軸系部件設(shè)計(jì)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)說明書題目： 軸系部件設(shè)計(jì) 學(xué)院： 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院 專業(yè)： 機(jī)械類 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 目錄一大作業(yè)任務(wù)書4二設(shè)計(jì)內(nèi)容41. 選擇軸的材料42. 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑 43. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 53.1軸承機(jī)構(gòu)及軸向固定方式53.2選擇滾動(dòng)軸承類型53.3鍵連接設(shè)計(jì)53.4各軸段直徑設(shè)計(jì)53.5各軸段長度設(shè)計(jì)64軸的受力分析 64.1軸的受力簡圖74.2計(jì)算支撐反力74.3軸的彎矩圖84.4軸的轉(zhuǎn)矩圖95校核軸的強(qiáng)度 96. 軸的安全系數(shù)校核計(jì)算 107. 校核鍵連接的強(qiáng)度 118. 校核軸承壽命 118.1計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷118.2軸承壽命校核129. 軸上其他零件設(shè)計(jì) 12

2、9.1軸上鍵連接的設(shè)計(jì)129.2軸承座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)129.3軸承端蓋設(shè)計(jì)12三、參考文獻(xiàn) 13一、 大作業(yè)任務(wù)書 帶式運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)方案如圖1所示，機(jī)械工作平穩(wěn)、單向回轉(zhuǎn)、成批生產(chǎn)，其他數(shù)據(jù)見表1。圖1方案電動(dòng)機(jī)工作功率P/kW電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速nm/(r/min)工作機(jī)的轉(zhuǎn)速nw/(r/min)第一級(jí)傳動(dòng)比i1軸承座中心高H/mm最短工作年限工作環(huán)境5.1.42.2940802.11605年2班室內(nèi)、清潔 表1二、 設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 選擇軸的材料通過已知條件和查閱相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊得知，該傳動(dòng)機(jī)所傳遞的功率屬于中型功率。因此軸所承受的扭矩不大，對質(zhì)量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求。故選用常用材料45號(hào)鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理

3、。2. 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑對于轉(zhuǎn)軸，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初算軸徑，查參考文獻(xiàn)2表10.2得C=103126，考慮軸端彎矩比轉(zhuǎn)矩小，故取C=106，則dmin=C3Pn=106×32.42447.6=18.6mm式中：P軸的傳遞功率，由已知得P=2.42KW；n軸的轉(zhuǎn)速，由已知得n=470r/min；C由許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力確定的系數(shù)由于考慮到軸的最小直徑處要安裝大帶輪或小齒輪有鍵槽存在，故將其擴(kuò)大為1.05倍，得d1dmin×1.05=18.6×1.05=19.53mm，按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2822-2005的Ra20圓整后取d1=22mm。3. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1軸承機(jī)構(gòu)及軸向固定方

4、式 因傳遞功率小，齒輪減速器效率高、發(fā)熱小，估計(jì)軸不會(huì)長，故軸承部件的固定方式采用兩端固定方式。同時(shí)為了方便軸承部件的拆裝，機(jī)體采用部分式結(jié)構(gòu)。又由于本設(shè)計(jì)中的軸需要安裝聯(lián)軸器、齒輪、軸承等不同的零件，并且各處受力不同。因此，設(shè)計(jì)成階梯軸形式。軸段的草圖見圖2： 圖 2 3.2選擇滾動(dòng)軸承類型 因軸承所受軸向力很小，選用深溝球軸承，因?yàn)辇X輪的線速度小于2m/s，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)飛濺的潤滑油不足于潤滑軸承，采用油脂對軸承潤滑，由于該減速器的工作環(huán)境無塵，脂潤滑，密封處軸頸的線速度較低，故滾動(dòng)軸承采用毛氈圈密封，由于是懸臂布置所以不用軸上安置擋油板。 3.3鍵連接設(shè)計(jì) 齒輪及帶輪與軸的周向連接均采用A型

5、普通平鍵連接，齒輪、帶輪所在軸徑相等，兩處鍵的型號(hào)均為108GB/T 10962003。 3.4各軸段直徑設(shè)計(jì) （1） 軸段1和軸段7軸段1和軸段7分別安放大帶輪和小齒輪，所以其長度由帶輪和齒輪輪轂長度確定，而直徑由初算的最小直徑得到。所以，d1=d7=22mm。（2） 軸段2和軸段6軸段2和軸段6的確定應(yīng)考慮齒輪、帶輪的軸向固定和密封圈的尺寸。由參考文獻(xiàn)2 表10.3計(jì)算得到軸肩高度h=0.070.1d1=0.070.1×22=1.542.2mmd2=d6=d1+2×h=25.0826.4mm查國標(biāo)JB/ZQ4606-1997，毛氈圈密封的軸徑d=26mm，所以取d2=d

