軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核

1、一、軸的分類按承受的載荷不同, 軸可分為：轉(zhuǎn)軸工作時(shí)既承受彎矩又承受扭矩的軸。如減速器中的軸。虛擬現(xiàn)實(shí)。心軸工作時(shí)僅承受彎矩的軸。按工作時(shí)軸是否轉(zhuǎn)動(dòng)，心軸又可分為：轉(zhuǎn)動(dòng)心軸工作時(shí)軸承受彎矩，且軸轉(zhuǎn)動(dòng)。如火車輪軸。固定心軸工作時(shí)軸承受彎矩，且軸固定。如自行車軸。虛擬現(xiàn)實(shí)。傳動(dòng)軸工作時(shí)僅承受扭矩的軸。如汽車變速箱至后橋的傳動(dòng)軸。 固定心軸 轉(zhuǎn)動(dòng)心軸 轉(zhuǎn)軸 傳動(dòng)軸 二、軸的材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造尤為廣泛，其中最常用的是

2、45號(hào)鋼。合金鋼比碳鋼具有更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動(dòng)力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。必須指出：在一般工作溫度下（低于200），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時(shí)，所根據(jù)的是強(qiáng)度與耐磨性，而不是軸的彎曲或扭轉(zhuǎn)剛度。但也應(yīng)當(dāng)注意，在既定條件下，有時(shí)也可以選擇強(qiáng)度較低的鋼材，而用適當(dāng)增大軸的截面面積的辦法來提高軸的剛度。各種熱處理（如高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等）以及表面強(qiáng)化處理（如噴丸、滾壓等），對(duì)提高軸的抗疲勞強(qiáng)度都有著顯著的效果。高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵容易作成復(fù)雜的形狀，

3、且具有價(jià)廉，良好的吸振性和耐磨性，以及對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點(diǎn)，可用于制造外形復(fù)雜的軸。軸的常用材料及其主要力學(xué)性能見表。三、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時(shí)，必須針對(duì)不同情況進(jìn)行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有

4、良好的制造工藝性等。下面討論軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)主要問題。擬定軸上零件的裝配方案 各軸段直徑和長度的確定 軸上零件的定位 提高軸的強(qiáng)度的常用措施 軸的結(jié)構(gòu)工藝性 軸上零件的定位為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軸上零件除了有游動(dòng)或空轉(zhuǎn)的要求者外，都必須進(jìn)行必要的軸向和周向定位，以保證其正確的工作位置。 零件的軸向定位軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、圓螺母、軸端擋圈和軸承端蓋等來保證的。 軸肩分為定位軸肩和非定位軸肩兩類，利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但采用軸肩就必然會(huì)使軸的直徑加大，而且軸肩處將因截面突變而引起應(yīng)力集中。另外，軸肩過多時(shí)也不利于加工。因此，軸肩定位多用于軸向

5、力較大的場合。定位軸肩的高度h一般取為h=（0.070.1）d，d為與零件相配處的軸徑尺寸。滾動(dòng)軸承的定位軸肩高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的高度，以便拆卸軸承，軸肩的高度可查手冊(cè)中軸承的安裝尺寸。為了使零件能靠緊軸肩而得到準(zhǔn)確可靠的定位，軸肩處的過渡圓角半徑r必須小于與之相配的零件轂孔端部的圓角半徑R或倒角尺寸C。軸和零件上的倒角和圓角尺寸的常用范圍見下表。非定位軸肩是為了加工和裝配方便而設(shè)置的，其高度沒有嚴(yán)格的規(guī)定，一般取為12mm。 零件倒角C與圓角半徑R的推薦值（mm） 直徑d610101818303050508080120120180C或R0.50.60.81.01.21.62.02.53

