Harbin Institute of Technology
大作业设计说明书
课程名称：机械设计
设计题目：轴系部件设计
院系：机电工程学院
班级：
设计者：
学号：
指导教师：**
设计时间：2014.12
哈尔滨工业大学
机械设计作业任务书
方案电动机
工作功
率
P/kW
电动机满
载转速
n m/(r/min)
工作机的
转速
n w/(r/min)
第一级
传动比
i1
轴承座
中心高
度
H/mm
最短工
作年限
工作环
境
5.1.2 4 960 100 2 180 3年3
班
室外有
尘
目录
一、选择轴的材料 (1)
二、按扭转强度估算轴径 (1)
三、设计轴的结构 (1)
3.1阶梯轴各部分直径的确定 (1)
3.2阶梯轴各轴段长度及跨距的确定 (2)
四、轴的受力分析 (3)
4.1轴系部件受力分析 (3)
4.2计算支反力 (3)
4.3画弯矩图和转矩图 (4)
五、校核轴的强度 (5)
六、轴的安全系数校核计算 (5)
七、校核键连接的强度 (7)
八、校核轴承寿命 (7)
九、轴上其他零件设计 (8)
十、轴承座结构设计 (9)
十一、轴承端盖的设计 (9)
十二.参考文献 (1)
一．选择材料，确定许用应力
因传递功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，故选用45号钢，调制处理。
二.按扭转强度估算轴径
由大作业四P=5.493KW ，n =480，对于转轴，扭转强度初算轴径，查参考文献[1]表9.4得C =106~118，考虑轴端弯矩比转矩小，故取 C =106，则
d min
=C √P n 3
=106×√5.4934803=23.89mm 其中
P ——轴的传递功率
n ——轴的转速
C ——由许用扭转剪应力确定的系数
由于考虑到轴的最小直径处要安装大带轮或小齿轮有键槽存在，故将其扩大为1.05倍，得d 1≥23.89×1.05=25.085mm ，按标准GB2822-81的R10圆整后取d 1=30mm 。 三．设计轴的结构
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．阶梯轴各部分直径的确定
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，d1=d7=30mm。
2) 轴段2和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[3]图7.2计算得到轴肩高度
h=(0.07~0.1)d=(0.07~0.1)×30=2.1~3mm
d2=d6=d1+2×ℎ=34.2~36mm
查国标JB/ZQ4606-86，唇型圈油封的轴径d=35mm，所以d2=d6=35mm。
3) 轴段3和5
轴段3和轴段5安装轴承，尺寸由轴承确定。由于使用斜齿轮，轴向力较大选用角接触轴承。根据GB/T 276—1994，初选轴承7209C，外形尺寸d=
45mm D=85mm B=19mm，轴承安装尺寸d a=54mm。计算轴承的dn=
45×480=2.16×104<1.5×105，所以选用脂润滑。d3 = d5 = 45mm
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d4=54mm。
3.2阶梯轴各轴段长度及跨距的确定
1)轴段4
轴段4在左右轴承间无传动要求，所以无需计算配合尺寸只需计算跨距L= (2~3)d3=90~135mm，L取99mm。由于角接触轴承力的作用点在距离轴承外环大端面为a的位置，查参考文献[2]表12.2可得a=18.2mm B=19mm，所以L4=80mm。
2)轴段3和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L3=L5=B= 19mm。
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。选用凸缘式轴承端盖，取轴承盖凸缘厚度 e = 10mm ， m = 15mm ，箱体外部传动零件的定位轴肩距轴承端盖的距离K= 15mm ，则轴段 6 长度
L6=e+m+K=40mm
L2=L6=40mm
轴段1和7
轴段 1 和 7 分别安装大带轮和小齿轮，故根据大作业 3、4 可知轴段 1 ,7长度
L1=68mm L7=48mm
四．轴的受力分析
4.1轴系部件受力分析
轴系部件上的转矩
T1=9.55×106×P1
n
=9.55×106×
5.493
480
=1.093×105N∙mm
齿轮圆周力
F t=2T1
d1
=
2×1.093×105
69
=3168.1N
齿轮径向力
F r=F t tanαn
cosβ
=3168.1×
tan20°
cos8.11°
=1164.7N
齿轮轴向力
F a=F t×tanβ=451.5N
作用在轴上的压力
F Q=1497.19N
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，通常取F Qmax=1.5F Q。
F Qmax=2245.79N
