哈工大機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)軸系

1、Har bi n I nst i t ut e of Technol ogy機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)說(shuō)明書(shū)大作業(yè)名稱(chēng)：軸系設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：5.1.5班 級(jí)：1208105設(shè)計(jì)者：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：張鋒設(shè)計(jì)時(shí)間：2014.12.03哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)任務(wù)書(shū)題目一軸系部件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù):機(jī)器工作平穩(wěn)、單向回轉(zhuǎn)、成批生產(chǎn)，其他數(shù)據(jù)如表所示力殺電動(dòng)機(jī) 工作功 率 P/kW電動(dòng)機(jī)滿(mǎn) 載轉(zhuǎn)速 nm/(r/min)工作機(jī)的 轉(zhuǎn)速 nJ(r/min)第一級(jí) 傳動(dòng)比i i軸承座 中心高 度 H/mm取短工 作年限工作環(huán) 境5.1.537108021703年3 班室內(nèi)清 潔傳動(dòng)方案如圖5.1目錄一、選

2、擇軸的材料 1二、初算軸徑1三、軸承部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13.1 軸向固定方式 23.2 選擇滾動(dòng)軸承類(lèi)型 23.3 鍵連接設(shè)計(jì) 23.4 階梯軸各部分直徑確定 23.5 階梯軸各部段長(zhǎng)度及跨距的確定 2四、軸的受力分析34.1 畫(huà)軸的受力簡(jiǎn)圖 34.2 計(jì)算支反力 34.3 畫(huà)彎矩圖 34.4畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖 5五、校核軸的彎扭合成強(qiáng)度5六、軸的安全系數(shù)校核計(jì)算6七、鍵的強(qiáng)度校核7八、校核軸承壽命8九、軸上其他零件設(shè)計(jì)9十、軸承座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9十、軸承端蓋（透蓋） 9一、選擇軸的材料該傳動(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。二、初算軸徑對(duì)于轉(zhuǎn)軸，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初算直

3、徑min式中：P 軸傳遞的功率， KWnm軸的轉(zhuǎn)速， r/min;C由許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力確定的系數(shù)，查各種機(jī)械設(shè)計(jì)教材或機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。根據(jù)參考文獻(xiàn)1表9.4查得C=11A 106,取C=11&1183285355所以，23.6mm本方案中，軸頸上有一個(gè)鍵槽，應(yīng)將軸徑增大 5%即 d 23.6 X (1+5% =24.675mm按照GB2822-2005的R 20系列圓整，取d=25mm根據(jù)GB/T1096-2003,鍵的公稱(chēng)尺寸b h 8 7 ,輪轂上鍵槽的尺寸b=8mm t1 3.300.2 mm三、軸承部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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

4、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L1L2L3圖13.1 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 固定方式可采用兩端固定方式。因此，所涉及的軸承部件的結(jié)構(gòu)型式如圖 2所示。 然后，可按軸上零件的安裝順序，從 d min處開(kāi)始設(shè)計(jì)。3.2 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(xiàn)速度，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 清潔，脂潤(rùn)滑，密封處軸頸的線(xiàn)速度較低，故滾動(dòng)軸承采用氈圈密封，由于是懸 臂布置所以不用軸上安置擋油板。3.

5、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12 8GB/T 10962003。3.4 階梯軸各部分直徑的確定(1) d1和d7的確定軸段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 25mm , d7 25mm(2) d2和d6的確定軸段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圖9.16和表9.5計(jì)算得到軸肩高度h (0.07: 0.1)d(0.07: 0.1) 25 (1.75: 2.5)mmd2 d6 d1 2 h 25 2 1.7