6、.0 套筒定位結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠，軸上不需開槽鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強(qiáng)度，一般用于軸上兩個(gè)零件之間的定位。如兩零件的間距較大時(shí)，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的質(zhì)量及材料用量。因套筒與軸的配合較松，如軸的轉(zhuǎn)速較高時(shí)，也不宜采用套筒定位。 圓螺母定位可承受大的軸向力，但軸上螺紋處有較大的應(yīng)力集中，會(huì)降低軸的疲勞強(qiáng)度，故一般用于固定軸端的零件，有雙圓螺母和圓螺母與止動(dòng)墊片兩種型式。當(dāng)軸上兩零件間距離較大不宜使用套筒定位時(shí)，也常采用圓螺母定位。 軸端擋圈適用于固定軸端零件，可以承受較大的軸向力。 軸承端蓋用螺釘或榫槽與箱體聯(lián)接而使?jié)L動(dòng)軸承的外圈得到軸向定位。在一般情況下，整個(gè)軸的軸向定位

7、也常利用軸承端蓋來實(shí)現(xiàn)。利用彈性擋圈緊定螺釘及鎖緊擋圈等進(jìn)行軸向定位，只適用于零件上的軸向力不大之處。緊定螺釘和鎖緊擋圈常用于光軸上零件的定位。此外，對(duì)于承受沖擊載荷和同心度要求較高的軸端零件，也可采用圓錐面定位。各軸段直徑和長度的確定零件在軸上的定位和裝拆方案確定后，軸的形狀便大體確定。各軸段所需的直徑與軸上的載荷大小有關(guān)。初步確定軸的直徑時(shí)，通常還不知道支反力的作用點(diǎn)，不能決定彎矩的大小與分布情況，因而還不能按軸所受的具體載荷及其引起的應(yīng)力來確定軸的直徑。但在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)前，通常已能求得軸所受的扭矩。因此，可按軸所受的扭矩初步估算軸所需的直徑。將初步求出的直徑作為承受扭矩的軸段的最小直徑d

8、min，然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從dmin處起逐一確定各段軸的直徑。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，軸的直徑亦可憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)取定，或參考同類機(jī)械用類比的方法確定。有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。安裝標(biāo)準(zhǔn)件（如滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器、密封圈等）部位的軸徑，應(yīng)取為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值及所選配合的公差。為了使齒輪、軸承等有配合要求的零件裝拆方便，并減少配合表面的擦傷，在配合軸段前應(yīng)采用較小的直徑。為了使與軸作過盈配合的零件易于裝配，相配軸段的壓入端應(yīng)制出錐度；或在同一軸段的兩個(gè)部位上采用不同的尺寸公差。確定各軸段長度時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)還要保證零件所需的裝配或調(diào)整空間。軸的各段長度主要是根據(jù)各零件與軸

9、配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙來確定的。為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合部分的軸段長度一般應(yīng)比輪轂長度短23mm。提高軸的強(qiáng)度的常用措施合理布置軸上零件以減小軸的載荷 為了減小軸所承受的彎矩，傳動(dòng)件應(yīng)盡量靠近軸承，并盡可能不采用懸臂的支承形式，力求縮短支承跨距及懸臂長度等。下圖中a)方案較b)方案優(yōu)。 當(dāng)轉(zhuǎn)矩由一個(gè)傳動(dòng)件輸入,再由幾個(gè)傳動(dòng)件輸出時(shí),為了減小軸上扭矩,應(yīng)將輸入件放在中間,而不要置于一端。下圖中，輸入扭矩為T1=T2+T3+T4,按圖a布置時(shí)，軸所受的最大扭矩為T2+T3+T4，若改為圖b布置時(shí)，軸所受的最大扭矩減小為T3+T4。 改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集

10、中的影響 軸通常是在變應(yīng)力條件下工作的,軸的截面尺寸發(fā)生突變處要產(chǎn)生應(yīng)力集中,軸的疲勞破壞往往在此發(fā)生。為了提高軸的疲勞強(qiáng)度，應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中源和降低應(yīng)力集中程度。為此軸肩處應(yīng)采用較大的過渡圓角半徑r來降低應(yīng)力集中。但對(duì)定位軸肩，還必須保證零件得到可靠的定位。當(dāng)靠軸肩定位的零件的圓角半徑很小時(shí)，為了增大軸肩處的圓角半徑，可采用內(nèi)凹圓角或加裝隔離環(huán)。 用盤狀銑刀加工的鍵槽比用鍵槽銑刀加工的鍵槽在過渡處對(duì)軸的截面削弱較為平緩，因而應(yīng)力集中較小；漸開線花鍵比矩形花鍵在齒根處的應(yīng)力集中小，在作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮；由于切制螺紋處的應(yīng)力集中較大，故應(yīng)盡量避免在軸上受載較大的區(qū)段切制螺紋。當(dāng)軸與輪轂

