齿轮轴的结构设计Word格式.docx

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3.初步确定轴的最小直径

现初步估算轴的最小直径。

选取轴的材料为45钢，调质处理据[2]表15-3，取A=110，于是得：

d=A26mm

因为轴上应开2个键槽，所以轴径应增大5%-7%故d=20.33mm，又此段轴与大带轮装配，综合考虑两者要求取d=32mm，查[4]P表14-16知带轮宽B=78mm故此段轴长取76mm。

4.轴的结构设计

（1）拟定轴上零件的装配方案

通过分析比较，装配示意图7-1

图7-1

（2）据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

1）I-II段是与带轮连接的其d=32mm，l=76mm。

2）II-III段用于安装轴承端盖，轴承端盖的e=9.6mm（由减速器及轴的结构设计而定）。

根据轴承端盖的拆卸及便于对轴承添加润滑油的要求，取端盖与I-II段右端的距离为38mm。

故取l=58mm，因其右端面需制出一轴肩故取d=35mm。

3）初选轴承，因为有轴向力故选用深沟球轴承，参照工作要求并据d=35mm，由轴承目录里初选6208号其尺寸为d=40mm80mm18mm故d=40mm。

又右边采用轴肩定位取=52mm所以l=139mm，=58mm，=12mm

4）取安装齿轮段轴径为d=46mm，齿轮左端与左轴承之间用套筒定位，已知齿轮宽度为75mm为是套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于齿轮宽度故取l=71mm。

齿轮右边Ⅶ-Ⅷ段为轴套定位，且继续选用6208轴承，则此处d=40mm。

取l=46mm

（3）轴上零件的周向定位

齿轮，带轮与轴之间的定位均采用平键连接。

按d由[5]P表4-1查得平键截面b,键槽用键槽铣刀加工长为70mm。

同时为了保证带轮与轴之间配合有良好的对中性，故选择带轮与轴之间的配合为，同样齿轮与轴的连接用平键14，齿轮与轴之间的配合为轴承与轴之间的周向定位是用过渡配合实现的，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[2]表15-2取轴端倒角为2.其他轴肩处圆觉角见图。

5.求轴上的载荷

先作出轴上的受力图以及轴的弯矩图和扭矩图7-2

图7-2

现将计算出的各个截面的M，M和M的值如下：

F=1402NF=1613NF=2761NF=864N

M=86924N

M=103457

M=171182N

M==N

M=M=103457N

T=1.3N

6.按弯扭合成应力校核轴的强度

进行校核时，通常只校核危险截面的强度，从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面A是轴的危险截面。

则根据[2]式15-5及上面的数据，取=0.6轴的计算应力:

=23.7MP

前面选用轴的材料为45钢，调制处理，由[2]表15-1

查得[]=60Mp，，故安全。

7.2II轴的设计计算

由前面的计算得P=5.76KW，n=440，T=1.3N

2.求作用在齿轮上的力

已知中间轴大小齿轮的分度圆直径为d=327.5mmd=108mm

而F=767N

F=F767=279N

同理可解得：

F=10498N，F=F1730N

3.初步确定轴的最小直径

d=A43.0mm

因为轴上应开2个键槽，所以轴径应增大5%-7%故d=45.2mm，又此段轴与轴承装配，故同时选取轴承，因为轴承上承受径向力，故选用深沟球轴承，参照工作条件可选6210其尺寸为：

d=50故d=50mm右端用套筒与齿轮定位，套筒长度取24mm所以l=48mm

4.轴的结构设计

（1）拟定轴上零件的装配方案通过分析比较，装配示意图7-4

图7-4

（2）据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

1）II-III段为高速级大齿轮，由前面可知其宽度为70mm，为了使套筒端面与大齿轮可靠地压紧此轴段应略短于齿轮轮毂宽度。

故取l=64mm，d=56mm。

2）III-IV段为大小齿轮的轴向定位，此段轴长度应由同轴条件计算得l=15mm，d=68mm。

3）IV-V段为低速级小齿轮的轴向定位，由其宽度为113mm可取l=109mm，d=56mm

4）V-VI段为轴承同样选用深沟球轴承6210，左端用套筒与齿轮定位，取套筒长度为24mm则l=48mmd=50mm

（3）轴上零件的周向定位

两齿轮与轴之间的定位均采用平键连接。

按d由[5]P表4-1查得平b,按d得平键截面b=16其与轴的配合均为。

轴承与轴之间的周向定位是用过渡配合实现的，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[2]表15-2取轴端倒角为2.个轴肩处圆觉角见图。

