軸系部件設(shè)計(jì)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)說(shuō)明書(shū)題目：軸系部件設(shè)計(jì)學(xué)院： 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院專(zhuān)業(yè)：機(jī)械類(lèi)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：必甫減7豢衣摩（深圳）HARBIN INSTITUTE OF TECHMOLOGX SHENZHEN精選資料，歡迎下載目錄大作業(yè)任務(wù)書(shū) 4設(shè)計(jì)內(nèi)容 41. 選擇軸的材料 42. 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑 43. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 53.1 軸承機(jī)構(gòu)及軸向固定方式 . 53.2 選擇滾動(dòng)軸承類(lèi)型 53.3 鍵連接設(shè)計(jì) 53.4 各軸段直徑設(shè)計(jì) 53.5 各軸段長(zhǎng)度設(shè)計(jì) 64軸的受力分析 . 64.1 軸的受力簡(jiǎn)圖 . 74.2 計(jì)算支撐反力 . 74.3 軸的彎矩圖 84.4 軸的轉(zhuǎn)矩圖 95校核軸的強(qiáng)度 96

2、. 軸的安全系數(shù)校核計(jì)算 107. 校核鍵連接的強(qiáng)度 118. 校核軸承壽命 118.1 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 118.2 軸承壽命校核 . 129. 軸上其他零件設(shè)計(jì) 129.1 軸上鍵連接的設(shè)計(jì) 129.2 軸承座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 129.3 軸承端蓋設(shè)計(jì) . 12、參考文獻(xiàn) . 13大作業(yè)任務(wù)書(shū)帶式運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)方案如圖1所示，機(jī)械工作平穩(wěn)、單向回轉(zhuǎn)、成批 生產(chǎn)，其他數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。XX方電動(dòng)機(jī) 工作功電動(dòng)機(jī)滿(mǎn) 載轉(zhuǎn)速工作機(jī)的轉(zhuǎn) 速第一級(jí) 傳動(dòng)比軸承座中 心高H/mm最短工工作率 P/kWn "(r/min)n w/(r/min)i 1作年限環(huán)境5.1.42.2940802.11605年2班室內(nèi)、

3、清潔表1二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 選擇軸的材料通過(guò)已知條件和查閱相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)得知，該傳動(dòng)機(jī)所傳遞的功率屬于中 型功率。因此軸所承受的扭矩不大，對(duì)質(zhì)量及結(jié)構(gòu)尺寸無(wú)特殊要求。 故選用常用 材料45號(hào)鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。2. 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑對(duì)于轉(zhuǎn)軸，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初算軸徑，查參考文獻(xiàn)2表10.2得C=103126, 考慮軸端彎矩比轉(zhuǎn)矩小，故取 C=106,則dmin= ?v? = 106 xv4476 = 18.6mm式中：P軸的傳遞功率，由已知得 P=2.42KV； n軸的轉(zhuǎn)速，由已知得 n=470r/min ；c由許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力確定的系數(shù)由于考慮到軸的最小直徑處要安裝大帶輪或小齒輪有鍵槽存在， 故將其

4、擴(kuò)大為 1.05 倍，得 d1> dmin X 1.05=18.6 X 1.05=19.53mm 按標(biāo)準(zhǔn) GB/T 2822-2005 的艮20圓整后取d1=22mm3. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1軸承機(jī)構(gòu)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(zhǎng)，故軸承部件的固定方式采用兩端固定方式。 同時(shí)為了方便軸承部件的拆裝，機(jī)體采用部 分式結(jié)構(gòu)。又由于本設(shè)計(jì)中的軸需要安裝聯(lián)軸器、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。軸段的草圖見(jiàn)圖2:軸段 軸段 軸取軸段軸段軸段審由段+圖23.2選擇滾動(dòng)軸承類(lèi)型因軸承所受軸向力很小，選用深溝球軸承，因?yàn)辇X輪的線速度小于

5、2m/s,齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)飛濺的潤(rùn)滑油不足于潤(rùn)滑軸承， 采用油脂對(duì)軸承潤(rùn)滑，由于該 減速器的工作環(huán)境無(wú)塵，脂潤(rùn)滑，密封處軸頸的線速度較低，故滾動(dòng)軸承采用毛 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 10 8GB/T 10962003。3.4各軸段直徑設(shè)計(jì)(1) 軸段1和軸段7軸段1和軸段7分別安放大帶輪和小齒輪，所以其長(zhǎng)度由帶輪和齒輪輪轂長(zhǎng)度確定，而直徑由初算的最小直徑得到。所以，d1=d?=22mm(2) 軸段2和軸段6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圭寸圈的尺寸。

