機(jī)械方案課程方案軸方案過(guò)程

1、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)軸的設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)電學(xué)院姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老帥：軸的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）高速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 確定軸的最小直徑先按教材式（15-2 ）初步估算軸的最小直徑。選軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)教材表15-3，取 A =106，于是得 dmin州10叫960258 .14.74mm，由于開了一個(gè)鍵槽，所以 dmin 14.74 （1 0.07） = 15.77mm軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑。為了使軸的直徑和聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故 需同時(shí)選聯(lián)軸器的型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tea二KAT1，查教材表14-1取KA =1.3，又T, = 2.567 104 N代入數(shù)據(jù)得 Tca =3.3

2、4 104N.mmca查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 9-21 （ GB/T4323-1984），選用TL4型彈性柱銷聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的孔徑d=22mm所以dmin =22mm2. 軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）根據(jù)軸向定位的要 求確定軸上各段直徑和長(zhǎng)度1） 為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求，在12段的右邊加了一個(gè)軸套，所以d12= dmin二22mm2）初步選取軸承，因同時(shí)受到徑向力和軸向力，故選用圓錐滾子軸承，根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)和最小軸的直徑大小查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 9-16 （ GB/T297-1994 ）選用30205型軸承d D T = 25mm 52mm 16.25mm所以，d23 =25mm，根據(jù)軸承的右端采用軸

3、肩定位，從表中可知d34 = 30mm, 45斷的直徑為齒輪的齒頂圓直徑，所以d45 = 41.66mm，d56 =d34 = 30mm,d67 =d23 =25mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度=38mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，所以長(zhǎng)度應(yīng)取短些，先取 L = 36mm。軸承的端蓋的總寬為 25mm取端蓋 的外端面與半聯(lián)軸器的距離為 25mm所以12段上的軸套長(zhǎng)L2 =25+ 25= 50mm，所以L12 = 50 36 2 = 88mm在確定軸承的位置時(shí)應(yīng)距離箱體內(nèi)壁S=8mm取齒輪距離箱體內(nèi)壁a=12mm所以，L23 =16.25-2 8-2 =24.25 mm

4、 取 24mm， L34 可由中 間 軸 算出來(lái)L34 =12-2 65 12-1一2 二 83mm， L45 = B<| = 45mm，軸肩的高度 h ' 0.07d，軸環(huán)的寬度b _1.4h ，所以取56段1的長(zhǎng)度為L(zhǎng)56 =10mm，所以L67 =16.25 (12 -10) 8 2 =26.25，取 26mm（二）中間軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1.確定軸的最小直徑先按教材式（15-2 ）初步估算軸的最小直徑。選軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)教材表15-3，取 A =106，于是得 dmin3245、192=24.77mm，由于開了一個(gè)鍵槽，所以 dmin24.77 (1 0.07)

5、= 26.5mm2.軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）各段的直徑：因?yàn)檩S的最小軸與軸承相配合，所以應(yīng)該先確定軸承的型號(hào)從而確定軸的最小值，因同時(shí)受到徑向力和軸向力，故選用圓錐滾子軸承。查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 9-16（ GB/T297-1994），根據(jù)上面計(jì)算的dmin26.5mm，選擇軸承的型號(hào)為30206，其尺寸為d D T = 30mm 62mm 17.25mm所以，d12二d67 = 30mm軸肩高度h =0.07d =2.1 所以23段的直徑d23 = 2h 30 = 35mm , d56 =d23 = 35mm , 34段的直 接即為齒 輪的齒頂 圓直徑d34 = 59.84mm, 45段的軸肩高

