高速軸軸系部件設(shè)計

1、哈爾濱工業(yè)大學機械設(shè)計作業(yè)設(shè)計計算說明書題目：設(shè)計齒輪傳動高速軸的軸系部件系別： 班號： 姓名： 日期：2014.11.29 哈爾濱工業(yè)大學機械設(shè)計作業(yè)任務(wù)書題 目：設(shè)計帶式運輸機中的齒輪傳動設(shè)計原始數(shù)據(jù)：帶式運輸機傳動方案如圖1所示。圖1 帶式運輸機運動方案及各軸名稱原始數(shù)據(jù)見表1表1 帶式運輸機設(shè)計中的已知數(shù)據(jù)電動機工作功率Pd（kW）電動機滿載轉(zhuǎn)速工作機的轉(zhuǎn)速第一級傳動比軸承中心高H（mm）最短工作年限工作環(huán)境3960901.81508年1班室外、有塵目 錄1 軸材料的選擇·········

2、3;·····································32 初算軸徑···········

3、83;·······································33 結(jié)構(gòu)設(shè)計·········&#

4、183;·········································33.1 確定軸的軸向固定方式······

5、;····························43.2 確定軸承類型及其潤滑和密封方式··················

6、83;······43.3 確定各段軸的徑向尺寸··································43.4 確定軸承端蓋的尺寸····

7、3;································53.5 確定各段軸的軸向尺寸···············&

8、#183;··················53.6 確定各段軸的跨距·····························

9、··········63.7 確定箱體的尺寸······································

10、···63.8 確定鍵的尺寸···········································74 軸的受力分析

11、3;··············································74.1 畫出軸的受力簡圖·

12、83;·····································74.2 計算軸承的支承反力··········&

13、#183;··························74.3 畫出軸的彎矩圖·····················&

14、#183;···················74.4 畫出軸的轉(zhuǎn)矩圖····························&

15、#183;············95 校核軸的強度···································

16、3;···········95.1 按彎扭合成強度計算····································&#

17、183;95.2 軸的安全系數(shù)校核計算···································96 校核鍵連接的強度··········

18、································117 軸承壽命計算················&#

19、183;·····························118 繪制高速軸裝配圖··················&#

20、183;·······················129參考文獻·························&

21、#183;························121 軸材料的選擇因傳遞功率不大，且對質(zhì)量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，故需選用常用材料45鋼，并調(diào)質(zhì)處理。2 初算軸徑由V帶傳動的設(shè)計計算和齒輪傳動的設(shè)計計算可得各軸的運動參數(shù)和動力參數(shù)見表2。表2 各軸的運動及動力參數(shù)軸名功率P/kW轉(zhuǎn)矩T/(N·m)轉(zhuǎn)速n/(r/min)傳動比i效率電機軸3

22、29.89601.80.96軸2.8851.495335.90.96軸2.77291.739010.98卷筒軸2.71285.9290高速軸作為轉(zhuǎn)軸，這里按照扭轉(zhuǎn)強度初算軸徑 式中： 高速軸（即I軸）傳遞的功率，kW，由表2可知，； 高速軸的轉(zhuǎn)速，由表2可知，； C由許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力確定的系數(shù)，查參考文獻1表10.2得，取。由上述數(shù)據(jù)計算軸徑得 由于軸上有一個鍵槽，因此，軸徑需要增大5%，即 根據(jù)GB/T 28222005系列圓整得。3 結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 確定軸的軸向固定方式因為高速軸的跨距不太大，而且齒輪減速器效率較高、發(fā)熱小，溫度變化不大，故軸的軸向固定可采用兩端固定方式。3.2 確定軸承類型

23、及其潤滑和密封方式因為軸承所受軸向力很小，故選用深溝球軸承。因為軸承轉(zhuǎn)速不高，并且軸承內(nèi)徑也較小，其速度速度因數(shù)，故軸承的潤滑方式選擇脂潤滑。因為帶式運輸機的工作環(huán)境是有塵的，故軸承的密封方式選擇唇形圈密封。3.3 確定各段軸的徑向尺寸圖2 各軸段示意圖由設(shè)計任務(wù)可知，高速軸上需要安裝的零件有大帶輪、軸承端蓋、軸承、小齒輪，而根據(jù)帶式運輸機的傳動情況可知，高速軸的兩個支點在同一軸承座內(nèi)且支點之間無傳動件，因此高速軸需要設(shè)計成有7個軸段的階梯軸，各軸段示意圖如圖2所示。確定軸的各段徑向尺寸（直徑），需要以軸徑為基礎(chǔ)，考慮軸上零件的受力情況，軸上零件的裝拆與定位固定、與標準件孔徑的配合、軸的表面結(jié)

