傳動桿計算說明書

1、Hefei University機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)COURSE PROJECT系別： 機(jī)械工程系 班級： 14級機(jī)制三班 學(xué)制： 四年 姓名： 學(xué)號： 導(dǎo)師： 王勇 20 16 年 11 月 27日姓 名班 級機(jī)制三學(xué)號設(shè)計題目： 一級減速器的輸出軸部件設(shè)計設(shè)計條件：1. 額定功率P=6.79KW2. 轉(zhuǎn)速N=120 r/min3. 圓柱齒輪分度圓直徑d=300mm4. 齒輪輪轂長度L=78mm5. 圓周力Ft=3600N6. 徑向力Fr=1500N7. 軸向力Fa=450N8. 建議軸承類型：69. 載荷平穩(wěn)，單向轉(zhuǎn)動，工作環(huán)境清潔10. 兩班工作制，使用年限5年，大批量生產(chǎn)設(shè)計工作量：1、設(shè)計軸

2、的結(jié)構(gòu)，繪制草圖（徒手畫）一張；2、驗算軸的危險截面尺寸（至少2處）；3、確定軸承的參數(shù)，計算軸承壽命（軸承采用3個方案，可以與軸的壽命不一致）；4、聯(lián)軸器和齒輪處的鍵的強度要校核計算，如果強度不足，可適當(dāng)修改尺寸（包括齒輪輪轂長度）；5、軸的零件工作圖一張（A3或A4圖），嚴(yán)格按要求繪制；6、齒輪零件工作圖一張（A3或A4圖），嚴(yán)格按要求繪制；7、設(shè)計計算說明書一份。目錄一、機(jī)構(gòu)簡圖4二、設(shè)計計算說明書5（一）選擇軸的材料5（二）初算軸徑5（三）結(jié)構(gòu)設(shè)計51.軸承部件的結(jié)構(gòu)形式52.聯(lián)軸器及軸段63.密封圈與軸段64.軸承與軸段及軸段75.齒輪與軸段86.軸段與軸段87.機(jī)體與軸段、的長度8

3、8.鍵連接9(四)軸的受力分析101.畫軸的受力圖102.計算支撐反力103.畫彎矩圖（c）、（d）、（e）114.畫轉(zhuǎn)矩圖（f）12（五）校核軸的強度121.安裝齒輪處12由書P205附表10.1，抗彎剖面模量122.安裝聯(lián)軸器部分14抗彎剖面模量14（六）校核鍵的連接強度151.聯(lián)軸器處鍵連接的擠壓應(yīng)力152.齒輪處鍵連接的擠壓應(yīng)力16（七）校核軸承壽命161.計算軸承的軸向力162.計算當(dāng)量動載荷173.校核軸承壽命17三、參考文獻(xiàn)17一、機(jī)構(gòu)簡圖二、設(shè)計計算說明書（一）選擇軸的材料因為傳遞功率較大，且對質(zhì)量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，故常選用材料45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。（二）初算軸徑對于轉(zhuǎn)軸，按

4、扭轉(zhuǎn)強度初算軸徑，查書P193表10.2得C=103118，考慮軸端彎矩比轉(zhuǎn)矩小，故取C=110，則dmin=C3Pn=110×36.7912042.23mm考慮鍵槽的影響，取dmin=42.23×0.1+42.23=46.45mm（三）結(jié)構(gòu)設(shè)計1.軸承部件的結(jié)構(gòu)形式為方便軸承部件的拆裝，減速器的機(jī)體采用剖分式結(jié)構(gòu)。因為傳遞功率較大，齒輪減速器效率高、發(fā)熱較大，估計軸不小，所以軸承部件的固定方式可采用一端固定、一端游動方式。由此，所設(shè)計的軸承部件的結(jié)構(gòu)形式如上圖所示。然后，可按軸上零件的安裝順序，從dmin處開始設(shè)計。2.聯(lián)軸器及軸段在本次設(shè)計中，dmin就是軸段的直徑，又