11、為過盈配合時(shí),配合邊緣處會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。為了減小應(yīng)力集中，可在輪轂上或軸上開卸載槽；或者加大配合部分的直徑。由于配合的過盈量愈大，引起的應(yīng)力集中也愈嚴(yán)重，因而在設(shè)計(jì)中應(yīng)合理選擇零件與軸的配合。改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)以減小軸的載荷 通過改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)也可減小軸上的載荷。下圖的兩種結(jié)構(gòu)中b)方案(雙聯(lián))均優(yōu)于a)方案(分裝)，因?yàn)閍)方案中軸既受彎矩又受扭矩，而b)方案中軸只受扭矩。改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強(qiáng)度 軸的表面粗糙度和表面強(qiáng)化處理方法也會(huì)對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生影響。軸的表面愈粗糙，疲勞強(qiáng)度也愈低。因此，應(yīng)合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度值。當(dāng)采用對(duì)應(yīng)力集中甚為敏感的高強(qiáng)度材料

12、制作軸時(shí)，表面質(zhì)量尤應(yīng)予以注意。表面強(qiáng)化處理的方法有：表面高頻淬火等熱處理；表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)熱處理；碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理。通過碾壓、噴丸進(jìn)行表面強(qiáng)化處理時(shí)可使軸的表層產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，從而提高軸的抗疲勞能力。軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)工藝性是指軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于加工和裝配軸上零件，并且生產(chǎn)率高，成本低。一般地說,軸的結(jié)構(gòu)越簡單,工藝性越好。因此,在滿足使用要求的前提下,軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)盡量簡化。為了便于裝配零件并去掉毛刺，軸端應(yīng)制出45°的倒角；需要磨削加工的軸段，應(yīng)留有砂輪越程槽；需要切制螺紋的軸段，應(yīng)留有退刀槽。它們的尺寸可參看標(biāo)準(zhǔn)或手冊(cè)。為了減少裝夾工件的時(shí)間，在同一軸上，不同

13、軸段的鍵槽應(yīng)布置（或投影）在軸的同一母線上。為了減少加工刀具種類和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，軸上直徑相近的圓角、倒角、鍵槽寬度、砂輪越程槽寬度和退刀槽寬度等應(yīng)盡可能采用相同的尺寸。通過上面的討論可以進(jìn)一步明確，軸上零件的裝配方案對(duì)軸的結(jié)構(gòu)形式起著決定性的作用。現(xiàn)以圓錐圓柱齒輪減速器輸出軸的兩種裝配方案為例進(jìn)行對(duì)比，顯然，第二種方案較第一種方案多了一個(gè)用于軸向定位的長套筒，使機(jī)器零件增多，質(zhì)量增大，故不如第一種方案好。 圖一軸的計(jì)算軸的計(jì)算通常都是在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后進(jìn)行校核計(jì)算，計(jì)算準(zhǔn)則是滿足軸的強(qiáng)度和剛度要求。（1） 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)

14、算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。 對(duì)于僅僅承受扭矩的軸(傳動(dòng)軸),應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算； 對(duì)于只承受彎矩的軸（心軸），應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算； 對(duì)于既承受彎矩又承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算，需要時(shí)還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核。 此外，對(duì)于瞬時(shí)過載很大或應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過量的塑性變形。下面介紹幾種常用的計(jì)算方法： 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算。 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算。 按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核。 按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核。1. 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算該方法只按軸所受的扭矩來計(jì)算軸的強(qiáng)度，如果軸還受有不大的彎矩，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的方法