6、6=26mm。 （3） 軸段3和軸段5 軸段3和軸段5安裝軸承，尺寸由軸承確定。標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，沒有軸向力，但考慮到有較大的徑向力，選用深溝球軸承。初選軸承6307，d=35mm，外形尺寸D=80mm，B=21mm，軸件安裝尺寸da=46mm。因?yàn)閹竭\(yùn)輸機(jī)為開式結(jié)構(gòu)，所以采用脂潤滑。d3=d5=35mm。 （4） 軸段4 軸段4在兩軸承座之間，其功能為定位固定軸承的軸肩，故取d4=da=42mm。 3.5各軸段長度設(shè)計(jì)（1）軸段4：軸段4在兩軸承座之間，兩端支點(diǎn)間無傳動(dòng)件，應(yīng)該首先確定該段跨距L。一般 L=（23）d3=（23）×35=（70105）mm取L=88mm則軸段4長度

7、 l4=L-B=88-21=67mm（2）軸段3和軸段5：軸段3和軸段5安裝軸承，軸段長度與軸承內(nèi)圈寬度相同，故 l3=l5=B=21mm（3)軸段2和軸段6：軸段2和軸段6的長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。選用嵌入式軸承端蓋，取軸承蓋凸緣厚度e=10mm，m=15mm，箱體外部傳動(dòng)零件的定位軸肩距軸承端蓋的距離K=15mm，則軸段6長度l6=m+e+=10+15+15=40mm同時(shí)取l2=l6=40mm（4）軸段1和軸段7：軸段1和7分別安裝大帶輪和小齒輪，故根據(jù)大作業(yè)3、4可知軸段1長度l1=50mm，軸段7長度l7=28mm。（5）計(jì)算L1、L2、L3 L1=7

8、5.5，L2=88mm，L3=64.5mm4軸的受力分析4.1軸的受力簡圖軸的受力簡圖見圖3。4.2計(jì)算支撐反力傳遞到軸系部件上的轉(zhuǎn)矩T1=9.55×106×P1n=9.55×106×2.42447.6=5.16×104Nmm齒輪圓周力Ft=2T1d1=2×5.16×10451=2023.6N齒輪徑向力Fr=Frtann=2023.6×tan20°=736.5N齒輪軸向力Fa=0N帶輪壓軸力FQ=866.08N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，故計(jì)算軸和軸承時(shí)，將其擴(kuò)大50%，按計(jì)算FQ=

9、1299.12。在水平面上R1H=FQ×L1+L2-Fr×L3L2=1299.12×75.5+88-736.5×64.588=1873.88NR2H=- R1H+ FQ+Fr=-1873.88+1299.12+736.5=161.74N在垂直平面上 R1V=FtL3L2=2023.6×64.588=1483.2NR2V=Ft+R1V=2023.6+1483.2=3506.8N軸承1的總支承反力 R1=R1H2+R1V2=1873.882+1483.22=2389.8N軸承2的總支承反力 R2=R2H2+R2V2=161.72+3506.82=3

10、510.5N4.3軸的彎矩圖豎直面上，II-II截面處彎矩最大 MIIV=R1V·L2=1483.2×88×10-3=130.5N·m水平面上，I-I截面處彎矩最大 MIH=Q·L1=1299.12×75.5×10-3=98.1N·mII-II截面處的彎矩為 MIIH=Fr·L3=736.5×64.5×10-3=47.5N·m合成彎矩，I-I截面： MI=MIH2+MIV2=MIIH=98.1N·mII-II截面： MII=MIIH2+MIIV2=47.52+130

11、.52=138.9N·m豎直面上和水平面上的彎矩圖，及合成彎矩圖如圖3所示。 4.4軸的轉(zhuǎn)矩圖作用在軸上的轉(zhuǎn)矩為大帶輪的輸入轉(zhuǎn)矩 T1=9.55×106×P1n1=9.55×106×2.42447.6=51.63N·m轉(zhuǎn)矩圖如圖3所示。 圖 3 5校核軸的強(qiáng)度-截面既有彎矩又有轉(zhuǎn)矩，且彎矩最大，為危險(xiǎn)截面。按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)參考文獻(xiàn)2式10.3，有e=M2W2+4T2WT2式中：M22-2截面處彎矩，M2=138.9Nm；T22-2截面處轉(zhuǎn)矩，T2=51.63Nm；抗彎剖面模量，由參考文獻(xiàn)1附表10.1，W=d3332=4.2&

12、#215;10-6m3；WT抗扭剖面模量，由參考文獻(xiàn)1附表9.6，WT=d3316=8.4×10-6m3；根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)，對于不變的轉(zhuǎn)矩，=0.3；故-1b對稱循環(huán)的許用彎曲應(yīng)力，由參考文獻(xiàn)1表10.4，-1b=55MPa。 e=138.90.00000422+4×0.3×51.630.00000842=33.276MPa-1b校核通過。 6. 軸的安全系數(shù)校核計(jì)算彎曲應(yīng)力：b=M2W=138.94.2×10-6=33.07MPaa=b=33.07MPa,m=0扭剪應(yīng)力：T=T2WT=51.638.4×10-6=6.146MPaa=

