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1、7 轴的设计及计算7.1 轴的布局设计绘制轴的布局简图如下图7.1所示图7.1 轴的布置简图 考虑到低速轴的受力大于高速轴，应先对低速轴进行结构设计和强度校核，其他的轴则只需要进行结构设计，没必要进行强度校核。7.2 低速轴的设计7.2.1 轴的受力分析由上述6.2中低速级齿轮设计可求得大齿轮的啮合力：大齿轮的分度圆直径：大齿轮的圆周力：大齿轮的径向力：7.2.2轴的材料的选择由于低速轴转速不高，但受力较大，故选取轴的材料为45优质碳素结构钢，调质处理。7.2.3轴的最小直径根据文献【1】中15-2式可初步估算轴的最小直径，式中：最小直径系数，根据文献【1】中表15-3按45钢查得 低速轴的功
2、率（KW），由表5.1可知： 低速轴的转速（r/min），由表5.1可知：因此： 输出轴的最小直径应该安装联轴器处，为了使轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。根据文献【1】中14-1式查得，式中：联轴器的计算转矩（） 工作情况系数，根据文献【1】中表14-1按转矩变化小查得， 低速轴的转矩（），由表5.1可知：因此： 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T 5014-2003或根据文献【2】中表14-4查得，选用LX3型弹性柱销联轴器，其具体结构及基本参数如图7.2以及表7.1所示，图7.2 LX2型弹性柱销联轴器结构形式图表7.1LX2型弹性柱销联轴器基本参
3、数及主要尺寸型号公称转矩TnN.m许用转速n（ r/min）轴孔直径（d1、d2、dZ）轴孔长度mmDmmD1mmBmmSmm转动惯量Kg.m2质量kgY型J、J1、Z型LL1LLX31250475030,32,35,3882608216090202.50.026840,42,45,4811284112LX2560630020，22，2452385212055282.50.009525，2862446230，32，35826082由上表可知，选取半联轴器孔径，故取，半联轴器的长度，与轴配合的毂孔长度。7.2.4 轴的结构设计7.2.4.1 拟定轴上零件的装配方案 低速轴的装配方案如下图7.3所
4、示，图7.3 低速轴的结构与装配7.2.4.2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度满足半联轴器的轴向定位要求。-轴段右端需制出一轴肩，故取-段的直径式中：轴处轴肩的高度（），根据文献【1】中P364中查得定位轴肩的高度，故取左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径。半联轴器与轴配合的毂孔的长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不是压在轴的端面上，故-段的长度应比稍短一些，现取。初步选择滚动轴承。因滚动轴承同时受径向力和轴向力的作用，根据文献【1】中表13-1可选3型圆柱滚子轴承。根据文献【2】中表13-1中参照工作要求并根据，由轴承产品目录中可初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆柱
5、滚子轴承51209，其基本尺寸资料如下表7.2所示表7.2 51209型圆锥滚子轴承参数数值mm标准图d45d235D73T20T137B9由上表7.2可知该轴承的尺寸为，故；由于圆柱滚子轴承采用脂润滑，得用封油环进行轴向定位和挡油，取右端封油环的长度，故圆整后，。 由于圆柱滚子轴承采用脂润滑，得用封油环进行轴向定位和挡油。有上表7.2可知51209型轴承的定位轴肩高度，因此，与滚子轴承接触的封油环两端的外径。取轴处非定位轴肩轴肩的高度，则与齿轮配合的轴段-的直径轴处定位轴肩的高度故取对封油环进行定位，则轴段-的直径齿轮采用轴肩进行轴向定位，则齿轮的右端应有一轴环，轴肩的高度：考虑到轴环的右端
6、为非定位轴肩，故取，则，轴环的宽度应满足取。轮毂的宽度，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。 取轴承端盖的总宽度为。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离（参考图7.1），故取。 根据轴的总体布置简图7.1可知，已知滚动轴承宽度,根据文献【1】图10-39（b）中可初取大圆柱齿轮轮毂长，则表7.3 低速轴的参数值至此，经过步骤已初步确定了轴的各段直径和长度，如上图7.4所示，并归纳为下表7.3所示，轴的参数参数符号轴的截面（mm）轴段长度5846414663930轴段直径38424548565245轴肩高度31.51.54
