軸設計說明綜述

設計某攪拌機用的單級斜圓柱齒輪減速器中的低速軸（包括選擇軸兩端的軸承及外伸端的聯(lián)軸器），如下圖所示。已知：電動機額定功率P=4kW，轉速，低速軸轉速，大齒輪節(jié)圓直徑，寬度，齒輪螺旋升角，法相壓力角。要求：1）完成軸的全部結構設計：2）根據(jù)彎扭合成理論驗算軸的強度；3）精確校核軸的危險截面是否安全；4)畫出軸的零件圖。1.求出低速軸上的功率和轉矩若取軸承傳動的效率（包括軸承效率在內(nèi)），則2.求作用在齒輪上的力因知低速級大齒輪的節(jié)圓直徑為而圓周力，徑向力及軸向力的方向如圖所示3.初步確定軸的最小直徑先按式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質處理。根據(jù)表15-3，取，于是得考慮軸與聯(lián)軸器連接有鍵槽，軸徑增加3%。輸出軸的最小直徑是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑（圖）。為了使所選用的軸徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應，故同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉矩，查表14-1，考慮是攪拌器，故取，則：按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器的公稱轉矩的條件，查機械設計手冊，選用LX3的彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉矩為1250000N·mm。半聯(lián)軸器的孔徑為，故取，半聯(lián)軸器的長度，半聯(lián)軸器于軸配合的轂孔長度。4.軸的結構設計（1）擬定軸上零件的裝配方案設計參考圖15-22a的裝配方案（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度1)為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，1-2段軸右端需制出一軸肩，軸肩高度，參照表15-2得，，故取2-3段的直徑；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度，為保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故1-2段的長度應比略短一些，現(xiàn)取。2）初步選擇滾動軸承，因軸承同時受軸向載荷與徑向載荷的作用，故選取接觸角較小的角接觸球軸承。參照工作要求并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0組基本游隙組，標準精度等級的角接觸球軸承7009C，其基本尺寸為，故取，而。右端滾動軸承采用軸肩定位。查機械設計手冊的7009C型的軸承的定位軸肩直徑，因此取。3)取安裝齒輪處的軸段4-5的直徑；齒輪的右端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂寬度為90mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此處軸段應略短于輪轂寬度，故取。齒輪左端采用軸肩定位，軸肩高度，由軸徑查表15-2，得，故取，則軸環(huán)處直徑。軸環(huán)寬度，取。4）軸承端蓋的總寬度15（由減速器及軸承端蓋的結構設計而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面的距離（參看圖），故取。5）取齒輪距箱體的距離a=10mm，考慮箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時，應距箱體一段距離s，取，（參看圖），已知滾動軸承寬度，則至此，已初步確定軸的各段直徑和長度。（3）軸上零件的周向定位齒輪，半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按由表查的平鍵截面尺寸，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長度56mm，同時為保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選用齒輪輪轂與軸的配合為；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位是有過渡配合來保證的，此處選用軸的直徑尺寸公差m7。（4）確定軸上圓角與倒角尺寸參考表15-2，取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑按表15-2查取5.求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結構圖做出軸的計算載荷圖。在確定軸承的支點位置時，應從手冊中查取a值。對于7009C型角接觸球軸承，由手冊中查的。因此，作為簡支梁的軸的支撐跨距，根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。（1）做出軸的受力簡圖。（2）求支反力：水平支反力垂直面支反力水平彎矩垂直彎矩C點左邊C點右邊合成彎矩C點左邊C點右邊扭矩做合成彎矩圖，該軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取C點左邊C點右邊6.按彎扭合成應力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強度，根據(jù)式（15-5）及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取，軸的計算應力C截面D截面前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質處理，由表15-1查的，，，。因此，故安全。7.精確校核軸的疲勞強度（1）判斷危險截面C截面應力最大且有鍵槽，D截面有鍵槽有扭矩，故需要校核C,D兩個截面（2）截面C由表15-4計算抗彎，抗扭截面系數(shù)抗彎界面系數(shù)（圓形截面）抗扭界面系數(shù)（圓形截面）截面C左側的彎矩截面C上的扭矩截面上的彎曲應力截面上的扭轉切應力軸的材料為45鋼，調(diào)質處理。由表15-1查得，，。查附表3-4，C截面因鍵槽引起的應力集中系數(shù)，。查表附表3-2得絕對尺寸影響截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及按附表3-2查取。因，，經(jīng)插值計算后可得，又由附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為，故有效應力集中系數(shù)按式（附3-4）為由附圖3-2的尺寸系數(shù)；由附圖3-3的扭轉尺寸系數(shù)軸按磨削加工，由附圖3-4的表面質量系數(shù)為軸未經(jīng)表面強化處理，即，則按式（3-12）及式（3-14b）的綜合系數(shù)為：又由§3-1和§3-2得碳鋼的特性系數(shù)為：，取，取于是計算安全系數(shù)值，按式（15-6）~(15-8)則得：故可知C左安全。(3)截面C右側由表15-4計算抗彎，抗扭截面系數(shù)抗彎界面系數(shù)（圓形截面）抗扭界面系數(shù)（圓形截面）截面C左側的彎矩M及彎曲應力截面C上的扭矩及扭轉應力軸按磨削加工，由附圖3-4的表面質量系數(shù)為故綜合系數(shù)為：所以軸在截面4右側的安全系數(shù)為故軸在截面4右側的強度也是足夠的。軸的靜強度校核略去，至此，軸的設計計算即結束。8.繪制軸的零件圖（3）D截面（只校核扭矩）抗扭截面系數(shù)扭矩扭轉應力截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)按附表3-2查取。因，，經(jīng)插值計算后可得