齿轮轴的结构设计

目录7.轴类零件设计7.1I轴的设计计算1.求轴上的功率，转速和转矩由前面算得P1=5.76KW，n1=440r/min，T1=1.3510Nmm2.求作用在齿轮上的力已知高速级小齿轮的分度圆直径为d1=70mm而Ft112dT701300002=3625NFr=Ftant362520tan=1319N压轴力F=1696N1—输送带2—电动机3—V带传动4—减速器5—联轴器1/163.初步确定轴的最小直径现初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理据[2]表15-3，取A0=110，于是得：dmin=A033114400.75110nP26mm因为轴上应开2个键槽，所以轴径应增大5%-7%故d=20.33mm，又此段轴与大带轮装配，综合考虑两者要求取dmin=32mm，查[4]P620表14-16知带轮宽B=78mm故此段轴长取76mm。4.轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案通过分析比较，装配示意图7-1图7-1（2）据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）I-II段是与带轮连接的其dIII=32mm，lIII=76mm。2）II-III段用于安装轴承端盖，轴承端盖的e=9.6mm（由减速器及轴的结构设计而定）。根据轴承端盖的拆卸及便于对轴承添加润滑油的要求，取端盖与I-II段右端的距离为38mm。故取lIIIII=58mm，2/16因其右端面需制出一轴肩故取dIIIII=35mm。3）初选轴承，因为有轴向力故选用深沟球轴承，参照工作要求并据dIIIII=35mm，由轴承目录里初选6208号其尺寸为dBD=40mm80mm18mm故dIVIII=40mm。又右边采用轴肩定位取ⅤⅣd=52mm所以lⅤⅣ=139mm，ⅥⅤd=58mm，ⅥⅤl=12mm4）取安装齿轮段轴径为dⅦⅥ=46mm，齿轮左端与左轴承之间用套筒定位，已知齿轮宽度为75mm为是套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于齿轮宽度故取lⅦⅥ=71mm。齿轮右边Ⅶ-Ⅷ段为轴套定位，且继续选用6208轴承，则此处dⅧⅦ=40mm。取lⅧⅦ=46mm（3）轴上零件的周向定位齿轮，带轮与轴之间的定位均采用平键连接。按dIII由[5]P53表4-1查得平键截面b810h,键槽用键槽铣刀加工长为70mm。同时为了保证带轮与轴之间配合有良好的对中性，故选择带轮与轴之间的配合为67nH，同样齿轮与轴的连接用平键14639，齿轮与轴之间的配合为67nH轴承与轴之间的周向定位是用过渡配合实现的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考[2]表15-2取轴端倒角为245.其他轴肩处圆觉角见图。5.求轴上的载荷先作出轴上的受力图以及轴的弯矩图和扭矩图7-23/16图7-2现将计算出的各个截面的MH，MV和M的值如下：F1NH=1402NF2NH=1613NF1NV=2761NF2NV=864NM1H=86924NmmMH2=103457mmNMV=171182NmmM1=52210.717.80=510.02NmmM2=MH2=103457NmmT1=1.3510Nmm6.按弯扭合成应力校核轴的强度4/16进行校核时，通常只校核危险截面的强度，从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面A是轴的危险截面。则根据[2]式15-5及上面的数据，取=0.6轴的计算应力:WTMca2321)(3522461.010)1.36.0(2.0=23.7MP前面选用轴的材料为45钢，调制处理，由[2]表15-1查得[1]=60Mp，][1ca，故安全。7.2II轴的设计计算1.求轴上的功率，转速和转矩由前面的计算得P1=5.76KW，n1=440minr，T1=1.3510Nmm2.求作用在齿轮上的力已知中间轴大小齿轮的分度圆直径为d2=327.5mmd3=108mm而F1t212dT.5327103.125=767NF1r=Ftan1t76720tan=279N同理可解得：F2t422dT=10810.652510498N，F2r=Ftan1t1730N3.初步确定轴的最小直径现初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理据[2]表15-3，取A0=110，于是得：dmin=A03322.192.55110nP43.0mm5/16因为轴上应开2个键槽，所以轴径应增大5%-7%故dmin=45.2mm，又此段轴与轴承装配，故同时选取轴承，因为轴承上承受径向力，故选用深沟球轴承，参照工作条件可选6210其尺寸为：dBD=502090故dIII=50mm右端用套筒与齿轮定位，套筒长度取24mm所以lIII=48mm4.轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案通过分析比较，装配示意图7-4图7-4（2）据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）II-III段为高速级大齿轮，由前面可知其宽度为70mm，为了使套筒端面与大齿轮可靠地压紧此轴段应略短于齿轮轮毂宽度。故取lIIIII=64mm，dIIIII=56mm。2）III-IV段为大小齿轮的轴向定位，此段轴长度应由同轴条件计算得lIVIII=15mm，dIVIII=68mm。3）IV-V段为低速级小齿轮的轴向定位，由其宽度为113mm可取lVIV=109mm，dVIV=56mm4）V-VI段为轴承同样选用深沟球轴承6210，左端用套筒与齿轮定位，取套筒长度为24mm则lVIV=48mmdVIV=50mm6/16（3）轴上零件的周向定位两齿轮与轴之间的定位均采用平键连接。按dⅢⅡ由[5]P53表4-1查得平b631016Lh,按dVIV得平键截面bLh=1611010其与轴的配合均为67nH。轴承与轴之间的周向定位是用过渡配合实现的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考[2]表15-2取轴端倒角为245.