6、52.528.5 30 mm,取 d2 30mm由中華人民共和國(guó)紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)油封氈圈表一查得：氈圈代號(hào)為 30FZ/T92010-1991(3) d3和d5的確定軸段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)GB/T 276-1994,初選軸承6307,外形尺寸d=35mm D=80mm B=21mm軸件安裝尺寸da 44mm。因?yàn)檩S承的dn值小于(1.5 2) 105mm r/ min ,所以選用脂潤(rùn)滑。故取da d5 35mm。(4) d4的確定軸段4在兩軸承座之間，其功能為定位固定軸承的軸肩，故d4 da 44mm。3

7、.5 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 L (2 : 3)d3 (2 : 3) 35 (70: 105)mm,取 L 100mm。則軸段 4 長(zhǎng)度 |4 L B 100 21 79mm 0(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，l3 l5 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 e 10mm, m 15mm,箱體外部傳動(dòng)零件的定位軸肩距軸承端蓋的距離K 15mm,則軸段

8、6長(zhǎng)度l6 m e K 10 15 15 40mm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l216(帶輪寬度輪轂寬度)1640mm(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11 L 65mm ,軸段7長(zhǎng)度I7 b 28mm ,考慮到帶輪的安裝，令11 63mm, 17 26mm。四、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 24.2 計(jì)算支承反力傳遞到軸系部件上的轉(zhuǎn)矩T1 9.55 106 生 9.55 106 :285 76669.01N.mm0355齒輪圓周力Ft2Ti2 76669.01 Kl1 N 2433.94

9、Nd163齒輪徑向力FrFt tan 2433.94 tan 20o 855.88N齒輪軸向力Fa 0N帶輪壓軸力1162.1Q 2Fz cos- 2 173.36 4sin 2 173.36 4sin 1371.646N222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 2057.47N計(jì)算。在水平面上RhQ L L2Fr L3L22057.47 63 40 855.88 21404848.65NR2HRih Q Fr4848.65+2057.47+855.88=-1935.30 NR2VFt R1V(2433.94 1277.82)3711.76

10、N在垂直平面上RivFt L3L22433.94 21401277.82 N軸承1的總支承反力RRH鬲 ,4848.652 1277.822 5014.20N軸承2的總支承反力R2 、R；h R2v 1935.302 3711.762 4185.99N4.3 畫(huà)彎矩圖豎直面上，II-II截面處彎矩最大，M11VFtL3 51112.74N mm;水平面上，I-I截面處彎矩最大， M 1H QL1 129620.61 N mm ;II-II截面處的彎矩為 MiihFL 17973.48N mm；合成彎矩，I-I 截面： MIJMI_MT M1H 129620.61 N mmII-II 截面：Mi

11、i ,M2H M 22v17973.482 51112.74254180.79 N mm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)矩圖作用在軸上的轉(zhuǎn)矩:Ti 76669.01N.mm轉(zhuǎn)矩圖如圖2所示（單位：N mm）FtJ51112.74I rnfinTf I TTrnrrnj r 129620.6154180.79129620.61j I T129620.61豎直面彎矩 圖水平面彎矩 圖1T1T合成彎矩圖I76669.01轉(zhuǎn)矩圖III nII圖2五、軸的強(qiáng)度校核n - II截面為危險(xiǎn)截面。按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)參考文獻(xiàn)1,有222231.28MPa1b 55MPaM2

12、4 T1129620.6140.3 76669.01e . WWt 4209.248418.49式中M2 H-II截面處彎矩， M2 129620.61 N mm;T II - II 截面處轉(zhuǎn)矩，Ti 76669.01N mm ;W抗彎剖面模量,由參考文獻(xiàn)1;W Ttd；/32 4209.24mm3；Wt 抗扭剖面模量，由參考文獻(xiàn)1, 33WT Ttd5/16 8418.49mm；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；化一一對(duì)稱(chēng)循環(huán)的許用彎曲應(yīng)力，由參考文獻(xiàn)1 , 1b 55MPa 因此，校核通過(guò)六、軸的安全系數(shù)校核計(jì)算彎曲應(yīng)力:129620.61 30.79MPa4209.24

