哈尔滨工业大学
机械设计作业设计计算说明书
题目： 轴系部件设计 院系： 班号： 姓名： 日期： 2013-11-22
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高速轴的轴系部件
带式运输机的传动方案如图1所示，机器工作平稳，单向回转，成批生产，原始数据见表1。
图 1 带式运输机传动方案
表 1 带式运输机中V带传动的已知数据
方案 电动机工作功率P/KW 4 电动机满载转速nm/(r/min) 960 工作机的转速nw/(r/min) 100 第一级传动比i1 2 轴承座中心高H/mm 180 最短工作年限 3年3班 工作环境 室外、有尘 5.1.2
目 录
一 选择轴的材料 ............................................................................................................. 1 二 初算轴径 .................................................................................................................... 1 三 结构设计 .................................................................................................................... 1 四 轴的受力分析 ............................................................................................................. 2 五 校核轴的强度 ............................................................................................................. 4 六 校核键连接的强度 ..................................................................................................... 5 七 校核轴承的寿命 ......................................................................................................... 6 八 轴上其他零件设计 ..................................................................................................... 6 参考文献 .......................................................................................................................... 7
一、 选择轴的材料
因传递功率不大，且单向转动、无冲击，一般机械使用，对质量结构无特殊要求，所以选45钢，调质处理。
二、 初算轴径
对于转轴，按扭转强度初算轴径，查参考文献[1]表9.4得C=106~118，弯矩较大故取C=106
转速n?nmi1?960/2?480r/min 功率P1???12P?0.96?0.99?5.72?5.44kW 则d?C3P5.44?106?3?23.81mm n480
考虑到轴端有一个键槽，轴径加大5%，则dmin?23.81?1.05=25.00mm
三、 结构设计
1. 轴承部件的结构型式
箱体内无传动件，不需经常拆卸，箱体采用整体式。由轴的功能决定，该轴至少应具有带轮、齿轮的安装段，两个轴承的安装段以及两个轴承对外的密封段，共7段尺寸。由于没有轴向力的存在，且载荷、转速较低，选用深沟球轴承，传递功率小，转速不高，发热小，轴承采用两端固定式。轴低速旋转，且两轴承间无传动件，所以采用脂润滑、毛毡圈密封。确定轴的草图如图1所示：
1234567
图 2 轴的草图
2. 轴的伸出端（轴段1、7） 由最小直径得
d1=d7=24
由带轮和齿轮设计结构确定L1?65mm,L7?60mm
周向连接用A型普通平键，分别为12*8*32，14*9*36，GB/T 1096-2003
1
3. 轴段2、6
由参考文献[1]图9.8得h1?(0.07~0.1)d1?1.68~2.4mm 得d2?d6?2?h1?d1?27.4~28.8mm 所以取d2?d6?28mm 4. 轴段3、5
由参考文献[1]图9.8得h2?(0.07~0.1)d2?1.96~2.80mm 得d3?d5?2?h2?d2?31.9~33.6mm 取d3?d5?35mm
由参考文献[2]表12.1初选轴承6207，查得da?42mm、Da?65mm、
B?17mm，所以取d4?da?42mm 5. 箱体与其他尺寸
由参考文献[4]经验公式得跨距
L?(2~3)d3?70~105mm
取L4?L?B?90mm，并取L3?L5?B?17mm
由于箱体内无润滑油（无传动件），?可取小值，??3mm；选用整体式箱体，轴承盖凸缘厚为10mm；用M10螺栓连接上下箱体，查机械手册得扳手空间为26mm；用M8螺栓连接轴承盖和箱体，为使螺栓头不与齿轮和带轮相碰，且因箱内无传动件箱体几乎不拆卸，K取小值，K=8mm。综合以上可以得到
L2?L6?34mm
四、 轴的受力分析
1. 画轴的受力简图
轴的受力简图、弯矩图、转矩图画在一起，如图3 2. 计算支反力 转矩T1?9.55?106?P5.441?9.55?106??108233.33N?mm n1960/2小齿轮圆周力Ft?T?3.00kN,d为小齿轮分度圆直径 d22
小齿轮径向力Fr?Ft?tan??3.00?tan20?1.09kN 小齿轮轴向力Fa?0 大带轮压轴力FQ?1.5069kN
在水平面上
1.5069?(83?104)?1.09?72.5R1H??1.80N
104R2H?FQ?Fr?R1H?1.09+1.5069?1.80?0.797kN
在垂直平面上
3.00?72.5R1V???2.03N
107由力的平衡关系知R2V??0.97kN
22轴承1的总支承反力R1?R12H?R12V?1.80?1.93?2.64kN 222.032?0.972?2.25kN 轴承2的总支承反力R2?R2H?R2V?
