軸的設(shè)計及計算

1、7軸的設(shè)計及計算7.1軸的布局設(shè)計繪制軸的布局簡圖如下圖7.1所示S2 ,46,5173636ar-BCD圖7.1軸的布局簡圖考慮到低速軸的受力大于高速軸，應(yīng)先對低速軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核， 其他 的軸則只需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，沒必要進(jìn)行強(qiáng)度校核。矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。7.2低速軸的設(shè)計軸的受力分析由上述6.2中低速級齒輪設(shè)計可求得大斜齒輪的嚙合力:大斜齒輪的分度圓直徑：dZmn44 =189.94 ： 190mmcos 一 cos14 21 41大斜齒輪的圓周力：2T 2 501.19 103Ft25275.68Nd2190大斜齒輪的徑向力：Fr2 =Ft2tan =5275.68仙 2019

2、78.97Ncos ：cos14 2141大斜齒輪的軸向力：Fa2 二 Ft2ta-5275.68 tan14 21411315.37N722軸的材料的選擇由于低速軸轉(zhuǎn)速不高，但受力較大，故選取軸的材料為45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼, 調(diào)質(zhì)處理。軸的最小直徑根據(jù)教材【1】中15-2式可初步估算軸的最小直徑,式中：A 最小直徑系數(shù)，根據(jù)教材【1】中表15-3按45鋼查得Ao =112低速軸的功率（KW，由表5.1可知：Pj= 1.83kwn MJ低速軸的轉(zhuǎn)速（r/min ），由表5.1可知：nffl=34.87r/min因此：dmin 二人3卩=112 3 1.83 = 41.93mmYn）j 34.87

3、輸出軸的最小直徑應(yīng)該安裝聯(lián)軸器處，為了使軸直徑dl與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器的型號。根據(jù)教材【1】中14-1式查得， 聞創(chuàng)溝燴鐺險愛 氌譴凈。Tca - KaT 川式中：TCa 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩（N mm）Ka 工作情況系數(shù)，根據(jù)教材【1】中表14-1按轉(zhuǎn)矩變化小查得，KA =1.5丁皿一低速軸的轉(zhuǎn)矩（N mm）,由表5.1可知：=501.19漢10N mm因此：TcKATII =1.5 501.19 103 =751785N mm按照計算轉(zhuǎn)矩la應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn) GB/T 5014-2003或根據(jù)教材【2】中表14-4查得，選用LX2型彈性柱銷聯(lián)軸器，其具體結(jié)

4、構(gòu)及基本 參數(shù)如圖7.2以及表7.1所示，殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。A-A扎L圖7.2 LX2型彈性柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)形式圖表7.1LX2型彈性柱銷聯(lián)軸器基本參數(shù)及主要尺寸型號公稱轉(zhuǎn)矩（N m）許用轉(zhuǎn)速（r/mi n ）軸孔直徑軸孔長度D質(zhì) 量轉(zhuǎn)動慣量許用補償量Y型J，J1， Z型徑 向軸向角向LL1L1_漢312504750475030,32,35,3882608216080.0260.151 03040,42,45,4811284112195220.1091.5由上表可知，選取半聯(lián)軸器孔徑d =42mm,故取dI4I = 42mm，半聯(lián)軸器的 長度L -112mm ,與軸配合的轂孔長度L, =84

5、mm。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計7.2.4.1擬定軸上零件的裝配方案低速軸的裝配方案如下圖7.3所示,1鈾稲歷I 皿BBC圖7.3低速軸的結(jié)構(gòu)與裝配724.2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求。I- U軸段右端需制出一軸肩，故取U -川段的直徑du| 二 d|2hn =42 2 3 = 48mm式中：hi 軸U處軸肩的高度(mm),根據(jù)教材【1】中P364中查得定位軸肩 的高度hi =(0.070.1 妙 4 =(0.070.1F42 = 2.944.2mm,故取 hi = 3mm左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑 D擋圈=50mm。半聯(lián)軸器與軸 配合的轂孔的長度L

6、84mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不是壓在 軸的端面上，故I -U段的長度應(yīng)比L稍短一些，現(xiàn)取h=82mm。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜 豬訣錐。 初步選擇滾動軸承。因滾動軸承同時受徑向力和軸向力的作用，根據(jù)教材【1】中表13-1可選3型圓錐滾子軸承。根據(jù)教材【2】中表13-1中參照工作要 求并根據(jù)dll=48mm,由軸承產(chǎn)品目錄中可初步選取 0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度 級的單列圓錐滾子軸承30310,其基本尺寸資料如下表7.2所示彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。表7.2 30310型圓錐滾子軸承由上表7.2可知該軸承的尺寸為d D T =50mm 110mm 29.25mm，故diiiv = dvii mi