5、考慮軸段上安裝聯(lián)軸器，因此，軸段的設(shè)計應(yīng)與聯(lián)軸器的設(shè)計同時進(jìn)行。為補償聯(lián)軸器所連接的兩軸的安裝誤差，隔離振動，選用彈性柱銷聯(lián)軸器。查書P270表13.1取載荷系數(shù)K=1.5，則計算轉(zhuǎn)矩TC=K·T=1.5×9550×6.79120=810.56N·m。由機(jī)械設(shè)計手冊P103查得GB/T5014-2003中的L×3型聯(lián)軸器符合要求：公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為1250N·m，許用轉(zhuǎn)速為4700r/min，軸孔直徑范圍為4048mm。考慮dmin=42.23mm，所以取聯(lián)軸器軸孔直徑45mm，軸孔長度為84mm，J型軸孔，B型鍵槽，聯(lián)軸器主動端的代號為L&

6、#215;3 45×60 GB/T 5014-2003。同理，軸段的直徑d1=45mm,軸段的長度應(yīng)該比聯(lián)軸器主動端軸孔長度略短，故取l1=82mm。3.密封圈與軸段在確定軸段的直徑時，應(yīng)該考慮聯(lián)軸器的固定及密封圈的尺寸兩個方面。當(dāng)聯(lián)軸器右端用肩軸固定時，由h=0.070.1d1計算軸肩高度，為h=3.154.5mm，相應(yīng)的軸段的直徑d2的范圍為5155mm。軸段的直徑最終由密封圈確定。查機(jī)械設(shè)計手冊P94表7-12，可選用軸徑為55mm的氈圈，則軸段的直徑d2=55mm。4.軸承與軸段及軸段考慮齒輪有軸向力，且軸的轉(zhuǎn)速中等偏高，所以選取三種軸承類型進(jìn)行比較。方案一：選取調(diào)心球軸承軸

7、段上安裝軸承，其直徑應(yīng)該既便于軸承安裝，又符合軸承內(nèi)徑系列。查設(shè)計手冊P73GB/T 281-1994取代號1212的軸承，內(nèi)徑d=60mm,外徑D=110mm，寬度B=22mm，定位軸肩直徑da=69mm，軸上定位端面的圓角半徑rAS=1.5mm。故軸段的直徑d3=60mm。方案二：選取深溝球軸承軸段上安裝軸承，其直徑應(yīng)該既便于軸承安裝，又符合軸承內(nèi)徑系列。查設(shè)計手冊P68 GB/T 276-1994取代號6012的軸承，內(nèi)徑d=60mm,外徑D=95mm，寬度B=18mm，定位軸肩直徑da=67mm，軸上定位端面的圓角半徑rAS=1mm。故軸段的直徑d3=60mm。方案三：選取角接觸球軸承

8、軸段上安裝軸承，其直徑應(yīng)該既便于軸承安裝，又符合軸承內(nèi)徑系列。查設(shè)計手冊P77 GB/T 292-2007取代號7012C的軸承，內(nèi)徑d=60mm,外徑D=95mm，寬度B=18mm，定位軸肩直徑da=67mm，軸上定位端面的圓角半徑rAS=1mm。故軸段的直徑d3=60mm。綜合造價、結(jié)構(gòu)等問題最終選取方案三中的角接觸軸承。通常用一根軸上的兩個軸承取相同型號，故軸段的直徑d7=60mm，軸段的長度與軸承寬度相同，故取l7=18mm。5.齒輪與軸段軸段上安裝齒輪，為便于齒輪的安裝，d4應(yīng)該略大于d3，可取d4=64mm。齒輪左端用套筒固定，為使套筒端面頂在齒輪左端面上，即靠緊，軸段的長度l4應(yīng)

