轴的结构设计与计算.pptx

3.2课题二：轴课题二：轴机机 械械 设设 计计 基基 础础 3.2.5 轴的设计轴的设计3.2.5.1轴轴的结构设计的结构设计3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算3.2.5.3轴的刚度计算轴的刚度计算小结小结3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计l轴的结构分析轴的结构分析轴轴主主要要由由轴轴颈颈、轴轴头头、轴轴身身三三部部分分组组成成(如如下下图图)。轴轴上上被被支支承承的的部部分分为为轴轴颈颈，如如图图中中，段段；安安装装轮轮毂毂的的部部分分称称做做轴轴头头，如如图图中中，段段；联联接接轴轴颈颈和和轴轴头头的的部部分分称称做做轴轴身身，如如图图中中，段。段。l轴径向尺寸的确定轴径向尺寸的确定为为了了便便于于轴轴上上零零件件的的装装拆拆，常常将将轴轴做做成成阶阶梯梯形形，它它的的直直径径从从轴轴端端逐逐渐渐向向中中间间增增大大。齿齿轮轮、套套筒筒、左左端端滚滚动动轴轴承承、轴轴承承端端盖盖和和联联轴轴器器可可按按顺顺序序从从左左端端装装拆拆，右右端端轴轴承承从从右右端端装装拆拆。因因而而，为为了了便便于于装装拆拆齿齿轮轮，轴轴段段的的直直径径应应比比轴轴段段略略大大一一些些；为为了了便便于于左左端端滚滚动动轴轴承承的的装装拆拆，轴轴段段的的直直径径应应比比轴轴段段略略大大一一些些。其其中中轴轴段段，的的径径向向尺尺寸寸必必须须符符合合轴轴承承、联联轴轴器器和和密密封封圈圈内内径径的的标标准准系系列列和和技技术术要要求求（相相应应标标准准查查机机械械设设计计手册手册）。）。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计l轴径向尺寸的确定轴径向尺寸的确定齿齿轮轮用用轴轴环环和和套套筒筒作作轴轴向向固固定定，用用平平键键作作圆圆周周方方向向的的固固定定。为为使使套套筒筒能能顶顶住住齿齿轮轮，应应使使轴轴段段的的长长度度l4小小于于齿齿轮轮轮轮毂毂宽宽度度b。装装在在轴轴段段上上的的滚滚动动轴轴承承，用用套套筒筒和和轴轴承承盖盖固固定定其其轴轴向向位位置置。装装在在轴轴段段上上的的滚滚动动轴轴承承用用轴轴肩肩和和轴轴承承盖盖固固定定其其轴轴向向位位置置。轴轴承承内内圈圈在在圆圆周周方方向向上上的的固固定定是是靠靠内内圈圈与与轴轴之之间间的的配配合合实现的。实现的。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计l轴的结构设计的要求轴的结构设计的要求轴应便于加工，具有良好的工艺性；轴应便于加工，具有良好的工艺性；轴上零件位置合理并易于拆装和调整；轴上零件位置合理并易于拆装和调整；轴上零件的轴向、周向定位准确，固定可靠；轴上零件的轴向、周向定位准确，固定可靠；尽量减少应力集中，有利于提高轴的强度和刚度。尽量减少应力集中，有利于提高轴的强度和刚度。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计(1)(1)便于轴上零件的装便于轴上零件的装便于轴上零件的装便于轴上零件的装 轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。为了便于轴上零件的装拆，情况和加工工艺等。为了便于轴上零件的装拆，情况和加工工艺等。为了便于轴上零件的装拆，情况和加工工艺等。为了便于轴上零件的装拆，将轴制成阶梯轴，中间直径最大，向两端逐渐直将轴制成阶梯轴，中间直径最大，向两端逐渐直将轴制成阶梯轴，中间直径最大，向两端逐渐直将轴制成阶梯轴，中间直径最大，向两端逐渐直径减小。近似为等强度轴。径减小。近似为等强度轴。径减小。近似为等强度轴。径减小。近似为等强度轴。