低速轴的设计计算.docx

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低速轴的设计计算

轴的设计计算

低速轴的设计

轴的尺寸设计

mm

低速轴P2=8.95kwn2=183r/minT2=467300N

1.作用在齿轮上的力

齿轮节圆直径d2=270mm

径向力Fr=Fttana=3462xtan20=1260N

2.初定轴的最小直径dmin

P2

（《机械设计》P370式（15-2））

轴材料选45

钢，调质处理

查表确定A0

110（《机械设计》P370表15-3）

则dAq3

.p2110

40.2mm

单键槽轴径应增大5%~7%即增大至42.2~43.0mm

所以dmin42.2~43.0mm

3.选择低速轴的联轴器

计算联轴器的转矩TeaTeaKaT

查表得工作情况系数Ka1.5（《机械设计》P351表14-1

TcaKaT1.5467300

700950Nmm

选择弹性柱销联轴器，按T

Tea700950Nmm,n

ddmin查表GB/T5014-1985

（《机械设计课程设计指导手册》

183rmin,

P133表15-5）

选用HL4型弹性联轴器T125000ONmm,n4000rmin。

半联轴器长度LL112mm

与轴配合毂孔长度L|L|84mm

半联轴器孔径d2d245mm

4.轴的结构设计

（1）设计I段轴的结构

I段轴直径应与联轴器孔径相同，所以I段轴直径选取di45mm

因为联轴器左端由轴端挡圈固定，为保证挡圈只压在半联轴器上而不压在轴上，所以使i段

轴长度略小于联轴器与轴配合毂孔长度L!

，则选Li82mm

（2）设计II段轴的结构

因为小链轮右端通过轴肩固定，而轴肩的高度应满足h（0.07~0.1）d（《机械设计课程设

计手册》P17表1-31）所以h3.2~4.5mm，则dHd]2h51.4~54mm,所以II

轴直径应选du52mm

（3）初选滚动轴承

因为齿轮无轴向力，所以轴承不受轴向力，可选深沟球轴承。

查表得fp1.0~1.2（《机

械设计》P321表13-6）取fp1.2

代入式子（《机械设计》P320式（13-9a））

得当量动载荷PfpFr1.21260N1512N

基本额定动载荷CP6（《机械设计》P319式（13-6））

V10

查书得球轴承3（《机械设计》P319），

60呻15123

6018330000N

106

10.442KN

查表得Lh30000h（《机械设计》P318表13-3）

参照工作要求并根据du52mm，由轴承产品目录中初步选取61911

查手册知轴承可选Cr15.9KN

（4）轴承的校核

因为轴承不受轴向力，所以

Y0仍成立，则P1500N

验算61911轴承的寿命Lh

6363

卫®1015900105909h30000h

60nP601831512

所以61911轴承满足要求

61911轴承尺寸dDB

558013

查表知该轴承应选择脂润滑。

（5）II段轴的长度为便于轴承盖的拆卸及对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外断面与联轴器右端面距离为30mm轴承盖宽度为20mm所以—3020mm50mm

dm55mm考虑箱体的铸造误差，使轴承与箱体内表面距离为8mm

箱体内表面与齿轮间距为16mm,为使套筒端面可靠的压紧轴承，使IV轴略短于齿轮4mm

所以LIII138164mm41mm

箱体壁厚为29mm（8+13+8）

（6）IV轴尺寸

IV轴长度短于齿轮齿宽4mm，则LIV66mm

取齿轮安装直径为dIV60mm

（7）V段轴尺寸

因为齿轮右端通过轴肩固定

轴肩的高度应满足h（0.07~0.1）d（《机械设计课程设计手册》P17表1-31）所以h4.2~6mm，则取h5mm

则dVdIV2h70mm

轴环长度b1.4h，取Lv10mm

（8）VII段轴尺寸

轴承固定在VII轴上

所以取LVII15mmdVII55mm

（9）VI段轴的尺寸

8mm

所以

61mm

箱体内表面与齿轮间距为16mm,考虑箱体的铸造误差，使轴承与箱体内表面距离为

所以LVI16108mm14mm

因为右边轴承的左端通过轴肩固定，轴肩的高度应满足h（0.07~0.1）d

h3.85~5.5mm，轴肩应小于轴承内圈外径，则取h3mm则dvidvii2h

5.轴上零件的轴向定位

齿轮、联轴器与轴的轴向定位均采用平键连接。

查表6-1得两键尺寸如下

联轴器选用键型号为

14970选用配合为

H7

16

齿轮选用键型号为bhL

1811

56选用配合为

H7

n6

滚动轴承与轴的轴向定位由过渡配合保证，故选轴的直径尺寸公差为m6

6.

参考《机械设计课程设计手册》

P16表1-27取轴两端倒角为C2圆角均为

R2

确定轴上圆角与倒角尺寸

二、轴的校核

1.求轴上的载荷根据轴的结构图做出计算简图如下图，各部分长度如图所示

270nm

由上面计算知圆周力F=3462N，径向力Fr=1260N齿轮节圆直径d?

