低速轴的设计计算.docx

1、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 = 8.95 kw n2 = 183 r/min T2 = 467300 N1.作用在齿轮上的力齿轮节圆直径d2 = 270 mm径向力 Fr = Ft tan a= 3462 xtan20 = 1260 N2.初定轴的最小直径dminP2（机械设计P370式（15-2）轴材料选45钢，调质处理查表确定A0110 （机械设计P370表15-3 ）则 d Aq3.p2 11040.2mm单键槽轴径应增大 5% 7%即增大至42.2 43.0mm所以 dmin 42.2 43.0mm3. 选择低速轴的联轴器计算联轴器的转矩Tea

2、 Tea Ka T查表得工作情况系数 Ka 1.5（机械设计P351表14-1Tca Ka T 1.5 467300700950N mm选择弹性柱销联轴器，按 TTea 700950N mm, nd dmin 查表 GB/T5014-1985（机械设计课程设计指导手册183r min ,P133 表 15-5 )选用 HL4 型弹性联轴器 T 125000ON mm , n 4000r min。 半联轴器长度 L L 112mm与轴配合毂孔长度 L| L| 84mm半联轴器孔径d2 d2 45mm4. 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di

3、45mm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Li 82mm（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 （0.070.1）d （机械设计课程设计手册P17 表 1-31 ）所以 h 3.2 4.5mm，则 dH d 2h 51.454mm,所以 II轴直径应选du 52mm（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 fp 1.0 1.2（机械设计P321表13-6 ）取f p 1.2代入式子（ 机械设计P320式（13-9a ）得当

4、量动载荷 P fpFr 1.2 1260N 1512N基本额定动载荷 C P 6 （机械设计P319式（13-6 ）V 10查书得球轴承 3 （机械设计P319），60呻 1512 360 183 30000 N10610.442KN查表得Lh 30000h （机械设计P318表13-3）参照工作要求并根据 du 52mm，由轴承产品目录中初步选取 61911查手册知轴承可选Cr 15.9KN（4） 轴承的校核因为轴承不受轴向力，所以Y 0仍成立，则P 1500N验算61911轴承的寿命Lh6 3 6 3卫 10 15900 105909 h 30000h60n P 60 183 1512所以

5、61911轴承满足要求61911轴承尺寸d D B55 80 13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30 20mm 50mmdm 55mm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 L III 13 8 16 4mm 41mm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 LIV 66mm取齿轮安装直径为 dIV 6

6、0mm（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 h 4.2 6mm ，则取 h 5mm则 dV dIV 2h 70mm轴环长度b 1.4h，取Lv 10mm（8） VII 段轴尺寸轴承固定在 VII 轴上所以取 L VII 15mm dVII 55mm（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 L VI 16 10 8mm 14mm因 为 右 边 轴 承 的 左 端 通 过 轴 肩 固 定 ， 轴 肩 的 高

7、 度 应 满 足 h （0.07 0.1）dh 3.85 5.5mm，轴肩应小于轴承内圈外径，则取 h 3mm则dvi dvii 2h5. 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14 9 70选用配合为H 716齿轮选用键型号为 b h L18 1156选用配合为H 7n6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 m66. 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270

8、nm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 = T2467.3N m支座反力FnhbF NHDE 1731N，2F NVBF NVDFr匚 630N2C节面处M hF NVB 1630 59N mm 37170N mmMvF NHB 11731 59N mm 102129N mm所以C节面为弯矩最大截面M mH v1021292 371702N mm 108683N mmmillll 川 11丨11山|42.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

9、， 根据机械设计P373式（15-5）JM 2 T 2 J1086832 0.6 467300 2取 0.6， ca W0.1 60313.9MPa45钢调质处理，由表查得1 60MPa （机械设计 P362表15-1）ca 1 ,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a b只受扭矩作用，e f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

10、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W 0.1d3 0.1 603 21600mm3Wt 0.2d3 0.2 603 43200mm359 31M 108683N mm 51578N mm59截面左侧弯曲应力截面左侧扭转切应力M51578b MPa2.39MPaW21600T467300t WtMPa10.82MPa43200平均应力10 82宁丁 MPa测沁，m 0应力幅a b 2.39MPa5.41MPa查材料的力学性能45钢调质查表（ 机械设计P362表15-1 ）B 640MPa， 1 275MPa， 1 155MPa轴肩理论应力集中系数 -0.036，D 色 1

11、.091查表（机械设计P40附表d 55 d 55材料的敏感系数由 r 2mm，640MPa 查图（机械设计P41附图3-1 ）3-2 ）并经插值计算 2.00 1.28并经插值得q 0.82，q 0.85有效应力集中系数k1q11 0.822 11.82k1q11 0.851.2811.24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B640MPa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1.820.

12、671.240.810.1 0.20.05 0.10.910.91 2.831 1.640.10.052.832752.39寸 4461551.64 5.441 0.05 5.44116.86弯扭联合作用下的计算安全系数44.6616.8615.7844.662 16.862设计安全系数材料均匀，载荷与应力计算精确时:S 1.31.5取 S 1.5疲劳强度安全系数校核 Sca S 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W 0.1d30.1 60321600mm3抗扭截面系数Wt 0.2d30.2 60343200mm3截面左侧弯矩59 3159108683Nmm 51578N

13、 mm截面左侧弯曲应力M 51578MPaW 216002.39MPa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Wtmax467300 MPa 10.82MPa43200min 1082 MPa 5.41MPa， m 0 2 2b 2.39MPam 5.41MPa45钢调质查表（ 机械设计P362表15-1 ）B 640MPa， 1 275MPa， 1 155MPa查表（机械设计P43附表3-8 ）并经插值得k 小“ k k3.16，并取 0.8 2.53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:3.160.91 3.272.5310.91 2.640.1 0.20.10.050.05 0.1仅有弯曲正应力时计算安全系数2753.27 2.39 0.1 0 35.19仅有扭转切应力时计算安全系数10.65 m 2.64 5.41 0.05 5.41弯 扭 联 合 作下 的 计 算 安 全S SS2 s235.19 10.6535.192 10.65210.19 S 1.5疲劳强度安全系数校核 Sca S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。