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计(2)(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定(a)(a)轴肩或轴环轴肩或轴环轴肩或轴环轴肩或轴环 为保证轴上零件紧靠定位面，为保证轴上零件紧靠定位面，为保证轴上零件紧靠定位面，为保证轴上零件紧靠定位面，轴肩和轴环的的圆角半径轴肩和轴环的的圆角半径轴肩和轴环的的圆角半径轴肩和轴环的的圆角半径RR必须小于相配零件的倒角必须小于相配零件的倒角必须小于相配零件的倒角必须小于相配零件的倒角C1C1或圆角或圆角或圆角或圆角R1R1。轴肩高度。轴肩高度。轴肩高度。轴肩高度h h必须必须必须必须大于大于大于大于R1R1，一般，一般，一般，一般h=(0.07d+3)(0.1d+5)mmh=(0.07d+3)(0.1d+5)mm或或或或h(23)C1h(23)C1。轴环的宽度。轴环的宽度。轴环的宽度。轴环的宽度b=1.4hb=1.4h。安装滚动轴承处轴。安装滚动轴承处轴。安装滚动轴承处轴。安装滚动轴承处轴肩的圆角半径和高度查阅轴承安装标准来确定。非定位轴肩的圆角半径和高度查阅轴承安装标准来确定。非定位轴肩的圆角半径和高度查阅轴承安装标准来确定。非定位轴肩的圆角半径和高度查阅轴承安装标准来确定。非定位轴肩可取肩可取肩可取肩可取h1.52mmh1.52mm。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计(2)(2)保证轴上零件的准确定位和保证轴上零件的准确定位和保证轴上零件的准确定位和保证轴上零件的准确定位和可靠固定可靠固定可靠固定可靠固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定(b)(b)套筒和圆螺母套筒和圆螺母套筒和圆螺母套筒和圆螺母 当轴上零件距离较近时采用套当轴上零件距离较近时采用套当轴上零件距离较近时采用套当轴上零件距离较近时采用套筒作相对筒作相对筒作相对筒作相对 固定。套筒定位可简化固定。套筒定位可简化固定。套筒定位可简化固定。套筒定位可简化轴的结构，减少轴径的变化，减少轴的结构，减少轴径的变化，减少轴的结构，减少轴径的变化，减少轴的结构，减少轴径的变化，减少轴的应力集中。轴的应力集中。轴的应力集中。轴的应力集中。当套筒太长时，可采用圆螺母当套筒太长时，可采用圆螺母当套筒太长时，可采用圆螺母当套筒太长时，可采用圆螺母作轴向固定。此时须在轴上加工螺作轴向固定。此时须在轴上加工螺作轴向固定。此时须在轴上加工螺作轴向固定。此时须在轴上加工螺纹，将会引起较大的应力集中，轴纹，将会引起较大的应力集中，轴纹，将会引起较大的应力集中，轴纹，将会引起较大的应力集中，轴段横截面面积减小，影响轴的疲劳段横截面面积减小，影响轴的疲劳段横截面面积减小，影响轴的疲劳段横截面面积减小，影响轴的疲劳寿命。寿命。寿命。寿命。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计圆螺母定位(2)(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定(b)(b)套筒和圆螺母套筒和圆螺母套筒和圆螺母套筒和圆螺母 止动垫圈固定3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计(2)(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定(c)(c)弹性挡圈和紧定螺钉弹性挡圈和紧定螺钉弹性挡圈和紧定螺钉弹性挡圈和紧定螺钉 这两种固定方法结构简单，只能承受较小的轴向力，或这两种固定方法结构简单，只能承受较小的轴向力，或这两种固定方法结构简单，只能承受较小的轴向力，或这两种固定方法结构简单，只能承受较小的轴向力，或用于仅仅为了防止零件偶然轴向移动的场合用于仅仅为了防止零件偶然轴向移动的场合用于仅仅为了防止零件偶然轴向移动的场合用于仅仅为了防止零件偶然轴向移动的场合 。