=

轴BD端扭矩为

T=T2

467.3Nm

支座反力Fnhb

FNHD

E1731N，

2

FNVB

FNVD

Fr

匚630N

2

C节面处Mh

FNVB1

63059Nmm37170Nmm

Mv

FNHB1

173159Nmm102129Nmm

所以C节面为弯矩最大截面

MmHv'1021292371702Nmm108683Nmm

millll川11丨1〕1山|4

2.弯矩合成强度校核

通常只校核轴上受最大弯矩和最大扭矩的截面强度，即

C截面强度。

考虑启动，停机影响，单向循环，扭矩为脉动循环变应力，根据《机械设计》P373式（15-5）

JM2T2J10868320.64673002

取0.6，caW

0.1603

13.9MPa

45钢调质处理，由表查得

160MPa（《机械设计》P362表15-1）

ca1,所以轴弯矩合成强度满足要求

3.疲劳强度安全系数校核

1）判断危险截面

截面ab只受扭矩作用，ef面只受弯矩作用，所以均不是最大危险截面，而

e截面比c

截面直径大，所以最大危险截面只可能在c截面或齿轮中间对称面g,虽然g面所受的

弯矩最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端）且该处轴直径较大,

抗弯截面系数

抗扭截面系数

截面左侧弯矩

故最大危险截面为c截面。

所以只需校核c截面两侧即可。

2）截面左侧截面校核

W0.1d30.160321600mm3

Wt0.2d30.260343200mm3

5931

M108683Nmm51578Nmm

59

截面左侧弯曲应力

截面左侧扭转切应力

M

51578

b

MPa

2.39MPa

W

21600

T

467300

tWt

MPa

10.82MPa

43200

平均应力

1082

宁丁MPa测沁，m0

应力幅

ab2.39MPa

5.41MPa

查材料的力学性能

45钢调质查表（《机械设计》P362表15-1）

B640MPa，1275MPa，1155MPa

轴肩理论应力集中系数-—0.036，D色1.091查表（《机械设计》P40附表

d55d55

材料的敏感系数

由r2mm，

640MPa查图（

《机械设计》P41附图3-1）

3-2）并经插值计算2.001.28

并经插值得q0.82，q0.85

有效应力集中系数

k

1

q

1

10.82

21

1.82

k

1

q

1

10.85

1.28

1

1.24

尺寸及截面形状系数

杳图

（

《机械设计》

P42附图

3-2）

得

0.67

扭转剪切尺寸系数

杳图

（

《机械设计》

P43附图

3-3）

得

0.81

表面质量系数

轴按磨削加工，由B

640MPa查图（《机械设计》P44附图3-4

表面强化系数

疲劳强度综合影响系数

等效系数

0.9

轴未经表面强化处理

45

钢:

仅有弯曲正应力时计算安全系数

1.82

0.67

1.24

0.81

0.1~0.2

0.05~0.1

0.9

1

0.9

12.83

11.64

0.1

0.05

2.83

275

2.39

寸44^6

155

1.645.4410.055.441

16.86

弯扭联合作用下的计算安全系数

44.66

16.86

15.78

44.66216.862

设计安全系数

材料均匀，载荷与应力计算精确时:

S1.3~1.5取S1.5

疲劳强度安全系数校核ScaS所以左侧疲劳强度合格

3）截面右侧疲劳强度校核

抗弯截面系数

W0.1d3

0.1603

21600mm3

抗扭截面系数

Wt0.2d3

0.2603

43200mm3

截面左侧弯矩

5931

59

108683N

mm51578Nmm

截面左侧弯曲应力

M51578

MPa

W21600

2.39MPa

截面左侧扭转切应力

平均应力

应力幅

查材料的力学性能

过盈配合处的

Wt

max

467300MPa10.82MPa

43200

min1082MPa5.41MPa，m022

b2.39MPa

m5.41MPa

45钢调质查表（《机械设计》P362表15-1）

B640MPa，1275MPa，1155MPa

查表（《机械设计》P43附表3-8）并经插值得

k小“…kk

3.16，并取0.82.53

表面质量系数

轴按磨削加工，由

640MPa查图（《机械设计》P44附图3-4）

表面强化系数

疲劳强度综合影响系数

等效系数

0.9

轴未经表面强化处理

45

钢:

3.16

0.9

13.27

2.53

1

0.9

12.64

0.1~0.2

0.1

0.05

0.05~0.1

仅有弯曲正应力时计算安全系数

275

3.272.390.1035.19

仅有扭转切应力时计算安全系数

10.65m2.645.410.055.41

弯扭联合作

下的计算安全

SS

S2s2

35.1910.65

35.19210.652

10.19S1.5

疲劳强度安全系数校核ScaS右侧疲劳强度合格

4.故轴在c截面两侧均满足强度要求，即整根轴均满足强度要求。