轴的设计计算.docx

1、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 HB 240。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 P 7.81kW ， n 500r / min ， 代入数据：7.81dmin 120 3 75.0801 41.85.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

2、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/ ZQ4406 1997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 B 70mm ，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

3、 B 25mm, 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）：d 30 50，C取1.5或1.6。d 50 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）l1 30l 2 5l3 100l 4 5l5 28l6 60l 7 78直径（mm）d1 55d 2 51d3 63d 4 51d5 55d6 50d 7 45输入轴的结构图：4.2：输入轴

4、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 2TI 2 149.17 4589.85N t d2 0.0652）作用于齿轮上的径向力：Fr Ft tan 20o 4589.85 tan20 1491.33N（3）计算在水平面上的反力：Fr 1491.33FNV1 FNV 2 2r 2 745.67N（4）计算在垂直面上的反力：Ft 4389.85FNH1 FNH 2 t 2294.93N224.2.3：计算弯矩：（1）计算水平面上的弯矩：MV1 FNV 1 L1 745.67 67.5 503.33N mM V 2 FNV 2 L2 745.

5、67 67.5 503.33N mMV MV1 MV 2（2）计算垂直面上的弯矩：M H1 FNH1 L1 2294.93 67.5 1549.08N mMH 2 FNH2 L2 2294.03 67.5 1549.08N mMH M H1 M H23）计算合成弯矩：M1 MV12 M H12 503.332 1549.082 1628.80N m1628.80N mM 2 MV22 M H22 503.332 1549.082M M1 M 24）计算转矩：5）计算截面当量弯矩：1632.89N mM M 2 T2 1628.802 0.6 149.17 2取应力校正系数 0.66）绘制输入轴

6、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：M 2 ( T )2W16288002 (0.6 149170) 2 0.1 653 59.40MPa式中 ： M 轴所受的弯矩， N mm ；T 轴所受的扭矩， N mm ；W 0.1d3 ； 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

7、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 HB 2404.1.2：计初步估算轴的直径：dmin A0 3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 P 7.74kW ， n 100r / min ，代入数据：7.74 dmin 110 3 46.88mm min 100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

8、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/ ZQ4406 1997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 B 35mm, 端轴颈直径为 60mm，长 度左端为 35m

9、m 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）：d 30 50，C取1.5或1.6。d 50 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）l1 75l 2 68l3 30l 4 3l5 32l6 48l 7 68直径d

10、1 60d2 64d3 72d4 56d5 60d 6 55d 7 50（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：Ft2TIId22 739.170.0642309.91N2)作用于齿轮上的径向力：Fr Ft tan 20o 2309.9 tan20 840.74N3)计算在水平面上的反力：FNV1FrL2840.74 81.5447.85N153FrL1FNV 2 L840.74 71.5392.89N1534)计算在垂直面上的反力：4.2.32309.91 81.5FtL2FNH 1 L1230.44N

11、1532309.91 71.5FtL1FNH 2 L：计算弯矩：1531079.47N1)计算水平面上的弯矩：M V1 FNV1 L1 447.85 71.5 320.21N mMV 2 FNV2 L2 392.89 81.5 320.21N mMV MV1 MV 22）计算垂直面上的弯矩：M H1 FNH 1 L1 1230.44 71.5 879.76N mM H 2 FNH 2 L2 1079.47 81.5 879.77N mMH M H1 M H23)计算合成弯矩：M1 MV12 M H12 320.212 879.772 936.22N mM2 MV22 M H22 320.212

12、 879.772 936.23N mM M1 M 2（4）计算转矩：PII 9550 7.74T 9550 II 739.17N mnII 100（6）计算截面当量弯矩：M M 2 T2 936.222 0.6 739.17 2 1035.95N m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：M 2 ( T )2W9362202 (0.6 739170) 2 0.1 643 35.71MPa式中 ： M 轴所受的弯矩， N mm ；T 轴所受的扭矩， N mm ；W 抗弯截面系数， mm2 ，根据截面形状，近似计算可忽 略键槽，取 W 0.1d3 ； 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。