高速轴的设计与计算.docx

第二节•高速轴的设计与计算、轴承选择与校核和键的选择与验算高速轴的设计与计算见表7-2表7-2 高速轴的设计与计算计算项目计算过程及说明计算结果1.已知条 件中间轴传递的功率P = 3.17kW，转矩n = 480r/min，齿轮分1 1度圆直径为：d = 62.5mm，齿轮宽度为：b = 75mm1 12.选择轴 的材料因为传递的功率不大，并对重量及结果尺寸五特殊要求， 所以由8-26查得，该轴选用的材料为45号钢，调质处理3.初算轴 的最小直 径由机械设计手册查得C=106~135，考虑到轴端不承受转 矩，只承受少量的弯矩，所以取较小值C=125，贝U：1 P 13 17d — C—125x3； ° mm — 23.45mmmin 3 n 片 4801 1轴与带轮连接，有一个键槽，轴径增大3%〜5%，轴端最 小处直径为d > 23.45 + 23.45 x （0.03 〜0.05） — 24.15 〜24.62mm1取 d — 25mmmin4.轴的结 构设计轴的结构构想如图7-3所示1） 轴承部件的结构设计 为了方便轴承部件的装卸，减速器 的机体采用剖分式结构，该减速器发热小、轴不长，所以轴 承采用两端固定方式。

按轴上零件安装顺序，从轴的最小段 开始设计2） 轴段①轴段①上安装带轮，此段轴的设计要与带轮轮毂 轴孔设计同步进行根据第三步初步计算的结果，考虑到这 段轴径太小，轴承的寿命可能满足不了减速器的预期寿命的 要求，初步确定轴段①的直径为d — 30mm，带轮轮毂的宽度1为（1.5 〜2.0）d — （1.5 〜2.0） x 30mm — 45 〜60mm1结合带轮的结构L尸42〜56mm，取带轮轮毂的宽度为 带轮L* =50mm，轴段①的长度略小于轮毂孔宽度，取L — 48mm 带轮 13） 密封圈与轴段②在确定轴段②的轴径是时，应考虑带计算项目计算过程及说明计算结果4.轴的结 构设计轮的轴向固定及密封圈的尺寸带轮有轴肩定位，轴肩高为h = (0.07 〜0.1)d = (0.07 〜0.1) x 30mm = 2.1〜3mm 轴段②的轴1径d = d + 2x(2.1 ~ 3)mm = 34.1〜36mm，其最终由密封圈确 2 1定，该轴的圆周速度小于3m/s,可用毡圈油圭寸，由机械设计手册选毡圈 35 JB/ZQ 4606—1997，则d = 35mm24) 轴承与轴段③及轴段⑦ 齿轮无轴向力，则选用深沟球轴 承。

轴段③上安装轴承，直径应该与轴承内经系列相符，可 暂取为6208，由机械设计手册查得轴承的内经为D=80mm,宽度B=18mm,内圈定位轴肩为d = 47mm，外圈定位直径a为D = 72mm，在轴上力的作用点与外圈大端面的距离aa = 17mm，所以取轴段③的直径d = 40mm轴承采用脂润 3 3滑，需要用挡油环阻止箱体内润滑油溅入轴承座，为补偿箱 体的铸造误差和安装挡油环，轴承靠近箱体内壁的端面距箱 体内壁距离取A，挡油环的挡油凸缘凸出箱体1〜2mm，挡油环的宽度初定为B = 15mm，贝U1L = B + B = 18 + 15mm = 33mm3 1通常一根轴上的两个轴承型号应相同，则d = 40mm， L = 15 + 18mm = 33mm7 75) 齿轮与轴段⑤ 该段上安装齿轮，为方便齿轮安装，d应5大于d，可初定为d = 42mm，则由表8-31查得该处的截面3 5尺寸为b x h = 12 x 8，轮毂键槽深度为t = 3.3mm，则该处齿1轮上齿根圆与轮毂孔的距离为° df, d * (56.25 42 33)e — _孔 _3 t — ( 3.3) mm2 2 12 2e — 3.825mm < 2.5 x 2.5mm — 6.25mm，所以此轴设计为齿轮 轴，则轴段⑤的轴径可初定为d — 55mm， L — b — 75mm。

