第章轴的设计及计算

第7章 轴的设计及计算

7.1低速轴的设计

7.1.1求作用在齿轮上的力

因已知低速级大齿轮的分度圆直径为

mm mz d 438146344=⨯==

而 N d T F t 6.7741438

16954002243=⨯== N F F t r 7.2817tan ==α

圆周力t F ，径向力r F 的方向参考图7-2.

7.1.2轴的材料的选择

由于低速轴转速不高，但受力较大，故选取轴的材料为45优质碳素结构钢，调质处理。

7.1.3轴的最小直径

根据文献【1】中12-2式可初步估算轴的最小直径，

33

3min n P A d = 式中：A —最小直径系数，根据文献【1】中表12-3按45钢查得112=A 3P —低速轴的功率（KW ），由表5.1可知：KW P 984.63=

3n —低速轴的转速（r/min ），由表5.1可知：min /34.393r n = 因此： mm n P A d 9.6234

.39984.61123333min =⨯== 输出轴的最小直径应该安装联轴器处，为了使轴直径Ⅱ-Ⅰd 与联轴器的孔径相

适应，故需同时选取联轴器的型号。根据文献【1】中11-1式查得，

m N KT T c •=⨯==1.25434.16955.13

式中：c T —联轴器的计算转矩（m N •）

K —工作情况系数，根据文献【1】中表11-1按转矩变化小查得，5.1=K

3T —低速轴的转矩（m N •），由表5.1可知：)(4.16953m N T •= 按照计算转矩c T 应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T 5014-2003或根据文献【2】中表16-4查得，选用HL6型弹性柱销联轴器，其公称转矩为3150)(m N •。半联轴器的孔径mm d 631=，故取mm d 63Ⅱ-Ⅰ=，半联轴器长度为

172mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度为mm L 1321=。

7.1.4轴的结构设计

拟定轴上零件的装配方案。选用装配方案如图7-1所示。

图7-1 轴的结构与装配

(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

①满足半联轴器的轴向定位要求。Ⅰ-Ⅱ轴段右端需制出一轴肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直径

mm h d d 7352632ⅡⅡ-ⅠⅢ-Ⅱ=⨯+=+=

式中：h II —轴Ⅱ处轴肩的高度（mm)，根据文献【1】中P283中查得定位轴

肩的高度 6.3m m ~41.4630.1~07.01.0~07.0Ⅱ=⨯==

）（）（d h 故取mm h 5Ⅱ= 左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径mm D 75=挡圈。半联轴器与轴

配合的毂孔的长度mm L 1321=,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不是压在轴的端面上，故Ⅰ-Ⅱ段的长度应比1L 稍短一些，现取mm l 130Ⅱ-Ⅰ=

②初步选择滚动轴承。因滚动轴承同时受径向力和轴向力的作用，根据文献

【1】中表10-2可选6型深沟球轴承轴承。根据文献【2】中表15-3中参照工作要求并根据mm d 73Ⅲ-Ⅱ=，由轴承产品目录中可初步选取0基本游隙组、标准精

度级的单列圆锥滚子轴承60315，其基本尺寸为mm mm mm B D d 3716075⨯⨯=⨯⨯,故mm d d 75ⅧⅦ-Ⅳ-Ⅲ==；而mm l 37ⅧⅦ-=。

右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。根据文献【2】中表15-3中查得60315型轴承的定位轴肩高度mm h 6=，因此，取mm 87Ⅶ-Ⅵ=d

③取安装齿轮处的轴段Ⅳ-Ⅴ的直径mm 80Ⅴ-Ⅳ=d ；齿轮左端与左轴承之间

采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为93mm ，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于齿轮轮毂宽度，故取mm 90Ⅴ-Ⅳ=l ；齿轮的右端采用轴肩定位，

轴肩高度0.07d >h ，故取mm h 6=，则轴环处的直径mm 92Ⅵ-Ⅴ=d 。轴环宽度

h b 4.1≥，取mm 12Ⅵ-Ⅴ=l 。

④轴承端盖的宽度为20mm （由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离mm l 30=，故取mm 50Ⅲ-Ⅱ=l 。

⑤取齿轮距箱体内壁之距离mm a 16=，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时。应距箱体内壁一段距离s ，取mm s 8=，已知滚动轴承宽度mm B 36=，则

m m 6390-93a s Ⅳ-Ⅲ=+

++=）（B l mm 30Ⅶ-Ⅵ=l

至此，已初步确定了轴的各直径和长度。

(3)轴上零件的周向定位。齿轮、半联轴器与轴的周向定位都采用平键连接。按Ⅴ-Ⅳd 由文献【1】中表4-1查得平键截面mm mm h b 1422⨯=⨯，键槽长为mm 80，

同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；同样，半联轴器与轴的联接，选用平键为mm mm mm 1251118⨯⨯，半联轴器与轴的配合为H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。

(4)确定轴上圆角和倒角尺寸。参考文献【1】中表12-2，取轴端倒角为。452⨯，各轴肩处的圆角半径如图所示。

5.求轴上的载荷

(1)首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时。因此作为简支梁的轴的支承跨距mm L L L 2005.1095.9032=+=+=。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。

从轴的结构图及弯矩和扭矩图中可以看出截面C 是轴的危险截面。 根据轴系机构图绘制轴的计算简图，如图7-2

图7-2 轴的强度计算

轴上所受的外力有：作用在齿轮上的两个分力，圆周力t F 和径向力r F ，方向如图所示；作用在齿轮和半联轴器之间轴段上的扭矩为3T 。

已知：)(4.16953m N T •= N d T F t 6.7741438

16954002243=⨯== N F F t r 7.2817tan ==α

（2）将作用在轴上的力向水平面和垂直面分解，然后按水平和垂直面分别计算。

垂直面的支反力