转轴设计实例

转轴设计实例

例11.6.1 试设计图11.5.7所示单级斜齿圆柱齿轮减速器的从动轴。已知传递的功率P=10kW ，从动齿轮的转速min 2202

r n =，分度圆直径2356d mm =，齿轮上所受的力22656t F N =，2985r F N =，2522a F N =，齿轮轮毂的长度80L mm =，齿轮单向转动，采用轻窄系列深沟球轴承。

解:（1）选择轴的材料，确定许用应力

选45钢，正火处理，查表11.1.1得到其硬度为

170~217HBS ，抗拉强度

600b Mpa σ=，查表11.5.4得到许用弯曲应力为[]155MPa

σ-=。 （2）估算该轴最细段的直径

查表11.5.1得到C=115，因此有

3

31011542.2202P d C mm mm n ≥== 由表11.6.2确定取 45d mm =。

（3）对轴进行结构设计

考虑轴上零件的位置和固定方式，以及结构工艺性，按比例绘制出轴及轴系零件的结构草图（图11.5.8）。

轴的具体结构设计过程及结果如下：

1) 确定轴上零件的位置和定位、固定方式

由于是单级齿轮减速器，应把齿轮布置在箱体内壁的中间，轴承对称布置在齿轮的两边，轴的外伸端安装联轴器。

齿轮靠轴环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定。两端轴承分别靠轴肩、套筒实现轴向定位和固定，靠过盈配合实现周向固定。轴通过两端轴承盖实现图 11.5.7 减速器

轴向定位。联轴器靠轴肩、平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向固定。

2）确定各轴段的直径

外伸端直径为45㎜。为了使联轴器能轴向定位，在轴的外伸端应设计出一个轴肩。因轴承也要安装在这一轴段上，所以，通过右端轴承盖的这一轴段应取直径55mm 。考虑到便于轴承装拆，与透盖毡圈接触的轴段（公差带取f7）比安装轴承的轴段直径（该处直径的公差带是按轴承的标准选取的，为k6）略小，取为52㎜。按要求，查轴承的标准手册选用两个6211型的深沟球轴承，故安装左端轴承的轴段直径也是55㎜。为了便于齿轮的装配，齿轮处的轴头直径为60㎜。用于齿轮定位的轴环直径为70㎜。查轴承标准得，左端轴承处的轴肩所在轴段的直径为64㎜，轴肩圆角半径取1㎜，齿轮与联轴器处的轴环、轴肩的圆角半径取1.5㎜。

3）确定轴的各段长度

齿轮轮毂的宽度为80㎜，故取齿轮处轴头的长度为78㎜。由轴承的标准手册查得6211型轴承的宽度为21㎜，因此左端轴颈的长度为21㎜。齿轮两端面、轴承端面应与箱体内壁保持一定的距离，分别取为15㎜，和5㎜,右侧穿过透盖的轴段的长度取为68㎜。联轴器处的轴头长度按联轴器的标准长度取70㎜。由图11.5.8可知，轴的支跨距为L=141㎜。

4）校核的强度

（1）绘制轴的计算简图（图11.5.9a ）

（2）绘制水平面内弯矩图（图11.5.9b ）

两支承端的约束力为

22656132822t hA hB F F F N N ==== 截面C 处的弯矩为 m N m N L F M hA hc ⋅=⋅⨯==62.932

141.013282 3）绘制垂直面内弯矩（图11.5.9c ）

两支承端的约束反力为

N N L d F F F a r vA 48.166)141

23565222985(22222-=⨯⨯-=-=N N L d F F F a r vB 48.1151)141

23565222985(22222=⨯⨯+=+= 截面C 左侧的弯矩为

10.141166.48.11.74.22vC vA

L M F N m N m ==-⨯=-

m N m N L F M vB vC ⋅=⋅⨯==18.812

141.048.115122 4）绘制合成弯矩图（11.5.9d ）

截面C 左侧的合成弯矩为

m N m N M M M vc hc C ⋅=⋅-+=+=35.94)74.11(62.93222121

截面C 右侧的合成弯矩为

图11.5.9 轴的计算简图

2.12

3.92.C M m N m

===

5）绘制扭矩图（图11.5.9e ）

齿轮与联轴器之间的扭矩为 2109550

9550.472.73.202P T N m N m n ==⨯=

6）绘制当量弯矩图（图11.5.9f ）

因为轴为单向转动，所以扭矩为脉动循环，折合系数为6.0≈a ，危险截面C 处的弯矩为

.309.53.rC M m N m

===

7）计算危险截面C 处满足强度要求的轴径

由式11.5.3得

38.32d mm ≥==

由于C 处有键槽，故将轴径加大5%，即38.32㎜×1.05=40.24㎜。而结构设计草图中，该处的轴径为60㎜，故强度足够。

8）绘制轴的工作图（11.6.16）