高速軸軸系部件設(shè)計(jì)

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書題目：設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)高速軸的軸系部件系別： 班號(hào)： 姓名： 日期：2014.11.29 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)任務(wù)書題 目：設(shè)計(jì)帶式運(yùn)輸機(jī)中的齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)方案如圖1所示。圖1 帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)動(dòng)方案及各軸名稱原始數(shù)據(jù)見表1表1 帶式運(yùn)輸機(jī)設(shè)計(jì)中的已知數(shù)據(jù)電動(dòng)機(jī)工作功率Pd（kW）電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速工作機(jī)的轉(zhuǎn)速第一級(jí)傳動(dòng)比軸承中心高H（mm）最短工作年限工作環(huán)境3960901.81508年1班室外、有塵目 錄1 軸材料的選擇·········

2、3;·····································32 初算軸徑···········

3、83;·······································33 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)·········&#

4、183;·········································33.1 確定軸的軸向固定方式······

5、;····························43.2 確定軸承類型及其潤(rùn)滑和密封方式··················

6、83;······43.3 確定各段軸的徑向尺寸··································43.4 確定軸承端蓋的尺寸····

7、3;································53.5 確定各段軸的軸向尺寸···············&

8、#183;··················53.6 確定各段軸的跨距·····························

9、··········63.7 確定箱體的尺寸······································

10、···63.8 確定鍵的尺寸···········································74 軸的受力分析

11、3;··············································74.1 畫出軸的受力簡(jiǎn)圖·

12、83;·····································74.2 計(jì)算軸承的支承反力··········&

13、#183;··························74.3 畫出軸的彎矩圖·····················&

14、#183;···················74.4 畫出軸的轉(zhuǎn)矩圖····························&

15、#183;············95 校核軸的強(qiáng)度···································

16、3;···········95.1 按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算····································&#

17、183;95.2 軸的安全系數(shù)校核計(jì)算···································96 校核鍵連接的強(qiáng)度··········

18、································117 軸承壽命計(jì)算················&#

19、183;·····························118 繪制高速軸裝配圖··················&#

20、183;·······················129參考文獻(xiàn)·························&

21、#183;························121 軸材料的選擇因傳遞功率不大，且對(duì)質(zhì)量及結(jié)構(gòu)尺寸無(wú)特殊要求，故需選用常用材料45鋼，并調(diào)質(zhì)處理。2 初算軸徑由V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算和齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算可得各軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)見表2。表2 各軸的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)軸名功率P/kW轉(zhuǎn)矩T/(N·m)轉(zhuǎn)速n/(r/min)傳動(dòng)比i效率電機(jī)軸3

22、29.89601.80.96軸2.8851.495335.90.96軸2.77291.739010.98卷筒軸2.71285.9290高速軸作為轉(zhuǎn)軸，這里按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初算軸徑 式中： 高速軸（即I軸）傳遞的功率，kW，由表2可知，； 高速軸的轉(zhuǎn)速，由表2可知，； C由許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力確定的系數(shù)，查參考文獻(xiàn)1表10.2得，取。由上述數(shù)據(jù)計(jì)算軸徑得 由于軸上有一個(gè)鍵槽，因此，軸徑需要增大5%，即 根據(jù)GB/T 28222005系列圓整得。3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 確定軸的軸向固定方式因?yàn)楦咚佥S的跨距不太大，而且齒輪減速器效率較高、發(fā)熱小，溫度變化不大，故軸的軸向固定可采用兩端固定方式。3.2 確定軸承類型

23、及其潤(rùn)滑和密封方式因?yàn)檩S承所受軸向力很小，故選用深溝球軸承。因?yàn)檩S承轉(zhuǎn)速不高，并且軸承內(nèi)徑也較小，其速度速度因數(shù)，故軸承的潤(rùn)滑方式選擇脂潤(rùn)滑。因?yàn)閹竭\(yùn)輸機(jī)的工作環(huán)境是有塵的，故軸承的密封方式選擇唇形圈密封。3.3 確定各段軸的徑向尺寸圖2 各軸段示意圖由設(shè)計(jì)任務(wù)可知，高速軸上需要安裝的零件有大帶輪、軸承端蓋、軸承、小齒輪，而根據(jù)帶式運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)情況可知，高速軸的兩個(gè)支點(diǎn)在同一軸承座內(nèi)且支點(diǎn)之間無(wú)傳動(dòng)件，因此高速軸需要設(shè)計(jì)成有7個(gè)軸段的階梯軸，各軸段示意圖如圖2所示。確定軸的各段徑向尺寸（直徑），需要以軸徑為基礎(chǔ)，考慮軸上零件的受力情況，軸上零件的裝拆與定位固定、與標(biāo)準(zhǔn)件孔徑的配合、軸的表面結(jié)

