机械设计课程设计轴系部件设计说明书.docx

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机械设计课程设计轴系部件设计说明书

机械设计大作业

课程名称：

机械设计

设计题目：

轴系部件设计

机械设计大作业

轴系部件设计说明书

题目：

行车驱动装置的传动方案如下图所示。

室内工作、工作平稳、机器成批生产，其他数据见下表。

方案

电动机工作功率

电动机满载转速

工作机得转速

第一级传动比

轴承座中心高H/mm

最短工作年限

5.4.1

2.2

940

60

3.2

200

10年1班

一选择轴的材料

因为传递功率不大，轴所承受的扭矩不大，故选择45号钢，调质处理。

二初算轴径

对于转轴，按扭转强度初算直径

式中P——轴传递的功率；

C——由许用扭转剪应力确定的系数；

n——轴的转速，r/min。

由参考文献[1]表10.2查得，考虑轴端弯矩比转矩小，故取。

输出轴所传递的功率：

输出轴的转速：

代入数据，得

考虑键的影响，将轴径扩大5%，。

三结构设计

1.轴承部件机体结构形式及主要尺寸

为了方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构。

取机体的铸造壁厚δ=8mm，机体上的轴承旁连接螺栓直径，，为保证装拆螺栓所需要的扳手空间，轴承座内壁至坐孔外端面距离

取L=48mm。

2．轴的结构设计

本设计方案是有8个轴段的阶梯轴，轴的径向尺寸（直径）确定，以外伸轴径为

基础，考虑轴上零件的受力情况、轴上零件的装拆与定位固定、与标准件孔的配合、轴的表面结构及加工精度等要求，逐一确定其余各轴段的直径；而轴的轴向尺寸（长度）确定，则考虑轴上零件的位置、配合长度、支承结构情况、动静件间的距离要求等因素，通常从与传动件的轴段开始，向两边展开。

