轴系设计 说明书

机械设计大作业
计算说明书
轴系设计说明书
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（部分内容有错，仅供参考）
设计题目：
已知数据：转速1/480/min m n n i r == P=3.65kw
T=72610.24 N ·mm
轴上小齿轮：
齿数Z1=17，模数5m =，齿宽b=17mm ，分度圆直径d=85mm ，压力角 20=α 圆周力1510/2
t a T
F N d =
= 径向力×tan 550r t F F N α== 法向力F n =F t ÷cos20=1607N 轴上大带轮：
压轴力：F Q =1481.68N=1490N
一、选择轴的材料
因传递功率不大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用材料45号钢，调质处理。

二、初算轴径
对于转轴，按扭转强度初算轴径，由机械设计教材得C=106～118，考虑轴端弯矩比转矩小，故取C=106，则
考虑键槽的影响，取 ＝ ，取轴径为d=40mm 。

三、结构设计
1．确定轴承部件机体的结构形式及主要尺寸
为方便轴承部件的装拆，铸造机体采用剖分式结构，取机体的铸造壁厚δ=8mm ，机体上轴承旁连接螺栓直径 =12mm ，装拆螺栓所需要的扳手空间 =18mm ， =16mm ，故轴承座内壁到座孔外壁面距离L=δ+ + +5～8mm=47～50mm ，取L=50mm 。

2．确定轴的轴向固定方式
因为一级齿轮减速器输出轴的跨距不大，且工作温度变化不大，故轴的轴向固定采用两端固定方式。

3．选择滚动轴承类型，并确定其润滑与密封方式
因为没有轴向力作用，故选用深沟球支承。

因为齿轮的线速度
，齿轮为开式，故滚动轴承采用脂润滑。

因为该减速器
采用脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用毡圈密封。

4．轴的结构设计
在本题中有7个轴段的阶梯轴，轴的径向尺寸确定，以外伸轴径d1为基础，考虑轴上零件的受力情况、轴上零件的装拆与定位固定、与标准件孔径的配合、轴的表面结构及加式精度等要求，逐一确定其余各轴段的直径；而轴的轴向尺寸确定，则要考虑轴上零件的位置、配合长度、支承结构情况、动静件间的距离要求等因素，通常从与传动件相配的轴段开始，然后向两边展开。

根据以上要求，确定各轴段的直径是：
1d =38mm ，2d =45mm ，3d =50mm ，4d =60mm ，5d =50mm ，6d =45mm ，7d =40mm 根据轴
承的类型和轴径d3，初选滚动轴承型号为6210，其基本尺寸是：d=50mm ，D=90mm ，B=20mm 。

因为轴承选用脂润滑，轴上安置挡油板，所以轴承内端面与机体内壁间要有一定距离∆，取∆＝10mm 。

采用凸缘式端盖，其凸缘厚度e=10mm 。

为了避免带轮（和齿轮）端面与轴承盖连接螺栓头干涉，并便于轴承盖上螺栓的拆装，带轮（和齿轮）端面与轴承盖之间应该有足够的间距K ，取K=20mm 。

在确定齿轮、机体、轴承、轴承盖、联轴器的相互位置和尺寸后，即可从轴段4开始，确定各轴段的长度。

本题两支点在同一轴承座内且支点间无传动件，故确定两轴间的跨距
L=(2~3)3d =(2~3)50=100~150mm
取L=100mm 。

轴段4的长度41002080L L B mm =-=-= 轴段3的长度3L =B=20mm
轴段2的长度2(')502010102050mm L L B e K =--∆++=--++= 轴段1的长度1L =65mm 轴段5的长度5L =B=20mm
轴段6的长度6(')502010102050mm L L B e K =--∆++=--++= 轴段7的长度7L =26mm
分别取带轮和齿轮的轮毂长度中点为力的作用点，可得跨距
='1L 1L /2+2L +B/2=65/2+50+20/2=92.5mm
='2L 7L /2+6L +B/2=26/2+50+20/2=73mm
5．轴的结构设计
带轮与轴及齿轮与轴的连接均采用A 型普通平键连接，查参考文献[2]表11.27分别为键10 X 56 GB/T 1096-2003及键1232/10962003GB T ⨯-。

四、轴的受力分析 1．画轴的受力简图
2．计算支承反力
将法向力作用点平移到轴心，则轴受径向力n F 。

因未确定两带轮中心连线与两齿轮中心连线的夹角，故在此设轴两端径向力的夹角为α另之为180度。

则：
解得：
轴承（点1处）的总支撑反力：
轴承（点2处）的总支撑反力： 1.532kN
则弯矩转矩最大值：M H =L ’1×F H1=37.14Nm M V =L ’×F t =75Nm
合成弯矩转矩最大：
３．画弯矩图
在水平面上Ⅰ截面10H M Nm ； Ⅱ截面
在垂直面上Ⅰ截面 ； Ⅱ截面
合成弯矩，Ⅰ截面：
；
Ⅱ截面：
转矩 T=72.61
４．画转矩，弯矩图
五、校核轴的强度
a-a 剖面左侧，因弯矩大，有转矩，还有键槽引起的应力集中，故a-a 剖面
左侧为危险剖面。