13、m=T2=6.1462=3.073MPa由參考文獻(xiàn)2式10.5、10.6，S=-1Ka+mS=-1Ka+m式中：S只考慮彎矩時(shí)的安全系數(shù)；S只考慮轉(zhuǎn)矩時(shí)的安全系數(shù)；-1、-1材料對稱循環(huán)的彎曲疲勞極限和扭轉(zhuǎn)疲勞極限，由參考文獻(xiàn)2表10.1，45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理，-1=300MPa，-1=155MPa；K、K彎曲時(shí)和扭轉(zhuǎn)時(shí)軸的有效應(yīng)力集中系數(shù)，由參考文獻(xiàn)2附表10.310.4，K=1.82，K=1.62；、零件的絕對尺寸系數(shù)，由參考文獻(xiàn)2附圖10.1，=0.89,=0.82；表面質(zhì)量系數(shù)，=123，由參考文獻(xiàn)2附圖10.2和附表10.2得=0.92；、把彎曲時(shí)和扭轉(zhuǎn)時(shí)軸的平均應(yīng)力折算為應(yīng)力幅的等效系

14、數(shù)，由參考文獻(xiàn)2 得=0.2,=0.1；a、m彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，a=33.07MPa，m=0；a、m扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，a=m=3.073MPa；S許用疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，由參考文獻(xiàn)2表10.5，S=1.51.8故S=3001.820.92×0.89×33.07+0.2×0=4.08S=1551.620.92×0.82×3.073+0.1×3.073=22.44S=SSS2+S2=4.08×22.444.082+22.442=4.01由參考文獻(xiàn)2表10.5得許用安全系數(shù)S=1.51.8，顯然SS，校核通過。

15、7. 校核鍵連接的強(qiáng)度由參考文獻(xiàn)2式6.1式中：p工作面的擠壓應(yīng)力，MPa；T1傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nmm；d軸的直徑，mm；l鍵的工作長度，mm，B型，l=L，L為鍵的公稱長度；k鍵與轂槽的接觸高度，mm，k=h/2，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取h=6mm；p許用擠壓應(yīng)力，MPa，由參考文獻(xiàn)2表6.1，靜連接，材料為鋼，有輕微沖擊，p=100120MPa，取 p=110MPa。故對于軸段1上的鍵：p=2T1kld=2×5.16×10462×50×22=31.27MPap=110MPa，校核通過；對于軸段7上的鍵p=2T1kld=2×5.16×10462

16、15;28×22=55.84MPap=110MPa。校核通過。8. 校核軸承壽命8.1計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷由參考文獻(xiàn)2式11.2P=XFr1+YFr2=1×5589.8+0×0=3510.6N.式中：P當(dāng)量動(dòng)載荷，N；Fr1、Fr2軸承的徑向載荷和軸向載荷，F(xiàn)r1=3510.6N，F(xiàn)r2=0；X、Y動(dòng)載荷徑向系數(shù)和動(dòng)載荷軸向系數(shù)，由FaFre,X=1,Y=0。8.2軸承壽命校核由參考文獻(xiàn)2式11.1bLh=10660n1fTCfPP3式中：Lh軸承的基本額定壽命，h；Lh'軸承的預(yù)期壽命，5年2班，每年按250天計(jì)，Lh=2×8×250

17、15;5=20000h；C軸承的基本額定動(dòng)載荷，由軸承6307，C=Cr=35.5kN；fT溫度系數(shù)，由參考文獻(xiàn)2表11.9，工作溫度<100C，fT=1.0；fF載荷系數(shù)，由參考文獻(xiàn)2表11.10，fP=1；Lh=10660×447.6×1.0×355001.0×3510.63=38503h>Lh故校核通過。9. 軸上其他零件設(shè)計(jì)9.1軸上鍵連接的設(shè)計(jì)軸段1的b×h=6×6，考慮到l1=50mm，故參考鍵的長度系列，為其選取鍵長L=40mm。同理，軸段7的b×h=6×6，而l7=28mm，為其選擇鍵長為L=18mm。9.2軸承座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中選用剖分式軸承座。按照設(shè)計(jì)方案的要求，軸承座孔中心高H=180mm，軸承座腹板壁厚=10mm，筋厚m=10mm，底座凸緣厚度b=15mm。軸承座地腳螺栓直徑df=12mm,軸承蓋連接螺栓直徑d1=6mm。查看參考文獻(xiàn)1表4.2，地腳螺栓的扳手空間C1=22mm，C2=20mm，螺栓直徑d2=16mm。 9.3軸承端蓋設(shè)計(jì)軸承端蓋的結(jié)構(gòu)