机械设计轴系设计方案讲课稿.docx
- 文档编号:25796940
- 上传时间:2023-06-14
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:778.04KB
机械设计轴系设计方案讲课稿.docx
《机械设计轴系设计方案讲课稿.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机械设计轴系设计方案讲课稿.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
机械设计轴系设计方案讲课稿
机械设计:
轴系设计方案
题目轴系设计方案___
姓名______________余楠__________________
学号________3120000110_________________
授课教师________顾大强________________
专业_____机械电子专业(混合班)___________
1.设计题目及要求------------------------------------------------2
2.设计效果图及说明----------------------------------------------2
3.主轴设计与校核------------------------------------------------3
3.1.轴材料选择----------------------------------------------3
3.2.按转矩估算轴的最小直径---------------------------------3
3.3.轴的结构设计--------------------------------------------3
3.4.轴的受力分析--------------------------------------------4
3.4.1.计算齿轮受力---------------------------------------4
3.4.2.绘制轴受力图---------------------------------------5
3.4.3.校核薄弱截面---------------------------------------6
3.5.轴的安全系数校核计算-----------------------------------6
4.轴承的选型与校核---------------------------------------------7
4.1.轴承选型----------------------------------------------------7
4.2.轴承寿命计算------------------------------------------------8
5.主轴零件图----------------------------------------------------8
6.轴系装配图----------------------------------------------------8
7.参考文献------------------------------------------------------8
1.设计题目及要求
图示二级斜齿圆柱齿轮减速器,已知中间轴Ⅱ的输入功率P=40kW,转速nⅠ=100r/min,齿轮2的分度圆直径d2=688mm,螺旋角β2=12°50′,齿轮3的分度圆直径d3=170mm,螺旋角β3=10°29′。
本设计报告要求完成:
1.中间轴Ⅱ的结构设计和强度校核。
2.选择轴Ⅱ所用轴承类型和型号,并计算轴承的寿命
3.绘出轴系Ⅱ的装配结构草图(轴、轴承、齿轮、套筒、轴肩、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
通过已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属于中型功率,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=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:
考虑到有键槽等应力集中源,将直径加大5%后得到:
3.3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/T1096-2003标准,为保证键连接的强度,选用尺寸为28×16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:
计算齿轮2有关系数:
圆周力:
径向力:
轴向力:
计算齿轮3有关系数:
圆周力:
径向力:
轴向力:
3.4.2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坐标图工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M,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就是最终得到的当量弯矩图,在合成当量弯矩时,系数a近似于0.6。
3.4.3校核薄弱截面
通过观察当量弯矩图可发现,位于x=325处的截面A是当量应力最大面,故A也为本杆件的危险截面,下面通过计算校核截面A。
薄弱截面的校核公式为:
其中Me为截面当量弯矩,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)=6005385N
mm,
为轴的许用弯曲应力,通过查表可知调制45#钢对于抗拉强度σB=650,对应
值可近似取65。
分别计算得到:
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出5%-7%,则在考虑键槽应力集中的情况下:
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全系数。
参考机械设计课本294页公式:
为考虑弯矩时的安全系数,
为考虑转矩时的安全系数,
、
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,
=155MPa。
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。
为零件的绝对尺寸系数,查表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,
为弯曲时和扭转时的等效系数,取0.2与0.1。
σa、σm为弯曲应力的应力幅和平均应力,τa,τm为扭转剪应力的应力幅和平均应力。
对于σa、σm、τa、τm由于之前在绘制弯矩扭矩图中,具体数值已由excel表格公式求出,此处直接查表带入基础材料力学公式即求,此处不赘述。
在带入相关系数后可求得最终结果。
在本设计方案中,材料选择调制处理45#钢,材质均匀,载荷与应力计算精确,[S]取1.5。
因此S>[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.轴承的选型与校核
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=2301.8N,轴向力Fa=5799N,轴承2(齿轮3下方),受径向力Fr=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=85mm,参考设计手册GB/T297-1994,得到可选用的轴承共12种型号。
通过基本额定载荷Cr可初步判定,轴承32917-X2额定载荷Cr=74.2KN,满足本设计的承载条件。
4.2.轴承寿命计算
GB/T297-1994中规定,径向当量动载荷:
当Fa/Fr≤e,Pr=Fr;当Fa/Fr>e,Pr=0.4Fr+YFa。
通过查表可知,轴承32918-X2:
e=0.26,Y=2.3。
下面分别校核轴承1与轴承2。
对于轴承1:
对于轴承2:
通过查阅预期寿命L10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.主轴零件图
详见附录1。
6.轴系装配图
详见附录2。
7.参考文献
[1]机械设计/陈秀宁,顾大强主编-浙江大学出版社,2011.1
[2]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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机械设计 设计方案 讲课