哈工大機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)

學(xué)習(xí)文檔僅供參考學(xué)習(xí)文檔僅供參考學(xué)習(xí)文檔僅供參考學(xué)習(xí)文檔僅供參考哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書題目： 軸系部件設(shè)計(jì)系別： 英才學(xué)院班號： 1436005： 劉璐日期: 1.12哈爾濱工業(yè)大學(xué)

機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)任務(wù)書題目：軸系部件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：表1帶式運(yùn)輸機(jī)中V帶傳動的已知數(shù)據(jù)方案Pd〔KW〕n(r/min)mn(r/min)wii軸承座中心高H〔mm〕最短工作年限L工作環(huán)境5.1.2496010021803年3班室外有塵機(jī)器工作平穩(wěn)、單向回轉(zhuǎn)、成批生產(chǎn)目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、帶輪及齒輪數(shù)據(jù) 1\o"CurrentDocument"二、選擇軸的材料 1三、初算軸徑dmn 1\o"CurrentDocument"四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2確定軸承部件機(jī)體的結(jié)構(gòu)形式及主要尺寸 2確定軸的軸向固定方式 錯誤!未定義書簽。選擇滾動軸承類型，并確定潤滑、密封方式 錯誤!未定義書簽。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 錯誤!未定義書簽。\o"CurrentDocument"五、軸的受力分析 4畫軸的受力簡圖 4計(jì)算支承反力 4畫彎矩圖 5畫扭矩圖 5\o"CurrentDocument"六、校核軸的強(qiáng)度 5\o"CurrentDocument"七、校核鍵連接的強(qiáng)度 7\o"CurrentDocument"八、校核軸承壽命 8計(jì)算軸承的軸向力 8計(jì)算當(dāng)量動載荷 8校核軸承壽命 8\o"CurrentDocument"九、繪制軸系部件裝配圖〔圖紙〕 9\o"CurrentDocument"十、參考文獻(xiàn) 9學(xué)習(xí)文檔僅供參考學(xué)習(xí)文檔僅供參考學(xué)習(xí)文檔僅供參考學(xué)習(xí)文檔僅供參考一、帶輪及齒輪數(shù)據(jù)已知帶傳動輸出軸功率P=kW，轉(zhuǎn)矩T=N?mm,轉(zhuǎn)速n=480r/min,軸上壓力Q=N,因?yàn)樵緢A柱直齒輪的尺寸不滿足強(qiáng)度校核，故修改齒輪尺寸為分度圓直徑d1=96.000mm，其余尺寸齒寬b1=35mm，螺旋角B=0°，圓周力Ft=N，徑向力Fr=N，法向力Fn=N，載荷變動小，單向轉(zhuǎn)動。二、選擇軸的材料因傳遞功率不大，且對質(zhì)量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，故選用常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。三、初算軸徑dminmin對于轉(zhuǎn)軸，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初算，由參考文獻(xiàn)［1］式估算最小直徑c ~p39.55x106— pn=^3' o.2[t] Jn式中：P—軸傳遞的功率，kW；n一軸的轉(zhuǎn)速，r/min；［t］—許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa；C—由許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力確定的系數(shù)。