哈工大機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)軸系部件

1、Harbin Institute of Technology機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)題 目： 軸系部件設(shè)計(jì) 院 系： 能源科學(xué)與工程學(xué)院 班 級(jí)： 1302403班 姓 名： 閆昭琦 學(xué) 號(hào)： 1130240312 時(shí) 間： 2015年11月28號(hào) 目 錄一、設(shè)計(jì)題目1二、軸的材料選擇2三、初算軸徑2四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21.軸承部件的結(jié)構(gòu)型式及主要尺寸22.軸承固定方式23. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24.選擇滾動(dòng)軸承類型及其潤(rùn)滑方式35. 鍵連接設(shè)計(jì)3五、軸的受力分析51.畫軸的受力簡(jiǎn)圖52.計(jì)算軸的支撐反力53.畫彎矩圖及轉(zhuǎn)矩圖6六、校核軸的強(qiáng)度8七、校核鍵連接強(qiáng)度9八、校核軸承壽命101.計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷102.校核

2、軸承壽命10九、軸上其他零件設(shè)計(jì).11十、軸承座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).11十一、軸承端蓋.11參考文獻(xiàn)12軸系部件設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：方案電動(dòng)機(jī)工作功率P/kW電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速nm/(r/min)工作機(jī)的轉(zhuǎn)速nw/(r/min)第一級(jí)傳動(dòng)比i1軸承座中心高度H/mm最短工作年限工作環(huán)境5.1.2496010021803年3班室外、有塵傳動(dòng)方案如圖1.1圖1.1二、軸的材料選擇通過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小型功率。因此軸所承受的扭矩不大。故選擇45號(hào)鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。三、初算軸徑對(duì)于轉(zhuǎn)軸，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初算直徑：其中軸傳遞的功率, 軸的轉(zhuǎn)速，r/minC由許用扭轉(zhuǎn)剪

3、應(yīng)力確定的系數(shù)。由參考文獻(xiàn)1查表10.2得C=106118，取C=110。dmin=C3Pnm=110×34480=22.301mm由于考慮到軸的最小直徑處要安裝大帶輪，會(huì)有鍵槽存在，故將其擴(kuò)大5%，得dk23.416mm. 四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.軸承部件的結(jié)構(gòu)型式及主要尺寸由于本設(shè)計(jì)中的軸需要安裝帶輪、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，共分為七段。以下是軸段的草圖：軸段軸段軸段軸段軸段軸段軸段 圖4.1為方便軸承部件的拆裝，減速器的機(jī)體采用剖分式結(jié)構(gòu)，取箱體的壁厚，機(jī)體上軸承旁連接螺栓直徑，裝拆螺栓所需的扳手空間，故軸承座內(nèi)壁至座孔外端面距離C=+C1+C

4、2+510mm=4752mm，取C=50mm。2.軸承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)很長(zhǎng)，故軸承部件的固定方式可采用兩端固定方式。由此，所涉及的軸承部件的結(jié)構(gòu)型式如圖4.1所示。然后，可按軸上零件的安裝順序，從 處開始設(shè)計(jì)。3. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 階梯軸各軸段直徑的設(shè)計(jì)本題中有7個(gè)軸段的階梯軸，以外伸軸頸dmin，即為基礎(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(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(zhǎng)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。根據(jù)以上

5、要求，確定各段軸的直徑：1)軸段1和軸段7分別安放大帶輪和小齒輪，所以其長(zhǎng)度由帶輪和齒輪由輪轂長(zhǎng)度確定，而直徑由初算的最小直徑得到。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。由參考文獻(xiàn)1計(jì)算得到軸肩高度d2=d6=d1+2h=25+2×1.752.5=(28.530)mm由參考文獻(xiàn)3，毛氈圈油封的軸徑，所以。3)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，沒有軸向力，但考慮到有較大的徑向力，選用深溝球軸承。根據(jù)GB/T 2761994，初選軸承6307，外形尺寸d=35mm，D=80mm，B=21mm，圓角ra=1.5mm，軸件安裝尺寸。因?yàn)辇X輪