5.求轴上的载荷

先作出轴上的受力图以及轴的弯矩图和扭矩图如图7-4。

现将计算出的各个截面的M，M和M的值如下：

F=719NF=2822NF=4107NF=7158N

M=49611N

M=253980Nmm

M=-283383N

M=-644220N

M==284000N

M==690000N

T=5.6N

6.按弯扭合成应力校核轴的强度

进行校核时，通常只校核危险截面的强度，从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面B和Ⅵ的右侧是轴的危险截面,对该轴进行详细校核，对于截面B则根据[2]式15-5及上面的数据，取=0.6，轴的计算应力

=50.6MP

前面选用轴的材料为45钢，调制处理，由[2]表15-1查得[]=60Mp，。

对于Ⅵ的右侧

由[2]表15-1查得

由[2]表3-8查得

由[2]附图3-4查得

由[2]中和得碳钢的特性系数，取，

故综合系数为

故Ⅵ右侧的安全系数为

>

S=1.5

故该轴在截面Ⅵ的右侧的强度也是足够的。

综上所述该轴安全。

7.3III轴的设计计算

由前面算得P=5.28KW，n=28.6r/min，T=1.76N

已知低速级大齿轮的分度圆直径为d=352mm

而F=10081N

F=F100813669N

d=A62.8mm

同时选取联轴器型号。

联轴器的计算转矩T=K查[2]表14-1取K=1.3.则：

T

按计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件查[5]P表8-7可选用LX4型弹性柱销联轴器。

其公称转矩为2500000N。

半联轴器孔径d=63mm，故取d=63mm半联轴器长度L=142mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度l=132mm。

（1）拟定轴上零件的装配方案通过分析比较，装配示意图7-5

图7-5

1）为满足半联轴器的轴向定位，I-II右端需制出一轴肩故II-III段的直径d=65mm；

左端用轴端挡圈定位取轴端挡圈直径D=65mm。

半联轴器与轴配合的毂孔长为132mm，为保证轴端挡圈只压在联轴器上而不压在轴上，故I-II段长度应比L略短一些，现取l=132mm.

2）II-III段是固定轴承的轴承端盖e=12mm。

据d=65mm和方便拆装可取l=95mm。

3）初选轴承，因为有轴向力故选用深沟球轴承，参照工作要求d=70mm，由轴承目录里初选6214号其尺寸为d=70mm125mm24mm，l=24mm由于右边是轴肩定位，d=82mm，l=98mm，d=88mmmm，l=12mm。

4）取安装齿轮段轴径为d=80mm，已知齿轮宽为108mm取l=104mm。

齿轮右边Ⅶ-Ⅷ段为轴套定位，轴肩高h=6mm则此处d=70mm。

取l=48mm

齿轮，半联轴器与轴之间的定位均采用平键连接。

按d由[5]P表4-1查得平键截面b键槽用键槽铣刀加工长为125mm。

选择半联轴器与轴之间的配合为，同样齿轮与轴的连接用平键22齿轮与轴之间的配合为轴承与轴之间的周向定位是用过渡配合实现的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。

先作出轴上的受力图以及轴的弯矩图和扭矩图如图7-6。

现将计算出各个截面处的M，M和M的值如下：

F=12049NF=2465NF=3309NF=6772N

M=-211990NM=582384N

M==620000N

T=1.76N

图7-6

进行校核时，通常只校核危险截面的强度，从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面A是轴的危险截面，则根据[2]式15-5及上面的数据，取=0.6，轴的计算应力

=24.0MP

8.轴承的寿命计算

8.1I轴上的轴承6208寿命计算

预期寿命：

已知N，

47000h>

44800h

故I轴上的轴承6208在有效期限内安全。

8.2II轴上轴承6210的寿命计算

已知，

20820h<

故II轴上轴承6210须在四年大修时进行更换。

8.3Ⅲ轴上轴承6214的寿命计算

预期寿命：

已知

426472h>

故II轴上的轴承6214满足要求。

9.键连接的校核

9.1I轴上键的强度校核

查表4-5-72得许用挤压应力为

Ⅶ-Ⅷ段键与键槽接触疲劳强度

故此键能安全工作。

Ⅱ-Ⅲ段与键槽接触疲劳强度

故此键能安全工作。

9.2II轴上键的校核

II-III段键与键槽接触疲劳强度

IV-V段与键槽接触疲劳强度

9.3III轴上键的校核

查表4-5-72得许用挤压应力为

I-II段键与键槽接触疲劳强度

Ⅵ-Ⅶ段与键槽接触疲劳强度