III轉(zhuǎn)矩圖如圖2所示（單位：）III54180.79129620.61129620.6176669.0117973.4851112.74轉(zhuǎn)矩圖合成彎矩圖水平面彎矩圖豎直面彎矩圖R2HFtFrR2VR1VR1HQ圖2五、軸的強(qiáng)度校核-截面為危險(xiǎn)截面。按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)參考文獻(xiàn)1，有式中-截面處彎矩，；-截面處轉(zhuǎn)矩，；抗彎剖面模量，由參考文獻(xiàn)1；抗扭剖面模量，由參考文獻(xiàn)1，；根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)，對于不變的轉(zhuǎn)矩，；對稱循環(huán)的許用彎曲應(yīng)力，由參考文獻(xiàn)1，。因此，校核通過六、軸的安全系數(shù)校核計(jì)算彎曲應(yīng)力：扭剪應(yīng)力：由參考文獻(xiàn)1式9.4、9.5、

9、9.6得： 式中：只考慮彎矩時(shí)的安全系數(shù)；只考慮轉(zhuǎn)矩時(shí)的安全系數(shù)；、材料對稱循環(huán)的彎曲疲勞極限和扭轉(zhuǎn)疲勞極限，由參考文獻(xiàn)1表9.3，45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理，；彎曲時(shí)和扭轉(zhuǎn)時(shí)軸的有效應(yīng)力集中系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1表9.10得零件的絕對尺寸系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1表9.12得；表面質(zhì)量系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1表9.8，9.9，；把彎曲時(shí)和扭轉(zhuǎn)時(shí)軸的平均應(yīng)力折算為應(yīng)力幅的等效系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1，；彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力， 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力， 許用疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1，；所以，校核通過。七、鍵連接的強(qiáng)度校核由參考文獻(xiàn)1式6.1式中：工作面的擠壓應(yīng)力，；傳遞的轉(zhuǎn)矩，；軸的直徑，；鍵的工作長度，A型，

10、為鍵的公稱長度和鍵寬；鍵與轂槽的接觸高度，；許用擠壓應(yīng)力，由參考文獻(xiàn)1，靜連接，材料為鋼，有輕微沖擊，,取140Mpa。1） 對于軸段1上的鍵，選擇參數(shù)L=40，B=8，h=7。，校核通過；2） 對于軸段7上的鍵，選擇參數(shù)L=22，B=8，h=7。，校核通過。八、校核軸承的壽命軸承不受軸向力，只有徑向力，且，所以只校核軸承1即左軸承即可。由參考文獻(xiàn)1式11.2；式中：當(dāng)量動(dòng)載荷，； 軸承的徑向載荷和軸向載荷，；動(dòng)載荷徑向系數(shù)和動(dòng)載荷軸向系數(shù)，由。由參考文獻(xiàn)1式中：軸承的基本額定壽命，h；軸承的預(yù)期壽命3年3班，；軸承的基本額定動(dòng)載荷，由參考文獻(xiàn)2，查軸承6307，；壽命指數(shù)，對于球軸承，；溫度

11、系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1，工作溫度，；載荷系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1表11.10，??；， 符合要求九、軸上其他零件設(shè)計(jì)1）密封用唇形圈所在軸段的直徑為30mm，查華人民共和國紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)油封氈圈表一，可得密封圈尺寸參數(shù)D=42，b=5。2) 兩側(cè)軸端擋板該零件也屬于標(biāo)準(zhǔn)件。查閱參考文獻(xiàn)2，選用螺栓緊固軸端擋圈（GB/T 892-1986），B型，公稱直徑32mm。十、軸承座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中選用整體式軸承座。按照設(shè)計(jì)方案的要求，軸承座孔中心高H=170mm，軸承座腹板壁厚，筋厚，底座凸緣厚度b=15mm。軸承座地腳螺栓直徑df=16mm,軸承蓋連接螺栓直徑d1=8mm。由參考文獻(xiàn)2查到地腳螺栓的扳手空間C1=22mm，C2=20mm，沉頭座直徑d2=32mm。十一、軸承端蓋（透蓋）由本次設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，可選用嵌入式軸承蓋，其中嵌入毛氈圈以密封。D=80mm，由參考文獻(xiàn)3