个轴肩处圆觉角见图。5.求轴上的载荷先作出轴上的受力图以及轴的弯矩图和扭矩图如图7-4。现将计算出的各个截面的MH，MV和M的值如下：F1NH=719NF2NH=2822NF1NV=4107NF2NV=7158NM1H=49611NmmM1H=253980NmmM1V=-283383NmmM2V=-644220NmmM1=522100.58.2=284000NmmM2=52210)2.5(6.4=690000NmmT2=5.6510Nmm7/16图7-46.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核危险截面的强度，从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面B和Ⅵ的右侧是轴的危险截面,对该轴进行详细校核，对于截面B则根据[2]式15-5及上面的数据，取=0.6，轴的计算应力WTMca2322)(3522561.010).656.0(.96=50.6MP8/16前面选用轴的材料为45钢，调制处理，由[2]表15-1查得[1]=60Mp，][1ca。对于Ⅵ的右侧33317561561.01.0mmdW3335123562.0mmWtabMPWM3.3917561690000aTTMPWT1.1635123560000由[2]表15-1查得aBMP640aMP2751aMP1551由[2]表3-8查得64.2k11.2k由[2]附图3-4查得92.0由[2]中13和23得碳钢的特性系数，取1.0，05.0故综合系数为73.2192.0164.211kK20.2192.0111.211kK故Ⅵ右侧的安全系数为56.201.03.3973.22751maKS56.821.1605.021.162.21551maKS46.256.856.256.856.22222SSSSScaS=1.5故该轴在截面Ⅵ的右侧的强度也是足够的。9/16综上所述该轴安全。7.3III轴的设计计算1.求轴上的功率，转速和转矩由前面算得P3=5.28KW，n3=28.6r/min，T3=1.76610Nmm2.求作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮的分度圆直径为d4=352mm而Ft432dT=352101.762610081NFr=Ftant1008120tan3669N3.初步确定轴的最小直径现初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理据[2]表15-3，取A0=110，于是得：dmin=A03333.6288.25110nP62.8mm同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩Tca=K3TA查[2]表14-1取KA=1.3.则：TmmNTKAca2288000106.71.3163按计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件查[5]P99表8-7可选用LX4型弹性柱销联轴器。其公称转矩为2500000Nmm。半联轴器孔径d=63mm，故取dIII=63mm半联轴器长度L=142mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度l1=132mm。4.轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案通过分析比较，装配示意图7-510/16图7-5（2）据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为满足半联轴器的轴向定位，I-II右端需制出一轴肩故II-III段的直径dIIIII=65mm；左端用轴端挡圈定位取轴端挡圈直径D=65mm。半联轴器与轴配合的毂孔长为132mm，为保证轴端挡圈只压在联轴器上而不压在轴上，故I-II段长度应比L1略短一些，现取lIII=132mm.2）II-III段是固定轴承的轴承端盖e=12mm。据dIIIII=65mm和方便拆装可取lIIIII=95mm。3）初选轴承，因为有轴向力故选用深沟球轴承，参照工作要求dⅣⅢ=70mm，由轴承目录里初选6214号其尺寸为dBD=70mm125mm24mm，lIVIII=24mm由于右边是轴肩定位，dⅤⅣ=82mm，lⅤⅣ=98mm，dⅥⅤ=88mmmm，lⅥⅤ=12mm。4）取安装齿轮段轴径为dⅦⅥ=80mm，已知齿轮宽为108mm取lⅦⅥ=104mm。齿轮右边Ⅶ-Ⅷ段为轴套定位，轴肩高h=6mm则此处dⅧⅦ=70mm。取lⅧⅦ=48mm（3）轴上零件的周向定位齿轮，半联轴器与轴之间的定位均采用平键连接。按dIII由[5]P53表4-1查得平键截面b1118h键槽用键槽铣刀加工长为125mm。选择11/16半联轴器与轴之间的配合为67kH，同样齿轮与轴的连接用平键2214齿轮与轴之间的配合为67nH轴承与轴之间的周向定位是用过渡配合实现的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考[2]表15-2取轴端倒角为245.个轴肩处圆觉角见图。5.求轴上的载荷先作出轴上的受力图以及轴的弯矩图和扭矩图如图7-6。现将计算出各个截面处的MH，MV和M的值如下：F1NH=12049NF2NH=2465NF1NV=3309NF2NV=6772NMH=-211990NmmMV=582384NmmM1=52210.85.12=620000NmmT1=1.76610Nmm12/16图7-66.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核危险截面的强度，从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面A是轴的危险截面，则根据[2]式15-5及上面的数据，取=0.6，轴的计算应力WTMca2321)(3522801.010).6176.0(.26=24.0MP13/16前面选用轴的材料为45钢，调制处理，由[2]表15-1查得[1]=60Mp，][1