轴设计说明综述

设计某搅拌机用的单级斜圆柱齿轮减速器中的低速轴（包括选择轴两端的轴承及外伸端的联轴器），如下图所示。已知：电动机额定功率P=4kW，转速，低速轴转速，大齿轮节圆直径，宽度，齿轮螺旋升角，法相压力角。要求：1）完成轴的全部结构设计：2）根据弯扭合成理论验算轴的强度；3）精确校核轴的危险截面是否安全；4)画出轴的零件图。1.求出低速轴上的功率和转矩若取轴承传动的效率（包括轴承效率在内），则2.求作用在齿轮上的力因知低速级大齿轮的节圆直径为而圆周力，径向力及轴向力的方向如图所示3.初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取，于是得考虑轴与联轴器连接有键槽，轴径增加3%。输出轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径（图）。为了使所选用的轴径与联轴器的孔径相适应，故同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查表14-1，考虑是搅拌器，故取，则：按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件，查机械设计手册，选用LX3的弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250000N·mm。半联轴器的孔径为，故取，半联轴器的长度，半联轴器于轴配合的毂孔长度。4.轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案设计参考图15-22a的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2段轴右端需制出一轴肩，轴肩高度，参照表15-2得，，故取2-3段的直径；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比略短一些，现取。2）初步选择滚动轴承，因轴承同时受轴向载荷与径向载荷的作用，故选取接触角较小的角接触球轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0组基本游隙组，标准精度等级的角接触球轴承7009C，其基本尺寸为，故取，而。右端滚动轴承采用轴肩定位。查机械设计手册的7009C型的轴承的定位轴肩直径，因此取。3)取安装齿轮处的轴段4-5的直径；齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂宽度为90mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此处轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮左端采用轴肩定位，轴肩高度，由轴径查表15-2，得，故取，则轴环处直径。轴环宽度，取。4）轴承端盖的总宽度15（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面的距离（参看图），故取。5）取齿轮距箱体的距离a=10mm，考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体一段距离s，取，（参看图），已知滚动轴承宽度，则至此，已初步确定轴的各段直径和长度。（3）轴上零件的周向定位齿轮，半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按由表查的平键截面尺寸，键槽用键槽铣刀加工，长度56mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选用齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是有过渡配合来保证的，此处选用轴的直径尺寸公差m7。（4）确定轴上圆角与倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径按表15-2查取5.求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算载荷图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值。对于7009C型角接触球轴承，由手册中查的。因此，作为简支梁的轴的支撑跨距，根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。（1）做出轴的受力简图。（2）求支反力：水平支反力垂直面支反力水平弯矩垂直弯矩C点左边C点右边合成弯矩C点左边C点右边扭矩做合成弯矩图，该轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取C点左边C点右边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弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度，根据式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力C截面D截面前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查的，，，。因此，故安全。7.精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面C截面应力最大且有键槽，D截面有键槽有扭矩，故需要校核C,D两个截面（2）截面C由表15-4计算抗弯，抗扭截面系数抗弯界面系数（圆形截面）抗扭界面系数（圆形截面）截面C左侧的弯矩截面C上的扭矩截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得，，。查附表3-4，C截面因键槽引起的应力集中系数，。查表附表3-2得绝对尺寸影响截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表3-2查取。因，，经插值计算后可得，又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为，故有效应力集中系数按式（附3-4）为由附图3-2的尺寸系数；由附图3-3的扭转尺寸系数轴按磨削加工，由附图3-4的表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则按式（3-12）及式（3-14b）的综合系数为：又由§3-1和§3-2得碳钢的特性系数为：，取，取于是计算安全系数值，按式（15-6）~(15-8)则得：故可知C左安全。(3)截面C右侧由表15-4计算抗弯，抗扭截面系数抗弯界面系数（圆形截面）抗扭界面系数（圆形截面）截面C左侧的弯矩M及弯曲应力截面C上的扭矩及扭转应力轴按磨削加工，由附图3-4的表面质量系数为故综合系数为：所以轴在截面4右侧的安全系数为故轴在截面4右侧的强度也是足够的。轴的静强度校核略去，至此，轴的设计计算即结束。8.绘制轴的零件图（3）D截面（只校核扭矩）抗扭截面系数扭矩扭转应力截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数按附表3-2查取。因，，经插值计算后可得