轴的设计及计算

轴的设计及计算（总12页）--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小-77轴的设计及计算轴的布局设计绘制轴的布局简图如下图所示5111RibR16\HIIVVII111VI112316*10*80i£0BCDg&绘制轴的布局简图如下图所示5111RibR16\HIIVVII111VI112316*10*80i£0BCDg&图轴的布局简图考虑到低速轴的受力大于高速轴，应先对低速轴进行结构设计和强度校核，其他的轴则只需要进行结构设计，没必要进行强度校核。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖］低速轴的设计轴的受力分析大斜齿轮的分度圆直径：=189.94大斜齿轮的分度圆直径：=189.94沁190mmcos14021'41''大斜齿轮的圆周力：厂2T 2x501.19x103F—吐一 一5275.68Nt2 d 1902大斜齿轮的径向力：tana tan20°F—F n—5275.68x —1978.97Nr2 12cos卩 cos14°21'41''大斜齿轮的轴向力：F—FtanB—5275.68xtan14°21'41''—1315.37Na2 t22

轴的材料的选择由于低速轴转速不高，但受力较大，故选取轴的材料为45优质碳素结构钢，调质处理。轴的最小直径根据教材【1】中15-2式可初步估算轴的最小直径，dmin0dmin0式中：A—最小直径系数，根据教材【1】中表15-3按45钢查得A=11200P—低速轴的功率（KW），由表可知：P=TOC\o"1-5"\h\zIIIn一低速轴的转速（r/min），由表可知：n二minIII III因此：P 1.83因此：d=A时=112x3 =41.93mm\o"CurrentDocument"min0n 34.87iii输出轴的最小直径应该安装联轴器处，为了使轴直径di-ii与联轴器的孔径

相适应，故需同时选取联轴器的型号。根据教材【1】中14-1式查得，聞創沟燴鐺ca AIII式中：T一联轴器的计算转矩（N-mm）caK—工作情况系数，根据教材【1】中表14-1按转矩变化小查得，AK=1.5AT一低速轴的转矩（N•mm），由表可知：T=501.19x103N-mmIII III因此：T=KT=1.5x501.19x103=751785N•mmca Aii按照计算转矩T应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T5014-2003或ca根据教材【2】中表14-4查得，选用LX2型弹性柱销联轴器，其具体结构及基本参数如图以及表所示，残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。图LX2型弹性柱销联轴器结构形式图

表型弹性柱销联轴器基本参数及主要尺寸型号公称转矩(N-m)许用转速(r/min)轴孔直径轴孔长度D质量转动惯量许用补偿量丫型J，J1，Z型径向轴向角向LL1LLx312504750475030,32,35,388260821608±1<0030'40,42,45,481128411219522±1.5由上表可知，选取半联轴器孔径d二42mm，故取d二42mm，半联轴器I-II的长度L=112mm，与轴配合的毂孔长度L=84mm。1轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案低速轴的装配方案如下图所示，51 73n *l\ii in863.51即时45RMR"133.E'111图低速轴的结构与装配根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度满足半联轴器的轴向定位要求。1-11轴段右端需制出一轴肩，故取II-III段的直径d=d+2h=42+2x3=48mmii-iii i-ii ii式中：h一轴II处轴肩的高度（mm），根据教材【1】中P364中查得定位轴ii肩的高度h=（0.07〜0.1）d=（0.07〜0.1）x42=2.94〜4.2mm，故取h=3mmii i-ii ii左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=50mm。半联轴器与挡圈轴配合的毂孔的长度L=84mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不是压1在轴的端面上，故1-11段的长度应比L稍短一些，现取l=82mm。酽锕极額閉1 i-ii初步选择滚动轴承。因滚动轴承同时受径向力和轴向力的作用，根据教材【1】中表13-1可选3型圆锥滚子轴承。根据教材【2】中表13-1中参照工作要求并根据d=48mm，由轴承产品目录中可初步选取0基本游隙组、标ii-iii准精度级的单列圆锥滚子轴承30310，其基本尺寸资料如下表所示表30310型圆锥滚子轴承50dDTC2323a27B参数标准图110数值50dDTC2323a27B参数标准图110数值mm由上表可知该轴承的尺寸为dxDxT=50mmx110mmx29.25mm，古攵d二d 二50mm；由于圆锥滚子轴承采用脂润滑，得用封油环进行轴向III-IV VII-VIII定位和挡油，取右端封油环的长度l =10mm，故圆整后，右封油环l 二30+10二40mm。謀荞抟箧飆鐸怼举蒋薔VII-VIII 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。由于圆锥滚子轴承采用脂润滑，得用封油环进行轴向定位和挡油。有上

