機(jī)械設(shè)計：軸系設(shè)計方案

題目軸系設(shè)計方案___姓名______________余楠__________________學(xué)號________3120000110_________________授課教師________顧大強(qiáng)________________專業(yè)_____機(jī)械電子專業(yè)(混合班)___________目錄1.設(shè)計題目及要求------------------------------------------------22.設(shè)計效果圖及說明----------------------------------------------23.主軸設(shè)計與校核------------------------------------------------33.1.軸材料選擇----------------------------------------------3 3.2.按轉(zhuǎn)矩估算軸的最小直徑---------------------------------3 3.3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計--------------------------------------------3 3.4.軸的受力分析--------------------------------------------4 3.4.1.計算齒輪受力---------------------------------------4 3.4.2.繪制軸受力圖---------------------------------------5 3.4.3.校核薄弱截面---------------------------------------6 3.5.軸的平安系數(shù)校核計算-----------------------------------64.軸承的選型與校核---------------------------------------------74.1.軸承選型----------------------------------------------------74.2.軸承壽命計算------------------------------------------------85.主軸零件圖----------------------------------------------------86.軸系裝配圖----------------------------------------------------87.參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------81.設(shè)計題目及要求圖示二級斜齒圓柱齒輪減速器，中間軸Ⅱ的輸入功率P＝40kW，轉(zhuǎn)速nⅠ＝100r/min，齒輪2的分度圓直徑d２＝688mm，螺旋角β２＝12°50′，齒輪3的分度圓直徑d３＝170mm，螺旋角β３＝10°29′。本設(shè)計報告要求完成：1.中間軸Ⅱ的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核。2.選擇軸Ⅱ所用軸承類型和型號，并計算軸承的壽命3.繪出軸系Ⅱ的裝配結(jié)構(gòu)草圖〔軸、軸承、齒輪、套筒、軸肩、鍵〕2.設(shè)計效果圖及說明 本設(shè)計效果圖如下列圖所示，設(shè)計渲染圖由SolidWorks2014與PhotoView360軟件制作，在下列圖中，從左到右依次分別為32917X2圓錐滾子軸承，主軸，28x16普通平鍵，688mm圓柱斜齒，2mm套筒，170mm圓柱斜齒，4mm套筒以及32917X2圓錐滾子軸承。[圖]SEQ[圖]\*ARABIC1設(shè)計效果圖3.主軸設(shè)計與校核3.1.軸材料選擇通過條件和查閱相關(guān)的設(shè)計手冊得知，該傳動機(jī)所傳遞的功率屬于中型功率，主要承受扭矩，應(yīng)選擇45號鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。由于45號鋼本錢適中，是軸的常用材料，且經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后，可提高其綜合性能，所以選為本軸的制作材料。3.2.估算軸的最小直徑對于轉(zhuǎn)軸，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初算直徑公式為：在公式中，P為軸傳遞的功率，此例中P=40KW，n為軸的轉(zhuǎn)速，C為常數(shù)，查機(jī)械設(shè)計教程中表12-2可知C的范圍是118-107，由于此例中軸主要作用是傳遞扭矩，扭矩小于彎矩，C取110。求得：d考慮到有鍵槽等應(yīng)力集中源，將直徑加大5%后得到：d3.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于本設(shè)計中的軸需要安裝齒輪、軸承等零件，并且各處受力不同，因此，設(shè)計成階梯軸形式，如右圖所示。