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1、Harbin Institute irechnolog领M设计大惟史题S：轴系:部件设计院机电工程学院班级：指导奎师：姓名:学号：哈尔茨工业大学目录一、材料选择3二、初算轴径4三、轴系结构设计43.1轴承部件的结构型式及主要尺寸43.2及轴向固定方式43.3选择滚动轴承类型53.4轴的结构设计53.5键连接设计6四、轴的受力分析64.1画出轴的结构和受力简图64.2计算支承反力74.3画岀弯矩图84.4画岀扭矩图8五、校核轴的强度9六、校核键连接强度10七、校核轴承寿命117.1当量动载荷117.2校核轴承寿命11八、轴上的其他零件118.1毡圈118.2两侧挡油板118.3轴承端盖螺钉连接1
2、1九、轴承端盖设计129.1透盖129.2轴承封闭端盖12十、轴承座12十一、参考文献12轴系部件设计任务书题目：设计绞车(带棘轮制动器)中的齿轮传动高速轴轴系部件 结构简图见下图:。原始数据如下：室内工作、工作平稳、机器成批生产方案电动机功 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 传动比轴承 座中 心高 H/mm最短工 作 年限FC53.53.0940553.221010年2 班60%材料选择通过已知条件和査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。二、初算轴径对于转轴
3、，按扭转强度初算直径：dmn 其中P2轴传递的功率，呂= 3.0X1少nm轴的转速，r/min, nm =296.5r/minC由许用扭转剪应力确定的系数。査表10.2得CJ06118,考虑轴端弯矩 比转矩小，取8106。d八礙皿医= 22. 93如由于考虑到轴的垠小直径处要安装大带轮，会有键槽存在，故将其扩大5%,得 d . x1.05 = 24.07w/m ,按标准 GB2822-81 的R10 圆整后取d=25mmo nunI三、轴系结构设计3.1轴承部件的结构型式及主要尺寸为方便轴承部件的拆装，减速器的机体采用剖分式结构，取机体的铸造壁 厚J = 8mm,机体上轴承旁连接螺栓直径”2
4、= 12mm,装拆螺栓所需的扳手空 间Ci = 18mmQ2 = 16mm ,故轴承座内壁至座孔外端面距离：Z. = v = 1.09加 / s60000 60000v小于2m/s,齿轮转动时飞溅的润滑汕不足于润滑轴承，采用油脂对轴承润 滑，由于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轴的结构设计本设计中有6个轴段的阶梯轴，以外伸轴颈/为基础，考虑轴上零件的受 力情况，轴上零件的装拆与定位固定、与标准件孔径的配合、轴的表面结构及 加工精度等要求，逐一确定其余各段的直径。轴的轴向尺寸要考虑轴上零件的 位置、配合长度、支承结构情况
5、、动静件的距离要求等要素，通常从与传动件 相配的轴段开始。根据以上要求，确定各段轴的直径：t/i=25 mm . d2 =30 mm, c3=35 mm , d =38 mm , di =45mm, i/6=35mm根据轴承的类型和3,初选滚动轴承型号为6207, d =35 mm , D =72 mm . B =17 mm因为轴承选用脂润滑，轴上安置挡 油板，所以轴承内端面与机体内壁间要有一定距离,取 = 10”。为避免齿轮与机体内壁相碰，在齿轮端而与机体内壁间留有足够的间距H.取 H=15mm采用凸缘式轴承盖，其凸缘厚度e=10mmo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
6、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K=20mmo在确定齿轮、机体、轴承、轴承盖、带轮的相互位置和尺寸后，即可从轴 段开始，确立各轴段的长度。轴段的长度3要比相配齿轮轮毂长度b略短,取4=b-2=60mm轴段 6 的长度 13 =H+ A +2B+2=61mm轴段的长度 L2 = (L-2B-A) + e+K = 36mm轴段的长度Li=48mm轴段的长度厶5就是轴环的宽度m,按经验公式m=1.4h=4.9mm适当放大, 取 Z.5=10mm轴段的长度 Zg = (/7 + A + 5)-s= 32mm由以上分析可得轴的各段宽度为：i =48mm, L2=36mm, L3
7、=61mm. L4=60mm, L5=10mm 厶6=32mm。进而，轴的支点及受力点间的跨距也随之确定下来。取左侧两轴承的中间 点为支点。取带轮中间和齿宽的中点为力作用点，则可得跨距厶=77”，/ 2= 73mm , /3 = M.5mm。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，分别采用键8x7GB/T 10962003 及 10x8GB/T 10962003。完成结构设计草图如下图3.1 -iO552530-48366255101710+353561603216777364.5图3.1轴系部件草图四、轴的受力分析4.1画出轴的结构和受力筒图 如图 4.1(a)和 4