6、由參考文獻(xiàn)2表10.3計(jì)算得到軸肩高度h = (0.070.1)?1 = (0.070.1) X22 = 1.54 2.2mm?2 = ?6= ?1 + 2 X ? = 25.08 26.4?查國(guó)標(biāo)JB/ZQ4606-1997,毛氈圈密封的軸徑d=26mm所以取d2=d6=26mm(3) 軸段3和軸段5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(méi)有軸向力，但考慮到有較大的徑向力，選用深溝球軸承。初選軸承6307,d=35mm 外形尺寸D=80mmB=21mm軸件安裝尺寸da=46mm因?yàn)閹竭\(yùn)輸機(jī)為開(kāi)式結(jié)構(gòu)， 所以采用脂潤(rùn)滑。d3=d5=35mm(4) 軸段4軸段4在兩軸承座

7、之間，其功能為定位固定軸承的軸肩，故取d4=da=42mm3.5各軸段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)(1) 軸段4：軸段4在兩軸承座之間，兩端支點(diǎn)間無(wú)傳動(dòng)件，應(yīng)該首先確定該段 跨距L。一般L= (23) da= (23)X 35= (70105) mm取 L=88mm則軸段4長(zhǎng)度14=L- B=88-2仁67mm(2) 軸段3和軸段5:軸段3和軸段5安裝軸承，軸段長(zhǎng)度與軸承內(nèi)圈寬度相同，故1 3=15=B=21mm(3) 軸段2和軸段6:軸段2和軸段6的長(zhǎng)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？ = 10mm?= 15mm 箱體外部傳動(dòng)零件的定位軸肩距軸承端蓋

8、的距離?= 15mm則軸段6長(zhǎng)度?6 = ?+ ?+ ?= 10+ 15+ 15= 40mm同時(shí)取?2 = ?6 = 40mm(4) 軸段1和軸段7:軸段1和7分別安裝大帶輪和小齒輪，故根據(jù)大作業(yè)3、4可知軸段1長(zhǎng)度1 1=50mm 軸段 7 長(zhǎng)度 17=28mm(5) 計(jì)算 L1、L2、LaL1=75.5， L2=88mm Ls=64.5mm4. 軸的受力分析4.1軸的受力簡(jiǎn)圖軸的受力簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖34.2計(jì)算支撐反力傳遞到軸系部件上的轉(zhuǎn)矩5.16 X 104?6 ?16 2.42?1=9.55 X 1。X 厲=9.55 X 1。X 碩齒輪圓周力42?i2 x 5.16 x 10?=吾=51= 2

9、0236?齒輪徑向力? = ? = 20236 x ?20 ° = 736.5? = 0?F(=866.08N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FE299.12。在水平面上rh=?X(?i+ ?2)- ?x?3?21299.12x( 75.5+ 88)- 7365x64588=1873.88NRhf- R1h+ Fq+?=-1873.88+1299.12+736.5=161.74N在垂直平面上?3 2023.6x64.5R1v= - 3?288=1483.2NFU=Ft+Rv=2023.6+1483.2=35

10、06.8N軸承1的總支承反力R=V?2?+ ?2?=v/1873.88 + 1483.2 =2389.8N軸承2的總支承反力R=?2? + ?2?="161.7? + 3506.8?=3510.5N4.3軸的彎矩圖豎直面上，ii-ii截面處彎矩最大Mv=RvL2=1483.2 x 88 x 10-3=130.5N - m水平面上，1-1截面處彎矩最大ML=Q1=1299.12 x 75.5 x 10- =98.1N - mii-ii截面處的彎矩為MnH=Fr L3=736.5 x 64.5 x 10-3=47.5N - m合成彎矩，i-i截面:M=V? + ?%?=Mh =98.1N

11、 mII-II 截面:Ml =V? + ?=V47.52 + 130.52=138.9N m豎直面上和水平面上的彎矩圖，及合成彎矩圖如圖3所示。4.4軸的轉(zhuǎn)矩圖作用在軸上的轉(zhuǎn)矩為大帶輪的輸入轉(zhuǎn)矩6 ?16 2 42=9.55 X 10 X 痔9.55 X 10 X 歸=51.63N m 轉(zhuǎn)矩圖如圖3所示。圖35. 校核軸的強(qiáng)度n - u截面既有彎矩又有轉(zhuǎn)矩，且彎矩最大，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)2式10.3，有?2 2?2 2?=譏券）+4（盤(pán)）式中：？?22-2截面處彎矩，？?2 = 138.9?;?22-2 截面處轉(zhuǎn)矩，？?2 = 51.63?；W抗彎剖面模量,由參考文

12、獻(xiàn)1附表10.1 , ?=?333242 X10-6?3；?抗扭剖面模量，由參考文獻(xiàn)1附表 9.6，? =?33"7F =84 X10"6?3；根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)，對(duì)于不變的轉(zhuǎn)矩，？ = 0.3； 故?_ 1?對(duì)稱(chēng)循環(huán)的許用彎曲應(yīng)力，由參考文獻(xiàn)1表10.4， ?_ 1? = 55MPa138.9 20.3x51.63 2? = X而旋 + 4 x（麗00084）= 33.276Mpa< ?-1?校核通過(guò)。6. 軸的安全系數(shù)校核計(jì)算彎曲應(yīng)力:?2138.9? =6 = 33.07MPa?4.2 X10-6? = ? = 33.07MPa?= 0扭剪應(yīng)力:?251