（1）联轴器及轴段①和轴段⑧

本设计中，轴段①和轴段⑧为轴的最小尺寸。

因此，轴段①和轴段⑧与联轴器的设计同时进行。

为了补偿联轴器所连接的两轴的安装误差，隔离振动，选用弹性柱销联轴器。

由参考文献[1]表13.1查得，则计算转矩

由参考文献[2]表13.1可以查得GB/T5014-2003中的LX3型弹性柱销联轴器符合要求。

其参数为：

公称转矩1250N·mm，许用转速为4750r/min，轴孔直径范围30~48mm。

考虑，取轴孔长度60mm，J型轴孔，A型键。

相应地，轴段①和轴段⑧的直径为，轴段①和轴段⑧的长度应比联轴器主动段轴孔长度略短，故取。

（2）密封圈及轴段②和轴段⑦

联轴器采用轴段②和轴段⑦的轴肩固定，轴肩计算

轴段②和轴段⑦直径最终由密封圈确定。

由参考文献[2]表14.4，选用毡圈油封

FZ/T92010-1991中的轴径为48mm的，则轴段②和轴段⑦直径。

（3）轴承及轴段③和轴段⑥

考虑轴系部件几乎呈对称布置，且没有轴向力，轴承类型选择深沟球轴承。

轴段③

和轴段⑥上安装轴承，其直径应既便于轴承安装，又应符合轴承内径系列。

初选轴承型号6211，由参考文献[2]表12.1，内径d=55mm，外径D=100mm，宽度B=19mm，定位轴肩直径。

通常同一轴上两轴承取相同型号，故轴段③和轴段⑥直径为。

（4）齿轮及轴段④

轴段④安装齿轮，为便于齿轮的拆装，且与齿轮轮毂配合，取。

齿轮左端用套筒固定，为使套筒端面顶在齿轮左端面上，即仅靠，轴段④的长度应比齿轮轮毂长略短，由于齿宽，取。

（5）轴段⑤和轴段⑥

齿轮右端采用轴段⑤的轴肩固定，轴肩计算公式

且确定还要考虑6211轴承最小定位轴肩直径，，

由参考文献[2]表9.4中系列查得标准值，取。

轴环宽度计算公式

取。

（6）机体和轴段②、③、⑥、⑦的长度

机体和轴段②、③、⑥的长度除与轴上零件有关外，还与机体及轴承盖等零件有关。

通常从齿轮壁面与机体内壁间留有足够间距H，由参考文献[1]表10.3，取H=15mm。

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。

由参考文献[1]表10.3，取轴承上靠近机体内壁的端面与机体内壁间的距离Δ=10mm。

采用凸缘式轴承盖，由6211轴承参数及参考文献[2]表12.6，取凸缘厚度e=12mm。

为避免联轴器轮毂端面与轴承盖连接螺栓头相碰，并便于轴承盖上螺栓的装拆，联轴器轮毂端面与轴承盖间应用足够的间距K，取K=20mm。

在确定齿轮、机体、轴承、轴承盖及联轴器的相互位置后，轴段②、③、⑥的长度就随之确定下来，即

进而，轴承的支点及力的作用点的跨距也随之确定下来。

6211轴承力作用点环厚中点10.5mm，取此点为支点。

取联轴器轮毂中点为力作用点。

则各跨距。

（7）键连接设计

联轴器及齿轮与轴的周向连接均采用A型普通平键连接，由参考文献[2]表11.28查得，分别采用键12×50GB/T1096-2003和键18×56GB/T1096-2003。

（8）结构设计简图

根据以上要求，轴设计各数据：

阶梯轴各段直径：

。

阶梯轴各段长度：

。

各支点跨距：

。

四轴的受力分析

1.齿轮受力计算

圆周力

式中——小齿轮传递的扭矩，N·mm；

——小齿轮分度圆直径，mm。

小齿轮传递转矩

径向力

式中——分度圆压力角，标准齿轮

代入数据得：

2.支承反力计算

在水平面上

在垂直面上

轴承Ⅰ的总支承反力：

轴承Ⅱ的总支承反力：

3.轴弯矩计算

在水平面上

a—a剖面左侧：

a—a剖面右侧：

在垂直平面

合成弯矩

a—a剖面左侧：

a—a剖面右侧：

4.轴转矩计算

5．轴的受力简图（b）、弯矩图（c、d、e）和转矩图（f）

五校核轴的强度

此轴几乎为对称布置，但a—a剖面左侧使用套筒固定齿轮，轴径比右侧小，故a—a剖面左侧为危险剖面。

由参考文献[1]查得，抗弯截面模量为

式中d——a—a截面轴的直径，d=60mm；

b——键槽的宽度，b=18mm；

t——键槽的深度，t=7mm。

同理，抗扭截面模量为

弯曲应力：

扭剪应力：

对于调质处理的45钢，由参考文献[1]表10.1，查得，

。

键槽引起的应力集中系数，由参考文献[1]附表10.4，查得。

绝对尺寸系数，由参考文献[1]附表10.1，查得。

轴磨削加工时的表面质量系数，由参考文献[1]附表10.1和附表10.2，得。

由此，安全系数计算如下：

由参考文献[1]附表10.5，查得许用安全系数。

显然，故a—a剖面安全。

对于一般用途的转轴，也可按弯扭合成强度进行校核计算。

对于单向转动的转轴，通常转矩按脉动循环处理，取折合系数，当量应力为

已知轴的材料为45钢，调质处理，查得。

显然，，故轴的a—a剖面左侧强度满足要求。

六校核键连接的强度

键连接的挤压应力计算公式

式中d——键连接处轴径，mm；

T——传递的转矩，；

h——键的高度，mm；

l——键连接的计算长度，。

联轴器处键连接的挤压应力

齿轮处键连接的挤压应力

取键、轴及联轴器的材料为钢，由参考文献[1]表10.2查得。

显然，，故强度足够。

七校核轴承寿命

1.计算当量载荷系数

式中——轴的径向载荷和轴向载荷；

X、Y——动载荷径向系数和动载荷轴向系数。

由于轴向力，由参考文献[1]表11.12查得X=1，Y=0。

则当量动载荷

2.校核轴承寿命

由于轴段几乎呈对称分布，受力均匀，故只需校核轴承Ⅰ。

轴承在100℃以下工作，由参考文献[1]表11.19查得，；

载荷平稳，由参考文献[1]表11.10查得，。

轴承Ⅰ寿命

已知减速器使用5年，两班工作制，则预期寿命为

显然，，故轴承寿命很充裕。

八参考文献

[1]王黎钦，陈铁鸣.机械设计.5版.哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，2010.

[2]王连明，宋宝玉.机械设计课程设计.4版.哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版，2010