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计弹性挡圈固定弹性挡圈固定(2)(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定(c)(c)弹性挡圈和紧定螺钉弹性挡圈和紧定螺钉弹性挡圈和紧定螺钉弹性挡圈和紧定螺钉 紧定螺钉固定紧定螺钉固定3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计(2)(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定(d)(d)轴端挡圈、圆锥面轴端挡圈、圆锥面轴端挡圈、圆锥面轴端挡圈、圆锥面 轴端挡圈与轴肩、圆锥面联合使用，常用于轴端起到双向固定，轴端挡圈与轴肩、圆锥面联合使用，常用于轴端起到双向固定，轴端挡圈与轴肩、圆锥面联合使用，常用于轴端起到双向固定，轴端挡圈与轴肩、圆锥面联合使用，常用于轴端起到双向固定，锥面配合能保证较高的同轴度。装拆方便，多用于轴上零件与轴段同锥面配合能保证较高的同轴度。装拆方便，多用于轴上零件与轴段同锥面配合能保证较高的同轴度。装拆方便，多用于轴上零件与轴段同锥面配合能保证较高的同轴度。装拆方便，多用于轴上零件与轴段同轴度要求较高或轴承受剧烈振动和冲击的场合。轴度要求较高或轴承受剧烈振动和冲击的场合。轴度要求较高或轴承受剧烈振动和冲击的场合。轴度要求较高或轴承受剧烈振动和冲击的场合。用套筒、螺母和轴端挡圈作轴向固定时，轴上零件的轴段长度应用套筒、螺母和轴端挡圈作轴向固定时，轴上零件的轴段长度应用套筒、螺母和轴端挡圈作轴向固定时，轴上零件的轴段长度应用套筒、螺母和轴端挡圈作轴向固定时，轴上零件的轴段长度应比零件的轮毂长度短比零件的轮毂长度短比零件的轮毂长度短比零件的轮毂长度短2 23mm3mm，以保证压紧零件，防止串动。，以保证压紧零件，防止串动。，以保证压紧零件，防止串动。，以保证压紧零件，防止串动。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计轴端压板轴端压板(2)(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定轴向定位的固定(d)(d)轴端挡圈圆锥面轴端挡圈圆锥面轴端挡圈圆锥面轴端挡圈圆锥面 3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计轴上零件的轴向定位和固定方法轴上零件的轴向定位和固定方法3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计(2)(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定保证轴上零件的准确定位和可靠固定周向定位与固定周向定位与固定图图3-2-59 零件在零件在轴轴上周向固定的形式上周向固定的形式 零件在零件在轴轴上作周向固定是上作周向固定是为为了了传递转传递转矩和防止零件与矩和防止零件与轴产轴产生相生相对转动对转动。常用的方式有常用的方式有键联键联接、花接、花键联键联接、接、销联销联接，成形接，成形联联接及接及过过盈配合盈配合联联接。接。紧紧定螺定螺钉钉也可起周向固定作用。也可起周向固定作用。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计（3 3）轴轴的加工和装配工的加工和装配工艺艺性好性好 轴的形状要力求简单，阶梯数应尽可能少。轴的形状要力求简单，阶梯数应尽可能少。轴颈、轴头的直径应取标准值。直径的大小由与之相配合的零件的内孔轴颈、轴头的直径应取标准值。直径的大小由与之相配合的零件的内孔决定。决定。为了便于轴上零件的装配，轴端应加工出为了便于轴上零件的装配，轴端应加工出4545倒角，与零件过盈配合时，倒角，与零件过盈配合时，轴的装入端常需加工出导向圆锥面。轴的装入端常需加工出导向圆锥面。轴身尺寸应取以轴身尺寸应取以mmmm为单位的整数，最好取为偶数或为单位的整数，最好取为偶数或5 5的整数倍。的整数倍。轴上各段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一，以利于轴上各段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一，以利于加工和检验。