查參考文獻(xiàn)［1］表，得對于45鋼，C取值范圍126~103，取C=118。軸輸入功率為P=PA%式中：n1—v帶傳動的效率，查參考文獻(xiàn)［2］表，V帶傳動效率n1=8；n2—滾動軸承傳動效率，查參考文獻(xiàn)［2］表，一對滾動球軸承傳動效率n2=8。故：P=Pdn1V2=4x0.98x0.98=3.8416kW軸轉(zhuǎn)速為：n=2m= =480r/min并考慮軸上有一個鍵槽，將軸徑1加大5%。于是初算軸徑最小值得：d>1.05xC3Pd>1.05xC3P_=1.05x118xn3.8416————=24.78mm480按照GB/T2822—2005的Ra10系列圓整，初取d=25mm。四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定軸承部件機(jī)體的結(jié)構(gòu)形式及主要尺寸為方便軸承部件的裝拆，軸承座的機(jī)體采用剖分式結(jié)構(gòu)，取軸承座的鑄造壁厚為b=8mm。機(jī)體上軸承旁連接螺栓直徑d2=12mm，裝拆螺栓所需要的扳手空間g=18mm，C2=16mm，故軸承座內(nèi)壁至座孔外端面距離：L=b+C1+C2+(5~8)mm=47~50mm圖2軸的結(jié)構(gòu)草圖〔不帶尺寸〕圖2軸的結(jié)構(gòu)草圖〔不帶尺寸〕取L=50mm。由此，設(shè)計(jì)的軸承部件的結(jié)構(gòu)如圖2所示。然后可按軸上零件的安裝順序，從dmin處開始設(shè)計(jì)。確定軸的軸向固定方式由于軸跨距不大，且傳遞功率中等，齒輪減速器效率高、發(fā)熱小，軸不會太長，故軸承部件的固定方式可采用兩端固定的方式。選擇滾動軸承類型，并確定潤滑、密封方式軸上所安裝齒輪為直齒輪，不產(chǎn)生軸向載荷，且徑向載荷較小、轉(zhuǎn)速不高，故選用深溝球軸承。軸承內(nèi)圈直徑約為25mm量級，根據(jù)參考文獻(xiàn)［1］，其速度因數(shù)值：d九=25X960=24000?(1.5~2)x105mm?r/min其速度因數(shù)較小，宜選用脂潤滑。密封段軸徑約為30mm量級，nd八v= 1000x60其軸頸圓周速度為：n,30,960=1000X60=1.51m/S<7Ms由于軸徑圓周速度小，且工作環(huán)境有塵，所以采用唇形圈密封。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大帶輪與軸段1：由于要求，大帶輪必須放置在軸端，所以必勿即為軸段1的最小直徑，d「25mm。大帶輪一端通過軸肩固定，另一端通過擋圈和螺栓固定，軸段1處放置大帶輪處長度110=50mm,為防止發(fā)生干預(yù)，軸段長度比大帶輪寬度短1?3mm,故?。簂1=48mm密封圈與軸段2、軸段6：本方案采用深溝球軸承,端蓋宜采用凸緣式端蓋,密封方式采用毛氈圈密封。由參考文獻(xiàn)［1］圖中公式,可得到軸段2與軸段1之間的軸肩高為：h1=(0.07~0.1)d1=(0.07~0.1)x?2.5mm由參考文獻(xiàn)⑵表，選擇軸徑為030mm的毛氈圈，故軸段2的直徑：d2=30mm同理,軸段6的直徑為：d6=30mm軸承與軸段3及軸段5：由參考文獻(xiàn)［1］圖中公式,可得到軸段3與軸段2之間的軸肩高為：h2=(0.07~0.1)d2=(0.07~0.1)x30=?3mm軸承采用深溝球軸承,考慮軸承可能承受較大徑向載荷,選取窄系列、中載系列,由參考文獻(xiàn)［2］表12.1,選用軸承型號6307,因此：d3=d5=35mml3=l5=21mm軸段4：軸段4與軸段3和軸段5形成的軸肩對兩個軸承其軸向固定作用。查參考文獻(xiàn)［2］表,得6307軸承的安裝尺寸為da=44mm。故軸段4軸徑為d4=44mm小齒輪與軸段7：根據(jù)最小軸徑，取d7=25mm。與大帶輪處相同小齒輪一端通過軸肩固定，另一端通過擋圈和螺栓固定，軸段7處放置小齒輪寬度170=35mm,為防止發(fā)生干預(yù)，軸段長度比大帶輪寬度短1?3mm,故取：17=33mm(7)機(jī)體與軸段2、4、6的長度：對于二支點(diǎn)在同一軸承座內(nèi)而支點(diǎn)間無傳動件的情況，應(yīng)首先確定兩軸承跨距L,由參考文獻(xiàn)［3］,一般取L=(2~3)d，其中d為軸承所在軸段的直徑，即d3和d5。