24、構(gòu)及加工精度等要求，逐一確定其余各段的直徑。結(jié)構(gòu)草圖如圖3所示。圖3 軸的結(jié)構(gòu)草圖 確定軸段和軸段的直徑。根據(jù)要求，軸段和軸段分別安裝大帶輪和小齒輪，這兩段直徑相等，由計算最小直徑確定，即 確定軸段和軸段的直徑。確定軸段和軸段的直徑時需要考慮到小齒輪和大帶輪的軸向固定，以及密封圈的直徑。查參考文獻1圖10.9得軸肩高度 所以有 選擇密封方式為唇形圈密封，根據(jù)GB/T 1387.11992，取 。 確定軸段和軸段的直徑。軸段和軸段用以安裝軸承，其直徑需要由軸承內(nèi)孔直徑確定。根據(jù)軸承類型以及和，按GB/T 2671994初選深溝球軸承代號為6308，內(nèi)徑，外徑，寬度，安裝尺寸。根據(jù)軸和軸承的配合要

25、求得 確定軸段的直徑。軸段位于兩支點之間，且軸上沒有安裝零件，其直徑根據(jù)軸承的安裝尺寸確定，即 3.4 確定軸承端蓋的尺寸選用凸緣式軸承端蓋，兩個軸承端蓋均為透蓋。根據(jù)GB/T 5782 選擇緊固軸承端蓋的螺栓為M8，則凸緣厚度為 取。凸緣直徑為 取。緊固螺栓用孔所在直徑為 與箱體上軸承座孔配合的寬度取。兩個透蓋均為鑄件，拔模斜度取1：10。3.5 確定各段軸的軸向尺寸 確定軸段和軸段的軸向尺寸。軸段和軸段分別安裝大帶輪和小齒輪，大帶輪基準直徑較大，選擇腹板式，輪轂孔長度 取。小齒輪寬度為，故。 確定軸段和軸段的軸向尺寸。軸段和軸段的長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

26、用凸緣式軸承端蓋，軸承蓋凸緣厚度，箱體外部傳動零件的定位軸肩距軸承端蓋的距離，則 考慮到大帶輪的軸向固定，由于其輪槽寬度，尺寸較大，故對進行修正 取。 確定軸段和軸段的軸向尺寸。軸段和軸段需要安裝滾動軸承，故其長度與滾動軸承寬度相同，即 確定軸段的軸向尺寸。對二支點在同一軸承座內(nèi)且支點之間沒有傳動件的情況，首先確定兩軸承之間的跨距,根據(jù)經(jīng)驗公式 取，故 3.6 確定各段軸的跨距 大帶輪與右端軸承之間的跨距為 兩軸承之間的跨距為 小齒輪與左端軸承之間的跨距為 3.7 確定箱體的尺寸箱體壁厚為 箱體內(nèi)壁直徑為 箱體長度為 軸承座寬度 箱體總高度 軸承座孔中心高度 3.8 確定鍵的尺寸大帶輪與小齒輪

27、與軸的的連接均采用A型普通平鍵連接，均為鍵 。4 軸的受力分析4.1 畫出軸的受力簡圖將階梯軸簡化為一簡支梁，受力分析及其簡圖如圖4(a)所示。51490圖4 彎矩、轉(zhuǎn)矩圖abcde4.2 計算軸承的支承反力傳遞到軸系部件上的轉(zhuǎn)矩為 齒輪圓周力齒輪徑向力齒輪軸向力帶輪壓軸力帶初次裝在帶輪上時，所需初拉力比正常工作時大得多，故在設(shè)計計算軸和軸承時，將壓軸力擴大50%，即 在水平面上 在垂直平面上 軸承1的總支承反力 軸承2的總支承反力 4.3 畫出軸的彎矩圖彎矩圖如圖4(b)、(c)、(d)所示。 在水平方向上，-截面的彎矩為 -截面的彎矩為 在豎直方向上，-截面的彎矩為 軸在-截面處的合彎矩為

28、 軸在-截面處的合彎矩為 4.4 畫出軸的轉(zhuǎn)矩圖轉(zhuǎn)矩圖如圖4(e)所示。軸上的轉(zhuǎn)矩就是高速軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，即 5 校核軸的強度5.1 按彎扭合成強度計算由彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖可知，軸的危險截面在-截面處，按照第三強度理論有 式中：危險截面的當量應(yīng)力，； 危險截面的彎矩，由前述計算可知； 抗彎剖面模量，； 高速軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，； 抗扭剖面模量，； 根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)，對于不變的轉(zhuǎn)矩，； 對稱循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力，由參考文獻1表10.4 可得，。代入數(shù)據(jù)計算得 故校核通過。5.2 軸的安全系數(shù)校核計算疲勞強度的安全系數(shù)校核計算。只考慮彎矩時的安全系數(shù)計算公式為 式中：材料對稱循環(huán)的彎曲疲勞極限，查參考文獻1表10.1得 ； 彎曲時軸的有效