7、= 50mm ;由于圓錐滾子軸承采用脂潤滑，得用圭寸油環(huán)進(jìn)行軸向定位和擋油，取右端圭寸油環(huán)的長度I右封油環(huán)=10mm ,故圓整后，lVii yin =30 10 = 40mm。謀養(yǎng)摶篋飆鐸懟類蔣薔。由于圓錐滾子軸承采用脂潤滑，得用封油環(huán)進(jìn)行軸向定位和擋油。 有上表 7.2可知30310型軸承的定位軸肩高度hvii = d； 二60?50 =5mm，因此，與滾 子軸承接觸的封油環(huán)兩端的外徑 d封油環(huán)外-60mm。廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。 取軸W處非定位軸肩軸肩的高度hv T.5mm,貝U與齒輪配合的軸段W -V的直徑diV v = diii * 2hiV = 50 2 1.5 二 53mm軸處定位

8、軸肩的高度hvii 二 0.07 0.1 dvii -vhi 二 0.07 0.1 50mm = 3.5 5mm故取hvii =4mm對封油環(huán)進(jìn)行定位，則軸段切-%的直徑dVI _VII = dvil _yIII 2hVii = 50 2 4 = 58mm 齒輪采用軸肩進(jìn)行軸向定位，則齒輪的右端應(yīng)有一軸環(huán)，軸肩的高度:hv 二 0.07 0.1 d|V* = 0.07 0.1 53mm = 3.71 5.3mm考慮到軸環(huán)的右端為非定位軸肩，故取 h/ =4mm，貝Udv _VI = dIV v 2hv=53 2 4 =61mm, h/ 2.5mm軸環(huán)的寬度應(yīng)滿足lVy - 1.4hv =1.4

9、 4 = 5.6mm取Ivy =6mm0輪轂的寬度B2 =75mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取l|v =73mm。 取軸承端蓋的總寬度為b端蓋二26mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離I = 20mm （參考圖7.1 ），故取Iiijji =46mm。煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。 根據(jù)軸的總體布置簡圖7.1可知，斜齒輪左端面距箱體左內(nèi)壁之間距離印=11mm，另一軸兩齒輪距離取c=20，又U軸的大斜齒輪的齒寬為 50mm，（參 考圖7.1 ）o考慮到箱體的鑄造誤差以及軸承的整體布置，在確定滾動軸承位置 時，應(yīng)距箱體

10、內(nèi)壁一段距離s，取s=8mm。已知滾動軸承寬度T= 29.25mm則鵝 婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。Imv =T s a （B2 -liv_v） =30 8 11 （75-73） = 51mmlvi mi = L cs-Iv_vi T右封油環(huán)=50 20 11 8 -6-10 = 73mm至此，經(jīng)過步驟已初步確定了軸的各段直徑和長度，如上圖 7.4 所示，并歸納為下表7.3所示，表7.3低速軸的參數(shù)值軸的參數(shù)參數(shù)符號軸的截面（mm）In出IVVvn軸段長度I8246517367340軸段直徑d42485053615850軸肩咼度h一311.542.54一724.3 軸上零件的周向定位齒輪、半聯(lián)軸器與軸

11、的周向定位均采用圓頭普通平鍵連接。根據(jù)教材【 1】 中表6-1按divy=53m m查得齒輪輪轂與軸連接的平鍵截面 b h=16mm 10mm， 鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為L=80m m,同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對H 7中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 H7 ;同樣，按d查得聯(lián)軸器與軸連接的n6平鍵截面b h =12mm 8mm鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 L = 45mm，半聯(lián)軸器與H 7軸配合為 ；滾動軸承與軸的周向定位是由過度配合來保證的，此處選軸的直k6徑尺寸公差為k6。籟叢媽羥為贍債蟶練淨(jìng)。7.2.4.4 確定軸上圓角和倒角尺寸根據(jù)教材【1】中表15-2查得，取軸端倒角為2 45，

12、各軸肩處的圓角半徑 見圖7.3。求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（圖7.4）做出軸的設(shè)計簡圖（7.1圖）。在確定軸承的 支點位置時，應(yīng)從圓錐滾子軸承a值入手。對于30310型圓錐滾子軸承，由上表 7.2 中可知a = 23mm 。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距L2 L63.5mm 133.5mm = 197mm根據(jù)軸的設(shè)計簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖女口下圖7.4所示。預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。圖7.4低速軸的受力分析從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算出的截面C處的Mh、Mv以及M的值列于下表。表7.4低速軸上的載荷分布載荷水平面H垂直面V支反力FFnhi =3573

