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1、机械设计大作业五机械设计大作业五 说明书说明书课程名称：机械设计 设计题目：轴系部件设计 院 系：机电工程学院 班 级：1008104 设 计 者：王 策 学 号：1100800125 指导教师：古 乐 设计时间：2012 年 11 月 16 日 目录一、设计任务书1二、设计过程21、选择轴的材料22、初算轴径.23、结构设计.44、结构设计简图65、轴的受力分析76、校核轴的强度97、校核键连接的强度108、校核轴承寿命11三、参考文献.11机械设计作业任务书机械设计作业任务书题目:带式运输机结构简图见下图: 原始数据如下：机器工作平稳，单向回转，成批生产方案Pm（KW）( /min)mnr
2、( /min)wnr1i轴承座中 心高 H（mm）最短工作 年限 L工作环境537108021703 年 3 班室内 清洁一、设计过程一、设计过程1、 选择轴的材料选择轴的材料因为传递功率不大，轴所承受的扭矩不大，故选择 45 号钢，调质处理。2、 初算轴径初算轴径 对于转轴，按扭转强度初算直径 3 式中 P轴传递的功率；C由许用扭转剪应力确定的系数；n轴的转速，r/min。根据参考文献1表 9.4 查得 C=118106，考虑轴端弯矩比转矩小，故取 。C = 106 输出轴所传递的功率： 3= 带轴承= 3 0.96 0.99= 2.85 输出轴的转速： =1=7102= 355 /代入数据
3、，得 3 = 10632.85 355= 21.225考虑键的影响，将轴径扩大 5%，。 21.225 （1 + 5%） = 22.2863、结构设计、结构设计3.1 轴承部件机体结构形式及主要尺寸轴承部件机体结构形式及主要尺寸为了方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构。取机体的铸造 壁厚 =8mm，机体上的轴承旁连接螺栓直径，2= 12 ，为保证装拆螺栓所需要的扳手空间，轴承1= 18 ，2= 16 座内壁至坐孔外端面距离取 L=50 mm。 = + 1+ 2+ (58) = 4750 3.2 轴的结构设计轴的结构设计本设计方案是有 6 个轴段的阶梯轴，轴的径向尺寸（直径）确定， 以
4、外伸轴径为基础，考虑轴上零件的受力情况、轴上零件的装拆与1定位固定、与标准件孔的配合、轴的表面结构及加工精度等要求，逐 一确定其余各轴段的直径；而轴的轴向尺寸（长度）确定，则考虑轴 上零件的位置、配合长度、支承结构情况、动静件间的距离要求 等因 素，通常从与传动件的轴段开始，向两边展开。 3.21 轴径轴径 d1 的确定的确定 本设计中，轴段为轴的最小尺寸。即要求= 22.28,取。由带轮设计知轮毂长为 52mm，故取。d1 dmid1 = 26mm1= 50 3.22 轴径轴径 d2 的确定的确定 d2 由两个方面的尺寸限制，一是轴肩高度，二是密封圈的型号。 选择的毛毡圈油封，代号为 30
5、FZ/T92010-1991d2 = 30mm3.23 轴径轴径 d3 和和 d6 的确定的确定 考虑轴系部件几乎呈对称布置，且没有轴向力，轴承类型选择深 沟球轴承。轴段和轴段上安装轴承，其直径应既便于轴承安装，又 应符合轴承内径系列。 初选轴承型号 6207，由参考文献2 表 12.1，内径 d=35mm，外径 D=72mm，宽度 B=17mm，定位轴肩直径。= 42 Cr= 25700N通常同一轴上两轴承取相同型号，故轴段和轴段直径为。3= 6= 35 3.24 齿轮及轴径齿轮及轴径 d4 轴段安装齿轮，为便于齿轮的拆装，且与齿轮轮毂配合，取。齿轮左端用挡4= 3+ （12） = 3637
6、 4= 38；油环固定，为使挡油环端面顶在齿轮左端面上，即仅靠齿轮而不依靠轴， 轴段的长度 应比齿轮轮毂长略短，由于齿轮轮毂，取4 = 67.5。4= 643.25 轴径轴径 d5 的确定的确定 齿轮右端采用轴段的轴肩固定，轴肩计算公式 5 = 4 + 2 38 + 2 （0.070.1） 38 = 43.3245.6 且确定还要考虑 6211 轴承最小定位轴肩直径，5，取。5 = 42 5= 44 轴环宽度计算公式适度放大，取5= 1.4 = 1.4（5 4） 2 = 4.2。5= 143.3 机体和轴段机体和轴段、的长度的长度 机体和轴段、的长度除与轴上零件有关外，还与2、3、6 机体及轴
