harbin institute of technology
机械设计大作业说明书。
课程名称： 机械设计
设计题目： 轴系部件设计
院系： 机电学院。
班级： 1108109
设计者： 学号：
指导教师：
设计时间： 2013 年 11月
一、机械设计作业任务书。
传动方案如图1所示：
图带式运输机运动方案简图。
原始数据如下：
机器工作平稳，单向回转，成批生产。
二、设计内容。
1、材料选择。
通过已知条件和查阅相关的设计手册得知，该传动机所传递的功率属于中型功率。因此轴所承受的扭矩不大，对质量及结构尺寸无特殊要求。故选用常用材料45号钢，并进行调质处理。
2、初算轴径。
对于转轴，按扭转强度初算直径：
式中：—轴传递的功率，根据大作业4知。
—轴的转速，
—由许用扭转剪应力确定的系数。查表10.2得，考虑轴端弯矩比转矩小，取。
由于考虑到轴的最小直径处要安装大带轮，会有键槽存在，故将其扩大5%，得。
按标准gb2822-81的圆整后取。
3、设计轴的结构。
3.1轴承机构及轴向固定方式。
因传递功率小，齿轮减速器效率高、发热小，估计轴不会长，故轴承部件的固定方式采用两端固定方式。同时为了方便轴承部件的拆装，机体采用部分式结构。又由于本设计中的轴需要安装联轴器、齿轮、轴承等不同的零件，并且各处受力不同。
因此，设计成阶梯轴形式。轴段的草图见图2：
图23.2选择滚动轴承类型。
因轴承所受轴向力很小，选用深沟球轴承，因为齿轮的线速度小于2m/s，齿轮转动时飞溅的润滑油不足于润滑轴承，采用油脂对轴承润滑，由于该减速器的工作环境有尘，脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用唇形圈密封，由于是悬臂布置所以不用轴上安置挡油板。
3.3键连接设计。
齿轮及带轮与轴的周向连接均采用a型普通平键连接，齿轮、带轮所在轴径相等，两处键的型号均为108gb/t 1096—2003。
3.4各轴段直径确定。
1） 轴段1和轴段7
轴段1和轴段7分别安放大带轮和小齿轮，所以其长度由带轮和齿轮轮毂长度确定，而直径由初算的最小直径得到。所以，。
2） 轴段2和轴段6
轴段2和轴段6的确定应考虑齿轮、带轮的轴向固定和密封圈的尺寸。由参考文献[1]图9.16和表9.5计算得到轴肩高度。
由参考文献[2]表14.4，唇形圈密封的轴径，所以取。密封圈代号为b35508。
3） 轴段3和轴段5
轴段3和轴段5安装轴承，尺寸由轴承确定。标准直齿圆柱齿轮，没有轴向力，但考虑到有较大的径向力，选用深沟球轴承。初选轴承，，外形尺寸，，轴件安装尺寸。
因为带式运输机为开式结构，所以采用脂润滑。。
4） 轴段4
轴段4在两轴承座之间，其功能为定位固定轴承的轴肩，故取。
3.5各轴段长度确定。
1）轴段4：
轴段4在两轴承座之间，两端支点间无传动件，应该首先确定该段跨距l。一般。
取。则轴段4长度。
2）轴段3和轴段5：
轴段3和轴段5安装轴承，轴段长度与轴承内圈宽度相同，故。
3)轴段2和轴段6：
轴段2和轴段6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。选用嵌入式轴承端盖，取轴承盖凸缘厚度，，箱体外部传动零件的定位轴肩距轴承端盖的距离，则轴段6长度。
同时取。4）轴段1和轴段7：
轴段1和7分别安装大带轮和小齿轮，故根据大作业可知轴段1长度，轴段7长度。
5）计算，
4、轴的受力分析。
4.1画轴的受力简图。
轴的受力简图见图3。
4.2计算支承反力。
传递到轴系部件上的转矩。
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，故计算轴和轴承时，将其扩大50%，按计算。