7、23.57.2.4.3 轴上零件的周向定位 齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用圆头普通平键连接。根据文献【1】中表6-1按查得齿轮轮毂与轴连接的平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，按查得联轴器与轴连接的平键截面键槽用键槽铣刀加工，长为，半联轴器与轴配合为；滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为k6。7.2.4.4 确定轴上圆角和倒角尺寸根据文献【1】中表15-2查得，取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径见图7.3。7.2.5 求轴上的载荷首先根据轴的结构图（图7.4）做出轴的设计简图（7.1图）
8、。在确定轴承的支点位置时，应从圆柱滚子轴承值入手。对于51209型圆柱滚子轴承，由上表7.2中可知。因此，作为简支梁的轴的支承跨距根据轴的设计简图做出轴的弯矩图和扭矩图如下图7.4所示。图7.4 低速轴的受力分析表7.4 低速轴上的载荷分布 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面是轴的危险截面。现将计算出的截面处的、以及的值列于下表。载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T7.2.6 按弯扭校核轴的疲劳强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据文献【1】中15-5式查得，式中：C截面的计算应力（MPa）折合系数，该低速轴单向旋转，扭转切应力为
9、脉动循环变应力，故根据文献【1】中P373应取折合系数 抗弯截面系数（mm3），根据文献【1】中表15-4按圆形截面查得 前已选定轴的材料为45钢，调质处理，根据文献15-1查得。因此，故安全。7.2.7 精确校核轴的疲劳强度7.2.7.1 判断危险截面 截面A，B只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过度配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面A，B均无需校核。 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面和处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载荷的情况来看，截面C上的应力最大。截面的应力集中的影响和截面的相近，但截面不受扭矩作用，同时轴径也较大，
10、故不必做强度校核。截面C上虽然应力最大，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)，而且轴的直径最大，故截面C也不必校核。截面和显然更不必校核。根据文献【1】中附表3-4和附表3-8可知键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面左右两侧即可。7.2.7.2 分析截面左侧根据文献【1】中表15-4按圆形截面查得，抗弯截面系数： 抗扭截面系数： 截面左侧的弯矩： 截面上的扭矩： 截面上的弯曲应力： 截面上的扭转切应力： 轴的材料为45钢，调质处理。根据文献【1】中表15-1查得，。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及根据文献【1】中附表3-2查的。因，经差值后可查得，根
11、据文献【1】中附图3-1可得轴的材料的敏性系数，根据文献【1】中附3-4式查得有效应力集中系数，根据文献【1】中附图3-2和附图3-3查得尺寸系数： 扭转尺寸系数： 轴按磨削加工，根据文献【1】中附图3-4查得表面质量系数，轴未经表面强化处理，即表面高频淬火强化系数，根据文献【1】中3-12式及3-14b式可得综合系数，又根据文献【1】中P25和P26查得碳钢的特性系数，取，取于是，计算安全系数值，根据文献【1】中15-6式和15-8式查得，式中：， 故可知该低速轴安全。7.2.7.3分析截面右侧根据文献【1】中表15-4按圆形截面查得，抗弯截面系数： 抗扭截面系数： 截面左侧的弯矩： 截面上的扭矩： 截面上的弯曲应力： 截面上的扭转切应力： 根据文献【1】中的附表3-8用插值法可求得，并取轴按磨削加工，根据文献【1】中附图3-4查得表面质量系数，轴未经表面强化处理，即表面高频淬火强化系数，根据文献【1】中3-12式及3-14b式可得综合系数，又根据文献【1】中P25和P26查得碳钢的特性系数，取，取于是，计算安全系数值，根据文献【1】中15-6式和15-8式查得，式中：， 故可知该低速轴的截面右侧的强度也是足够的。由于该减速器没有大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。
