H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y机械设计大作业题目：轴系部件设计院系：能源科学与工程学院班级：姓名：学号：©哈尔滨工业大学目录题目:设计行车驱动装置中的齿轮传动行车驱动装置的传动方案如图5.4所示。

室内工作、工作平稳、机器成批生产，其他数据见表5.4。

图5.4表5.4 行车驱动装置中齿轮传动的已知数据方案电动机工作功率Pd/（KW）电动机满载转速/(/min)mn r工作机的转速/(/min)wn r第一级传动比1i轴承座中心高H（mm）最短工作年限5.4.1 2.2 940 55 2.8 250 10年1班5.4.2 3 960 50 3.3 250 3年3班5.4.3 2.2 710 40 2.8 220 3年3班5.4.4 2.2 940 60 3.2 200 5年2班5.4.5 3 1420 75 3.2 200 5年2班由先前的设计可知轴的输入功率P1=2.09KW,转矩T=78713.5 N ·mm ，转速n=253.57 r/min ，斜齿轮圆柱齿轮分度圆直径d=52.14mm 齿宽b=50mm ，带轮宽度B=65mm 。

1. 选择轴的材料因为传递功率不大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用材料45钢，调质处理。

2.初算轴径dmin ，并根据相配联轴器的尺寸确定轴径d1和长度L1对于转轴，按扭转强度初算轴径，由文献[1]表10.2得C=106~118，考虑轴端弯矩比转矩小，故取C=106，则41.2157.25309.2106nd 33min =⨯==P C考虑键槽的影响，取d min/mm=21.41*1.05=22.48mm ，考虑轴端1与带轮连接，按标准GB2822-81 的R10圆整后，取d1=25mm ，L1=65mm3.结构设计（1）确定轴承部件机体的结构形式及主要尺寸为方便轴承部件的装拆，铸造机体采用部分式结构（图1），取机体的铸造壁厚mm 8=δ，机体上轴承旁连接螺栓直径d2=12mm ，装拆螺栓所需要的扳手空间C1=18mm ，C2=16mm ，故轴承旁内壁至座孔外端距离mm50~47mm )8~5(21=+++=C C L δ，取L=50mm（2）确定轴的轴向固定方式因为行车驱动装置中的齿轮高速传动端的轴的跨距不大，且工作温度变化不大，故轴的轴向固定端采用两段固定方式（图1） （3）选择滚动轴承类型，并确定其润滑及密封方式因为轴受轴向力的作用，故选用角接触球轴承。

齿轮的线速度269.010006057.25314.52100060dnv ≤=⨯⨯⨯=⨯=ππ，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，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，并在轴上安置挡油板（图1）。

（4）密封圈与轴段2在确定轴段2直径时，应考虑联轴器的固定及密封圈的尺寸两个方面。

当联轴器右端用轴肩固定时，由文献【1】图10.9中公式计算得轴肩高度mm d 5.2~75.1)1.0~07.0h =≈（，相应轴段2的直径d2的范围为28.5~30mm 。

轴段2的直径最终由密封圈确定。

由文献【2】表14.4，可选用毡圈油封F2/T92010-1991中的轴径为30mm 的，则轴段2的直接d2=30mm 。

（5）轴承与轴段3和轴段6轴段3上安装轴承，其直径应既便于轴承安装，有应该符合轴承内径系列。

现暂取轴承型号为7207C ，由文献【2】表12.5，内径d=35mm ，外径D=72mm ，宽度B=17mm ，定位轴肩直径da=42mm ，轴上定位端面的圆角半径mm r as 1=。

故轴段3的直径d3=35mm 。

通常一根轴上的两个轴承取相同型号，故轴段6的直径d6=35mm （6）齿轮与轴段4轴段4上安装齿轮，为便于齿轮的安装，d4应略大于ds ，可取d4=38mm 。

齿轮左端用套筒固定，为了使套筒端面顶在齿轮左端面上，即靠紧，轴段4的长度L4应该比齿轮轴毂长略短，已知齿宽b=50mm ，可以取轴段5的长度L4=48mm 。

（7）轴段5mmd h 8.3~66.2)1.0~07.0(=≈，取ds=45mm ，b=1.4h=1.4（ds-d4）/2=1.4*(45-38)/2=4.9mm（8）机体与轴段2,3,6的长度轴段2,3,6的长度l2,l3,l6除与轴上零件有关，还与机体及轴承盖等零件有关。

通常从齿轮端面开始向两端展开来确定这些尺寸。

为避免转动齿轮与不动体之间相碰，应在齿轮端面与机体内壁之间留有一定距离H ，由文献【1】中表10.3，可取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坐孔上，为此取轴承上靠近机体内壁的端面与机体内壁间的距离。