加工和检验。轴上沿长度方向开有几个键槽时，应将键槽安排在轴的同一母线上。轴上沿长度方向开有几个键槽时，应将键槽安排在轴的同一母线上。轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽。轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽。图图3-2-60 砂砂轮轮越程槽及螺越程槽及螺纹纹退刀槽退刀槽3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计键槽的布置键槽的布置3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计（4）改善轴的结构、受力情况，减少应力集中，改善表面质量）改善轴的结构、受力情况，减少应力集中，改善表面质量轴大多在变应力下工作，结构设计时应改善轴的受力状况或轴大多在变应力下工作，结构设计时应改善轴的受力状况或改善轴的结构，以减少应力集中。改善轴的结构，以减少应力集中。轴截面尺寸变化处会造成应力集中，所以对于阶梯轴，相邻两轴截面尺寸变化处会造成应力集中，所以对于阶梯轴，相邻两段轴径变化不宜过大，一般在段轴径变化不宜过大，一般在5l0mm左右；在轴径变化处应平左右；在轴径变化处应平缓过渡，制成圆角，圆角半径尽可能取大些。缓过渡，制成圆角，圆角半径尽可能取大些。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计尽量避免各轴段剖面突然改变而引起的局部应力集中，提高轴的疲劳强度。尽量避免各轴段剖面突然改变而引起的局部应力集中，提高轴的疲劳强度。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计过盈配合时轴的结构形式过盈配合时轴的结构形式(a)增大配合处轴径；增大配合处轴径；(b)轴上开减载槽；轴上开减载槽；(c)毂端开减载槽毂端开减载槽当轴上零件与轴为过盈配合时，当轴上零件与轴为过盈配合时，可采用下图结构形式以减少轴可采用下图结构形式以减少轴配合边缘处的应力集中。配合边缘处的应力集中。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计（4）改善轴的结构、受力情况，减少应力集中，改善表面质量）改善轴的结构、受力情况，减少应力集中，改善表面质量采用定位套筒代替圆螺母和弹性挡圈使零件轴向固定，可避免采用定位套筒代替圆螺母和弹性挡圈使零件轴向固定，可避免在轴上制出螺纹、环形槽等，能有效地提高轴的疲劳强度。在轴上制出螺纹、环形槽等，能有效地提高轴的疲劳强度。轴的表面质量对轴的疲劳强度影响很大。因轴工作时，最大应轴的表面质量对轴的疲劳强度影响很大。因轴工作时，最大应力发生在轴的表面处，另一方面，由于加工等原因，轴表而易产力发生在轴的表面处，另一方面，由于加工等原因，轴表而易产生微小裂纹，引起应力集中，因此轴的破坏常从表面开始。减小生微小裂纹，引起应力集中，因此轴的破坏常从表面开始。减小轴的表面粗糙度，或采用渗碳、高频淬火等方式进行表面强化处轴的表面粗糙度，或采用渗碳、高频淬火等方式进行表面强化处理，均可以显著提轴的疲劳强度。理，均可以显著提轴的疲劳强度。3.2.5.1轴的结构设计轴的结构设计 轴的设计要求：轴的设计要求：在在一一般般情情况况下下设设计计轴轴时时，只只需需考考虑虑强强度度和和结结构构两两个个方方面面。但但对对某某些些旋旋转转精精度度要要求求较较高高的的轴轴，还还需需保保证证有有足足够够的的刚刚度度。另另外，对高速旋转的轴，外，对高速旋转的轴，还需进行振动稳定性方面的计算。还需进行振动稳定性方面的计算。轴的设计一般按照以下步骤进行：轴的设计一般按照以下步骤进行：合合理理地地选选择择轴轴的的材材料料；初初估估轴轴的的直直径径，进进行行轴轴的的结结构构设设计计；对对轴轴进进行行强强度度、刚刚度度及及振振动动方方面面的的校校核核计计算算；绘出轴的零件工作图。绘出轴的零件工作图。