轴的设计计算

第四章：轴的设计计算第一节：输入轴的设计4.1：输入轴的设计：4.1.1：选取轴的材料和热处理方法：选取轴的材料为45钢，经过调质处理，硬度240HB。4.1.2：初步估算轴的直径：30minnPAd根据选用材料为45钢，0A的范围为103~126，选取0A值为120，高速轴功率kWP81.7，min/500rn，代入数据：mmd.85.4150081.71203min考虑到轴的外伸端上开有键槽，将计算轴颈增大3%～7%后，取标准直径为45mm。4.1.3:输入轴的结构设计：输入轴系的主要零部件包括一对深沟球轴承，考虑到轴的最小直径为45mm，而差速器的输入齿轮分度圆为70mm，设计输入轴为齿轮轴，且外为了便于轴上零件的装卸，采用阶梯轴结构。（1）外伸段：输入轴的外伸段与带轮的从动齿轮键连接，开有键槽，选取直径为mm45，长为mm78。（2）密封段：密封段与油封毡圈5019974406/ZQJB配合，选取密封段长度为mm60，直径为mm50。（3）齿轮段：此段加工出轴上齿轮，根据主动轮mmB70，选取此段的长度为mm100，齿轮两端的轴颈为mm5.12，轴颈直径为mm63。（4）左右两端轴颈段：左右两端轴颈跟深沟球轴承6309配合，采用过度配合k6，实现径向定位，根据轴承,25mmB端轴颈直径为mm60，长度左端为mm30和右端为mm28。（5）退刀槽：为保证加工到位，和保证装配时相邻零件的端面靠紧，在齿轮段两端轴颈处加工退刀槽，选取槽宽为mm5，槽深为mm2。（7）倒角：根据推介值（mm）：50~30d，6.15.1或取C。80~50d，2取C。输入轴的基本尺寸如下表：名称左端轴颈退刀槽齿轮段退刀槽右端轴颈密封段外伸段长度（mm）301l52l1003l54l285l606l787l直径（mm）551d512d633d514d555d506d457d输入轴的结构图：4.2：输入轴的受力分析：4.2.1：画出受力简图：4.2.2：计算支座反力：（1）作用于齿轮上的圆周力：NdTFIt85.4589065.017.149222（2）作用于齿轮上的径向力：NFFotr33.149120tan85.458920tan（3）计算在水平面上的反力：N.FFFrNVNV67.7452331491221（4）计算在垂直面上的反力：NFFFtNHNH93.2294285.43892214.2.3：计算弯矩：（1）计算水平面上的弯矩：mN.LFMNVV33.50356767.745111mN.LFMNVV33.50356767.74522221VVVMMM（2）计算垂直面上的弯矩：mNLFMNHH08.15495.6793.2294111mN.LFMNHH08.154956703.229422221HHHMMM（3）计算合成弯矩：mNMMMHV80.162808.154933.5032221211mNMMMHV80.162808.154933.503222222221MMM（4）计算转矩：mNnPTII17.14950081.795509550（5）计算截面当量弯矩：mN..αTMM89.163217.149608016282222取应力校正系数6.0。（6）绘制输入轴的载荷分析图：4.3：判断危险截面和校核：4.3.1：判断危险截面：如上计算所得：危险截面位于安装齿轮的位置。4.3.2按弯扭合成强度校核：根据轴是单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取6.0，轴的计算应力为：WTMca22)(MPa40.59651.0)1491706.0(1628800322式中：M——轴所受的弯矩，mmN；T——轴所受的扭矩，mmN；W——抗弯截面系数，2mm，根据截面形状，取31.0dW；][1——对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，MPa。前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表得MPa60][1。因此][1ca，故安全。第二节：输出轴的设计4.1：输出轴的设计：4.1.1：选取轴的材料和热处理方法：选取轴的材料为45钢，经过调质处理，硬度240HB。4.1.2：计初步估算轴的直径：30minnPAd根据选用材料为45钢，0A的范围为103~126，选取0A值为110，低速轴功率kWP74.7，min/100rn，代入数据：mmd88.4610074.71103min考虑到轴的外伸端上开有键槽，将计算轴颈加大3%～7%后，取标准直径为50mm。4.1.3:输出轴的结构设计：输出轴系的主要零部件包括一对深沟球轴承，直齿圆柱齿轮和联轴器等，为了便于轴上零件的装卸，采用阶梯轴结构。（1）外伸段：设计外伸段与LT9型弹性柱销连轴器配合，以过盈配合作径向定位，且外联轴器的一侧采用轴肩作轴向定位，选取外伸段长为mm68，直径为mm50。（2）密封段：设计密封段与油封毡圈5519974406/ZQJB配合，选取密封段直径长度为mm48，直径为mm55。（3）轴肩段：轴肩与轴承和从动齿轮作轴向定位，选取轴肩段长为mm30，直径为mm72。（4）左右两端轴颈段：左右两端轴颈与6412深沟球轴承配合，轴承内圈与轴承采用过度配合k6，实现径向定位，根据轴承,35mmB端轴颈直径为mm60，长度左端为mm35和右段为mm75。（5）齿轮配合段：此段开有键槽，采用圆头普通平键与减速器的从动配合，根据设计的直齿齿轮的齿宽为mm70，为使装配紧实，设计配合段长度为mm64，直径为mm68。（6）退刀槽：为保证加工到位，和保证装配时相邻零件的端面靠紧，在轴肩和右端轴颈处加工退刀槽，选取槽宽为mm3，槽深为mm2。（8）倒角：根据推介值（mm）：50~30d，6.15.1或取C。80~50d，2取C。输出轴的基本尺寸如下表：名称左端轴颈齿轮配合段轴肩段退刀槽右端轴颈密封段外伸段长度（mm）751l682l303l34l325l486l687l直径（mm）601d642d723d564d605d556d507d输入轴的结构图：4.2：输出轴的受力分析：4.2.1：画出受力简图：4.2.2：计算支座反力：（1）作用于齿轮上的圆周力：NdTFIIt91.2309064.017.739222（2）作用于齿轮上的径向力：NFFotr74.84020tan9.230920tan（3）计算在水平面上的反力：N...LLFFrNV854471535817484021N...LLFFrNV893921535717484012（4）计算在垂直面上的反力：N...LLFFtNH44123015358191230921N...LLFFtNH471079153571912309124.2.3：计算弯矩：（1）计算水平面上的弯矩：mN...LFMNVV2132057185447111mN...LFMNVV213205818939222221VVVMMM（2）计算垂直面上的弯矩：mN...LFMNHH76879571441230111mN...LFMNHH7787958147107922221HHHMMM（3）计算合成弯矩：mN...MMMHV2293677879213202221211mN...MMMHV239367787921320222222221MMM（4）计算转矩：mNnPTIIII17.73910074.795509550（6）计算截面当量弯矩：mN....αTMM9510351773960229362222取应力校正系数6.0。（7）绘制输出轴的载荷分析图：4.3：判断危险截面和校核：4.3.1：判断危险截面：如上计算所得：危险截面位于安装齿轮的位置。4.3.2：按弯扭合成强度校核：根据轴是单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取6.0，轴的计算应力为：WTMca22)(MPa71.35641.0)7391706.0(936220322式中：M——轴所受的弯矩，mmN；T——轴所受的扭矩，mmN；W——抗弯截面系数，2mm，根据截面形状，近似计算可忽略键槽，取31.0dW；][1——对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，MPa。前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表得MPa60][1。因此][1ca，故安全。