皮带箱轴及轴承的设计、校核书.docx

一、任务及编写说明1. 任务及要求基于新产品开发要求，结合（广州）工厂现有皮带箱，针对MR-n-A皮带箱的工作轴 作设计计算，绘制结构简图，受力图，弯矩图，扭矩图，进而进行轴的扭转强度安全校核、 轴的扭转刚度安全校核、轴的弯曲刚度安全校核以及轴承的使用寿命面计算；轴上最弱普通 平键的扭转强度校核；通过建立相应的execl数据库模型，综合既定的安全系数（S3[S]=3） 以及工作寿命（' Lh10L3 [Lh1oL]=43200h）判定皮带箱选用轴功率输出范围和轴转速的可行 性2. 设计及计算依据：1.1《机械设计手册》化学工业出版社第三版1.2《机械设计及理论》科学出版社李柱国主编1.3日本《NTN滚动轴承综合样本》CAT. NO. 2202M/C1.4日本《NSK滚动轴承综合样本》 CAT. NO. C1102a3. 计算原则3.1轴的设计计算按照扭转强度安全许用原则；3.2轴的扭转刚度按照强度选用轴径进行核算安全许用原则；3.3轴的弯曲刚度按照强度选用轴径进行核算安全许用原则；3.4轴承的安全寿命按照轴承疲劳寿命计算公式；3.5轴承受力分析分为单独的径向载荷分析和单独的轴向载荷分析；3.6假设条件：电机转速1500rpm，主动轮直径^170，风机转速421rpm；3.7皮带传动时的工况系数Ka=1.4 （载荷变动小、负载启动、每天工作＞16h）;3.8主动轮的包络角a=125°：包络修正系数ka=0.85；3.9拟定风机及风机产生的轴向力为2952N. ‘4. Excel数据库说明4.1风机转速及电机的输出功率决定皮带箱转动轴的最小轴径。

4.2风机转速与主动轮直径及中心距决定主动轮包络角但本计算数据先不考虑中心距， 暂先取值包络角4.3皮带轮槽数与压轴力成正比，取决但根皮带具备的传输功率和电机输出功率4.4风机选型决定了轴向力的大小4.5.计算库有五个同时判断的标准，（包含最小轴径取值、平键安全强度、轴的扭转强度、 深沟球轴承使用寿命、推力球轴承寿命）a =650N/mm2 ba =360N/mm2sa =300N/mm2-1t =155N/mm2-1t =390N/mm2bC=118 ； P=22Kw,n=421rpm;、皮带箱主轴设计计算假设轴的传输功率P=22Kw，转速n=421rpm1、按扭转强度概略计算轴径(1) 选用45号钢，调质查《轴的常用材料及其机械性能表》得知， 拉伸强度极限bb=650N/mm2；拉伸曲极限气=360N/mm2；弯曲疲 劳极限b]=300N/mm2;扭转疲劳极限i-1=155N/mm2；扭转强度极 限砍=390N/mm2.B(2) 计算轴的直径计算公式：9550 x1000 p P g 3 0.2k ]=3 0.2[t ]x3 n=C 3 n取式中：P为电机功率P=22Kw；n为皮带箱轴转速n=421;C为与许用扭转应力E有关的系数C=118。

dN118同=44mmd=©50mm左轴承轴径©70mm长度62mm皮带轮轴径50mm,长度65mm肩高h=4mm风机轴径©50mm, 长度135mm 倒角为2X45 A型平键12X8 A型平键12X8L1=592mm L2=160mm L3=253mm取轴端直径(最小轴径即为轴颈直径)d=^50mm (考虑轴端有键槽取 值)其中C=118为查45#钢相关资料)2、拟定轴的结构考虑轴上零件的固定及便于轴系零件的装拆，采用阶梯轴结构，各轴 段的直径和长度等如下确定1) 根据结构布局，左端轴采用一个深沟球轴承6314和一个推力球 轴承51214作支承，轴径©70mm，长度62mm2) 为了便于装拆左端的轴承1和轴承2和不损伤作轴颈表面，所 以取安装皮带轮的轴径为50mm,长度65mm⑶左轴承的安装固定轴肩高 h=0.07d=4.9mm,因为圆钢的外径为 中80mm需要加工，所以取轴肩高h=4mm4) 右端支承采用一个深购求轴承6314，轴径©70mm，长度35mm5) 风机输出轴径取值©50mm，长度135mm其余各段根据安装结构适当合理给定最终总长L=1105mm6) 轴两端取倒角为2X45°。

