哈尔滨工业大学机械设计大作业5轴系部件5.1.1

HarbinInstituteofTechnology机械设计大作业说明书轴系部件设计课程名称：机械设计设计题目：轴系部件设计院系：能源科学与工程学院班级：1202101班设计者：滕令凯指导教师：曲建俊学号：1120200605设计时间：2014-12-02哈尔滨工业大学目录机械设计作业任务书.....................................................................-1-1选择材料，确定许用应力..........................................................-2-2按扭转强度估算轴径..................................................................-2-3设计轴的结构..............................................................................-2-4轴的受力分析..............................................................................-4-4.1画轴的受力简图.................................................................-4-4.2计算支承反力.....................................................................-4-4.3画弯矩图.............................................................................-5-4.4画转矩图.............................................................................-5-5校核轴的强度..............................................................................-6-6轴的安全系数校核计算..............................................................-7-7校核键连接的强度......................................................................-8-8校核轴承的寿命..........................................................................-9-8.1计算当量动载荷.................................................................-9-8.2校核寿命.............................................................................-9-9轴上其他零件设计....................................................................-10-10轴承座结构设计......................................................................-10-11轴承端盖（透盖）..................................................................-10-12参考文献..................................................................................-10--1-哈尔滨工业大学机械设计大作业任务书题目___轴系部件设计___设计原始数据：方案电动机工作功率P/kW电动机满载转速nm/(r/min)工作机的转速nw/(r/min)第一级传动比i1轴承座中心高度H/mm最短工作年限工作环境5.1.13960901.81808年1班室外有尘传动方案如图5.1图5.1-2-1选择材料，确定许用应力通过已知条件和查阅相关的设计手册得知，该传动机所传递的功率属于中小型功率。因此轴所承受的扭矩不大。故选45号钢，并进行调质处理。2按扭转强度估算轴径对于转轴，按扭转强度初算直径：3minPdCn其中P——轴传递的功率，*3*0.962.88PPkw电动机n——轴的转速，r/minC——由许用扭转剪应力确定的系数。查表9.4得C=106～118，考虑轴端弯矩比转矩小，取C=106。33min2.8810618.60960/1.8PdCmmn由于考虑到轴的最小直径处要安装大带轮，会有键槽存在，故将其扩大5%，得18.601.0519.53kdmm，按参考文献[2]标准GB2822-1981的10R圆整后取125.0dmm。3设计轴的结构由于本设计中的轴需要安装带轮、齿轮、轴承等不同的零件，并且各处受力不同，因此，设计成阶梯轴形式，共分为七段。以下是轴段的草图：轴段⑦轴段⑥轴段⑤轴段④轴段③轴段②轴段①-3-3.1阶梯轴各部分直径的确定1)轴段1和轴段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，1725ddmm。2)轴段2和轴段6轴段2和轴段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[1]表9.5计算得到轴肩高度(0.07~0.1)(0.07~0.1)25(1.75~2.5)hdmm26122521.75~2.528.5~30dddhmm毛毡圈油封的轴径30dmm，所以2630ddmm。3)轴段3和轴段5轴段3和轴段5安装轴承，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，选用深沟球轴承。根据参考文献[2]表12.1得GB/T276—1994，初选轴承6307，外形尺寸d=35mm，D=80mm，B=21mm，轴件安装尺寸44admm。因为轴承的dn值小于9000/minr，所以选用脂润滑。故取3535ddmm。4)轴段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444addmm。3.2阶梯轴各轴段长度及跨距的确定1)轴段4。轴段4在两轴承座之间，两端支点间无传动件，应该首先确定该段跨距L。一般3(2~3)(2~3)35(70~105)Ldmm，取100Lmm。则轴段4长度41002179lLBmm,取79mm。2)轴段3和轴段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3521llBmm。3)轴段2和轴段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。选用凸缘式轴承端盖，取固定轴承端盖螺钉大径36dmm,则凸缘厚度31.27.27mmedmm，20mmm，箱体外部传动零件的定位轴肩距轴承端盖的距离15Kmm，则轴段6长度62071542lmeKmm-4-由于大带轮较大，设计成腹板式结构，故轴段2长度266()652304249.5222BLlllmm带轮宽度轮毂宽度,4）轴段1和轴段7。轴段1和7分别安装大带轮和小齿轮，故轴段1长度160lLmm，轴段7长度760lmm。3.3键尺寸的确定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，根据参考文献[2]表11.27，选用A型普通平键，大带轮键87bhGB/T1096-2003，键长L=40mm。小齿轮键87bLGB/T1096-2003键长L=40mm。4轴的受力分析4.1画轴的受力简图轴的受力简图、弯矩图、转矩图画在一起，见图5.2。4.2计算支承反力传递到轴系部件上的转矩661112.889.55109.551051570960/1.8PTNmmn齿轮圆周力112251570191054tTFNd齿轮径向力tan1910tan20695.2rtFFN齿轮轴向力0aFN带轮压轴力1047.8QN-5-在水平面上31123049.521/29022llLlmm3524217910022llLlmm573621/2423082.522llLlmm123121047.890100695.282.51417.28100rHQLLFLRNL211417.28+1047.8+695.2=325.72HHrRRQFN在垂直平面上312191082.51575.75100tVFLRNL21(19101575.75)3485.75VtVRFRN轴承1的总支承反力22221111417.281575.752119.36HVRRRN轴承2的总支承反力2222222325.723485.753500.94HVRRRN4.3画弯矩图竖直面上，II-II截面处弯矩最大，191082.5157575IIVMNmm；水平面上，I-I截面处弯矩最大，1047.89094302IHMNmm；II-II截面处的弯矩为695.282.557354HMNmm合成弯矩，I-I截面：2294302IIHIVIHMMMMNmmII-II截面：222215757557354167688.3IIIIHIIVMMMNmm竖直面上和水平面上的弯矩图，及合成弯矩图如图2所示4.4画转矩图做用在轴上的转矩为大带轮的输入转矩-6-661112.889.55109.551051570960/1.8PTNmmn转矩图如图5.2所示5校核轴的强度II-II截面既有弯矩又有转矩，且弯矩最大，为危险截面。单位：图5.2轴的受力简图、弯矩图、转矩图按弯扭合成强度计算。根据参考文献[1]式10.3，有mmN竖直面弯矩图水平面弯矩图转矩图1575755735451570合成弯矩图9430294302167688III-7-22221111575750.3515704436.93554287.58575ebTMTMPaMPaWW式中：1M——2-2截面处弯矩，1157575MNmm；T——2-2截面处转矩，151570TNmm；W——抗弯剖面模量，由参考文献[1]附表9.6，33330.10.1354287.5Wdmm；TW——抗扭剖面模量，由参考文献[1]附表9.6，33330.20.2358575TWdmm；——根据转矩性质而定的折合系数，对于不变的转矩，3.0；b1——对称循环的许用弯曲应力，由参考文献[1]表9.7，155bMPa。因此，校核通过6轴的安全系数校核计算弯曲应力：15757536.754287.5bMMPaW36.75,0abmMPa,扭剪应力：1515706.08575TTTMPaW6.03.022TamMPa由参考文献[1]式9.4、9.5、9.6，13004.01.6736.750.200.920.88amSK115525.81.423.00.13.00.920.81amSK-8-22224.025.83.951