表可知30310型轴承的定位轴肩高度h—―a — —5mm，因此，与;滚VII22子轴承接触的封油环两端的外径d封油环外取轴IV处非定位轴肩轴肩的高度h—1.5mm，则与齿轮配合的轴段V-IVV的直径d—d+2h—50+2xl.5—53mmIV-V III-IV IV轴VII处定位轴肩的高度h=（0.07〜0.1）d =（0.07〜0.1）x50mm—3.5〜5mmVII VII-VIII故取h二4mm对圭寸油环进行定位，则轴段VI-VII的直径VIId=d +2h=50+2x4=58mmTOC\o"1-5"\h\zVI-VII VII-VIII VII齿轮采用轴肩进行轴向定位，则齿轮的右端应有一轴环，轴肩的高度:h=（0.07〜0.1）d =（0.07〜0.1）x53mm=3.71〜5.3mm\o"CurrentDocument"IV-V考虑到轴环的右端为非定位轴肩，故取h=4mm，则Vd=d +2h=53+2x4=61mm，h=2.5mm\o"CurrentDocument"-VI IV-V V VI轴环的宽度应满足l>1.4h=1.4x4=5.6mmV-VI V取l =6mm。轮毂的宽度B=75mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此V-VI 2轴段应略短于轮毂宽度，故取l =73mm。IV-V取轴承端盖的总宽度为b=26mm。根据轴承端盖的装拆及便于对轴端盖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/=20mm（参考图），故取1ii-iii=46mm。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。根据轴的总体布置简图可知，斜齿轮左端面距箱体左内壁之间距离a=11mm，另一轴两齿轮距离取c=20，又II轴的大斜齿轮的齿宽为50mm,1（参考图）。考虑到箱体的铸造误差以及轴承的整体布置，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=29.25mm则鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。l =T+s+a+（B—l ）=30+8+11+（75—73）=51mmIII-IV 1 2IV-Vl =L+c+a+s-1-1 =50+20+11+8一6一10=73mmVI-VII 1 V-VI右封油环至此，经过步骤①②③④⑤已初步确定了轴的各段直径和长度，如上图所示，并归纳为下表所示，表低速轴的参数值轴的参数参数符号轴的截面耳（mm）1IIIIIIVVVIVIIVIII轴段长度l8246517367340轴段直径d42485053615850轴肩咼度h——3144——

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圆头普通平键连接。根据教材【1】中表6-1按d 二53mm查得齿轮轮毂与轴连接的平键截面IV-Vbxh=16mmx10mm，键槽用键槽铣刀加工，长为L=80mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7;同样，按n6d查得联轴器与轴连接的平键截面bxh=12mmx8mm键槽用键槽铣刀加工，I-II长为L二45mm，半联轴器与轴配合为H7;滚动轴承与轴的周向定位是由过度

k6配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为k6。籟丛妈羥为贍债蛏练淨。确定轴上圆角和倒角尺寸根据教材【1】中表15-2查得，取轴端倒角为2x45。，各轴肩处的圆角半径见图。求轴上的载荷首先根据轴的结构图（图）做出轴的设计简图（图）。在确定轴承的支点位置时，应从圆锥滚子轴承a值入手。对于30310型圆锥滚子轴承，由上表中可知 3mmo因此，作为简支梁的轴的支承跨距L+L二63.5mm+133.5mm二197mm根据轴的设计简图做出轴的弯矩图和扭矩图23如下图所示。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴 r-7^rTT--_111.-J r-7^rTT--_111.-JNN?rkv?=F F—■[NP二FE1/Ml-I,rrlFi--<FNH2————JLLU丄丄亠亠MV11 ”㈡丄F-：] -•比图低速轴的受力分析从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现

