轴系组件设计

机械设计大作业说明书
设计题目：轴系组件设计
院（系）专业
班级学号：
学生姓名：
指导教师：
完成日期：
1.设计数据
输出轴的转速为150r/min,输出功率为 2.51kw,a=80mm,c=100mm,滚动轴承寿命为10000h，工作温度小于，有轻微冲击。

斜齿轮参数为，，, 压力角, 螺旋角, 左旋；采用腹板式齿轮。

轴系结构见参考文献[3]。

2.输出轴上转矩及齿轮上的力
输出轴上的转矩T：
大齿轮的分度圆直径为：
3.轴的材料选择
因为所需传递功率不大，无特殊要求，选用45号钢，调质处理。

4.初算最小轴径
按扭转强度取
考虑有一个键槽影响，加大5%
5.轴的结构设计
采用阶梯轴、两端固定，在轴输出端。

5.1连轴器的选择
联轴器的计算转矩，取
根据,选择联轴器。

查手册,选弹性柱销连轴器型，得到半连轴器的孔径为mm，长度mm，轴段长度取mm。

安装无特殊要求。

5.2拟定轴上的零件的装配
轴上各段各标号如图1
图 1轴的各段标注
5.3确定轴各段直径
其余轴段di的确定，由外向内依次按标准件取。

为满足半联轴器的轴向定位要求，1,2连段之间需制出一轴肩，故取第2段直径;2,3连段之间需制出一轴肩，故取第3段直径;第4段与大齿轮装配故取第4段直径；4,5连段之间需制出一轴肩，故取第5段直径; 取第段直径; 第7段与第3段直径相同取。

6和7之间留一退刀槽，大约2mm。

3,4和4,5,和5,6之间圆角为2，其余为1。

5.4确定轴各段长度
初选轴承。

因为轴承同时受轴向力和径向力，选用角接触球轴承。

更具第3段直径选取7211AC，轴承宽度为21mm。

轴段的确定，从齿轮开始，由内向外依次确定。

使齿轮和壳的间隙为。

第4段轴长略小于齿宽b,取;第5段取，; 第6段取，;第7段取，;第3段取；其中挡油圈的长为20mm；取第2段长；第1段根据联轴器长度可以选取为。

6.轴上零件的周向定位
初选联轴器和第1段的键,,；第4段和大齿轮的连接键选,,。

为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性。

故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接配合为；轴承与轴的配合使用过渡配合，轴的公差为m6。

毡圈选
7.轴的安全校核计算
7.1轴的简图
轴的各截面标号如图2，其中B、D为滚动轴承中线处，C为齿轮中心线处。

图 2各截面标号
7.2轴的受力分析
根据轴的弯矩图和扭矩图，参考文献[2]图15-24。

可以看出截面C是轴的危险截面。

画出弯矩图和扭矩图如图3
图 3弯矩图和扭矩图
可以计算出C处的，及和M的值。

,,,,总弯矩，，T=160
7.2校核轴的强度
针对危险截面做弯扭合成强度校核计算，以单项旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取；轴材料为45钢，调质处理，可以查得。

故安全。

7.3校核轴的疲劳强度
截面A、Ⅱ、Ⅰ、B只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均消弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面A、Ⅱ、Ⅰ、B无需校核。

C处应力最大，Ⅲ、Ⅳ处处过盈配合引起的应力集中最严重，但Ⅳ处没有受扭转作用，故不用校核此处。

C处虽然应力最大，但应力不集中（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径最大，故截面C也不必校核。

Ⅵ、Ⅴ处显然更不用校核。

因此该轴只需校核截面Ⅲ左右两侧即可。

截面Ⅲ左侧
抗弯截面系数
抗扭截面系数
截面Ⅲ左侧的弯矩
截面Ⅲ上的扭矩
截面上的弯曲应力
截面上的扭转切应力
轴为45钢，调质处理。

可查的。

轴上由于轴肩而形成的理论应力集中系数。

轴材料的敏性系数为
故有效应力集中系数为
尺寸系数；扭转尺寸系数；轴按磨削加工，得表面质量系数；轴未经表面强化处理，即，可以得综合系数为
碳钢的特性系数取，。

于是可得安全系数
故安全。

截面右侧Ⅲ
抗弯截面系数
抗扭截面系数
截面Ⅲ右侧的弯矩
截面Ⅲ上的扭矩
截面上的弯曲应力
截面上的扭转切应力
轴上由于过盈配合，，取
轴按磨削加工，得表面质量系数；
可以得综合系数为
碳钢的特性系数取，。

于是可得安全系数
故安全。

7.4按静强度条件进行校核
由于无过大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性故不用校核。

8.滚动轴承寿命验算
左边轴承为1，右边轴承为2；根据受力分析,，，，
,。

可得轴承2为‘放松’，只受其本身的派生的轴向力
以轴承1为准计算轴承的当量载荷，有轻微冲击取。

；
；
7211AC可以查得基本额定静载荷C=60.5KN
故合格。

9.键的校核
根据普通平键连接的强度条件,轻微冲击取
故合格。

10.轴承盖设计
采用的都为凸缘式轴承盖，右端为闷盖，左端为透盖。

图查看文献[1]9-9。

各参数如下：
,,,,,,,,。

毡圈查看文献[1]16-9参数如下：
,,,,,
11.设计小结
了解了轴系结构基本形成，熟悉了轴、轴承和轴上构架的结构、功能和工艺要求。

掌握了轴系零部件的定位和配合方式。

熟悉了轴承的寿命验算和轴的强度校核。

参考资料
[1]王昆，何小柏，汪信远.机械设计课程设计高等教育出版社，1995.76~166
[2]濮良贵，陈国定,吴立言.机械设计第九版.西北工大学，2013,303~379
[3]李育锡.机械设计作业集.西北工业大学机械原理及机械零件教研室,2012.43。