3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算l轴的强度计算轴的强度计算1.按按扭扭转转强强度度计计算算：对于传传动动轴轴可只按扭扭矩矩计算轴的直径；对于转转轴轴，常常用用此此法法估估算算最最小小直直径径，然后进行轴的结构设计，并用弯扭合成强度校核并用弯扭合成强度校核。圆轴扭转的强度条件为(3-1)式中：式中：T轴的扭转切应力（轴的扭转切应力（MPa）；）；T轴传递的扭矩（轴传递的扭矩（Nmm）；）；WT轴的抗扭截面系数（轴的抗扭截面系数（mm3）；）；P轴传递的功率（轴传递的功率（kW）；）；n轴的转速（轴的转速（rmin）。）。3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算由上式可得到轴的设计公式由上式可得到轴的设计公式(3-2)式中：式中：A计算常数，与轴的材料和计算常数，与轴的材料和T值有关，可按表值有关，可按表3-3确定。确定。表表3-3轴常用材料的轴常用材料的T和和A值值3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算由式由式3-2求出的求出的d值，一般作为轴的最小直径。若轴段上值，一般作为轴的最小直径。若轴段上有键槽，应把算的直径增大，有键槽，应把算的直径增大，单键增大单键增大3%，双键增大，双键增大7%，然后圆整到标准值然后圆整到标准值。（见表。（见表3-2-5）各轴段的长度根据安装零件与轴配合部分的轴向尺寸确定，各轴段的长度根据安装零件与轴配合部分的轴向尺寸确定，并应考虑保证轴上零件轴向定位的可靠：并应考虑保证轴上零件轴向定位的可靠：与齿轮、联轴器等相配合部分的轴长，一般应比轮毂的长与齿轮、联轴器等相配合部分的轴长，一般应比轮毂的长度短度短2-3mm；轴颈的长度取决于滚动轴承的宽度尺寸；轴颈的长度取决于滚动轴承的宽度尺寸；轴上转动零件之间或转动件与箱壳内壁之间应留有适当轴上转动零件之间或转动件与箱壳内壁之间应留有适当间隙，一般取间隙，一般取1015mm，以防运转时相碰；，以防运转时相碰；装有紧固件装有紧固件(如螺母、挡圈等如螺母、挡圈等)的轴段，其长度应保证装拆的轴段，其长度应保证装拆或调整紧固件时，有一定扳手空间，通常取或调整紧固件时，有一定扳手空间，通常取1520mm。3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算2.按弯扭合成强度计算按弯扭合成强度计算轴轴的的结结构构设设计计初初步步完完成成后后，通通常常要要对对转转轴轴进进行行弯弯扭扭合合成成强强度校核。度校核。对于钢制轴可按第三强度理论计算，强度条件为对于钢制轴可按第三强度理论计算，强度条件为：(3-3)式中：式中：e当量应力当量应力(Nmm2)；Me当量弯矩当量弯矩(Nmm)，；M危险截面上的合成弯矩，危险截面上的合成弯矩，MH、MV分别为水平面上、垂直面上的弯矩；分别为水平面上、垂直面上的弯矩；3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算W轴轴的的抗抗弯弯截截面面系系数数（mm3），对对圆圆截截面面轴轴W0.1d3，d为为危危险险剖剖面面直径；直径；折折合合系系数数。对对于于不不变变的的转转矩矩，0.3；对对于于脉脉动动循循转转矩矩，0.6；对对于于对对称称循循环环转转矩矩，1。对对于于频频繁繁正正反反转转的的轴轴，可可视视为为对对称称循循环环交交变变应应力力；若扭矩变化规律不清，一般也按脉动循环处理。若扭矩变化规律不清，一般也按脉动循环处理。（3-4）扭矩对称循环变化 扭矩脉动循环变化 不变的扭矩3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算表表3-4中中的的1b，0b，+1b分分别别为为对对称称循循环环、脉脉动动循循环环及及静静应应力力状状态态下下材材料料的的许许用用弯弯曲曲应应力力，供供设设计计时时选选用用。当当危危险险截截面面有有键键槽槽时时，应应将将轴轴径径的的计计算算值值增增大大47。