哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)5軸系部件5.1.1

1、Harbin Institute of Technology機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)說(shuō)明書(shū)軸系部件設(shè)計(jì)課程名稱： 機(jī)械設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)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)： 1202101班 設(shè) 計(jì) 者： 滕令凱 指導(dǎo)教師： 曲建俊 學(xué) 號(hào)： 1120200605 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014-12-02 哈爾濱工業(yè)大學(xué)目 錄機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)任務(wù)書(shū)- 1 -1選擇材料，確定許用應(yīng)力- 2 -2按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑- 2 -3設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)- 2 -4軸的受力分析- 4 -4.1畫(huà)軸的受力簡(jiǎn)圖- 4 -4.2計(jì)算支承反力- 4 -4.3畫(huà)彎矩圖- 5 -4.4畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖- 5 -5校核軸的強(qiáng)度- 6 -6軸

2、的安全系數(shù)校核計(jì)算- 7 -7校核鍵連接的強(qiáng)度- 8 -8校核軸承的壽命- 9 -8.1計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷- 9 -8.2校核壽命- 9 -9軸上其他零件設(shè)計(jì)- 10 -10軸承座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 10 -11軸承端蓋（透蓋）- 10 -12參考文獻(xiàn)- 10 -哈爾濱工業(yè)大學(xué) 機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)任務(wù)書(shū)題目 _軸系部件設(shè)計(jì)_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5.1.13960901.81808年1班室外有塵傳動(dòng)方案如圖5.1圖5.11選擇材料，確定許用應(yīng)力通過(guò)已知條件和查閱相關(guān)的設(shè)

3、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，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)剪應(yīng)力確定的系數(shù)。查表9.4得C=106118，考慮軸端彎矩比轉(zhuǎn)矩小，取C=106。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，按參考文獻(xiàn)2標(biāo)準(zhǔn)GB2822-1981的圓整后取。3設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)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 3.1 階梯軸各部

4、分直徑的確定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，。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封圈的尺寸。由參考文獻(xiàn)1表9.5計(jì)算得到軸肩高度毛氈圈油封的軸徑，所以。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。根據(jù)參考文獻(xiàn)2表12.1得GB/T 2761994，初選軸承6307，外形尺寸d=35mm，D=80mm，B=21mm，軸件安裝尺寸。因?yàn)檩S承的值小于，所以選用脂潤(rùn)滑。故取。4) 軸段4

5、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，取。則軸段4長(zhǎng)度,取79mm。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。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。選用凸緣式軸承端蓋，取固定軸承端蓋螺釘大徑,則凸緣厚度，箱體外部傳動(dòng)零件的定位軸肩距軸承端蓋的距離，則軸段6長(zhǎng)度由于大帶輪較大，設(shè)計(jì)成腹板式結(jié)構(gòu)，故軸段2長(zhǎng)度,4）軸段1和軸段7。軸段1和7分別安裝大帶輪和小齒輪，故軸段1長(zhǎng)度

6、，軸段7長(zhǎng)度。3.3 鍵尺寸的確定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，根據(jù)參考文獻(xiàn)2 表11.27，選用A型普通平鍵，大帶輪鍵 GB/T 1096-2003，鍵長(zhǎng)L=40mm。小齒輪鍵 GB/T 1096-2003鍵長(zhǎng)L=40mm。4軸的受力分析4.1畫(huà)軸的受力簡(jiǎn)圖軸的受力簡(jiǎn)圖、彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖畫(huà)在一起，見(jiàn)圖5.2。4.2計(jì)算支承反力傳遞到軸系部件上的轉(zhuǎn)矩齒輪圓周力齒輪徑向力齒輪軸向力帶輪壓軸力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(huà)彎矩圖豎直面上，II-II截面處彎矩最大，；水平面上，I-I截面處彎矩最大，；II-II截面處的彎矩為合成彎矩，I-I截面

7、：II-II截面：豎直面上和水平面上的彎矩圖，及合成彎矩圖如圖2所示4.4畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖做用在軸上的轉(zhuǎn)矩為大帶輪的輸入轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩圖如圖5.2所示5校核軸的強(qiáng)度II-II截面既有彎矩又有轉(zhuǎn)矩，且彎矩最大，為危險(xiǎn)截面。III157575 57354943029430216768827037轉(zhuǎn)矩圖51570合成彎矩圖水平面彎矩圖豎直面彎矩圖 單位：圖5.2 軸的受力簡(jiǎn)圖、彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)參考文獻(xiàn)1式10.3，有式中：2-2截面處彎矩，；2-2截面處轉(zhuǎn)矩，；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

8、環(huán)的許用彎曲應(yīng)力，由參考文獻(xiàn)1表9.7，。因此，校核通過(guò)6軸的安全系數(shù)校核計(jì)算彎曲應(yīng)力：,扭剪應(yīng)力：由參考文獻(xiàn)1式9.4、9.5、9.6，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)；、材料對(duì)稱循環(huán)的彎曲疲勞極限和扭轉(zhuǎn)疲勞極限，由參考文獻(xiàn)1表9.3，45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理，；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)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9.12，；表面質(zhì)量系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1附圖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查得，；彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，；扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，；許用疲勞強(qiáng)

9、度安全系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1表9.13，；校核通過(guò)。7校核鍵連接的強(qiáng)度由參考文獻(xiàn)1式6.1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，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，載荷穩(wěn)定，,取140Mpa。（1） 對(duì)于軸段1上的鍵；校核通過(guò)；（2） 對(duì)于軸段7上的鍵; 校核通過(guò)。8校核軸承的壽命軸承不受軸向力，只有徑向力，且，所以只校核軸承1即左軸承即可。8.1計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷由參考文獻(xiàn)1式10.2；式中：當(dāng)量動(dòng)載荷，；軸承的徑向載荷和軸向載荷，；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10.1

10、c式中：軸承的基本額定壽命，h；軸承的預(yù)期壽命，8年1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)于球軸承，；溫度系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1表10.10，工作溫度，；載荷系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1表10.11，輕微沖擊，??；，校核通過(guò)。9軸上其他零件設(shè)計(jì)1) 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表11.22，選用螺栓緊固軸端擋圈（GB/T 892-1986），B型，公稱直徑32mm，厚度H=5mm，L=10mm。2）螺栓連接螺栓設(shè)計(jì)螺栓換屬于標(biāo)準(zhǔn)件。查閱參考文獻(xiàn)2表 11.1.2，選用連接M6螺栓。10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=6mm。由參考文獻(xiàn)2表 4.2查到地腳螺栓的扳手空間C1=22mm，C2=20mm，沉頭座直徑d2=32mm。11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，其中嵌入橡膠圈以密封，