为保证拧紧上下轴承座连接螺栓所需扳手空间，轴承座应有足够的宽度C ，可取C=50mm 。

根据轴承7207C 的外圈直径，由文献【2】可查得轴承盖凸缘厚度e=10mm 。

为避免带轮转动时与不动的轴承盖之间发生碰撞，带轮的左端面与轴承盖间应有一定距离K ，可取K=20mm 。

在确定此轮，机体，轴承，轴承盖及带轮的相互位置后，轴段2,3,6的长度就相应确定：326217515239()(50175)102058()155101727sl B H l L B e K l H l B =+∆++=+++==--∆++=--++==+∆-+=+-+=7207轴承力作用点距外环原边15.7mm ，取改点为支点。

取带轮轮毂中点为力作用点，则可得跨距L1=106.2mm ，L2=47.3mm ，L3=45.3mm （图1）（9）键连接带轮及齿轮与轴的周围连接均采用A 型普通平键连接，分别为键10⨯56GB/T 1096-2003及键14⨯56 GB/T 1096-20034.轴的受力分析（1）画轴的受力简图（图3（b ））（2）计算支撑反力 圆周力 31.301914.525.787132d 2t =⨯==πF N径向力 N F F 49.1123cos tan n tr ==βα轴向力 N F F t a 77.641tan ==β带轮压轴力 Q=1199.68N带初次安装在带轮上的时候，所需要的初拉力要比正常工作时大很多，故计算轴和轴承时，通常取N N Q Q 52.179968.11995.15.1max =⨯==NF F Q F Nl l l l l Q d F F F H r H ar H 52.167153.459449.112352.179953.45943.453.47)3.453.472.106(52.17992/4.5277.6413.4549.1123)(212323211-=-+=-+==++++⨯+⨯=+++++=NF F F Nl l l F F v t r t 26.154204.14773.301904.14773.453.473.453.3019123231r =-=-==+⨯=+⨯=轴承I 的总支承反力：N F F F H R 11.482604.147753.45942221r 211=+=+=轴承II 的总支撑力NF F F r H 32.227426.154252.16712222222r =+=+=(3)画弯矩图在水平面上，a-a 剖面左侧，mm 58905)()(2121ah ⋅=⨯-++=N l F l l Q M Ha-a 剖面右侧，mm N l F M H ∙=⨯='7572032ahc-c 剖面 m N h Q M ah ⋅=⋅="191109在垂直面上，弯矩为mmN l F M r ar ⋅=⨯=⋅=698643.4704.147721合成弯矩，a-a 部面左侧mmN M MM arah⋅=+=+=6.9138269864589052222aa-a 剖面右侧mm N M M M araha ⋅=+='+'='7.10302669864757202222（4）画转矩图mm N T ⋅=5.787135.按照弯矩合成强度计算根据文献【1】式10.3得M P aM P a W T W M tb t55][91.45)85755.787136.0()5.4287191109()2(4222121=≤=⨯+=+=σσε）（式中:1M --- c-c 截面处的弯矩，1M =191109N ·mmT------c-c 截面处的转矩，1T =78713.5N ·mm W------抗弯剖面模量，335.428710dmm W ==t W -----抗弯扭剖面模量，33t 85755mm dW ==α-------对单位转动的转轴，按照脉动循环处理，取折合系数α=0.66轴的安全系数校核计算弯曲应力：119110944.574287.5b M M P aWσ===44.57,0a b m M Pa σσσ===,扭剪应力：178713.59.188575T TT M PaW τ===9.18 4.5922Ta m M P aτττ====由参考文献[1]式10.4、10.5、10.6，13001.892.62544.570.200.920.8a mS K σσσσσσψσβε-===⨯+⨯+⨯115512.961.89 4.590.1 4.590.920.82a mS K ττττττψτβε-===⨯+⨯+⨯[]22221.8912.96 1.87 1.5~1.81.8912.96S S S S S S στστ⋅⨯===≥=++式中：σS ——只考虑弯矩时的安全系数； τS ——只考虑转矩时的安全系数；1-σ、1-τ——材料对称循环的弯曲疲劳极限和扭转疲劳极限，由参考文献[1]表10.1，45号钢调质处理，11300,155M Pa M Pa στ--==；τσK K 、——弯曲时和扭转时轴的有效应力集中系数，c--c 截面由配合而产生应力，由参考文献[1]附表10.4，利用插值可得2.625, 1.89K K στ==；τσεε、——零件的绝对尺寸系数，由参考文献[1]附图10.1，82.0,8.0==τσεε；β——表面质量系数，321ββββ=，由参考文献[1]附图10.1、附表10.2，92.0=β；τσψψ、——把弯曲时和扭转时轴的平均应力折算为应力幅的等效系数，由参考文献[1]表10.1，1.0,2.0==τσψψ；m a σσ、——弯曲应力的应力幅和平均应力，35.54,0a m M Pa σσ==； m a ττ、——扭转剪应力的应力幅和平均应力， 4.52a m M Pa ττ==；[]S ——许用疲劳强度安全系数，由参考文献[1]表10.5，[]8.1~5.1=S ；校核通过。