則跨距取值為L=(2~3)d3=(2~3)x35=70~105mmi對于軸段4取軸段4長度為14=75mm?？缇酁檩S上直返力作用點(diǎn)間距離，對向心軸承，支反力作用點(diǎn)在軸承寬度中點(diǎn),則此時跨距為L2=l4+l3=75+21=96mmii對于軸段2和軸段6：為防止大帶輪或小齒輪斷面轉(zhuǎn)動時與不動的軸承端蓋相碰，軸承端蓋與這兩零件端面間應(yīng)有足夠的間距，取該間距為H=15mm。由參考文獻(xiàn)［3］查得，軸承蓋凸緣厚e=10mm。為補(bǔ)償機(jī)體的鑄造誤差，軸承應(yīng)深入軸承座孔內(nèi)適當(dāng)距離，以保證軸承在任何時候都能坐落在軸承座孔上，為此取軸承上靠近機(jī)體內(nèi)壁的端面與機(jī)體內(nèi)壁間的距離為A=5mm。由此計(jì)算12、16：12=16=H+e+(L+4-13)=15+10+(75+4-21)=83mm(8)各軸段尺寸匯總：軸段1234567d/mm253035443530251/mm48832175218333軸總長度：1=48+83+21+75+21+83+33=364mm進(jìn)而，軸承的支點(diǎn)及力的作用點(diǎn)之間的跨距也隨之確定下來。6307軸承力作用點(diǎn)為軸承寬度中心。取大帶輪、小齒輪的中點(diǎn)作為力作用點(diǎn)，則可得跨距：L1=mm，L2=96mm，L3=110mm鍵連接：大帶輪和小齒輪與軸的周向連接均采用A型普通平鍵連接，由文獻(xiàn)［2］表，軸徑為025mm時，使用鍵的型號分別為：A8X7X70GB/T1096—2003和A8X7X56GB/T1096—2003。最后在結(jié)構(gòu)草圖上添加初定尺寸，如圖3：五、軸的受力分析畫軸的受力簡圖計(jì)算支承反力在水平面內(nèi)，對軸承2〔見圖4(a)〕列力矩平衡方程，得：_Q(L1+L2)-FrL3_705.23X(117.5+96)-885.66X110_%=-^；--= 96 =553.58N在水平面內(nèi)軸徑向方向上列受力平衡方程，得：A2H=4+Q—%H=885.66+705.23-553-58=1037.31N學(xué)習(xí)文檔僅供參考學(xué)習(xí)文檔僅供參考學(xué)習(xí)文檔僅供參考學(xué)習(xí)文檔僅供參考在豎直面內(nèi)，對軸承2列力矩平衡方程，得:列受力平衡方程，得:他~T~2110X2433.3396=-2788.19NA2V=Ft-A1V=2433.33+2788.19=5221.52N負(fù)號表示受力方向與圖示方向相反。列受力平衡方程，得:他~T~2110X2433.3396=-2788.19NA2V=Ft-A1V=2433.33+2788.19=5221.52N負(fù)號表示受力方向與圖示方向相反。軸承1所受總支承反力：F1r=jA1H2+A1V2/553.582+(-2788.19)2=2842.61N軸承2所受總支承反力:F2r=jA2H2+2J1037.312+5221.522=5323.56N3.畫彎矩圖在水平面上，MaH1=Q%=705.23X117.5=82864.53N?mmMaH2=Q(4+4)-A1HL2=705.23X(117.5+96)-553.58X96=97422.93N-mm在豎直面上，MaV2=A1VL2=-2788.19X96=-267666.24N-mmMaV1=0N-mm合成彎矩a1JMaH12+MaV12=82864.53N-mma2斗aH22+MaV22/78531.562+(-215734.99)2=284844.60N-mm故最大彎矩為Ma=284844.60N-mm4.畫扭矩圖T=97333.33N-mm六、校核軸的強(qiáng)度在軸承2的受力點(diǎn)處，既有較大彎矩，又有轉(zhuǎn)矩，而大帶輪和小齒輪的受力點(diǎn)處雖然軸徑較小且有鍵槽，但是這兩處均只受轉(zhuǎn)矩。綜上，危險(xiǎn)剖面應(yīng)為軸承2的受力點(diǎn)處。由參考文獻(xiàn)［1］附表，抗彎剖面模量：W=吟3=n*353=4209.24mm3