当当计计算算只只承承受受弯弯矩矩的的心心轴轴时时，可可利利用用式式(3-3)，此时，此时T=0。表表3-4轴的许用弯曲应力轴的许用弯曲应力3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算弯扭合成强度的计算按下列步骤进行：弯扭合成强度的计算按下列步骤进行：(1)绘出轴的计算简图，绘出轴的计算简图，标出作用力的方向及作用点的位置。标出作用力的方向及作用点的位置。(2)取取定定坐坐标标系系，将将作作用用在在轴轴上上的的力力分分解解为为水水平平分分力力和和垂垂直直分分力力，并并求求其支反力。其支反力。(3)分别绘制出水平面和垂直面内的弯矩图。分别绘制出水平面和垂直面内的弯矩图。(4)计算合成弯矩，计算合成弯矩，并绘制出合成弯矩图。并绘制出合成弯矩图。(5)绘制转矩图。绘制转矩图。(6)确定危险剖面，确定危险剖面，校核危险剖面的弯扭合成强度。校核危险剖面的弯扭合成强度。3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算【例例3-1】试设计如图试设计如图3-1所示斜齿圆柱齿轮减速器的低速轴。所示斜齿圆柱齿轮减速器的低速轴。已知轴的转速已知轴的转速n=80r/min，传递功率传递功率P=3.15kW。轴上齿轮的参。轴上齿轮的参数为：法面模数数为：法面模数mn=3mm，分度圆螺旋角，分度圆螺旋角=12，齿数，齿数z=94，齿，齿宽宽b=72mm。（1）选择轴的材料。选择轴的材料。减减速速器器功功率率不不大大，又又无无特特殊殊要要求求，故故选选最最常常用用的的45钢钢并并作作正火处理。由表正火处理。由表3-1查得查得B=616MPa。3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算图图3-1带式输送机带式输送机3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算(2)按转矩估算轴的最小直径。按转矩估算轴的最小直径。应用式应用式(3-2)估算。由表估算。由表3-3取取A167118(因轴上受较大弯因轴上受较大弯矩矩)，于是得：于是得：考虑键槽对轴强度的影响和联轴器标准，取考虑键槽对轴强度的影响和联轴器标准，取d40mm。3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算(3)轴的结构设计。轴的结构设计。根根据据轴轴的的结结构构设设计计要要求求，轴轴的的结结构构草草图图设设计计如如图图3-12所所示示。轴轴段段，之之间间应应有有定定位位轴轴肩肩；轴轴段段，及及，之之间间应应设设置置台台阶阶以以利利于于装装配配；轴轴段段，及及，之之间间应应有有定定位位轴轴肩肩。各各轴段的具体设计如下轴段的具体设计如下轴轴段段：轴轴的的输输出出端端用用HL4尼尼龙龙柱柱销销联联轴轴器器，孔孔径径40mm，孔长孔长84mm。取。取d1=40mm，l1=70mm。轴轴段段：取取轴轴肩肩高高2.5mm，作作定定位位用用，故故d2=45mm，该该尺尺寸寸还还应应满满足足密密封封件件的的直直径径系系列列要要求求。该该段段长长度度可可根根据据结结构构和和安安装装要求最后确定。要求最后确定。3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算轴轴段段：齿齿轮轮两两侧侧对对称称安安装装一一对对轴轴承承，选选择择36216，宽宽度度为为20mm，取取d3=50mm。左左轴轴承承用用套套筒筒定定位位，根根据据轴轴承承对对安安装装尺尺寸寸的的要要求求，轴轴肩肩高高度度取取3.5mm。该该轴轴段段的的长长度度l3的的确确定定如如下下：齿齿轮轮两两侧侧端端面面至至箱箱体体内内壁壁的的距距离离取取16mm（箱箱体体铸铸造造精精度度的的要要求求）。轴轴承承采采用用脂脂润润滑滑（润润滑滑方方式式选选用用见见11.6.1节节），为为使使轴轴承承和和箱箱体体内内润润滑滑油油隔隔绝绝，应应设设挡挡油油环环（兼兼作作套套筒筒定定位位），为为此此取取轴轴承承端端面面至至箱箱体体内内壁壁的的距距离离为为16mm，故故挡挡油油环环的的总总宽宽度度为为20mm。