6、分度圓線速度v<2m/s，所以選用脂潤(rùn)滑。故取 。4) 軸段4在兩軸承座之間，其功能為定位固定軸承的軸肩，故。3.2 階梯軸各軸段長(zhǎng)度及跨距的確定大帶輪輪轂長(zhǎng) b=1.52d=6080mm，取b=80，軸段的長(zhǎng)度要比相配大帶輪輪轂長(zhǎng)度略短，=80-2=78mm.小齒輪輪轂長(zhǎng) ，取b=38，軸段的長(zhǎng)度要比相配小齒輪輪轂長(zhǎng)度略短，=.軸承端蓋部分，選用M8螺栓連接。根據(jù)參考文獻(xiàn)3圖7.5，軸承端蓋基本尺寸為：取，e=1.2*8=9.6mm,D2=D+55.5d3=255272.5mm，取D2=270，D0=0.5（D+ D2）=175?？紤]螺栓可能會(huì)與帶輪、齒輪相碰影響安裝，軸承端蓋左邊和右

7、邊分別留一間隙，故=取為30mm，=25mm。顯然軸段和軸段寬度應(yīng)與深溝球軸承寬度相等，即=18。兩軸承間跨距應(yīng)滿足=（23）=70105，所以軸段寬度為=-=5287，取=80。綜合以上分析可得軸的各段寬度為：=78，=30，=18，=80，=18，=25，=36。五、軸的受力分析5.1畫軸的受力簡(jiǎn)圖圖5.3 軸的受力簡(jiǎn)圖5.2計(jì)算支承反力傳遞到軸系部件上的轉(zhuǎn)矩T1=9.55×106×Pn1=9.55×106×4960/2=79583.3N·mm齒輪圓周力Ft=2T1d1=2×79583.378=2040.6N齒輪徑向力Fr=Ftt

8、an=2040.6×tan20°=742.72N齒輪軸向力帶輪壓軸力根據(jù)V帶設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可以得到由V帶產(chǎn)生的壓軸力FQ=879.8N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Q=1319.7N計(jì)算。在水平面上：R1H=Q×L4+L5+L32+L2+L12-Fr×(L6+L72+L52)L4+L5=1319.7×98+9+30+39-742.72×(25+18+9)98=1976.36NR2H=-R1H+Q+Fr=-1976.36N+1319.7+742.72=86.06N在垂直平面上R1V=20

9、40.6×5298=1082.76NR2V=-Ft+R1V=-3123.36N軸承1的總支承反力R1=R1H2+R1V2=2253.52N軸承2的總支承反力R2=R2H2+R2V2=3124.55N5.3畫彎矩圖及轉(zhuǎn)矩圖豎直面上，II-II截面處彎矩最大，MIIH=106111.2Nmm；水平面上，I-I截面處彎矩最大，MIH=102936.6Nmm；合成彎矩，I-I截面：MI=112921.22NmmII-II截面：MIIH=102936.6Nmm；轉(zhuǎn)矩， T=T1 豎直面上和水平面上的彎矩圖，及合成彎矩圖如圖5.4所示圖5.4彎矩圖與扭矩圖按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)參考文獻(xiàn)1式9.

10、3，有e=(M1W)2+4(T1WT)2=(112921.224287.5)2+4(0.3×79853.38575)2=26.92MPa式中：1-1截面處彎矩，MI=112921.22Nmm；1-1截面處轉(zhuǎn)矩，T1=75636N·mm；抗彎剖面模量，由參考文獻(xiàn)1附表9.6，；抗扭剖面模量，由參考文獻(xiàn)1附表9.6，；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，；對(duì)稱循環(huán)的許用彎曲應(yīng)力，軸材料為45鋼進(jìn)行調(diào)制處理，由參考文獻(xiàn)1表10.1查得b=650MPa，由表10.4查得-1b=60MPa。校核符合要求。六、軸的安全系數(shù)校核計(jì)算彎曲應(yīng)力：b=MIW=112921.224287

11、.5=26.33MPaa=b=26.33MPa,m=0扭剪應(yīng)力：T=T1WT=79853.38575=9.31MPaa=m=T2=4.66MPa安全系數(shù)：S=-1Ka+m=3001.8250.92×0.84×26.33+0.2×0=4.823S=-1Ka+m=1551.6250.92×0.82×4.66+0.1×4.66=14.76S=SSS2+S2=4.823×14.764.8232+14.762=4.58S=1.51.8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)；、材料對(duì)稱循環(huán)的彎曲疲勞極限和扭轉(zhuǎn)疲勞極限，由參

