(完整word版)轴的设计计算

1、轴设计示例解：1求输出轴上的功率 P3、转速n3和转矩T3若取每级齿轮传动的效率（包括轴承效率在内）n = 0.97，贝y例题：某一化工设备中的输送装置运转平稳，工作转矩变化很小，以圆锥-圆柱齿轮减速器作为减速装置。试设计该减速器的输出轴。减速器的装置简图如下。输入轴与电 动机相联，输出轴通过弹性柱销联轴器与工作机相联，输出轴为单向旋转（从装有联轴 器的一端看为顺时针方向）。已知电动机功率 P=10kW，转速ni=1450r/min，齿轮机构的 参数列于下表：级别Z1Z2mn(mm)mt(mm)3an齿 宽(mm)高速级20753.5201大圆锥齿轮轮毂长 L=50低速级239544.0404

2、806r34flB1=85,B2=80出=Ff72=10x0.971kW=97ll kWT3 = 9550000 = 9550000x N mm960000 N mm 612求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为N玄二擀尹2 二 40404 x 95 mm= 383.84 mm而爲黔叱牆劳心妙N代二耳牯朋二5002M釦屮0&34” N = 713N圆周力Ft，径向力Fr及轴向力Fa的方向如图。3. 初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45号钢，调质处理。取Ao=112, 于是得= 112x39.41航1输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径di-n。为了使

3、所选的轴直径di-n与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩Tca=&T3,考虑到转矩很小，故取Ka=1.3,贝Tca=KT3=1.3 X 960000 N mm=1248000 N mm按照计算转矩Tca应小于联轴器公称转矩的条件，查标准 GB5014-85或手册, 选用HL4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为 1250000N- mm半联轴器I的孔 径d1 = 55mm故取dI-n =55mrp半联轴器长度L= 112mm半联轴器与轴配合 的毂孔长度L仁84mm4. 轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案本题的装配方案已在前面分析比较，现选用 如图所示的第一种装配方 案。

4、2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了满足半联轴器的轴向定位要求，i -n轴端右端需制出一轴肩， 故取n -川段的直径dll-III = 62mm左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直 径D= 65mm半联轴器与轴配合的毂孔长度 L1=84mm为了保证轴端挡圈只压在 半联轴器上而不压在轴的端面上，故I -n段的长度应比L1略短一些，现取 l i-ii= 82mm 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用。故选 用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据dI-n=62mm由轴承产品目录中选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30313,其尺寸为dX DXT=65 X

5、 140 X 36,故 d m- iv =65mm 而 I 皿-呱=36mm右端滚动轴承采用轴肩进行定位。由手册上查到30313型轴承的定位轴 肩高度h=6mm因此，取dw-皿=77mm 取安装齿轮处的轴段V - V的直径dv- v =70mm齿轮的左端与左轴承 之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为80mm为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取I v- v=76mm齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d，取h=6mm贝U轴环处的直径dv- w =82mm轴环宽度b1.4h,取l v - =12mm 轴承端盖的总宽度为20m(由减速器及轴承端盖的结构设计而定)。 根据

6、轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联 轴器右端面间的距离l=30mm，故取I ii-iii =50mm取齿轮距箱体内壁之距离a=16mm圆锥齿轮与圆柱齿轮之间的距离 c=20mm考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段 距离s，取s=8mm已知滚动轴承宽度T=36mm大圆锥齿轮轮毂长L=50mm则I iii-iv =T+s+a+(80-76)=36+8+16+4 mm=64 mmIvi-vii =L+c+a+s-Iv-vi =50+20+16+8-12 mm=82 mm至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3) 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与

7、轴的周向定位均采用平键联接。按dIV-V由手册查得平键截面bx h=20X 12(GB1095-79)，键槽用键槽铣刀加工，长为63mm标准键 长见GB1096-79),同时为了保证齿轮轮毂与轴的配合为 H7/n6;同样，半联轴 器与轴的联接，选用平键为16X10X 70,半联轴器与轴的配合为 H7/k6。滚动 轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 m64) 确定轴上圆角和倒角尺寸。取轴端倒角为2X45,各轴肩处的圆角半径 见图。轴设讣示例5. 求轴上的载荷首先根据轴的结构图，作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应 从手册中查取图示中的a值。对于30313型圆

8、锥滚子轴承。由手册中查得 a=29mm因此，作为简支梁的轴的支承跨距 L2+L3=71+141 =212mm根据轴的 计算简图作出轴的弯矩、扭矩图和计算弯矩图。从轴的结构图和计算弯矩图中可以看出截面C处的计算弯矩最大，是轴 的危险截面。现将计算出的截面 C处的MH、MV、M及Mca的值列于表中。载荷水平面H垂直面V支反力RFnh1=3327N,Fnh2=1675NFnv1=1869N,Fnv2=-30N弯矩MMh=236217N- mmMv1=132699N- mm,Mv2=-4140N- mm总弯矩+1326992= 27093S N= 72362U2 -h4140a236253 Nmm扭矩TT3=960000N- mm计算弯矩McaM沁=J2了093炉+（0一6x9601X）0）2 “刪刑二出心40 N mm（其、中的0.6为所取的a值）= 236253 N 咖6.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大计算弯矩的截面（即危险截面C）的强度。则由公式及上表中数值可得636540 ss% w _= MPa - IB.6 MPa0.1x703前已选定轴的材料为45号钢，由轴常用材料性能表 查得c-i=60MPs。因 此c ca= 1.5故该轴在截面W右侧的强度也是足够的。本题因无大的瞬时过载及严重的 应力循环不