哈工大機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)51

冷HarbinInstituteofTechnology

機(jī)械歿計(jì)大作業(yè)說明書

大作業(yè)名稱：機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)

設(shè)計(jì)題目：軸系部件設(shè)計(jì)

班級(jí)：______________________

設(shè)計(jì)者：_______________________

學(xué)號(hào)：__________________

指導(dǎo)教師：______________________

諛計(jì)時(shí)間：____________________

哈爾濱工業(yè)大學(xué)

目錄

一、設(shè)計(jì)任務(wù).....................................................................1

二、軸的材料選擇.................................................................2

三、初算軸徑^^................................................................2

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).....................................................................2

1.軸承部件的結(jié)構(gòu)型式.......................................................2

2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)............................................................2

五、軸的受力分析.................................................................7

1.軸系部件受力分析.........................................................7

2.計(jì)算支反力...............................................................7

3.繪制彎矩圖、扭矩圖.......................................................8

六、校核軸的強(qiáng)度................................................................9

七、校核鍵的強(qiáng)度................................................................11

八、校核軸承壽命................................................................11

九、參考文獻(xiàn)....................................................................13

哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)釉系部件設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè),帶式運(yùn)輸機(jī)中的齒輪傳動(dòng)高速軸的軸系部件，帶式運(yùn)輸機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖如圖

1.1所示。

圖1.1帶式運(yùn)輸機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖

機(jī)器工作平穩(wěn)，單向回轉(zhuǎn)、成批生產(chǎn)。

軸承座中最短工作工作

方案R(kW)n(r/min)n.(r/min)

mK心高H(mm)年限L環(huán)境

空內(nèi)

5.1.42.2940802.11605年2班

沾油

哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)釉系部件設(shè)計(jì)

二、軸的材料選擇

因傳遞功率不大，且對(duì)質(zhì)量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，故需選用常用材料45

鋼，調(diào)質(zhì)處理。

三、初算軸徑dmin

對(duì)于轉(zhuǎn)軸，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初算軸徑，由參考文獻(xiàn)［1］查表9.4得0118-106,

取。=118,則

式中：7——V帶的傳動(dòng)效率。

由參考文獻(xiàn)【3】表9.1得，取7=0.96,代入上式，得

p=7x5=0.96x2.2kW=2AikW

考慮有一個(gè)鍵槽的影響，取心析=19.79XLO5〃W2=20.78mm

圓整取4而=22mm

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.軸承部件的結(jié)構(gòu)型式

為方便軸承部件的拆裝，傳動(dòng)軸機(jī)體采用剖分式結(jié)構(gòu)，因傳遞功率比較小，輸出

部分齒輪為直齒輪，沒有軸向力，大帶輪對(duì)軸作用力指向軸心，無軸向力，且裝

置發(fā)熱小，軸的變形可以忽略，因此軸承選用深溝球軸承，采用兩邊固定方式支

撐，采用脂潤滑，密封處軸頸的線速度較低，但工作環(huán)境有塵，故滾動(dòng)軸承采用

接觸式密封?？砂摧S上零件的安裝順序（附圖1）,從dmin處開始設(shè)計(jì)。

2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本題中有7個(gè)軸段的階梯軸，以外伸軸頸律為基礎(chǔ)，考慮軸上零件的受力

哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)釉系部件設(shè)計(jì)

情況，軸上零件的裝拆與定位固定、與標(biāo)準(zhǔn)件孔徑的配合、軸的表面結(jié)構(gòu)及加工

精度等要求，逐一確定其余各段的直徑。軸的軸向尺寸要考慮軸上零件的位置、

配合長度、支承結(jié)構(gòu)情況、動(dòng)靜件的距離要求等要素，通常從與傳動(dòng)件相配的軸

段開始。

(1)軸段1

軸段1上安裝有大帶輪，軸徑與帶輪輪轂相配。初定軸徑dmin為軸段1直徑,

經(jīng)圓整后取為22mm。由V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)作業(yè)得大帶輪基準(zhǔn)直徑為210mm,故應(yīng)

采用腹板式結(jié)構(gòu)，相關(guān)尺寸計(jì)算如下：

L=(1.5~2)4=33~44/”〃？

O

大帶輪左端采用軸端擋圈固定，因此，應(yīng)使軸段長度比帶輪輪轂長度略小，

所以取

L=44機(jī)機(jī)；

l]=42mm。

(2)軸段2

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。

帶輪右端固定為軸肩固定，軸肩高度h取

h=(0.07~0.1)4=1.54~2.2mm

所以得軸段2直徑4=25.08~26Amm,但考慮到氈圈尺寸要求

選擇刈=25，〃用。

氈圈和槽的尺寸為:

D=39mm

4=24mm

B=1mm

=38mm

d0=26mm

b=6mm

8=12mm

3

哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)釉系部件設(shè)計(jì)

圖4.1

(3)軸段3、5

軸段3和軸段5用于軸承的安裝，其直徑應(yīng)比4稍大且滿足方便軸承安裝并

符合軸承內(nèi)徑系列，故取d3-30mm。

由參考文獻(xiàn)【3】表12.1得軸承型號(hào)為6306,其基本參數(shù)如下:

內(nèi)徑d=30mm;

外徑。=12mm;

寬度8=19mmo

由于兩軸承之間沒有傳動(dòng)件，不需要擋油環(huán)，右側(cè)靠軸肩固定，左側(cè)由軸承

端蓋壓緊，軸承的潤滑方式根據(jù)速度因數(shù)來確定

dn=30mmx447.62r/?m=13428.6mm-rpm<1.5x1Oimm-rpm

故應(yīng)采用脂潤滑，用唇形密封圈進(jìn)行接觸式密封。

通常，同一根軸上的兩個(gè)軸承采用相同型號(hào)，故軸段5的軸徑4=30〃》貓軸

段3和軸段5的長度與軸承寬度相同，取4=，5=19〃〃加

(4)軸段4

對(duì)于兩支點(diǎn)在同一軸承座內(nèi)而支點(diǎn)間無傳動(dòng)件的情況，應(yīng)首先確定兩軸承間

的跨距

L=(2~3)J3=60?90〃〃%二79mm

故軸段4的長度乙=乙一8=60〃〃加左側(cè)軸承的右端及右側(cè)軸承的左端均靠軸段4

4

哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)釉系部件設(shè)計(jì)

的軸肩進(jìn)行固定,軸肩高'=（0-07~。1）4=2.1~3mm=2.5mm做〃=35mm.

（5）軸段6

軸段6可取與軸段2相同結(jié)構(gòu)，d6=25mmo

（6）軸段7

由齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)大作業(yè)知小齒輪寬仇=30〃〃”，小齒輪右側(cè)用軸端擋圈固定,

取軸段7長度17=28〃制。取軸徑與軸段1相等，即4=22如加其中小齒輪為實(shí)心

式結(jié)構(gòu)。

（7）軸承端蓋

圖4.2

選取凸緣式軸承端蓋，軸承端蓋與機(jī)座用M8X20的螺釘固定。軸承端蓋其

余尺寸如下：

突緣厚度e=1.2J3=1.2x8mm=9.6mm~Wmm

突緣直徑。2=。+（5~5.5）4=112~116mm=112mm;

螺釘定位圓直徑4=0.5（0+D2）=92mm;

軸承蓋與機(jī)體配合長度〃?=15mm;

軸承端蓋與機(jī)體外部零件間隙K取15mm。得到軸段6長度

【6=K+e+"i=（15+10+15）m/n=40mmo

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

5

哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)釉系部件設(shè)計(jì)

,/上（帶輪寬度一輪轂寬度）,B-L50-44

/,=/6H--------------------=z6H-=（40H-----——）mm=43mm

故各軸段長度和直徑均確定下來，取軸承寬度中點(diǎn)為支點(diǎn)，取帶輪和齒輪輪

轂長度中心點(diǎn)作為力的作用點(diǎn)，得跨距右=735MLz=79如”,4=63.5〃”加

（8）軸承座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

兩軸承間無零件，選用整體式軸承座即可，相關(guān)尺寸由軸、軸承、凸緣式端

蓋可確定。

（9）鍵連接及軸端擋圈

帶輪及齒輪的周向固定采用A型普通平鍵，其尺寸分別為：

帶輪處6x6x36.

齒輪處6x6x25。

GB/T892-1986

圖4.3

如圖4.2,查參考文獻(xiàn)【3】表11.22,得兩側(cè)軸端擋圈的尺寸如下:

D=30mm;

L=7.5/72/71；

H=4mm;

d=5.5mm;

4=2.lmm0

軸端固定用螺栓采用M6X20o

6

哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)釉系部件設(shè)計(jì)

五、軸的受力分析

1.軸系部件受力分析

軸的受力簡圖如下:

在齒輪傳動(dòng)中小齒輪參數(shù)：

Z1=17;

m=4;

「?4-mzx=68mmo

忽略齒輪與帶輪傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩誤差與損失，則：

p91I

T=9.55xl()6X—=9.55x106x—：—N-mm=45016.98N?nun

n447.62

帶輪對(duì)軸的壓力為：

FQ=868.08N

齒輪上的圓周力：

「2T2x45016.98

F,--=----------------N=1324.03N;

'd68

Fr=Fttana=1324.03xtan20°=481.9IN-

2.計(jì)算支反力

在水平面上

F-L-F(L+L)

riQr]-2-------------------------

H

7

哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)釉系部件設(shè)計(jì)

帶入數(shù)據(jù)得

⑷=48191X63508X(73.5+79)N=_]288.37N(與圖示方向相反):

FR2H=一分一七"-工=(-868.08+1288.37-481.91)N=-61.62N(與圖示方向相反)。

在豎直平面內(nèi)

廠F-L.1324.03x63.5?