综合考虑，取。综合考虑，取l3=45mm。3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算轴轴段段长长度度l2：根根据据箱箱体体箱箱盖盖的的加加工工和和安安装装的的要要求求，取取箱箱体体轴轴承承孔孔长长度度为为46mm，轴轴承承端端盖盖和和箱箱体体之之间间应应有有调调整整垫垫片片，取取其其厚厚度度为为2mm，轴轴承承端端盖盖厚厚度度取取16mm，端端盖盖和和联联轴轴器器之之间间应应有有一一定定的的间间隙隙，取取16mm。综综合合考考虑虑，取取l2=35mm。轴轴段段、：考考虑虑设设置置装装配配轴轴肩肩，取取d4=56mm，该该段段长长度度应应小小于于齿齿轮轮轮轮毂宽度，毂宽度，取取l4=68mm。由由于于采采用用轴轴环环定定位位，取取轴轴肩肩高高4mm，作作定定位位面面，选选取取最最小小过过渡渡圆圆角角半半径径，r=2mm，取，取d5=65mm。取。取l5=8mm。轴轴段段：取取d5=d3=50mm。为为使使齿齿轮轮相相对对壳壳体体对对称称布布置置，基基于于和和轴轴段段同同样样的的考考虑虑，取取l6=34mm。这这样样轴轴承承跨跨距距为为132mm，由由此此可可进进行行轴轴和和轴轴承承等的计算。等的计算。3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算图图3-2轴的结构设计图轴的结构设计图3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算(4)按弯曲和扭转复合强度对轴进行强度计算。按弯曲和扭转复合强度对轴进行强度计算。绘绘出出轴轴的的计计算算简简图图（如如图图3-3(a)），根根据据结结构构设设计计参参数数lAB=lCD=66mm齿轮的受力计算齿轮的受力计算3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算垂直面支反力（如图垂直面支反力（如图3-3（d）：）：垂直面弯矩图（如图垂直面弯矩图（如图3-3（e）：）：MVC=RVBlBC=1304.3166=86 084.16 Nmm 合成弯矩（如图合成弯矩（如图3-3（f）：）：扭矩图（如图扭矩图（如图3-3（g）：）：T=376031.25Nmm3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算当量弯矩图（如图当量弯矩图（如图3-3（h）：根据）：根据B=600MPa，查表，查表3-4得：得：-1b=55MPa。由于转矩有变化，按脉动考虑，取。由于转矩有变化，按脉动考虑，取=0.6。T=0.6376031.25=225618.75Nmm校核结果：校核结果：ec-1b=55MPa，剖面，剖面c的强度满足要求。的强度满足要求。3.2.5.2轴的设计计算轴的设计计算图图3-3 轴的受力分析及弯矩图轴的受力分析及弯矩图 3.2.5.3轴的刚度计算轴的刚度计算轴轴的的刚刚度度包包括括扭扭转转刚刚度度和和弯弯曲曲刚刚度度，前前者者以以扭扭转转角角度度量量，后后者者以以挠挠度度y或或偏偏转转角角度度量量。轴轴的的刚刚度度计计算算就就是是计计算算出出轴轴受受载载时的变形量，时的变形量，并使其控制在允许的范围内，即并使其控制在允许的范围内，即(3-5)表表3-5 轴的挠度、偏转角和扭转角的允许值轴的挠度、偏转角和扭转角的允许值 3.2.5.3轴的刚度计算轴的刚度计算小小 结结 (1)(1)选材选材选材选材(2)(2)按扭转强度估算轴的最小直径按扭转强度估算轴的最小直径按扭转强度估算轴的最小直径按扭转强度估算轴的最小直径(3)(3)设计轴的结构，绘出轴的结构草图（确定轴上零件的位置和固定方法；确定各轴段直径、长度。）设计轴的结构，绘出轴的结构草图（确定轴上零件的位置和固定方法；确定各轴段直径、长度。）设计轴的结构，绘出轴的结构草图（确定轴上零件的位置和固定方法；确定各轴段直径、长度。）