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機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)

題目：砒條邰件設(shè)計(jì)

院系：機(jī)電工程學(xué)院

班級(jí)：__________________________

姓名：__________________________

學(xué)號(hào)：__________________________

時(shí)間:__________________________

目錄

機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)任務(wù)書...................................-1-

1選擇材料，確定許用應(yīng)力.............................-2-

2按招轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑..................................-2-

3設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)........................................-2-

4軸的受力分析........................................-4-

4.1畫軸的受力簡(jiǎn)圖.................................-4-

4.2計(jì)算支承反力..................................-4-

4.3畫彎矩圖.......................................-5-

4.4畫轉(zhuǎn)矩圖.......................................-5-

5校核軸的強(qiáng)度........................................-6-

6軸的安全系數(shù)校核計(jì)算...............................-7-

7校核鍵連接的強(qiáng)度....................................-8-

8校核軸承的壽命......................................-9-

8.1計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷.................................-9-

8.2校核壽命.....................................-10-

9軸上其他零件設(shè)計(jì)..................................-10-

10軸承座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...................................-to-

il軸承端蓋（透蓋）.................................-11-

12參考文獻(xiàn)..............................-11-

哈爾濱工業(yè)大學(xué)

機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)任務(wù)書

題目一軸系部件設(shè)計(jì).

設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù):

電動(dòng)機(jī)工電動(dòng)機(jī)滿工作機(jī)的軸承座中

第一級(jí)傳最短工作

方案作功率載轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速心高度工作環(huán)境

動(dòng)比ii年限

P/kWnm/(r/niin)nw/(r/min)H/mm

5.1.42.2940802.11805年2班室內(nèi)清潔

傳動(dòng)方案如圖5.1

圖5.1

-1-

3.1階梯軸各部分直徑的確定

1)軸段1和軸段7

軸段I和軸段7分別安放大帶輪和小齒輪,所以其長(zhǎng)度由帶輪和齒輪輪轂長(zhǎng)度確定，

而直徑由初算:的最小直徑得到。所以，4=4=25""〃。

2)軸段2和軸段6

軸段2和軸段6的確定應(yīng)考慮齒輪、帶輪的軸向固定和密封圈的尺寸。由參考文獻(xiàn)山

圖10.7計(jì)算得到軸肩高度

/?=(0.070.1)t/=(0.070.1)x25=(1.752.5)〃"”

4=痣=4+2x/?=25+2x(1.75?2.5)=128.5~30)nun

毛氈圈油封的軸徑d=3[)mm,所以4=4=30〃〃〃。

3)軸段3和軸段5

軸段3和軸段5安裝軸承，尺寸由軸承確定。標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，沒有軸向力，但考慮

到有較大的徑向力，選用深溝球軸承。根據(jù)GB/T276—1994,初選軸承6307,外形尺寸

d=35mm,D=80mm,B=21mm,軸件安裝尺寸=44/〃〃？。因?yàn)檩S承的d〃值小于

9000/7min,所以選用脂潤(rùn)滑。故取4=4=35〃〃〃.

4)軸段4

軸段4在兩軸承座之間，其功能為定位固定軸承的軸肩，故d4=d“=45〃〃〃。

3.2階梯軸各軸段長(zhǎng)度及跨距的確定

1)軸段4。軸段4在兩軸承座之間，兩端支點(diǎn)間無傳動(dòng)件，應(yīng)該首先確定該段跨距L。

一般L=(2-3)&=(2-3)x35=(70-105)〃〃〃，取L=90〃"〃。則軸段4長(zhǎng)度

/4=L—B=90-21=69mm,取77mm。

2)軸段3和軸段5。軸段3和軸段5安裝軸承，軸段長(zhǎng)度與軸承內(nèi)圈寬度相同，故

h=卜=B=21tmn。

3)軸段2和軸段60軸段2和軸段6的長(zhǎng)度和軸承蓋的選用及大帶輪和小齒輪的定位軸

肩的位置有關(guān)系。選用凸緣式軸承端蓋，取固定軸承端蓋螺釘直徑W=8""〃，則凸緣厚度

e=9.6帆6。10mm,m=\5mm,箱體外部傳動(dòng)零件的定位軸肩距軸承端蓋的距離

-3-

K=15mm,則軸段6長(zhǎng)度

4=〃7+e+K=2O+IO+l5=45〃7〃？

由于大帶輪較大，設(shè)計(jì)成腹板式結(jié)構(gòu)，故軸段2長(zhǎng)度

..(帶輪寬度-輪轂寬度),B-L...

