轴地设计计算

第七章 轴的设计计算

一、初步确定轴的尺寸

1、高速轴的设计及计算

已知：高速轴功率kw p 11.21=，转速m in /7101r n =。

选取轴的材料为40Cr 、调质处理、由《机械设计》教材表15-3，取1000=A ，得

mm 377.14mm 710

11.210033110min ≈⨯==n p A d 考虑轴上开有一个键槽对轴强度的削弱，轴径增大%7~%5，并圆整后mm d 15=，轴承选用角接触球轴承7205C ，B=15mm ，综合减速器其他零件的布置和减速器箱体的轮廓，高速轴初步设计如下：

2、中间轴的设计及计算

已知：中间轴功率kw p 03.22=，转速m in /4.1612r n =。

选取轴的材料为40Cr 、调质处理、由《机械设计》教材表15-3，取1050=A ，得

mm 419.24mm 4

.16103.210533220min ≈⨯==n p A d 考虑轴上开有两个键槽对轴强度的削弱，轴径增大%15~%10，并圆整后mm d 25=，轴承选用角接触球轴承7205C ，B=15mm ，综合减速器其他零件的布置和减速器箱体的轮廓，中间轴初步设计如下：

安装大齿轮处的键型号为：键10⨯36GB1096-79

安装小齿轮处的键型号为：键10⨯70GB1096-79

3、低速轴的设计及计算

已知：低速轴功率kw p 95.13=，转速min /4.433r n =。

选取轴的材料为40Cr 、调质处理、由《机械设计》教材表15-3，取970=A ，得

mm 484.34mm 4

.4395.19733330min ≈⨯==n p A d 考虑轴上开有两个键槽对轴强度的削弱，轴径增大%15~%10，并圆整后mm d 35=，轴承选用角接触球轴承7209C ，B=19mm ，综合减速器其他零件的布置和减速器箱体的轮廓，低速轴初步设计如下：

安装大齿轮的键型号为:键18⨯65GB1096-97

安装联轴器处的键为:键16⨯125GB1096-97

二、轴的校核

以中间轴的校核为代表，已知中间轴的功率为kw p 03.22=，转速为m in /4.1612r n =，转矩11.1202=T N ·m 。

1、中间轴的受力分析如下：

大齿轮的分度圆直径为mm d 029.1731=，螺旋角。790.15=β，受力分析如图所示，则：

N N d T F 322.138810029

.17311.120223121≈⨯⨯==τ N N F F r 123.525790

.15cos 20tan 322.1388cos tan 11≈⨯==。。

βατ 11ταF F =·βtan =N N 594.392790.15tan 322.1388≈⨯。

小齿轮的分度圆直径为mm d 018.622=，螺旋角。

655.14=β，受力分析如图所示，则：

N N d T F 392.387310018

.6211.120223222≈⨯⨯==τ N N F F r 207.1457655

.14cos 20tan 392.3873cos tan 22≈⨯==。。

βατ 22ταF F =·βtan =N N 915.1012655.14tan 392.3873≈⨯。

轴端受力：

N N F F F 211.2395190392.387370322.13885.132190705.1322

11≈⨯+⨯=+=

ττ

N N F F F r r 662.170190207.145770123.5255.132190705.1322

12-≈⨯-⨯=-= N N F F F r r 422.761190207.1457120123.5255.571901205.572

13-≈⨯-⨯=-= N N F F F 503.2866190392.3873120322.13885.571901205.572

14≈⨯+⨯=+=

ττ 由上数据得轴的载荷分析图如下：

载荷

水平面H 垂直面V 支反力F

N F 21.23951=；N F 662.1702-= N F 422.7613-=；N F 503.28663= 弯矩M

21.200655=H M N ·mm 54.53299=V M N ·mm 总弯矩

2254.5329921.200655+=总M N ·mm 473.207613≈N ·m 转矩T

120110=T ·mm

2、按弯扭合成应力校核轴的强度

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据扭转切应力为脉动循环变应力，取6.0=α，轴的计算应力

a 581.17a 501.01201106.0(473.20761332222MP MP W T M ca ≈⨯⨯+=+=））

（总ασ

由选定的材料45Cr ，调质处理，由《机械设计》教材表15-1查得[]MPa 701=-σ。因此[]1-<σσca ，故安全。

3、精确校核轴的疲劳强度

（1）、判断危险截面

由轴的载荷分析图知：弯矩最大为总M 处为危险截面，因而只需要校核该截面即可。

（2）、危险截面mm X 120=

抗弯截面系数：3

333mm 12500mm 501.01.0=⨯==d W

抗扭截面系数：3333mm 25000mm 502.02.0=⨯==d W τ 截面上的弯曲应力：a 609.16a 12500

473.207613MP MP W M b ≈==总σ 截面上的扭矩切应力：MPa MPa W T 804.425000120110≈==

τττ 轴的材料为45Cr ，调质处理。由《机械设计》教材表15-1查得MPa B 735=σ，MPa 3551=-σ，MPa 2001=-τ。

由《机械设计》教材图3-1可得轴的材料的敏性系数为：

82.0=σq ， 85.0=τq

故有效应力集中系数按式为：

1)11(82.01)1(1=-⨯+=-+=σσσαq k

1)11(85.01)1(1=-⨯+=-+=ττταq k

由《机械设计》教材图3-2得尺寸系数67.0=σε，由《机械设计》教材图3-3得扭转尺寸系数82.0=τε。