13、.851, Fnh2 =1701.831FNV1 =1975.39N,FnV2 =3.58N彎矩MMh =226939.47N mmMv1 =125437.26N mm, Mv2 =477.93N mmMt =JmH +M；t =丁226939.4752 +125473.2652 =259316.54N mm總彎矩M2 =Jm H +M：2 =丁226939.4752 +477.932 =226939.98N mm扭矩TTq=501189.60J mm按彎扭校核軸的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)文獻(xiàn)【1】中15-5式查得，疔JM；+(叫J

14、-ca -W式中：二ca C截面的計算應(yīng)力（MPa:折合系數(shù)，該低速軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，故 根據(jù)教材【1】中P373應(yīng)取折合系數(shù)=0.6.3W = dj32W 抗彎截面系數(shù)（mm3，根據(jù)教材【1】中表15-4按圓形截面查得= 0.1d3/*=0.1 533 =14887.70J226939.4752 +(0.6x501190 f5487.225.31MPa前已選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)文獻(xiàn)15-1查得 O 二60MPa。因此匚ca ：；，故安全。精確校核軸的疲勞強(qiáng)度7.2.7.1 判斷危險截面截面A，n，m，B只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過度配合所引起的應(yīng) 力集

15、中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定 的，所以截面A，n，m， B均無需校核。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。從應(yīng)力集中對軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面w和v處過盈配合引起的應(yīng) 力集中最嚴(yán)重；從受載荷的情況來看，截面C上的應(yīng)力最大。截面v的應(yīng)力集中 的影響和截面w的相近，但截面v不受扭矩作用，同時軸徑也較大，故不必做強(qiáng) 度校核。截面C上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力 集中均在兩端），而且軸的直徑最大，故截面 C也不必校核。截面切和顯然更 不必校核。根據(jù)教材【1】中附表3-4和附表3-8可知鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過 盈配合的小，因而該軸只需校核截面W左右兩

16、側(cè)即可。擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。727.2 分析截面切左側(cè)根據(jù)教材【1】中表15-4按圓形截面查得，抗彎截面系數(shù)：0.1dm 4V =0.1 50 12500mm3抗扭截面系數(shù)：W 0.2dm 小=0.2 5025000mm3截 面 W 左 側(cè)的 彎 矩 M1】中表15-1查得二b =640MPa ,M 二 5 -35.% 二635 355 259316.54 =204531.36N mm L235.5截面切上的扭矩：- 501189.60N mm截面上的彎曲應(yīng)力：M 204531.36616.36 MPaW12500截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：-501189.60T20.05MPaWt25000軸的材

17、料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)教材【二=275MPa , j = 155MPa。截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)：上及根據(jù)教材【1】中附表3-2查的。因=-0 =0.04， = 53 _ 1.06，經(jīng)差值后可查得，d 50d 50. -2.0,：i：-1.31根據(jù)教材【1】中附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)，q；- = 0.75,q = 0.78根據(jù)教材【1】中附3-4式查得有效應(yīng)力集中系數(shù)，k：廣 1 7匚,一1 =1 0.752.0-1 =1.75k =1 q ：-1 =1 0.781.31-1 =1.24根據(jù)教材【1】中附圖3-2和附圖3-3查得尺寸系數(shù):扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù):軸按磨削加工,十

18、=0.94根據(jù)教材【1】中附圖3-4查得表面質(zhì)量系數(shù),二 0.88軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即表面高頻淬火強(qiáng)化系數(shù)=1，根據(jù)教材【1】中3-12式及3-14b式可得綜合系數(shù)，I備K；, +丄_訃=2.2510.80.941二 -11 =1.4730.88 0.941又根據(jù)教材【1】中P25和P26查得碳鋼的特性系數(shù)，廠=0.1 0.2，取廠= 0.1=0.010.1，取 =0.05于是，計算安全系數(shù)Sca值，根據(jù)教材【1】中15-6式和15-8式查得,2753- K小a + 眷m 一 2.251 X6.00 + 0.1X0 一155S-12.67K fa + 占m1.473 漢8.28 + 0.05 漢 8.28SQ20.36 12.67.20.362 12.672=10.76口 1.5式中:= 7.053MPa，-020.05MP -10.03MPa故可知該低速軸安全分析截面切右側(cè)根據(jù)文獻(xiàn)【1】中表15-4按圓形截面查得,抗彎截面系數(shù)：333W = 0.1d3/ y 二 0.1 53 = 14887.70mm3抗扭截面系數(shù)：333州=0.2d川v =0.2 53 -29775.4mm截 面 W 左 側(cè) 的 彎 矩 MM 2 一35% 二63 空 259316.54 =204531.36N mm L263.5截面切上的扭矩：T = 501189.60N mm截面上