哈工大机械设计-轴系部件设计

1一、概述........................................................................................................................21、任务来源..........................................................................................................32、技术要求..........................................................................................................3二、结构参数设计........................................................................................................31、受力分析及轴尺寸设计................................................................................112、轴承选型设计、寿命计算............................................................................113、轴承结构设计................................................................................................12三、精度设计..............................................................................................................12轴颈轴承配合......................................................................................................12四、总结......................................................................................................................131HarbinInstituteofTechnology课程设计说明书课程名称：机械设计设计题目：轴系部件设计院系：航天学院自动化班级：11104104设计者：学号：1110410420指导教师：设计时间：2013年12月10日哈尔滨工业大学1机械设计作业任务书一、概述1、任务来源：老师布置的大作业课题：轴系的组合结构设计。2、题目技术要求：一钢制圆轴,装有两胶带轮A和B，两轮有相同的直径D=360mm，重量为P=1KN，A轮上胶带的张力是水平方向的，B轮胶带的张力是垂直方向的，它们的大小如图所示。设圆轴的许用应力[]=80MPa，轴的转速n=960r/min，带轮宽b=60mm，寿命为50000小时。设计要求：1.按强度条件求轴所需要的最小直径；2.选择轴承的型号（按受力条件及寿命要求）；3.按双支点单向固定的方法，设计轴承与轴的组合装配结构，画出装配图（3号图纸）4.从装配图中拆出轴，并画出轴的零件图（3号图纸）5.设计说明书1份二、结构参数设计11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：3mindmPCn其中2P——轴传递的功率，3.70.963.55mPPkWmn——轴的转速，r/min912285/min3.2mnrC——由许用扭转剪应力确定的系数。查表10.2得C=106～118，考虑轴端弯矩比转矩小，取C=106。33min3.55d10624.57285mPCmmn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mind1.0525.8kdmm，按标准GB2822-81的10R圆整后取130dmm。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，共分为六段。以下是轴段草图：13.1确定轴承部件机体的结构形式及主要尺寸为方便轴承部件的拆装，铸造机体采用剖分式结构，取机体的铸造壁厚8mm，机体上轴承旁连接螺栓直径212dmm，装拆螺栓所需要的扳手空间118Cmm，216Cmm，故轴承座内壁至座孔外端面距离125~847~50LCCmmmm取50Lmm3.2确定轴的轴向固定方式因为一级齿轮减速器输出轴的跨距不大，且工作温度不大，故轴的轴向固定采用两端固定方式。3.3选择滚动轴承的类型，并确定其润滑与密封方式因为轴不受轴向力的作用，故选用深沟球球轴承支撑。由齿轮结构设计中，小齿轮17z，4mmm，得分度圆直径41768dmm，所以齿轮的线速度为682851.0147/2/601000601000dnvmsms齿轮转动时飞溅的润滑油不足于润滑轴承，故滚动轴承采用脂润滑。因为该减速器的工作环境清洁，脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用毡圈密封，并在轴上安置挡油板。