15、予以考慮。在作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常用這種方法初步估算軸徑。對(duì)于不大重要的軸，也可作為最后計(jì)算結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：式中：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；T軸所受的扭矩，N·mm； WT軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)，m；n軸的轉(zhuǎn)速，r/min；P軸傳遞的功率,kW；d計(jì)算截面處軸的直徑，mm；許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa，見下表；軸常用幾種材料的T及A0值軸的材料Q235-A、20Q275、35（1Cr18Ni9Ti)4540Cr、35SiMn38SiMnMo、3Cr13(MPa)1525203525453555A014912613511212610311297注：1)表中是考慮了彎矩影響而降低了的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)

16、力。2)在下述情況時(shí)，取較大值，A0取較小值：彎矩較小或只受扭矩作用、載荷較平穩(wěn)、無軸向載荷或只有較小的軸向載荷、減速器的低速軸、軸只作單向旋轉(zhuǎn)；反之，取較小值，A0取較大值。由上式可的軸的直徑：式中，查上表。對(duì)于空心軸，則：式中d1/d，即空心軸的內(nèi)徑d1與外徑d之比，通常取0.50.6。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)軸截面上開有鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑d100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大3%；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大7%。對(duì)于直徑d100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑應(yīng)增大5%7%；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大10%15%。然后將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。應(yīng)當(dāng)注意，這樣求出的直徑，只能作為承受

17、扭轉(zhuǎn)作用的軸段的最小直徑dmin。2.按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸、軸上零件的位置、以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，軸上的載荷（彎矩和扭矩）已可以求得，因而可按彎扭合成強(qiáng)度條件對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。一般的軸使用這種方法計(jì)算即可。其計(jì)算步驟如下：作出軸的計(jì)算簡圖（即力學(xué)模型）軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。計(jì)算時(shí)，常將軸上的分布載荷簡化為集中力,其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中點(diǎn)算起。通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與有關(guān)。在作計(jì)算簡圖時(shí)，應(yīng)先求出軸上受力零件的載荷，并將其分解為水平分力和垂直分力，然后求出各

18、支承處的水平反力RH和垂直反力RV。 圖二 軸承的類型和布置方式圖作出彎矩圖根據(jù)上述簡圖，分別按水平面和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計(jì)算結(jié)果分別作出水平面上的彎矩MH圖和垂直面上的彎矩MV圖，然后按下式計(jì)算總彎矩并作出M圖：作出扭矩圖作出軸所受的扭矩圖（為了使扭矩圖符合下述強(qiáng)度計(jì)算公式，圖中把T折算為T)。作出計(jì)算彎矩圖根據(jù)已作出的總彎矩和扭矩圖，求出計(jì)算彎矩Mca，并作出Mca圖，Mca的計(jì)算公式為：式中是考慮扭轉(zhuǎn)和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特征差異的系數(shù)。因通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力，而扭轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力，故在求計(jì)算彎矩時(shí)，必須計(jì)及這種

19、循環(huán)特性差異的影響。即當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)取0.3；扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取0.6；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力亦為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，則取1。校核軸的強(qiáng)度已知軸的計(jì)算彎矩后，即可針對(duì)某些危險(xiǎn)截面（即計(jì)算彎矩大而直徑可能不足的截面）作強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算彎曲應(yīng)力：式中： W軸的抗彎截面系數(shù)m，各種截面計(jì)算公式見表。-1軸的許用彎曲應(yīng)力，其值按表選用。（軸的常用材料及其主要機(jī)械性能表）由于心軸工作時(shí)只承受彎矩而不承受扭矩，所以在應(yīng)用上式時(shí)，應(yīng)取T0，亦即Mca=M。轉(zhuǎn)動(dòng)心軸的彎矩在軸截面上所引起的應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力；對(duì)于固定心軸，考慮起動(dòng)、停車等的影響，彎矩在軸截面上所引起的應(yīng)力可視為脈

