轴的设计计算.docx
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轴的设计计算
第四章：
轴的设计计算第一节：
输入轴的设计
4.1：
输入轴的设计：
4.1.1：
选取轴的材料和热处理方法：
选取轴的材料为45钢，经过调质处理，硬度HB240。
4.1.2
：
初步估算轴的直径：
根据选用材料为45钢，A0的范围为126~103，选取A0值为120，高速轴功率P7.81kW，n500r/min，代入数据：
7.81
dmin120375.080141.85.mm
考虑到轴的外伸端上开有键槽，将计算轴颈增大3%～7%后，取标准直径为45mm。
4.1.3:
输入轴的结构设计：
输入轴系的主要零部件包括一对深沟球轴承，考虑到轴的最小直径为45mm，而差速器的输入齿轮分度圆为70mm，设计输入轴为齿轮轴，且外为了便于轴上零件的装卸，采用阶梯轴结构。
（1）外伸段：
输入轴的外伸段与带轮的从动齿轮键连接，开有键槽，选取直径为45mm，长为78mm。
（2）密封段：
密封段与油封毡圈50JB/ZQ44061997配合，选取密封段长度为60mm，直径为50mm。
（3）齿轮段：
此段加工出轴上齿轮，根据主动轮B70mm，选取此段的长度为
100mm，齿轮两端的轴颈为12.5mm，轴颈直径为63mm。
（4）左右两端轴颈段：
左右两端轴颈跟深沟球轴承6309配合，采用过度配合k6，实现径向定位，根据轴承B25mm,端轴颈直径为60mm，长度左端为30mm和右端为28mm。
（5）退刀槽：
为保证加工到位，和保证装配时相邻零件的端面靠紧，在齿轮段两端轴颈处加工退刀槽，选取槽宽为5mm，槽深为2mm。
（7）倒角：
根据推介值（mm）：
d30~50，C取1.5或1.6。
d50~80，C取2。
输入轴的基本尺寸如下表：
名称
左端轴颈
退刀槽
齿轮段
退刀槽
右端轴颈
密封段
外伸段
长度
（mm）
l130
l25
l3100
l45
l528
l660
l778
直径
（mm）
d155
d251
d363
d451
d555
d650
d745
输入轴的结构图：
4.2：
输入轴的受力分析：
4.2.1：
画出受力简图：
4.2.2：
计算支座反力：
1）作用于齿轮上的圆周力：
Ft2TI2149.174589.85Ntd20.065
2）作用于齿轮上的径向力：
FrFttan20o4589.85tan201491.33N
（3）计算在水平面上的反力：
Fr1491.33
FNV1FNV22r2745.67N
（4）计算在垂直面上的反力：
Ft4389.85
FNH1FNH2t2294.93N
22
4.2.3：
计算弯矩：
（1）计算水平面上的弯矩：
MV1FNV1L1745.6767.5503.33Nm
MV2FNV2L2745.6767.5503.33Nm
MVMV1MV2
（2）计算垂直面上的弯矩：
MH1FNH1L12294.9367.51549.08Nm
MH2FNH2L22294.0367.51549.08Nm
MHMH1MH2
3）计算合成弯矩：
M1MV12MH12503.3321549.0821628.80Nm
1628.80Nm
M2MV22MH22503.3321549.082
MM1M2
4）计算转矩：
5）计算截面当量弯矩：
1632.89Nm
MM2αT21628.8020.6149.172
取应力校正系数0.6
6）绘制输入轴的载荷分析图：
4.3：
判断危险截面和校核：
4.3.1：
判断危险截面：
如上计算所得：
危险截面位于安装齿轮的位置。
4.3.2按弯扭合成强度校核：
根据轴是单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取0.6，轴
的计算应力为：
M2（T）2
W
16288002（0.6149170）20.165359.40MPa
式中：
M——轴所受的弯矩，Nmm；
T——轴所受的扭矩，Nmm；
W0.1d3；MPa。
60MPa。
因
W——抗弯截面系数，mm2，根据截面形状，取[1]——对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表得[1]此ca[1]，故安全。
第二节：
输出轴的设计
4.1：
输出轴的设计：
4.1.1：
选取轴的材料和热处理方法：
选取轴的材料为45钢，经过调质处理，硬度HB240
4.1.2：
计初步估算轴的直径：
dminA03