3. 画弯矩图
垂直面上，轴承1处，M1v?3*(107?83)?3.53*107?168.29kN?mm 水平面上，轴承1处，M1h?1.80?72.5?130.5kN?mm 轴承2处，M2h?3?72.5?217.5kN?mm
则合成弯矩，轴承1处，M1?168.292?130.52?212.9kN?mm 轴承2处M2?M2h217.5kN?mm 如图3所示 4.画转矩图
如图3所示
3
图 3 轴的受力分析图
五、 校核轴的强度
由弯矩转矩图可知，轴承2处为危险截面 轴的安全系数校核计算
由参考文献[1]表9.6，抗弯剖面模量W?
抗扭剖面模量WT?弯曲应力：
?d5332???35332?4209mm3；
?d5316???35316?8418mm3；
?b?M2146.70?*1000?34.85MPa W4209?a??b?34.85MPa,?m?0,
扭剪应力：
T1108023??12.72MPa WT8418?T??a??m?
?T2?12.72?6.36MPa 24
对于调质45钢，由参考文献[1]表9.3查得
?b?650MPa,??1?300MPa,??1?155MPa
由参考文献[1]查得碳素钢等效系数???0.2，??=0.1
由参考文献[1]表9.11查得轴与滚动轴承配合应力系数K??2.63,K??1.89 由参考文献[1]表9.12查得绝对尺寸系数???0.88,???0.81 由参考文献[1]表9.9查得轴磨削时表面质量系数??1.0 安全系数
S????1K??3002.63?22.31?0.2?01?0.88155?4.50
???S??K??a????m??1????a????mS??1.89?3.37?0.1?3.371.0?0.81?4.50?18.904.50?18.9022?18.90
S??S?S??S?22?4.38
由参考文献[1]表9.13查得许用安全系数[S]?1.3~1.5，S?[S]，安全。 对于单向转动的转轴，通常按脉动循环处理，故取折合系数??0.6 ，则当量应力?e??b2?4(??)2?34.852?4??0.6?12.74??30.90MPa 由参考文献[1]表9.7查得????1b?55MPa，?e?????1b，强度满足要求
2六、 校核键连接的强度
由参考文献[1]式4.1知
2T1????pkld
?p?式中：
?p——工作面的挤压应力，MPa；
T1——传递的转矩，N?mm；
d——轴的直径，mm；
l——键的工作长度，mm，A型，l?L?b，L、b为键的公称长度和键宽；
5
k——键与毂槽的接触高度，mm,k?h/2；
???p——许用挤压应力，MPa，由参考文献[1]表4.1，静连接，材料为钢，
静载，???p?125~150MPa。
对于大带轮轴段上的键
2T2?107059?p?1??111.52MPa????p；校核通过；
kld8?32?12?24??2对于轴段7上的键
2T2?107059?p?1??90.12MPa????p; 校核通过。
9kld??36?14??242七、 校核轴承的寿命
轴承不受轴向力，只有径向力，且Fr2?R2?Fr1?R1，所以只校核轴承2。
1. 计算当量动载荷
F?XFr2?YFa2?1?2.64?0?0?2.64kN；
2. 校核寿命
由参考文献[1]表10.10，工作温度?105?C，ft?1.0； 由参考文献[1]表10.11，无冲击，fF?1.0~1.5，取fF?1.1； 由参考文献[2]表12.1，查轴承6207，C?Cr?25.7kN；
?——寿命指数，对于球轴承，??3；
106?ft?C?106?1.0?25700?Lh????????32032.8h
60n1?fF?F?60?480?1.0?2640??3L'h——轴承的预期寿命，三年三班，每年按250天计
L'h?3?8?250?3?18000h； Lh?L'h，校核通过。
八、 轴上其他零件设计
1. 轴承座结构设计
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=180mm，直径等于滚动轴承外径72mm，长32mm，轴承座腹板壁厚
6
??10mm。
2. 轴承端盖（透盖）
箱内无传动件，选用凸缘式轴承端盖，工作环境室外有尘，橡胶圈密封。 凸缘厚e?10mm，旋入端长m?16mm，旋入端外径为轴承外径D?72mm，内径配合轴承安装尺寸取65mm，拔模斜度1:10。 凸缘外径D2?D?(5~5.5)d3，d3为螺栓直径M8，D2取112mm。 螺栓孔中心距D0?(D?D2)/2?92mm。
橡胶圈所在轴段的直径为28mm，查参考文献[3]，可得橡胶圈有关尺寸参数外径42mm，宽7mm。
图 4 轴承端盖
3. 轴端挡圈
查阅参考文献[2]表11.24，选用螺栓紧固轴端挡圈（GB/T 892-1986），B型，公称直径32mm。
参考文献
[1]. 宋宝玉, 王黎钦. 机械设计. 北京: 高等教育出版社 [2]. 宋宝玉. 机械设计课程设计指导书. 北京: 高等教育出版社
[3]. 王连明,宋宝玉. 机械设计课程设计. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社 [4]. 张锋,宋宝玉.机械设计大作业指导书. 北京: 高等教育出版社
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