FRIV=-J—1-=------------------------N=1064.25N;

即'L279

FR2V=-FRIV-E=-1064.25N-1324.03N=-2388.28N(與圖示方向相反)。

所以，得到軸承1的總支反力

22

FRI={FR^+FRIJ=J1064.25+(-1288.37)^=1671.09N,

軸承2的總支反力

FRZ=+=J(-2388.28f+(-61.62)2N=2389.07N。

3.繪制彎矩圖、扭矩圖

在水平面上：

軸承1截面左側(cè)

M皿=FQ-L=868.08x73.57V-mm=63803.88^V-mm-

軸承2截面右側(cè)

Mu[n汨=號(hào)rj=481.9lx63.5Nnun=3060L29N-

在垂直面內(nèi)：

MbV=F,-Li=1324.03x63.5Af-mm=84075.9W-mmo

合成彎矩：

在1截面

Mu=《M：,,=463803.88、N-mm=63803.88N-mm\

在2截面

Mb=西嘉+乂％=J30601.292+84075.9PN-mm=89471.77mm.

彎矩圖、扭矩圖如下：

軸段①軸段②軸段③軸段④軸段⑤軸段⑥軸段⑦

8

哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)釉系部件設(shè)計(jì)

豎直面彎矩圖

水平面彎矩圖

合成彎矩圖

轉(zhuǎn)矩圖

六、校核軸的強(qiáng)度

根據(jù)軸的受力分析，得到右側(cè)軸承處，也就是截面2為危險(xiǎn)截面。

查參考文獻(xiàn)【1】表9.6得

抗彎截面模量W=0.Id'=0.lx3O3=2700/?w?3;

抗扭截面模量%=0.2/=0.2x303=5400機(jī)用3。

彎曲應(yīng)力

M89471.77

MPa=33A4MPa

Gb=—W=--27z0—0

(Ja=(Jh=33A4MPa,(Jm=0。

扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力

9

哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)釉系部件設(shè)計(jì)

T45016.98

MPa=S.34MPa;

5400

■j-o34

Ta=Tm=《=望MPa=AAlMPa.

對(duì)于調(diào)制處理的45鋼，查參考文獻(xiàn)【1】表9.3得

%=650Mpa;

<r,=300〃Pa;

=155Mpa。

查參考文獻(xiàn)【1】得材料的等效系數(shù)%=°2匕=°1。

軸承配合采用有較大過盈的過渡配合，查參考文獻(xiàn)【1】表9.11得

K°=197、￡=1.51。

查參考文獻(xiàn)【1】表9.12得絕對(duì)尺寸系數(shù)%=°91、J=889°

軸磨削加工時(shí)的表面質(zhì)量系數(shù)由參考文獻(xiàn)【1】表9.9差得尸4°。

安全系數(shù)

300

S*=4.18;

1.97

+3,“X33.14

牙1.0x0.91

5=Q155

=20.69;

1.51

X4.17+0.1X4.17

大+31.0x0.89

4.18x20.69/,

/----=4.1。

<4.182+20.692

由參考文獻(xiàn)【1】知，許用安全系數(shù)=1.3~1.5,S>[S]所以截面2安全。

對(duì)于一般用途的轉(zhuǎn)軸，也可按彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算。

對(duì)于單向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸，通常轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)處理，故取折合系數(shù)a=0-6,則當(dāng)

量應(yīng)力

/=扣；+4(a+)2=J33.142+4x(0.6x834)2MPa=34.62MP。

o

已知軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，查參考文獻(xiàn)【1】表9.3得0,=65OMPa,由

表9.6得㈤”=60MPa。4<6]?,所以截面?滿足強(qiáng)度要求。

10

哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)釉系部件設(shè)計(jì)

七、校核鍵的強(qiáng)度

大帶輪處鍵連接的擠壓應(yīng)力

4T4x45016.98

a=—MPa=45AlMPa

Pdhl22x6x(36-6)

鍵、軸和帶輪輪轂材料為鋼材;查表得

[叫=120~150MPa

因?yàn)?<【勿。，所以滿足強(qiáng)度條件。

小齒輪處鍵連接擠