轴的结构设计范例

四、低速轴系的结构设计

1、根据轴的工作条件，选择材料及热处理方法，确定许用应力，由（二）（三）已算得从动齿轮转速n 2=71.7r/min 。齿轮分度圆直径d 2=360mm 。选用45号钢调质。查①表11－1得抗拉强度MPa 650b =σ，查①表11－9得许用弯曲应力[]MPa 60b 1=-σ。

2、按扭转强度估算最小直径

由（二）知，P 2=3.87kw ，T 2＝516.1N.m

查①表11－5取A=110，按①式（11－3）计算得：

mm 57.417

.7187.3110n P A d 33

2==≥ 考虑轴和联轴器用一个键联接，故将轴放大5％并取标准值，即取d=45mm 。

3、轴的结构设计

（1）将轴设计成阶梯轴，按T=516.1N.m ，从②查用TL8型弹性联轴器，孔径为45mm ，长L=112mm ，与轴头配合长度为84mm 。取轴头直径为45mm ，故靠近轴头的轴身直径为52mm ，轴颈直径取55mm 。轴两端选用6011型轴承，轴承宽度B=18mm ，外径D=90mm 。轴承由套筒和轴肩实现轴向定位，圆角r=1mm 。取齿轮轴头直径为60mm ，定位环高度h=5mm ，其余圆角r=1.5mm ，挡油盘外径取D=89mm 。

（2）在（三）已经求得轮毂长为90mm ，因此轴头长度为88mm ，轴颈长度与轴承宽度相等为18mm ，齿轮两端与箱体内壁间距离各取15mm ，由于转速较低，故轴承用润滑脂，所以轴承端面与箱体内壁距离取10mm 。这样可定出跨距为158mm 。伸出箱体的轴段长度取44mm 。为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上，应将头长度取短一些，故取轴头长度为75mm 。

3、由于是单级齿轮减速器，因此齿轮布置在中央，轴承对称布置，齿轮与轴环、套筒实现轴向定位，以平键联接及选用过渡配合H7/n6实现周向固定。齿轮轴头有装配锥度，两端轴承分别以轴肩和套筒实现轴向定位，采用过盈配合k6实现周向固定。整个轴系以两端轴承盖实现轴向定位，联轴器以轴肩、平键和选用过渡配合H7/k6实现轴向定位和周向固定。

4、草图如下：

计算项目

计算内容计算结果

3、径向力

4、H面支座反力

5、V面支座反力

6、H面弯矩

7、V面弯矩

8、合成弯矩

9、当量弯矩

10、强度校核

N

tg

tg

Ft

Fr58

.

1043

20

22

.

28670=

⨯

=

⋅

=α

R HA=R HB=F t/2=2867.22/2=1433.61N

R VA=R VB=F r/2=1043.58/2=521.79N

M HC=R HA×L/2=1433.61×0.58/2=113.26N﹒m

M VC=R VB×L/2=521.79×0.58/2=41.22N﹒m

在AB处为0，C处最大

m

N

M

M

M VC

HC

C

⋅

=

+

=

+

=5.

120

22

.

41

26

.

1132

2

2

2

取α＝0.59

m

N

T

M

M C

eqc

⋅

=

⨯

+

=

+

=

47

.

327

)1.

516

59

.0(

5.

120

)

(2

2

2

2α

由式11.43把齿轮轴头d=60代入得：

[]

b

MPa

Pa

d

T

M

1

3

2

2

3

2

2

16

.

15

15160648

06

.0

1.0

)1.

516

59

.0(

5.

120

1.0

)

(

－

σ

α

〈

=

=

⨯

⨯

+

=

+

所以，轴径取60mm，强度足够

N

Fr58

.

1043

=

R HA= R HB 1433.61N

R VA=R VB＝521.79N

M HC=113.26N.m

M VC= 41.22N.m

m

N

M C⋅

=5.

120

m

N

M eqc⋅

=47

.

327

强度足够

五、高速轴的设计

由前面已求得：n 1=286.57r/min d 1=90mm ，轮毂长95mm ，P 1=4.03KW 1、 选 用45钢，调质。按扭转强度估算最小直径，查①表11-5取A=110 按①式（11-3）计算得：

mm n P A d 55.2657

.28603.411033

11==≥ 因轴头直径最小且有键、与带轮联接，故将轴放大0.5d ，即d=27.88mm ，按①11-3取整

d=28mm 。