6、h = 0.07 35 = 2.45mm ,所以 d45 =2h d56 = 40mm。(2 )確定各段的長(zhǎng)度先確定23段的長(zhǎng)度：軸環(huán)的寬度b T.4h，取b為10mm即卩L23 =10mm。確定12段的長(zhǎng)度：因?yàn)榘惭b軸承應(yīng)距離箱體內(nèi)壁為8mm齒輪距離箱體內(nèi)壁的距離為16mm所以L12 =17.25 8 (12 -10) = 27.25mm，取 L12 = 27mm。確定34的長(zhǎng)度：34的長(zhǎng)度等于齒輪的寬度，所以L34=65mm。確定45段的長(zhǎng)度：軸環(huán)的寬度b - 1.4h，取b為10mm即L45 =10mm。確定56段的長(zhǎng)度：56的長(zhǎng)度原本應(yīng)該等于齒輪的寬度B，但為了定位作用該段的軸應(yīng)小于齒

7、寬B，L56 = 40 -3 = 37mm確定67段的長(zhǎng)度：L67 =17.25 8 12 3 (45 - 40)/2 =43.75取 L67 = 47mm(三) 輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1.確定軸的最小直徑先按教材式(15-2 )初步估算軸的最小直徑。選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)教材表15-3，取105，于是得dmin = A°3空=105塔空6 = 39.1mm,由于開了兩個(gè)鍵槽，所v n1 43.68以 dmin - 39.1 (10.12) = 43.7mm軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑。為了使軸的直徑和聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故 需同時(shí)選聯(lián)軸器的型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 T

8、ea二KaT1，查教材表14-1取KA =1.5，又T, =5.0942 105N代入數(shù)據(jù)得 Tea =7.6413 105 N.mm查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 9-21 ( GB/T4323-1984)，選用HL4型彈性柱銷聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的孔徑d=45mm所以dmin =45mm2.軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)根據(jù)軸向定位的要求確定軸上各段直徑和長(zhǎng)度1) 為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求，在67段的左邊加了一個(gè)軸套， 所以d67二dmin = 45mm2) 初步選取軸承，因同時(shí)受到徑向力和軸向力，故選用圓錐滾子軸承，根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)和最小軸的直徑大小 查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表9-16 ( GB/T297-1994 )選

9、用30210型軸承d D T = 50mm 90mm 21.75mm所以，=50mm，根據(jù)軸承的右端采用軸肩定位，從表中可知d23 =55mm,軸肩的高度h啟0.07d =3.85取4mm所以d34 = 63mm, d45 = d23 = 55mm,d56 =d12 =50mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L7 =84mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，所以長(zhǎng)度應(yīng)取短些，先取 L1 = 82mm。軸承的端蓋的總寬為 20m m取端 蓋的外端面與半聯(lián)軸器的距離為 30mm所以12段上的軸套長(zhǎng)L6 = 20 + 30 = 50mm，所 以 L67 = 82 20 30 2 =

10、135mm在確定軸承的位置時(shí)應(yīng)距離箱體內(nèi)壁S=8mm取齒輪距離箱體內(nèi)壁a=16mm23段的長(zhǎng)度原本等于齒輪的寬，但為了齒輪能夠軸向定位應(yīng)短一些，所以L23 = 60-3 = 57mm，所以L12 = 21.75 8 12 (65 -60)/2 = 47.25mm取 L12 = 47mm軸環(huán)的寬 b_1.4h 取 b=11mml即 L34 = 10mmL45可由中間軸確定L45 -10 40 12 (65-60)/2 (45 - 40)/2 -2 -10 =55mmL56 = 21.75 8 2-2 = 29.75mm取 L56 = 30mm八軸的校核（一）輸入軸的校核Fti2Tl =1328N

11、,Fndi= 498NFa1 =Ft1ta n 1 =331N1.畫軸的空間受力圖將齒輪所受載荷簡(jiǎn)化為集中力，并通過(guò)輪轂中截面作用于軸上。軸的支點(diǎn)反力也簡(jiǎn)化為 集中力通過(guò)載荷中心作用于軸上；2作垂直平面受力圖和水平平面受力圖求出作用于軸上的載荷。并確定可能的危險(xiǎn)截面。: 1 nlTlIlHHllllmm將計(jì)算出的危險(xiǎn)截面處的 M H , M V , M的值列入下表:載荷水平面H垂直面V支反力FFNH, =391NFNH 2 =937NFNV, =178NFNV2 = 320N玩矩MM H = 51184N.mmM V1 = 23340N .mmMV2 =17560N.mm總彎矩Mj = J51

