7 低速軸的設(shè)計(jì)及計(jì)算

1、7.1 軸的布局設(shè)計(jì)圖7.1 軸的布置簡(jiǎn)圖考慮到低速軸的受力大于高速軸，應(yīng)先對(duì)低速軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，其他的軸則只需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，沒必要進(jìn)行強(qiáng)度校核。7.2 低速軸的設(shè)計(jì)7.2.1 軸的受力分析低速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)可求得大齒輪的嚙合力：大齒輪的分度圓直徑：大齒輪的圓周力：大齒輪的徑向力：由于低速軸轉(zhuǎn)速不高，但受力較大，故選取軸的材料為45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)文獻(xiàn)【1】中15-2式可初步估算軸的最小直徑，式中：最小直徑系數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)【1】中表15-3按45鋼查得低速軸的功率（KW），由表5.1可知：低速軸的轉(zhuǎn)速（r/min），由表5.1可知：因此： 輸出軸的最小直徑應(yīng)該安裝聯(lián)軸器處，

2、為了使軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào)。根據(jù)文獻(xiàn)【1】中14-1式查得，式中：聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（）工作情況系數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)【1】中表14-1按轉(zhuǎn)矩變化小查得，低速軸的轉(zhuǎn)矩（），由表5.1可知：因此： 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5014-2003或根據(jù)文獻(xiàn)【2】中表14-4查得，選用LX3型彈性柱銷聯(lián)軸器，其具體結(jié)構(gòu)及基本參數(shù)如圖7.2以及表7.1所示，圖7.2 LX2型彈性柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)形式圖型號(hào)公稱轉(zhuǎn)矩Tn許用轉(zhuǎn)速n（ r/min）軸孔直徑（d1、d2、dZ）軸孔長(zhǎng)度mmDmmD1mmBmmSmm轉(zhuǎn)動(dòng)慣量K質(zhì)量kgY型J、J1、Z型LL1LLX

3、31250475030,32,35,3882608216090200.026840,42,45,4811284112LX2560630020，22，245238521205528525，2862446230，32，35826082由上表可知，選取半聯(lián)軸器孔徑，故取，半聯(lián)軸器的長(zhǎng)度，與軸配合的轂孔長(zhǎng)度。7.2.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7.2.4.1 擬定軸上零件的裝配方案 低速軸的裝配方案如下圖7.3所示，圖7.3 低速軸的結(jié)構(gòu)與裝配7.2.4.2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求。-軸段右端需制出一軸肩，故取-段的直徑式中：軸處軸肩的高度（），根據(jù)文獻(xiàn)【1】中P364

4、中查得定位軸肩的高度，故取左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔的長(zhǎng)度，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不是壓在軸的端面上，故-段的長(zhǎng)度應(yīng)比稍短一些，現(xiàn)取。初步選擇滾動(dòng)軸承。因滾動(dòng)軸承同時(shí)受徑向力和軸向力的作用，根據(jù)文獻(xiàn)【1】中表13-1可選3型圓柱滾子軸承。根據(jù)文獻(xiàn)【2】中表13-1中參照工作要求并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中可初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓柱滾子軸承51209表7.2 51209型圓錐滾子軸承參數(shù)數(shù)值mm標(biāo)準(zhǔn)圖d45d235D73T20T137B9，故；由于圓柱滾子軸承采用脂潤(rùn)滑，得用封油環(huán)進(jìn)行軸向定位和擋油，取右端封油環(huán)的長(zhǎng)度，故圓整后，。

5、 由于圓柱51209型軸承的定位軸肩高度，因此，與滾子軸承接觸的封油環(huán)兩端的外徑。取軸處非定位軸肩軸肩的高度，則與齒輪配合的軸段-的直徑軸處定位軸肩的高度故取對(duì)封油環(huán)進(jìn)行定位，則軸段-的直徑齒輪采用軸肩進(jìn)行軸向定位，則齒輪的右端應(yīng)有一軸環(huán)，軸肩的高度：考慮到軸環(huán)的右端為非定位軸肩，故取，則，軸環(huán)的寬度應(yīng)滿足取。輪轂的寬度，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。取軸承端蓋的總寬度為。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)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（參考圖7.1），故取。根據(jù)軸的總體布置簡(jiǎn)圖7.1可知，已知滾動(dòng)軸承寬度,根據(jù)文獻(xiàn)【1】圖10-39（b）中