9、該比齒輪轂長略短，故取l4=76mm。6.軸段與軸段齒輪右端用軸肩固定，由此可確定軸段的直徑。根據(jù)公式h=0.070.1d4=4.486.4mm，取d5=74mm。根據(jù)公式計算得軸環(huán)寬度b=1.4h=d5-d42=1.4×74-642=7mm，可取l5=10mm。為減小應(yīng)力集中，并考慮右軸承的拆卸，軸段的直徑應(yīng)該根據(jù)7012C軸承的定位肩軸直徑確定，即d6=da=67mm。7.機(jī)體與軸段、的長度軸段、的長度l2、l3、l6除了與軸上零件有關(guān)外，還與機(jī)體及軸承蓋等有關(guān)。通常從齒輪端面開始向兩端展開來確定這些尺寸。為避免轉(zhuǎn)動齒輪與不動體相撞，應(yīng)在齒輪端面與機(jī)體內(nèi)壁間留有足夠間距H，由書P

10、198表10.3，可取H=15mm。為了補償機(jī)體鑄造誤差，軸承應(yīng)該深入軸承孔座內(nèi)適當(dāng)距離，以保證軸承在任何時候都能坐落在軸承座孔上，為此取軸承上靠近機(jī)體內(nèi)壁的端面與機(jī)體內(nèi)壁間的距離=5mm。為了保證擰緊上下軸承座連接螺栓所需扳手空間，軸承座應(yīng)該有足夠的寬度C，可取C=50mm。根據(jù)軸承7012C的外圈直徑，由機(jī)械設(shè)計手冊查得軸承蓋凸緣厚度e=10mm。為避免聯(lián)軸器輪轂端面轉(zhuǎn)動時與不動的軸承蓋連接螺栓相碰，聯(lián)軸器輪轂端面與軸承改制件應(yīng)該有足夠的間距K，可取K=15mm。在確定齒輪、機(jī)床、軸承、軸承蓋及聯(lián)軸器的相互位置后，軸段、的長度就可確定下來了，即l3=B+H+2=18+5+15+2=60mm

11、l2=C-B+e+K=50-5-18+10+15=52mml6=H+-l5=15+5-10=10mm進(jìn)而，軸承的支點及力的作用點間的跨距也隨之確定下來。7012C軸承力作用點距外環(huán)原邊19.4mm，取改點為支點。取聯(lián)軸器輪轂中點為力作用點，則可得跨距L1=110.4mm，L2=78.6mm，L3=78.6mm。8.鍵連接聯(lián)軸器及齒輪與軸的周向連接均用B型普通平鍵連接，分別為鍵B10×8×70 GB/T 1096-2003及鍵B14×9×56 GB/T 1096-2003。(四)軸的受力分析1.畫軸的受力圖2.計算支撐反力在水平面上R1H=Fr·

12、L3+Fa·d2L2+L3=1500×78.6+450×15078.6+78.6=1179.4NR2H=Fr-R1H=1500-1179.4=320.6N正號表示力R2H的方向與受力簡圖中所設(shè)方向相同。在垂直平面上R1V=R2V=Ft2=36002=1800N軸承的總支撐反力R1=R1H2+R1V2=1179.42+18002=2152.0N軸承的總支撐反力R2=R2H2+R2V2=320.62+18002=1828.3N3.畫彎矩圖（c）、（d）、（e）在水平面上a-a剖面左側(cè)MaH=R1H·L2=1179.4×78.6=92700.84N&

13、#183;mma-a剖面右側(cè)MaH=R2H·L3=320.6×78.6=25199.16N·mm在垂直平面上MaV=R1V·L2=1800×78.6=141480N·mm合成彎矩a-a剖面左側(cè)Ma=MaH2+MaV2=92700.842+1414802=169145.1N·mma-a剖面右側(cè)Ma=(MaH)2+(MaV)2=25199.162+1414802=143706.6N·mm4.畫轉(zhuǎn)矩圖（f）（五）校核軸的強度1.安裝齒輪處由書P205附表10.1，抗彎剖面模量W=0.1d3-bt(d-t)22d=0.1&

