哈工大机械设计大作业
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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
系别: 英才学院
班号: 1436005
姓名: 刘璐
日期: 2016.11.12
哈尔滨工业大学
机械设计作业任务书
题目：
轴系部件设计
设计原始数据：
图1
表 1 带式运输机中V带传动的已知数据
方案 dP（KW） (/min)mnr (/min)wnr 1i 轴承座中
心高H（mm） 最短工作
年限L 工作环境
5.1.2 4 960 100 2 180 3年3班 室外
有尘
机器工作平稳、单向回转、成批生产
目录
一、带轮及齿轮数据 ............................................................. 1
二、选择轴的材料 ................................................................ 1
三、初算轴径dmin ................................................................. 1
四、结构设计 ..................................................................... 2
1. 确定轴承部件机体的结构形式及主要尺寸 ..................................... 2
2. 确定轴的轴向固定方式 ....................................... 错误!未定义书签。
3. 选择滚动轴承类型，并确定润滑、密封方式 .................. 错误!未定义书签。
4. 轴的结构设计 ................................................ 错误!未定义书签。
五、轴的受力分析 ................................................................ 4
1. 画轴的受力简图 .............................................................. 4
2. 计算支承反力 ................................................................ 4
3. 画弯矩图 .................................................................... 5
4. 画扭矩图 .................................................................... 5
六、校核轴的强度 ................................................................ 5
七、校核键连接的强度 .......................................................... 7
八、校核轴承寿命 ................................................................ 8
1. 计算轴承的轴向力 ........................................................... 8
2. 计算当量动载荷 .............................................................. 8
3. 校核轴承寿命 ................................................................ 8
九、绘制轴系部件装配图（图纸） ............................................. 9
十、参考文献 ..................................................................... 9
一、带轮及齿轮数据
已知带传动输出轴功率 P = 3.84 kW，转矩 T = 97333.33 N·mm，转速 n = 480 r/min，轴上压力Q = 705.23 N，因为原本圆柱直齿轮的尺寸不满足强度校核，故修改齿轮尺寸为分度圆直径d1 =96.000 mm，其余尺寸齿宽b1 = 35 mm，螺旋角β = 0°，圆周力 Ft =
2433.33 N，径向力 Fr = 885.66 N，法向力 Fn = 2589.50 N，载荷变动小，单向转动。
二、选择轴的材料
因传递功率不大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用材料45钢，调质处理。
三、初算轴径dmin
对于转轴，按扭转强度初算，由参考文献[1]式10.2估算最小直径
式中：P — 轴传递的功率，kW；
n — 轴的转速，r/min；
[τ] — 许用扭转应力，MPa；
C — 由许用扭转切应力确定的系数。