6、可初取大圓柱齒輪輪轂長(zhǎng)，則表7.3 低速軸的參數(shù)值至此，經(jīng)過步驟已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度，如上圖7.4所示，并歸納為下表7.3所示，軸的參數(shù)參數(shù)符號(hào)軸的截面（mm）軸段長(zhǎng)度5846414663930軸段直徑38424548565245軸肩高度3427.2.4.3 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圓頭普通平鍵連接。根據(jù)文獻(xiàn)【1】中表6-1按查得齒輪輪轂與軸連接的平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；同樣，按查得聯(lián)軸器與軸連接的平鍵截面鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為，半聯(lián)軸器與軸配合為；滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由

7、過度配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為k6。7.2.4.4 確定軸上圓角和倒角尺寸根據(jù)文獻(xiàn)【1】中表15-2查得，取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑見圖7.3。7.2.5 求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（圖7.4）做出軸的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖（7.1圖）。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從圓柱滾子軸承值入手。對(duì)于51209型圓柱。因此，作為簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距根據(jù)軸的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖如下圖7.4所示。圖7.4 低速軸的受力分析表7.4 低速軸上的載荷分布從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面是軸的危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)將計(jì)算出的截面處的、以及的值列于下表。載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M總彎矩扭矩T

8、7.2.6 按彎扭校核軸的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)文獻(xiàn)【1】中15-5式查得，式中：C截面的計(jì)算應(yīng)力（MPa）折合系數(shù)，該低速軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，故根據(jù)文獻(xiàn)【1】中P373應(yīng)取折合系數(shù)抗彎截面系數(shù)（mm3），根據(jù)文獻(xiàn)【1】中表15-4按圓形截面查得前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)文獻(xiàn)15-1查得。因此，故安全。7.2.7 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度7.2.7.1 判斷危險(xiǎn)截面截面A，B只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過度配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以截

9、面A，B均無需校核。 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面和處過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載荷的情況來看，截面C上的應(yīng)力最大。截面的應(yīng)力集中的影響和截面的相近，但截面不受扭矩作用，同時(shí)軸徑也較大，故不必做強(qiáng)度校核。截面C上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大(過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端)，而且軸的直徑最大，故截面C也不必校核。截面和顯然更不必校核。根據(jù)文獻(xiàn)【1】中附表3-4和附表3-8可知鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過盈配合的小，因而該軸只需校核截面左右兩側(cè)即可。7.2.7.2 分析截面左側(cè)根據(jù)文獻(xiàn)【1】中表15-4按圓形截面查得，抗彎截面系數(shù)： 抗扭截面系數(shù)： 截面左側(cè)的彎矩： 截面上的

10、扭矩： 截面上的彎曲應(yīng)力： 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)文獻(xiàn)【1】中表15-1查得，。截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及根據(jù)文獻(xiàn)【1】中附表3-2查的。因，經(jīng)差值后可查得，根據(jù)文獻(xiàn)【1】中附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)【1】中附3-4式查得有效應(yīng)力集中系數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)【1】中附圖3-2和附圖3-3查得尺寸系數(shù)： 扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)： 軸按磨削加工，根據(jù)文獻(xiàn)【1】中附圖3-4查得表面質(zhì)量系數(shù)，軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即表面高頻淬火強(qiáng)化系數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)【1】中3-12式及3-14b式可得綜合系數(shù)，又根據(jù)文獻(xiàn)【1】中P25和P26查得碳鋼的特性系數(shù)，取，取于是，計(jì)算安全系數(shù)值，根據(jù)文獻(xiàn)【1】中15-6式和15-8式查得，式中：，故可知該低速軸安全。右側(cè)根據(jù)文獻(xiàn)【1】中表15-4按圓形截面查得，抗彎截面系數(shù)： 抗扭截面系數(shù)： 截面左側(cè)的彎矩： 截面上的扭矩： 截面上的彎曲應(yīng)力： 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： 根據(jù)文獻(xiàn)【1】中的附表3-8用插值法可求得，并取軸按磨削加工，根據(jù)文獻(xiàn)【1】中附圖3-4查得表面質(zhì)量系數(shù)，軸未經(jīng)表面強(qiáng)