轴的设计与校核.docx

3.6轴的设计与校核
1）初步计算轴的直径
参照文献[3]中关于轴的设计部分，根据轴的承载情况，选择扭转强度计算法来计算轴的直径。
（3-4）
式中 A——系数，此处取120，
P——电动机功率，Kw
n——轴的转速，r/min,
将相关数据代入式3-4可得
（3-5）
因为轴端装联轴器需要开键槽，会削弱轴的强度，而且考虑到轴承受较大的竖直载荷增加10%~20%，取轴的直径为70mm。
2）各轴段直径的确定

如图3-1所示，各轴段直径的确定
如图3-1所示，轴段①与减速机空心输出轴套装配，并且在接近轴段②处装有毛毡弥封圈，故直径=60mm。轴段②和轴段⑧上安装轴承，现暂取轴承型号为2215，其内径d=75mm，外径D=130mm，宽度B=31mm，故轴段②的直径= =75mm。轴段③和轴段⑦的直径为轴承的安装尺寸，查有关手册，取= =85mm。轴段④和轴段⑥上安装驱动链轮，考虑到轴段④与轴段⑥中间的截面承受的弯矩最大，故在直径上有所增加，现暂定= =90mm。轴段⑤考虑滚筒便于安装拆卸，直径略比轴段④和轴段⑥的直径小，取=100mm。

图3-1 驱动轴示意图

3） 各轴段长度的确定
轴段①与减速机空心输出轴套装配，其长度主要决定于减速机和头部壳体之间的安装尺寸，同时还要保证与减速机相配合的部分有足够的长度，从手册中查知减速机的相关安装尺寸要求，现暂取=140mm。轴段②与轴段⑧上安装轴承，其长度决定于轴承的安装尺寸，故取==110mm。轴段③和轴段⑦的长度主要根据两轴承之间的距离和滚筒在轴向上的安装尺寸来定。考虑到其轴向上密封板、壳体法兰和轴承座等占据的位置，暂取两轴承轴向上的中心距离为590mm，则可以暂取==155mm。轴段④、⑤、⑥的长度要和驱动链轮一并设计，现暂定==120mm，=40，驱动轴总长为950mm。
4) 轴上零件的固定
考虑到轴段①、④、⑥处键传递较大的转矩，故轴段①与联轴器的配合选用k6；轴段④、⑥与驱动链轮的配合选用r6；轴段②、⑧与轴承内圈的配合选用r6。与减速机和驱动链轮的联结均采用A型普通平键，分别为键20×125 GB/T1095-79及键28×110 GB/T1095-79。
5) 轴上倒角及圆角
轴端倒角2×45°，安装链轮的轴段倒角为2.5×45°，倒圆角为R1.6mm，为方便加工，其它轴肩圆角半径均取为0.6mm。

（2）按弯扭合成强度条件计算（估算轴危险截面的直径）
将轴的关键部分看成两端铰支的梁，则轴上的受力情况和弯矩如图所示：

图3-3 轴的受力简图
图中轴粗略长度由提升机约束尺寸得来。
其中为轴与单个头轮作用处所受径向力，为单侧轴承所受径向力。
即有：
N
N
依弯矩图所示，轴中部所受弯矩最大，其值：
3-17

轴受到的扭矩为： 3-18
式中 D——链轮节圆直径，mm
——链轮牵引力，N
N
则依： N
根据公式：轴的弯扭合成条件为：
3-19
式中 ——轴的计算应力，；
M——轴所受的弯矩，N·mm；
T——轴所受的扭矩，N·mm；
[]——对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，查《机械设计》表15-1，取[]=60；
W——轴的抗弯截面系数，mm，；
——折合系数，当扭转切应力为脉动循环变应力时，取。
取危险截面的直径为110mm 代入（3-19）得：
MPa 故安全。
考虑轴与驱动轮之间需要使用帐套连接，故轴径的取值还需考虑帐套的配用，这里选取与之配用的帐套内径120mm，即轴最终的工作直径为120mm。