13、b 30.79MPa扭剪應(yīng)力:T1WT76669.018418.499.11MPa由參考文獻(xiàn)1式9.4、9.5、9.6得:4.555MPa300191 -30.79 0.2 02.3 0.889.39155158 4.555 0.1 4.5552.3 0.8135.899.39 35.89S2 S29.392 35.8929.08 S 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(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)1表9.3, 45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理,300MPa, i155MPa ;K、K 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表9.10 得 K 1

14、.91,K1.58、零件的絕對(duì)尺寸系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1表9.12得0.88,0.81 ;表面質(zhì)量系數(shù),1 2 ,由參考文獻(xiàn)1表 9.8 , 9.9,2 0.92 ,12.5;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)1,0.2,0.1 ；a、m 彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力,a、m扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力,S 許用疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1 , S 1.5 1.8;所以，校核通過(guò)。七、鍵連接的強(qiáng)度校核由參考文獻(xiàn)1式6.1紅p kld式中:p 工作面的擠壓應(yīng)力，MPa ；T1 傳遞的轉(zhuǎn)矩，N mm ；d 軸的直徑，mm；1 一鍵的工作長(zhǎng)度，mm, A型，lk 鍵與轂槽白接

15、觸高度，mm, kL b, L、b為鍵的公稱(chēng)長(zhǎng)度和鍵寬;h/2;p 許用擠壓應(yīng)力，MPa,由參考文獻(xiàn)1,靜連接，材料為鋼，有輕微沖擊，p 125150MPa,取 140Mpa1）對(duì)于軸段1上的鍵，選擇參數(shù)L=40, B=8, h=72T2 76669.01kld 7 40 8 2554.76MPa140MPa,校核通過(guò);2）對(duì)于軸段7上的鍵，選擇參數(shù)L=22, B=8,h=7o2Tl2 76669.01p kld 722 8 252125.17MPap 140Mpa，校核通過(guò)。八、校核軸承的壽命軸承不受軸向力，只有徑向力,且 Fr1Ri5014.20 Fr2R2 4185.99,所以只校核軸承

16、1即左軸承即可。由參考文獻(xiàn)1式11.2P XFr1 YFa11 5014.205014.20N ;式中:P 當(dāng)量動(dòng)載荷，N；Fr1, Fa1軸承的徑向載荷和軸向載荷,Fr1R1 5014.20N,Fa1 0;X、Y動(dòng)載荷徑向系數(shù)和動(dòng)載荷軸向系數(shù),e,X 1,Y 0。由參考文獻(xiàn)1Lh106 fT C60nl fF F10660 3551.0 334001.0 5014.20327043.49h式中:Lh 軸承的基本額定壽命,h；Lh 軸承的預(yù)期壽命3年3班，L3 25018000h ;C軸承的基本額定動(dòng)載荷,由參考文獻(xiàn) 2,查軸承6307,C Cr 33.4kN ;壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承,3；fT

17、 溫度系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1,工作溫度105°C, fT 1.0；fF 載荷系數(shù)，由參考文獻(xiàn)1表 11.10,取 fF 1.0 ;Q LhLh ,符合要求九、軸上其他零件設(shè)計(jì)1）密封用唇形圈所在軸段白直徑為30mm查華人民共和國(guó)紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)油封氈圈表一，可 得密封圈尺寸參數(shù)D=42, b=5。2）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(chēng)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=170mm軸承座腹板壁厚 10mm,筋厚m 10mm,底座凸緣厚度b=15mm軸承座 地腳螺栓直徑df=16mm|由承蓋連接螺栓直徑d1二8mm由參考文獻(xiàn)2查到地腳螺 栓的扳手空間G=22mm C2=20mm沉頭座直徑d2=32mmH一、軸承端蓋（透蓋）由本次設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，可選用嵌入式軸承蓋，其中嵌入毛氈圈以密