12、1842 +233402 =56258N.mmI22M2 =P511842 +175622 =54141N.mm扭矩T =25670N.mm3.按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度已知材料為40Cr鋼調(diào)質(zhì)，由教材表15 1查得J-70MPa，由已知條件，對(duì)軸上承受 最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度進(jìn)行校核。根據(jù)教材式15-5以上表中的數(shù)據(jù)，并取=0.6JM12 +Q T2)2軸的計(jì)算應(yīng)力 -ca =W22-562582(0.6 25670)20.仆 34.913=14.23MPa 70MPa結(jié)論：按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度，軸的強(qiáng)度足夠。(二) 中間軸的校核Ft2 二Ft! =1328N,Fr2 二Fn =4

13、98NFa2 =Fa! =331N2Ttan 乂Ft34365N,Fr3- =1638NDcosPFa3 二 Fttan ： =1088N1.畫軸的空間受力圖將齒輪所受載荷簡(jiǎn)化為集中力，并通過(guò)輪轂中截面作用于軸上。軸的支點(diǎn)反力也簡(jiǎn)化為集中力通過(guò)載荷中心作用于軸上；2作垂直平面受力圖和水平平面受力圖求出作用于軸上的載荷。并確定可能的危險(xiǎn)截面。將計(jì)算出的危險(xiǎn)截面處的 M H , Mv ,M的值列入下表:載荷水平面H垂直面V支反力FFNH3 =3532NFNH2 =2458NFNV3 = -341NFNV2 = -31N玩矩MM H3 =210708N.mmM V3 = -52653N.mmM H2

14、 =135520N.mmMv2 =32230N.mm總彎矩M3 = J2107082 +526532 =217530N.mmM2 =訥355202 +322302 =139840N.mm扭矩T =121860N.mm3.按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度已知材料為40Cr鋼調(diào)質(zhì)，由教材表15 1查得J-70MPa，由已知條件，對(duì)軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度進(jìn)行校核。根據(jù)教材式15-5以上表中的數(shù)據(jù)，并取=0.6二 ca3M(: T2)21398402(0.6 121860)20.1 55.843= 13.96MPa 70MPa"-'ca3 M12(： T2)2_ W139840

15、2(0.6 121860)20.1 353=39.1MPa 70MPa結(jié)論：按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度，軸的強(qiáng)度足夠（三）輸出軸的校核Ft4 = Ft3 = 4365N, Fr4 = Fr3 = 1638NFa4 二 Fa3 = 1088N1.畫軸的空間受力圖將齒輪所受載荷簡(jiǎn)化為集中力，并通過(guò)輪轂中截面作用于軸上。軸的支點(diǎn)反力也簡(jiǎn)化為 集中力通過(guò)載荷中心作用于軸上；2作垂直平面受力圖和水平平面受力圖求出作用于軸上的載荷。并確定可能的危險(xiǎn)截面。1 .rrTTlIlinill 1IlllTnillrn-rTv,.|SH I 1J 1J L I J I J L 1 1 k .“mill川Illi將計(jì)

16、算出的危險(xiǎn)截面處的 M H , M V , M的值列入下表:載荷水平面H垂直面V支反力fFNH1 =2751NFNH2 =1614NFNV1 =1751NFNV2 = -113N玩矩MMH =224650N.mmMV1 =13263N.mmMV2 =120600N.mm總彎矩M1 =J1895302 +132632 =190380N.mmM2 = J1895302 +1206002 =224650N.mm扭矩T =509420 N.mm3.按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度已知材料為45鋼調(diào)質(zhì)，由教材表15 1查得卜J-60MPa，由已知條件，對(duì)軸上承受最 大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度進(jìn)行校核。根據(jù)教材式