将计算出的截面C处的M、M以及M的值列于下表。HV表低速轴上的载荷分布载荷水平面H垂直面V支反力FF=3573.85N,F =1701.83VF=1975.39N,F =3.58N弯矩MM=226939.475N-mm H 1M=125437.265N-mm,M=—477.93N-mm V1 V2 总弯矩M ^M2+M2=J226939.4752+125473.2652=259316.54N-mm1 H V1M=』M2+M2=$226939.4752+477.932=226939.98N-mm扭矩Tit VT=501189.60N-mm按弯扭校核轴的疲劳强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据文献【1】中15-5式查得，渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。caca式中：b—C截面的计算应力（MPa）ca«一折合系数，该低速轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，故根据教材【1】中P373应取折合系数a=0.6W—抗弯截面系数（mm3），根据教材【1】中表15-4按圆形截面查得W=兀dIvv=O.ld3 =0.1x533=14887.7032 iv-vcaW226939.4752+(0.6caW226939.4752+(0.6x501190)25487.2二25.31MPa前已选定轴的材料为45钢，调质处理，根据文献15-1查得[b]二60MPa。因此b<[b]，故安全。—1 ca —1精确校核轴的疲劳强度判断危险截面截面A,ll,lll,B只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过度配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的,所以截面A,l,l,B均无需校核。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面IV和V处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载荷的情况来看，截面C上的应力最大。截面V的应力集中的影响和截面V的相近，但截面V不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。截面C上虽然应力最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且轴的直径最大，故截面C也不必校核。截面VI和VII显然更不必校核。根据教材【1】中附表3-4和附表3-8可知键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面V左右两侧即可。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。分析截面V左侧根据教材【1】中表15-4按圆形截面查得，抗弯截面系数：W=0.1d3 =0.1x503=12500mm3III-IV抗扭截面系数：W=0.2d3 =0.2x503=25000mm3T III-IV截面V左侧的弯矩M:TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"M二£—35.5M二63.5—35.5x259316.54二204531.36N-mmL1 35.52截面V上的扭矩：T=501189.60N-mmhi截面上的弯曲应力：M204531.36b= = =16.36MPabW 12500截面上的扭转切应力：T 501189.60t=h= =20.05MPatW 25000TOC\o"1-5"\h\z轴的材料为45钢，调质处理。根据教材【1】中表15-1查得b=640MPa，b=275MPa，t=155MPa。B -1 -1截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数a及a根据教材【1】中附表bt3-2查的。因二=王!=0.04， =—=1.06，经差值后可查得，d50 d50a=2.0, a=1.31bt根据教材【1】中附图3-1可得轴的材料的敏性系数，q=0.75,q=0.78bt

根据教材【1】中附3-4式查得有效应力集中系数，k=1+q(a-1)=1+0.75x(2.0-1)=1.75O GOk=1+q(a-1)=1+0.78x(1.31-1)=1.24T TT根据教材【1】中附图3-2和附图3-3查得扭转尺寸系数：8=0.88T尺寸系数：8=0.8O轴按磨削加工，根据教材【1】中附图3-4查得表面质量系数卩二卩二0.94OT轴未经表面强化处理，即表面高频淬火强化系数卩=1，根据教材【1】中q3-12式及3-14b式可得综合系数，fk11fk11K=—g+——-1O卩丿P<qOO空+丄-1、1=2.2510.8 0.94丿fk1J1fk1J1f1.24 1 A18tPT丿厂L0.880.94丿K=TT T q又根据教材【1】中P25和P26查得碳钢的特性系数,x1=1-473P=0.1〜0.2，取p=0.1OOp二0.01〜0.1，取p二0.05TT于是，计算安全系数Sca值，根据教材【1】中15-6式和15-8式查得，O-1 KO+pOOaOm275O-1 KO+pOOaOm2752.251x6.00+0.1x0=20.36T KT+pTTaTm1551.473x8.28+0.05x8.28_12,6?SSOT+ST220.36x12.67v20.362+12.672二10.761.5式中：o=o二7.053MPa，o二0a b mT=T=2005MP=10.03MPaam2故可知该低速轴安全。分析截面VI右侧

根据文献【1】中表15-4按圆形截面查得，抗弯截面系数：W=0.1d3 =0.1x533=14887.70mm3IV-V抗扭截面系数：W=0.2d3 =0.2x533=29775.4mm3T III-IV截面VI左侧的弯矩M:L-35.5 63.5-35.563.5M=tM= x259316.54=204531.36N-mm63.5L12截面V截面V上的扭矩:T二501189.60N-mmhi截面上的弯曲应力：M204531-36=13.74MPa14887.70截面上的扭转切应力：T501189.60截面上的弯