7、承盖等零件有关。 通常从齿轮壁面与机体内壁间留有足够间距 H，由参考文献1 表 9.5，取 H=15mm。 为补偿机体的铸造误差，轴承应深入轴承座孔内适当距离，以保证 轴承在任何时候都能坐落在轴承座孔上。由参考文献1 表 9.5，取轴承 上靠近机体内壁的端面与机体内壁间的距离 =10mm。 采用凸缘式轴承盖，取凸缘厚度 e=12 mm。 为避免联轴器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，联轴器轮毂端面与轴承盖间应用足够的间距 K，取 K=15mm。 在确定齿轮、机体、轴承、轴承盖及联轴器的相互位置后，轴段 、的长度就随之确定下来，即 2= （ ） + + = (50 10
8、 17) + 12 + 15 = 50 3= + + + 2 = (17 + 15 + 10 + 2) = 44 6= ( + + ) 5= (17 + 15 + 10) 10 = 32 进而，轴承的支点及力的作用点的跨距也随之确定下来。6207 轴承 力作用点环厚中点 8.5mm，取此点为支点。取联轴器轮毂中点为力作用 点。 则各跨距 1= 98.5 ，2= 67.5 ，3= 69.5 3.4 键连接设计 带轮轮毂及齿轮与轴的周向连接均采用 A 型普通平键连接，由参考 文献2 表 11.27 查得，分别采用键 87 GB/T 1096-2003 和键 108 GB/T 1096-2003。键
9、长分别为 70mm 和 56mm。4、结构设计简图、结构设计简图根据以上要求，轴设计各数据： 阶梯轴各段直径：1= 26 ，2= 30 ，3= 35 ， 4= 38 ，。5= 44 ，6= 35 阶梯轴各段长度：1= 50 ，2= 50 ，3= 44，4= 64 5= 14，6= 32 各支点跨距：。1= 83.5 ，2= 67.5 ，3= 69.5 5、轴的受力分析、轴的受力分析5.1 齿轮受力计算齿轮受力计算圆周力 =233式中 小齿轮传递的扭矩，Nmm；3小齿轮分度圆直径，mm。3小齿轮传递转矩 3= 9.55 1061带轴承= 9.55 1063710 2 0.96 0.99= 767
10、01.30 径向力 = tan 式中 分度圆压力角，标准齿轮 = 20代入数据得： =2 76701.30 52.5= 2921.95= tan 20 = 1062.92 大作业 3 地带轮压轴力Q=1351.40 N 带初次装在带轮上时，所需初拉力比正常工作时大得多，故计算轴和轴承时，将其扩大 5%，按 Q=1361.40(1+5%)=1429.47N 计算。5.2 支承反力计算支承反力计算 在水平面上1= (1+ 2) 32+ 3=1429.47 (83.5 + 67.5) 1062.92 69.567.5 + 69.5 = 1036.32 2= + 1= （1062.92 + 1429.
11、47 1036.32） = 1456.07在垂直面上1= 2=2=2921.95 2 = 1460.98轴承的总支承反力：1=2 1+ 2 1=1036.322+ 1460.982= 1791.2轴承的总支承反力：2=2 2+ 2 2=1456.072+ 1460.982= 2062.665.3 轴弯矩计算轴弯矩计算在水平面上 aa 剖面左侧： = 12= 1791.2 67.5 = 120906 aa 剖面右侧： = 23= 2062.66 69.5 = 138229.5 在垂直平面 = 12= 1460.98 67.5 = 98616.15合成弯矩 aa 剖面左侧：=2 + 2 =1209
12、06 2+ 98616.152= 156023.7aa 剖面右侧： =2 + 2 =138229.5 2+ 98616.152= 169801.45.4 轴转矩计算轴转矩计算 = 3= 76701.315.5 轴的受力简图（轴的受力简图（b） 、弯矩图、弯矩图(c、d、e)和转矩图和转矩图(f)6、 校核轴的强度校核轴的强度此轴几乎为对称布置，但 aa 剖面左侧使用套筒固定齿轮，轴径比右侧 小，故 aa 剖面左侧为危险剖面。 由参考文献1查得，抗弯截面模量为 = 0.13( )2 2式中 daa 截面轴的直径，d=38mm；b键槽的宽度，b=10mm；t键槽的深度，t=5mm。 = 0.13( )22= 0.1 38310 5 (38 5)22 38= 4770.75 3同理，抗扭截面模量为弯曲应= 0.23( )22= 0.2 38310 5 (38 5)22 38= 10257.95 3力：= =156023.7 4770.75= 32.70= = 32.70= 0扭剪应力：=76701.3010257.95 = 7.47= =2=7.472= 3.74 对于调质处理的 45 钢，由参考文献1 表 9.3，查得，= 650 。 1= 300 ， 1= 15