12、考文獻(xiàn)1表9.3，45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理，；鍵槽引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1附表9.10、附表9.11，；零件的絕對(duì)尺寸系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1附圖表9.12，=0.84，=0.82；表面質(zhì)量系數(shù)，=12，由參考文獻(xiàn)1附表9.8、附表9.9，；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)1 9.5.3節(jié)，；彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，a=66.36MPa,m=0；扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，a=m=T2=4.66MPa；許用疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1表9.13，；校核通過。七、校核鍵連接的強(qiáng)度由參考文獻(xiàn)1式41式中：工作面的擠壓應(yīng)力，；傳遞的轉(zhuǎn)矩，；軸的直徑，；鍵的工作長(zhǎng)度

13、，A型，為鍵的公稱長(zhǎng)度和鍵寬；鍵與轂槽的接觸高度，；許用擠壓應(yīng)力，由參考文獻(xiàn)1表4.1，靜連接，材料為鋼，有輕微沖擊，,取110Mpa。軸段1上的鍵和軸段7上的鍵，由于軸的直徑相同，鍵取相同的b，h值，都取8mm，可以計(jì)算擠壓應(yīng)力：p=2T1kld=2×79853.372(25-8)×25=107.38MPap=110MPa；校核通過；八、校核軸承的壽命軸承不受軸向力，只有徑向力，且R2>R1，所以只校核軸承2即右軸承即可。8.1計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷由參考文獻(xiàn)1式10.2P=XFr1+YFa=3124.55N式中：當(dāng)量動(dòng)載荷,N；Fr1,Fa軸承的徑向載荷和軸向載荷，F(xiàn)r1

14、=3124.55N，F(xiàn)a=0動(dòng)載荷徑向系數(shù)和動(dòng)載荷軸向系數(shù)，由。8.2校核壽命由參考文獻(xiàn)1式10.1cLh=10660n1(fTCffP)3=10660×480(1×334001.2×3124.55)3=24543.7h式中：軸承的基本額定壽命，h；軸承的預(yù)期壽命，三年三班，每年按250天計(jì)，；軸承的基本額定動(dòng)載荷，由參考文獻(xiàn)2表12.1，查軸承6307，；壽命指數(shù)，對(duì)于滾子軸承，；溫度系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1表10.10，工作溫度<105，；ff載荷系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1表11.11，輕微沖擊，ff=1.21.8，取ff=1.2；，校核通過。九、軸上其他零件設(shè)計(jì)1）

15、軸上鍵連接的設(shè)計(jì)軸和大帶輪和小齒輪的軸向連接均采用A型普通平鍵連接，為加工方便，兩處鍵連接尺寸相同，根據(jù)參考文獻(xiàn)2 表11.28，選用A型普通平鍵，為 鍵 GB/T 1096-20032）密封用毛氈圈毛氈圈所在軸段的直徑為30mm，查參考文獻(xiàn)2表14.4，可得毛氈圈的尺寸參數(shù)。3) 兩側(cè)軸端擋板該零件也屬于標(biāo)準(zhǔn)件。查閱參考文獻(xiàn)2，選用螺栓緊固軸端擋圈（GB/T 892-1986），B型，公稱直徑32mm。十、軸承座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中選用整體式軸承座。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，筋厚，底座凸緣厚度b=15mm。軸承座地腳螺栓直徑df=16mm,軸承蓋連接螺栓直徑d1=8mm。查看參考文獻(xiàn)2圖7.9，地腳螺栓的扳手空間C1=22mm，C2=20mm，沉頭座直徑d2=32mm。十一、軸承端蓋（透蓋）由本次設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，可選用凸緣式軸承蓋，其中嵌入毛氈圈以密封。由參考文獻(xiàn)2圖7.5中的經(jīng)驗(yàn)公式得到相關(guān)尺寸：，取。（此處的是螺栓直徑，即設(shè)計(jì)軸承座