第7章-軸的設計及計算.doc

第7章 軸的設計及計算7.1低速軸的設計7.1.1求作用在齒輪上的力因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為 而 圓周力，徑向力的方向參考圖7-2.7.1.2軸的材料的選擇由于低速軸轉速不高，但受力較大，故選取軸的材料為45優(yōu)質碳素結構鋼，調質處理。7.1.3軸的最小直徑根據文獻【1】中12-2式可初步估算軸的最小直徑，式中：最小直徑系數，根據文獻【1】中表12-3按45鋼查得 低速軸的功率（KW），由表5.1可知： 低速軸的轉速（r/min），由表5.1可知：因此： 輸出軸的最小直徑應該安裝聯(lián)軸器處，為了使軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應，故需同時選取聯(lián)軸器的型號。根據文獻【1】中11-1式查得，式中：聯(lián)軸器的計算轉矩（） 工作情況系數，根據文獻【1】中表11-1按轉矩變化小查得， 低速軸的轉矩（），由表5.1可知：按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件，查標準GB/T 5014-2003或根據文獻【2】中表16-4查得，選用HL6型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉矩為3150。半聯(lián)軸器的孔徑，故取，半聯(lián)軸器長度為172mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為。7.1.4軸的結構設計擬定軸上零件的裝配方案。選用裝配方案如圖7-1所示。圖7-1 軸的結構與裝配 (2)根據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。-軸段右端需制出一軸肩，故取-段的直徑式中：軸處軸肩的高度（mm)，根據文獻【1】中P283中查得定位軸肩的高度故取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的長度,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-段的長度應比稍短一些，現(xiàn)取初步選擇滾動軸承。因滾動軸承同時受徑向力和軸向力的作用，根據文獻【1】中表10-2可選6型深溝球軸承軸承。根據文獻【2】中表15-3中參照工作要求并根據，由軸承產品目錄中可初步選取0基本游隙組、標準精度級的單列圓錐滾子軸承60315，其基本尺寸為,故；而。右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。根據文獻【2】中表15-3中查得60315型軸承的定位軸肩高度，因此，取取安裝齒輪處的軸段-的直徑；齒輪左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為93mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應略短于齒輪輪轂寬度，故取；齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度，故取，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度，取。軸承端蓋的寬度為20mm（由減速器及軸承端蓋的結構設計而定）。根據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，故取。取齒輪距箱體內壁之距離，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時。應距箱體內壁一段距離，取，已知滾動軸承寬度，則 至此，已初步確定了軸的各直徑和長度。 (3)軸上零件的周向定位。齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位都采用平鍵連接。按由文獻【1】中表4-1查得平鍵截面，鍵槽長為，同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵為，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。(4) 確定軸上圓角和倒角尺寸。參考文獻【1】中表12-2，取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑如圖所示。5. 求軸上的載荷(1)首先根據軸的結構圖作出軸的計算簡圖。在確定軸承的支點位置時。因此作為簡支梁的軸的支承跨距。根據軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結構圖及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面。 根據軸系機構圖繪制軸的計算簡圖，如圖7-2 圖7-2 軸的強度計算軸上所受的外力有：作用在齒輪上的兩個分力，圓周力和徑向力，方向如圖所示；作用在齒輪和半聯(lián)軸器之間軸段上的扭矩為。已知： （2）將作用在軸上的力向水平面和垂直面分解，然后按水平和垂直面分別計算。垂直面的支反力水平面上的支反力（3)作彎矩圖作垂直彎矩圖垂直面上截面的D處的彎矩 (L為軸支承跨距)作水平面彎矩圖 (L為軸支承跨距) 把水平面和垂直面上的彎矩按矢量和合成起來，其大小為扭矩只作用在齒輪和半聯(lián)軸器中間平面之間的一段軸上。6. 按彎扭合成應力校核軸的強度進行校核時，通常只要校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C的強度。因為單向旋轉，旋轉切應力為脈動循環(huán)應力，取，軸的計算應力前已選定軸的材料為45鋼，調質處理，參考文獻【1】表12-1查得，因此，故安全。7. 精確校核軸的疲勞強度 （1）判斷危險截面。從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面和處過盈配合引起的應力集中最嚴重；從受載的情況來看，截面C上的應力最大。截面的應力集中的影響和截面的相近，但截面不受扭矩作用，同時軸徑也較大，故不必做強度校核。截面C上雖然應力最大，但應力集中不大，而且這里軸的直徑最大，故截面C也不要校核。其他截面顯然也不要校核，由機械手冊可知，鍵槽的應力集中系數比過盈配合的小，因而只要校核截面左右兩側即可。8. 截面左側 抗彎截面系數 抗扭截面系數 截面左側的彎矩M為 截面上的扭矩 截面上的彎曲應力 截面上的扭轉切應力 軸的材料為45鋼，調質處理。由參考文獻【1】表12-1查得 截面上由于軸肩而形成的有效應力集中系數及,由機械設計手冊查取。因，經插值后可查的;查得尺寸系數；扭轉尺寸系數。軸按車削加工，查得表面質量系數為，軸未經表面強化，即，則綜合影響系數為 又由機械設計手冊查得應力折算系數。于是，計算安全系數值 故可知其安全。（1） 截面右側 抗彎截面系數 抗扭截面系數 截面左側的彎矩M為 截面上的扭矩