哈工大機械設計軸系部件設計

HarbinInstituteofTechnology大作業(yè)設計說明書課程名稱：機械設計設計題目：軸系部件設計院系：機電工程學院班級：設計者：學號：指導教師：張鋒設計時間：2014.12哈爾濱工業(yè)大學機械設計作業(yè)任務書方案電動機工作功率P/kW電動機滿載轉速nm/(r/min)工作機的轉速nw/(r/min)第一級傳動比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班室外有塵目錄選擇軸的材料……………1二、按扭轉強度估算軸徑………………1三、設計軸的結構……………………13.1階梯軸各部分直徑的確定………………13.2階梯軸各軸段長度及跨距的確定……………2四、軸的受力分析……………34.1軸系部件受力分析………34.2計算支反力……………34.3畫彎矩圖和轉矩圖…………………4五、校核軸的強度……………………5六、軸的安全系數(shù)校核計算……………………5七、校核鍵連接的強度…………7八、校核軸承壽命………………7九、軸上其他零件設計…………8十、軸承座結構設計……………9十一、軸承端蓋的設計………9十二.參考文獻……………………1哈爾濱工業(yè)大學機械設計大作業(yè)說明書一．選擇材料，確定許用應力因傳遞功率不大，并對質量及結構尺寸無特殊要求，故選用45號鋼，調制處理。二.按扭轉強度估算軸徑由大作業(yè)四P=5.493KW，n=480，對于轉軸，扭轉強度初算軸徑，查參考文獻[1]表9.4得C=106~118，考慮軸端彎矩比轉矩小，故取C=106，d其中P——軸的傳遞功率n——軸的轉速C——由許用扭轉剪應力確定的系數(shù)由于考慮到軸的最小直徑處要安裝大帶輪或小齒輪有鍵槽存在，故將其擴大為1.05倍，得d1≥23.89×1.05=25.085三．設計軸的結構由于本設計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，設計成階梯軸形式，共分為七段。以下是軸段的草圖：3.1．階梯軸各部分直徑的確定1)軸段1和7軸段1和軸段7分別安放大帶輪和小齒輪，所以其長度由帶輪和齒輪輪轂長度確定，而直徑由初算的最小直徑得到。所以，d12)軸段2和6軸段2和軸段6的確定應考慮齒輪、帶輪的軸向固定和密封圈的尺寸。由參考文獻[3]圖7.2計算得到軸肩高度h=d查國標JB/ZQ4606-86，唇型圈油封的軸徑d=35mm，所以3)軸段3和5軸段3和軸段5安裝軸承，尺寸由軸承確定。由于使用斜齒輪，軸向力較大選用角接觸軸承。根據(jù)GB/T276—1994，初選軸承7209C，外形尺寸d=45mmD=85mmB=19mm，軸承安裝尺寸da=54mm。計算軸承的dn=45×480=2.16×104<1.54)軸段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d43.2階梯軸各軸段長度及跨距的確定1)軸段4軸段4在左右軸承間無傳動要求，所以無需計算配合尺寸只需計算跨距L=2~3d3=90~135mm，L取99mm。由于角接觸軸承力的作用點在距離軸承外環(huán)大端面為a的位置，查參考文獻[2]表12.2可得a=18.2mmB=19mm，所以2)軸段3和5軸段3和軸段5安裝軸承，軸段長度與軸承內圈寬度相同，故L33)軸段2和6軸段2和軸段6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系。選用凸緣式軸承端蓋，取軸承蓋凸緣厚度e10mm，m15mm，箱體外部傳動零件的定位軸肩距軸承端蓋的距離K15mm，則軸段6長度LL軸段1和7軸段1和7分別安裝大帶輪和小齒輪，故根據(jù)大作業(yè)3、4可知軸段1,7長度L1=68四．