7) 皮带轮与轴用平键加间隙配合，采用 A型平键，键槽宽度 b=12mm,槽深 t=5mm,槽长 L=54mm7) 风机与轴用平键加间隙配合，采用A型平键，键槽宽度b=12mm, 槽深 t=5mm,槽长 L=94mm8) 左右轴承支反力作用点若按精确计算，应距离轴承外端面 17.5mm得支承跨距l1=592mm,皮带轮对支点A的跨距l2=160mm，风机 对支点B的跨距l3=253mm3. 计算支反力和绘制弯矩图及扭矩图轴主要受两个方向的作用力，一是皮带传输功率时作用的压轴力Fr是径向的会产生弯矩，另一个是风机重力及风机产生的轴压力Fa住)扭矩图(其中皮带轮382. ZN、主轴335.1N；电机P=22kw,n=1500rpm，计算功率P =K x P主动轮 ,工况系数K =1.4,包络修正系数 a(设定已知条件：d=©170,槽数 z=8,包络角a=125°k =0.85) a则根据公式：兀 x d x n带速 口 = 60X1000单根皮带预紧力F= ^—^a o z xu2.5= -1)+qu 2ka带速 V=13.4m/s单根皮带预紧力Fo= 316N压轴力F =4477Nr压轴力 Fr=2F°zsin(a/2)式中：d为主动轮的直径d=©170；Fo为单根皮带预紧力N； ^为工况系数Ka=1.4； u为皮带转速m/s；a为主动轮的包络角a=125°；n 为转速 n=1500rpm;P为电机功率P=22Kw；Z为皮带轮槽数Z=8；ka为包络修正系数k「0.85；F；为压轴力N； 'Ra=5688NRb=1210Nq为v带每米长的质量q=0.20kg/m° 兀 x170X1500= 60 X1000 =13.4m/s22 x 1.4 2.5令击 x(IT1)+0.20x 1342=316NFr=2 x 316 x 8 x sin(125/2)=4478N(1) 皮带轮的压轴力F=4478NrRa=5688NRb=1210NFr*(L1 + L2)(2) 支承点A的支反力Ra= =5688NL1Fr *L2支承点B的支反力Rb= =1210NL1M= 716476N.mmT=499049N.mm(3) A-A 处内的弯矩 M= Fr*L2=716476N.mm' P剖面C-C与剖面D-D之间的扭矩T=955*104 — =499049N.mmn4. 强度精确校核(验算安全系数)根据轴的结构和弯矩图及扭矩图可见，剖面A-A处所受到的当量弯矩 最大，剖面A-A处有过盈配合会引起应力集中，剖面C-C和剖面D-D处 因为受到499049N.mm的扭矩，经过分析认为剖面C-C和剖面D-D的危 险度较大，故而只对剖面C-C和剖面D-D做强度校核。

k°=1.9kt=1.7£^=0.75气=0.78Kct= 2.53,K =2.32Tba=1.13N/mm2(1)查《螺纹、键、花键、横孔及配合的边缘处的有效应力集中系数》 的K~ Kto 得到键配合时的应力集中系数匕=1.9、、=1.7C2)查附表《尺寸系数》、气，按毛坯尺寸，得尺寸系数气=0.75气=0.733) 查附表《不同表面粗糙度的表面质量系数P》得表面质量系数P =1o(4) 综合影响系数 Ka = kJ@b*P)=2.40,K广k /(气*P)=2.32_ 、，一 ° Me^ ''"(5) 弯曲应力幅 ba=而一=1.13N/mm2 (式中 We=(K* dC3 ) /32-(b*t*( dC-t))/(2* dC)，其中 dC=50mm，键槽宽b=12mm，键槽深t=8mm 查《具有一个平键槽的圆形轴段的剖面模量和剖面面积》得We=10.75X 103mm3Fa 2952(6)平均应力bm= ~a~ = 1886 =L6N/mm2(式中Ac查《具有一个平键 槽的圆形轴段的剖面模量和剖面面积》得1886mm21 Tb =1.6N/mm2 mT a=10.18N/mm2Tm=10.18N/mm(7)扭转应力幅C a=2 ^^ T°』8N/mm2 (式中Ac查《具有一个平 键槽的圆形轴段的剖面模量和剖面面积》)得Wte=2.45X 103mm3。

8)扭转平均应力 Tm=T a=10.18N/mm2根据零件的强度计算设计公式bSb= b小」警a + L b mBTS = TKTT a +r T m只考虑正应力时的安全系数300黑2.53 X1.13 + 迎 X1.6 =83'2650只考虑正应力时的安全系数S==5.58T _ 一 ― „ 155 ― „2.32 X10.18 + X10.18390综合考虑时S 2 X S 2S= ； e T = =5.573[S]=1.3〜1.53 2 + S 2（[S]为轴的许用安全系数，查《轴的许用安全系数》S=1.3〜1.5） 满足强度要求5、扭转刚度精确校核轴的扭转角中的计算公式如下：1寸 Tl件 & （rad）式中：L为第i轴段所受的转矩（N.mm）,每段都一致T=499049N.mm；l 为第i轴的长度，l ,=65mm, l =145mm, l =557mm, l =203mm, l =135mm;i 1 2 3 4 5d.为第i轴的直径，d]=O50mm, d2=^70mm, d3=^78mm, d4=^70mm, d5=^50mm,G为钢的剪切弹性模量=81000N/mm21件 81000 (499049 x 203499049 x 650.1 x 504499049 X135… 八 + …“ )=0.003792° /m0.1 x 704 0.1x 504499049 x1450.1X 704499049 x 557+ 0.1x 784查机械设计手册之轴的允许扭转角0]=0.25〜1° /m9<[9]Se=83.2St=5.58S=5.573[S]满足强度要求11=65mm,12=145mm,13=557mm,14=203mm, 15=135mm;d]=O50mm,d2=^70mm,d3=^78mm,d4=^70mm, d5=^50mm,G=81000N/mm2 9=0.003792 9<[9] 满足要求6、弯曲刚度精确校核(1)当量直径计算查机械设计手册表6-1-38阶梯轴的当量直径d计算公式 v支承间：d /=一1-—~£ 1d 4i外伸端:cd 24= :―v £ Ld 4i=1 i式中：l为支撑点之间距离，1 =5。