查参考文献[1]表10.2，得对于45钢，C取值范围126 ~ 103，取C = 118。
轴输入功率为
式中：η1 — V带传动的效率，查参考文献[2]表9.1，V带传动效率η1= 0.98；
η2 — 滚动轴承传动效率，查参考文献[2]表9.1，一对滚动球轴承传动效率η2=
0.98。
故：
轴转速为：
并考虑轴上有一个键槽，将轴径加大5%。于是初算轴径最小值得：
按照GB/T 2822—2005的Ra10系列圆整，初取d = 25mm。
四、结构设计
1. 确定轴承部件机体的结构形式及主要尺寸
为方便轴承部件的装拆，轴承座的机体采用剖分式结构，取轴承座的铸造壁厚为
δ = 8mm。机体上轴承旁连接螺栓直径d2 = 12mm，装拆螺栓所需要的扳手空间C1 = 18mm，C2 = 16mm，故轴承座内壁至座孔外端面距离：
L = δ + C1 + C2 + (5~8) mm = 47~50mm
取L = 50mm。
由此，设计的轴承部件的结构如图2所示。然后可按轴上零件的安装顺序，从dmin处开始设计。
图2 轴的结构草图（不带尺寸）
2. 确定轴的轴向固定方式
由于轴跨距不大，且传递功率中等，齿轮减速器效率高、发热小，轴不会太长，故轴承部件的固定方式可采用两端固定的方式。
3. 选择滚动轴承类型，并确定润滑、密封方式
轴上所安装齿轮为直齿轮，不产生轴向载荷，且径向载荷较小、转速不高，故选用深沟球轴承。
轴承内圈直径约为25 mm量级，根据参考文献[1]，其速度因数值：
其速度因数较小，宜选用脂润滑。
密封段轴径约为30mm量级，其轴颈圆周速度为：
由于轴径圆周速度小，且工作环境有尘，所以采用唇形圈密封。 4. 轴的结构设计
(1) 大带轮与轴段1：
由于要求，大带轮必须放置在轴端，所以dmin即为轴段1的最小直径，d1= 25mm。大带轮一端通过轴肩固定，另一端通过挡圈和螺栓固定，轴段1处放置大带轮处长度 l10
= 50mm，为避免发生干涉，轴段长度比大带轮宽度短1~3mm，故取：
l1 = 48mm
(2) 密封圈与轴段2、轴段6：
本方案采用深沟球轴承，端盖宜采用凸缘式端盖，密封方式采用毛毡圈密封。由参考文献[1]图10.9中公式，可得到轴段2与轴段1之间的轴肩高为：
h1 = (0.07~0.1)d1 = (0.07~0.1)×25 = 1.75～2.5 mm
由参考文献[2]表14.4，选择轴径为30mm的毛毡圈，故轴段2的直径：
d2 = 30 mm
同理，轴段6的直径为：
d6 = 30 mm
(3) 轴承与轴段3及轴段5：
由参考文献[1]图10.9中公式，可得到轴段3与轴段2之间的轴肩高为：
h2 = (0.07~0.1)d2 = (0.07~0.1)×30 = 2.1～3 mm
轴承采用深沟球轴承，考虑轴承可能承受较大径向载荷，选取窄系列、中载系列，由参考文献[2]表12.1，选用轴承型号6307，因此：
d3 = d5 = 35 mm
l3 = l5 = 21 mm
(4) 轴段4：
轴段4与轴段3和轴段5形成的轴肩对两个轴承其轴向固定作用。查参考文献[2]表12.1，得6307轴承的安装尺寸为da = 44 mm。
故轴段4轴径为
d4 = 44 mm
(5) 小齿轮与轴段7：
根据最小轴径，取d7 = 25mm。与大带轮处相同小齿轮一端通过轴肩固定，另一端通过挡圈和螺栓固定，轴段7处放置小齿轮宽度l70 = 35mm，为避免发生干涉，轴段长度比大带轮宽度短1~3mm，故取：
l7 = 33mm
(7) 机体与轴段2、4、6的长度：
对于二支点在同一轴承座内而支点间无传动件的情况，应首先确定两轴承跨距L，由参考文献[3]，一般取L= (2 ~ 3)d，其中d为轴承所在轴段的直径，即d3和d5。
则跨距取值为 L = (2 ~ 3)d3 = (2 ~ 3) × 35 = 70 ~ 105 mm
ⅰ对于轴段4
取轴段4长度为l4= 75 mm。跨距为轴上直返力作用点间距离，对向心轴承，支反力作用点在轴承宽度中点，则此时跨距为
L2 = l4 + l3 = 75 + 21 = 96mm
ⅱ对于轴段2和轴段6：
为避免大带轮或小齿轮断面转动时与不动的轴承端盖相碰，轴承端盖与这两零件端面间应有足够的间距，取该间距为H = 15 mm。
由参考文献[3]查得，轴承盖凸缘厚e = 10 mm。
为补偿机体的铸造误差，轴承应深入轴承座孔内适当距离，以保证轴承在任何时候都能坐落在轴承座孔上，为此取轴承上靠近机体内壁的端面与机体内壁间的距离为。
由此计算l2、l6：
l2 = l6 = H + e + (L + 4 – l3) = 15 + 10 + (75 + 4 – 21) = 83 mm
(8)
各轴段尺寸汇总：
轴段 1 2 3 4 5 6 7
d / mm 25 30 35 44 35 30 25
l / mm 48 83 21 75 21 83 33
轴总长度：
l = 48+83+21+75+21+83+33 = 364 mm
进而，轴承的支点及力的作用点之间的跨距也随之确定下来。6307轴承力作用点为轴承宽度中心。取大带轮、小齿轮的中点作为力作用点，则可得跨距：
L1 = 117.5 mm，L2 = 96 mm，L3 = 110 mm
(9) 键连接：
大带轮和小齿轮与轴的周向连接均采用 A 型普通平键连接，由文献[2]表11.28，轴径为25 mm 时，使用键的型号分别为：
A8×7×70 GB/T 1096—2003 和 A8×7×56 GB/T 1096—2003。
