机械设计轴系设计方案Word下载.docx

1、键）2.设计效果图及说明本设计效果图如下图所示，设计渲染图由SolidWorks2014与PhotoView360 软件制作，在下图中，从左到右依次分别为32917X2圆锥滚子轴承，主轴，28x16 普通平键，688mm圆柱斜齿，2mm套筒，170mm圆柱斜齿，4mm套筒以及32917X2 圆锥滚子轴承。图1设计效果图3.主轴设计与校核3.1.轴材料选择通过己知条件和查阅相关的设计手册得知，该传动机所传递的功率屈于中型 功率，主要承受扭矩，故选择45号钢，并进行调质处理。由于45号钢成本适中， 是轴的常用材料，且经过调质处理后，可提高其综合性能，所以选为本轴的制作 材料。3. 2.估算轴的最小

2、直径对于转轴，按扭转强度初算直径公式为：在公式中，P为轴传递的功率，此例中P二40KW, n为轴的转速，C为常数， 查机械设计教程中表12-2可知C的范围是118-107,由于此例中轴主要作用是 传递扭矩，扭矩小于弯矩，C取110。求得：dniin 81.04nun考虑到有键槽等应力集中源，将直径加大5%后得到：dmin 二 85 null3. 3轴的结构设计由于本设计中的轴需要安装齿轮、轴承等零件，并且各处受力不同，因此, 设计成阶梯轴形式，如右图所示。在本图中，轴从上到下依次固定齿轮3,套筒， 齿轮2最终两端由轴承固定，实现传动轴的目的。本例中轴键主要用于在扭转方向固定齿轮与轴，考虑到减速

3、器需要良好的对 中性，并且应该能够适应变载荷受力情况，普通型平键可以满足设计需求。参阅 GB/T 1096-2003标准，为保证键连接的强度，选用尺寸为28X 16的键较为适宜， 最终得到初步设计结果。图2主轴零件图3.4轴的受力分析3. 4.1计算齿轮受力传递到轴系部件上的转矩为：T = 9.55 X 106 - = 3819000 N mmN计算齿轮2有关系数：圆周力：I2T=牛=11101 N径向力：=竺上=4143.9 Ncos b轴向力：Fa = Fttaiib = 2528.9 N计算齿轮3有关系数:=孑=44929 N ci径向力:Fr-Fttaa- 16630.5 Nros b

4、Fa = Ft tan b = 8327.9N3.4.2绘制轴受力图我们可以根据上一步的齿轮受力结果绘制节点受力简图，后根据节点受力简 图即可方便得到轴的分段弯矩公式，最后利用Excel表格的x-y坐标图匸具由弯 矩公式求得水平与垂直两方向的弯矩图，如下图4. 2. 1, 4.2.2。之后我们可以利用上一步的数据合成弯矩绘制弯矩图得到4.2.3,最后 一步绘制扭矩T图，并将M图T图两图合并成当量弯矩Me,下图中4. 2.5就是 最终得到的当最弯矩图，在合成当最弯矩时，系数a近似于0.6。3. 4.3校核薄弱載面通过观察当量弯矩图可发现，位于x=325处的截面A是当最应力最大面，故 A也为本杆件

5、的危险截面，下面通过计算校核截面A。溥弱截而的校核公式为：Me0.1（y_ib其中Me为截而当量弯矩，在4. 2中已求出，具体数值可参见对应excel表 格，通过查表得到Me （A） =6005385 N-mm,匚訂匕为轴的许用弯曲应力，通过査表 可知调制45#钢对于抗拉强度b B二650,对应值可近似収65。分别计算得 到：da 97.3 nini查看设计图纸可知,A截面处均有键槽，故实际直径应比计算值多岀5%-7%, 则在考虑键槽应力集中的情况下： 102.1 nun原设计中，da=110mm,均满足校核条件，故原设计合格，能够满足设计需求。3.5.轴的安全系数校核计算下面校核危险截面的安

6、全系数。参考机械设计课本294页公式：S。为考虑弯矩时的安全系数，s.为考虑转矩时的安全系数，J为材料 对称循环的弯曲疲劳极限和扭转疲劳极限，通过查机械设计教材表12-1可知45 号钢调质处理，=275MPa, J二155MPa。匚、瓦为弯曲时和扭转时轴的有效应 力集中系数，由表12-4查普通平键有效应力集中系数表可得两系数分别取1. 76, 1. 54。% 6为零件的绝对尺寸系数，査表12-7可得两系数分别取0. 73与0. 72。 为表面质量系数取0.925,%、几为弯曲时和扭转时的等效系数，取0.2与0. IoQ a. CT m为弯曲应力的应力幅和平均应力，T a,T m为扭转剪应力的应

7、力幅和平 均应力。对于S,轴的危险截面A有足够的疲劳强度，满足设计需求， 校核完成。4.1 轴承选型通过4.1中的载荷计算可通过静力学推导得轴承1（齿轮2上方），受径向力 Fr=2301. 8 N,轴向力Fa二5799N,轴承2（齿轮3下方）,受径向力Fr二10184. 7N, 为了保证机械整体安装方便与稳定性，需要选择轴向力与径向力承载能力俱佳的 轴承，在参考教材表14-1的轴承主要类型与特性表后，我认为在本设计中，圆 锥滚子轴承能够满足设计需求。由于在轴设计部分中，两端轴承内径d二85mm,参考设计手册GB/T 297-1994, 得到可选用的轴承共12种型号。通过基本额定载荷Cr可初步判

8、定，轴承32917- X2额定载荷Cr=74. 2KN,满足本设计的承载条件。1202322r 2125340038000. 730. 262.31.332917X221.0151.51896.81650. 7670. 331.83291721. 1921111302927105170280036001.250. 351.70.932017 X227.01402201.320.441.40.83201728. 1941173629.51803051.690.292.11.13301726.21184132川35526002.430.413.71733. 129512215030.528-417

9、8238240032002.060. 423021730.3961323& 5302283252. 683221733.9B049372824153. 523321736.90512844.53438820004. 963031735.9991071562553184. 690. 830.70.43131755.6414363.5604225927.313231743.5102GB/T 297-1994中规定,径向当量动载荷:当Fa/FrWe, Pr=Fr：当Fa/Fr e, Pr=0. 4Fr+YFao 通过查表可知，轴承 32918-X2： e=0. 26, Y=2. 3。下面分 别校核轴

10、承1与轴承2。对于轴承1：Fae = f 0.26 ; Pr = OAFr + YFa = 14258.4 NC ioLio = （p） = 40450 h对于轴承2：e = F V 0.26 ; Pr = Fr= 10184.7 NC 10So = 0尸=64462h通过查阅预期寿命LIO的参考值，对于每天工作八小时的机械其参考值为 14000-30000,若每天运转8小时，则轴承可持续使用约14年，满足设计需求。5 主轴零件详见附录1。详见附录2。1机械设计/陈秀宁,顾大强主编-浙江大学出版社,2011. 12机械设计手册/闻邦椿主编-机械工业出版社3机械工程师设计手册-电子版/北京英科宇科技开发中心