14、#215;643-14×5.5(64-5.5)22×64=24155.7mm3抗扭剖面模量WT=0.2d3-bt(d-t)22d=0.2×643-14×5.5(64-5.5)22×64=50370.1mm3彎曲應(yīng)力b=MW=169145.124155.7=7.00MPaa=b=7.00MPam=0扭剪應(yīng)力T=TWT=540370.850370.1=10.72MPaa=m=T2=10.722=5.36MPa對于調(diào)制處理的45號鋼，由書P192表10.1查得B=650MPa，-1=300MPa，-1=155MPa，等效系數(shù)=0.2，=0.1。鍵槽引

15、起的應(yīng)力集中系數(shù)，由書P207附表10.4查得K=1.5，K=1.625（插值法）由書P207附圖10.1查得=0.8，=0.76。由書P207附圖10.2查得軸磨削加工時的表面質(zhì)量系數(shù)=0.92。安全系數(shù)S=-1Ka+m=1551.6250.92×0.76×5.36+0.1×5.36=11.93S=-1Ka+m=3001.50.92×0.8×7+0.2×0=21.03S=S·SS2+S2=11.93×21.0311.932+21.032=10.38查書P202表10.5得許用安全系數(shù)S=1.31.5，顯然SS，故

16、剖面安全。2.安裝聯(lián)軸器部分抗彎剖面模量W=0.1d3-bt(d-t)22d=0.1×453-10×5(45-5)22×45=8223.6mm3抗扭剖面模量WT=0.2d3-btd-t22d=0.2×453-10×545-522×45=17336.1mm3彎曲應(yīng)力b=MW=169145.18223.6=20.57MPaa=b=20.57MPam=0扭剪應(yīng)力T=TWT=540370.817336.1=31.17MPaa=m=T2=31.172=15.59MPa對于調(diào)制處理的45號鋼，由書P192表10.1查得B=650MPa，-1=30

17、0MPa，-1=155MPa，等效系數(shù)=0.2，=0.1。鍵槽引起的應(yīng)力集中系數(shù)，由書P207附表10.4查得K=1.5，K=1.625（插值法）由書P207附圖10.1查得=0.8，=0.76。由書P207附圖10.2查得軸磨削加工時的表面質(zhì)量系數(shù)=0.92。安全系數(shù)S=-1Ka+m=1551.6250.92×0.76×15.59+0.1×15.59=4.10S=-1Ka+m=3001.50.92×0.8×20.57+0.2×0=7.16S=S·SS2+S2=4.1×7.164.12+7.162=3.56查書P2

18、02表10.5得許用安全系數(shù)S=1.31.5，顯然SS，故剖面安全。（六）校核鍵的連接強度1.聯(lián)軸器處鍵連接的擠壓應(yīng)力P=4Tdhl=4×540370.845×8×(52-10)=142.96MPa取鍵、軸和聯(lián)軸器的材料都為鋼，查表得P=150MPa。顯然PP，故強度足夠。2.齒輪處鍵連接的擠壓應(yīng)力P=4Tdhl=4×540370.864×9×(64-14)=2161483.228800=75.05MPa取鍵、軸和聯(lián)軸器的材料都為鋼，查表得P=150MPa。顯然PP，故強度足夠。（七）校核軸承壽命由機(jī)械設(shè)計手冊P68表6-1查得6012軸承得C=31500N，Cr=24200N。1.計算軸承的軸向力由書P220表11.12查得7012C軸承的內(nèi)部軸向力計算公式，則軸承、的內(nèi)部軸向力分別為S1=0.4Fr1=0.4×R1=0.4×2152=860.8NS2=0.4Fr2=0.4×R2=0.4×1828.3=731.32NA與S2同向，則S2+A=731.32+450=1181.32N顯然，S2+A>S1，因此軸有左移趨