13、.63? =-6 = 6.146MPa?84 X10- 6?6.146? = ? = - = = 3.073MPa由參考文獻(xiàn)2?式 10.5、10.6，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)；?1、?- 1材料對(duì)稱(chēng)循環(huán)的彎曲疲勞極限和扭轉(zhuǎn)疲勞極限，由參考文獻(xiàn)2表 10.1，45 號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理，？?-1 = 300MPa, ?_ 1 = 155MPa；?、?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)2附表 10.3 10.4，? = 1.82，?= 1.62；?、?零件的絕對(duì)尺寸系數(shù)，由參考文獻(xiàn)2附圖10.1，? =089,?= 0.82；?表面質(zhì)量系數(shù)，?= ?1?2?3

14、,由參考文獻(xiàn)2附圖10.2和附表10.2 得?= 0.92；?、?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)2得?= 0.2,?= 0.1；?、?彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，? = 33.07MPa,? = 0；?、?扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，？?？= ?= 3.073MPa；?許用疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，由參考文獻(xiàn)2表10.5 , ? = 1.51.8故?=3000.92X2).89 X 3307 + 02 X0 4 08?=155=22.440 92 X 0 82 X 3.073+ 0.1 X 3.0731.62“? ?4.08 X 22.44?= =22 = 4.01V

15、?2? + ? v4.082 + 22.442由參考文獻(xiàn)2表10.5得許用安全系數(shù)? = 1.51.8,顯然? > ?，校核 通過(guò)。7.校核鍵連接的強(qiáng)度由參考文獻(xiàn)2式6.1p2T1kidp式中：?-工作面的擠壓應(yīng)力，MPa?1傳遞的轉(zhuǎn)矩，? ?；?軸的直徑，mm?鍵的工作長(zhǎng)度，mm?型?: . ， =?, ?為鍵的公稱(chēng)長(zhǎng)度；?鍵與轂槽的接觸高度,mm ?:二？/ 2,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取h=6mrp?許用擠壓應(yīng)力，MPa由參考文獻(xiàn)2表6.1，靜連接，材料為 鋼，有輕微沖擊，? = 100120MPa,取?= 110MPa故對(duì)于軸段1上的鍵：cc2?12X516X104? = ?= 6x50x22

16、= 31.27MPa< ? = 110MPa,校核通過(guò);對(duì)于軸段7上的鍵2?12X5.16X104?= ?= "= 55.84MPa< ?= 110MPa=?2X28X22校核通過(guò)。8.校核軸承壽命8.1計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷由參考文獻(xiàn)2式11.2? = ?1 + ?2 = 1 X 5589.8 + 0 X0 = 3510.6?.式中：?當(dāng)量動(dòng)載荷，？；?1、？?2軸承的徑向載荷和軸向載荷，？?1 = 3510.6?, ?2 = 0;?、?動(dòng)載荷徑向系數(shù)和動(dòng)載荷軸向系數(shù)，由? < ?, ?=1,?= 0。8.2軸承壽命校核由參考文獻(xiàn)2式11.1b106 ? ? 3 ？ =

17、60?1 (? ?)式中：?軸承的基本額定壽命，h;?'軸承的預(yù)期壽命，5年2班，每年按250天計(jì)，?= 2 X8 X 250 X5= 20000?；?軸承的基本額定動(dòng)載荷，由軸承 6307, ?=?= 35.5kN;?溫度系數(shù)，由參考文獻(xiàn)2表11.9，工作溫度< 100°?，? = 1.0；?載荷系數(shù)，由參考文獻(xiàn)2表11.10，?= 1;? =故校核通過(guò)。1061.0 X 35500 3'60 X447.6 X(1.0 X 35106)= 38503h>?9.軸上其他零件設(shè)計(jì)9.1軸上鍵連接的設(shè)計(jì)軸段1的? X ?= 6 X6,考慮到？?1 = 50mm故參考鍵的長(zhǎng)度系列，為其選 取鍵長(zhǎng)? = 40mm同理，軸段7的? X? = 6 X6，而？?7 = 28mm為其選擇鍵 長(zhǎng)為? = 18mm9.2軸承座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中選用剖分式軸承座。按照設(shè)計(jì)方案的要求，軸承座孔中心高H=180mm軸承座腹板壁厚？= 10?，筋厚?= 10?,底座凸緣厚度b=15mm 軸承座地腳螺栓直徑df=12mm軸承蓋連接螺栓直徑di=6mm查看參考文獻(xiàn)1表 4.2，地腳螺栓的扳手空間 C=22mm G=20mm螺栓直徑d2=16mm9.3軸承端蓋設(shè)計(jì)軸承端蓋的結(jié)構(gòu)如圖4軸承蓋的厚度？= 1.2?3 , ?3為螺釘直徑，取螺釘？?8