哈工大机械设计大作业5轴系部件设计

HarbinInstituteofTechnology机械设计大作业说明书设计题目：轴系部件设计\方案三院系：能源科学与工程学院班级：1402401班设计者：学号：指导教师：设计时间：2016年11月26日目录机械设计大作业任务书.......................................................................-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）........................................................................-10-参考文献..............................................................................................-12--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___设计者班号1402401班设计原始数据：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5.1.3396011021805年2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=103～126，考虑轴端弯矩比转矩小，取C=103。33min2.8810318.72960/2PdCmmn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18.721.0519.66kdmm，按参考文献[2]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10.3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。标准斜齿圆柱齿轮，有较大的径向力，但考虑到有较小的轴向力，选用角接触球轴承。根据参考文献[2]表12.2得GB/T276—1994，初选轴承7207C，外形尺寸d=35mm，D=72mm，B=17mm，15.7amm。因为轴承的dn值小于8000/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442addmm。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41001783lLBmm,取83mm。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3517llBmm。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()85504259.5222BLlllmm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150lLmm，轴段7长度740lmm。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=30mm。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661112.889.55109.551057300960/2PTNmmn齿轮圆周力112257300191060tTFNd齿轮径向力tantan201910716.5cos14scortnFFN齿轮轴向力1910tantan14476.2atFFN带轮压轴力1148.8QN-5-在水平面上31122559.517/29322llLlmm3524178310022llLlmm573617/2422070.522llLlmm12312/21148.893100716.570.5476.2301569.2100raHQLLFLFdRNL211569.2+1148.8+716.5=296.1HHrRRQFN在垂直平面上312191070.51346.55100tVFLRNL21(19101346.55)3256.55VtVRFRN轴承1的总支承反力22221111569.21346.552067.75HVRRRN轴承2的总支承反力2222222296.13256.553270HVRRRN4.3画弯矩图竖直面上，II-II截面处弯矩最大，191070.5134655IIVMNmm；水平面上，I-I截面处弯矩最大，1148.893106838.4IHMNmm；II-II截面处的弯矩为716.570.5+476.23064800HMNmm合成弯矩，I-I截面：22=106838.4IIHIVIHMMMMNmmII-II截面：222213465564800149435.64IIIIHIIVMMMNmm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画转矩图作用在轴上的转矩为大带轮的输入转矩-6-661112.889.55109.551057300960/2PTNmmn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13465564800106838.4106838.457300149435.64合成弯矩图III-7-22221111346550.3573004431.66554287.58575ebTMTMPaMPaWW式中：1M——2-2截面处弯矩，1134655MNmm；T——2-2截面处转矩，157300TNmm；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：13465531.414287.5bMMPaW31.41,0abmMPa,扭剪应力：1573006.688575TTTMPaW6.683.3422TamMPa