17、15-5以上表中的數(shù)據(jù)，并取=0.6Jm, +（G T2）22246502 +（0.6X509420）2；ca 一-3W0.1 553=22.8MPa 60MPa結(jié)論：按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度，軸的強(qiáng)度足夠九軸承的校核軸承的預(yù)期計(jì)算壽命 L； = 2 300 8 = 4800h1輸入軸上軸承的校核（1）求兩個(gè)軸承受到的徑向載荷由軸的校核過(guò)程可知Fae =331NFnh1 =391N,Fnh2 = 937NFnv1 - 178N, Fnv 2 - 320N所以 Fr1 = F2nh1 FNV1 二 3912 1782 二 429.6NFr2 - F2nh2 FNV? = .93723202 =

18、 990.1N（2）計(jì)算軸承的軸向力查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表9-16（ GB/T297-1994）得30205型號(hào)軸承e =0.37,Y =1.6,Cr =32200N所以Fd2F= 309.41N1.6廠134緲Fa1 = max(Fd1, Fae 亠 Fd2) = 331 亠 309.41 = 640.41 NFa2 = max(Fd 2 , Fd1 _ Fae = 309.41N(3 )求軸承的動(dòng)載荷a1Fr 1640.41429.6= 1.49 - ea2Fr2309.41990.1= 0.31查教材表13-5得對(duì)軸承 1 X1 =0.4,Y1 =1.6對(duì)軸承2 x2 =1,璉=0查教材表

19、13-6取沖擊載荷因數(shù)fp =1.2(四) 計(jì)算軸的壽命R 二 fp(X1Fr1 ¥Fa1)=1.2 (0.4 429.6 1.6 640.41)= 1423.9NP2 二 fp(X2Fr2 丫2Fa2) =1.2 1 990.1 =1188.12N所以Lh110660n6(C)；_10(32200)103(P1) _60 960(1423.9)= 595016hLh210660n基(遜)"360 960 1188.12=1230847h -L'hh所以軸承滿足壽命要求。2中間軸的校核(1)求兩個(gè)軸承受到的徑向載荷 由軸的校核過(guò)程可知Fae =1088-331 =7

20、57NFNH1 =-341N,Fnh2 =-31NFnv1 =3235N,Fnv2 =2458N所以 Fr1 f：F2NH1 FNv1 二 <3412 32352 =3252.9N(2)計(jì)算軸承的軸向力查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表9-16( GB/T297-1994 )得30206型號(hào)軸承e =0.37,Y =1.6,Cr =41200N所以 Fdi = %丫)=3252.%如.6) =10165NFd2= F%y)二2458%辺I。-768.2 NFa1 =max(Fd1,FaeFd2) =757 768.2 = 1525.2NFa2 = maX(Fd2 , Fd1 -Fae)=768.2N(

21、3 )求軸承的動(dòng)載荷Fa1Fr 11525.23252.9= 0.47 ea2r2768.22458.2= 0.31 e查教材表13-5得 對(duì)軸承 1 X0.4,Y1 1.6對(duì)軸承 2 X2 =1,丫2 =0查教材表13-6取沖擊載荷因數(shù)fp =1.2(四)計(jì)算軸的壽命= fp(X1Fr1 Y1Fa1) =1.2 (0.4 3252.9 1.6 1525.2)= 4489.8NP2 =fp(X2Fr2 %Fa2)=1.2 1 2458.2 = 2949.8N所以Lh1 = 2 =60n10641200 10=問(wèn)(融宀 139323h»L'hLh2_ 106-60 192

22、9;2949.8_ 106 _-60n -(41200)103 =564583h» L；所以軸承滿足壽命要求。(三)輸出軸上軸承的校核(1)求兩個(gè)軸承受到的徑向載荷由軸的校核過(guò)程可知Fae -1088NFnh1 =2751N, Fnh2 =1614NF nv1 =1751N,Fnv2 =_113NFr2 F2nh2 fNU = 175121132 =1618N(2)計(jì)算軸承的軸向力查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表9-16( GB/T297-1994 )得30210型號(hào)軸承e =0.42,Y =1.4,G =72200N所以F Fd1Fd 2= 161/(1.4577.9Nr 1.4廠 116阿=