軸的受力分析4.1軸系部件受力分析軸系部件上的轉矩T齒輪圓周力 F齒輪徑向力F齒輪軸向力F作用在軸上的壓力F帶初次裝在帶輪上時，所需初拉力比正常工作時大得多，故計算軸和軸承時，通常取FQmaxF4.2計算支反力在水平面上FRRR在垂直平面上FRRR軸承1的總支承反力R軸承2的總支承反力R4.3畫彎矩圖和轉矩圖五．校核軸的強度I-I截面既有彎矩又有轉矩，且彎矩最大，為危險截面。按彎扭合成強度計算。根據(jù)參考文獻[1]式10.3，有式中M1——1-1截面處彎矩，T1——1-1截面處轉矩，W——抗彎剖面模量，由參考文獻[1]附表10.1，W=0.1WT——抗扭剖面模量，由參考文獻[1]附表10.1，α——根據(jù)轉矩性質而定的折合系數(shù)，對于不變的轉矩，；σ-1b——對稱循環(huán)的許用彎曲應力，由參考文獻[1]表10.4，。校核通過六．軸的安全系數(shù)校核計算彎曲應力：σ,扭剪應力：τ由參考文獻[1]式10.4、10.5、10.6，式中：——只考慮彎矩時的安全系數(shù)；——只考慮轉矩時的安全系數(shù)；、——材料對稱循環(huán)的彎曲疲勞極限和扭轉疲勞極限，由參考文獻[1]表10.1，45號鋼調質處理，；——彎曲時和扭轉時軸的有效應力集中系數(shù)，由參考文獻[1]附表10.3、附表10.4，=1.83=1.63——零件的絕對尺寸系數(shù)，由參考文獻[1]附圖10.1，；——表面質量系數(shù)，，由參考文獻[1]附圖10.1、附表10.2，；——把彎曲時和扭轉時軸的平均應力折算為應力幅的等效系數(shù)，由參考文獻[1]表10.1，；——彎曲應力的應力幅和平均應力，；——扭轉剪應力的應力幅和平均應力，；——許用疲勞強度安全系數(shù)，由參考文獻[1]表10.5，；校核通過。七．校核鍵連接的強度由參考文獻[1]式6.1式中：——工作面的擠壓應力，；——傳遞的轉矩，；——軸的直徑，；——鍵的工作長度，，A型，，為鍵的公稱長度和鍵寬；——鍵與轂槽的接觸高度，；——許用擠壓應力，，由參考文獻[1]表6.1，靜連接，材料為鋼，有輕微沖擊，,取110Mpa。對于軸段1上的鍵；校核通過；對于軸段7上的鍵;校核通過。八．校核軸承的壽命軸承受軸向力，只有徑向力，且，所以只校核軸承2即左軸承即可。8.1.計算當量動載荷由參考文獻[1]式11.2；式中：——當量動載荷，；——軸承的徑向載荷和軸向載荷，；——動載荷徑向系數(shù)和動載荷軸向系數(shù)，由。8.2.校核壽命由參考文獻[1]式11.1c式中：——軸承的基本額定壽命，h；——軸承的預期壽命，三年三班，每年按250天計，；——軸承的基本額定動載荷，由參考文獻[2]表12.1，查軸承7209C，；——壽命指數(shù)，對于角軸承，；——溫度系數(shù)，由參考文獻[1]表11.9，工作溫度，；——載荷系數(shù)，由參考文獻[1]表11.10，中等沖擊，，??；，校核通過。九．軸上其他零件設計1）軸上鍵連接的設計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[2]表11.28，選用A型普通平鍵，為鍵GB/T1096-20032）密封用毛氈圈毛氈圈所在軸段的直徑為35mm，查參考文獻[2]表14.4，可得毛氈圈的尺寸參數(shù)。3)兩側軸端擋板該零件也屬于標準件。查閱參考文獻[2]表11.22，選用螺栓緊固軸端擋圈（GB/T892-1986），B型，公稱直徑32mm。十．軸承座結構設計本次設計中選用整體式軸承座。按照設計方案的要求，軸承座孔中心高H=170mm，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。由參考文獻[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=36mm。十一.軸承端蓋的設計軸承端蓋的結構如上圖軸承蓋的厚度e=1.2d3，d3為螺釘直徑，取螺釘M8×20，則d3=8mm軸承蓋直徑為D2=D+5~5.