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1、Harbin Institute of TechnologyHarbin Institute of Technology大作业设计说明书大作业设计说明书课程名称：机械设计设计题目：轴系部件设计设计时间：2017.12哈尔滨工业大学1设计任务设计任务原始数据如下：有冲击，室内工作，机器成批生产方案5.1.2Pdnm(r/min)nw(r/min)i1（KW）49601002轴承座中心高 H（mm）180最短作年限 L工作环境3 年 3 班室外、有尘一选择轴的材料、热处理方式一选择轴的材料、热处理方式因传递功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，故选用 45 号钢，调制处理。二.按扭转强度估算轴径
2、按扭转强度估算轴径由大作业四 P=3.84KW，n=480r/min，对于转轴，扭转强度初算轴径，查参考文献1表 10.2 得C=106118，考虑轴端弯矩比转矩小，故取C=106，则dmin c3P3.841063 21.2mmn480其中P轴的传递功率n轴的转速C由许用扭转剪应力确定的系数由于考虑到轴的最小直径处要安装大带轮或小齿轮有键槽存在，故将其扩大为 1.05 倍，得d11.0521.2 22.26mm，按标准 GB2822-81 的 R10 圆整后取d=25mm。三设计轴的结构三设计轴的结构3.1确定机体和轴的结构形式箱体内无传动件，不需经常拆卸，箱体采用整体式。由轴的功能可知，该
3、轴应具有带轮、齿轮的安装段，两个轴承的安装段以及两个轴承对外的密封段，共7 段尺寸。由于没有轴向力的存在，且载荷、转速较低，故选用深沟球轴承。由2于传递功率小，转速不高，发热小，故轴承采用两端固定式。由于轴转速较低，且两轴承间无传动件，所以采用脂润滑、毛毡圈密封。确定轴的草图如图 1 所示：图 1 确定轴的草图3.13.1阶梯轴各部分直径的确定阶梯轴各部分直径的确定1)1)轴段轴段 1 1 和和 7 7轴段 1 和轴段 7 分别安放大带轮和小齿轮，所以其长度由带轮和齿轮轮毂长度确定，而直径由初算的最小直径得到。所以，d1 d7 25mm。2)2)轴段轴段 2 2 和和 6 6轴段 2 和轴段
4、6 的确定应考虑齿轮、带轮的轴向固定和密封圈的尺寸。由参考文献3图 10.9 计算得到轴肩高度h1(0.07 0.1)d1(0.07 0.1)25mm (1.75 2.5)mmd2 d6 d12h1(28.5 30)mm由参考文献3表 14.4 取毡圈油封直径d 29mm，取轴径d2 d630mm。3)3)轴段轴段 3 3 和和 5 5轴段 3 和轴段 5 安装轴承，最终尺寸由轴承确定。标准直齿圆柱齿轮，没有轴向力，但考虑到有较大的径向力，故选用深沟球轴承。初算轴径d3 d22mm 30mm2mm 32mm由参考文献3表 12.1 选轴承 6307，外形尺寸d=35mm，D=80mm，B=21
5、mm，安装尺寸da=44mm，Da=71mm。故确定轴径d3 d5 d 35mm。34)4)轴段轴段 4 4轴段 4 在两轴承座之间，其功能为定位固定轴承的轴肩，故d4 44mm。3.23.2 阶梯轴各轴段长度及跨距的确定阶梯轴各轴段长度及跨距的确定1)1)轴段轴段 4 4对二支点在同一轴承座内而支点间无传动件的情况，应首先确定两轴承间跨距 L，一般L (2 3)d，d 为轴承所在轴段的直径。而此轴的跨距是指轴上支反力作用点间的距离，对于深沟球轴承，力作用点在轴承宽度中点。由上述可知，L (2 3)d3(2 3)35mm (70 105)mm。取L 91mm，则轴段 4 的长度L4 L B 9
