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1、一、概述1、 任务来源：老师布置的大作业课题：轴系的组合结构设计.2、 题目技术要求：一钢制圆轴,装有两胶带轮A和B,两轮有相同的直径D=360mm,重量为P=1KN,A轮上胶带的张力是水平方向的,B轮胶带的张力是垂直方向的,它们的大小如图所示.设圆轴的许用应力 s=80MPa,轴的转速n=960r/min,带轮宽b=60mm,寿命为50000小时. 设计要求：1.按强度条件求轴所需要的最小直径； 2.选择轴承的型号按受力条件与寿命要求； 3.按双支点单向固定的方法,设计轴承与轴的组合装配结构,画出装配图3号图纸 4.从装配图中拆出轴,并画出轴的零件图3号图纸 5.设计说明书1份二、结构参数设
2、计1选择材料,确定许用应力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小型功率.因此轴所承受的扭矩不大.故选45号钢,并进行调质处理.2按扭转强度估算轴径对于转轴,按扭转强度初算直径：其中轴传递的功率,轴的转速,r/minC由许用扭转剪应力确定的系数.查表10.2得C=106118,考虑轴端弯矩比转矩小,取C=106.由于考虑到轴的最小直径处要安装大带轮,会有键槽存在,故将其扩大5%,得 ,按标准GB2822-81的圆整后取.3设计轴的结构由于本设计中的轴需要安装带轮、齿轮、轴承等不同的零件,并且各处受力不同,因此,设计成阶梯轴形式,共分为六段.以下是轴段草图：3.1 确定
3、轴承部件机体的结构形式与主要尺寸为方便轴承部件的拆装,铸造机体采用剖分式结构,取机体的铸造壁厚,机体上轴承旁连接螺栓直径,装拆螺栓所需要的扳手空间,故轴承座内壁至座孔外端面距离取3.2确定轴的轴向固定方式因为一级齿轮减速器输出轴的跨距不大,且工作温度不大,故轴的轴向固定采用两端固定方式.3.3 选择滚动轴承的类型,并确定其润滑与密封方式因为轴不受轴向力的作用,故选用深沟球球轴承支撑.由齿轮结构设计中,小齿轮,得分度圆直径,所以齿轮的线速度为齿轮转动时飞溅的润滑油不足于润滑轴承,故滚动轴承采用脂润滑.因为该减速器的工作环境清洁,脂润滑,密封处轴颈的线速度较低,故滚动轴承采用毡圈密封,并在轴上安置
4、挡油板.3.4 轴的结构设计在本题中有6个轴段的阶梯轴,轴的径向尺寸确定,以外伸轴颈为基础,依次增加为,.根据轴承的类型和轴径,初选滚动轴承型号为6308,其基本尺寸为,.因为轴承选用润滑脂,轴上安放挡油板,所以轴承内端面与机体内壁间要有一定距离,取.为避免齿轮与机体内壁相碰,在齿轮端面与机体内壁间留有足够的间距,取.采用凸缘式轴承盖,其凸缘厚度.为避免带轮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,带轮轮毂端面与轴承盖间应有足够的间距,取.确定各部分轴段的长度：轴段的长度要比相配齿轮的轮毂长度b略短,由齿轮设计小齿轮的齿宽,取轴段的长度轴段的长度轴段的长度,由V带设计中得V带轮
5、宽度为60mm,轴段的长度应略小于V带轮宽度,以方便固定,取轴段的长度就是轴环的宽度,按经验公式适度放大,取轴段的长度进而,轴的支点与受力点间的跨距也随之确定下来.6308轴承的作用点距外座圈大边距离,取该点为支点.取段中点为支撑点,则可得跨距取齿轮中点为支点,则最终尺寸如上图3.5 键连接设计带轮与齿轮与轴的周向连接均采用A型普通平键连接,由GB/T1095-2003可知,两个键的尺寸分别为8740GB/T1095-2003,14936 GB/T1095-2003.4 轴的受力分析4.1 绘制受力简图计算结果如下4.2 计算支承反力轴上一共收到3个外力,分别为齿轮的圆周力齿轮的径向力为齿轮无