5 5 16) 轴段④和轴段⑥的设计这段轴直径可略大于轴承定位计算项目计算过程及说明计算结果4.轴的结 构设计轴肩的直径，则d =d二50mm ,齿轮右端面足!离箱体内壁的4 6里为A，则轴段⑥的长度为L二A + A -B二12 +10- 15mm二 1 6 1 17mm轴段④的长度为L = B +A-A -b -B = 207 +12-104 x 1 1 1一 75 一 15mm = 119mm7）轴段②的长度 该段的长度除了与轴上零件有关外，还与 轴承座宽度及轴承端盖等零件有关，轴承座的宽度为L = 5 + c + c + （5〜8）mm，由表4-1可知，下箱体壁厚1 25 = 0.0251 + 3mm= 0.025x260+3mm= 9.5mm, 5 = 9.5mm>8mm 取25 = 9.5mm， a + a = 168.75 + 260mm = 428.5mm <600mm，取1 2轴承旁连接螺栓为M20，则c = 28mm， c = 24mm，箱体轴1 2承 座宽度 L = 9.5 + 28 + 24 + （5 - 8）mm = 66.5 〜69.5mm，取L=68mm ；可取箱体凸缘连接螺栓为 M16，地脚螺栓为d = M30，则有轴承端盖螺钉为0.4 d = 0.4x 30mm = 12mm，由表8-30得轴承端盖凸缘厚度取为B = 10mm，取端盖与轴d承座间的调整垫片厚度为A = 2mm，端盖连接螺钉查表8-29t米用螺钉GB/T 5781 M8 x 25，为方便不拆卸带轮的条件下， 可以装卸轴承端盖连接螺钉，取带轮凸缘端面距轴承端盖表 面距离K=28mm，带轮米用腹板式，螺钉的拆卸空间足够。

nr B - L贝 U L — L + B + K + A + __带轮-A-B — 68 +10 + 28 + 2 +2 d t 250_50 -12 - 18mm — 78mm2轴上力作用点的距离 轴承反力的作用点距轴承外圈大端面的距离a — 17mm，则由图7-3可得轴的支点间距离为3L 50l — 带轮 + L + a — + 78 + 17mm — 120mm1 2 2 3 2L 751 — L + L +—^ — a — 33 +119 + 17mm — 172.5mm2 3 4 2 3 2计算项目计算过程及说明计算结果4.轴的结 构设计L 75l =—5 + L + L 一a = — + 7 + 33一 17mm = 60.5mm3 2 6 7 3 25.键的选 择带轮与轴段①间米用A型普通平键连接，查表8-31得键的型 号为 8 x 45 GB/T 1096—19906.轴的受 力分析1) 画轴的受力简图 轴的受力简图如图7-4a所示2) 计算轴承支承反力在水平面上为厂 Q(/ + / + / ) - F /R = 1 2 3 1H / + /2 3R _ 902.42 x (120 +172.5 + 60.5) - 734.58 x 60.5 叫 1厂 172.5 + 60.5R = 1176.45N1HR = Q - R - F = 902.42 -1176.45 - 734.58 = -1008.61N 2 H 1H r1式中负号表示与图中所画力的方向相反 在垂直平面上为’ F l 2018.24 x 60.5 “ wR =-^^ — N — 524.05N1v l +1 172.5 + 60.52 3R — F - R — 2018.24 -524.05N —1494.19N2V t1 1V轴承1的总支承反力为R — JR2 + R 2 — J1176.452 + 524.052 N —1287.89N1 V 1H 1V轴承2的总支承反力为R — Jr 2 + R 2 — J1008.612 +1494.192 N —1802.75N 2^2 H 2V3) 画弯矩图 弯矩图如图7-4b、c、d所示 在水平面上，a - a剖面右侧M' — R l —-1008.61x 60.5N - mm —-61020.9N - mm aH 2 H 3a - a剖面左侧为M — M' —-61020.9N - mmaH aHb -b剖面为M —-Ql — -902.42 x120N - mm — 108290.4N - mm bH 1在垂直平面为M —-R l — -524.05 xl72.5N - mm — 90398.63N - mm aV 1V 2合成弯矩，a - a剖面左侧M — Jm 2 + M 2 —J 61020.92 + 90398.632 N - mma aH aV计算项目计算过程及说明计算结果6.轴的受M = 109066.32Nmm力分析aa - a右侧等于a -a 左侧 M' — M — 109066.32N - mma ab -b剖面为M =J M 2+ M 2 J108290.42 + 02 N - mmb bHbVM = 108290.4N - mmb4）画转矩图 转矩图如图7-4e所示，T = 63070N-mm7.校核轴a - a剖面弯矩大，作用有弯矩，其轴径较大，而b - b剖面的强度弯矩也较大，也作用弯矩，所以同时对两个剖面进行校核。

其抗弯截面系数为nd 3n x 553 “ I —W— mm3 —16325.5mm3a 3232nd 3n x 403 “ccW-— mm3 — 6280mm3b 3232抗扭截面系数为nd 3n x 553W —T— mm3 — 32651.1mm3aT 1616nd 3n x403W ——— mm3 — 12560mm3bT 1616弯曲应力为M109066.32 ” “b — a —MPa — 6.68MPaa Wa16325.5M108290.4b ———b — b WbMPa — 17.24MPa6280扭剪应力为T63070 -心T — —— a 'WaTMPa — 1.93MPa32651.1T63070 厂心T ———1—— b WbTMPa — 5.02MPa12560b - b剖面的弯曲应力和扭箭应力都比a - a剖面大，所以b - b剖面为危险截面按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，取折合系数« — 0.6，则计算项目计算过程及说明计算结果7.校核轴 的强度当量应力为c = Jo 2 + 4Qt)2 = J17.242 + 4 x (0.6 x 5.02)2 MPa。