轴及轴承的设计

设计直齿圆柱齿轮减速器的低速轴І。已知轴的转速为n=480r/min ，传递功率p=5.23kw 。轴上齿轮的参数为：模数m=3mm ，齿数z=30，齿宽b=99mm 。 解：（1）选择轴的材料。

减速器功率不大，又无特殊要求，故选常用的45钢并作调质处理。有表查的MPa B 650=σ。

（2）按转矩估算轴的最小直径。 应用式3n

P A d ≥估算。由表取A=107~118，于是得 mm n P A d )31.26~72.23(223.0)118~107(480

23.5)118~107(33=⨯=⨯=≥ 考虑到键槽对轴强度的影响，取d=26mm 。

（3）轴的结构设计。

根据轴的结构设计要求，轴的结构草图设计如下图所示。各轴段的具体设计如下。

轴段1：轴的输出端用腹板轮，孔径26mm ，孔长82mm 。取mm l mm d 802611==，

轴段2：轴肩高mm d )6.2~82.1(26)1.0~07.0()1.0~07.0(1=⨯=，取轴肩高2mm ，故mm d 302=，根据箱体箱盖的加工和安装要求，轴承端盖和箱体之间应有调整垫片，取其厚度为2mm ，轴承端盖厚度为10mm ，端盖和带轮之间应有一定间隙，取10mm ，综合考虑，取mm l 352=。 轴段3：齿轮两侧对称安装一对轴承，选择6207，宽度为17mm ，取mm d 353=。

该轴段的长度的确定：齿轮两侧端面至箱体内壁之间的距离取10mm ，轴承采用脂润滑，为使轴承和箱体内润滑油隔绝，应设挡油环，为此取轴承端面至箱体内壁的距离为10mm ，故挡油环的总宽度为20mm ，综合考虑，取mm l 703=。

轴段4、5、7：考虑设置装配轴肩，取mm d 404=，该段长度应小于齿轮轮毂宽度，取mm l 954=。由于采用轴环定位，取轴肩高3mm ，做定位面，选取最小过度圆角半径，r=2mm ，取mm d d 4675==，取mm l l 5.475==。

轴段6：综合考虑，取mm d mm l 35,2.13266==。

轴段8：取mm d d 3538==，取mm l 408=。

（4）按弯曲和扭转复合强度对轴进行强度计算。

绘出轴的计算简图如下图所示，结构设计参数mm l mm l CD BC 208,5.107==

齿轮的受力计算：

N F F N d T F mm

mz d mm N n p T t r t 2.84120tan 2311tan 231190

1004.122903031004.1480

23.51055.91055.905566=⨯===⨯⨯===⨯==•⨯=⨯⨯=⨯=α

水平面支反力（见图(b)）：

N

R F R N l l F R HB r HD DB CD r HB 6.2866.5542.8416.5545.3152082.841=-=-==⨯==

水平面弯矩图（见图（c ））

mm N l R M BC HB HC •=⨯==5.596195.1076.554

垂直面支反力（见图（d ））

N

R F R N l l F R VB t VD BD CD t VB 4.7876.152323116.15235.3152082311=-=-==⨯==

垂直面弯矩图（见图（e ））

mm N l R M BC VB VC •=⨯==1637875.1076.1523

合成弯矩（见图（f ））

mm N M M M VC HC •=+=+=5.1743001637875.596192222

扭矩图（见图（g ））

mm N T •⨯=51004.1

当量弯矩图（见图（h ））：根据MPa B 650=σ，查表得MPa b 110][0=σ。由于转矩变化不大，取3.0=α

MPa W M mm N T M M mm

N T e ec ec 7.27401.09.1770709.177070312005.174300)(1012.31004.13.03222245=⨯==

•=+=+=•⨯=⨯⨯=σαα

校核结果：

MPa b ec 110][0=≤σσ

故强度满足要求。

设计直齿圆柱齿轮减速器的低速轴II 。已知轴的转速为n=240r/min ，传递功率p=5.02kw 。轴上齿轮的参数为：模数mm m mm m 4,321==，齿数25,6021==z z ，齿宽mm b mm b 90,14921==。

解：（1）选择轴的材料。

减速器功率不大，又无特殊要求，故选常用的45钢并作调质处理。有表查的MPa B 650=σ。

（2）按转矩估算轴的最小直径。 应用式3n

P A d ≥估算。由表取A=107~118，于是得

mm n P A d )5.32~48.29(28.0)118~107(240

02.5)118~107(33=⨯=⨯=≥ 考虑到键槽对轴强度的影响，取d=32mm 。

（3）轴的结构设计。

根据轴的结构设计要求，轴的结构草图设计如下图所示。各轴段的具体设计如下。

轴段1：齿轮两侧对称安装一对轴承，选择6208，宽度为18mm ，取，mm d 401=该轴段的长度的确定：齿轮两侧端面至箱体内壁之间的距离取10mm ，轴承采用脂润滑，为使轴承和箱体内润滑油隔绝，应设挡油环，为此取轴承端面至箱体内壁的距离为10mm ，故挡油环的总宽度为20mm ，综合考虑，取mm l 451=

轴段2：轴肩高mm d )4~8.2(40)1.0~07.0()1.0~07.0(1=⨯=，取轴肩高3mm ，故mm d 462=，该段长度应小于齿轮轮毂宽度，取mm l 1462=。 轴段3、5：由于采用轴环定位，取轴肩高4.5mm ，做定位面，选取最小过度圆角半径，r=2mm ，取mm d d 5553==，取mm l l 3.653==。

轴段4：综合考虑，取mm d mm l 46,1044==。

轴段6：该段长度应小于齿轮轮毂宽度，取mm l 876=， mm d 466=

轴段7：取mm d d 4017==，取mm l 457=。

（4）按弯曲和扭转复合强度对轴进行强度计算。

绘出轴的计算简图如下图所示，结构设计参数mm l mm l mm l CD BC AB 66,1.139,5.95===