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轴系部件设计计算说明书学院(系)专业班设计者指导老师2011年12月19日东北大学机械设计大作业轴系部件设计计算目录一、设计任务书及原始数据................................................................................................2二、根据已知条件计算传动件的作用力............................................................................32.1计算齿轮处转矩T、圆周力Ft及径向力Fr................................32.2计算支座反力................................................................................................3三、初选轴的材料,确定材料的机械性能........................................................................4四、进行轴的结构设计........................................................................................................44.1确定最小直径................................................................................................44.2设计其余各轴段的直径和长度,且初选轴承型号................54.3选择连接形式与设计细部结构...........................................................6五、轴的疲劳强度校核........................................................................................................65.1轴的受力图.....................................................................................................65.2绘制弯矩图.....................................................................................................75.3绘制转矩图.....................................................................................................85.4确定危险截面................................................................................................95.5计算安全系数,校核轴的疲劳强度................................................9六、选择轴承型号,计算轴承寿命..................................................................................146.1计算轴承所受支反力..............................................................................146.2计算轴承寿命..............................................................................................15七、键连接的计算..............................................................................................................15八、轴系部件的结构装配图..............................................................................................15一、设计任务书及原始数据题目:一级直齿圆柱齿轮减速器输入轴组合结构设计机械设计大作业轴系部件设计计算2轴系结构简图带轮受力分析简图原始数据见表1项目设计方案名称字母表示及单位1轴输入功率P/kW2.7轴转速n/(r/min)700齿轮齿数z321齿轮模数m/mm3齿轮宽度B/mm80大带轮直径D/mm160机械设计大作业轴系部件设计计算3带型号A带根数z3l/mm160s/mm100带传动轴压力Q/N900轴承旁螺栓直径d/mm12表1设计方案及原始数据二、根据已知条件计算传动件的作用力2.1计算齿轮处转矩T、圆周力Ft及径向力Fr已知:轴输入功率P=2.7kW,转速n=700r/(min)。