8、.1.(b)4.2计算支承反力齿轮所受转矩为T/N mm= 9.55xl06x = 966273296.5齿轮圆周力为Ft / N = = 3067.5N齿径向力为存/=好 tana = 3067.5xtan20 =1116.5轴向力Fa =0带轮预紧拉力0 = 1126/V在水平面上。(厶+厶+弘 + 你% 1126x(77 + 73 + 64.5) + 1116.5x64.5 + 0 “= 22X0.3N/2+/373 + 64.5耳2 = 0+仔-巧n T 126 +1116.5 - 2280.3 = -37.8N在垂直面上尺严 丄一=3067.5 x 4丄 =1438.9N /2+/3
9、64.5 + 73/73F,=F - = 3067.5 x = 1628.6Nv2 乜+厶64.5 + 73轴承I的总支承反力FRi= J梯 + 岸=V1438.92 + 2280.32 = 2696.3N轴承II支承反力FR2 = J用 2 + 宠=71628.62 + 37.82 = 1629.0N4.3画出弯矩图根据受力情况可画轴上隔断的弯矩图如图4.1(c)(d)(e) 在水平面上，两轴承中间I处MU1 =Ql = 1126x77 = 86702N加轴颈中点m处Mh =片占=37.8 x 64.5 = 2428. IN mm在垂直W, III处弯矩为Mmv =F,/2 = 1438.9
10、 x 73 = 105039.7N 加加合成弯矩，I处Mx =86702N 加加III处= J2428.F +1050397 = 105067.8AT mm4.4画出扭矩图扭矩图如图4.1(f)r/N-mm=9.55xl06x= 3067.5296.5+1 十1TLn-JU 十 Z图4.1轴的受力分析及弯矩图、五、校核轴的强度I和III截面为危险截而，需要进行校核。I截面处：抗弯截面模量：Wx = 0. Id； =0.1x353 = 4287.5mm3抗扭截面模量为：= 0.2d； =0.1x353 = 8575加肿第四强度理论当量应力：S= J刃+3(g)2 = J(訝 + 3 怜尸=28.
11、 IMPa已知轴的材料为45钢，经调质处理，查得a_b =60MPa显然ael rU , 故I截而强度满足条件。II截面处：抗弯截面模量:fVlu= Odd： - 加G-t) = 4539.82d4抗扭截而模量为:Wn = 0.2d：= 10027.0“2山第四强度理论当量应力：%严 J+3（gJ = J（泸+3（洋）2 = 28.5MPa查得o-U =60MPao显然adIIo-U ,故III截面强度满足条件。六、校核键连接强度键连接的挤压应力计算公式为:47cr =式中:p dhl d一键连接处轴径，mm；T传递的转矩： h键的高度，mm：I一键连接的计算长度。带轮处键的挤压应力卩 dhl
12、 25x7x(45-8)齿轮处键得挤压应力dhl 38x8x(56-10)查表得Mp = 120150Ma ,显然7罚、勺2均在允许范围内。七、校核轴承寿命采用深沟球轴承，型号6270,查表15.1得，C=25.5KN, CO=15.2KN I处有两个轴承，每个轴承的径向载荷为FR3=FR1/2=1348.2N; 1【处轴承受力 FR2=1629.0No因此应该校核II处的轴承寿命。7.1当童动载荷F= FR2=1629.0No7.2校核轴承寿命轴承在100摄氏度以下工作f产1,载荷为中等冲击，查表得fp=1.5o轴承寿命_10x( 1x25500 )3 = 63886.3力60x296.51
13、.5x1629.0使用期限：10年2班=8x2x250x10/= 40000/zC厶”，故轴承寿命满足要求。八、轴上的其他零件8.1毡圈密封圈使用毡圈，查阅标准JB/ZQ4066-1986可得尺寸参数。 o 7两篠档抽怖具体尺寸参照文献2图7.8确左尺寸参数8.3轴承端盖螺钉连接参考文献2表11.12,可选用M6的螺钉。九、轴承端盖设计9.1透盖结构简图如图9.1e=10mm,d3=6mm,D=72mm,S3=3mm,m=llmm,D2=D+(55.5)d3=72+(55.5)x6mm=(102105)mm 取 D2=104mm：Do=O.5(D2+D)=O.5x(72+lO4)mm=88mm： di=36mm/d2=48mm,bi=12mm,b2=6mmo9.2轴承封闭端盖结构和尺寸基本与透盖相同。图9.1轴承端盖e=10mmD2=104mmD0=88mmS3=3mm D=72mm轴承座轴承座采用制分式结构，轴承旁设有凸台，上下盖的连接螺栓d2=12mm,螺 栓间距等于轴承端盖外径D2=88mm,中心高H