3.4轴的结构设计在本题中有6个轴段的阶梯轴，轴的径向尺寸确定，以外伸轴颈1d为基础，依次增加为130dmm，235dmm，340dmm，445dmm，550dmm，640dmm。根据轴承的类型和轴径3d，初选滚动轴承型号为6308，其基本尺寸为40dmm，90Dmm,23Bmm。因为轴承选用润滑脂，轴上安放挡油板，所以轴承内端面与机体内壁间要有一定距离，取10mm。为避免齿轮与机体内壁相碰，在齿轮端面与机体内壁间留有足够的间距H，取15Hmm。1采用凸缘式轴承盖，其凸缘厚度10emm。为避免带轮轮毂端面与轴承盖连接螺栓头相碰，并便于轴承盖上螺栓的装拆，带轮轮毂端面与轴承盖间应有足够的间距K，取20Kmm。确定各部分轴段的长度：轴段④的长度4L要比相配齿轮的轮毂长度b略短，由齿轮设计小齿轮的齿宽47.6bmm，取4245.645Lbmmmmmm轴段③的长度32151023250LHBmmmm轴段②的长度2501023102047LLBeKmmmm轴段①的长度，由V带设计中得V带轮宽度为60mm，轴段①的长度应略小于V带轮宽度，以方便固定，取158Lmm轴段⑤的长度5L就是轴环的宽度m，按经验公式541.41.4(dd)/21.45045/23.5mhmm适度放大，取514Lmm轴段⑥的长度61510231434Lmmmm进而，轴的支点及受力点间的跨距也随之确定下来。6308轴承的作用点距外座圈大边距离11.5amm，取该点为支点。取1L段中点为支撑点，则可得跨距1604711.588.52Ldmm取齿轮中点为支点，则2455011.5612Ldmm345143411.5592Ldmm1最终尺寸如上图3.5键连接设计带轮及齿轮与轴的周向连接均采用A型普通平键连接，由GB/T1095-2003可知，两个键的尺寸分别为8×7×40GB/T1095-2003，14×9×36GB/T1095-2003。4轴的受力分析4.1绘制受力简图计算结果如下4.2计算支承反力轴上一共收到3个外力，分别为齿轮的圆周力1117816.8423465.268/2FN齿轮的径向力为21tan201261.2FFN齿轮无轴向力。V带压轴力31482.4FN1在水平面上，外力为V带的压轴力和齿轮径向力3123231233195.7HFLdLdLdFLdFNLdLd2132452.1HHFFFFN在竖直面上，外力为齿轮的径向力131231703.7VFLdFNLdLd122231761.4VFLdFNLdLd轴承Ⅰ的总支承反力：22221113195.71703.73621.5RHVFFFN轴承Ⅱ的总支承反力：2222222452.11761.41818.5RHVFFFN4.3计算弯矩在水平面上滚动轴承Ⅰ弯矩：11111482.488.5131192.4HHMMFLdNmm右左在竖直面上滚动轴承Ⅰ弯矩：110VVMM右左在水平面上滚动轴承Ⅱ弯矩：220HHMM右左在竖直面上滚动轴承Ⅱ弯矩：220VVMM右左竖直平面弯矩最大处，弯矩为：2221703.761103925.7VVMFLdNmm14.4绘制弯矩扭矩图5校核轴的强度轴承Ⅰ处的弯矩为1131192.4MNmm此处最大但由于齿轮处存在键，会存在应力集中，因此分两处校核。5.1轴承Ⅰ处轴承Ⅰ处的弯矩：1131192.4MNmm抗弯截面模量为33310.10.1406400Wdmm弯曲应力：111131192.420.506400MMPaW扭曲应力：3330.20.24012800TWdmm117816.8429.204412800TTTMPaW对于单向转动的转轴，通常转矩按脉冲循环处理，故取折合系数0.6，则当1量应力为2222420.5040.69.204423.28ebMPa5.2齿轮处齿轮处的弯矩：222452.15926673.9HHMFLdNmm222222226673.9103852.5107223.31HVMMMNmm223332145.5455.50.10.1457777.62245btdtWdmmd弯曲应力：222107223.3113.787777.6MMPaW扭曲应力：22333145.5455.50.20.245168902245TbtdtWdmmd117816.8426.9716890TTTMPaW对于调质45钢，由参考文献[1]表10.1可以查得b=650MPa，1=300MPa，1=155MPa，材料的等效系数为0.2，0.1键槽引起的应力集中系数，查参考文献[1]附表9.11得1.825K，1.625K。绝对尺寸系数，查参考文献[1]附表9.12得0.84，0.78查参考文献[1]表9.8得，由于没有进行表面处理，所以11，查参考文献[1]表9.9得，轴磨削加工时的表面质量系数，21则121。由此，安全系数计算如下：1130010.021.82513.780.201.00.84amSK115510.1771.6256.970.16.971.00.78amSK222210.0210.1777.141.5~1.810.0210.177SSSSSS故，截面安全。S——只考虑弯矩时的安全系数；S——只考虑转矩时的安全系数；三、精度设计1.校核键的连接强度由参考文献[1]式4.1ppkldT12式中：p——工作面的挤压应力，MPa；1T——传递的转矩，mmN；d——轴的直径，mm；l——键的工作长度，mm，A型，lLb，L为键的公称长度，b为键宽；k——键与毂槽的接触高度，,