20、動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力,所以在應(yīng)用上式時(shí),其許用應(yīng)力應(yīng)為0(0為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)的許用彎曲應(yīng)力),01.7-1。12. 軸設(shè)計(jì)示例例題：某一化工設(shè)備中的輸送裝置運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作轉(zhuǎn)矩變化很小，以圓錐-圓柱齒輪減速器作為減速裝置。試設(shè)計(jì)該減速器的輸出軸。減速器的裝置簡圖如下。輸入軸與電動(dòng)機(jī)相聯(lián)，輸出軸通過彈性柱銷聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)，輸出軸為單向旋轉(zhuǎn)（從裝有聯(lián)軸器的一端看為順時(shí)針方向）。已知電動(dòng)機(jī)功率P=10kW，轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)列于下表：級(jí)別z1z2mn(mm)mt(mm)n齒寬(mm)高速級(jí)20753.51大圓錐齒輪輪轂長L=50低速級(jí)239544.0404B1=85,B2=80

21、解：1.求輸出軸上的功率P3、轉(zhuǎn)速n3和轉(zhuǎn)矩T3若取每級(jí)齒輪傳動(dòng)的效率（包括軸承效率在內(nèi)）0.97，則又于是2.求作用在齒輪上的力因已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為而圓周力Ft，徑向力Fr及軸向力Fa的方向如圖二。3.初步確定軸的最小直徑先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。取A0=112，于是得輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑d。為了使所選的軸直徑d與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca=KAT3,考慮到轉(zhuǎn)矩很小，故取KA=1.3,則：Tca=KAT3=1.3×960000 N·mm=1248000 N·

22、mm按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn)GB5014-85或手冊(cè)，選用HL4型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為1250000N·mm。半聯(lián)軸器的孔徑d55mm；故取d=55mm；半聯(lián)軸器長度L112mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1=84mm。4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)擬定軸上零件的裝配方案本題的裝配方案已在前面分析比較，現(xiàn)選用如圖一所示的第一種裝配方案。2)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，-軸端右端需制出一軸肩，故取-段的直徑 dII-III62mm；左端用軸端擋圈定位,按軸端直徑取擋圈直徑D65mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1=

23、84mm,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故-段的長度應(yīng)比 L1略短一些，現(xiàn)取lI-II= 82mm。 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用。故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù) dI-II=62mm，由軸承產(chǎn)品目錄中選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承30313，其尺寸為d×D×T=65×140×36,故 d-=65mm；而l-=36mm。右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行定位。由手冊(cè)上查到30313型軸承的定位軸肩高度h=6mm，因此，取d-=77mm。 取安裝齒輪處的軸段-的直徑d-=70mm；齒輪的左端與

24、左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為80mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取l-=76mm。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度h>0.07d，取h=6mm,則軸環(huán)處的直徑d-=82mm。軸環(huán)寬度b1.4h,取l-=12mm。 軸承端蓋的總寬度為20mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離l=30mm ，故取lII-III=50mm。 取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離a=16mm，圓錐齒輪與圓柱齒輪之間的距離c=20mm?？紤]到箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一

25、段距離s，取s=8mm。已知滾動(dòng)軸承寬度 T=36mm，大圓錐齒輪輪轂長L=50mm,則lIII-IV=T+s+a+(80-76)=36+8+16+4 mm=64 mmlVI-VII=L+c+a+s-lV-VI=50+20+16+8-12 mm=82 mm至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。3) 軸上零件的周向定位齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按dIV-V由手冊(cè)查得平鍵截面b×h=20×12(GB1095-79)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為63mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長見 GB1096-79),同時(shí)為了保證齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵

26、為16×10×70，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。4）確定軸上圓角和倒角尺寸。取軸端倒角為2×45°，各軸肩處的圓角半徑見圖三。軸的圖圖三5 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，作出軸的計(jì)算簡圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中查取圖示中的a值。對(duì)于30313型圓錐滾子軸承。由手冊(cè)中查得a=29mm。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距L2+L3=71+141 =212mm。根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩、扭矩圖和計(jì)算彎矩圖 見圖二從軸的結(jié)構(gòu)圖和計(jì)算彎矩圖中可以看出截面C 處的計(jì)算彎矩最大，是軸的危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)將計(jì)算出的截面C處的MH、MV、M 及Mca 的值列于表中。6.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大計(jì)算彎矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。則由公式及上表中數(shù)值可得前已選定軸的材料為45號(hào)鋼，由軸常用材料性能表查得-1=60MPa。因此ca&