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画弯矩图。
竖直面上， -截面处弯矩最大。
水平面上，i-i截面处弯矩最大，ii-ii截面处的弯矩为。
合成弯矩，i-i截面：
ii-ii截面：
竖直面上和水平面上的弯矩图，及合成弯矩图如图3所示。
4.4画转矩图。
做用在轴上的转矩为大带轮的输入转矩。
转矩图如图3所示。
图35、校核轴的强度。
-ⅱ截面既有弯矩又有转矩，且弯矩最大，为危险截面。
按弯扭合成强度计算。根据参考文献[1]式10.3，有。
式中：—2-2截面处弯矩，；
—2-2截面处转矩，；
—抗弯剖面模量，由参考文献[1]附表9.6，；
—抗扭剖面模量，由参考文献[1]附表9.6，；
—根据转矩性质而定的折合系数，对于不变的转矩，；
故。—对称循环的许用弯曲应力，由参考文献[1]表10.1，。
校核通过。6、轴的安全系数校核计算。
弯曲应力：扭剪应力：
由参考文献[1]式.6，式中：
—只考虑弯矩时的安全系数；
—只考虑转矩时的安全系数；
——材料对称循环的弯曲疲劳极限和扭转疲劳极限，由参考文献[1]表9.3，45号钢调质处理，，；
—弯曲时和扭转时轴的有效应力集中系数，由参考文献[1]表10.4，，；
—零件的绝对尺寸系数，由参考文献[1]图9.12，；
—表面质量系数，，由参考文献[1]附图10.2，；
—把弯曲时和扭转时轴的平均应力折算为应力幅的等效系数，由参考文献[1]表10.1，；
—弯曲应力的应力幅和平均应力，，；
—扭转剪应力的应力幅和平均应力，；
—许用疲劳强度安全系数，由参考文献[1]表10.5，
故。由[1]表9.13得许用安全系数，显然，校核通过。
7、校核键连接的强度。
由参考文献[1]式4.1
式中：—工作面的挤压应力，；
—传递的转矩，；
—轴的直径，；
—键的工作长度，，型，，为键的公称长度；
—键与毂槽的接触高度，，；
—许用挤压应力，，由参考文献[1]表6.1，静连接，材料为钢，有轻微冲击，，取。
故对于轴段1上的键：
校核通过；对于轴段7上的键。
校核通过。8、校核轴承的寿命。
轴承不受轴向力，只有径向力，且，所以只校核轴承2即左轴承即可。
8.1计算当量动载荷。
由参考文献[1]式11.2
式中：—当量动载荷，；
——轴承的径向载荷和轴向载荷，，；
——动载荷径向系数和动载荷轴向系数，由。
8.2校核寿命。
由参考文献[1]式10.1c
式中：—轴承的基本额定寿命，h；
—轴承的预期寿命，3年3班，每年按250天计，；
—轴承的基本额定动载荷，由轴承，；
—温度系数，由参考文献[1]表11.9，工作温度，；
—载荷系数，由参考文献[1]表11.10，；
故校核通过。
9、轴上其他零件设计。
9.1轴上键连接的设计。
轴段1的，考虑到，故参考键的长度系列，为其选取键长。同理，轴段7的，而，为其选择键长为。
9.2轴承座结构设计。
剖分式轴承座设计图例参考[3]图7.9,7.10,7.11设计。
9.3轴承端盖（透盖）
轴承端盖的结构如右图4
轴承盖的厚度，为螺钉直径，取螺钉，则，于是得，取。
轴承盖直径取。
螺钉所在圆的直径。
其他尺寸： 图4
三、参考文献。
1] 王黎钦，陈铁鸣。机械设计。4版。 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.
2]王连明，宋宝玉。 机械设计课程设计。3版。 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版，2007.
3] 张峰，宋宝玉。 机械设计课程设计指导书。 北京：高等教育出版社，2009.
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