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机械设计课程设计轴系部件设计说明书.docx

1、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5.4.12.2940603.220010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

2、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=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=48 mm。 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

3、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) 联轴器及轴段和轴段本设计中,轴段和轴段为轴的最小尺寸。因此,轴段和轴段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/T 5014-2003中的LX3型弹性柱销联轴器符合要求。其参数为:公称转矩1250 Nmm,许用转速为4750 r/min,轴孔直径范围3048mm。考虑,取轴孔长度60 mm,J型轴孔,A型键。相应地,轴段和轴段的直径为,轴段和轴段的长度应比联轴器主动段

4、轴孔长度略短,故取。(2) 密封圈及轴段和轴段联轴器采用轴段和轴段的轴肩固定,轴肩计算轴段和轴段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/T 92010-1991中的轴径为48mm的,则轴段和轴段直径。(3) 轴承及轴段和轴段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。轴段和轴段上安装轴承,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,故轴段和轴段直径为。(4) 齿轮及轴段轴段安装齿轮,为便于齿轮的拆装

5、,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,轴段的长度应比齿轮轮毂长略短,由于齿宽,取。(5) 轴段和轴段齿轮右端采用轴段的轴肩固定,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、的长度机体和轴段、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

6、近机体内壁的端面与机体内壁间的距离=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、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

7、50 GB/T 1096-2003和键1856 GB/T 1096-2003。(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,Nmm; 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 轴承的总支承反力: 轴承的总支承反力: 3. 轴弯矩计算 在水平面上aa剖面左侧:aa剖面右侧:在垂直平面合成弯矩aa剖面左侧: aa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

8、图(f) 五 校核轴的强度此轴几乎为对称布置,但aa剖面左侧使用套筒固定齿轮,轴径比右侧小,故aa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 daa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

9、全系数。显然,故aa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aa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。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

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