harbin institute of technology
机械设计大作业说明书。
大作业名称： 轴系设计。
设计题目5.1.5
班级1208105
设计者。学号。
指导教师张锋。
设计时间2014.12.03
哈尔滨工业大学。
哈尔滨工业大学。
题目 __轴系部件设计___
设计原始数据：
机器工作平稳、单向回转、成批生产，其他数据如表所示 。
传动方案如图5.1
目录。一、 选择轴的材料1
二、初算轴径1
三、轴承部件结构设计1
3.1轴向固定方式2
3.2选择滚动轴承类型2
3.3键连接设计2
3.4阶梯轴各部分直径确定2
3.5阶梯轴各部段长度及跨距的确定2
四、轴的受力分析3
4.1画轴的受力简图3
4.2计算支反力3
4.3画弯矩图3
4.4画转矩图5
五、校核轴的弯扭合成强度5
六、轴的安全系数校核计算6
七、键的强度校核7
八、校核轴承寿命8
九、轴上其他零件设计9
十、轴承座结构设计9
十。一、轴承端盖（透盖9
参考文献10
一、选择轴的材料。
该传动机所传递的功率属于中小型功率，因此轴所承受的扭矩不大。故选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：p———轴传递的功率，kw；
轴的转速，r/min;
c———由许用扭转剪应力确定的系数，查各种机械设计教材或机械设计手册。
根据参考文献1表9.4查得c=118～106，取c=118，所以，本方案中，轴颈上有一个键槽，应将轴径增大5%，即。
d23.6×（1+5%）=24.675mm
按照gb2822-2005的20系列圆整，取d=25mm。
根据gb/t1096—2003，键的公称尺寸，轮毂上键槽的尺寸b=8mm，
3、轴承部件结构设计。
由于本设计中的轴需要安装带轮、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，共分为七段。以下是轴段的草图：
3.1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可采用两端固定方式。因此，所涉及的轴承部件的结构型式如图2所示。然后，可按轴上零件的安装顺序，从处开始设计。
3.2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，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清洁，脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用毡圈密封，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128gb/t 1096—2003。
3.4阶梯轴各部分直径的确定。
1）d1和d7的确定。
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）d2和d6的确定。
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。
取。由中华人民共和国纺织行业标准油封毡圈表一查得：
毡圈代号为30fz/t92010-1991
（3）d3和d5的确定。
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。根据gb/t 276—1994，初选轴承6307，外形尺寸d=35mm，d=80mm，b=21mm，轴件安装尺寸。
因为轴承的值小于，所以选用脂润滑。故取。
4）d4的确定。
轴段4在两轴承座之间，其功能为定位固定轴承的轴肩，故。
3.5 阶梯轴各轴段长度及跨距的确定。
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，。
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。
由于大带轮较大，设计成腹板式结构，故轴段2长度。
4）轴段1和轴段7。轴段1和7分别安装大带轮和小齿轮，故轴段1长度，轴段7长度，考虑到带轮的安装，令，。
四、轴的受力分析。
轴的受力简图、弯矩图、转矩图画在一起，见图2。
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。
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2所示。
作用在轴上的转矩：
转矩图如图2所示（单位：）
-ⅱ截面为危险截面。
按弯扭合成强度计算。根据参考文献[1]，有。
式中——ⅱ截面处弯矩，；
—ⅱ-截面处转矩，；
—抗弯剖面模量，由参考文献[1]；
—抗扭剖面模量，由参考文献[1]，—根据转矩性质而定的折合系数，对于不变的转矩，；
—对称循环的许用弯曲应力，由参考文献[1]，。
因此，校核通过。
弯曲应力：扭剪应力：
由参考文献[1]式.6得：
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9.10得。
—零件的绝对尺寸系数，由参考文献[1]表9.12得；
—表面质量系数，，由参考文献[1]表9.8，9.9，，；
—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]，；
—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]，；
所以，校核通过。
由参考文献[1]式6.1
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，，a型，，为键的公称长度和键宽；
—键与毂槽的接触高度， ；
—许用挤压应力，，由参考文献[1]，静连接，材料为钢，有轻微冲击，,取140mpa。
1） 对于轴段1上的键，选择参数l=40，b=8，h=7。
校核通过；2） 对于轴段7上的键，选择参数l=22，b=8，h=7。
校核通过。轴承不受轴向力，只有径向力，且，所以只校核轴承1即左轴承即可。
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。
由参考文献[1]
式中：—轴承的基本额定寿命，h；
—轴承的预期寿命3年3班，；
—轴承的基本额定动载荷，由参考文献[2]，查轴承6307，；
—寿命指数，对于球轴承，；
—温度系数，由参考文献[1]，工作温度，；
—载荷系数，由参考文献[1]表11.10，取；
符合要求。
1）密封用唇形圈。
所在轴段的直径为30mm，查华人民共和国纺织行业标准油封毡圈表一，可得密封圈尺寸参数d=42，b=5。
2) 两侧轴端挡板。
该零件也属于标准件。查阅参考文献[2]，选用螺栓紧固轴端挡圈（gb/t 892-1986），b型，公称直径32mm。
本次设计中选用整体式轴承座。按照设计方案的要求，轴承座孔中心高h=170mm，轴承座腹板壁厚，筋厚，底座凸缘厚度b=15mm。轴承座地脚螺栓直径df=16mm,轴承盖连接螺栓直径d1=8mm。
由参考文献[2]查到地脚螺栓的扳手空间c1=22mm，c2=20mm，沉头座直径d2=32mm。
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