23、FFa1Fa2(3)求軸承的動(dòng)載荷Fa1Fr 1Fa2Fr2遁罕0.51-e3261577J0.36 e1618查教材表13-5 得對(duì)軸承1X1 =0.4" =1.6對(duì)軸承2X2 =1，Y. =0查教材表13-6取沖擊載荷因數(shù)fp =1.2= max(Fd1, Fae Fd2)=1088 577.9 =1665.9N= max(Fd2,Fd1 -Fae) =577.9N所以 P 二 fp(X1Fr1 丫侃1)=1.2 (0.4 3261 1.4 1665.9)4753.8NfP(X2Fr2 Y.Fa21.2 1 1618=1941.6N(四)計(jì)算軸的壽命Lh110660n=(C)10

24、660 43.68 47538(72200% = 3257655! - L'hLh210610660n60 43.68 1941.6(72200% 6470229! - L'h所以軸承滿足壽命要求。 十鍵的選擇和校核 1輸入軸上聯(lián)軸器處的鍵(1)確定鍵的類型和尺寸由于是靜連接，選用 A型普通平鍵。由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 9-14 （GB/T1095-1979 ）, 查得當(dāng)軸徑d =22mm時(shí)鍵取為b h =6 6。參照半聯(lián)軸器與軸配合的轂長(zhǎng)丨=36mm和普通平鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng)L =28mm。（2 ）強(qiáng)度驗(yàn)算2T由教材式（6-1 ） ；一- p；pp dlk p式中 T =2.

25、567 104 N mmd = 22mml = L_b=28_6 = 22mmk = 0.5h = 0.5 6=3由教材表15-1查取許用擠壓應(yīng)力為匚p=110MPaF 2.567 10 MPa =35.4MPa ： tp I，滿足強(qiáng)度要求。3 x 22 乂 222中間軸上鍵（1）確定鍵的類型和尺寸由于是靜連接，選用 A型普通平鍵。由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 9-14（ GB/T1095-1979）， 查得當(dāng)軸徑d = 35mm時(shí)鍵取為b h =10 8。參照齒輪與軸的配合長(zhǎng)度為l =37mm和普通平鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng)L =28mm。（2 ）強(qiáng)度驗(yàn)算2T由教材式（6-1 ） ；p；pp dlk p

26、式中 T =1.21 "05N mmd = 35mml 二 L -b =28 -10 =18mmk =0.5h =0.5 8=4由教材表15-1查取許用擠壓應(yīng)力為二p=110MPa52 1.2186 104 18 35= 96.7MPa ：，滿足強(qiáng)度要求。3輸出軸上的鍵1）齒輪與軸聯(lián)結(jié)處（1）確定鍵的類型和尺寸由于是靜連接，選用 A型普通平鍵。由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表9-14（ GB/T1095-1979 ），查得當(dāng)軸徑d = 55mm時(shí)鍵取為b h =14 9。參照齒輪與軸的配合長(zhǎng)度為l =37mm和普通平鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng)L =50mm。（2 ）強(qiáng)度驗(yàn)算2T由教材式（6-1 ）二p二pp dlk pc式中 T =5.0942 105 N mmd = 55mml = L - b = 50 -14 = 36mmk =0.5h =0.5 9 =4.55MPa = 104.3MPa ： p滿足強(qiáng)度要求。2 5.0942 104.5 36 552）聯(lián)軸器處（1）確定鍵的類型和尺寸由于是靜連接，選用 A型普通平鍵。由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 9-14 （GB/T1095-1979）， 查得當(dāng)軸徑d = 45mm時(shí)鍵取為b h =14 9。參照齒輪與軸的配合長(zhǎng)度為丨=82mm和普通平鍵的長(zhǎng)度