24、構(gòu)及加工精度等要求，逐一確定其余各段的直徑。結(jié)構(gòu)草圖如圖3所示。圖3 軸的結(jié)構(gòu)草圖 確定軸段和軸段的直徑。根據(jù)要求，軸段和軸段分別安裝大帶輪和小齒輪，這兩段直徑相等，由計(jì)算最小直徑確定，即 確定軸段和軸段的直徑。確定軸段和軸段的直徑時(shí)需要考慮到小齒輪和大帶輪的軸向固定，以及密封圈的直徑。查參考文獻(xiàn)1圖10.9得軸肩高度 所以有 選擇密封方式為唇形圈密封，根據(jù)GB/T 1387.11992，取 。 確定軸段和軸段的直徑。軸段和軸段用以安裝軸承，其直徑需要由軸承內(nèi)孔直徑確定。根據(jù)軸承類型以及和，按GB/T 2671994初選深溝球軸承代號(hào)為6308，內(nèi)徑，外徑，寬度，安裝尺寸。根據(jù)軸和軸承的配合要

25、求得 確定軸段的直徑。軸段位于兩支點(diǎn)之間，且軸上沒(méi)有安裝零件，其直徑根據(jù)軸承的安裝尺寸確定，即 3.4 確定軸承端蓋的尺寸選用凸緣式軸承端蓋，兩個(gè)軸承端蓋均為透蓋。根據(jù)GB/T 5782 選擇緊固軸承端蓋的螺栓為M8，則凸緣厚度為 取。凸緣直徑為 取。緊固螺栓用孔所在直徑為 與箱體上軸承座孔配合的寬度取。兩個(gè)透蓋均為鑄件，拔模斜度取1：10。3.5 確定各段軸的軸向尺寸 確定軸段和軸段的軸向尺寸。軸段和軸段分別安裝大帶輪和小齒輪，大帶輪基準(zhǔn)直徑較大，選擇腹板式，輪轂孔長(zhǎng)度 取。小齒輪寬度為，故。 確定軸段和軸段的軸向尺寸。軸段和軸段的長(zhǎng)度和軸承蓋的選用及大帶輪和小齒輪的定位軸肩的位置有關(guān)系。選

26、用凸緣式軸承端蓋，軸承蓋凸緣厚度，箱體外部傳動(dòng)零件的定位軸肩距軸承端蓋的距離，則 考慮到大帶輪的軸向固定，由于其輪槽寬度，尺寸較大，故對(duì)進(jìn)行修正 取。 確定軸段和軸段的軸向尺寸。軸段和軸段需要安裝滾動(dòng)軸承，故其長(zhǎng)度與滾動(dòng)軸承寬度相同，即 確定軸段的軸向尺寸。對(duì)二支點(diǎn)在同一軸承座內(nèi)且支點(diǎn)之間沒(méi)有傳動(dòng)件的情況，首先確定兩軸承之間的跨距,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 取，故 3.6 確定各段軸的跨距 大帶輪與右端軸承之間的跨距為 兩軸承之間的跨距為 小齒輪與左端軸承之間的跨距為 3.7 確定箱體的尺寸箱體壁厚為 箱體內(nèi)壁直徑為 箱體長(zhǎng)度為 軸承座寬度 箱體總高度 軸承座孔中心高度 3.8 確定鍵的尺寸大帶輪與小齒輪

27、與軸的的連接均采用A型普通平鍵連接，均為鍵 。4 軸的受力分析4.1 畫出軸的受力簡(jiǎn)圖將階梯軸簡(jiǎn)化為一簡(jiǎn)支梁，受力分析及其簡(jiǎn)圖如圖4(a)所示。51490圖4 彎矩、轉(zhuǎn)矩圖abcde4.2 計(jì)算軸承的支承反力傳遞到軸系部件上的轉(zhuǎn)矩為 齒輪圓周力齒輪徑向力齒輪軸向力帶輪壓軸力帶初次裝在帶輪上時(shí)，所需初拉力比正常工作時(shí)大得多，故在設(shè)計(jì)計(jì)算軸和軸承時(shí)，將壓軸力擴(kuò)大50%，即 在水平面上 在垂直平面上 軸承1的總支承反力 軸承2的總支承反力 4.3 畫出軸的彎矩圖彎矩圖如圖4(b)、(c)、(d)所示。 在水平方向上，-截面的彎矩為 -截面的彎矩為 在豎直方向上，-截面的彎矩為 軸在-截面處的合彎矩為

28、 軸在-截面處的合彎矩為 4.4 畫出軸的轉(zhuǎn)矩圖轉(zhuǎn)矩圖如圖4(e)所示。軸上的轉(zhuǎn)矩就是高速軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，即 5 校核軸的強(qiáng)度5.1 按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算由彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖可知，軸的危險(xiǎn)截面在-截面處，按照第三強(qiáng)度理論有 式中：危險(xiǎn)截面的當(dāng)量應(yīng)力，； 危險(xiǎn)截面的彎矩，由前述計(jì)算可知； 抗彎剖面模量，； 高速軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，； 抗扭剖面模量，； 根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)，對(duì)于不變的轉(zhuǎn)矩，； 對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力，由參考文獻(xiàn)1表10.4 可得，。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 故校核通過(guò)。5.2 軸的安全系數(shù)校核計(jì)算疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)校核計(jì)算。只考慮彎矩時(shí)的安全系數(shù)計(jì)算公式為 式中：材料對(duì)稱循環(huán)的彎曲疲勞極限，查參考文獻(xiàn)1表10.1得 ； 彎曲時(shí)軸的有效