由机械设计教材或手册查得，搞弯截面模量为
式中：d——a-a截面轴的直径，mm；
b——键槽宽度，b=10mm；
t——键槽深度，t=5mm；
同理，可得抗扭截面模量为
弯曲应力：
扭剪应力：
对于调质处理的45号钢，由参考文献[1]表10.1可以查得=650MPa, =300MPa, =155 MPa；材料的等效系数=0.2, =0.1。

健槽引起的应力集中系数，查参考文献[1]表10.4得Kσ=2.27,Kτ=2.12
绝对尺寸系数，查参考文献[1]图10.1得=0.84,=0.78.
轴磨削加工时的表面质量系数，查参考文献[1]图10.1和表10.2得β=0.92 由此，安全系数计算如下：
Sσ=
Sτ=
S=
查参考文献[1]表10.5得许用安全系数[S]=1.3 1.5，显然S>[S]，故a-a 剖面安全。

六、校核键连接的强度
带轮处键连接的挤压应力为
式中：d——键连接处轴径，mm；
T——传递的转矩，N·mm；
H——键的高度，h=8mm；
l——键连接的计算长度，mm，l=L-b=56mm
取键、轴及带轮的材料都为钢，查机械设计教材上的表得 =70 80MPa 。

显然， ，故强度足够。

同理，可得齿轮处键连接的挤压应力为
取键、轴及齿轮的材料都为钢，已查得 ，显然， ，
故强度足够。

七、校核轴承寿命
由手册查得6307轴承的Cr=62000N ，Co=63200N 。

1．计算轴承的轴向力 对于轴承Ⅱ
因为只受径向力，当量动载荷最大为11max 2.88R F F kN ==
轴承工作温度较低，查参考文献[1]表10.10得1=T f 。

载荷平稳，查参考文献[1]10.11得1=F f 。

轴承Ⅱ的寿命为
h L h
4
3
6101025.488.21.11.350.13.5336010⨯=⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯= 已知该传动装置使用3年，三班工作制，则预期寿命为
h L h L 1041033.236588≤⨯=⨯⨯=
显然'h h L L >，故轴承Ⅱ寿命符合设计要求。

对于轴承Ⅰ，因为只受径向力，因当量动载荷2F <1F ,其它校核条件同轴承Ⅱ。

故可知轴承Ⅰ也符合设计要求。

八、轴系精度设计
１.确定尺寸精度
(1)确定Φ50尺寸精度
由于本轴受载荷比较轻，轴承载荷也较轻，并且轴承工作时承受定向负荷作用。

内圈与轴一起转动，故内圈承受旋转负荷。

根据参考文献[4]表6.2 得两轴颈的公差带代号为Φ50j6，并且采用包容要求.
(2)确定Φ40尺寸精度
根据齿轮最高精度等级为8级，查表10.10得内孔尺寸公差为IT8，与其配合的轴为IT7。

根据参考文献[4]表3.10 可选轴的基本偏差代号为r,则轴的公
差带代号为Φ40r7 并采用包容要求。

其配合代号为Φ40H7/r7。

(3)确定Φ38尺寸精度
根据齿轮最高精度等级为8级，查表10.10得内孔尺寸公差为IT8，与其配合的轴为IT7。

根据参考文献[4]表3.10 可选轴的基本偏差代号为r,则轴的公差带代号为Φ38r7 并采用包容要求。

其配合代号为Φ38H7/r7。

２.确定几何精度
(1)与轴承内圈、齿轮内孔配合轴颈表面，故采用包容要求
(2)与轴承内圈配合表面要求圆柱度公差，按0级轴承查表6.6, 得圆柱度公差值为0.005。

(3)为保证Φ45、Φ50和Φ38轴线与A－B同轴，应规定它们的径向圆跳动公差。

根据齿轮精度为8级和式（10.15）得tr= 0.3FP=0.3×0.07=0.021,按尺寸大小类比法，得Φ50的径向圆跳动公差tr= 0.022，Φ38的径向圆跳动公差tr= 0.017。

(4)Φ38轴上的键槽对称度公差，按8级查表4.16得公差值为0.02。

３.确定表面粗糙度
(1)Φ50j6轴颈表面粗糙度查表6.7 ,得Ra上限值为0.8μm；Φ57两端面Ra上限值为3.2 μm 。

(2)Φ40j6轴颈表面粗糙度Ra上限值为0.8 μm (参考表5.7选取)。

定位端面表面粗糙度Ra上限值分别为3.2 μm。

(4)Φ38j6轴颈两键槽配合表面表面粗糙度一般选Ra上限值为3.2 μm；键槽底部选6.3 μm。

(5)该轴其他表面粗糙度Ra上限值选为12.5 μm。

(6)确定未注尺寸公差和未注几何公差等级
确定未注尺寸公差按GB/T1804－m加工；
确定未注几何公差按GB/T1184－K加工。

参考文献：
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