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1、哈尔滨工业大学机械设计作业设计计算说明书题目：设计齿轮传动高速轴的轴系部件系别： 班号： 姓名： 日期：2014.11.29 哈尔滨工业大学机械设计作业任务书题 目：设计带式运输机中的齿轮传动设计原始数据：带式运输机传动方案如图1所示。图1 带式运输机运动方案及各轴名称原始数据见表1表1 带式运输机设计中的已知数据电动机工作功率Pd（kW）电动机满载转速工作机的转速第一级传动比轴承中心高H（mm）最短工作年限工作环境3960901.81508年1班室外、有尘14目 录1 轴材料的选择32 初算轴径33 结构设计33.1 确定轴的轴向固定方式43.2 确定轴承类型及其润滑和密封方式43.3 确定
2、各段轴的径向尺寸43.4 确定轴承端盖的尺寸53.5 确定各段轴的轴向尺寸53.6 确定各段轴的跨距63.7 确定箱体的尺寸63.8 确定键的尺寸74 轴的受力分析74.1 画出轴的受力简图74.2 计算轴承的支承反力74.3 画出轴的弯矩图74.4 画出轴的转矩图95 校核轴的强度95.1 按弯扭合成强度计算95.2 轴的安全系数校核计算96 校核键连接的强度117 轴承寿命计算118 绘制高速轴装配图129参考文献121 轴材料的选择因传递功率不大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，故需选用常用材料45钢，并调质处理。2 初算轴径由V带传动的设计计算和齿轮传动的设计计算可得各轴的运动参数和动力
3、参数见表2。表2 各轴的运动及动力参数轴名功率P/kW转矩T/(Nm)转速n/(r/min)传动比i效率电机轴329.89601.80.96轴2.8851.495335.90.96轴2.77291.739010.98卷筒轴2.71285.9290高速轴作为转轴，这里按照扭转强度初算轴径 式中： 高速轴（即I轴）传递的功率，kW，由表2可知，； 高速轴的转速，由表2可知，； C由许用扭转剪应力确定的系数，查参考文献1表10.2得，取。由上述数据计算轴径得 由于轴上有一个键槽，因此，轴径需要增大5%，即 根据GB/T 28222005系列圆整得。3 结构设计3.1 确定轴的轴向固定方式因为高速轴的
4、跨距不太大，而且齿轮减速器效率较高、发热小，温度变化不大，故轴的轴向固定可采用两端固定方式。3.2 确定轴承类型及其润滑和密封方式因为轴承所受轴向力很小，故选用深沟球轴承。因为轴承转速不高，并且轴承内径也较小，其速度速度因数，故轴承的润滑方式选择脂润滑。因为带式运输机的工作环境是有尘的，故轴承的密封方式选择唇形圈密封。3.3 确定各段轴的径向尺寸图2 各轴段示意图由设计任务可知，高速轴上需要安装的零件有大带轮、轴承端盖、轴承、小齿轮，而根据带式运输机的传动情况可知，高速轴的两个支点在同一轴承座内且支点之间无传动件，因此高速轴需要设计成有7个轴段的阶梯轴，各轴段示意图如图2所示。确定轴的各段径向
5、尺寸（直径），需要以轴径为基础，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。结构草图如图3所示。图3 轴的结构草图 确定轴段和轴段的直径。根据要求，轴段和轴段分别安装大带轮和小齿轮，这两段直径相等，由计算最小直径确定，即 确定轴段和轴段的直径。确定轴段和轴段的直径时需要考虑到小齿轮和大带轮的轴向固定，以及密封圈的直径。查参考文献1图10.9得轴肩高度 所以有 选择密封方式为唇形圈密封，根据GB/T 1387.11992，取 。 确定轴段和轴段的直径。轴段和轴段用以安装轴承，其直径需要由轴承内孔直径确定。根据轴承类型
6、以及和，按GB/T 2671994初选深沟球轴承代号为6308，内径，外径，宽度，安装尺寸。根据轴和轴承的配合要求得 确定轴段的直径。轴段位于两支点之间，且轴上没有安装零件，其直径根据轴承的安装尺寸确定，即 3.4 确定轴承端盖的尺寸选用凸缘式轴承端盖，两个轴承端盖均为透盖。根据GB/T 5782 选择紧固轴承端盖的螺栓为M8，则凸缘厚度为 取。凸缘直径为 取。紧固螺栓用孔所在直径为 与箱体上轴承座孔配合的宽度取。两个透盖均为铸件，拔模斜度取1：10。3.5 确定各段轴的轴向尺寸 确定轴段和轴段的轴向尺寸。轴段和轴段分别安装大带轮和小齿轮，大带轮基准直径较大，选择腹板式，轮毂孔长度 取。小齿轮
7、宽度为，故。 确定轴段和轴段的轴向尺寸。轴段和轴段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，轴承盖凸缘厚度，箱体外部传动零件的定位轴肩距轴承端盖的距离，则 考虑到大带轮的轴向固定，由于其轮槽宽度，尺寸较大，故对进行修正 取。 确定轴段和轴段的轴向尺寸。轴段和轴段需要安装滚动轴承，故其长度与滚动轴承宽度相同，即 确定轴段的轴向尺寸。对二支点在同一轴承座内且支点之间没有传动件的情况，首先确定两轴承之间的跨距,根据经验公式 取，故 3.6 确定各段轴的跨距 大带轮与右端轴承之间的跨距为 两轴承之间的跨距为 小齿轮与左端轴承之间的跨距为 3.7 确定箱体的尺寸箱体
8、壁厚为 箱体内壁直径为 箱体长度为 轴承座宽度 箱体总高度 轴承座孔中心高度 3.8 确定键的尺寸大带轮与小齿轮与轴的的连接均采用A型普通平键连接，均为键 。4 轴的受力分析4.1 画出轴的受力简图将阶梯轴简化为一简支梁，受力分析及其简图如图4(a)所示。51490图4 弯矩、转矩图abcde4.2 计算轴承的支承反力传递到轴系部件上的转矩为 齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力带轮压轴力带初次装在带轮上时，所需初拉力比正常工作时大得多，故在设计计算轴和轴承时，将压轴力扩大50%，即 在水平面上 在垂直平面上 轴承1的总支承反力 轴承2的总支承反力 4.3 画出轴的弯矩图弯矩图如图4(b)、(c)、(d)所示。 在水平方向上，-截面的弯矩为 -截面的弯矩为 在竖直方向上，-截面的弯矩为 轴在-截面处的合弯矩为 轴在-截面处的合弯矩为 4.4 画出轴的转矩图转矩图如图4(e)所示。轴上的转矩就是高速轴传递的转矩，即 5 校核轴的强度5.1 按弯扭合成强度计算由弯矩图和转矩图可知，轴的危险截面在-截面处，按照第三强度理论有 式中：危险截面的当量应力，； 危险截面的弯矩，由前述计算可知； 抗弯剖面模量，； 高速轴传递的转矩，； 抗扭剖面模量，； 根据转矩性质而定的折合系数，对于不变的转矩，； 对称循环应力状态下的许用弯曲应力，由参考文献1表10.4 可得，。代入数据计算得 故校核
