轴设计
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轴设计
设计某搅拌机用的单级斜圆柱齿轮减速器中的低速轴（包括选择轴两端的轴承及外伸端的联轴器），如下图所示。
已知：电动机额定功率P=4kW ，转速m in
/7501
r n =，低速轴转速m in
/1302
r n
=，大齿轮节圆直径mm
d
3002
'=，
宽度mm B 90=，齿轮螺旋升角︒=12β，法相压力角︒=20α。
要求：1）完成轴的全部结构设计：2）根据弯扭合成理论验算轴的强度；3）精确校核轴的危险截面是否安全；4)画出轴的零件图。
1.求出低速轴上的功率2
P 和转矩2
T
若取轴承传动的效率（包括轴承效率在内），则97.0=η
kW
kW P P 88.397.042=⨯==η
mm
N mm N n P T ⋅=⋅⨯⨯==285031130
1088.3955095503
222
2.求作用在齿轮上的力
因知低速级大齿轮的节圆直径为mm
d 3002
=
而N
N d T
F t
1900300
258031
222
2
=⨯=
= N F F n t
r 70712cos 20tan 1900cos tan =︒
︒
⨯==βα
N
F F t a 40412tan 1900tan =︒⨯==β
圆周力t
F ，径向力r
F 及轴向力a
F 的方向如图所示
3.初步确定轴的最小直径
先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取
112
0=A ，于是得
mm n P A d 7.34130
88
.311233
220min =⨯=≥
考虑轴与联轴器连接有键槽，轴径增加3%。mm d d 7.35%3min
=≥
输出轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径（图）。为了使所选用的轴径与联轴器的孔径相适应，故同时选取联轴器型号。 联轴器的计算转矩2
T K T A ca
=，查表14-1，考
虑是搅拌器，故取7
.1=A
K
，则：
mm
N mm N T K T A ca ⋅=⋅⨯==4845532580317.12
按照计算转矩ca
T 应小于联轴器的公称转矩的条件，查机械设计手册，选用LX3的弹性柱销联轴
器，其公称转矩为1250000N ·mm 。半联轴器的孔径为mm
d
381
=，故取mm
d
382
1=-，半联轴器的长度
mm L 82=，半联轴器于轴配合的毂孔长度mm L 601=。
4.轴的结构设计
（1）拟定轴上零件的装配方案 设计参考图15-22a 的装配方案
（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1)为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2段轴右端需制出一轴肩，轴肩高度)(,)3~2(R C h =，参照表
15-2得，)6.1(2.1==R mm C ，故取2-3段的直径mm
d
413
2=-；
左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径
mm D 42=。半联轴器与轴配合的毂孔长度mm L 601=，
为保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比略短一些，现取
mm
l 9321=-。
2）初步选择滚动轴承，因轴承同时受轴向载荷与径向载荷的作用，故选取接触角较小的角接触球轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录
中初步选取0组基本游隙组，标准精度等级的角接触球轴承7009C ，其基本尺寸为
mm mm mm B D d 167545⨯⨯=⨯⨯，
故取mm d d 457632==--，而mm l 1676=-。 右端滚动轴承采用轴肩定位。查机械设计手册的7009C 型的轴承的定位轴肩直径mm
d
a 51min
=，因此取mm
d 5265=-。
3)取安装齿轮处的轴段4-5的直径mm
d
504
3=-；齿轮
的右端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂宽度为90mm ，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此处轴段应略短于轮毂宽度，故取mm
l
864
3=-。
齿轮左端采用轴肩定位，轴肩高度)(,)3~2(R C h =，由轴径查表15-2，得mm R 6.1=，故取mm h 8.4=，则轴环处直径mm
d
6.595
4=-。轴环宽度72.64.1=≥h b ，取mm
l
106
5=-。
4）轴承端盖的总宽度15（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添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面的距离mm l 20=（参看图），故取mm
l
353
2=-。
5）取齿轮距箱体的距离a=10mm ，考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体一段距离s ，取mm s 2=，（参看图），已知滚动轴承宽度
mm B 16=，则 mm
a s B l 38)8690(54=-+++=-