，2=，6+-------------------=4+—=50〃〃%

4)軸段1和軸段7。軸段1和7分別安裝大帶輪和小齒輪，故軸段1長(zhǎng)度4=L=40〃〃〃，

軸段7長(zhǎng)度1.5)“=(3640)IIIIII,取4=36〃"71。

4軸的受力分析

4.1畫軸的受力簡(jiǎn)圖

軸的受力簡(jiǎn)圖、彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖畫在一起，見圖5.2。

4.2計(jì)算支承反力

傳遞到軸系部件上的轉(zhuǎn)矩

p264

7：=9.55X106X-L=9.55xl06x——=56325N?mm

n}447.62

齒輪圓周力

27；2x56325

Fr,-----------1657A?

'468

齒輪徑向力

Fr=F,tana=1657xtan20=603N

齒輪軸向力

工=0N

帶輪壓軸力

(2=1171.54

帶初次裝在帶輪上時(shí)，所需初拉力比正常工作時(shí)大得多，故計(jì)算軸和軸承時(shí)，將其擴(kuò)大

50%,按。=1757.31N計(jì)算＜

在水平面上

-4-

A,=乙+/,+4=3()+47.5+23/2=88〃?〃?

M2-2

乙=4+0+&=21+69=90〃⑺

-22

L=-+/6+^.=21/2+45+20=75.5m/n

r262

2x(1,+ZI)-XZ3_1757.31x(88+90)-603x75.5

凡〃=2969.72^

工―90-

R2H=一用〃+。+工=-2969.72+1757.31+603=609.4IN

在垂直平面上

1657x75.5=139Q04yv

,v

L290

%=-(4+R\)=-(1657+1390.04)=-3047.04/V

軸承1的總支承反力

R1==,2969.722+1390.04=3278.947V

軸承2的總支承反力

22

R2=q%+%=^609.41+3047.04=3107.38N

4.3畫彎矩圖

豎直面上，【1刀截面處彎矩最大，MIIV=1657*75.5=125103.5N-mm：

水平面上，U截而處彎矩最大，”出=1757.3*88=154642.4N?〃〃〃：

II-II截面處的彎矩為603*75.5=45526.5N?nun

合成彎矩，I-I截面：M]=qM%+M；v=M〃j=154642.4Mmm

II-II截面：M?==V45526.52+I251O3.52=133129.82N-mm

豎直面上和水平面上的彎矩圖，及合成彎矩圖如圖2所示

4.4畫轉(zhuǎn)矩圖

做用在軸上的轉(zhuǎn)矩為大帶輪的輸入轉(zhuǎn)矩

-5-

p,264

T.=9.55xlO6zx-l.=9.55xl06x=56325Mmm

1%477.62

轉(zhuǎn)矩圖如圖5.2所示

5校核軸的強(qiáng)度

n-n截而既有彎矩又有轉(zhuǎn)矩，且彎矩最大，為危險(xiǎn)截而。

-

-

HEILTJIH

IIi單位：NTM

圖f.2軸的受力簡(jiǎn)圖、彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖

-6-

按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)參考文獻(xiàn)［□式10.3,有

(M.Y/aT.丫/154642.4丫”3x56325

〔旬+4〔砌YK函d

%36.28MP問嘰=55MPa

式中：

M——1-1截面處彎矩，M|=154642.4N?/〃/〃：

T——1-1截面處轉(zhuǎn)矩，7；=56325Nmm；

W一一抗彎剖面模量，由參考文獻(xiàn)［1］附表10』，

w=0.Id；=0.1X35'=4287.5〃加；

W,——抗扭剖面模量，由參考文獻(xiàn)［1］附表10.1,

WT=02/；=0.2x35=8575"加.

0根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)，對(duì)于不變的轉(zhuǎn)矩，a-0.3：

［(y］_y＞一一對(duì)稱循環(huán)的許用彎曲應(yīng)力，由參考文獻(xiàn)⑴表10.4，同物=55加&。

因此，校核通過

6軸的安全系數(shù)校核計(jì)算

彎曲應(yīng)力:

M

<T,=—L=4287.5=36.07MPa

bW

a(l=(yh-36.07MPa,0m=0,

扭剪應(yīng)力:

=2LK=6.57M&

\VT8575

M=26.57=3.28MPa

由參考文獻(xiàn)⑴式10.4、10.5、10.6,

300

i=3.69

cr-x36.074-0.2x0

"~0.92x0.88

-7-

*==-------------二20.72

?耳+X3.28+0.1X3.28

a

Pcz一"0.92x0.81

S二法二溪梟空口3.8

式中:

S0——只考慮彎矩時(shí)的安全系數(shù):

sr一一只考慮轉(zhuǎn)矩時(shí)的安全系數(shù):

r_,——材料對(duì)稱循環(huán)的彎曲疲勞極限和扭轉(zhuǎn)疲勞極限，由參考文獻(xiàn)川表10.1,45號(hào)

鋼調(diào)質(zhì)處理，=300MPaj=155MP〃：

K。、Kr一一彎曲時(shí)和扭轉(zhuǎn)時(shí)軸的有效應(yīng)力集中系數(shù)，由參考文獻(xiàn)⑴附表10.3、附表10.4,

K0=1.825,Kr=1.625；

分、J——零件的絕對(duì)尺寸系數(shù)，由參考文獻(xiàn)⑴附圖10.1,%=0.88,4=0.81：

夕一一表面質(zhì)量系數(shù)，B=6\A，由參考文獻(xiàn)［1］附圖10.1、附表10.2,夕=0.92：

心、憶.一一把彎曲時(shí)和扭轉(zhuǎn)時(shí)軸的平均應(yīng)力折算為應(yīng)力幅的等效系數(shù)，由參考文獻(xiàn)［1］表

10.1?%=0.2,k=0.1：

/、b,”一一彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力.^=36.O7MP^<TW=O：

T

m---扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，Ta=Tm=3.2SMPa；

［S］——許用疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，由參考文獻(xiàn)［1］表10.5,［S］=1.5~1.8：

校核通過。

7校核鍵連接的強(qiáng)度

由參考文獻(xiàn)［1］式6.1

式中:

-8-

P一一工作面的擠壓應(yīng)力，“Pa：

1——傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nmm；

d---軸的直徑，〃〃“；

1——鍵的工作長(zhǎng)度，〃〃*A型，l=L-b,L、8為鍵的公稱長(zhǎng)度和鍵寬：

k——鍵與毅槽的接觸高度，6切,4=人/2：

[a]p一一許用擠壓應(yīng)力，MPa,由參考文獻(xiàn)川表6.1,靜連接，材料為鋼，有輕微沖擊,

[b],=100~120MPa,取1lOMpa。

(1)對(duì)于軸段1上的健

。/=%=2x56325_=45.97M&<[a]p=1\0MPa；校核通過：

1ddjx(36-8)x25"

(2)對(duì)于軸段7上的犍

%,=笠=86323_=5364MPa<[a]t=11OMPa;校核通過。

kld|x(32-8)x25〃

8校核軸承的壽命

軸承不受軸向力，只有徑向力，且Fr2=R2>Frl=%，所以只校核軸承2即左軸承

即可。

8.1計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷

由參考文獻(xiàn)山式H.2

P=XFr2-YFal=\x3278.93+0x0=3278.937V；

式中：

P一一當(dāng)量動(dòng)載荷，N：

e2、入2——軸承的徑向載荷和軸向載荷，工2=%3278.93凡&二°；

X、Y——?jiǎng)游液蓮较蛳禂?shù)和動(dòng)載荷軸向系數(shù)，由%4We,X=l,y=O。

-9-

8.2校核壽命

由參考文獻(xiàn)［1］式II.1c

=Y=10-J1.QX4Q8COY=20990/?

60n}{fpP)60x447.6211.5x3278.93J

式中：

Lh一一軸承的基本額定壽命，h；

Lh一一軸承的預(yù)期壽命，5年2班，每年按250天計(jì)，4=2x8x250x5=20000/7：

C一一軸承的基本額定動(dòng)載荷，由參考文獻(xiàn)⑵表12.1,查軸承6307,C=G=40.8〃N：

￡一一壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承，c=3；

“一一溫度系數(shù)，由參考文獻(xiàn)⑴表1L9,工作溫度<105。，人=1.0：

九一一載荷系數(shù)，由參考文獻(xiàn)［1］表11.10,中等沖擊，4=1.2~1.8,取￡,=1.5；

?/Lh>Lh,校核通過。

9軸上其他零件設(shè)計(jì)

1)軸上鍵連接的設(shè)計(jì)

軸和大帶輪和小齒輪的軸向連接均采用A型普通平鍵連接，根據(jù)參考文獻(xiàn)［2］表11.27,

選用A型普通平鍵，大帶輪鍵〃xL=8x36GB/T1096-2003