设计轴的结构，绘出轴的结构草图（确定轴上零件的位置和固定方法；确定各轴段直径、长度。）(4)(4)按弯扭合成进行轴的强度校核。一般选按弯扭合成进行轴的强度校核。一般选按弯扭合成进行轴的强度校核。一般选按弯扭合成进行轴的强度校核。一般选2 23 3个危险截面进行校核。若危险截面强度不够或强度裕度个危险截面进行校核。若危险截面强度不够或强度裕度个危险截面进行校核。若危险截面强度不够或强度裕度个危险截面进行校核。若危险截面强度不够或强度裕度 太大，则必须重新修改轴的结构。太大，则必须重新修改轴的结构。太大，则必须重新修改轴的结构。太大，则必须重新修改轴的结构。(5)(5)按弯、扭组合作用验算轴的强度按弯、扭组合作用验算轴的强度按弯、扭组合作用验算轴的强度按弯、扭组合作用验算轴的强度(6)(6)键槽设计及其公差键槽设计及其公差键槽设计及其公差键槽设计及其公差(7)(7)确定轴的各处倒角、圆角，公差确定轴的各处倒角、圆角，公差确定轴的各处倒角、圆角，公差确定轴的各处倒角、圆角，公差 本章小结本章小结本章小结本章小结 轴是支承传动零件以传递运动和动力的重要零件；按所受的载荷分类轴可分为心轴、轴是支承传动零件以传递运动和动力的重要零件；按所受的载荷分类轴可分为心轴、轴是支承传动零件以传递运动和动力的重要零件；按所受的载荷分类轴可分为心轴、轴是支承传动零件以传递运动和动力的重要零件；按所受的载荷分类轴可分为心轴、传动轴、转轴，按轴线和外部几何形状可分为直轴和曲轴；轴设计的主要是解决两方面的问传动轴、转轴，按轴线和外部几何形状可分为直轴和曲轴；轴设计的主要是解决两方面的问传动轴、转轴，按轴线和外部几何形状可分为直轴和曲轴；轴设计的主要是解决两方面的问传动轴、转轴，按轴线和外部几何形状可分为直轴和曲轴；轴设计的主要是解决两方面的问题，一是轴的结构、二是强度。题，一是轴的结构、二是强度。题，一是轴的结构、二是强度。题，一是轴的结构、二是强度。uu轴的设计的一般步骤为：轴的设计的一般步骤为：轴的设计的一般步骤为：轴的设计的一般步骤为：例例例例3-23-2 图示为一电动机通过一级直齿圆柱齿轮减速器带动带传动的简图。已知图示为一电动机通过一级直齿圆柱齿轮减速器带动带传动的简图。已知图示为一电动机通过一级直齿圆柱齿轮减速器带动带传动的简图。已知图示为一电动机通过一级直齿圆柱齿轮减速器带动带传动的简图。已知 电动机功率为电动机功率为电动机功率为电动机功率为30KW,30KW,转速转速转速转速 n=970r/min,n=970r/min,减速器效率为减速器效率为减速器效率为减速器效率为0.920.92，传动比，传动比，传动比，传动比i=4,i=4,单单单单向传动，从动齿轮分度圆直径向传动，从动齿轮分度圆直径向传动，从动齿轮分度圆直径向传动，从动齿轮分度圆直径d2=410mm,d2=410mm,轮毂长度轮毂长度轮毂长度轮毂长度105mm,105mm,采用深沟球轴采用深沟球轴采用深沟球轴采用深沟球轴承。试设计从动齿轮轴的结构和尺寸。承。试设计从动齿轮轴的结构和尺寸。承。试设计从动齿轮轴的结构和尺寸。承。试设计从动齿轮轴的结构和尺寸。练练 习习单级齿轮减速器简图单级齿轮减速器简图单级齿轮减速器简图单级齿轮减速器简图解：（解：（解：（解：（1 1）求输出轴的转速与输出功率。）求输出轴的转速与输出功率。）求输出轴的转速与输出功率。）求输出轴的转速与输出功率。n2=n1/i=970/4=242.5r/minn2=n1/i=970/4=242.5r/min P2=0.92*P1=0.92*30=27.6KW P2=0.92*P1=0.92*30=27.6KW （2 2）选择轴的材料和热处理方法。）选择轴的材料和热处理方法。）选择轴的材料和热处理方法。）选择轴的材料和热处理方法。轴采用轴采用轴采用轴采用4545钢正火处理。查表钢正火处理。查表钢正火处理。查表钢正火处理。查表b=600MPab=600MPa （3 3）估算轴的最小直径。）估算轴的最小直径。）估算轴的最小直径。）估算轴的最小直径。练练 习习(4)(4)轴的结构设计及轴的结构设计及轴的结构设计及轴的结构设计及绘制结构草图绘制结构草图绘制结构草图绘制结构草图练练 习习练练 习习