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1、潍坊旷远电器有限公司潍坊旷远电器有限公司Tel:13863875745轴的结构与强度设计Design of shaftsUpdated 11/11/2008,Richard认识轴承轴承1设计图示双级圆柱齿轮减速器中的轴。已知：齿轮4传递的功率P4=5kW，轴转速n2=700r/min，齿轮3为右旋斜齿圆柱齿轮，分度圆直径d3=41.392 mm,d4=206.96mm，传 动 比 i3,4=5,齿 宽 b2=b3=45mm,b4=40mm。螺 旋 角3=94147，齿轮与轴的配合为H7/k6。想一想：设计的步骤一、选择轴的材料二、初估轴径(按扭转强度进行初步计算)三、轴的结构设计 轴的结构四、
2、轴的强度设计轴上零件的布置、各轴段直径与长度、定位与固定、过渡圆角等弯扭合成安全系数法校核几个危险截面(一般不用)到P32具体设计过程一、选择轴的材料中小功率，转速较低，无特殊要求，故选用45钢，调质处理查P211表12-7：45调质，d100时：B=650MPa,S=360MPa二、初估轴径:即按许用扭转切应力法查P314表16.2此为轴的最小直径，因需安装联轴器，故要开一键槽，直径增大3%36.921.03=38.02mm，装联轴器时，轴径应符合联轴器的标准系列，取dmin=40mm(查标准)3三、轴的结构设计1.轴上的零件种类及其布置1)联轴器：查设计手册，拟用弹性圈柱销联轴器B4，其孔
3、径40mm，孔长64，与轴配合长度为60（轴左端装压板，此轴段长度适当缩短）2)联轴器右端面与轴承左端面距离取50（联轴器与轴承盖不能相碰）3)为便于装拆，安装轴承的轴段直径应比最小端直径40大，选7210C轴承，手册查得509020（内径外径宽度）4)齿轮4的齿宽为b4=40，轮毂宽度与相配轴径有关，相当于(1.21.5)d5)另一端轴承同为509020，B=20mm4三、轴的结构设计2.轴的各段直径的确定第一段：装联轴器，d1=40mm第二段：对联轴器右端面定位，采用轴肩定位联轴器倒角1.545，故定位轴肩高度h=(23)c=1.5(23)=34.5d2=47mm第三段：装轴承处d3=50
4、mm（满足非定位轴肩h=1.52mm）第四段：对齿轮齿轮4和轴承轴承定位，d4=63mm，齿轮1.545，轴肩高h=(23)c=34.5第五段：装齿轮4处d5=53mm （满足上述轴肩要求）第六段：装轴承处 d6=50mm（非定位轴肩h=1.52mm）53.轴的各段长度的确定第一段：装联轴器，L1=60mm 第二段：轴承盖的厚度(内装密封圈)，回转件与不动件距离：取L2=50mm第三段：装轴承与套筒，轴承B=20，套筒25；L3=20+25=45mm 第四段：与II轴有关，齿轮2的b2=45，齿轮2、3间10mm，L4=45+10=55第五段：齿轮b4=40mm，轴径d5=53mm，考虑齿轮安
5、装稳定性，配合长度应为L=(1.21.5)d5=63.679.5，同时还需考虑定位可靠性(即此轴段缩进)，取L5=76mm 第六段：装轴承等，同第三段63.轴上零件的定位、固定、过渡圆角1)齿轮4轴向固定左侧用d=63的轴肩定位，右侧套筒定位（长24mm)2)联轴器用47的轴肩定位，另一侧靠压板固定3）齿轮的周向固定用平键，轴承的周向固定用过盈配合联轴器的周向固定用平键4）各轴段处过渡圆角均为r1，（因齿轮处内圆角为r1.5，为统一用r1也可按各段查手册)5)轴上零件装拆:齿轮4及右侧零件从右装、拆;齿轮4左侧零件从左装、拆几种不同的结构方案如下：78四、轴的强度计算（一）按弯扭合成计算1.画
6、出轴的受力图，求出齿轮4上的力2.把轴上力分解到水平面和垂直面上并求出支反力9103.作垂直面上弯矩MV及水平面弯矩MH图114.作合成弯矩M图125.5.作转矩T T图136.6.作当量弯矩Me图14157.7.校核轴的直径2剖面的直径最小，7剖面当量弯矩最大，所以可校核2、7二个剖面思考：直径能否改小？16四、轴的强度计算（二）用安全系数法精确校核轴的疲劳强度171.判断危险剖面1-9剖面均为有应力集中源的剖面，均可能是危险剖面，其中24剖面均为过渡圆角引起的应力集中，其当量弯矩值很接近，故只验算2剖面（已校核）59剖面比较，其直径均相同，8、9剖面的当量弯矩小，7剖面虽当量弯矩最大，但应
7、力集中影响较小(过盈配合及键槽引起的应力集中均在二端)，所以5、6二剖面较危险二剖面较危险182.校核危险剖面5、61)由5剖面的H7/k6配合引起的综合影响系数P330附表3注意表下附注(K)D=0.4+0.6(K)D=0.4+0.62.635=1.98(K)D 的含义：P442)5剖面因过渡圆角引起应力集中P329附表1kt=1.59193)6剖面因键槽引起应力集中，P330附表2A型键4)尺寸系数：、P331附表6d=53查得，=0.81=0.765)表面状态P331附表5=0.92206)计算综综合合影影响响系系数数(解释一下意义)：a)过渡圆角引起：b)因键槽引起的应力集中 c)因过
8、盈配合(H7/k6)引起KD=2.635KtD=1.9821如果一个截面上有多种产生应力集中的结构,则分别求出其有效应力集中系数,从中选用最大值。所以选5剖面过渡圆角处综合影响系数(K)D=3.26，键槽引起的综合影响系数(K)D=2.33计算疲劳强度 7)计算5剖面的合成弯矩228)计算5剖面的安全系数23返回P624返回P2Designobjectives:whatfeaturesoftheshaftneedtobespecifiedbeforeyoucompletethedesignofthisshaft?Designdetails:DiameterofeachsegmentLengthofeachsegmentArrangement/positioningofpartsFillet+cornerradiusSurfaceroughnessSmall group discussion25返回P2轴承的轴向定位、调整（内、外圈）尺寸定位配合、表面精度调整26