转矩计算公式:T=9.550×106P/n将数据代入公式中,得:T=9.550×106×2.7/700=36836N圆周力计算公式:Ft=2T/d将转矩T带入其中,得:Ft=2×36836/63=1169.4N径向力计算公式:Fr=Ft×tanα将圆周力Ft带入其中,得:Fr=1169.4×tan200=425.6N轴受力分析简图2.2计算支座反力1、计算垂直面(XOZ)支反力根据受力分析图,我们可以利用垂直面力矩平衡原传动件计算结果T=36836NFt=1169.4NFr=425.6N理(ΣMz=0)得出求解b点垂直面支反力Rbz的计算公式:Rbz=Fr/2代入圆周力Ft的值,得:Rbz=425.6/2=212.8N机械设计大作业轴系部件设计计算4根据垂直面受力平衡原理(ΣFz=0),得出d点垂直面支反力Rdz的计算公式:Rdz=Fr-Rbz带入以求得的b点垂直面支反力的值Rbz,得:Rdz=425.6-212.8=212.8N2、计算水平面(XOY)支反力根据受力分析图,我们可以利用水平面力矩平衡原理(ΣMy=0)得出求解d点水平面支反力Rdy的计算公式:Rdy=(Q•s+Ft•l/2)/l代入径向力Fr与a点带传动轴压力Q的值,得:Rdy=(900×100+1169.4×160/2)/160=1147.2N根据水平面受力平衡原理(ΣFy=0),得出求解b点水平面支反力Rby的计算公式:Rby=Ft-Q-Rdy带入d点水平力支反力Rdy的值,得:Rby=1169.4-900-1147.2=-877.8N三、初选轴的材料,确定材料的机械性能初选材料及机械性能见表2材料牌号45号热处理方法调质处理毛皮直径/mm硬度/HBS217~286σB/MPa637σs/MPa353σ-1/MPa268τ-1/MPa155[σ+1]/MPa216[σ0]/MPa98[σ-1]/MPa59表2材料牌号及机械性能四、进行轴的结构设计4.1确定最小直径按照扭转强度条件计算轴的最小值dmin。支座反力计算结果Rbz=212.8NRdz=212.8NRdy=1147.2NRby=-877.8N其设计公式为:d≥[9550×103P/(0.2[τT]n)]1/3=A0(P/n)1/3机械设计大作业轴系部件设计计算5查《机械设计》中表8-2(P191),得由轴的材料及承载情况确定的系数A0=118~107,由于轴既受转矩作用又受弯矩作用,且弯矩大小未知,故初选大值,选定A0=118。将数据轴输入功率P=2.7kW,转速n=700r/(min)带入公式中,得:dmin=118×(2.7/700)1/3=18.5mm由于轴上开有键槽,轴径增大5%,得:D=1.05×dmin=1.05×18.5=19.43mm圆整成标准值,得:D1=25mm4.2设计其余各轴段的直径和长度,且初选轴承型号1、设计直径考虑轴上零件的固定、装拆及加工工艺要求。首先考虑轴承的选型,其直径末尾数必须为0、5;且为了便于计算,故D3初取40mm。考虑带轮及轴承b的固定,故D2取35mm。由于齿轮左端由轴套固定,故D4取42mm。综合考虑轴承d的左端固定,轴承b、d取同一型号及齿轮的右端固定,将D5、D6、D7分别取50mm、46mm、40mm。2、设计各个轴段长度先考虑齿轮的装拆及左端定位,故L4取78mm;再考虑最右端轴承d的固定以及装拆,L7取20mm;考虑带轮的宽度B=L=50mm,L1取47mm;在根据轴承b与齿轮c的相对位置及轴承b右端固定,L3取53mm;考虑带轮与轴承b之间的相对位置及轴承b的左端固定,L2取64mm;考虑齿轮右端的固定及轴环强度问题,L5取8mm;考虑齿轮c与轴承d之间的相对位置以及轴环长度,L6取23mm。3、轴的初步结构设计图轴的初步结构设计图4、初选轴承型号最小直径计算结果dmin=18.5mmD=19.43mmD1=25mm各段轴轴径与长度D1=25mmL1=47mmD2=35mmL2=64mmD3=40mmL3=53mmD4=42mmL4=78mmD5=50mmL5=8mmD6=46mmL6=23mmD7=40mmL7=20mm根据轴承b、机械设计大作业轴系部件设计计算6d处的轴段直径D3=D7=40mm,查《机械设计课程设计》中表4.6-1(P142)初选轴承型号为6208的深沟球轴承。4.3选择连接形式与设计细部结构1、选择连接形式连接形式主要是指带轮与齿轮的周向固定:初步选择利用键连接以固定带轮与齿轮。而键型号依据带轮处与齿轮处轴径大小D1、D4分别为25mm、42mm,查《机械设计课程设计》中表4.5-1(P137)初选带轮处键的公称尺寸为8×7,而键长L1初取32mm;初选齿轮处键的公称尺寸为12×8,键长L2初取63mm。2、设计细部结构轴的详细结构图五、轴的疲劳强度校核5.1轴的受力图轴的受力图轴承型号6208GB/T276-94平键尺寸带轮处:8×7×32齿轮处:12×8×63机械设计大作业轴系部件设计计算75.2绘制弯矩图1、垂直面弯矩图依据受力分析图分析易得:在垂直面(XOZ)平面,a-b处弯矩为零,而c点处弯矩最大,且由于无外加弯矩作用,根据《材料力学》中的理论得,c点左右弯矩相等。计算公式:Mcz=Rbz•l/2=Rdz•l/2带入说明书2.2中已经计算得出的垂直面支反力Rbz、Rdz数据,得:c点垂直面弯矩Mcz=212.8×160/2=17024N•mm垂直面弯矩图2、水平面弯矩图依据受力分析图分析易得:在水平面(XOY)平面,由于无外加弯矩作用,根据《材料力学》中的理论得,b、c点左右弯矩相等。计算公式:Mby=-Q•s=Ft•l/2-Rdy•lMcy=-Rdy•l/2=-Q•(s+l/2)+Rby•l/2带入说明书2.2中已经计算得出的水平面支反力Q、Ft、Rby、Rdy数据,得:b点水平面弯矩Mby=-900×100=1169.4×160/2-1147.2×160=-90000N•mmc点水平弯矩Mcy=-1147.2×160/2=-900×(100+160/2)+(-877.8)×160/2=-91776N•mm垂直面弯矩计算结果Mcz=17024N•mm水平弯矩计算结果Mby=-90.000N•mMcy=-91.776N•m机械设计大作业轴系部件设计计算8水平面弯矩图3、合成弯矩图依据上面两个步骤求得的水平面及垂直面弯矩,进行合成。计算公式:M=(Mz2+My2)1/2带入数据Mby、Mc
本文标题:东北大学机械设计轴系大作业
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