6、轴向力.V带压轴力在水平面上,外力为V带的压轴力和齿轮径向力在竖直面上,外力为齿轮的径向力轴承的总支承反力：轴承的总支承反力：4.3 计算弯矩在水平面上滚动轴承弯矩：在竖直面上滚动轴承弯矩：在水平面上滚动轴承弯矩：在竖直面上滚动轴承弯矩：竖直平面弯矩最大处,弯矩为：4.4 绘制弯矩扭矩图5 校核轴的强度轴承处的弯矩为此处最大但由于齿轮处存在键,会存在应力集中,因此分两处校核.5.1轴承处轴承处的弯矩：抗弯截面模量为弯曲应力：扭曲应力：对于单向转动的转轴,通常转矩按脉冲循环处理,故取折合系数,则当量应力为5.2齿轮处齿轮处的弯矩：弯曲应力：扭曲应力：对于调质45钢,由参考文献1表10.1可以查得
7、,材料的等效系数为,键槽引起的应力集中系数,查参考文献1附表9.11得,.绝对尺寸系数,查参考文献1附表9.12得,查参考文献1表9.8得,由于没有进行表面处理,所以,查参考文献1表9.9得,轴磨削加工时的表面质量系数,则.由此,安全系数计算如下：故,截面安全.只考虑弯矩时的安全系数；只考虑转矩时的安全系数；三、精度设计1.校核键的连接强度由参考文献1式4.1式中：工作面的挤压应力,；传递的转矩,；轴的直径,；键的工作长度,A型,为键的公称长度,b为键宽；键与毂槽的接触高度,；许用挤压应力,由参考文献1表6.1,静连接,材料为钢,有轻微冲击,取110Mpa.（1） 对于轴段1上的键；校核通过；
8、（2） 对于轴段4上的键; 校核通过.2.校核轴承寿命由手册查得6308轴承的,由于轴承不受轴向力,而轴承处受力大于轴承处,所以只需校核轴承即可.2.1计算当量动载荷由参考文献1式11.2；,合格式中：当量动载荷,；轴承的径向载荷和轴向载荷,；动载荷径向系数和动载荷轴向系数,由.2.2校核寿命由参考文献1式10.1c式中：轴承的基本额定寿命,h；轴承的预期寿命,5年2班,每年按240天计,；轴承的基本额定动载荷,由参考文献2表12.1,查轴承6207,；寿命指数,对于滚子轴承,；温度系数,由参考文献1表11.9,工作温度,；载荷系数,由参考文献1表11.10,中等冲击,取；,校核通过.3.轴上
9、其他零件设计1密封用毛毡圈毛毡圈所在轴段的直径为 35mm,查GBZQ4606-1986,可得毛毡圈的尺寸参数.外圈49mm,内圈34mm,宽度7mm,端盖上槽宽为6mm,d=36mm,D=48mm 2由于轴端需要连接V带轮,所以需要在轴端连接紧固轴端挡板,防止带轮松脱由参考文献2表11.24可知,当轴径为30mm时,选择挡圈GB/T 891 38,直径D=38,材料为Q235-A,不经表面处理的A型螺钉紧固轴端挡圈.用沉头螺钉M616 GB/T 819,圆柱销GB/T 119 A312.4.轴承座结构设计本次设计中选用整体式轴承座.按照设计方案的要求,轴承座孔中心高H=200mm,轴承座腹板
10、壁厚,筋厚,底座凸缘厚度b=20mm.轴承座地脚螺栓直径df=14mm由参考文献2表 4.2查到地脚螺栓的扳手空间C1=22mm,C2=20mm,沉头座直径d2=32mm.5.轴承端盖透盖由本次设计的特点,可选用嵌入式轴承盖,其中嵌入毛毡圈以密封.由参考文献3图7.5中的经验公式得到相关尺寸：,取.根据轴、轴承座的设计,应取.4、 总结1.任务感想：通过本次任务联系了轴承结构的设计与计算、校核.复习了课程内构件受力的分析强度分析、刚度分析、轴尺寸的设计、轴承选型、寿命计算与结构设计,精度设计,轴颈轴承配合与尺寸公差,提高了绘图规范与绘图能力.2、课程意见：希望老师下次出差时间不要那么频,希望多谢绘图规范的练习课.希望针对不是专业课的系,删繁就简,保持讲课突出考点,减轻课程复习量负担的授课方式.参考文献1 王黎钦,陈铁鸣.机械设计.4版. 哈尔滨：哈尔滨工业大学,2008.2 张峰,宋宝玉. 机械设计课程设计指导书.：高等教育,2009.3 王连明,宋宝玉. 机械设计课程设计.3版. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版,2007.7 / 7
