机械设计大作业轴系设计说明书.docx
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机械设计大作业轴系设计说明书
机械设计基础
大作业计算说明书
题目轴系部件设计
学院材料学院
班号1429201
学号1142920102
姓名胡佳伟
日期2016年12月13日
哈尔滨工业大学
机械设计基础
大作业任务书
1.1设计题目
直齿圆柱齿轮减速器轴系部件设计
1.2设计原始数据
输出轴功率
P(kw)
输出轴转速
n(r/min)
大齿轮齿数Z2
齿轮模数m(mm)
大齿轮宽度
B(mm)
半联轴器轮毂宽
L(mm)
机器工作年限班次
工作环境
载荷特性
4
125
85
3
80
70
4年2班
多尘
平稳
1.3设计要求
1.轴系部件装配图一张。
2.计算说明书一份,包括输出轴,输出轴上的轴承及键的校核计算。
2.设计过程
(1)估算轴的基本直径。
选用45号钢,正火处理,σb=600MPa,估计直径<100mm。
查表可得C=118,由公式得
d≥C3pn=118×34125=37.46mm
所求的d为受扭部分的最细处,即装联轴器处的轴径处。
但因为该处有一个键槽,故轴径应该增大3%,d=37.46x1.03=38.58mm取d=40mm。
(2)轴的结构设计(齿轮圆周速度<2m/s,采用脂润滑)
初定各个轴段直径
位置
轴径/mm
说明
联轴器处
40
按传递转矩估算的基本直径
油封处
42
该段轴径应满足油封标准
轴承处
45
选用6209深沟球轴承,为便于轴承从右端装拆,轴承内径应稍大于油封处轴径,并符合滚动轴承内径标准,故取轴径为45mm,初定轴承型号为6209,两端相同
齿轮处
48
考虑齿轮从右端装入,故齿轮孔径应大于轴承处轴径,并为标准直径。
轴环处
56
齿轮左端用轴环定位,按齿轮处轴径d=48mm,查表知轴环高度a=(0.07-0.1)d=3.36-4.8mm,取a=4mm
确定各轴段长度
位置
轴段长度/mm
说明
齿轮处
78
已知齿轮轮毂宽度为80mm,为保证齿轮能被压紧,此轴段长度应略小于齿轮轮毂宽度,故取78mm
右端轴承处
39
此轴段包括4部分,轴承内圈宽度19mm;考虑到箱体的铸造误差,装配时留有余地,轴承左端面与箱体内壁的间距取10mm,箱体内壁与齿轮右侧端面间距取8mm,齿轮轮毂宽度与齿轮处轴段长度之差为2mm。
最后该轴段长度为19+10+8+2=39mm
油封处
30
此段长度由轴承盖的总宽度加上轴承盖外端面与联轴器左端面的间距构成,为20+10=30mm。
联轴器处
68
已知联轴器轮毂宽度为70mm,为保证轴端挡圈能压紧联轴器,此轴段长度应略小于联轴器轮毂宽度,故取68mm
轴环处
6
轴环宽度b=1.4a=1.4x4=5.6mm,取b=6mm
左端轴承处
31
此轴段包括4部分,轴承内圈宽度19mm;考虑到箱体的铸造误差,装配时留有余地,轴承右端面与箱体内壁的间距取10mm,箱体内壁与齿轮左侧端面间距取8mm,轴环的宽度为6mm需要减去。
最后该轴段长度为19+10+8-6=31mm
全轴长
252
78+39+30+68+6+31=252mm
(3)轴的受力分析
求轴传递的转矩
T=9.55×106Pn=9.55×106×4125=305600N⋅mm
求轴上传动件作用力
齿轮上的圆周力
Ft2=2Tmz=2×3056003×85=2397N
齿轮上的径向力
Fr2=Ft2tanα=2397×tan20°=872.4N
确定轴的跨距。
查表可知所选用轴承的B值为19mm,
故左轴承的支反力作用点至齿轮力作用点的间距为
0.5×80+10+8+19×0.5=67.5mm
故右轴承的支反力作用点至齿轮力作用点的间距为
0.5×80+8+10+19×0.5=67.5mm
(4)按当量弯矩校核轴的强度
做轴的空间受力简图
做水平面受力图及弯矩MH图
FAH=FBH=0.5×Fr2=0.5×872.4=436.2N
MH=FAH×67.5=436.2×67.5=29443.5N∙mm
做垂直面受力简图及弯矩MV图
FAV=FBV=0.5×Ft2=0.5×2397=1198.5N
MV=FAV×67.5=1198.5×67.5=80898.75N∙mm
做合成弯矩M图
M=MH2+MV2=29443.52+80898.752=86090.22N∙mm
做转矩T图
T=305600N∙mm
做当量弯矩图
Me=M2+(αT)2
按当量弯矩校核轴的强度
由当量弯矩图可以看出齿轮处当量弯矩最大,对此截面进行校核,查表得45号钢的[σ-1]=55MPa.
σe=Me0.1d3=202564.60.1×483=18.32MPa<[σ-1]
故轴的强度足够。
(5)轴承的校核计算
查表得所用得深沟球轴承的C=31.7kN
当量动载荷为
P=436.22+1198.52=1275.4N
寿命计算公式
L10=10660n(CP)ε=10660×125(31.7×10001275.4)3=2.04×106h
要求的工作时间为
4×365×8×2=23360h
故轴承满足寿命要求
(6)键的校核计算
齿轮处所用键的类型为14x50x9GB/T1096-2003
齿轮处键的挤压强度条件为
σF=2Tdkl=2×30560048×4.5×(50-14)=78.6MPa≤σp=125MPa
故键的强度满足要求。
联轴器处所用的键的类型为12x50x8GB/T1096-2003
联轴器处键的挤压强度条件为
σF=2Tdkl=2×30560040×4×(50-14)=106.1MPa≤σp=125MPa
故键的强度满足要求。
参考文献
[1]王瑜敖宏瑞.机械设计基础[C].哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2015.
[2]王瑜.机械设计基础大作业指导书[C].哈尔滨工业大学,2016.8.
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