根据选用材料为45钢，A0的范围为126~103，选取A0值为110，低速轴功率P7.74kW，n100r/min，
代入数据：
7.74dmin110346.88mmmin100
考虑到轴的外伸端上开有键槽，将计算轴颈加大3%～7%后，取标准
直径为50mm。
4.1.3:
输出轴的结构设计：
输出轴系的主要零部件包括一对深沟球轴承，直齿圆柱齿轮和联轴器
等，为了便于轴上零件的装卸，采用阶梯轴结构。
（1）外伸段：
设计外伸段与LT9型弹性柱销连轴器配合，以过盈配合作径向定位，
且外联轴器的一侧采用轴肩作轴向定位，选取外伸段长为68mm，直径为50mm。
（2）密封段：
设计密封段与油封毡圈55JB/ZQ44061997配合，选取密封段直径
长度为48mm，直径为55mm。
（3）轴肩段：
轴肩与轴承和从动齿轮作轴向定位，选取轴肩段长为30mm，直径为
72mm。
（4）左右两端轴颈段：
左右两端轴颈与6412深沟球轴承配合，轴承内圈与轴承采用过度配合k6，实现径向定位，根据轴承B35mm,端轴颈直径为60mm，长度左端为35mm和右段为75mm。
（5）齿轮配合段：
此段开有键槽，采用圆头普通平键与减速器的从动配合，根据设计的直齿齿轮的齿宽为70mm，为使装配紧实，设计配合段长度为64mm，
直径为68mm。
（6）退刀槽：
为保证加工到位，和保证装配时相邻零件的端面靠紧，在轴肩和右端轴颈处加工退刀槽，选取槽宽为3mm，槽深为2mm。
（8）倒角：
根据推介值（mm）：
d30~50，C取1.5或1.6。
d50~80，C取2。
输出轴的基本尺寸如下表：
名称
左端
齿轮配
轴肩段
退刀槽
右端
密封段
外伸段
轴颈
合段
轴颈
长度
（mm）
l175
l268
l330
l43
l532
l648
l768
直径
d160
d264
d372
d456
d560
d655
d750
（mm）
输入轴的结构图：
4.2：
输出轴的受力分析：
4.2.1：
画出受力简图：
4.2.2：
计算支座反力：
（1）作用于齿轮上的圆周力：
Ft
2TII
d2
2739.17
0.064
2309.91N
2）
作用于齿轮上的径向力：
FrFttan20o2309.9tan20840.74N
3）
计算在水平面上的反力：
FNV1
FrL2
840.7481.5
447.85N
153
FrL1
FNV2L
840.7471.5
392.89N
153
4）
计算在垂直面上的反力：
4.2.3
2309.9181.5
FtL2
FNH1L
1230.44N
153
2309.9171.5
FtL1
FNH2L
：
计算弯矩：
153
1079.47N
1）计算水平面上的弯矩：
MV1FNV1L1447.8571.5320.21Nm
MV2FNV2L2392.8981.5320.21Nm
MVMV1MV2
2）计算垂直面上的弯矩：
MH1FNH1L11230.4471.5879.76Nm
MH2FNH2L21079.4781.5879.77Nm
MHMH1MH2
3）计算合成弯矩：
M1MV12MH12320.212879.772936.22Nm
M2MV22MH22320.212879.772936.23Nm
MM1M2
（4）计算转矩：
PII95507.74
T9550II739.17Nm
nII100
（6）计算截面当量弯矩：
MM2αT2936.2220.6739.1721035.95Nm
取应力校正系数0.6。
（7）绘制输出轴的载荷分析图：
4.3：
判断危险截面和校核：
4.3.1：
判断危险截面：
如上计算所得：
危险截面位于安装齿轮的位置。
4.3.2：
按弯扭合成强度校核：
根据轴是单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取0.6，轴
的计算应力为：
M2（T）2
W
9362202（0.6739170）20.164335.71MPa
式中：
M——轴所受的弯矩，Nmm；
T——轴所受的扭矩，Nmm；
W——抗弯截面系数，mm2，根据截面形状，近似计算可忽略键槽，取W0.1d3；
[1]——对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，MPa。
前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表得[1]60MPa。
因此ca[1]，故安全。
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