32 32抗扭剖面模量：抗扭剖面模量：WW=睢3=n：353=8418.49mm3t16 16彎曲應(yīng)力：彎曲應(yīng)力：對一般回轉(zhuǎn)的軸別為：_Ma對一般回轉(zhuǎn)的軸別為：_Ma_284844.60_%=W=4209.24=57.67MPa彎曲應(yīng)力應(yīng)按對稱循環(huán)變化,故彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力分aa=ab=57.67MPa

am=0MPa扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：t=-L=^3333=11.56MPaTWp 8418.49對一般轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力通常按脈動循環(huán)來考慮,故扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力為t=t=-jT=5.78MPa

am2由參考文獻(xiàn)［1］表得，對于調(diào)質(zhì)處理的45鋼，。B=650MPa,。-1=300MPa,t-1=155MPa由參考文獻(xiàn)［1］表注釋得，等效系數(shù)?。贺?，%=0.05由參考文獻(xiàn)［1］附表得不同情況下軸的有效應(yīng)力集中系數(shù)：K。=2.52,Kt=由參考文獻(xiàn)［1］附圖10.1得零件絕對尺寸系數(shù)：%，咚=由參考文獻(xiàn)［1］附圖(a)(b)、附表得：B1=,B2=,B3=因此外表質(zhì)量系數(shù)為：則只考慮彎矩時的安全系數(shù)：300―300―232 =1.99mamR6i”0只考慮轉(zhuǎn)矩時的安全系數(shù)：155T黑T+矽T- 1w嚼rix5.78+°.°5x5.78pSattm 1.3X°.81由參考文獻(xiàn)［1］式，校核危險(xiǎn)剖面疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)的公式為：S=J-St >［S］Js/+St2查參考文獻(xiàn)［1］表得軸的許用安全系數(shù)［w=1.3?，取的=。則：S-S1.99x15.°8S=—._--T—=『 =1,97>1,5=［S］jg^J1，992+15，°82故軸的強(qiáng)度校核通過。對于一般用途的轉(zhuǎn)軸，通常轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)處理，故取折合系數(shù)a，則當(dāng)量應(yīng)力：-e=J%2+4(aTT)2=^57.672+4(°.6x11.56)2=59.31MPa由參考文獻(xiàn)［1］表，查得［-］-1b=65MPa，顯然，-e<［-］-1b，故軸的此剖面的強(qiáng)度滿足要求。七、校核鍵連接的強(qiáng)度鍵連接強(qiáng)度校核條件為G=^L<[a]

pkid—」p式中：T—傳遞的轉(zhuǎn)矩，N,mm；d—軸的直徑，mm；l—鍵的工作長度，mm，對A型/=L-b，L、b為鍵的公稱長度和鍵寬，mm；E一鍵與轂槽的接觸高度，mm，通常取k=h/2；［嘰—許用擠壓應(yīng)力，由參考文獻(xiàn)［1］表查得鍵連接的許用擠壓應(yīng)力為［嘰=120?150MPa，^［。］p=120MPa。4T4x97333.33對于軸段1上大帶輪與軸的鍵連接：4T4x97333.33GP1=h(L-F)T=7x(7°8)x25=32-54MPa<12°“P"叫4TG=-74TG=-7 rP1h(L^)d1故鍵連接強(qiáng)度校核通過。4x97333.337x(568)x25=42.65MPa<12°“尸”叫

八、校核軸承壽命由參考文獻(xiàn)［2］表查得6307軸承的基本額定動載荷、基本額定靜載荷分別為：Cr，C0=19.2kN計(jì)算軸承的軸向力該機(jī)器工作時，無軸向載荷，因此兩個軸承僅承受徑向載荷。F1a=F2a=0NQ=J&H2+Q=J&H2+W/553.582