6、121 70mm。2)2)轴段轴段 3 3 和和 5 5轴段 3 和轴段 5 安装轴承，轴段长度与轴承内圈宽度相同，故L3 L5 B 21mm。3)3)轴段轴段 2 2 和和 6 6轴段 2 和轴段 6 的长度和轴承盖的选用及大带轮和小齿轮的定位轴肩的位置有关系。由于箱体采用整体式，故选择凸缘式轴承端盖（如图 2 所示）。取固定轴承端盖的螺栓的直径为d0 6mm，则e 1.2d31.26mm 7.2mm，取e 8mm。取m 20mm，箱体外部传动零件的定位轴肩到轴承端盖间的距离 K 取 20mm。故轴段 2 和轴段 6 的长度L2 L6 em K 82020 48mm。图 2 凸缘式轴承盖4)
7、4)轴段轴段 1 1 和和 7 74轴段 1 和 7 分别安装大带轮和小齿轮，故根据大作业 3、4 可知轴段 1,7长度L1 48mm，L7 60mm。四轴的受力分析四轴的受力分析4.14.1 轴系部件受力分析轴系部件受力分析轴系部件上的转矩T1 9.55106P3.841 9.55106 76400N mmn1960/2小齿轮圆周力Ft2T1276400 2996.1Nd151小齿轮径向力Fr Fttan 2996.1tan20N 1090.5N由于是直齿轮，故小齿轮轴向力Fa 0。由大作业 3 可知，大带轮压轴力FQ1497.2N。4.24.2 计算支反力计算支反力在水平面上(21+2+3
8、3)+(22+4+5+6+27)2(23+4+5)22=01+2+=0R1H 718.9NR2H1868.8N在垂直平面上7335(+6+5+4+)2(+4+)=022221+2+=05R1V 5975.7NR2V 2979.6N轴承 1 的总支承反力222R1R12V R1H5975.7 718.9 6018.8N轴承 2 的总支承反力22R2R22979.621868.82 3517.2NV R2H4.34.3 画弯矩图和转矩图画弯矩图和转矩图水平面上，轴承 1 所受弯矩M1H1090.590.5N 98690.3N mm水平面上，轴承 2 所受弯矩M2H1497.288.5N 13250
9、2.2N mm垂直面上，轴承 1 所受弯矩最大M1V 2996.190.5N 271147.1N mm轴承 1 处合成弯矩：2M1M12271147.1298690.32 288549.0N mmV M1H轴承 2 处合成弯矩：M2132502.2N mm转矩：T1 9.55106P3.841 9.55106 76400N mmn1960/26图 3 轴的受力图7五校核轴的强度五校核轴的强度由弯矩转矩图可知，轴承 1 处为危险截面。由参考文献1附表 10.1 可知：抗弯剖面模量：W d333235332mm3 4209.24mm3抗扭剖面模量：WTd331635316mm3 8418.49mm
10、3则弯曲应力：bM1288549.0 68.6MPW4204.24ab 68.6MP,m 0扭剪应力：TT76400MPa 9.1MPaWT8418.49abmT29.1MPa 4.6MPa2对于调质 45 钢，由参考文献1表 10.1 查得：b 650MPa，1 300MPa，1155MPa。由参考文献1查得碳素钢等效系数 0.2，=0.1由参考文献1附表 10.3 查得轴与滚动轴承配合应力系数K1.83,K1.63由参考文献1附图 10.1 查得绝对尺寸系数 0.88，0.81由参考文献1附图 10.2 查得轴磨削时表面质量系数 0.95只考虑弯矩时的安全系数：S1K3001.8368.6
11、0.200.950.88 2.4am只考虑转矩时的安全系数：8S1K1551.634.60.14.60.950.8115.2安全系数：amS 校核通过。SSSS222.415.22.4 15.222 2.4 S1.31.5六校核键连接的强度六校核键连接的强度由参考文献1式 6.1p式中：2T1pkldpT1工作面的挤压应力，MPa；传递的转矩，N mm；d轴的直径，mm；l键的工作长度，mm，A 型，l Lb，L、b为键的公称长度和键宽；k键与毂槽的接触高度，mm,k h/2；p许用挤压应力，MPa，由参考文献1表轻微冲击，p100 120MPa,取 110Mpa。（1）轴段 1 上的键：6.