在本圖中，軸從上到下依次固定齒輪3，套筒，齒輪2最終兩端由軸承固定，實現(xiàn)傳動軸的目的。 本例中軸鍵主要用于在扭轉(zhuǎn)方向固定齒輪與軸，考慮到減速器需要良好的對中性，并且應(yīng)該能夠適應(yīng)變載荷受力情況，普通型平鍵可以滿足設(shè)計需求。參閱GB/T1096-2003標(biāo)準(zhǔn)，為保證鍵連接的強(qiáng)度，選用尺寸為28×16的鍵較為適宜，最終得到初步設(shè)計結(jié)果。[圖]SEQ[圖]\*ARABIC2主軸零件圖3.4軸的受力分析3.4.1計算齒輪受力傳遞到軸系部件上的轉(zhuǎn)矩為：T=9.55×計算齒輪2有關(guān)系數(shù)：圓周力:徑向力:F軸向力:F計算齒輪3有關(guān)系數(shù)：圓周力:徑向力:F軸向力:F3.4.2繪制軸受力圖 我們可以根據(jù)上一步的齒輪受力結(jié)果繪制節(jié)點受力簡圖，后根據(jù)節(jié)點受力簡圖即可方便得到軸的分段彎矩公式，最后利用Excel表格的x-y坐標(biāo)圖工具由彎矩公式求得水平與垂直兩方向的彎矩圖，如下列圖4.2.1，4.2.2。 之后我們可以利用上一步的數(shù)據(jù)合成彎矩M，繪制彎矩圖得到4.2.3，最后一步繪制扭矩T圖，并將M圖T圖兩圖合并成當(dāng)量彎矩Me，下列圖中4.2.5就是最終得到的當(dāng)量彎矩圖，在合成當(dāng)量彎矩時，系數(shù)a近似于0.6。3.4.3校核薄弱截面通過觀察當(dāng)量彎矩圖可發(fā)現(xiàn)，位于x=325處的截面A是當(dāng)量應(yīng)力最大面，故A也為本桿件的危險截面，下面通過計算校核截面A。薄弱截面的校核公式為：d≥其中Me為截面當(dāng)量彎矩，在4.2中已求出，具體數(shù)值可參見對應(yīng)excel表格，通過查表得到Me(A)=6005385N?mm，[σ-1]b為軸的許用彎曲應(yīng)力，通過查表可知調(diào)制45#鋼對于抗拉強(qiáng)度σB=650，對應(yīng)d查看設(shè)計圖紙可知，A截面處均有鍵槽，故實際直徑應(yīng)比計算值多出5%-7%，那么在考慮鍵槽應(yīng)力集中的情況下:d原設(shè)計中，da=110mm，均滿足校核條件，故原設(shè)計合格，能夠滿足設(shè)計需求。3.5.軸的平安系數(shù)校核計算 下面校核危險截面的平安系數(shù)。參考機(jī)械設(shè)計課本294頁公式：為考慮彎矩時的平安系數(shù)，為考慮轉(zhuǎn)矩時的平安系數(shù),、為材料對稱循環(huán)的彎曲疲勞極限和扭轉(zhuǎn)疲勞極限，通過查機(jī)械設(shè)計教材表12-1可知45號鋼調(diào)質(zhì)處理，=275MPa，=155MPa。為彎曲時和扭轉(zhuǎn)時軸的有效應(yīng)力集中系數(shù)，由表12-4查普通平鍵有效應(yīng)力集中系數(shù)表可得兩系數(shù)分別取1.76，1.54。為零件的絕對尺寸系數(shù)，查表12-7可得兩系數(shù)分別取0.73與0.72。為外表質(zhì)量系數(shù)取0.925，為彎曲時和扭轉(zhuǎn)時的等效系數(shù)，取0.2與0.1。σa、σm為彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，τa,τm為扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力。 對于σa、σm、τa、τm由于之前在繪制彎矩扭矩圖中，具體數(shù)值已由excel表格公式求出，此處直接查表帶入根底材料力學(xué)公式即求，此處不贅述。在帶入相關(guān)系數(shù)后可求得最終結(jié)果。S 在本設(shè)計方案中，材料選擇調(diào)制處理45#鋼，材質(zhì)均勻，載荷與應(yīng)力計算精確，[S]取1.5。因此S>[S]，軸的危險截面A有足夠的疲勞強(qiáng)度，滿足設(shè)計需求，校核完成。4.軸承的選型與校核4.1.軸承選型 通過4.1中的載荷計算可通過靜力學(xué)推導(dǎo)得軸承1(齒輪2上方)，受徑向力Fr=2301.8N,軸向力Fa=5799N，軸承2(齒輪3下方)，受徑向力Fr=10184.7N，為了保證機(jī)械整體安裝方便與穩(wěn)定性，需要選擇軸向力與徑向力承載能力俱佳的軸承，在參考教材表14-1的軸承主要類型與特性表后，我認(rèn)為在本設(shè)計中，圓錐滾子軸承能夠滿足設(shè)計需求。 由于在軸設(shè)計局部中，兩端軸承內(nèi)徑d=85mm,參考設(shè)計手冊GB/T297-1994，得到可選用的軸承共12種型號。通過根本額定載荷Cr可初步判定，軸承32917-X2額定載荷Cr=74.2KN，滿足本設(shè)計的承載條件。4.2.軸承壽命計算 GB/T297-1994中規(guī)定，徑向當(dāng)量動載荷：當(dāng)Fa/Fr≤e，Pr＝Fr；當(dāng)Fa/Fr＞e，Pr＝0.4Fr+YFa。通過查表可知，軸承32918-X2：e=0.26，Y=2.3。下面分別校核軸承1與軸承2。 對于軸承1：e=L對于軸承2：e=L 通過查閱預(yù)期