12、1，静连接，材料为钢，有p12T4T476400MPa 36.4MPap110MPakL1d1hL1d174825校核通过。（2）轴段 7 上的键：p7校核通过。2T4T476400MPa 29.1MPap110MPakL7d7hL7d7760259八校核轴承的寿命八校核轴承的寿命轴承受轴向力，只有径向力，且Fr2 R2 Fr1 R1，所以只校核轴承 2 即左轴承即可。8.1.8.1.计算当量动载荷计算当量动载荷由参考文献1式 11.2P XFr1YFa116018.80 6018.8N；式中：P当量动载荷，N；Fr2、Fa2轴承的径向载荷和轴向载荷，Fr1 R1 6018.8N,Fa1 0；
13、X、Y动载荷径向系数和动载荷轴向系数，由FaFr e,X 1,Y 0。8.2.8.2.校核寿命校核寿命由参考文献1式 11.1c106 fTC 106 1.033400 Lh 18221h60n1fPP604801.26018.8式中：LhLh轴承的基本额定寿命，h；Lh 38250318000h；轴承的预期寿命，三年三班，每年按 250 天计，C轴承的基本额定动载荷，由参考文献2表 12.1，查轴承6307，C Cr33.4kN；寿命指数，对于球轴承，3；fTfP温度系数，由参考文献1表 11.9，工作温度150 C，fT1.0；载荷系数，由参考文献1表 11.10，中等冲击，fP1.2 1
14、.8，取fP1.2；Lh Lh，校核通过。10九轴上其他零件设计九轴上其他零件设计1）轴上键连接的设计轴和大带轮和小齿轮的轴向连接均采用 A 型普通平键连接，为加工方便，两处键连接尺寸相同，根据参考文献3 表 11.28，选用 A 型普通平键，为轴段 1键bL 828 GB/T 1096-2003，轴段 7 键bL 840 GB/T 1096-20032）密封用毛毡圈毛毡圈所在轴段的直径为 30mm，查参考文献3表 14.4，可得毛毡圈梯形沟槽宽边长 5.5mm，窄边长 4mm，窄边直径 43mm，宽边直径 31mm。3)两侧轴端挡板该零件也属于标准件。查阅参考文献2表 11.22，选用螺栓紧
15、固轴端挡圈（GB/T 892-1986），B 型，公称直径 32mm。十轴承座结构设计十轴承座结构设计本次设计中选用整体式轴承座。按照设计方案的要求，轴承座孔中心高H=170mm。轴承座腹板壁厚10mm，筋厚m10mm，底座凸缘厚度 b=15mm。轴承座地脚螺栓直径 df=16mm,轴承盖连接螺栓直径 d1=6mm。由参考文献3表 4.2 查到地脚螺栓的扳手空间 C1=13mm，C2=11mm，沉头座直径 d2=36mm。图 4 轴承端盖结构图11十一十一.轴承端盖的设计轴承端盖的设计箱内无传动件，故选用凸缘式轴承端盖，工作环境室内清洁，故用毛毡圈密封。凸缘厚e 8mm，旋入端长m 18mm，旋入端外径为轴承外径D 80mm，内径配合轴承安装尺寸取 70mm，拔模斜度 1:10。凸缘外径D2 D(5 5.5)d3，d3为螺栓直径 M6，D2取 110mm。螺栓孔中心距D0(D D2)/2 (80110)/2 95mm。十二参考文献十二参考文献1 宋宝玉、王黎钦.机械设计.北京：高等教育出版社.20102 张锋、宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京：高等教育出版社，2009.3 王连明、宋宝玉.机械设计课程设计.3 版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版.2007.12